آزمایش دانه بندی درشت دانه

آزمایش دانه بندی از جمله اصلی ترین آزمایش های مکانیک خاک است. این آزمایش در جهت، رده بندی انواع خاک‌ها بر اساس اندازه دانه‌ها و نیز رفتار خمیری خاک‌ها است. از جمله مهمترین کاربردهای آزمایش دانه بندی ارائه زبانی مشترک جهت توصیف و پیش بینی رفتار خاک‌ها است. روش های مختلفی جهت دانه بندی خاک ها وجود دارد که مهمترین آنها روش یونیفاید یا متحد و روش آشتو است.

ابزارهای آزمایش دانه بندی

امروزه اهمیت پی بردن به توزیع و اندازه دانه های خاک به قدری است كه آزمایش دانه بندی در اكثر آزمایشگاه‌ها به عنوان یک آزمایش ضروری انجام می‌شود. دانه بندی به سه روش زیر انجام می‌گیرد.

  1. الک
  2. Analysis Seive
  3.  هیدرومتری (Hydrometrer) یا تركیبی از هر دو.

الک و ویبراتور برای آزمایش دانه بندی خاک

طبقه بندی خاک ها و الک های استاندارد

در روش دانه بندی با الک، با استفاده از مجموعه‌ای از الک‎ها و لرزاندن آن، درصد وزنی دانه‌های مختلف خاک را به دست می آورند. این آزمایش بیشتر برای خاک هایی است كه بیش از 90% دانه هایشان بزرگتر از الک نمره 200 باشد و برای خاک هایی كه بیش از 90% ریزتر از الک نمره 200 است آزمایش هیدرومتری انجام می‌گیرد، كه اساس آن بر پایه قانون استوكس و كروی بودن دانه ها است. در مورد خاک های مخلوط درشت دانه و ریزدانه، برای بخش درشت تر از الک 200، آزمایش دانه بندی و برای ریزتر از آن، آزمایش هیدرومتری انجام می‌شود.

طبقه بندی خاک ها

نام گذاری گروه خاک درشتی mm
شن بزرگتر از 75.4
ماسه درشت بين 2 تا 75.4
ماسه متوسط بين 0.425 تا 2
ماسه ريز بين 0.075 تا 0.425
ريزدانه‌ها (لای و رس) زير 0.075

اندازه استاندارد الک ها

چشمه نام الک
75 3 inch
50 2 inch
37.5 1.5 inch
25 1 inch
19 3/4 inch
9.5 3/8 inch
4.75 NO 4
2 NO 10
0.85 NO 20
0.425 NO 40
0.25 NO 60
0.106 NO 140
0.075 NO 200

تهیه نمونه برای آزمایش دانه بندی خاک

نمونه برداری از مصالح مطابق با استاندارد AASHTO T88-70 انجام گرفته و همچنین مطابق با دستور العمل AASHTO T248 مقدار خاک برای آزمایش کاهش داده می‌شود. به طور کلی دقت گردد وزن انتخاب شده معرف کل نمونه باشد و برای کاهش نمونه با اندازه مورد نیاز هم می‌توان از روش مکانیکی یا چهار قسمت کردن استفاده کرد.

روش به این صورت است که کل نمونه بر روی یک سطح کاملا تمیز ریخته شده و سپس مخلوط گردد. بعد به صورت یک مخروط درآورده شود و مصالح مخروطی شکل را با استفاده از دو قطر اصلی به چهار قسمت مساوی تقسیم کرده تا هر یک معرف یک نمونه قابل آزمایش باشد. اگر برای کاهش نمونه اولیه از این روش استفاده گردد در موقع تهیه نمونه صحرایی چهار برابر مورد نیاز تهیه گردد و همچنین جرم مورد نیاز از مصالح با توجه به حداکثر اندازه اسمی چشمه های الک که مقداری بزرگتر از بزرگترین بعد دانه ها نیز است باید از جدول زیر تبعیت کند.

جرم نمونه (کيلوگرم) حداکثر اندازه اسمی چشمه مربعی mm
1 9.5
2 12.5
5 19
10 25
15 37.5
20 50
35 63
60 75
100 90
150 100
300 125

روش آزمایش دانه بندی خاک

اگر نمونه‌ها دارای رطوبت خاصی نیست مستقیما مورد آزمایش قرار می‌گیرند و رطوبت کم موجود معمولا تاثیر زیادی بر روی نتایج نخواهد داشت، ولی در صورت وجود موارد زیر، ابتدا برای دانه بندی، نمونه ها را طبق گرمایش استاندارد در آوِن خشک کرده و بعد مورد استفاده قرار گیرد.

  • حداکثر اندازه اسمی مصالح 5.12 میلیمتر است.
  • مصالح سنگی درشت دانه خیلی جاذب باشند.
  • مصالح درشت دانه حاوی مقدار قابل توجهی مصالح ریزتر از الک نمره 4 باشند.
  • نمونه را ابتدا با استفاده از دست یا دسته هاون سر لاستیکی به صورت ذرات خرد در بیاورید و سپس جرم نمونه را با دقت 0.1 گرم توزین و ثبت کنید.

الک هایی را که اندازه چشمه آنها بتواند تفسیر درستی از خاک را نشان دهد را انتخاب می‌کنیم. لازم است الک شماره 4 و 200 در بین الک‌ها باشند. الک‌های استاندارد معرفی شده را بر روی هم از درشت ترین الک تا ریزترین الک که شماره 200 است را بر روی هم سوار کنید و نمونه را از روی الک بالایی ریخته و نمودار را 12 تا 15دقیقه با استفاده از سرند کن مکانیکی سرند کنید و در پایان توجه کنید که بر روی الک نمره 4 یک لایه نمونه و بر روی الک 200 مقدار زیادی لای و رس باقی نماند که در اینصورت باید الک 200 به زیر آب برده شود و مصالح شسته شود. این کار تا زمانی که آب تمیز جاری شود ادامه یافته و سپس مصالح روی الک 200 به گرمخانه منتقل و خشک گردد. در صورتی که وزن مانده روی الک 200 مقداری زیادی نباشد انجام این مرحله لازم نیست.

گزارش آزمایش دانه بندی خاک

در اینجا می‌توان جهت صحت فرآیند الک کردن مکانیک از فرمول زیر بهره برد یعنی به عبارتی زمانی می‌توانیم توزین مصالح مانده بر روی الک و همچنین شستن مصالح روی الک 200 را مورد قبول قرار دهیم که فرمول زیر برقرار باشد.

([M1-M2]/M1)/100 < 2%

  • M1 وزن اولیه نمونه ریخته شده بر روی الک‌ها
  • M2 وزن انباشتی مانده بر روی الک‌ها
  • جرم اولیه مصالح وزن شده برابر با 1000 گرم است و وزن مانده بر روی الک ها نیز توزیع گشته و جدول زیر به صورت تجمیعی آماده می گردد.

در نهایت می‌توان داده‌های جدول فوق را بر روی یک جدول نیمه لگاریتمی ترسیم کرد، بدین ترتیب که اندازه ذرات که همان  شماره الک‌ است با مقیاس لگاریتمی و بر روی مؤلفه افقی نمودار و درصد رد شده بر روی مولفه قائم به صورت طبیعی رسم می‌گردد.نکته: بعد از رسم نموار جهت بررسی نوع خاک پارامترهای CU  و CC  که به صورت زیر تعیین می‌گردد.

Cu = D60/D10

Cc = D302/[D10*D60]

واژه‌های D60 و D10 و D30 یعنی قطر الک متناظر با درصدی عبور 60 و 10 و 30 درصد است یا به عبارتی:

  • واژه D60 : یعنی اندازه ای که 60درصد وزنی خاک از آن کوچکتر است.
  • واژه D30 : یعنی اندازه ای که 30درصد وزنی خاک از آن کوچکتر است.
  • واژه D10: یعنی اندازه ای که 10درصد وزنی خاک از آن کوچکتر است.

واژه Cu برای شن خوب دانه بندی شده بزرگتر مساوی 4 و در ماسه خوب دانه بندی شده بزرگتر مساوی 6 است.

واژه Cc برای شن و ماسه خوب دانه بندی شده بزرگتر مساوی 1 و کوچکتر مساوی 3 و برای خاک‌های یکنواخت اندازه این دو پارامتر برابر با 1 است.

نمودار آزمایش دانه بندی خاک