قالب تراکم خاک (Proctor Moulds)

مقدمه:

آزمایش تراكم: عبارتست از كاهش دادن حجم خاك در اثر خارج ساختن هوا با استفاده از اعمال نیرو. كه در این حالت اصطكاك بین ذره ها بیشتر میشود و وزن واحد آن زیاد میشود.و این وزن، معیار تراكم خاك است.

تراكم به منظور افزایش مقاومت نیروی برشی است و كاهش نفوذپذیری، كه این به علت این است كه منافذ خاك كوچكتر میشود و در نتیجه عبور آب از این منافذ مشكلتر است.در خاكهای رسی یك مشكل وجود دارد و آن افزایش پتانسیل تورم می باشد.

عوامل موثر در تراكم خاك بستگی دارد به : 1- نوع خاك 2- انرژی 3- رطوبت

در این جا به نوع خاك اشاره شد. نحوه تراكم خاكها با توجه به مشخصات فیزیكی آن مختلف است. این خاکها عبارتنداز تراكم خاكهای غیر چسبنده و تراكم خاكهای چسبنده.

تراكم خاكهای غیر چسبنده(شن و ماسه):خاكهای غیر چسبنده معمولا از ذرات درشت دانه و نسبتا كروی شكل تشكیل میشوند و درجه تركم آنها بستگی به طرز قرار گرفتن ذرات در كنار یكدیگر دارد. از آنحایی كه ذرات تقریبا غیر قابل تغییر شكل و تراكم ناپذیر هستند استفاده از ارتعاش و لرزه بهترین وسیله جهت متراكم كردن اینگونه خاكها میباشد.

روشهای تراكم خاكهای درشت دانه:

به علت ساختمان خاص ذرات ریز دانه چسبنده مثل سیلت ریز و رس تراكم آنها به وسیله ارتعاش مقدور نیست و بار یا فشار استاتیك بهترین وسیله برای تراكم این گونه خاكهاست. برای نشان دادن تراكم پذیری این گونه خاكها تحت فشار میتوان مقداری آب به توده ای از خاك میكا افزود و آنرا در یك لیوان قرار داد.چنانچه با یك استوانه فلزی مقداری فشار روی سطح خاك در لیوان وارد اید مشاهده خواهد شد كه سطح خاك نشست قابل ملاحظه ای نموده است یعنی تحت تاثیر فشار استاتیك متراكم شده است.

با انرژی های مختلف میتوان تراكم های مختلف داشته باشیم.از طرفی برای تراكم كردن خاك میتوان رطوبت را نیز زیاد كرد. و برای این كه پروژه ای از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد باید مقدار رطوبت به حد اپتیمم باشد.

آزمایشهای دیگر نیز برای تراكم وجود دارد كه اصولا به 8 روش انجام پذیر است. ولی ما برای تراكم از روشهای استاندارد و اصلاح شده استفاده میكنیم.روش كار در همه یكسان است ولی تفاوت در مقدار وزنه و دیگر مشخصات میباشد.

در هنگام ساخت و اجرای بزرگراه ها و فرودگاهها و سازه های دیگر،متراكم كردن خاك یك امر ضروری جهت بهبود مقاومت خاك میباشد.پروكتور (1933) یك آزمایش تراكم آزمایشگاهی ابداع كرد تا به وسیله آن حداكثر وزن مخصوص خشك خاك كه برای تراكم در محل میتواند استفاده شود را تعیین كند این آزمایش به نام آزمایش تراكم پروكتور مشهور میباشد و در این بخش توضیح داده میشود

روند آزمایش:

آزمایش پروکتور به دو روش انجام میپذیرد :

1)  روش اشوی استاندارد (تراکم دستی) : در این روش از چکشی به وزن 5.5 پوند و ارتفاع سقوط 13 اینچ(یک فوت) وتعداد 56 ضربه در سه لایه تراکم، و قطر قالب 6 اینچ استفاده میگردد .

2) روش اشوی اصلاح شده (تراکم پیشرفته) : در این روش از چکشی به وزن 10 پوند و ارتفاع سقوط 18 اینچ (یک و نیم فوت) و تعداد 25 ضربه در پنج لایه تراکم، و قطر قالب 4 اینچ استفاده میگردد.

وسایل:

1)     الک 4/3 اینچ

2)     چکش پروکتور

3)     قالب (ارتفاع 4.6 اینچ)

4)     سر قالب (ارتفاع 2.5 اینچ)

5)     زیر قالب با متعلقات

6)     ظرفی برای خاک مرطوب کردن (استانبولی)

7)     ترازو با دقت 0.01 گرم

8)     گرمخانه (Oven)

9)     کاردک و خط کش

شرح آزمایش:

ابتدا قالب و زیر قالب را سرهم نموده و وزن می نماییم سپس مقداری خاک عبوری از الک 4/3 اینچ (تقریباً دو برابر حجم قالب)، را در داخل استامبولی ریخته و به مقدار تقریبی 15 درصد ،آب به آن اضافه می کنیم(با توجه به دانه بندی خاک که هر چه ریزتر باشد آب بیشتری مورد نیاز بوده و هر چه درشت دانه باشد آب کمتری نیاز دارد که به دلیل سطح مقطع دانه هاست) وبعد خاک را کاملا ترکیب میکنیم تا خاک مرطوبی یکدست بدست بیاید. سپس کمی بیش از 3/1 قالب را از خاک مرطوب بدست آمده پر میکنیم (تقریبا نصف قالب) و با چکش پروکتور به تعداد 56 ضربه تمام سطح خاک مرطوب را میکوبیم(متراکم می کنیم) و به همین ترتیب لایه دوم را نیز انجام میدهیم .

برای انجام لایه سوم ، سر قالب را بر روی قالب گذاشته و محکم بر روی قالب نگه می داریم و لایه سوم را تا سطح رویه سر قالب پر میکنیم و بعد شروع به کوبیدن ، طبق روال دو لایه قبلی میکنیم.

بعد از اتمام عمل تراکم ، سرقالب را باز نموده سطح قالب را با یک وسیله مانند کاردک یا خط کش فولادی یا هر وسیله دیگری کاملاً صاف کرده و قالب محتوی خاک مرطوب را وزن می نماییم.سپس قالب را باز نموده از قسمت سر و انتهای قالب نمونه برداری نموده، وزن کرده ، در داخل گرمخانه قرار میدهیم.

محتوای قالب را تخلیه نموده و به آن مقداری آب اضافه کرده دوباره خاک مرطوب را برای بدست آوردن ترکیبی  یکنواخت ، کاملا هم می زنیم و اعمال فوق را تکرار نموده و نمونه گیری کرده ، نمونه را وزن نموده داخل گرمخانه قرار می دهیم.

برای بار سوم محتوای قالب کاملا تخلیه شده و به خاک مرطوب آب اضافه می نماییم و اعمال ذکر شده را انجام داده و در نهایت از آن نیز نمونه گیری نموده وزن کرده در داخل گرمخانه قرار می دهیم.

نمونه ها می بایست به مدت 24 ساعت در دمای 110 درجه سانتی گراد در داخل گرمخانه بمانند که پس از گذشت این مدت زمان، نمونه ها را خارج نموده وزن نموده و درصد رطوبت آنها را محاسبه می نماییم.

اینک با توجه به مقادیر بدست آمده از درصد رطوبت و داشتن وزن خاک مرطوب های محتوای قالب ، مقدار وزن مخصوص خشک خاک مرطوب ها را نیز محاسبه نموده و با رسم نموداری که محور افقی نشان دهنده درصد رطوبت و محر قائم نشان دهنده وزن مخصوص خشک مصالح می باشد در محیط Excel یک منحنی رسم می نماییم و با توجه به نمودار، نقطه ماکزیمم منحنی ، نقطه ای است که ما با آن رطوبت، بیشترین تراکم را در خاک، خواهیم داشت که رطوبت بهینه می باشد.

محاسبات:

وزن قالب با زیر قالب و متعلقات =W1  = kg 6.73

وزن خاک مرطوب اول + W1 =Wws1 = kg  13.074

وزن خاک مرطوب دوم + W1 =Wws2 = kg  13.278

وزن خاک مرطوب سوم + W1 =Wws3 = kg  13.030

وزن نمونه مرطوب اول = Ww1 = gr  45.51

وزن نمونه مرطوب دوم = Ww2 = gr  122.46

وزن نمونه مرطوب سوم = Ww3 = gr  71.56

وزن نمونه خشک اول = Wds1 = gr  39.57

وزن نمونه خشک دوم = Wds2 = gr  104.82

وزن نمونه خشک سوم = Wds3 = gr  59.17

اینک وزن مرطوب نمونه ها را از وزن خشک نمونه ها کم میکنیم تا وزن آب موجود آنها بدست آید و با تقسیم بر وزن خشک نمونه ها درصد رطوبت هر یک را محاسبه می نماییم.

وزن آب نمونه اول =Ww1= kg 5.94

وزن آب نمونه دوم =Ww2= 17.64 kg

وزن آب نمونه سوم =Ww3= 12.39 kg

در صد رطوبت نمونه اول =  15.01%

در صد رطوبت نمونه دوم =  16.82%

در صد رطوبت نمونه سوم =  20.94%

 با تبدیل مقادیر( اینچ به سانتی متر)حجم قالب ها را برای بدست آوردن چگالی مرطوب خاکها ، را بدست می آوریم:                                            =2130.25 cm³ (2.54×4.6)ײ(2.54×3 )×3.14 =   r²hπ = حجم قالب

حجم قالب = Vs= 2130.25 cm³

اکنون با تقسیم وزن خاک مرطوب ها بر حجم قالب، جرم حجمی مرطوب هر خاک مرطوب بدست می آید:

                                                                                            _W= Wws ÷ Vs γ

γ_w1=6344 gr ÷ 2130.25 cm³ = 2.978 gr/cm³

γ_w2=6548 gr ÷ 2130.25 cm³ = 3.074 gr/cm³

γ_w3=6300 gr ÷ 2130.25 cm³ = 2.957 gr/cm³

حالا با توجه به محاسبات انجام شده جرم حجمی مخصوص خشک (dγ ) هر خاک مرطوب را محاسبه مینماییم:

γ_d1= γ_w1 ÷ {1+(w/100)} = 2.978 ÷ (1+ 0.1501) = 2.589

γ_d2= γ_w2 ÷ {1+(w/100)} = 3.074 ÷ (1+ 0.1682) = 2.631

γ_d3= γ_w3 ÷ {1+(w/100)} = 2.957 ÷ (1+ 0.2094) = 2.445

γd  وزن مخصوص خشک	γw وزن مخصوص مرطوب	W% درصد رطوبت	Ww وزن آب نمونه	Wd وزن        نمونه خشک	Ww وزن      نمونه مرطوب	Wws وزن خاک مرطوب	شماره آزمایش
2.589	3.025	15.01    %	5.94           gr	39,57                gr	45.51                gr	6444          gr	1
2.631	3.074	16.82    %	17.64        gr	104.82             gr	122.46              gr	6548          gr	2
2.445	2.957	20.94    %	12.39        gr	59.17               gr	71.56                gr	6300          gr	3

با داشتن مقادیر بالا از ستون ششم و ستون هشتم( از راست) برای رسم نمودار سهمی ،استفاده می نماییم تا رطوبت بهینه را بیابیم(رطوبت بهینه راس یا قله سهمی ما میباشد)

نتیجه:

1)     رطوبت بهینه ما در این آزمایش برابر با عددتقریبی  16.5% میباشد یعنی بهترین میزان رطوبت برای بیشترین تراکمی که میتوان بر خاک اعمال نمود این مقدار است.

2)     هر چه از این درصد رطوبت ، رطوبت بیشتری به خاک اعمال کنیم نتیجه عکس خواهد بود زیرا ذرات آب فضای بین خاکها را پر نموده و خود جایگزین ذرات خاک خواهند شد.

3)     هر چه از این میزان درصد رطوبت ، رطوبت کمتری به خاک اعمال شود تراکم کمتر صورت میگیرد چرا که ذرات آب همانند روغن عمل کرده و باعث لغزش ذرات خاک روی هم شده در نتیجه ذرات ریز، فضای خالی ذرات درشت تر را اشغال نموده تراکم افزایش می یابد وبا کم بود رطوبت این امکان وجود نخواهد داشت.

منابع خطا:

خطا ها ممکن است در:1) وزن کشی ،2) چسبیدن خاک به بدنه قالب ،3) تغییر ارتفاع سقوط، 4) چسبیدن خاک مرطوب به داخل بدنه چکش و در نتیجه سقوط ناقص چکش ،5) تخلیه ناقص قالب ،6) ترکیب نا همگن آب با خاک و... بوجود آیند