درود بر همراهان همیشگی سایت آسفالت ایران امروز اومدیم با یه مقاله در مورد تعیین تورم خاک یا نشست یک بعدی خاک های چسبنده. در این روش آزمایش تعیین تورم خاک ۳ روش آزمایشگاهی برای اندازه گیری تورم آزاد فشار تورمی و مقدار تورم یا نشست یک بعدی خاک های چسبنده متراکم یا دست نخورده ارائه شده است. از این روش ها می توان برای اندازه گیری تعیین تورم خاک یا نشست یک بعدی ناشی از مرطوب شدگی (فشار آبی) تحت فشارهای قائم (محوری) مختلف، همچنین مقدار فشار تورمی و تورم آزاد استفاده نمود. همچنین، می توان به داده هایی برای فشار ناشی از تنش، پس از تورم، یا رمبندگی ناشی از مرطوب شدگی دست یافت.
به طور کلی اهداف آزمایش تعیین تورم خاک عبارتند از:
- تعیین مقدار تورم یا نشست تحت فشار مشخص؛ و
- تعیین مقدار فشار لازم برای ثابت نگاه داشتن حجم یک نمونه محصور شده.
الف) ایرادات آزمایش تورم یا نشست یک بعدی خاک
- تورم جانبی و فشار محصور کننده جانبی ارزیابی نمی شود؛
- در محل پروژه تورم تحت فشار ثابت است اما در آزمایشگاه تورم تحت تغییر فشار بررسی می شود. روش B بر این ایراد غلبه نموده است؛
- سرعت تورم در آزمایشگاه، بیشتر از محل پروژه است.
- تورم ثانویه برخی خاک ها مهم بوده و باید به تورم اولیه اضافه گردد.
- خواص شیمیایی آب و به ویژه یون کلسیم و یون سدیم بر نتایج آزمایش تأثیر گذار است. (درصد زیاد یون کلسیم آب موجود، موجب کاهش پتانسیل تورم، در مقایسه با یون سدیم یا آب باران میشود).
- دست خوردگی در نمونه های طبیعی، به طور چشمگیری از اعتبار نتایج می کاهد؛ و
- با توجه به نشست پذیری زیاد کاغذهای صافی، استفاده از آنها (مشابه استفاده متداول درپ آزمایش تحکیم) در اندازه گیری تورم یا نشست رس های سفت و نیز فشار تورمی در روش C، توصیه نمی شود.
تعاریف تعیین تورم خاک
2-الف) نشست یا فشردگی ناشی از آب: کاهش ارتفاع خاک یا نمونه آزمون ناشی از مرطوب شدگی و جذب آب.
2-ب) کرنش ناشی از نشست یا فشردگی آبی (100×(Δh/h)): تغییر ارتفاع ناشی از مرطوب شدگی تقسیم بر ارتفاع، درست قبل از مرطوب شدگی، بر حسب درصد.
2-ج) فشردگی: کاهش ارتفاع خاک یا نمونه آزمون، Δh ناشی از مرطوب شدگی یا ناشی از افزایش تنش کل (مترادف با فشردگی ناشی از آب یا نشست در بند الف).
۲-د) تورم آزاد: درصد تورم (100×(Δh/h))، پس از جذب آب در تنش نشاننده به میزان ۱ کیلو پاسکال (۲۰ پوند بر فوت مربع)، بر حسب درصد. به عبارت دیگر، افزایش ارتفاع یک ستون خاک در اثر جذب آب، تحت فشار بار نشاننده در آزمایش تحکیم.
۲-ه) بالا آمدگی: افزایش ارتفاع قائم (Δh) ستون خاک با ارتفاع h پس از جذب آب.
۲-و) نمونه دست نخورده: نمونه آزمون حاصل از نهشته های طبیعی، یا حاصل از خاکریز یا قرضه متراکم موجود، با استفاده از تجهیزات نمونه برداری دست نخورده.
2-ز) نمونه بازسازی شده یا متراکم: نمونه آزمون متراکم شده در یک قالب.
۲-ح) درصد بالا آمدگی یا نشست (100×(Δh/h)): تغییر ارتفاع قائم، تقسیم بر ارتفاع ستون خاک، درست قبل از مرطوب شدگی (ارتفاع اولیه ستون خاک)، بر حسب درصد.
۲-ط) نشست: کاهش ارتفاع قائم، Δh ستونی از خاک با ارتفاع .
۲-ی) تورم: افزایش ضخامت نمونه خاک پس از جذب آب یا بالا آمدگی، تحت فشار دلخواه.
2-ک) تورم یا نشست اولیه: مقدار تورم یا نشستی که با تکمیل شدن در نقطه تقاطع دو مماس بر منحنی، مشخص میشود.
2-ل) تورم یا نشست ثانویه: تورم یا نشست دراز مدت که توسط بخش خطی نمودار، پس از تکمیل تورم یا نشست اولیه مشخص میشود.
۲-م) فشار تورمی: حداقل تنش مورد نیاز برای جلوگیری از تورم نمونه، مطابق با روش C یا فشار لازم برای بازگرداندن نمونه به وضعیت اولیه (ارتفاع یا نسبت منافذ اولیه) پس از وقوع تورم، مطابق روش های A یا B. به عبارت دیگر، فشاری که تحت آن، از تغییر حجم نمونه جلوگیری میشود.
۲-ن) شاخص تورم: شیب منحنی e – logP حاصل از آزمایش تحکیم در قسمت باربرداری.
- قیمت و خرید دستگاه تحکیم خاک
شرح مختصری از روش آزمون
3- الف) روش های انجام آزمایش تعیین تورم خاک یا نشست یک بعدی خاک
در ۳ روش آزمون زیر، الزامی است که نمونه های خاک به صورت جانبی مقید شده و تحت بارگذاری عمودی در یک دستگاه تحکیم سنج قرار گیرند، ضمن این که به آنها اجازه تورم داده شود.
۱) روش A:
از این روش میتوان برای اندازه گیری کرنشهای تورم یا نشست یک بعدی ناشی از مرطوب شدگی خاک های متراکم یا طبیعی، در محدوده ای از تنش های قائم استفاده نمود. تعداد ۴ یا بیشتر نمونه یکسان در دستگاه های تحکیم سنج قرار داده می شوند. بارهای مختلفی به نمونه ها اعمال شده و هر نمونه، تا زمان تکمیل فرآیند تورم یا نشست اولیه تحت تنش کل قائم ثابت، اجازه متورم شدن دارد. تغییر شکل های تورمی حاصل اندازه گیری می شوند. از داده های حاصل از این آزمایش ها می توان برای برآورد بالا آمدگی یا نشست سطحی یک بعدی خاک استفاده نمود.
علاوه بر این، مقدار “فشار تورمی”، حداقل تنش قائم مورد نیاز برای جلوگیری از تورم و مقدار “تورم آزاد”، کرنش تورم متناظر با تنش نزدیک به صفر، به میزان ۱ کیلوپاسکال را میتوان از نتایج حاصل تعیین نمود. به این روش، با عنوان “آزمایش های مرطوب شدگی پس از بارگذاری در چند نمونه” اشاره می شود.
۲) روش B:
از این روش، میتوان برای اندازه گیری کرنش تورم یا نشست یک بعدی ناشی از مرطوب شدگی نمونه دست نخورده ای از خاک طبیعی یا نمونه دست نخورده ای از خاک متراکم، که از خاکریز یا قرضه موجود حاصل می شود، استفاده نمود.
نمونه، تحت یک تنش قائم خاص، معمولاً تنش سربار قائم درجا یا یک فشار طراحی خاص یا یک کیلوپاسکال، برای اندازه گیری کرنش تورم آزاد قرار گرفته و سپس برای اندازه گیری کرنش مرطوب شدگی تحت تنش خاص، اشباع می شود. به این روش، با عنوان “آزمایش تک نقطه ای مرطوب شدگی پس از بارگذاری در یک نمونه منفرد” اشاره می شود.
۳) روش C:
از این روش، برای اندازه گیری کرنشهای ناشی از بار، پس از وقوع تغییر شکل تورمی ناشی از مرطوب شدگی استفاده می شود. به این روش، با عنوان “آزمایش بارگذاری پس از مرطوب شدگی” اشاره می شود. نتایج حاصل در موقعیت هایی قابل استفاده هستند که خاکریز جدید و یا بارهای سازه ای اضافی به خاکی اعمال می شوند که قبلاً بالا آمدگی یا نشست ناشی از مرطوب شدگی را تجربه نموده است.
بخش اول این آزمایش، مشابه روش A یا B است. پس از تکمیل فاز تورم یا نشست، از افزایش های بار قائم به روشی مشابه آزمایش تحکیم، روش آزمون ASTM-D2435 استفاده شده و تغییر شکل های ناشی از بار اندازه گیری می شوند. در واقع، روش اندازه گیری درصد تورم در این روش، به این صورت است که نمونه با رطوبت طبیعی، در تحکیم سنج (ادئومتر) گذاشته می شود. مانند آزمون تحکیم، بارگذاری انجام می شود.
(در اولین دفعه، میتواند بیشتر باشد) و مقدار فشردگی یا تراکم یادداشت می شود. تا این که بار نهایی بی طراحی شده به دست آید. در مرحله بعد، نمونه را در آب غوطه ور نموده و به آن اجازه انبساط و تورم داده می شود. حال، افزایش حجم، به صورت تابعی از زمان اندازه گیری می شود تا زمانی که افزایش حجم متوقف گردد. به منظور اطلاع از حداکثر فشار ناشی از تورم، می توان نمونه را در ادئومتر، تحت یک بار اولیه قرار داد. آنگاه نمونه را در آب غوطه ور نموده و به آن بار لازم را افزود. به نحوی که از تورم نمونه جلوگیری گردد. بدین ترتیب، حداکثر فشار ناشی از تورم به دست می آید.
3-ب) مراحل انجام آزمایش تورم آزاد نسبی خاک
۵۰ گرم خاک را در گرمخانه یا آون در دمای ۱۱۰-۱۰۰ درجه سانتیگراد خشک نموده و سپس، از الک آزمایشگاهی ۴۲۵ میکرون (الک نمره ۴۰) عبور می دهیم. از مصالح عبوری ۲ نمونه ۱۰ گرمی جدا میکنیم. یک استوانه مدرج را با روغن کروزین و دیگری را با آب مقطر، در حدود ۹۰-۸۰ سی سی پر میکنیم. دو نمونه را داخل استوانه ها تخلیه می کنیم. هوای محبوس را با تکان دادن، یا با هم زدن حذف میکنیم.
۲۴ ساعت فرضت ته نشینی داده و سپس حجم نهایی را قرائت میکنیم. روغن کروزین، یک مایع غیر قطبی است که از تورم خاک جلوگیری می کند. سطح نمونه روغن کروزین، مشابه قرائت حجم اولیه نمونه است، ولی سطح نمونه استوانه دوم (محتوی آب مقطر) به عنوان سطح تورم آزاد تلقی می گردد.
- قیمت و خرید الک آزمایشگاهی
نکته تعیین تورم خاک
تورم آزاد = تورم آزاد نسبی = شاخص تورم آزاد: افزایش حجم خاک، بدون هیچ گونه محدودیت خارجی در شرایط غرقاب.
_________________________________________________________________
مطالب مرتبط با این مقاله
- آزمایش تحکیم یک بعدی طبق استاندارد
- آزمایش تحکیم خاک+محاسبات (با استفاده از روش بارگذاری افزایشی)
- آزمایش نفوذ پذیری خاک
_________________________________________________________________
محاسبات
با استفاده از ارتفاع قطر، وزن، میزان رطوبت و چگالی ویژه اندازه گیری شده ذرات جامد، وزن مخصوص خشک و درجه اشباع اولیه، برای هر نمونه، به صورت زیر محاسبه می شوند:
در روابط فوق:
W: وزن نمونه؛
V: حجم نمونه؛
y1: وزن مخصوص یا وزن مخصوص مرطوب نمونه؛
yd1: وزن مخصوص خشک؛
w1: میزان رطوبت اولیه؛
S1: درجه اشباع اولیه؛
yw: وزن مخصوص آب؛ و
Gs: چگالی ویژه ذرات جامد.
با استفاده از قرائت های تغییر شکل تصحیح شده، برای هر نمونه، مقادیر زیر محاسبه می شوند:
در روابط فوق:
h:ارتفاع اولیه نمونه؛
Δh1: فشردگی نمونه، پس از اعمال تنش و قبل از مرطوب شدگی؛
h1:ارتفاع نمونه، قبل از مرطوب شدگی؛
Δh2: تغییر ارتفاع نمونه، تورم با نشست، پس از مرطوب شدگی؛
h2: ارتفاع نهایی نمونه؛
yd2: وزن مخصوص خشک نهایی؛
S2:یک درجه اشباع نهایی؛ و
Gs: چگالی ویژه ذرات جامد.
نکته
معمولاً درجات اشباع، کمتر از ۱۰۰ درصد خواهند بودT زیرا اشباع در آزمایشگاه، منجر به اشباع ۱۰۰ درصد نمونه غیر اشباع نمی شود.
نکته
وزن مخصوص ها، با دقت ۰/۰۱ گرم بر سانتیمتر مکعب و درصد رطوبت ها و درجات اشباع، با دقت ۰/۱ درصد محاسبه می شوند.
کرنش های ناشی از تورم یا نشست، با دقت ۰/۱ درصد به صورت زیر محاسبه میشوند:
در روابط فوق:
: کرنش ناشی از تورم بر حسب درصد که مقداری مثبت است؛ و
: کرنش ناشی از نشست بر حسب درصد که مقداری منفی است. کرنش های ناشی از تورم و نشست حاصل از مرطوب شدگی، در مقابل تنش قائم ترسیم می شوند. از این نمودار، میتوان برای محاسبه مقدار بالا آمدگی یا نشست سطحی متناظر با اعماق مختلف مرطوب شدگی استفاده نمود.
آسفالت ایران
همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، آسفالت ایران منبع مهمی برای اطلاعات مفید در مورد آزمایشات خاک است. پیش از این هم مطالبی در مورد آزمایش های حوزه خاک ارائه دادیم. امیدواریم این مقاله به شما برای نحوه انجام این آزمایش تعیین تورم خاک یا نشست یک بعدی خاک های چسبنده و نحوه انتخاب تجهیزات آزمایش کمک کند.
همچنین این مقاله از کتاب راهنمای جامع آزمایشگاه مکانیک خاک، مهندسی خاک و ژئوتکنیک بر گرفته شده است.
ممنون که تا انتهای این مقاله همراه ما بودید…