آزمایش حد مایع و حد خمیری خاک
هدف : تعیین حد مایع و حد خمیری یک نمونه خاک
الف ) آزمایش حد مایع : Liquid limit
مقدمه:
روشی که برای بدست آوردن حد روانی در ایران متداولتر است ، استفاده از دستگاه کاساگراند می باشد .این دستگاه وسیله ای است مشتمل بر یک جام فلزی نسبتاً تخت که به وسیله یک لولا به پایه ای متکی است . با این وسیله می توان جام را تا ارتفاع 10 میلیمتر بالا برد و سپس آنرا حول لولا روی کف دستگاه سقوط داد. برای انجام این آزمایش قدری از نمونه خمیر خاک در جام قرار داده می شود و پس از قطع سطح آزاد آن ، بوسیله یک شیارزن ویژه شیاری در وسط خمیر خاک از لولا به طرف دیگر کشیده می شود . با این ترتیب نمونه به دو قسمت مساوی تقسیم شده است . در اثر بلند کردن و انداختن های مکرر جام با سرعت دو بار در ثانیه دو قسمت خاک به یکدیگر نزدیک می شوند . تعداد دفعات سقوط لازم برای آنکه شیار در کف جام در طولی برابر 13 میلیمتر بسته شود یادداشت می شود . این عمل چندین بار تکرار می شود تا آنکه تعداد ضربات حاصل از دو آزمایش متوالی برابر شوند .پس از آن میزان رطوبت موجود در خاک تعیین می گردد .این آزمایش نیز حداقل چهاربار تکرار باید شود. در هر بار بر میزان رطوبت خاک باید افزود ، به طوریکه تعداد ضربات بین 15 تا 35 در هر آزمایش باشد . منحنی نمایش تغییرات درصد رطوبت بر حسب لگاریتم تعداد ضربات رسم می شود . بنابر تعریف در این آزمایش حد روانی میزان رطوبتی است که شیار بین دو قسمت خاک در اثر 25 ضربه در طولی برابر با 13 میلیمتر بسته شود .
وسایل مورد نیاز آزمایش :
– دستگاه استاندارد کاساگراند
– شیار زن استاندارد
روش انجام آزمایش :
ابتدا مقدار 250 گرم خاک عبوری از الک شماره 4 را روی سطح صیقلی و کاملاً صاف مانند شیشه ریخته و با مقدار —سی سی آب مخلوط کرده و به کمک کاردک آنقدر به هم می زنیم تا آب بطور کامل مخلوط شود و رطوبت بین تمام ذرات خاک تقسیم شود. مقداری از مخلوط بدست آمده را درون جام دستگاه کاساگراند می ریزیم و توسط دستگاه شیارزن شیاری استاندارد در جهت لولا و محل ضربه ایجاد می کنیم . حال دسته را می چرخانیم و با هر دور دوران دسته یک مرتبه جام سقوط می کند و یک ضربه وارد می گردد این کار را تا مرحله ای که شیار به اندازه 13 میلیمتر هم آید انجام می دهیم و تعداد ضربات را می شماریم . اکنون مقداری از نمونه را درون ظرفی می ریزیم و وزن مرطوب را بدست می آوریم سپس ظرف را درون گرمخانه قرار داده و پس از خشک شدن وزن خشک نمونه و در نهایت میزان رطوبت بدست می آید . این آزمایش را با افزایش میزان رطوبت سه بار تکرار می کنیم.
محاسبات انجام شده :
تعداد ضربات
27
20
35
وزن ظرف خالی
48.8
52.6
50.4
وزن ظرف و خاک مرطوب
92.9
97.3
79.1
وزن ظرف و خاک خشک
85.3
89.5
74.2
وزن خاک خشک
36.5
36.9
23.8
وزن آب موجود
7.6
7.8
4.9
در صد رطوبت
20.8
21.1
20.5
W% = ( 92.9 -85.3 ) / ( 85.3 – 48.8 ) = 20.8 %
W% = ( 97.3 -89.5 ) / ( 89.5 – 52.6 ) = 21.1 %
W% = ( 79.1 -74.2 ) / ( 74.2 – 50.4 ) = 20.5 %
بررسی خطاها :
از جمله خطاهایی که در هنگام آزمایش رخ می دهد خیس و مرطوب بودن نمونه خاک بر اثر آزمایش توسط گروههای دیگر می باشد همچنین از دیگر خطاها نیز می توان به همگن نبودن مخلوط خاک و آب اشاره کرد و نیز ممکن است طول هم آمدن شیار دقیقاً در تمام حالات برابر نباشد و برای هم آمدن نیاز به اعمال نمودن تعداد ضربه بیشتری می باشد لیکن باید اپراطور دقت کافی در قرائت اندازه ها نماید .
برخی از اینگونه خطاها غیر قابل اغماض و جلوگیری می باشند و از دسته خطاهای فردی تلقی می شوند و تنها به دقت و طرز کار اپراتور بستگی دارد . عده دیگری از این خطاها را می توان با انتخاب درست کردن نمونه و ابزار لازم جلوگیری نمود .
ب ) آزمایش حد خمیری : Plastic limit
مقدمه:
برای بدست آوردن حد خمیری خاک مورد آزمایش با مقدار لازم آب مقطر مخلوط می شود . تا به اندازه کافی خمیری کردد . این خمیر باید قابل تغییر شکل داده شدن به صورت گلوله باشد . قسمتی از نمونه خاک ( تقریبا 2.5 گرم ) با استفاده از انگشتان دست و بر روی یک صفحه صیقلی سنگی یا شیشه ای به شکل فتیله به قطر حدود 6 میلیمتر در آورده می شود . پس از آن سعی در کاستن قطر فتیله تا 3 ملیمتر خواهد شد . عمل فتیله کردن نمونه خاک باید مرتباً تکرار شود تا نمونه در اثر کاهش تدریجی رطوبت ( به علت گرمای انگشتان دست ) زمانی که به صورت فتیله ای به قطر 3 میلیمتر در آوده می شود در طول و عرض ترک بخورد . نونه های حاصل از این آزمایش با استفاده از گرم خانه رطوبت خود را از دست داده و میزان رطوبتشان معلوم می گردد .
وسایل مورد نیاز آزمایش :
– نمونه خاک مورد نظر
روش انجام آزمایش :
ابتدا مقداری از خاک مورد نظر را با آب مخلوط نموده و با افزایش تدریجی آب خمیر غلیظ و یکنواختی درست می کنیم. مقداری از این خمیر را برداشته و بین دو انگشتمان بصورت فتیله به حرکت در می آوریم این کار را تا آنجا انجام می دهیم که قطر فتیله برابر 3 میلیمتر گردد. اگر ترک در فتیله دیده شد خاک به حالت خمیری خود رسیده است. در این حالت فتیله را درون ظرف ریخته و داخل گرمخانه می گذاریم تا میزان رطوبت نمونه بدست آید.
محاسبات انجام شده :
41.1 گرم = وزن خالی ظرف E . W = 41.1 gr
42 گرم = وزن ظرف + خاک مرطوب( فتیله ) E.W + S.W = 42 gr
41.9 گرم = وزن ظرف + خاک خشک E.W +D.W = 41.9 gr
%W = (42-41.9)/(41.9-41.1) = 12.5%
وزن ظرف خالی
41.1
وزن ظرف و خاک مرطوب
42
وزن ظرف و خاک خشک
41.9
وزن خاک خشک
0.8
وزن آب موجود
0.1
در صد رطوبت
12.5
بررسی خطاها :
شاید تنها خطایی که در این آزمایش به نظر می رسد تبخیر شدن رطوبت فتیله ها در هنگام ورز دادن با دست می باشد که باعث کاهش میزان رطوبت نمونه و در نتیجه داخل شدن خطا در اعداد بدست آمده می باشد . و اگر راه یا وسیله ای برای جلوگیر از تماس با دست وجود داشته باشد این خطا نیز تقلیل می یابد.
کاربرد عملی آزمایش :
آزمایشات حد مایع و حد خمیری آزمایشات بسیار خوبی برای تشخیص مقدار چسبندگی خاک و همچنین تشخیص رسی بودن خاک می باشند . دامنه خمیری نشانگر دوره خمیری خاک می باشد که فقط به مقدار رس بستگی دارد و با کم و زیاد شدن رس در آن نوساناتی دیده می شود .
لذا خواص دیگری مانند قابلیت تراکم ، نفوذپذیری ، تغییر حجم ، سفتی و چسبندگی و مقاومت خاک در حالت خشک را می توان با داشتن حد مایع و حد خمیری خاک ارزیابی نمود .