نحوه آزمایش تراکم خاک با قالب و چکش تراکم

قالب و چکش تراکم برای تعیین رابطه بین رطوبت و تراکم خاک‌های متراکم استفاده می‌شود و همچنین برای مشخص کردن انرژی تراکم خاک انجام می‌شود. انرژی تراکم خاک مقدار انرژی مکانیکی است که به توده خاک اعمال می‌شود.  روش‌های مختلف از جمله کوبیدن، خمیر کردن، ارتعاش و فشرده‌سازی بار استاتیکی به خاک اعمال می‌کند. تراکم خاک به مشخصات فیزيکی آن مربوط  است. از دو نوع آزمایش تراکم خاک به طور معمول استفاده می‌شود:

• تست استاندارد پروکتور (تراکم دستی)
• تست پروکتور اصلاح شده (تراکم پیشرفته)

کاربرد آزمایش تراکم خاک

آزمایش تراکم خاک برای کاهش تخلخل خاک از آزمایش تراکم خاک استفاده می‌شود. با استفاده از انرژی مکانیکی هوا از خاک خارج می‌شود  و در یک نوع خاک معین  با افزایش چگالی خاک همراه است.

تراکم خاک میزان نشت نامطلوب را کاهش و پایداری شیب خاکریزها را افزایش می دهدبه همین دلیل کاربرد آزمایش تراکم خاک مهم است.

هدف از انجام آزمایش تراکم پروکتور

هدف از انجام آزمایش تراکم پروکتور تعیین رطوبت بهینه خاک است که در آن یک نوع خاک معین به متراکم‌ترین و حداکثر چگالی خشک خود می‌رسد. این آزمایش به  رالف روسکو پروکتور  نامگذاری شده است که در سال ۱۹۳۳ مهندس مقیم دپارتمان آب و برق لس آنجلس بوده است.  آزمایش اصلی  رالف روسکو پروکتور معمولاً به عنوان تست استاندارد خاک شناخته می‌شود. آزمایش او بعداً برای ایجاد آزمایش تراکم پروکتور اصلاح شده شناخته شد.

این آزمایش‌ها عموماً فشرده‌سازی خاک با رطوبت مشخص در قالبی استوانه‌ای با طوقی با ابعاد استاندارد ارتفاع و قطر با استفاده از تلاش فشرده با بزرگی کنترل می‌شود. خاک معمولاً به مقدار معینی از لایه‌های مساوی در قالب فشرده می‌شود و هر یک از یک چکش استاندارد در ارتفاع مشخصی ضرباتی را دریافت می‌کنند. این فرآیند برای محتویات مختلف تکرار می‌شود و چگالی خشک برای هر کدام تعیین می‌شود رابطه گرافیکی چگالی خشک با رطوبت رسم می‌شود تا منحنی تراکم ایجاد شود. حداکثر ا ز نقطه اوج منحنی تراکم و میزان رطوبت آن که به عنوان رطوبت بهینه نیز شناخته می‌شود.

تست استاندارد پروکتور (تراکم دستی) چیست؟

تعیین رطوبت بهینه و میزان رطوبت خاک و درجه چگالی خشکی که خاک برای فشرده سازی آماده می شود، رابطه مشخصی را حفظ می کند. محتوای رطوبت بهینه یا محتوای بهینه آب میزان رطوبتی است که در آن خاک به حداکثر چگالی خشک می رسد. با توجه به مقدار خاصی از انرژی تراکم اعمال شده به خاک است.

 از چکشی به وزن ۵.۵ پوند، ارتفاع سقوط ۱۳ اینچ (یک فوت)، تعداد ۵۶ ضربه در سه لایه تراکم و یک قالب با قطر ۶ اینچ استفاده می شود.

بنابراین، حداکثر چگالی خشک خاکی که به عنوان پی استفاده می شود، جایی است که آزمایش تراکم پروکتور مطرح می شود.

تست پروکتور اصلاح شده (تراکم پیشرفته) چیست؟

به روش پروکتور اصلاح شده خاک‌ها را با تراکم‌های بالاتر در رطوبت کمتر فشرده کنند از چکشی به وزن ۱۰ پوند، ارتفاع سقوط ۱۸ اینچ (یک و نیم فوت)، تعداد ۲۵ ضربه در پنج لایه تراکم و یک قالب با قطر ۴ اینچ استفاده می شود.

تجهیزات تست تراکم پروکتور

تجهیزات تست تراکم مورد نیاز برای انجام تست پروکتور آزمایشگاهی نیز ساده و به طور گسترده در دسترس هستند. لیست آنها به شرح زیر است:

• قالب‌های فشرده سازی با قطر ۴ یا ۶ اینچ برای نگهداری نمونه‌های فشرده
• متراکم کننده‌های خاک مکانیکی به طور خودکار نمونه‌های تراکم پروکتور را با تعداد مناسب ضربات چکش فشرده می‌کنند و با رسیدن به یک عدد از پیش تعیین شده خاموش می‌شوند.
• چکش پراکتور چکش‌های قطره‌‌ای هستند که به صورت دستی استفاده می‌شود تا نمونه‌های خاک استاندارد یا اصلاح شده پروکتور را در قالب‌های تراکم فشرده کنند.
• نمونه‌های تراکم را به اندازه در قالب تراش می‌دهد.
• ترازو یا ترازو سازگار با D4753 و خوانایی ۱g برای وزن کردن نمونه واحد خشک پس از فشرده‌سازی است.
• کوره خشک کن  که یکنواختی را تا ۹ ± ۲۳۰ درجه فارنهایت (۵ ± ۱۱۰ درجه سانتیگراد) برای تعیین میزان رطوبت حفظ می‌کند.
• غربال‌های آزمایشی برای تعیین اندازه ذرات است.

روش‌های ایجاد تراکم در خاک چیست؟

برای ایجاد تراکم روش های ایجاد تراکم در خاک مختلف است. روش استاتیکی، ضربه ای، ارتعاشی، گردشی و غلتکی از رایج‌ترین روش‌هاست.

تراکم استاتیکی

هرچه وزن اشیا بیشتر باشد فشار اعمال شده بیشتر خواهد بود.  مقداری تنش به آرامی به خاک وارد شده و سپس رها می‌شود.

تراکم غلتکی

جرمی استوانه ای روی خاک می‌غلتد. این نوع از تراکم به شرایط خاک و میزان بار وارده از سوی غلتک بستگی دارد.

تراکم ضربه‌ای

که فرآیند تراکم با ضربه همراه خواهد بود، طوری که جرم سنگینی روی سطح خاک، ضربه وارد می‌‌کند.

تراکم ارتعاشی

که با اعمال تنش ارتعاشی بر خاک همراه است. تکرار اعمال تنش توسط صفحه یا پتک بر خاک، ذرات آن را مرتب و کنار یکدیگر قرار می‌دهد.

تراکم گردشی

در آزمایشگاه انجام می‌شود، هنگامی که خاک در حال حرکت چرخشی حول محور اعمال فشار است، فشار استاتیکی در یک جهت مداوم به خاک وارد می‌شود.

مراحل تست استاندارد ایجاد تراکم در خاک

خاک خشک شده با هوا را در یک تابه بزرگ قرار دهید (۱۰ پوند خاک برای یک قالب ۴ اینچی و ۱۵ پوند برای یک قالب ۶ اینچی). خاک را پودر کنید و از الک ۴ عبور دهید. از ترازو برای تعیین وزن نمونه‌های خاک و قالب‌ها و پایه‌های تراکم استفاده کنید و وزن‌ها را ثبت کرده و با استفاده از روش زیر، مقدار آبی را که باید اضافه کنید محاسبه کنید:

مقدار آب را برای اولین آزمایش ۸ درصد فرض کنید. مقدار آبی که باید اضافه شود را با استفاده از این معادله محاسبه کنید اندازه گیری را بر حسب میلی لیتر می‌دهد، اما جرم خاک برحسب گرم است. این مشکلی نیست زیرا یک گرم آب برابر با یک میلی لیتر است.

آب را اندازه بگیرید و به خاک اضافه کنید. از ماله، آن را کاملا در خاک مخلوط کنید، تا زمانی که خاک به رنگ یکنواخت درآید استفاده کنید. قالب تراکم را به پایه وصل کنید، مقداری خاک در قالب قرار دهید و خاک را به تعداد لایه‌های مساوی که براساس نوع روش تراکم مشخص شده است، فشرده کنید. تعداد قطرات چکش در هر لایه به نوع قالب مورد استفاده بستگی دارد. قطره‌ها را به طور مساوی روی سطح نمونه با سرعت یکنواخت حداکثر ۱.۵ ثانیه در هر قطره بمالید. سعی کنید از برگشتن رامر از بالای آستین راهنما جلوگیری کنید. سیلندر را کاملاً با خاک پر کنید و مطمئن شوید که آخرین لایه فشرده کمی بالاتر از محل اتصال یقه قرار دارد. اگر پس از اتمام قطرات، خاک زیر محل اتصال طوقه باشد، نقطه آزمایش را تکرار کنید. یقه را با احتیاط بردارید و با استفاده از ماله خاک فشرده شده را جدا کنید تا کاملاً با قسمت بالای قالب یکدست شود. تکه‌های کوچک خاکی را که در طول فرآیند پیرایش می‌ریزند، جایگزین کنید.

خاک متراکم شده را وزن کرده و آن را یادداشت کنید. جرم مرطوب خاک را با کم کردن وزن قالب و پایه تعیین کنید. خاک را با استفاده از یک اکسترودر مکانیکی از قالب خارج کنید و از بالا و پایین نمونه از محتوای رطوبت خاک نمونه برداری کنید. قوطی‌های رطوبت را با خاک پر کنید و میزان آب را تعیین کنید.

نمونه خاک را در سینی بزرگ قرار دهید و خاک را بشکنید تا به نظر برسد که از الک شماره ۴ عبور می‌کند. براساس توده نمونه اولیه، ۲ درصد آب بیشتری اضافه کنید و مانند مرحله ۴ مجدداً مخلوط کنید. مراحل ۵ تا ۹ را تکرار کنید تا براساس جرم مرطوب، مقدار اوج حاصل شود و به دنبال آن دو توده خاک کمی فشرده‌تر شوند.

ساختار قالب و چکش تراکم

قالب و چکش تراکم از فولاد آبکاری شده ساخته شده است و  برای فشرده‌سازی نمونه خاک در قالب‌ها استفاده می‌شود. تمامی قالب‌های پروکتور دارای یقه، بدنه قالب و صفحه پایه قابل جدا شدن است.

 ساختار فولاد ضد زنگ برای حداکثر مقاومت در برابر خوردگی و عمر طولانی است. این محصول به قالب تراکم، ترازو با دقت ۰.۰۱ گرم و الک شماره ۴، چکش استاندارد و اصلاح شده، استامبولی، جک، صفحه فلزي براي صاف کردن سطح قالب ون و ظرف فلزي نیاز است.

مزایای فشرده سازی خاک

• نفوذپذیری کاهش می‌یابد.
• چرخه‌های انجماد بالا رفته و ذوب کاهش می‌یابد.
• فرسایش خاک قابل کنترل است.
• فرونشست کاهش می‌یابد.
• ظرفیت باربری و پایداری افزایش داده می‌شود.