آزمایش حدود اتربرگ (Atterberg Limits) مجموعهای از آزمایشها در مکانیک خاک است که برای تعیین حدود بحرانی رطوبت در خاکهای ریزدانه (مانند رس و سیلت) انجام میشود. این حدود، مرزهای بین چهار حالت مختلف رفتاری خاک را بر اساس میزان آب موجود در آن مشخص میکنند.
این چهار حالت عبارتند از:
- حالت جامد (Solid): در این حالت، خاک بسیار سفت و شکننده است و با افزایش رطوبت، حجم آن تغییر نمیکند.
- حالت نیمه جامد (Semi-Solid): با افزایش رطوبت، خاک کمی نرمتر میشود اما همچنان شکننده است و با کاهش رطوبت، حجم آن کاهش مییابد.
- حالت خمیری (Plastic): در این حالت، خاک قابلیت شکلپذیری دارد و میتوان آن را بدون ترک خوردن ورز داد و به اشکال مختلف درآورد.
- حالت روان (Liquid): با افزایش بیشتر رطوبت، مقاومت برشی خاک به شدت کاهش یافته و مانند یک مایع رفتار میکند.
آزمایش حدود اتربرگ شامل سه حد اصلی است:
- حد روانی (Liquid Limit – LL یا WL): درصدی از رطوبت است که در آن خاک از حالت خمیری به حالت روان تغییر میکند. این حد به طور قراردادی به عنوان رطوبتی تعریف میشود که در آن یک شیار استاندارد ایجاد شده در نمونه خاک در دستگاه کاساگرانده پس از ۲۵ ضربه به طول ۱۳ میلیمتر بسته شود.
- حد خمیری (Plastic Limit – PL یا WP): درصدی از رطوبت است که در آن خاک از حالت نیمه جامد به حالت خمیری تغییر میکند. این حد به طور قراردادی به عنوان رطوبتی تعریف میشود که در آن میتوان یک فتیله خاکی به قطر ۳.۲ میلیمتر (⅛ اینچ) تهیه کرد بدون اینکه ترک بخورد.
- حد انقباض (Shrinkage Limit – SL یا WS): درصدی از رطوبت است که در آن کاهش بیشتر رطوبت باعث کاهش حجم خاک نمیشود و خاک از حالت جامد به نیمه جامد تغییر میکند.
کاربردهای آزمایش حدود اتربرگ در مهندسی ژئوتکنیک:
- طبقهبندی خاکها: حدود اتربرگ به همراه دانه بندی خاک، در سیستمهای طبقهبندی مختلف خاکها مانند سیستم طبقهبندی متحد خاک (USCS) و سیستم طبقهبندی AASHTO استفاده میشوند. این طبقهبندی به مهندسان کمک میکند تا خواص مهندسی خاک را پیشبینی کنند.
- تعیین شاخص خمیری (Plasticity Index – PI): شاخص خمیری که از تفاضل حد روانی و حد خمیری (PI=LL−PL) به دست میآید، دامنه رطوبتی را نشان میدهد که در آن خاک رفتار خمیری دارد. این شاخص اطلاعات مهمی در مورد قابلیت تراکمپذیری، نفوذپذیری و مقاومت برشی خاک ارائه میدهد.
- ارزیابی رفتار مهندسی خاک: حدود اتربرگ و شاخص خمیری ارتباط نزدیکی با بسیاری از خواص مهندسی خاک مانند تراکمپذیری، تورم، انقباض، حساسیت و مقاومت برشی دارند.
- تشخیص نوع کانیهای رسی: مقدار و نوع کانیهای رسی موجود در خاک بر حدود اتربرگ آن تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، خاکهای حاوی مونت موریلونیت معمولاً حدود روانی و خمیری بالاتری دارند.
- کنترل کیفیت در پروژههای ساختمانی: در برخی پروژهها، آزمایش حدود اتربرگ برای کنترل کیفیت مصالح خاکی مورد استفاده در عملیات خاکی و ساخت سدها انجام میشود.
- پیشبینی پتانسیل روانگرایی: اگرچه حدود اتربرگ به طور مستقیم پتانسیل روانگرایی را تعیین نمیکند، اما میتوان از آنها به همراه سایر آزمایشها برای ارزیابی این خطر در خاکهای اشباع ریزدانه استفاده کرد.
به طور خلاصه، آزمایش حدود اتربرگ یک ابزار اساسی و پرکاربرد در مهندسی ژئوتکنیک است که اطلاعات ارزشمندی در مورد رفتار و خواص خاکهای ریزدانه ارائه میدهد.