آزمایش حدود اتربرگ (Atterberg Limits)

حد روانی، درصد رطوبتی است که در آن و رطوبت های بالاتز از آن، به صورت سیال لزج عمل می کند.

حد خمیری، درصد رطوبتی است که خاک تا قبل از آن حالت نیمه حامد داشته و از آن به بعد حالت خمیری پیدا می کند.

حد انقباض : درصد رطوبتی از خاک است که اگر رطوبت خاک از آن کمتر شود، تغییری در حجم خاک اتفاق نمی افتد.

کاربرد حدود اتربرگ

همانطور که در بالا گفته شد آزمایش حدود اتربرگ برای تعیین مشخصاتی از خاک‌های چسبنده است. همانطور که در آزمایشات دیگر سایت پی خاک سنگ مشاهده کرده اید خاک های چسبنده خاک‌هایی هستند که درصد رس آنها زیاد است. خاک های رسی با جذب و نگهداری آب در میان مولکول‌های خود حالت چسبندگی پیدا می کند اما با بیشتر شدن رطوبت میان مولکولهای خاک رس این خاک ار حالت منقبض و سفت شده به حالت خمیری و قابل انعطاف در می آید. اما با بیشتر شدن آب میان بافتی خاک رس، خاک به حالتی تبدیل می شود که چسبندگی بین مولکوهایش از دست می‌رود و از حالت یکپارچه خود خارج می‌شود. به این حالت خاکهای رسی حالت روان یا جاری گفته می شود.

اگر فاصله بین حالت منقبض و حالت خمیری خاک درصد رطوبتی از خاک باشد و همچنین فاصله بین حالت خمیری و روانی خاک های رسی درصد رطوبت مشخصی باشد این درصد رطوبت ها را به حد خاک برای تبدیل از حالتی به حالت دیگر گفته می شود.

ما در آزمایش حدود اتربرگ با افزایش رطوبت خاک های چسبنده حد خمیری و حد انقباض و حد روانی خاک های رسی را به دست می آوریم. اما به چه روش باید میزان درصد رطوبت خاک اندازه گیری شود؟ و همچنین چه ابزاری به ما کمک می کند این حد را به روشی دقیق تر و مناسب تر محاسبه کنیم؟

روش آزمایش حدود اتربرگ

این آزمایش اولین بار توسط آلبرت ماوریتز آتربرگ برای شناسایی مشخصات روانی خاک ها انجام شد.

آزمایش حدود اتربرگ بر اساس استاندارد (ASTM-D4318) انجام می گیرد.

برای انجام آزمایش حدود اتربرگ اولین کاری که می بایست انجام دهیم رد کردن خاک از الک 40 است. این کار باعث می شود که قسمت های درشت خاک از آن جدا شده و خاک های ماسه ای و رسی و سیلت خاک در آن برای تعیین حدود اتربرگ باقی بماند.

حد انقباض (SL)

در میان آزمایشات حدود اتربرگ، “حد انقباض” می توان گفت کم کاربردترین این آزمایشات است. حد انقباض در واقع میزان رطوبتی از خاک است که با از دست رفتن این رطوبت خاک تغییر حجم نمی‌دهد. چون برای ما تبدیل خاک از حالت نیمه جامد به جامد اهمیت زیادی ندارد. چون خاک در این دو حالت رفتار تقریبا یکسانی از خود نشان می دهد و خاک با درصد رطوبت کمتر از حد خمیری با از دست دادن رطوبت باعث نشستی برابر خاک با درصد رطوبت صفر دارد و همچنین میزان باربری خاک نیز به همان مقدار است یا تفاوت آن آنقدر کم است که قابل اغماض می باشد.

حد خمیری (PL)

درصد رطوبتی که خاک با از دست دادن آن از حالت نیمه جامد به حالت خمیری شکل در می‌آید را «حد خمیری» می‌گویند. برای بدست آوردن حد خمیری چنین عمل می‌کنیم:

خاک را به صورت فیتیله هایی با قطر دو تا سه میلیمتر دراورده و روی سطح شیشه ای یا صاف به طوری که به سطح نچسبد این فیتیله ها را می غلتانیم و باید فتیله‌ها دارای ترک‌های طولی (نه پیچشی) باشند این کار تا بدست آمدن فتیله‌ای به ضخامت ۳٫۲ میلیمتر ادامه می‌دهند.حال می توانیم درصد رطوبت این فیتیله ها را به دست آورد. رطوبت به دست آمده از این آزمایش حد خمیری می باشد.

در واقع رطوبت خاک در این حالت باعث چسبندگی بین مولکولهای خاک رس می شود و اجازه جدا شدن آن ها را نمی دهد. و اما در صورت ایجاد ترک خاک به حالت شکننده درامده و از حالت خمیری به حالت نیمه جامد یا جامده درامده است که در این حالت میزان رطوبت بین مولکولهای خاک رس باعث نگه داشتن خاک کنار هم نمی شود.

حد روانی (LL)

دو روش برای تعیین حد روانی به شرح زیر است :

تعیین حد روانی به روش الف: آزمون چند نقطه ای
تعیین حد روانی به روش ب: آزمون تک نقطه ای
روش مورد استفاده باید از سوی کارشناس درخواست کننده مشخص شود. چنانچه روشی مشخص نشده باشد، روش الف یا همان آزمون چند نقطه ای استفاده شود.

آماده سازی نمونه آزمايش

اماده سازي نمونه به دو روش خشك و تر انجام مي شود.
اماده سازي بصورت خشك:
1- ابتدا نمونه را در دماي اتاق يا اون با حداكثر دماي 60 درجه سانتي گراد خشك كنيد.
2- خاك را با هاون يا چكش پلاستيكي يا هروسيله ديگري كه باعث از بين رفتن اندازه اصلي ذرات نگردد، خرد كنيد.
3- مصالح را روي الك نمره 40 قرار داده و الك كنيد.
4- ذرات مانده روي الك نمره 40 را در ظرفي خيسانده و و پس از مخلوط كردن از الك نمره 40 به داخل تشتي عبور مي دهيم و انها را به مصالح خشك قبلي كه از الك رد كرده بوديم اضافه كرده و مصالح روي الك را حذف كنيم.
اماده سازي به صورت تر:

مصالح عبوري از الك نمره 40:

150-200 گرم از خاك عبوري از الك نمره 40 را با اب مقطر يا اب عاري از مواد معدني روي شيشه به وسيله كاردك مخلوط كنيد.
در صورت استفاده از روشA : مقدار اب اضافه شده در جام برنجي طي 25-30 ضربه به هم برسند.
روش B: تعداد ضربات 20-30 ضربه به هم برسند.
مصالح اماده شده در ظرف مورد نظر ريخته و روي ان را با پوشش بپوشانيد تا از كاهش رطوبت ان جلوگيري شود.سپس انرا براي مدت حداقل 16 ساعت نگهداري كنيد.
قبل از انجام ازمايش مجددا خاك را مخلوط كنيد.

مصالح مانده روي الك نمره 40:

نمونه را روي سيني يا صفحه اي ريخته و تا زمانيكه مصالح از اب پوشيده شود اب اضافه كنيد و اجازه دهيد مصالح خيس بخورند تا زمانيكه كلوخ ها نرم شوند و ذرات ريز روي ذرات درشت نچسبند.
اگر خاك درصد زيادي ذرات درشت تر از نمره 40 داشته باشد:
هربار 0.5 كيلوگرم مصالح را روي الك بشوييد، الك نمره 40 را داخل تشت تميزي قرار داده سپس مخلوط اب و خاك را روي ان ميريزيم( در صورت مشاهده شن و ماسه درشت، با ابفشان مصالح را شسته و ذرات درشت را برميداريم يا الك شماره 10 را روي الك نمره 40 قرار داده و مخلوط اب(مقدار اب بايد تا ارتفاع 13 ميليمتر بالاتراز كف الك 425 ميكرون برسد) و خاك را داخل ان ريخته سپس عمل شستن و برداشتن ذرات درشت را انجام مي دهيم.
رطوبت ذرات عبوري از الك نمره 40 را تا مرز رسيدن به حد رواني كاهش دهيد.
150-200 گرم از خاك عبوري از الك نمره 40 را با اب مقطر يا اب عاري از مواد معدني روي شيشه به وسيله كاردك مخلوط كنيد.
در صورت استفاده از روش A : مقدار اب اضافه شده در جام برنجي طي 25-30 ضربه به هم برسند.
روش B: تعداد ضربات 20-30 ضربه به هم برسند.
مصالح اماده شده در ظرف مورد نظر ريخته و روي ان را با پوشش بپوشانيد تا از كاهش رطوبت ان جلوگيري شود.سپس انرا براي مدت حداقل 16 ساعت نگهداري كنيد.
قبل از انجام ازمايش مجددا خاك را مخلوط كنيد.

وسایل مورد نیاز آزمایش حدود اتربرگ

الف) آزمایش حد روانی

1. شیار زن استاندارد و دستگاه کاساگرانده
2. کاردک های مخصوص و صفحه شیشه ای
3. هاون و دسته آن جهت جداسازی ذرات خاک
4. الک شماره چهل
5. ترازو با دقت یک صدم گرم

ب) آزمایش حد خمیری

1. صفحه شیشه ای و کاردک های مخصوص به آن جهت ورز دادن خاک
2. ترازو با دقت یک صدم گرم
3. آون با درجه حرارت ۱۱۰ درجه سانتی گراد

ج) آزمایش تعیین حد انقباض

1. ظرف شیشه ای با سه پایه
2. ظرف انقباض
3. جیوه
4. ترازو با دقت یک صدم گرم
5. دستگاه سنجش حجم

۱. جام کاساگرانده

دستگاه کاساگرانده وسیله ای است مکانیکی که دارای یک پیاله به قطر داخلی ۵۴ میلی متر، ضخامت ۲ میلی متر و وزن ۲۰۰ گرم که عمدتا از جنس برنج ساخته می شود.
این پیاله توسط دو گیره، از پشت به پایه ای پلاستیکی لولا گردیده است.
به وسیله گرداندن یک دسته پیاله، لولا چرخیده، به بالا رفته و سپس به سمت پایین رها می شود و در حقیقت ضربه ای به کف آن زده می شود.
ارتفاع سقوط در حد استاندارد قابل تنظیم است.
هنگام تنظیم دستگاه لازم است به این نکته توجه داشته باشیم که لولا اتصال دهنده پیاله به پایه، ساییده شده نباشد تا باعث جابجایی یا حرکت پیاله نشود.
همچین لازم است دقت داشته باشیم که پیچ های اتصال کاسه به دستگیره کاملا سفت بوده و کف پیاله در اثر ضربات زیاد، گود نشده باشد.