آزمایش حدود اتربرگ (Atterberg Limits)

حد روانی: درصد رطوبتی است که در آن و رطوبت‌های بالاتر از آن، به‌صورت سیال لزج عمل می‌کند.

حد خمیری: درصد رطوبتی است که خاک تا قبل از آن حالت نیمه‌جامد داشته و از آن به بعد حالت خمیری پیدا می‌کند.

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

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 کرده‌اید خاک‌های چسبنده خاک‌هایی هستند که درصد رس آن‌ها زیاد است. خاک‌های رسی با جذب و نگهداری آب در میان مولکول‌های خود حالت چسبندگی پیدا می‌کند اما با بیشتر شدن رطوبت میان مولکول‌های خاک رس این خاک ار حالت منقبض و سفت شده به حالت خمیری و قابل انعطاف در می‌آید. اما با بیشتر شدن آب میان بافتی خاک رس، خاک به حالتی تبدیل می‌شود که چسبندگی بین مولکوهایش از دست می‌رود و از حالت یکپارچه خود خارج می‌شود. به این حالت خاک‌های رسی حالت روان یا جاری گفته می‌شود.

اگر فاصله بین حالت منقبض و حالت خمیری خاک درصد رطوبتی از خاک باشد و همچنین فاصله بین حالت خمیری و روانی خاک‌های رسی درصد رطوبت مشخصی باشد این درصد رطوبت‌ها را به حد خاک برای تبدیل از حالتی به حالت دیگر گفته می‌شود.

ما در آزمایش حدود اتربرگ با افزایش رطوبت خاک‌های چسبنده حد خمیری و حد انقباض و حد روانی خاک‌های رسی را به‌دست می‌آوریم. اما به چه روش باید میزان درصد رطوبت خاک اندازه گیری شود؟ و همچنین چه ابزاری به ما کمک می‌کند این حد را به روشی دقیق‌تر و مناسب‌تر محاسبه کنیم؟

روش آزمایش حدود اتربرگ

این آزمایش اولین بار توسط آلبرت ماوریتز آتربرگ برای شناسایی مشخصات روانی خاک‌ها 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 نقطه‌ای
تعیین حد روانی به روش ب: آزمون تک نقطه‌ای
روش مورد استفاده باید از سوی کارشناس درخواست‌کننده مشخص شود. چنانچه روشی مشخص نشده باشد، روش الف یا همان آزمون چند نقطه‌ای استفاده شود.

آماده سازی نمونه آزمايش

آماده‌سازی نمونه به دو روش خشک‌وتر انجام می‌شود.

آماده‌سازی به‌صورت خشک

۱. ابتدا نمونه را در دمای اتاق يا آون با حداكثر دمای 60 درجه سانتی‌گراد خشک كنيد.
۲. خاک را با هاون يا چكش پلاستيكی يا هر وسيله ديگری كه باعث از بين رفتن اندازه اصلی ذرات نگردد، خرد كنيد.
۳- مصالح را روی الک نمره 40 قرار داده و الک كنيد.
۴- ذرات مانده روی الک نمره 40 را در ظرفی خيسانده و و پس از مخلوط كردن از الک نمره 40 به داخل تشتی عبور می‌دهيم و آن‌ها را به مصالح خشک قبلی كه از الک رد كرده بوديم اضافه كرده و مصالح روی الک را حذف كنيم.

آماده‌سازی به‌صورت تر

مصالح عبوری از الک نمره 40

150-200 گرم از خاک عبوری از الک نمره 40 را با آب مقطر يا آب عاری از مواد معدنی روی شيشه به‌وسيله كاردک مخلوط كنيد.
در صورت استفاده از روش A: مقدار آب اضافه شده در جام برنجی طی 25-30 ضربه به‌هم برسند.
در صورت استفاده از روش B: تعداد ضربات 20-30 ضربه به‌هم برسند.

مصالح آماده شده در ظرف مورد نظر ريخته و روی آن را با پوشش بپوشانيد تا از كاهش رطوبت آن جلوگيری شود. سپس آن‌را برای مدت حداقل 16 ساعت نگهداری كنيد. قبل از انجام آزمايش مجدداً خاک را مخلوط كنيد.

مصالح مانده روی الک نمره 40

نمونه را روی سينی يا صفحه‌ای ريخته و تا زمانی كه مصالح از آب پوشيده شود آب اضافه كنيد و اجازه دهيد مصالح خيس بخورند تا زمانی كه كلوخ‌ها نرم شوند و ذرات ريز روی ذرات درشت نچسبند.
اگر خاک درصد زيادی ذرات درشت‌تر از نمره 40 داشته باشد:
هربار 0.5 كيلوگرم مصالح را روی الک بشوييد، الک نمره 40 را داخل تشت تميزی قرار داده سپس مخلوط آب و خاک را روی آن می‌ريزيم (در صورت مشاهده شن و ماسه درشت، با آبفشان مصالح را شسته و ذرات درشت را برمی‌داريم يا الک شماره 10 را روی الک نمره 40 قرار داده و مخلوط آب (مقدار آب بايد تا ارتفاع 13 ميلی‌متر بالاتراز كف الک 425 ميكرون برسد) و خاک را داخل آن ريخته سپس عمل شستن و برداشتن ذرات درشت را انجام می‌دهيم.
رطوبت ذرات عبوری از الک نمره 40 را تا مرز رسيدن به حد روانی كاهش دهيد.
150-200 گرم از خاک عبوری از الک نمره 40 را با آب مقطر يا آب عاری از مواد معدنی روی شيشه به‌وسيله كاردک مخلوط كنيد.
در صورت استفاده از روش A: مقدار آب اضافه شده در جام برنجی طی 25-30 ضربه به‌هم برسند.
در صورت استفاده از روش B: تعداد ضربات 20-30 ضربه به‌هم برسند.
مصالح آماده شده در ظرف مورد نظر ريخته و روی آن را با پوشش بپوشانيد تا از كاهش رطوبت آن جلوگيری شود. سپس آن‌را برای مدت حداقل 16 ساعت نگه‌داری كنيد. قبل از انجام آزمايش مجدداً خاک را مخلوط كنيد.

وسایل مورد نیاز آزمایش حدود اتربرگ

الف. آزمایش حد روانی

۱. شیارزن استاندارد و دستگاه کاساگرانده

۲. کاردک‌های مخصوص و صفحه شیشه‌ای

۳. هاون و دسته آن جهت جداسازی ذرات خاک

۴. الک شماره چهل

۵. ترازو با دقت یک صدم گرم

ب. آزمایش حد خمیری

۱. صفحه شیشه‌ای و کاردک‌های مخصوص به آن جهت ورز دادن خاک

۲. ترازو با دقت یک صدم گرم

۳. آون با درجه حرارت ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد

ج. آزمایش تعیین حد انقباض

۱. ظرف شیشه ای با سه پایه

۲. ظرف انقباض

۳. جیوه

۴. ترازو با دقت یک صدم گرم

۵. دستگاه سنجش حجم

۱. جام کاساگرانده

دستگاه کاساگرانده وسیله‌ای است مکانیکی که دارای یک پیاله به قطر داخلی ۵۴ میلی‌متر، ضخامت ۲ میلی‌متر و وزن ۲۰۰ گرم که عمدتاً از جنس برنج ساخته می‌شود. این پیاله توسط دو گیره، از پشت به پایه‌ای پلاستیکی لولا گردیده است. به وسیله گرداندن یک دسته پیاله، لولا چرخیده، به بالا رفته و سپس به سمت پایین رها می‌شود و در حقیقت ضربه‌ای به کف آن زده می‌شود.
ارتفاع سقوط در حد استاندارد قابل تنظیم است. هنگام تنظیم دستگاه لازم است به این نکته توجه داشته باشیم که لولا اتصال‌دهنده 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.