دانه بندی خاک

۱- هدف : منظور از تجزيه مكانيكي عبارت است از تجزيه خاك به اندازه هاي مختلف كه هر قسمت بصورت درصدي از ذرات نسبت به كل نمونه خاك بيان مي شود . ميتوان گفت اين آزمايش در تمام آزمايشگاههاي مكانيك خاك انجام ميگردد . دانه بندي با استفاده از يك سري الك به ترتيب از درشت به ريز كه بر روي هم قرار دارند و با حركت لرزش مكانيكي يا تكان دادن با دست انجام مي پذيرد .شكل ۱- انواع مختلف الك را كه با لرزش مكانيكي ذرات خاك را تجزيه مي كنند نشان مي دهد .

شكل ۱- دستگاه دانه بندي ذرات خاك به روش مكانيكي

كاربرد :در مورد مخلوطهاي مصالح ريزدانه و درشت دانه قسمتي از نمونه كه ريزتر از ۷۵/۴ ميلي متر است را مي توان در روي دو يا چند سري الك توزيع نمود تا از انباشته شدن بيش از حد مصالح روي الكهاي مجزا جلوگيري شود .
اين روش براي تعيين دانه بندي مصالح سنگي كه شامل شن و ماسه است به كار مي رود . نتايج اين آزمايش به منظور انطباق اندازه دانه ها با مشخصات تعيين شده براي مصالح سنگي و همچنين براي كنترل توليد كنندگان سنگدانه هاي مختلف و يا مخلوطهايي كه در آنها مصالح سنگي به كار مي رود ، كاربرد دارند .
عمل الك كردن با شستشوي خاك روي الكها نيز امكان پذير است . در هنگام دانه بندي بهتر است خاك را ابتدا خشك كرده و سپس كليه كلوخها و ذرات بهم چسبيده را بوسيله چكش لاستيكي از هم جدا نمود . در تجزيه مكانيكي ، دانه بندي خاكهاي با قطر دانه ۷۵ ميكرون ( برابر با الك شماره ۲۰۰ ) به بالا صورت مي گيرد . نمونه برداري جهت دانه بندي هم بايد به روش استانداردAASHTO – T248 (Reducing Samples Of Aggregate To Testing Size) انجام گيرد . در اين روش وزن نمونه ها كاهش مي يابد . بدين صورت كه كليه نمونه برداشته شده آزمايش مي شود مگر در موارد بخصوص كه نمونه تقسيم ميشود . آماده كردن نمونه جهت دانه بندي و يا تقسيم آن به دو صورت انجام مي شود .
الف – جدا كننده مكانيكي :
اين روش وقتي انجام مي شود كه سطح دانه هاي مصالح خشك باشد . دستگاه داراي شيارها ئيست با پهناي مساوي شامل هشت شيار جهت مصالح با دانه هاي درشت و دوازده شيار جهت ريزدانه ها و حداقل پهناي شيارها بايد تقريبا ۵۰ درصد بزرگتر از بزرگترين قطر دانه در مصالح باشد. از اين روش هنگامي استفاده ميشود كه سطح دانه هاي خاك خشك باشد . شكل ۲ دستگاه جداكننده مكانيكي (splitter) را نشان مي دهد.

شكل ۲ – دستگاه جدا كننده مكانيكي ( splitter )
ب – روش چهار قسمتي ( چهار قسمت كردن نمونه ) :
در اين روش نمونه روي يك سطح صاف و تميز و محكم ريخته مي شود كه هيچگونه امكان ريزش و يا اضافه شدن به آن نباشد . نمونه را خوب مخلوط كرده و در آخر بصورت مخروطي در آورده شود سپس با فشار دادن نوك مخروط خاك به پايين نمونه بصورت مسطح در مي آيد و بعد به چهار قسمت تقسيم مي شود . بهتر است از طريق قطر دو قسمت روبرو بعنوان نمونه مورد آزمايش انتخاب و بطور كامل برداشته شود . بطوريكه هيچگونه مصالح ريزدانه بر جا نماند . اگر باز هم زياد بود بهمين طريق ادامه داده مي شود تا ميزان مطلوب بدست آيد . شكل دو ، روش چهار قسمتي نمونه را نشان مي دهد .

شكل ۲ – روش چهارقسمتي كردن نمونه

۲- مشخصات الكهاي استاندارد
الك ها از سيم هاي بافته شده اي كه سوراخ چهارگوشي را بوجود مي آورند ساخته مي شوند و در اندازه هاي ۶/۱۰۱ ميليمتر براي سري هاي درشت تا ۰۳۸/۰ ميلي متر براي سري هاي ريزدانه وجود دارند كه الك شماره ۲۰۰ كوچكترين اندازه اين سري ها مي باشد . الك ها براساس استاندارد ASTM و U.S National Bureau طراحي شده اند . ( جدول ۱- انواع سري هاي الك براساس دو استاندارد U.B.S و تيلور به همراه جدول انواع الك برحسب شماره و اندازه آنها در سيستم هاي مختلف را نشان مي دهد ) .

جدول ۱ – انواع سري هاي الك براساس دواستاندارد U.B.S و تيلور به همراه جدول انواع الك برحسب شماره و اندازه آنها در سيستم هاي مختلف
از سري الكهاي استاندارد كه در آزمايشگاهها وجود دارد سري الكهاي تيلور است كه در آن مساحت سوراخ هر الك دو برابر مساحت سوراخ الك ريز تر و نصف مساحت سوراخ الك درشتر از خود است . مثلا الكهاي ۴و۲و۲/۱ اينچ معمولا اندازه الكها بر حسب تعداد سوراخها در يك اينچ بيان مي شود . لذا تعداد سوراخها در يك اينچ مربع برابر مجذور شماره الك خواهد بود . مثلا الك شماره ۱۰۰ تعداد ۱۰۰۰۰ عدد سوراخ در يك اينچ مربع دارد . باستثناي دو الك بالايي و الكهاي شماره ۹و۶۰ طوري تنظيم شده اند كه قطر سوراخ هر يك از آنها برابر الكي است كه بلافاصله در زير آن قرار دارد . استاندارد معمول آزمايشگاه استاندارد امريكائي است كه در جدول (۱) نشان داده شده است . در اين استاندارد قطر سوراخ هر الك از تقسيم قطر سوراخ الك قبلي به و با نسبت تقريبي بدست مي آيد كه بصورت رابطه زير بيان مي شود .
در سري الكهاي آمريكائي اساس انتخاب الك دو در ميان يا چهار در ميان جهت يك دانه بندي مي باشد . مگر اينكه مشخصات الكها توسط كارفرما يا مشاور در يك آزمايش دانه بندي مشخص شده باشد .
۳- وسايل آزمايش :
۱- ترازو : ترازوها براي توزين مصالح درشت دانه يا مخلوطي از مصالح ريز دانه و درشت دانه به كار مي رود. دقت ترازو بايد ۵/۰ گرم يا ۱/۰ درصد بار مورد آزمايش هر كدام كه بزرگتر باشد بكار مي رود و در مورد مصالح ريز دانه دقت ترازو بايد ۱/۰ درصد بار مورد آزمايش يا ۱/۰ گرم باشد ( هر كدام كه بزرگتر باشد) .
۲- گرمخانه : با كنترل درجه حرارت قادر به نگهداري درجه حرارت در دماي ۵±۱۱۰ درجه سانتيگراد باشد .
۳- الك ها : الكها بايد به صورتي بر روي هم قرار گيرند كه از هدر رفتن مصالح برروي هم جلوگيري شود . الك ها بايد با مشخصات ASTM E11 منطبق باشند . تغييرات قطر متوسط سوراخ الكهايي كه سوراخهاي آنها بزرگتر از ۱۲۵mm است مي تواند ۲± درصد بوده و قطر اسمي سيمهاي آنها بايد ۸ ميلي متر يا بزرگتر باشد .
۴- لرزنده مكانيكي الكها : لرزاننده مكانيكي الك ها بايد لرزش قائم ، يا لرزش قائم و جانبي را به الك منتقل نمايد به صورتي كه دانه ها در روي الك به بالا و پائين پريده و غلطيده و در جهات مختلف در روي سطح الك قرار گيرند .
۴- نمونه هاي آزمايش : وزن نمونه ها براي دانه بندي مصالح ريز و درشت , پس از خشك شدن تقريبا برابر وزن خواسته شده باشد .
۱- مصالح سنگي ريز دانه :وزن مصالح سنگي ريز دانه بعد از خشك كردن بايد به صورت زير باشد .
مصالحي كه حداقل ۹۵ درصد آن از الك ۳۶/۲ ميليمتر ( الك نمره ۸ ) عبور مي كند به ميزان ۱۰۰ گرم , مصالحي كه حداقل ۸۵ درصد آن از الك ۷۵/۴ ميليمتر ( الك نمره ۴ ) عبور كرده و بيش از ۵ درصد درشت تر از روي الك ۳۶/۲ ميليمتر ( الك نمره ۸ ) باقي مي ماند به مقدار ۵۰۰ گرم , ولي اگر از ۵ درصد كمتر باشد حداقل ۲۰۰ گرم ميتوان اختيار كرد . در هر حال در هيچ شرايطي در پايان عمل سرند كردن مقدار مانده بر روي هر الكي نبايد بيش از ۴ گرم بر اينچ مربع سطح الك باشد . براي نمونه هاي به وزن ۵ كيلوگرم يا بيشتر مي توان از الكهاي به قطر ۱۶ اينچ ( ۴۱۰ ميليمتر ) يا بزرگتر استفاده شود . در مورد مصالح ريزدانه مقدار مصالح ريزتر از ۰۷۵/۰ ميليمتر ( نمره ۲۰۰ ) مطابق روش استاندارد تعيين خواهد شد كه همان روش هيدرومتري است .
۲- مصالح سنگي درشت دانه : وزن نمونه مصالح درشت دانه بايد مطابق با (جدول۲) باشد .

حداقل مقدار نمونه به كيلوگرم درشت اندازه ترين دانه به اينچ درشت اندازه ترين دانه به ميليمتر
۱ ۸/۳ ۵/۹
۲ ۲/۱ ۵/۱۲
۵ ۴/۳ ۱۹
۱۰ ۱ ۲۵
۱۵ ۲/۱,۱ ۵/۳۷
۲۰ ۲ ۵۰
۳۵ ۲/۱,۲ ۶۳
۶۰ ۳ ۷۵
۱۰۰ ۲/۱,۳ ۹۰
۱۵۰ ۴ ۱۰۰
۳۰۰ ۵ ۱۲۵
جدول ۲ – حداقل وزن نمونه انتخابي براي دانه بندي
نمونه آزمايش را تا رسيدن به وزن ثابت در دماي ۵ ۱۱۰ درجه سانتيگراد خشك كنيد .
۵- روش آزمايش :
عمل سرند كردن با حركات افقي و عمودي بطوريكه مصالح دائما در سطح الك در حركت باشند انجام خواهد گرفت . حركت الك را ميتوان بوسيله تكان دهنده مكانيكي و يا با دست ايجاد كرد . در هيچ صورتي نبايد مصالح روي يك الك با دست از الك رد شود . براي الك هايي كه سوراخ هاي آنها كوچكتر از ۷۵/۴ ميلي متر ( شماره ۴) مي باشند ، نبايد وزن مصالح باقي مانده روي الك بيش از ۷ سطح الك باشد . در مورد الك هايي كه سوراخهاي آنها ۴/۷۵mm (شماره ۴) يا بزرگتر است ، وزن مصالح روي الك برحسب كيلوگرم بر متر مربع بايد از ۵/۲ برابر اندازه سوراخهاي الك برحسب ميلي متر بيشتر نباشد .در هر صورتي نبايد وزن مصالح موجود در روي الك به اندازه اي باشد كه بافت الك داراي تغيير شكل دائمي شود .
عمل سرند كردن بايد تا زماني ادامه دهيد كه پس از آن به ازاي هر يك دقيقه الك كردن كمتر از يك درصد وزن مصالح باقي مانده روي هر الك از آن عبور كند . براي تكان دادن الك ها به صورت جداگانه بايد زير الك را در يك تاوه قرار داد و سر آن را با درپوش پوشانيد و به حالت كمي شيبدار در يك دست نگه داشت .الك را با سرعت۱۵۰ دور در دقيقه تكان دهيد و در هر ۲۵ مرتبه تكان دادن الك آن را به اندازه يك ششم دور بگردانيد . در مورد الكهاي بزرگتر از ۷۵/۴ ميلي متر بايد الك كردن تا آنجايي ادامه يابد كه فقط يك لايه از دانه ها برروي الك باقي بماند .
پس از پايان سرند كردن به روش مكانيكي وزن مصالح مانده روي هر الك با دقت ۱/۰ درصد وزن نمونه خشك اوليه تعيين كنيد . وزن كل مصالح بايد پس از الك كردن با وزن اوليه نمونه كنترل شود و در صورتي كه اختلاف آن بيش از ۳/۰ باشد نتايج قابل قبول نيست . اگر نمونه قبلاً به روش ASTM C117آزمايش شده است مصالح ريزتر از الك ۷۵ ميكرون (شماره ۲۰۰) را كه به صورت خشك از اين الك عبور داده شده است به وزن نمونه اضافه كنيد .
۶- محاسبه :
درصدهاي عبور كرده ، درصدهاي كل باقي مانده يا درصد دانه ها با اندازه هاي مختلف را با دقت ۱/۰ درصد بر اساس وزن كل نمونه خشك اوليه محاسبه كنيد . اگر همين نمونه آزمايش ابتدا براساس روشASTM C117 مورد آزمايش قرار گرفته و بوسيله شستن دانه هاي ريزتر از ۷۵ ميكرون از آن جدا شده بود ، براي محاسبه درصدهاي مصالح از وزن خشك كردن مصالح (شامل دانه هاي ريزتر از ۷۵ ميكرون) بعنوان مبناي محاسبات استفاده مي شود )
نتايج دانه بندي روي برگ آزمايش بصورت زير محاسبه و گزارش ميشود :

درصد مانده روي هر الك – ۱۰۰ = درصد رد شده از هر الك
درصد ها بصورت نزديكترين عدد كامل گزارش شوند . چنانچه وزن نمونه انتخاب شده در قسمت دوم و سوم جزئي از وزن كل نمونه قسمت اول باشد بايد مانده روي هر يك از الكها در دو قسمت فوق الذكر به كل نمونه سنجيده شود طبق رابطه زير :

ضريب نرمي : در صورتي كه لازم باشد ضريب نرمي را با جمع كردن كل درصد مصالح مانده روي الكهاي زير ( درصدهاي تجمعي مانده ) و تقسيم آن به ۱۰۰ ، بدست آوريد . الكهاي شماره ۱۰۰ ، ۵۰ ، ۳۰ ، ۱۶ ، ۸ ، ۴ ، اينچ ، اينچ و اينچ و بزرگرتر با افزايش نسبت ۲ به ۱ براي اندازه الكها
۷- گزارش :
گزارش با توجه به موارد مورد نياز آزمايش بايد موارد ذيل در آن قيد شده باشد .
۱- درصد كل مصالح عبور كرده از هر الك
۲- درصد كل مصالح باقي مانده روي هر الك
۳- درصد مصالح باقي مانده بين الك هاي متوالي
۴- درصدها بايد به صورت يك عدد صحيح گزارش شوند ، به استثناي درصدهاي عبور كرده از الك ۷۵ ميكرون (الك شماره ۲۰۰) كه اگر كوچكتر از ۱۰ درصد باشد بايد با دقت ۱/۰ درصد گزارش شود .
۵- ضريب نرمي را در صورتي كه لازم باشد با دقت ۰۱/۰ گزارش كنيد .
در نمايش پراكندگي دانه ها روي جداول دانه بندي مي توانيم اندازه قطر كليه دانه ها از درشت ترين (۴ اينچ ) تا الك شماره ۲۰۰ (۰۷۴/۰ م.م ) را روي محور افقي بصورت لگاريتمي و درصد دانه هاي رد شده از الك مزبور را روي محور عمودي جدول رسم كنيم . بدين ترتيب كليه نقاط مربوط به قطر دانه هاي مختلف كه بهم وصل شوند منحني را نشان مي دهد بنام منحني دانه بندي كه معرف خاك مورد آزمايش است .شكل ۳- منحني دانه بندي را نشان مي دهد . ترسيم منحني دانه بندي روي سيستم مختصات نيمه لگاريتمي داراي مزاياي زيادي به شرح زيراست :

Leave a comment