بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
تراکم خاک
در ساخت خاکریز بزرگراهها، سدهای خاکی و تعداد زیادی سازه های مهندسی دیگر، خاک های سبک متراکم می شوند تا وزن واحد حجم (وزن مخصوص) آن ها افزایش یابد. تراکم، خصوصیات مقاومتی خاک را افزایش می دهد که نتیجه آن افزایش ظرفیت تحمل شالوده های ساخته شده بر روی آن هاست. تراکم همچنین مقدار نشت نامطلوب را کاهش می دهد و پایداری شیب های خاکریزها را افزایش می دهد. غلطک های چرخ صاف، غلطک های پاچه بزی، غلطک های چرخ لاستیکی و غلطک های لرزاننده در صحرا (کارگاه) برای تراکم خاک استفاده می شوند. غلطک های لرزاننده معمولا برای تراکم خاک های دانه ای استفاده می شوند.
اصول تراکم
تراکم در واقع افزایش چگالی خاک با خروج هوا آن است که این کار نیازمند انرژی مکانیکی است. درجه تراکم یک خاک را بر حسب وزن واحد حجم خشک آن اندازه گیری می کنند. هنگامیکه به خاک آب اضافه می شود، به عنوان یک عامل نرم کننده ذرات خاک عمل می کند. ذرات خاک بر روی یکدیگر لغزیده و به یک موقعیت متراکم تر حرکت می کنند. بعد از تراکم با افزایش گنجایش رطوبتی خاک، وزن واحد حجم خشک آن افزایش می یابد. توجه کنید که در گنجایش رطوبتی w=0، وزن واحد مرطوب (ɣ) با وزن واحد حجم خشک (ɣd) برابر است.
اسلاید 2 :
برای یک انرژی تراکم ثابت، با افزایش تدریجی گنجایش رطوبتی، وزن ذرات جامد خاک در واحد حجم به تدریج افزایش خواهد یافت. برای مثال برای W=W1، ɣ=ɣ2 است. بنابراین وزن واحد حجم خشک خاک در این حالت برابر است با:
بعد از گنجایش رطوبت W=W2، با افزایش گنجایش رطوبتی، وزن واحد حجم خشک کاهش می یابد. زیرا آب فضایی را که توسط ذرات جامد اشغال شده در بر می گیرد. گنجایش رطوبتی که در آن ماکزیمم وزن واحد حجم خشک خاک به دست می آید را گنجایش رطوبتی بهینه می نامند. آزمایشی که به کمک آن ماکزیمم وزن واحد حجم خشک خاک تراکم و گنجایش رطوبتی تعیین می شود، آزمایش تراکم پروکتور نام دارد.
آزمایش پروکتور استاندارد
در آزمایش تراکم خاک در داخل یک قالب به حجم 944 cm3 و قطر 101.6 mm متراکم می شود. در مدت آزمایش مطابق شکل اسلاید بعد قالب به یک پایه فلزی در کف و به یک قطعه الحاقی در بالا متصل می شود. خاک با مقادیر مختلفی از آب مخلوط شده و در سه لایه برابر توسط یک چکش و برای هر لایه 25 ضربه متراکم می شود. چکش دارای جرم 2.5 kg که از ارتفاع 30.5 cm رها می شود.
اسلاید 4 :
برای هر آزمایش وزن واحد حجم مرطوب خاک را می توان محاسبه کرد:
W: وزن خاک متراکم شده در قالب
Vm: حجم قالب (944 cm3)
همچنین گنجایش رطوبتی خاک متراکم شده در آزمایشگاه تعیین می شود. با استفاده از گنجایش رطوبتی، وزن مخصوص خشک خاک را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
که w درصد گنجایش رطوبتی است.
مقادیر ɣd تعیین شده و گنجایش رطوبتی نظیر آن ها مطابق شکل اسلاید بعد در برابر یکدیگر ترسیم شده و ماکزیمم وزن واحد حجم خشک خاک و گنجایش رطوبتی بهینه تعیین می شود.
همان طور که می دانیم برای یک گنجایش رطوبتی و درجه اشباع مشخص، وزن واحد حجم خشک تراکم را می توان به صورت زیر تعیین کرد:
که Gs چگالی ویژه ذرات جامد خاک، ɣw وزن مخصوص آب و e نسبت تخلخل است.
اسلاید 6 :
از معادلات فصول قبل داریم:
بنابراین
برای یک گنجایش رطوبتی مشخص، ماکزیمم وزن واحد حجم خشک خاک به لحاظ تئوریکی هنگامی به دست می آید که هیچ هوایی در فضای خالی نباشد یعنی درجه اشباع آن %100 باشد. بنابراین ماکزیمم وزن واحد حجم خشک در یک گنجایش رطوبتی مشخص با مقدار هوای صفر را با قرار دادن S=1 در رابطه فوق می توان به صورت زیر به دست آورد:
که ɣzav وزن مخصوص مقدار هوای صفر است.
اسلاید 7 :
برای تعیین تغییرات ɣzav در برابر گنجایش رطوبتی می توان مراحل زیر را انجام داد:
تعیین چگالی ویژه ذرات جامد
مشخص بودن وزن مخصوص آب (ɣw)
فرض چندین مقدار برای W، از قبیل %0، %5، %10 و غیره
محاسبه ɣzav با استفاده از رابطه اسلاید قبل برای مقادیر مختلف W
در روی منحنی تراکم ترسیم شده در دو اسلاید قبل منحنی صفر درصد هوا نیز نمایش داده شده است. در هر شرایطی باید تمام قسمت های منحنی تراکم در زیر این خط قرار گیرد.
فاکتورهای موثر بر تراکم
در قسمت قبل مشخص شده که گنجایش رطوبتی تاثیر زیادی بر روی درجه تراکم یک خاک مشخص دارد. علاوه بر گنجایش رطوبتی، فاکتورهای مهم دیگر موثر در تراکم عبارتند از نوع خاک و انرژی تراکم (انرژی در واحد حجم).
1- تاثیر نوع خاک
منظور از نوع خاک، توزیع اندازه ذرات، شکل دانه های خاک، چگالی ویژه ذرات جامد و مقدار و نوع کانیهای رس موجود در خاک است که تاثیر مهمی بر وزن واحد حجم خشک ماکزیمم و گنجایش رطوبت بهینه دارد. شکل اسلاید بعد منحنی تراکم چهار نوع خاک را نشان می دهد.
اسلاید 9 :
توجه داشته باشید که منحنی تراکم زنگوله ای شکل معرفی شده در اسلاید شماره 5 مربوط به خاک های رسی است. مطابق شکل اسلاید قبل، برای خاک های ماسه ای، با افزایش گنجایش رطوبتی، ابتدا وزن مخصوص خشک خاک، کاهش یافته و با ادامه افزایش گنجایش رطوبتی تا یک مقدار ماکزیمم افزایش می یابد. کاهش اولیه وزن مخصوص خشک با افزایش گنجایش رطوبتی، ناشی از اثرات صعود موئینگی است. در گنجایش های رطوبتی پایین تر، صعود موئینگی آب در داخل خلل فرج ریز، مانع از حرکت ذرات جامد خاک و متراکم تر شدن آن ها می شود.
لی و سیدکمپ (1972) منحنی تراکم 35 نمونه خاک را مطالعه کردند. آن ها مشاهده کردند که 4 نوع منحنی تراکم را می توان مشخص کرد. این منحنی های تراکم در اسلاید بعد نمایش داده شده است. در جدول زیر نیز خلاصه مربوط به این منحنی ها ارائه شده است.
اسلاید 11 :
2- تاثیر انرژی تراکم
انرژی تراکم بر واحد حجم مربوط به آزمایش پروکتور را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
در سیستم SI داریم:
اگر انرژی تراکم بر واحد حجم یک خاک تغییر کند، منحنی رطوبت – وزن واحد نیز تغییر خواهد کرد. شکل اسلاید بعد چهار منحنی تراکم رس ماسه ای را نشان می دهد. از قالب پروکتور استاندارد و چکش برای برای ترسیم آن ها استفاده شده است. اما تعداد ضربات چکش برای هر لایه از 20 تا 50 تغییر می کند، در نتیجه انرژی تراکم بر واحد حجم تغییر خواهد کرد. با توجه به شکل اسلاید نتایج زیر را داریم:
با افزایش انرژی تراکم، وزن واحد حجم ماکزیمم نیز افزایش پیدا خواهد کرد.
با افزایش انرژی تراکم، گنجایش رطوبتی بهینه تا حدی کاهش پیدا خواهد کرد.
نتایج فوق برای تمام خاک ها صادق است. اما درجه تراکم با انرژی تراکم رابطه مستقیم ندارد.
