راهنمای جامع آزمایش دانه بندی خاک+ فرمول و لوازم✔️

آزمایش دانه بندی خاک

دانه بندی خاک یکی از آزمایش های بسیار مهم در زمینه مکانیک خاک به شمار می رود که روش های مختلفی دارد. دانه بندی به شما کمک می کند تا ویژگی ها و خصوصیات خاک موردنظرتان را تشخیص داده و با دید بهتری از آن ها جهت انجام پروژه یا ساخت بتن استفاده کنید. اساس این آزمایش همانطور که از نامش پیداست، دسته بندی دانه های خاک بر اساس اندازه و همچنین رفتار خمیری آن ها می باشد. ما در ادامه نحوه آزمایش دانه بندی خاک و مهم ترین نکات آن را ذکر کرده ایم تا در صورت نیاز از آن کمک بگیرید.

آشنایی با مفهوم دانه بندی خاک

همانطور که می دانید خاک از ذراتی با اندازه های مختلف تشکیل شده که به علت تعداد بالای شان، تخمین اندازه آن ها به صورت تکی ممکن نیست. از همین جهت برای بیان اندازه خاک از بازه اندازه مشخصی که به کمک الک ها تعیین می شود استفاده می کنند و با اندازه گیری میزان خاک باقی مانده روی الک نیز، مقدار خاکی که در آن بازه قرار دارد را تشخیص می دهند.

به طور کلی خاک ها بر اساس اندازه شان به گروه های زیر تقسیم بندی می شوند:

 

نوع خاک	اندازه بر حسب میلی متر
شن	بیشتر از 4/75
ماسه درشت	بین 2 تا 4/75
ماسه متوسط	بین 0/425 تا 2
ماسه ریز	بین 0/075 تا 0/425
رس یا لای	ریزتر از 0/075

 بنابراین با وجود این محدوده ها، پس از انجام آزمایش به راحتی قادر به تشخیص نوع خاک خواهیم بود که این فرآیند به طور کلی دانه بندی خاک نامیده می شود.

انواع آزمایش های خاک

خاک یکی از اصلی ترین عناصر طبیعت است که در مصارف مختلف از جمله صنعت ساختمان سازی آزمایش های بسیاری برای تعیین کیفیت مطلوب و بهره وری از آن، بر روی خاک انجام می شود. این آزمایش ها بر عهده ی کارشناسان آزمایشگاه خاک و ژئوتکنیک می باشد که مجوز انجام خدمات آزمایشگاهی را از سازمان نظام مهندسی دریافت نموده اند. در زیر برخی از آزمایش های این حوزه را به اختصار برایتان نام برده ایم:

آزمایش دانه بندی خاک

آزمایش درصد رطوبت خاک

آزمایش حد روانی و حد خمیری خاک

آزمایش تعیین ارزش ماسه ای SE

آزمایش برش مستقیم خاک

آزمایش تراکم خاک

آزمایش نفوذ پذیری خاک و ...

کاربردهای اصلی دانه بندی خاک چیست؟

. طراحی اصولی بخش ها و اجزای مختلف سد از جمله فیلتر، هسته و..

. تشخیص ریسک های ژئوتکنیکی مربوط به استفاده از هر نوع خاک مانند رگاب، روانگرایی و...

. نامگذاری و طبقه بندی انواع خاک ها بر اساس آیین نامه ها و استانداردهای بین المللی

. تخمین و تشخیص پارامترهای ژئوتکنیکی مثل مقاومت برشی، میزان نفوذپذیری و..

لوازم مورد نیاز برای آزمایش دانه بندی خاک

. مجموعه الک آزمایشگاهی 

. شیکر الک آزمایشگاهی یا لغزاننده مکانیکی

. ترازو با دقت یک دهم گرم (0.1)

. دسیکاتور

. چکش لاستیکی

. مسواک یا فرچه مناسب جهت تمیز کردن الک ها در آزمایش دانه بندی خاک

. گرمخانه یا آون

. آب فشان

. هاون

 

در صورت نیاز به خرید لوازم و اقلام مورد نیاز برای آزمایش دانه بندی خاک، میتوانید این تجهیزات را مطابق با استانداردهای مربوطه در سایت رسمی آسفالت ایران در بخش تجهیزات آزمایشگاه خاک مشاهده و نسبت به خرید اقدام کنید.

معرفی الک های استاندارد برای دانه بندی

در این زمینه استانداردهای متنوعی وجود دارد که هر کدام از آن ها مجموعه الک هایی خاص را به عنوان مرجع قبول دارند، اما یکی بهترین استانداردها در این زمینهASTM  می باشد که در ادامه نام الک و در مقابل آن سایز چشمه الک بر حسب میلی متر و میکرومتر ذکر شده است؛

نام الک	سایز چشمه الک
الک ۳ اینچ	mm 75
الک ۱/۵ اینچ	mm 37.5
الک سه چهارم اینچ (0.75)	mm 19
الک سه هشتم اینچ (0.375)	mm 9.5
الک شماره ۴	mm 4.75
الک شماره ۸	mm 2.36
الک شماره ۱۶	mm 1.18
الک شماره ۳۰	μm 600
الک شماره ۵۰	μm 300
الک شماره ۱۰۰	μm 150
الک شماره ۲۰۰	μm 75

 

نمونه برداری صحیح از خاک برای انجام آزمایش

برای انجام آزمایش دانه بندی خاک باید با توجه به اندازه آن یک حداقل وزن مشخص برای نمونه داشته باشید تا نتایج آزمایش معتبر و قابل استفاده باشد. برای این کار به مقادیر گفته شده در زیر توجه کنید:

بزرگ ترین قطر دانه (برحسب میلی متر)	حداقل وزن نمونه خاک (بر حسب کیلو گرم)
9.5	0.5
19	1
25.4	2
38.1	3
50.8	4
76.2	5

 

تهیه و آماده سازی نمونه

مصالح مورد نظر در آزمایش دانه بندی خاک باید مطابق با استانداردAASHTO T88-70  نمونه برداری شده و همچنین بر اساس دستورالعملAASHTO T247  کاهش یابند. به عنوان اولین نکته حتما توجه داشته باشید که وزن انتخاب شده باید معرف کل نمونه تان باشد، در ادامه برای کاهش به اندازه مورد نیاز می توانید از روش مکانیکی استفاده کرده و آن را به ۴ قسمت تقسیم کنید. برای این کار ابتدا نمونه را روی یک سطح تمیز و صاف ریخته و آن را مخلوط کنید. سپس آن را به شکل یک مخروط درآورده و با دو قطر اصلی به ۴ قسمت تقسیم کنید تا هر کدام به یک نمونه جهت آزمایش تبدیل شوند. توجه داشته باشید که اگر هدف تان در دانه بندی خاک تهیه نمونه صحرایی می باشد، برای استفاده از این روش باید چهار برابر مورد نیاز نمونه تهیه کنید.

آموزش کامل آزمایش دانه بندی خاک

پیش از هر چیز بهتر است بدانید که آزمایش دانه بندی به طور کلی به دو روش تر و خشک انجام می شود که روش خشک بیشتر برای خاک های درشت دانه مناسب است زیرا در این نوع خاک ذرات منفصل و درشت بوده و به راحتی از توری الک عبور می کنند. البته در این روش هم گاهی خطا وجود دارد زیرا ذرات به خاطر چسبندگی شان به یکدیگر چسبیده و دانه های بزرگ تر تشکیل می دهند.

در مقابل اگر شما هم قصد دارید که آزمایش دانه بندی خاک را با دقت بالا یا برای خاک دانه ریز انجام دهید، بهتر است که از روش تر استفاده کنید. زیرا نتایج این آزمایش بهتر و دقیق تر بوده و همچنین وجود مرحله شستشو در آن، چسبندگی ذرات را از بین برده و از تشکیل دانه های بزرگ تر جلوگیری می کند.

آموزش دانه بندی خاک به روش خشک

. مرحله اول: خاک مناسب انتخاب کنید

برای آزمایش دانه بندی، مقدار خاک انتخابی شما باید از نظر نوع و اندازه به خوبی معرف کل نمونه باشد.  همچنین اگر در خاک کلوخه دیدید آن با کمک وسیله یا دست خرد کنید.

. مرحله دوم: خشک کردن خاک

خاک مورد نظر شما پیش از آزمایش باید در داخل آون یا گرمخانه قرار گیرد، به همین منظور برای اطمینان از خشک شدن کامل نمونه، آن را به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد داخل آون قرار دهید.

. مرحله سوم: مرتب کردن الک ها

در این مرحله مجموعه الک ها را بر اساس اندازه سایز چشمه، از بزرگ به کوچک روی هم قرار دهید. این الک ها طوری طراحی شده اند که به صورت نر و ماده در هم قرار گرفته و یک ستون تشکیل می دهند. حتما توجه داشته باشید که الک ها باید بر اساس اندازه و به ترتیب چیده شده باشند، طوری که الک های با مش درشت تر در بالای ستون و الک های با مش ریز تر در انتهای آن باشند.

. مرحله چهارم: الک کردن

حالا باید نمونه آماده شده را از بالا روی اولین الک ریخته و کل مجموعه را روی لرزاننده یا همان شیکر الک آزمایشگاهی قرار دهید تا خاک به ترتیب غربال شود‌. به تبع هر چقدر که خاک بیشتری روی الک اول ریخته باشید، باید مدت زمان بیشتری برای الک شدن صبر کنید. طبق استانداردها الک کردن باید تا زمانی ادامه پیدا کند که دیگر خاکی قادر به عبور از الک ۲۰۰ نباشد، همچنین روال طبیعی برای قرار گرفتن مجموعه روی لرزاننده ۱۰ دقیقه اعلام شده است.

مرحله پنجم: الک ها را وزن کنید

برای این کار مجموعه الک ها را از دستگاه لرزاننده خارج کرده و وزن خاک باقی مانده رو هر الک را به دقت یادداشت کنید. توجه داشته باشید که مجموعه مقادیر شما نباید تفاوت زیادی با مقدار خاک ریخته شده در الک داشته باشند.

مرحله نهایی: ترسیم نمودار

در آخرین مرحله دانه بندی خاک، باید با توجه به داده ها درصد خاک عبوری از الک ها را محاسبه کرده و با توجه به جداول ذکر شده در بالا، نوع خاک را مشخص کنید.

آموزش دانه بندی خاک به روش تر

. مرحله اول: انتخاب نمونه

همانند روش خشک، نمونه ای انتخاب کنید که به خوبی معرف خاک محل مورد نظر باشد.

. مرحله دوم: چیدن الک ها

در این مرحله نیز همانند قبل باید الک ها را به صورت مرتب و از اندازه بزرگ به کوچک مرتب کنید، به طوری که در ستون تشکیل شده الک ها با مش درشت تر در بالا، و الک هایی با مش ریزتر در پایین قرار گیرند.

. مرحله سوم: شستن الک ها

برای این کار پس از اضافه کردن خاک در الک از بالا روی الک ها آب بریزید و این کار را تا زمانی انجام دهید که آب خارج شده از آخرین الک کاملا صاف و زلال شود.

. مرحله چهارم: قرارگیری الک در آون

در ادامه باید الک های شسته شده را خشک کنید. به همین منظور کل مجموعه الک ها را به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۱۱۰ درجه سانتی گراد در آون قرار دهید.

. مرحله پنجم: وزن کردن

پس از خشک شدن الک ها باید خاک باقیمانده روی الک ها را وزن کنید. همانند روش قبلی توجه کنید که مجموع مقادیر شما نباید با مقدار خاک انتخاب شده در اول آزمایش تفاوت چندانی داشته باشد.

. مرحله نهایی: ترسیم نمودار

در آخر با محاسبه درصد خاک عبوری از هر الک و مطابقت آن با جداول ذکر شده، نوع خاک را تشخیص دهید.

محاسبات لازم برای آزمایش دانه بندی خاک

برای آگاهی از صحت فرآیند الک در آزمایش دانه بندی خاک می توانیم از یک فرمول استفاده کنیم. در واقع زمانی می توان از صحت توزین مواد روی الک 200 اطمینان حاصل کرد که فرمول زیر برای آن صدق کند.

صحت فرآیند الک کردن

M1= وزن اولیه نمونه ریخته شده روی مجموع الک ها

M2= وزن مجموع ذرات مانده روی الک ها

جرم اولیه مصالح حدودا 1000 گرم می باشد. وزن انباشتی روی الک ها نیز توزین شده و یک جدول به صورت تجمیعی برای آن ترسیم می کنیم.

گزارش آزمایش دانه بندی خاک

در پایان آزمایش دانه بندی خاک باید جدول تجمیعی طراحی شده را روی یک جدول نیمه لگاریتمی ترسیم کنیم. در این نمودار مولفه افقی همان اندازه ذرات یا شماره الک ها با مقیاس لگاریتمی و مولفه عمودی به صورت طبیعی (درصدی) رسم می شود.

نکته: پس از رسم نمودار مذکور برای تعیین نوع خاک می توان از پارامترهای C-C و C-U استفاده کرد. این پارامترها به صورت زیر تعیین می شوند.

فرمول دانه بندی

• فرمول C-C: بر اساس واژه های D10، D30 و D60 می باشد. D10 یعنی مقداری که 10 درصد وزنی نمونه از آن کمتر است. D30 یعنی مقداری که 30 درصد وزنی نمونه از آن کمتر باشد. D60 نیز یعنی مقداری که 60 درصد وزنی خاک از آن کوچک تر باشد. در واقع این مقادیر بر اساس تناظر قطر الک با درصد عبور تعیین می شوند. این واژه برای برای شن و ماسه خوب دانه بندی شده بین 1 و 3 استفاده می شود.
• فرمول C-U: این فرمول در آزمایش دانه بندی خاک برای شن های خوب دانه بندی شده بزرگ تر یا مساوی 4 و ماسه های خوب دانه بندی شده بزرگ تر یا مساوی 6 مورد استفاده قرار می گیرد.

در آخر

دانه بندی خاک، روش و آزمایشی دقیق می باشد که برای انجام درست و اصولی آن باید بارها تمرین کرده و همچنین دقت بالایی به خرج دهید. در نهایت امیدواریم که توضیحات بالا شما را برای یادگیری و انجام صحیح این آزمایش راهنمایی کرده باشد.