تاثیر رطوبت در آزمایش خاک

شکل های مختلف نیرو در آزمایشگاه خاک (ژئوتکنیک) بررسی می شود. وقتی صحبت از آزمایش خاک میشود اولین چیز برش مستقیم خاک و تک محوری خاک در ذهن ما نقش می بندد. در این قسمت میخواهیم با اشکال مختلف نیرو ها و چگونگی مقاومت خاک در جنگ با این نیرو ها صحبت کنیم . ابتدا به بررسی تاثیر رطوبت در آزمایش خاک می پردازیم

قبل از صحبت در خصوص نیرو ها مقدار مختصری با اجزای توده خاک و چگونگی واکنش آنها آشنا می شویم

بخش اول تاثیر رطوبت :

میدانیم که خاک از سه بخش آب ، هوا و دانه های جامد تشکیل شده است

در تمامی ازمایش های خاک  ، رطوبت خاک یکی از سه حالت  زیر می باشد
Sr = 1   در این حالت رطولت خاک 100 درصد است یعنی خاک کاملا اشباه می باشد برای رسیدن به این حالت باید نمونه خاک 24 ساعت در آب باشد تا حفره های خالی بین دانه ها و حفره های درون دانه کاملا اشباه شود

Sr = 0   در این حالت رطوبت خاک صفر درصد است یعنی خاک کاملا خشک می باشد برای رسیدن به این حالت باید نمونه خاک 24 ساعت درون گرمخانه ( owen  ) با دمای 110 درجه بماند تا تمامی آب درون نمونه بخار شود

Sr = normal   در این حالت رطوبت نمونه خاک دست کاری نشده و مطابق همان چیزی که نمونه گیری شده برای ازمایش اماده میشود برای به دست اوردن رطوبت فعلی نمونه کافی است مقداری از نمونه خاک را وزن کنید درون گرمخانه بگذارید و 24 ساعت با دمای 110 درجه به نمونه خاک حرارت دهید سپس وزن کنید و اختلاف وزن را درصد بگیرید

اولین و مهم ترین سوال پیش رو این هست که چرا رطوبت نمونه را دست کاری میکیم ؟
ابتدا نیاز هست واژه  ” آزمایش” برای ما معنا پیدا کند : هر عمل فیزیکی یا شیمایی که در آن عوامل ثابت شناسایی شده و عوامل متغییر ثبت و برسی شود یک آزمایش علمی می باشد .
هرچه تعداد عوامل ثابت بیشتر و عوامل متغیر کمتر باشد آزمایش نتایج بهتری دارد
مثال : عوامل ثابت و متغیر آزمایش تحکیم را برسی کنید  :
در آزمایش تحکیم خاک ، با اضافه کردن نیرو در بازه زمانی مشخص، میزان جابه جایی اندازه گیری می شود
عوامل ثابت :

•  میزان نیرو (درست است که با گذر زمان نیرو افزایش می یابد اما برای همه یکسان است )
• زمان
• ابعاد نمونه (قطر و ضخامت نمونه)
• رطوبت

عوامل متغیر :

• جا به جایی
• مشخصات فیزیکی خاک (جنس خاک – دانه بندی خاک و …)

عامل رطوبت در خاک ها قطعا ثابت نبوده و در فصل  های مختلف یا عمق های مختلف یا مکان های مختلف با یکدیگر تفاوت دارد پس برای ثبات این عامل مهم یا باید رطوبت را به 100 رساند یا یه صفر کرد
رفتار های مختلف خاک ها گوناگون با قرار گرفتن در کنار رطوبت دانشمندان را وادار به دسته بندی مختلفی از خاک ها کرده با ورود رطوبت به خاک ممکن است کاهش حجم دهید ممکن است افزایش حجم دهید یا تغییری ایجاد نشود
برای  این که نتایج آزمایش تحکیم در شیراز و تهران و آمریکا قابل مقایسه باشد باید عوامل ثابت و متغیر را رعایت کرد
 

با افزایش رطوبت در خاک چه اتفاقی می افتد ؟

رطوبت خاک را صفر در نظر بگیرید با افزایش رطوبت ( اضافه کردن آب ) در خاک  تا حد انقباض (SL ) تغییر حجم نداشته و فقط افزایش وزن خاک را مشاهده میکنیم محدوده ای از رطوبت خاک که با افزایش رطوبت تغییر حجم نداریم را حالت جامد و مرز آن را حد انقباض می نامند
با فزایش رطوبت بعد از حد انقباض خاک شروع به افز ایش حجم  میدهد که به این حالت نیمه جامد میگویند این روند ادامه دارد  تا زمانی که خاک به شکل خمیر درآید که مرز آن را با ازمایش فیتیله شدن اندازه گیری و مرز ان را حد خمیری ( PL ) می نامند
محدوده ای از رطوبت خاک قبل از رسیدن به حد خمیری حالت نیمه جامد می نامند
با افزایش رطوبت بعد از حد خمیری خاک به حالت خمیری در امده و افزایش حجم میدهد تا جایی که دیگر مانند خمیرنیست  به این حالت نیمه مایع میگویند که مرز آن را با ازمایش کاساگراند اندازه گیری کرده و ان را حد روانی خاک می نامند

تاثیر رطوبت بر تراکم خاک

رطوبت بیشترین تاثیرات را در تراکم خاک دارد خاک وقتی خشک باشد و درصد رطوبت کمی داشته باشد هوا جایگزین آب شده و برای تراکم به انرژی زیادی نیاز هست تا فضای خالی ایجاده شده که ان را تخلخل می نامند پر شود
اگر میزان رطوبت خاک زیاد باشد آب بین دانه های خاک مانع از تراکم خاک شده و با افزایش نیرو تراکم هم نتیجه نمیدهد در نتیجه زیاد و. کم بودن رطوبت مانع از تراکم مناسب خاک میشود برای به دست اوردن رطوبت بهینه یعنی رطوبتی که در ان بهترین تراکم صورت میگیرد از ازمایش رطوبت بهینه با چکش و قالب تراکم استفاده میشود
اصول ازمایش بدین صورت می باشد که با افزایش رطوبت ، افزایش وزن  خواهیم داشت در ازای افزایش وزن در حجم ثابت  ، افزایش وزن مخصوص را مشاهده میکنیم تا جایی که با افزایش رطوبت کاهش وزن درنتیجه کاهش وزن مخصوص خاک را مشاهده میکنیم در جایی که بیشترین وزن مخصوص را داریم پس بیشترین تراکم صورت گرفته میزان رطوبت در این مرحله برابر با رطوبت بهینه می باشد

مقداری از خاک مورد نظر را برداشته و بدون افزایش رطوبت درون قالب ریخته ومطابق استاندارد متراکم کنید حجم قالب ثابت است در نتیجه با افزایش وزن افزایش وزن مخصوص داریم وزن را یاداشت کرده و محتویات قالب را خالی کنید مقداری آب به توده خاک اضافه کنید و به صورتی هم بزنید که همگن باشد مجدد خاک را درون قالب ریخته و متراکم کنید سپس وزن کنید این کار را انقدر انجام دهید تا وزن کمتر از وزن قبلی باشد همین جا ازمایش به پایان رسیده و مانند نمونه بالا نمودار حاصل میشود

خلاصه

خاک از سه بخش اصلی تشکیل شده که بخش متغییر و مهم آب در برابر نیرو ها ( نیرو تراکم ، نیرو محوری  ، نیرو برسشی و …) تاثیرات مستقیم داشته و با تغییر میزان رطوبت خاک  ، واکنش خاک به نیرو ها تغییر میکند در برخی موارد باید میزان رطوبت صفر شود در برخی موارد باید میزان رطوبت به حداکثر خود برسد و یا برای  تراکم بهتر خاک باید میزان رطوبت بهینه را پیدا کرد در نتیجه باید میزان رطوبت کنترل شود.