حد روانی خاک به مقدار رطوبت خاکهای چسبنده بر اساس درصد، گفته میشود. این مقیاس طبق یک حدود تعریف شده قراردادی محاسبه می شود و مفهومی بین حالت نیمه روان و خمیری خاک است. به طور کلی هرچه میزان آب جذب شده توسط خاک افزایش می یابد، خاكهای ريزدانه حالتهای متفاوتی پیدا میکنند. این امر از نظر کشاورزی و کاشت گیاهان مهم است. افزايش میزان آب جذب شده، دانه ها را با يك لايه آب سطحی میپوشاند. هرچه آب افزایش پیدا میکند، بر ضخامت لايه آب دور دانهها افزوده میشود و این امر باعث آسان شدن لغزش دانهها بر روی يكديگر میشود. بنابراين اینکه خاک در مواجهه با دانهها چگونه رفتار میکند، به میزان آب و روانی خاک بستگی دارد.
كانی‌های رس ساختمان بلوری دارند و به همین دلیل از نيروهای سطحی زيادی برخوردار هستند. این نیروها موجب آب جذب سطحی توسط کانی های رس میشوند. این نیروها قدرت غلبه بر نیروی ثقل آب را دارند. بنابراين تعیین ريزدانه بودن خاک نمیتواند برای تشخیص و شناخت خاك كافی باشد و دانه‌های مختلف خاک، رفتارهای متفاوتی از جهت آب جذب سطحی دارند.
به همین دلیل آگاهی از حد روانی خاک اهمیت زیادی دارد. در این مقاله به چگونگی آزمایش حد روانی خاک میپردازیم؛ با ما تا انتهای این مقاله از آرمیکو همراه باشید.
چگونگی انجام تست حد روانی خاک
برای انجام این نوع آزمایش خاک، به ترتیب زیر عمل کنید:
برای این آزمایش به حدود ۲۵۰ گرم خاک الک شده با الک نمره ۴۰ نیاز دارید.
پیش از آغاز آزمایش با قرار دادن خاک در مجاورت رطوبت به مدت چندین ساعت، آن را کاملا اشباع نمایید.
بسته به اینکه چقدر خاک ریز دانه است، میزان مجاورت خاک با رطوبت تغییر میکند. هرچه خاک ریزدانهتر باشد، باید مدت بیشتری در مجاورت رطوبت قرار بگیرد. برای این کار باید خاک را به شکل کله قند در آورده و در مرکز آن یک حفره ایجاد کرد، سپس آب را درون حفره ریخت.
پس از اینکه اطمینان پیدا کردید که خاک به طور کامل اشباع شده است، خاک را با کاردک ورز دهید و به صورت کروی در آورید. با پرتاب کردن خاک کروی شده از دستی به دست دیگر، حفره‌های هوای داخل آن به طور کامل خارج میشوند.
در واقع میتوان گفت حد روانی خاک، آن میزان رطوبتی است که خاک در آن رطوبت بدون اینکه به دست بچسبد، ورز داده میشود. پس از ورز دادن، میزان کمی از نمونه خاک را (در حدود حجم یک گردو) برای انجام تست حد روانی خاک جدا کرده و بخش دیگر را در قسمت برنجی دستگاه کاساگرانده قرار بدهید.
سپس از کاردک استفاده کنید و روی خمیر را به شکل افقی و هم تراز با لبه پایین جام برنجی دستگاه پرداخت کنید. این کار را به صورتی انجام دهید که حداکثر عمق خاک برابر با ۸ میلیمتر شود.
سپس شیارکش را برداشته و در طول محور تقارن جام، شیاری بکشید. برای ایجاد شیار دسته دستگاه را با سرعت بالا و در حدود ۲ دور در ثانیه بچرخانید. هنگامی که این کار را انجام دهید، جام بالا رفته و هر بار از ارتفاع 1 سانتیمتری پایین میافتد و خاک از دو طرف به سمت مرکز جام جریان پیدا میکند. در این هنگام باید تعداد ضربه‌هایی که لازم است تا شیار در حدود فاصله ۰٫۵ اینچی یا ۱۲٫۷ میلیمتری بسته شود را یادداشت کنید. این تعداد ضربه با N نمایش داده میشود.
محاسبات در تست حد روانی خاک
پس از یادداشت کردن تعداد ضربات (N)، چنانچه N بین ۲۰ تا ۳۰ باشد، مقداری از خاک را برای تعیین درصد رطوبت آن در ظرفی بریزید و پس از یادداشت کردن شماره ظرف، آن را وزن کنید. توجه داشته باشید که آزمایش باید به گونه‌های انجام شود که خاک به طور دقیق بین ۲۰ تا ۳۰ ضربه بسته شود. به همین دلیل اگر میزان Nمتفاوت شد، باید آزمایش را چندین بار تکرار کنید.
پس از تعیین درست تعداد ضربهها، ظرف را در آون بگذارید و در حدود ۲۴ ساعت صبر کنید، سپس ظرف را وزن کنید و در مرحله بعدی درصد رطوبت نمونه خاک را محاسبه کنید.
برای سهولت در محاسبه حد روانی انواع خاک می‌توانید از رابطه تقریبی زیر برای تخمین درصد رطوبت استفاده کنید. این رابطه فقط برای هنگامی که N بین ۲۰ تا ۳۰ باشد؛ اعتبار دارد در غیر اینصورت معتبر نیست.
LL = Wn(%) * (N/25)0.121
در ادامه به جدول زیر نگاه کرده و برای N های مختلف با اعداد درون جدول تطبیق دهید:
(N/25)0.121 | N |
0.973 | 20 |
0.979 | 21 |
0.985 | 22 |
0.99 | 23 |
0.995 | 24 |
1 | 25 |
1.005 | 26 |
1.009 | 27 |
1.014 | 28 |
پس از به دست آوردن N برای اینکه بفهمید آیا می‌توانید آزمایش حد روانی خاک را ادامه دهید یا باید از ابتدا تکرار کنید، از جدول زیر کمک بگیرید.
تعداد ضربه (N) | نتیجه |
کمتر از 20 | میزان رطوبت خاک خیلی زیاد است و برای گرفتن رطوبت اضافه آن باید خاک را دوباره ورز دهید. |
بین 20 تا 30 | این عدد به دست آمده مناسب است و بعد از به دست آوردن آن میتوان آزمایش را ادامه داد و با قرار دادن N در فرمول حد روانی را به دست آورد. |
بیشتر از 30 | نمونه خاک سفت است و باید رطوبت بیشتری به آن داد. |
مطلب پیشنهادی: آزمایش درصد رطوبت خاک
حد روانی خاکهای مختلف
خاکهای ریزدانه را بر حسب حد روانی و میزان رطوبت میتوان دسته‌بندی کرد. همانطور که پیش تر گفته شد، به حداقل میزان رطوبتی که خاک با جذب آن و تحت تاثیر روطبت روان میشود، حد روانی خاک گفته میشود.
برای محاسبه این میزان از آزمایش حد روانی خاک استفاده میشود. خاک‌هایی که ذرات آنها کوچکتر از 0.74 میلیمتر است و حد روانی خاک کمتر از 28 درصد باشد، سیلت نامیده میشوند.
همچنین خاک‌هایی که ذرات کوچکتر از 0.74 میلیمتر دارند و حد روانی آنها بیشتر از 28 درصد است، رس نام می‌گیرند.
وسایل انجام آزمایش حد روانی خاک
برای انجام آزمایش حد روانی خاک به وسایل زیر نیاز داریم:
- دستگاه کاساگرانده
- شیار کش
- ظرفی برای تعیین درصد رطوبت
- کاردک
- گرمخانه یا آون
- ترازو با دقت زیاد در حد ۰٫۰۱ گرم
توجه داشته باشید که وسیله اصلی برای آزمایش حد روانی خاک، دستگاه کاساگرانده است. این دستگاه یک جام برنجی دارد و در هنگام چرخاندن دسته، پیچی درون جام تا ارتفاع ۱۰ میلیمتری بالا آمده و سپس با نیروی وزن خود بر روی لاستیک کف دستگاه سقوط آزاد کرده و رها می شود.
دستگاه کاساگرانده
بعد از اینکه در مورد چگونگی آزمایش حد روانی خاک اطلاعات لازم را به دست آوردی، شاید این سوال برای شما پیش بیاید که دستگاه کاساگرانده چیست؟ در پاسخ به این سوال باید گفت دستگاه کاساگرانده نوعی دستگاه مکانیکی است که از سه بخش زیر برخوردار است:
- یک جام برنجی با قطر داخلی ۵٫۴ سانتیمتر، که ضخامتی به قطر ۲ میلیمتر و وزن ۲۰۰ گرم دارد.
- پایه ای که جنس آن لاستیکی، کائوچویی یا پلاستیکی است.
- ساز و کاری که منجر به بالا رفتن جام برنجی و سقوط آن روی پایه میشود.
- دستگاه کاساگرانده باید مطابق استاندادها، به نحوی تنظیم شود که ارتفاع رها شدن پیاله روی پایه، 1 سانتیمتر باشد.
بنابراین باید پیش از انجام آزمایش حد روانی خاک دستگاه را به شکلی کالیبره کنید که ارتفاع رها شدن دقیقا ۱ سانتیمتر شود.
قبل از شروع آزمایش باید موارد زیر را پیرامون جام کاساگرانده کنترل نمایید:
سنجاقی که پیاله برنجی را به پایه اتصال می‌دهد، باید سالم باشد و دچار ساییدگی نباشد. در غیر اینصورت، پیاله حرکت کرده و جابجا میشود.
کف پیاله نباید در اثر استفاده مداوم صاف شده باشد.
محل اتصال کاسه به دستگیره با پیچ کاملا محکم شده باشد.
همراه با دستگاه کاساگرانده، یک شیارکش هم وجود دارد.
شیارکش‌ها خود دارای دو نوع شیارکش ASTM و شیارکش کاساگرانده هستند. این دو نوع شیارکش تفاوت‌هایی باهم دارند.
مطلب پیشنهادی: آزمایش نفوذ استاندارد
آماده کردن نمونه خاک
آزمایش حد روانی خاک بیشتر در مورد خاکهای ریز دانه به کار میرود. بنابراین نمونه خاک باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:
- نمونه خاک برای آزمایش حد روانی خاک، باید از الک شماره ۴۰ عبور داده شود.
- برای انجام آزمایش حد روانی خاک، حدود ۲۰۰ گرم خاکی که از الک شماره ۴۰ عبور کرده، انتخاب کنید و آن را در آون یا گرمخانه کاملا خشک نمایید.
- نمونه خاک تهیه شده را در مجاورت آب قرار دهید تا به طور کامل اشباع شده و حالت خمیری به خود بگیرد.
- سپس کاملا نمونه خاک را ورز دهید و این ورز دادن را آنقدر ادامه دهید تا خاک کاملا با اب اشباع شود و آب به همه نقاط آن برسد.
- پس از آن باید نمونه خاک را در یک کیسه پلاستیکی که در آن کاملا کیپ میشود قرار دهید و به مدت 24 ساعت صبر کنید.
- این کار موجب خواهد شد که آب به تمام خلل و فرج خاک نفوذ کند.
نتیجه گیری و سوالات متداول در آزمایش حد روانی خاک
میزان N در آزمایش حد روانی خاک چقدر باید باشد؟
میزان N یا تعداد ضربهها در آزمایش حد روانی خاک باید بین 20 تا 30 باشد. اگر کمتر از 20 باشد، یعنی میزان رطوبت خاک خیلی زیاد است و اگر بیشتر از 30 باشد، یعنی خاک سفت است و باید به آن رطوبت داد.
برای انجام آزمایش حد روانی خاک، به چه وسایلی نیاز داریم؟
برای انجام این آزمایش به دستگاه کاساگرانده، شیارکش، کاردک، ظرفی برای تعیین رطوبت، گرمخانه یا آون و ترازو با درصد دقت بسیار بالا نیاز است.
نتیجه آزمایش حد روانی خاک همراه با سایر مشخصه‌های خاک اطلاعاتی در مورد رفتار خاک نظیر قابلیت فشردگی، میزان نفوذپذیری یا هدایت هیدرولیکی، میزان تراکم پذیری خاک، قدرت انقباض و انبساط آن و مقاومت برشی خاک، اطلاعات مفیدی را به مهندسان ارائه می‌دهند.
حدهای روانی خاک و درصد رطوبت آن را می توان برای شرح قوام نسبی خاک یا رفتار خاک به کار برد. پیش‌بینی رفتار خاک از نظر فعالیت‌هایی مانند ساختمان سازی، باغبانی و… بسیار مهم است. به همین دلیل آزمایش حد روانی خاک از اهمیت بسیاری برخوردار است.
