دانلود مقاله تراکم خاک

زمانیکه به یک خاک نیرو وارد می شود، دانه های جامد خاک روی هم می لغزند و در محیط متراکم تری قرار می گیرند و نشست خاک، کم می شود.

در محیط متراکم تر، خاک دارای زاویه اصطکاک داخلی بیشتری است و در نتیجه مقاومت برشی خاک بیشتر می شود.

اثرات مثبت تراکم: 1- کاهش پتانسیل نشست 2- افزایش مقاومت 3- کاهش انقباض 4- کاهش نفوذپذیری اثرت منفی تراکم: تنها اثر منفی تراکم خاک ، افزایش پتانسیل تورم خاک بر اثر یخبندان است.

کم شدن نسبت پوکی موجب می شود که با مقدار کمی آب ، تمام خلل و فرج پر شود.

در نتیجه برای افزایش حجم آب در اثر یخبندان ، فضایی باقی نماند.

حاصل این عمل ، تورم و بالاآمدن سطح آن است.هر چه آب به ذرات خاک نزدیکتر باشد ، لزوجت آن بیشتر و در درجه حرارت پائینتری یخ می زند.

به این دلیل آب در خلل و فرج ریز، دیرتر از خلل فرج درشت منجمد می شود.ازآنجاکه در اثر عمل تراکم ، خلل و فرج ریزتر می شود، یخ زدن آب آنها در درجه حرارت پائینتری صورت میگیرد.این امر موجب محدودشدن تورم خاک براثریخبندان می گردد.

به مسئله تراکم خاک در پروژه هایی نظیر راهسازی و احداث سد، برخورد می کنیم و بدین ترتیب مقاومت برشی یا به عبارتی توان باربری خاک را افزایش می دهیم.

از روشهای زیر برای متراکم کردن استفاده می کنند : غلتک Roller ) ) : با استفاده از غلتک برای اغلب کارهای مهندسی می توان خاک را متراکم نمود.

بدین ترتیب که در پروژه های راهسازی لایه ها تا 20 سانتیمتر و سد سازی تا 60 سانتیمتر ریخته شده و روی آن مقداری آب پاشیده می شود و با گذر چندبار غلتک، خاک متراکم می گردد.

رطوبت موجب می شود دانه های خاک به اصطلاح «روغنکاری» شده و زاویه اصطکاک داخلی آنها کم شده و متراکم تر می گردد.

برای ایجاد یک میزان معین تراکم دریک خاک ، تعداد دفعات عبور وسیله ایجاد تراکم نباید از یک عدد حداقل ، کمتر باشد.

این عدد که بستگی به نوع و جرم وسیله و ضخامت لایه خاک دارد، معمولا بین 3 تا 12است.

از یک حد معین اضافه کردن تعداد عبور،افزایش قابل ملاحظه ای در وزن واحد حجم خشک ایجاد نمی کند.

انواع غلتک : غلتک چرخ فلزی : ازغلتکهای چرخ فلزی سبک عموماً در کارهای آسفالتی استفاده میشود و از غلتکهای لرزان یا سنگین چرخ فلزی برای متراکم کردن خاکهای درشتدانه استفاده می گردد.

ارتعاش موجب لرزاندن دانه ها شده و دانه ها از بالا به پایین بهتر متراکم می شوند .

چرخ لاستیکی : از این نوع غلتک برای خاکهای ماسه ای و خاکهای درشتدانه ای که پوک هستند و زیر غلتک چرخ فلزی خرد می شوند، استفاده می شود و خاک را از بالا به پایین متراکم می کنند.

پاچه بزی : این نوع غلتک برای تراکم خاکهای رسی استفاده می شود.

این نوع غلتکها مخصوصاً در هسته سد خاکی کاربرد دارند و خاک را از پایین به بالا متراکم می نمایند .

روش Vibroflotation : این روش برای خاکهای ماسه ای ریزدانه که دارای عمق زیادی هستند استفاده می شود؛ بدین ترتیب که دستگاه vibroflot که دارای وزن سنگینی در حدود 2تن است و مجهز به جت آب دربالا و پایین است ، روی لایه مورد نظر قرار می گیرد .

جت آب پایین روشن می شود و با توجه به فشار آب وارده و وزن دستگاه، گودالی ایجاد شده و ماسه خارج شده و دستگاه به داخل زمین فرو می رود.

حال جت آب پایین را خاموش کرده و جتهای بالایی روشن می شود و همزمان ماسه به داخل گودال ریخته می شود.جتهای آب موجب می شود خاک در محیط متراکم تری قرار گیرد.

با این روش در حدود نیم متر از قسمت فوقانی لایه متراکم نمی شود .

روش دینامیکی : در این روش که برای خاکهای دانه ای بکار می رود، وزنه ای سنگین از ارتفاع زیاد رها شده و به خاک ضربه می زند؛ این عمل موجب می شود که ارتعاش درخاک بوجود آمده و خاک متراکم تر گردد .

انفجار Blasting: از انفجار برای خاکهای دانه ای و مخصوصاً لجن ها استفاده می شود.

در این روش چاههایی تا عمق مورد نظر در لایه کنده شده و داخل چاهها مواد منفجره کار گذاشته می شود.

با انفجار مواد، خاک اشباع به حالت روان درآمده و هنگام ته نشین شدن، خاک در محیط متراکم تر قرار می گیرد.

روش Dew atering یا پایین آوردن سطح آب زیرزمینی : با حفر چاههای آب در زمین و پمپاژ مداوم از داخل آنها، سطح آب داخل چاهها پایین آمده و نیروی ارشمیدس وارد به ذرات خاک ، کم می شود و درنتیجه ، خاک نشست کرده و متراکم می شود.

روش پیش بارگذاری Perloding : برای خاکهای رس اشباع از این روش استفاده می شود که در زمین مربوطه، بارگذاری با وزن بسیار بیشتر از ساختمان یا سازه مورد نظر انجام می شود که موجب خارج شدن آب از داخل خاک شده و لایه رس اشباع درزمان کمتری ، نشستهای خود را انجام می دهد.

آزمایشهای تراکم : خاکی که در کارگاه متراکم می شود، بایستی مقداری رطوبت داشته باشد و این رطوبت موجب می شود زاویه اصطکاک خاک کم شده و دانه های خاک روی هم بلغزند و خاک متراکم شود.

اگر رطوبت از یک مقدار معین بیشتر شود، فضای بین دانه های خاک را پر کرده و مقداری از انرژی تراکم را جذب می نماید.

از آنجایی که آب غیر قابل تراکم بوده، در نتیجه خوب متراکم نمی شود.

هدف از آزمایش تراکم بدست آوردن میزان رطوبت مناسب برای انجام تراکم و قابلیت تراکم پذیری خاک می باشد که به روشهای زیر، انجام می شود : نسبت باربری کالیفرنیا Colifornia Bearing Rato ( C.B.R) : « آزمایشهای تراکم » آشتو اصلاح شده ( پراکتور اصلاح شده ) آشتو معمولی ( پراکتور معمولی ) D C B A D C B A درشتدانه ریزدانه آزمایش آشتو معمولی یا استاندارد، برای متراکم کردن بدنه سدها و مکانهای ورزشی استفاده می شود.

آزمایشهای A , Bبرای خاکهای ریزدانه بوده و C , D برای خاکهای درشتدانه می باشد.

از روش اصلاح شده نیز برای تراکم جاده ها و راهها استفاده می شود.

هشت روش انجام آزمایش مانند هم بوده و فقط ابزار آزمایشات با هم متفاوت می شود؛ یعنی تفاوت مهم آزمایشات معمولی و اصلاح شده در انرژی تراکم است که در روش اصلاح شده بیشتر است.

بطور خلاصه می توان نوشت : نام آزمایش قطر قالب تعداد لایه تعداد ضربه ارتفاع سقوط وزن چکش اندازه قالب آشتو معمولی 4 in 3 25 12in=30cm 5.5 lb بزرگ 6 in 3 56 12 in 5.5 lb کوچک آشتو اصلاح شده 4 in 5 25 18in=45cm 10 lb بزرگ 6 in 5 56 18 in 10 lb کوچک آز مایش تراکم معمولی روش A : در این روش حدود 3 کیلوگرم از خاکی که از الک نمره 4 عبور کرده را با مقدار کمی رطوبت ( حدود 5% وزن خاک خشک ) مخلوط می نماییم و آنرا به مدت 24 ساعت در ظرف در بسته ای نگه می داریم.سپس آنرا در سه لایه درون قالب تراکم ریخته و هر لایه را بوسیله چکش 5.5 lb که ارتفاع سقوط آن 1 ft = 12 in می باشد با 25 ضربه متراکم می نماییم بطوریکه بعد از سه مرحله، ارتفاع خاک کوبیده شده درون قالب، 5 in شود.

سپس حلقه اتصال را باز نموده و خاکهای اضافی را توسط خط کش فلزی صاف کرده و وزن خاک و قالب را بدست می آوریم.

با داشتن وزن قالب، وزن خاک بدست می آید.

نمونه ای از خاک درون قالب را برای تعیین میزان رطوبت، بر می داریم و با روابط زیر، خاک را بدست می آوریم : خاک درون قالب را خالی کرده و رطوبت بیشتری به آن اضافه کرده و آزمایش فوق را مجدداً تکرار می کنیم.

آزمایش تراکم را با رطوبت افزاینده با 5 تا 6 مرحله انجام داده و در هر مرحله را بدست می آوریم .

در مراحل ابتدای افزایش میزان رطوبت ، رطوبت موجب می شود که زاویه اصطکاک دانه های خاک کم شده و ذرات خاک روی هم بلغزند و وزن مخصوص زیاد شود.

اما وقتی رطوبت از یک مقدار معین که « رطوبت بهینه » نامیده می شود، بیشتر شود، آب فضای بین دانه ها را پر کرده و انرژی تراکم را جذب می کند و از آنجا ئیکه آب غیر قابل تراکم است، وزن مخصوص کم می شود.

خاک درون قالب را خالی کرده و رطوبت بیشتری به آن اضافه کرده و آزمایش فوق را مجدداً تکرار می کنیم.

در مراحل ابتدای افزایش میزان رطوبت ، رطوبت موجب می شود که زاویه اصطکاک دانه های خاک کم شده و ذرات خاک روی هم بلغزند و وزن مخصــوص زیاد شود.

اما وقتی رطوبت از یک مقـدار معین که « رطوبت بهینه » نامیده می شود، بیشتر شود، آب فضای بین دانه ها را پر کرده و انرژی تراکم را جذب می کند و از آنجا ئیکه آب غیر قابل تراکم است، وزن مخصوص کم می شود.

با انجام مراحل آزمایش، نمودار γd - ω را بصورت زیر رسم می کنیم.

افزایش وزن مخصوص نشان می دهد که برای یک حجم ثابت، میزان خاک بیشتری درون قالب قرار می گیرد.

در کارگاه، رطوبت خاک را به رطوبت بهینه رسانده و با عبور دادن غلتک γd خاک را به γd(max) آزمایشگاه می رسانند.

بدست آوردن (γd(max آزمایشگاه در کارگاه مقداری مشکل است.

به همین خاطر، به پیمانکار، مقداری تخفیف داده می شود؛ بطوریکه صحرایی درشتدانه %98 و ریزدانه %95 γd آزمایشگاهی باشد، قابل قبول است در خاکهای ریزدانه، چون سطح ویژه ذرات خاک زیاد می باشد، جذب آب آنها بیشتر است.این آب جذب شده حجم دارد و مانع از تراکم خوب خاک می شود در نتیجه میزان رطوبت بهینه خاکهای رسی از خاکهای شنی بیشتر است و وزن مخصوص کمتری دارند.

توجه به مطالب گفته شده فوق تراکم خاکهای درشتدانه یا به اصطلاح مخلوط ، مقرون به صرفه تر و بهتر می باشد.

از خاکهای ریزدانه مانند رس در هسته سدهای خاکی استفاده می شود.

چنانچه آزمایش تراکم را برای خاکهای مختلف باانرژی تراکم ثابت صورت گیـرد، نتایج آزمایش به صورت زیر می باشد: تذکر 1) در خاکهای ماسه ای با افزایش میزان رطوبت بعلت وجود کشش سطحی، ابتدا خاک خوب متراکم نمی شود و وزن مخصوص کاهش می یابد اما با افزایش میــزان رطوبت، وزن مخصـوص افزایش و سپس کاهش می یابد هنگامیکه انرژی تراکــم کم باشد، (غلتک سبک) میزان آبی که باید به خاک اضــافه کرد تا زاویه اصطـــــکاک دانه های خاک را کم نمایــند، افزایش می یابد و آن آب چون در بین دانه های خــاک قرار می گیرد، مقداری از انرژی تراکــم را جذب می نــمایـــد و در نــتیــجه وزن مخصوص خـــاک کاهش می یابد؛ در صورتیکه انرژی تراکـــم زیاد باشـــد با میــزان رطوبــت کمــتری ، وزن مخصوص خاک بیشترمی شود.

چنانچه آزما یـــش تراکــم با انرژیهای مختلف روی یک خاک انجام شود، نتــایج آن بصورت شکل روبرو است.

منحنی هوای صفر: هر خاک حداکثر میتواند بر منحنی هوای صفر خود مماس شود و می تواند منحنی هوای صفر خاکهای دیگر را قطع نماید.

منحنی هوای صفر یک خاک تابع Gs خاک می باشد و با داشتن Gs و پیدا کردن چند نقطه می توان منحنی هوای صفر را رسم نمود.

تراکم اقتصـــــادی: در کارگاه به پیمانکار غالباً چند درصد تخفیف داده می شود.

در این حالت فرض کنید تراکم کارگاهی %95 تراکم آزمایشگاه باشد.

برای اینکه میزان رطوبت، حالت بهینه به خود بگیرد بایستی میزان رطوبتی بین ω1 و ω4 به خاک اضافه گردد؛ اما اگر رطوبت بین ω3 و ω2 باشد، از لحاظ مصرف آب غیر اقتصادی است و اگر بین ω1 و ω4 با شد، انرژی بیشتری می خواهد در نتیجه میزان رطوبت بهینــه بین ω3 و ω4 بدست می آید.

تذکر 2 ) ساختمان خاک متراکم شده بستگی به انرزی تراکم (CE) و نیز عیاررطوبت خاک در حین عمل تراکم دارد.

این مطلب به خصوص درمورد متراکم کردن خاک رسی که بعنوان هسته در سدهای خاکی بکار می رود حائز اهمیت است.دراین مورد نشست ممکن است باعث ایجاد شکافهایی در هسته گردد.

چنانچه تراکم در ناحیه خشک صورت گیرد، خاک دارای وزن مخصوص بیشتر بوده و نفوذ پذیری بیشتری نیز دارد، امـــا اگر خاک در ناحیه تر کوبیده شود، بعلت ایجاد بافت درهم وفولوکوله، نفوذ پذیری خاک کاهش یافته و وزن مخصوص خاک هم کاهش پیدا می کند و یک ساختمان پراکنده در خاک ایجاد می شود.گرچه ساختمان این خاک مقاومت برشی پائینتری دارد ولی از این مزیت برخوردار است که تغییر شکل وسیعی را می تواند متحمل شود بدون آنکه شکاف برداشته وگسسته گردد.

ازآنجائیکه نقش هسته، آب بنــد کردن است ، کوبیدن خاک هسته در ناحیه تَر بهتر است.

نمودارتاثیررطوبت و انرژی تراکم در ساختمان خاک ( منبع Lamb1969) تذکر 3 ) با افزایش میزان رطوبت، مقاومت فشاری محصور شده یا تک محوری خاک کاهش می یابد و این افت درناحیه نزدیک ωopt بسیار بیشتر است تذکر 4 ) با افزایش انرژی تراکم (عبور غلتک) ابتدا وزن مخصوص با شدت بیشتری افزایش می یابد ولی با افزایش تعداد عبور غلتک، افزایش γd شدت کمتری خواهـد داشت.

کاربردآزمایش تراکم: به دلایل زیرنمیتوان مستقیما از نتایج آزمایش تراکم استفاده کرد : نحوه عمل در زمین با آزمایشگاه کاملا متفاوت است.

آزمایش بر روی تمام نمونه خاک صورت نمیگیرد ، بلکه بر روی قسمتی از نمونه که ذرات آن بر حسب نوع آزمایش از 75/4 ، 20 ویا 5/37 میلیمتر کمتر است ، انجام می شود.

گرچه رطوبت اپتیمم ایده ای از نظر رطوبت لازم بای بهره گیری حداکثر از انرژی تراکم بدست می دهد ولی بعلت آنکه نمیتوان دقیقاً رطوبت خاک را در حین عمل تراکم در حد اپتیمم تنظیم کرد.

اهداف عمده آزمایش تراکم: 1- ایجادضوابطی برای کنترل کار در حین اجرا 2- بررسی تغییراتی که در خواص مهندسی خاک متراکم شده براثرتغییردر انرژی تراکم و رطوبت خاک بوجود می آید.

برای کنترل کارمعمولاً درامتدادخط مرکزی مسیردرهر20تا50متریک نمونه برمیدارند(whitlow 1988 ).

و گاهی با توجه به حجم خاکریزی ،هر1000تا 3000مترمکعب یک نمونه (bowles 1979 )گرفته میشود.

یکی دیگر ازروشهای خوب کنترل ، استفاده ازجدول اعداد تصادفی است.بطور مثال اگر پروژه در امتداد یک مسیرباشد،متراژنقطه نمونه برداری یعنی فاصله آن ازمبدا را ازجدول اعدادتصادفی بدست می آورند.

تعیین وزن مخصوص خشک در صحرا تست دانسیته در محل: این آزمایش یک آزمایش کنترلی برای تعیین میزان کوبیدگی خاک در صحرا می باشد بدین صورت که در کلیه لایه ای که کوبیده شده، گودالی حفر می کنیم و کل خاک درون گودال را درون پلاستیکی ریختــه و نمونه ای از آن را برای تعییــن میزان رطوبت انتـخاب می کنیم.

خاک بدست آمده را وزن می کنیم.

حال اگر حجم گودال را داشته باشیم با استفاده از روابط ومقدار γd بدست می آید.

که W وزن خاک داخل گودال و V حجم گودال است .

برای تعیین حجم چاله می توان از دستگاه « سند باتل » استفاده کرد که درون آن ماسه استاندارد قراردارد.

( ماسه تمیز و شسته ای که از الک نمره 10 عبور کرده و روی الک نمره 20 باقی بماند ) درابتدای آزما یش وزن ماسه و سندباتل را بدست می آوریم و سپس شیر وسیله آزمایش را باز کرده تا ماسه ها بصورت سقوطی آزاد داخل چاله بریزد.

در این حالت نیز وزن ماسه باقیمانده و سندباتل را بدست می آوریم و نتیجتاً اختلاف حاصل ، برابر وزن ماسه درو ن چاله و مخروط زیرین سندباتل می باشد .

از آنجائیکه حجم مخروط و وزن مخصوص ماسه استانداردمشخص است در نتیجه وزن ماسه درون چاله بدست می آید.

با مشخص بــودن وزن مخصـوص ماسه استــاندارد، حجم چاله قـابل محاسبه است .

( دستگاه سندباتل مطابق شکل روبرو می باشد ) وزن ماسه + وزن سندباتــل = W1 وزن ماسه باقیــمانده + وزن سندباتل= W2 وزن ماسه درون چاله + ماسه درون مخروط زیرین = W2 – W1 = W3 وزن ماسه درون چاله= وزن ماسه درن مخروط زیرین – W3 = W4 سئوال : در تراکم خاکهای رسی کدام جمله صحیح تر است ؟

الف ) با افزایش انرژی تراکم، رطوبت بهینه کاسته شده و دانسیته افزوده می شود .

ب ) با افزایش انرژی تراکم، رطوبت بهینه کاسته شده و دانسیته کاسته می شود .

ج ) با افزایش انرژی تراکم، رطوبت بهینه افزوده شده و دانسیته افزوده می شود .

د ) به ازاء انرژی تراکم ثابت و افزایش دامنه خمیری، دانسیته افزوده می شود.

توضیح : گزینه (الف ) نه تنها برای خاکهای رسی بلکه برای کلّیه خاکها صحیح است.

در خاکهای رسی با افزایش دامنه خمیری (PI ) خاک، رطوبت بیشتری جذب می نماید و طبق آنچه گفته شد هرچه رطوبت جذب شده بیشتر باشد، وزن مخصوص کم شده و تراکم مشکلتر می شود.

« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »« آزمایشهای تراکم »آشتو اصلاح شده ( پراکتور اصلاح شده )آشتو اصلاح شده ( پراکتور اصلاح شده )آشتو اصلاح شده ( پراکتور اصلاح شده )آشتو اصلاح شده ( پراکتور اصلاح شده )آشتو معمولی ( پراکتور معمولی )آشتو معمولی ( پراکتور معمولی )آشتو معمولی ( پراکتور معمولی )آشتو معمولی ( پراکتور معمولی )DCBADCBADCBAدرشتدانــهدرشتدانــهریزدانـــهریزدانـــه نام آزمایشقطر قالبتعداد لایهتعداد ضربهارتفاع سقوطوزن چکشاندازه قالبآشتو معمولی4 in32512in=30cm5.5 lbبزرگآشتو معمولی6 in35612 in5.5 lbکوچکآشتو اصلاح شده4 in52518in=45cm10 lbبزرگآشتو اصلاح شده6 in55618 in10 lbکوچک آزمایشوزن مخصوص123456