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.