آزمایش چگالی ویژه (وزن مخصوص نسبی)

آزمایش تعیین چگالی ویژه خاک که نام های مختلفی مثل، آزمایش وزن مخصوص نسبی ذرات جامد خاک یا آزمایش Gs دارد. تعیین نسبت وزن مخصوص بخش جامد خاک به عبارت دیگر برآورد سنگینی عناصر موجود در خاک، وزن مخصوص ویژه یا توده ویژه یک خاک یا Gs آن است. وزن مخصوص ویژه Gs خاک از نسبت وزن حقیقی حجم مشخصی از ذرات خاک به وزن حقیقی همان حجم آب بدست می آید.

معنا و مفهوم آزمایش تعیین وزن مخصوص خاک

آزمایش تعیین وزن مخصوص خاک، برای تعیین چگالی ویژه ذرات جامد خاک که عبوری از الک نمره 4(۴/۷۵ میلیمتر) هستند. با استفاده از پیکنومتر کاربرد دارد. هنگامی که خاک حاوی ذرات بزرگتر از الک ۴/۷۵ میلیمتر است باید از روش آزمون ASTM-C127 برای ذرات جامد مانده بر روی الک ۴/۷۵ میلیمتر استفاده کرد. این روش آزمون تعیین چگالی ویژه خاک برای ذرات جامد عبوری از الک ۴/۷۵ میلیمتر مورد استفاده قرار گیرد.

ذرات جامد خاک مورد استفاده برای این آزمون ها شامل ذرات جامدی که با این روشها تغییر میکنند یا ذراتی که در نتیجه آلوده شدن با یک ماده مانع استفاده از این روشها می شوند با ذرات جامد خاک های بسیار آلی مانند مواد الیافی که در آب شناور می شوند نیستند. برای تعیین چگالی ویژه ذرات جامد خاکی که دارای ذرات جامدی هستند که به سهولت در آب حل میشوند یا در آب شناور میشوند یا زمانی که استفاده از آب مقدور نیست میتوان از روش استاندارد DS550 استفاده نمود.

تعاریف آزمایش چگالی ویژه

• چگالی ویژه ذرات جامد خاک،G_s:  نسبت جرم واحد حجم ذرات جامد خاک به جرم همان حجم از آب مقطر بدون هوا در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد.

شرح مختصری از روش آزمایش G_s

• روش های انجام آزمایش تعیین چگالی ویژه:

برای انجام آزمایش تعیین چگالی ویژه ۲ روش در استاندارد ارائه شده است. روش مورد استفاده بنا به درخواست متقاضی مشخص میشود مگر در مواردی که از انواع خاکهای ذکر شده در بند ۱ استفاده گردد.

1.  روش A: روشی برای نمونه های مرطوب که روش ارجح محسوب می شود. برای خاک های آلی خاک های با خاصیت خمیری زیاد خاک های ریزدانه خاک های استوایی و خاک های حاوی هالوزیت باید از روش A استفاده نمود.
2. روش B: این روش، برای نمونه های خشک شده در گرمخانه یا آون مورد استفاده قرار می گیرد.

همانطور که اطلاع دارید، انجام تمامی آزمایشات مکانیک به تجهیزات آزمایشگاه خاک با استاندارد جهانی با کیفیت نیاز دارید، که ما  امکان خرید این تجهیزات را برای کاربران آسفالت ایران فراهم ساخته ایم.

مراحل انجام آزمایش چگالی ویژه خاک

• این آزمایش به طور کلی برای مصالحی که آنها را با استفاده از انواع پیکنومتر خاک (با) ظرفیت های ۵۰ ۱۰۰، ۵۰۰ و ۱۰۰۰ میلی لیتر به دست می آوریم، کاربرد دارد. . ابتدا پیکنومتر را در وضعیت کاملاً خشک با یا بدون درپوش مخصوص (ترجیحا” با درپوش) وزن میکنیم .
• پیکنومتر مخصوص را از آب یا نفت برای پیکنومترهای کوچک ۵۰ و ۱۰۰ میلی لیتر جهت تا نمونه های ریزدانه مانند آزمایش تحکیم با نفت تا علامت مشخصه یا تا فوران کردن از درپوش شیاردار موئین پر نموده و پس از خشک کردن کامل بدنه خارجی با دقت کافی ترازو ترجیحاً تا سه رقم اعشار توزین میکنیم.
• مصالح منتخب و معرف خشک شده را با قیف مخصوص داخل پیکنومتر خشک و خالی انتقال داده و با نصب در پوش مجددا” توزین میکنیم.
• به آرامی هر چه تمام تر، آب یا نفت را با پیست (آبفشان) و بدون ایجاد حباب یا کف به مجموعه اضافه میکنیم به نحوی که آب یا نفت روی نمونه خاک داخل پیکنومتر قرار گیرد؛
• به یکی از روشهای مخصوص شامل جوشاندن در حوضچه آب جوش، تکان دادن (مخصوص ماسه و اتصال به پمپ مکش (خلا) حبابهای محبوس را به طور کامل حذف می نماییم.
• الباقی حجم پیکنومتر را به آرامی از آب یا نفت پر میکنیم و با نصب درپوش مخصوص و خشک کردن دیواره خارجی پیکنومتر آخرین توزین را انجام میدهیم؛ و
• با الهام گرفتن از قانون ارشمیدس حجم نمونه خاک اشغال شده را که برابر است با حجم سیال جابجا شده از روابط موجود در فرم های محاسباتی پیش نویس آزمایش به دست آورده و G_s را تعیین میکنیم.

نکته انجام حداقل ۲ آزمایش بر روی یک نمونه و میانگین گیری از نتایج جهت گزارش نمودن عدد الزامی است.

محاسبات آزمایش تعیین وزن مخصوص نسبی خاک

1. محاسبه جرم پیکنومتر و آب در دمای آزمایش به صورت زیر:

در رابطه فوق:

M_pw,t: جرم پیکنومتر و آب در دمای آزمایش (1) بر حسب گرم

M_p: میانگین جرم کالیبره شده پیکنومتر خشک بر حسب گرم

V_p: میانگین حجم کالیبره شده پیکنومتر خشک بر حسب میلی لیتر (سانتیمتر مکعب)؛ و

P_w,tدانسیته آب در دمای آزمایش بر حسب گرم بر میلی لیتر که از جدول (1-9) تعیین میشود.

جدول (1-9) 

محاسبه چگالی ویژه ذرات جامد خاک در دمای آزمایش G_s، به صورت زیر:

در رابطه فوق:

p_s: دانسیته ذرات جامد خاک، بر حسب میلی گرم بر متر مکعب یا گرم بر سانتیمتر مکعب.

P_w,t: دانسیته آب در دمای آزمایش (T_t)، بر حسب گرم بر میلی لیتر یا گرم بر سانتیمتر مکعب که از (جدول ۱-۸) تعیین میشود.

M_s: جرم ذرات جامد خاک خشک شده در گرمخانه بر حسب گرم ؛و

M_pws,t: جرم پیکنومتر آب و ذرات جامد خاک در دمای آزمایش (T) بر حسب گرم. و

برای محاسبه وزن در این دسته از آزمایش ها به ترازو آزمایشگاهی نیز احتیاج داریم که در فروشگاه اسفالت ایران در انواع مدل ها موجود است.

محاسبه چگالی ویژه ذرات جامد خاک در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد به صورت زیر: 

در رابطه فوق، K، ضریب دما بوده و در جدول (1-9) ارائه شده است.

• در مورد ذرات جامد خاک هایی که حاوی ذرات بزرگتر از الک ۴/۷۵ میلیمتر هستند و برای تعیین چگالی ویژه این خاک ها از روش آزمون ASTM-C127 استفاده میشود، چگالی ویژه میانگین محاسبه میشود. روش آزمون C127، مستلزم آن است که آزمایش در دمای 1/7 ± 23 درجه سانتی گراد انجام شود و در این روش نیازی به تصحیح داده های چگالی ویژه برای دمای ۲۰ درجه سانتیگراد نمی باشد. برای تصحیح این اندازه گیری برای ۲۰ درجه سانتیگراد از معادله ارائه شده در بند (۴- ج) استفاده می شود. برای محاسبه چگالی ویژه میانگین از معادله زیر استفاده می شود.

در رابطه فوق

R: درصد خاک مانده روی الک ۴/۷۵ میلیمتر؛

P: درصد خاک عبوری از الک ۴/۷۵ میلیمتر؛

G_1@20°c: چگالی ویژه ظاهری خاکهای مانده روی الک ۴/۷۵ میلیمتر، که با روش C127 تعیین شده و برای ۲۰ درجه سانتیگراد تصحیح شده است؛ و

G_2@20°c: چگالی ویژه ذرات جامد خاک عبوری از الک ۴/۷۵ میلیمتر که با استفاده از روش آزمون ارائه شده در اینجا و معادله موجود در بند (۴- ج) تعیین میشود.

_________________________________________________________________

شاید دوست داشته باشید بخوانید✔️

• واگرایی خاک رس
• آزمایش ارزش ماسه ای SE

_________________________________________________________________

گزارش آزمایش چگالی ویژه یا آزمایش Gs

گزارش باید حاوی اطلاعات زیر باشد:

• مشخصات خاک (مصالح) مورد آزمایش، مانند تعداد گمانه تعداد نمونه عمق و تعداد آزمایش.
• طبقه بندی خاک مورد آزمایش (نام طبقه و علامت مطابق روش ASTM-D2487).
• درصد ذرات خاک عبوری از الک نمره ۴ (۴/۷۵ میلیمتر)؛
• اگر خاک یا مصالحی از نمونه آزمایش حذف شده باشد، مصالح حذف شده تشریح شوند؛
• روش مورد استفاده (روش A یا روش B)؛
• تمام اندازه گیری های جرم (حداقل با دقت ۰/۰۱ گرم)؛
• دمای آزمایش (با دقت ۰/۱ درجه سانتیگراد)؛
• چگالی ویژه در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد (G_s و G_20°c)، با دقت حداقل ۰/۰۱ در صورت تمایل ممکن است مقادیر با دقت ۰/۰۰۱ ثبت شوند؛ و
• چگالی ویژه میانگین در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد (G_avg@20°c)، با دقت ۰/۰۱.

نکات فنی و کارشناسی مرتبط با آزمایش Gs یا تعیین چگالی ویژه

• وزن مخصوص ظاهری مصالح از وزن مخصوص واقعی بیشتر است.
• وزن مخصوص ماسه ظاهری و واقعی از وزن مخصوص مصالح شنی بیشتر است.
• درصد جذب آب مصالح ماسه نسبت به مصالح شنی بیشتر است.
• جدول محدوده وزن مخصوص آزمایشگاهی (G_s) برای انواع خاک:

• به طور کلی، در مباحث بتن و آسفالت ۳ نوع وزن مخصوص داریم، که عبارتند از مانده روی الک نمره ۸ رد شده، از الک نمره ۸ و مانده روی الک ۲۰۰ و رد شده از الک نمره ۲۰۰ که با توجه به درصد فراوانی هر ۳ محدوده از روی نمودار دانه بندی و سهیم شدن، مقادیر در پایان از رابطه زیر، وزن مخصوص کل توده خاک محاسبه می گردد:

در رابطه فوق:

G_agg: چگالی ویژه متوسط ذرات توده مصالح؛

G₁ و G₂ و G_3: مقادیر چگالی ویژه توده ذرات خاک مربوط به هر یک از قسمت ها؛و

P₁و P₂و P₃ درصد وزنی هر کدام از قسمت ها نسبت به نمونه اصلی (از نتایج آزمایش دانه بندی).

• در مبحث خاک، استاندارد ASTM-D854، برای مصالح عبوری از الک نمره ۴ می باشد و برای مصالح مانده روی الک نمره ۴ باید از روش استاندارد ASTM-C127 استفاده شود.
• اگر از نتایج G_s برای محاسبات آزمایش هیدرومتری استفاده شود. مصالح آزمایش، باید عبوری از الک نمره ۱۰ باشند.
• از پمپ مکش (خلا) در فاز حذف حبابهای محبوس، حداقل به مدت ۳۰ دقیقه با حداکثر مکش ۱۰۰ میلیمتر جیوه استفاده میشود.
• راهنمایی زمان فاز مکش حذف حباب های محبوس برای نمونه با PI بالا و در شرایط درصد رطوبت طبیعی، به مدت ۶ تا ۸ ساعت جهت نمونه با PI پایین، به مدت ۴ تا ۶ ساعت و برای نمونه خشک شده در گرمخانه، ۲ تا ۴ ساعت.
• اعداد G_s بزرگتر از ۲/۷۵ و حتی تا ۴، بیانگر وجود کانی های فلزی در معادن هستند. هر چقدر عدد G_s بالاتر باشد، میزان فراوانی ماده معدنی بیشتر است.
• G_s، جزو خواص ذاتی و تغییر ناپذیر خاک است (مثل گروه خونی افراد) و به بیان ساده، به صورت زیر تعریف می شود:

آسفالت ایران

همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، آسفالت ایران منبع مهمی برای اطلاعات مفید در مورد آزمایشات خاک و آزمایشات بتن است. پیش از این هم مطالبی در مورد آزمایش های حوزه بتن با تجهیزات آزمایشگاه بتن ارائه دادیم. امیدواریم این مقاله به شمابرای نحوه انجام تعیین چگالی ویژه خاک و درک آزمایش وزن مخصوص خاک و نحوه انتخاب تجهیزات آزمایش کمک کند. همچنین این مقاله از کتاب راهنمای جامع آزمایشگاه مکانیک خاک، مهندسی خاک و ژئوتکنیک بر گرفته شده است.

ممنون که تا انتهای این مقاله همراه ما بودید…