1. گزارش کار آزمايشگاه مکانيک خاک
به نام خدا
گزارش کار آزمايشگاه مکانيک خاک
آزمايش شماره 1 :
دانه بندي خاک ( روش مکانيکي )

2. آزمايشگاه مکانيک خاک اساتيد محترم : جناب آقاي مهندس ملاباشي
جناب آقاي دکتر متين
جناب آقاي بهادري
اعضاء گروه :
محمد مهدي حاجي زماني
حبيب فتحي
مهرداد آريان پور
سيد رضا حسيني *
* اعضا گروه ممکن است در آزمايشات بعدي متفاوت باشند.

3. آزمايشگاه مکانيک خاک
در مفهوم مهندسي ، خاک ها به عنوان سنگدانه هاي غير سيمانيته از ذرات معدني و مواد آلي فاسد شده تعريف شده اند که فضاهاي خالي بين اين ذرات جامد را مايع و گاز پر کرده است. خاک به عنوان يک مصالح ساختماني در پروژه هاي مختلف و نيز به عنوان يک تکيه گاه براي پي ساختمان ها مورد استفاده قرار مي گيرد . بنابراين ، مهندسين عمران بايد خواص خاک از جمله منشا ، توزيع دانه بندي و ديگر خواص آن را مورد مطالعه قرار دهند.
اندازه ذراتي که خاک از آنها تشکيل يافته است در دامنه وسيعي متغير است. معمولا،شن ، ماسه ، سيلت و رس را خاک مي نامند.
دانه بندي خاک تعيين تغييرات و توزيع ذرات موجود در خاک مي باشد ، که به
صورت درصد وزن کل خشک بيان مي شود. کلا دو روش براي تعيين دانه بندي خاک استفاده مي شود : 1- تجزيه به کمک الک ها و 2- تجزيه هيدرومتري. در اين قسمت دانه بندي خاک به روش مکانيکي يا همان تجزيه به روش الک توضيح داده مي شود. و در جلسه آينده پيرامون تجزيه به روش هيدرومتري توضيحاتي ارائه مي گردد.

4. آزمايشگاه مکانيک خاک
تجزيه به کمک الک ها به اين صورت است که نمونه خاک در داخل يک سري الک که از درشت به ريز روي هم قرار گرفته اند قرار مي دهند و الک ها را تکان مي دهند. تعداد الک ها و شماره آنها در هر استاندارد متفاوت مي باشد. در ادامه چند استاندارد معتبر خواهد آمد.
براي تجزيه به روش الک ها در وهله اول خاک را در گرمخانه خشک مي کنيم. سپس کلوخه هاي موجود در خاک را خرد مي کنيم. سپس خاک ها را بر روي يک سري الک مي ريزيم. و در دستگاه قرار مي دهيم تا به خوبي الک ها را تکان دهد. سپس وزن مانده روي هر الک را اندازه مي گيريم. در نهايت درصد عبوري خاک از هر الک را پيدا مي کنيم و بر روي نموداري ترسيم مي کنيم. نحوه ترسيم نمودار و نحوه استفاده از آن در ادامه خواهد آمد.

5. آزمايشگاه مکانيک خاک الک هاي استاندارد انگليسي
الک هاي استاندارد آمريکايي [ASTM E11]
نمره الک 4 6 8 10 16 20 30 40 50 60 80
100
140
170
200
270
اندازه شکاف mm
4.75
3.35
2.36 2
1.18
0.85
0.6
0.425
0.3
0.25
0.18
0.15
0.106
0.088
0.075
0.053
الک هاي استاندارد انگليسي
[British standard Institution, London,BS-410]
نمره الک 5 6 7 8 10 12 14 16 18 22 25 30
اندازه شکاف mm
3.352
2.812
2.411
2.057
1.676
1.405
1.204
1.003
0.853
0.699
0.599
0.500

6. آزمايشگاه مکانيک خاک
به طور کلي هدف از انجام آزمايش دانه بندي ( چه به روش دستي براي خاک هاي درشت دانه و چه به روش هيدرومتري براي خاک هاي ريز دانه ) ترسيم نمودار دانه بندي و گرفتن نتايج از روي آن نمودار مي باشد. نتايجي که در نگاهي عميق تر تمامي زير بنا و اساس کار مهندس عمران مي باشد.
نمودار دانه بندي مشخص مي کند که در هر اندازه چه مقدار خاک داريم و به سخن ديگر نحوه ي توزيع .زني اندازه هاي وختلف موجود در خاک را نشان مي دهد. که از روي آن ضريب يکنواختي ، ضريب خميدگي ، چسبندگي و... بدست مي آيد که معيار طراحي و استفاده از خاک به عنوان پي يا مصالح مي باشد. لذا ترسيم دقيق نمودار از اهميت ويژه اي برخوردار است .
مفاهيمي مانند ضريب يکنواختي و ضريب خميدگي که توضيحات آنها در چند لحظه ديگر خواهد آمد بيانگر خواصي از خاک است که سالها موضوع تحقيق دانشمندان و محققان مهندسي عمران بوده است. نحوه ي بدست آوردن و قضاوت نتيجه هاي آن نيز از روي آزمايش هاي زيادي که توسط چنين افرادي انجام شده است استخراج شده است. که مسلما در صورت تحقيقات بيشتر تغيير در اين نتيجه ها محتمل است.

7. آزمايشگاه مکانيک خاک
ضريب يکنواختي از رابطه زير بدست مي آيد : که در آن ضريب يکنواختي ، قطر مربوط به 60 درصد رد شده در منحني دانه بندي و قطر مربوط به 10 درصد رد شده در منحني دانه بندي مي باشد.
هرچقدر اين ضريب به يک نزديک باشد دانه بندي يکنواخت تر است و بزرگتر از يک بودن آن نشانه غير يکنواخت بودن خاک است.

8. آزمايشگاه مکانيک خاک
ضريب خميدگي از رابطه زير بدست مي آيد : که در آن ضريب خميدگي است.
اگر بين 1و 3 باشد دانه بندي مناسبي از خاک در اختيار داريم و اگر خارج از اين محدوده بود نشان دهنده اين است که خاک ما به شيوه ي نامناسبي دانه بندي شده است.

9. آزمايشگاه مکانيک خاک
بعد از آشنايي با مقدمات آزمايش و همچنين شماره الک و استاندارد هاي مختلف آن به بيان آزمايش توسط گروه مي پردازيم . ولي قبل از گزارش آزمايش نکاتي در رابطه با اين آزمايش و گزارش کار ارائه مي گردد.
1- در ابتداي هر گزارش کار مقدماتي از آزمايش ذکر مي شود و سپس به گزارش کار پرداخته مي شود.
2- آشنايي با وسايل کار اگرچه تنها هدف نيست ، اما يکي از اهداف مهم دروس آزمايشگاهي است. لذا هرچه اين آشنايي بهتر و بيشتر انجام پذيريد بهتر است. در راستاي تحقق اين مهم گروه سعي ميکند در مورد وسايل توضيحات اضافي و بعضا به همراه تصاوير و يا فيلم مربوطه ارائه کند.
3- در هر آزمايش مطمئنا خطا و يا عدم خوانايي با تئوري آزمايش و يا مفاهيم پذيرفته شده وجود دارد. اين بحث به عنوان خطاهاي آزمايش در انتهاي هر گزارش خواهد آمد.
4- راهنمايي ها و توصيه هاي اساتيد محترم باعث ايجاد شور بيشتر و دلگرمي در دانشجويان خواهد شد، لذا خواهشمند است اساتيد محترم در زمينه اين گزارش کار نظرات خود را منعکس کنند تا مقدمه اي بر رشد و ترقي بيشتر دانشجويان شود.
انشاء الله

10. آزمايشگاه مکانيک خاک آزمايش دانه بندي خاک به روش مکانيکي ( الک ) هدف :
ترسيم گراف مربوط به دانه بندي خاک
وسايل مورد نياز :
الک ( تعداد آن بستگي به دقت مورد نظر دارد . )
نمونه خاک
ترازو
دستگاه تکان دهنده (Shaker )
خروجي آزمايش :
منحني دانه بندي ، ضريب خميدگي و ضريب يکنواختي

11. آزمايشگاه مکانيک خاک
در ابتدا الک هاي مورد نظر را انتخاب مي کنيم ، در اين آزمايش گروه تعداد 7 الک با
استاندارد آمريکايي و با شماره هاي10،16،30،50،100،200 و 4 انتخاب کرده است.
پس از انتخاب الک ها و تميز کردن آنها ، تک تک الک ها را وزن مي کنيم. اين روش براي بدست آوردن وزن خاک مانده بر روي الک، از اينکه بعد از ماندن خاک ، آن را وزن کنيم دقت بيشتري دارد.
الک ها را به ترتيب شماره از کوچک تا بزرگ بر روي هم مي چينيم ، به طوري که الک شماره 200 که چشمه هاي آن از بقيه کوچک تر است در زير قرار گيرد. در زير الک ها سيني مخصوص الک را قرار مي دهيم تا خاک رد شده از تمامي الک ها بر روي آن باقي بماند.

12. آزمايشگاه مکانيک خاک
مقدار يک کيلو از خاک مورد نظر را با ترازو وزن مي کنيم و بر روي الک اول ( شماره 4 ) ميريزيم و بر روي دستگاه تکان دهنده قرار ميدهيم. براي اين منظور به درپوش الک هم نياز داريم که بر روي الک ها قرار دهيم. مدت 10 دقيقه براي تکان دادن الک ها منظور مي کنيم. سپس الک ها را با خاک روي آن مجددا وزن مي کنيم و در جدولي ثبت مي کنيم.
بقيه اطلاعات را از روي وزن هاي داده شده محاسبه مي کنيم :

13. آزمايشگاه مکانيک خاک شماره الک وزن الک وزن مجموع وزن خاک درصد مانده
وزن تصحيح شده
درصد مانده
درصد رد شده 4
494.8
657.2
162.4
16.33
83.67 10
345
715
370
37.1
46.57 16
463.5
597.8
134.3
13.52
33.05 30
442.8
578.6
135.8
13.67
19.38 50
420.8
524.2
103.4
10.43
8.95
100
374.4
419.3
44.9
4.58
4.37
200
351.9
373.6
21.7
2.26
2.1
زير الک
416.5
436.5 20
مجموع
992.5
1000

14. آزمايشگاه مکانيک خاک
همانطور که مشاهده مي کنيد ، در جدول ستوني با عنوان وزن تصحيح شده وجود دارد. اعداد اين ستون از تقسيم کردن اختلاف وزن اوليه خاک با مجموع اوزان باقي مانده بر روي الک ها بدست آمده است. به عبارت ديگر تصحيح خطاي ناشي از اندازه گيري وزن ها مي باشد.
نکته ديگر روش ترسيم نمودار است. در نمودار، محور عمودي به درصد رد شده از الک اختصاص دارد و محور افقي که داراي مقياس لگاريتمي است اندازه دانه ها را بيان مي کند.
در صفحه بعد نمودار آزمايش گروه آمده است.

15. نمودار دانه بندي خاک مورد آزمايش قرار گرفته
آزمايشگاه مکانيک خاک
نمودار دانه بندي خاک مورد آزمايش قرار گرفته

16. آزمايشگاه مکانيک خاک
حال نوبت آنست که ضرايب خميدگي و يکنواختي را محاسبه کنيم.
داريم :
که در نتيجه خاک ما غير يکنواخت ولي داراي دانه بندي مناسبي است.

17. آزمايشگاه مکانيک خاک
در آخر در مورد خطاهاي موجود در اين آزمايش نکاتي را بيان مي کنيم:
1- نمونه خاکي که ما آزمايش کرديم نمي تواند به طور کامل نماينده توده بزرگ خاکي باشد که قرار است از آن استفاده کنيم.
2- دقت در وزن کردن نمونه و الک ها مهم و در مورد الک هاي ريزتر مهم تر جلوه مي کند، لذا بايد در اين مورد توجه لازم انجام شود.
3- عدم تميز بودن الک ها يا طريقه استفاده غلط که باعث خراب شدن الک مي شود در الک هاي ريزتر نتايج گمراه کننده اي را حاصل مي کند.
4- در خواندن اعداد از روي نمودار نيز بايد دقت کرد ، مخصوصا اين که در روابط داريم که اين اعداد به توان دو مي رسند و يا در يکديگر ضرب مي شوند. پس بهتر است تخمين اين اعداد را بر عهده ماشين بگذاريم.
والسلام