​​​​​​​

​​​​​​​هدف از آزمایش دانه بندی خاک:

امروزه اهميت پي بردن به توزيع، اندازه دانه هاي خاك به قدري است كه اين آزمايش (آزمایش دانه بندي) در اكثر آزمايشگاه های خاک به عنوان يكی از آزمايشات ضروري از مجموعه آزمایش های خاک ، انجام مي شود.
آزمایش دانه بندي خاک ، همان طور که از نام آن مشخص است، تفکیک سازي ذرات تشکیل دهنده خاك (توزیع اندازه دانه هاي شن و ماسه) می باشد که به تبع آن بر حسب محدوده سازي و دسته بندي ذرات، دانه هاي خاك را از نظر بعد، می توان در این محدوده ها قرار داد.

​​​​​​​
طبقه بندي دانه های خاک :

شن بزرگتر از 4/75mm ،  ماسه درشت از4/75mm تا 2/00mm ،  ماسه متوسط از 2/00mm تا 0/425mm ،    ماسه ريزاز  0/425mm تا 0/075mm و ريزدانه ها (لاي و رس) زير 0/075mm .

آزمایش دانه بندي خاک به سه روش عمده در آزمایشگاه مکانیک خاک مي شود:
الف-الك
ب-هيدرومتري
ج-تركيبي از هر دو

در روش دانه بندي با الك، در آزمایشگاه مکانیک خاک با استفاده ازمجموعه اي از الك ها و لرزاندن آنها، درصد وزني دانه هاي مختلف خاك به دست مي آيد. اين آزمايش بيش تر براي خاك هايي مورد استفاده است كه بيشتر از %90 دانه هايشان بزرگ تر از الك شماره 200 باشد. براي خاك هايي كه بيشتر از %90 ريزتر از الك 200 باشند آزمايش هيدرومتري انجام مي گيرد.
اين آزمايش بر پايه قانون استوكس و فرض كروي بودن دانه هاست. در مورد خاك هاي مخلوط درشت دانه و ريز دانه، براي بخش درشت تر از الك ،200 آزمايش دانه بندي و براي ريزتر از آن، آزمايش هيدرومتري انجام مي شود.

​​​​​​​به طور مشخص ، در آزمایشات مکانیک خاک براي مقایسه خاك ها از نظر اندازه بعد ذرات، باید از یک استاندارد معین استفاده نمود تا راحت تر بتوانیم خاك مورد نظرمان را انتخاب کنیم.
بطور مثال دو استاندارد معروف در جهان، استاندارد هاي آشتو ASTM امریکا و BS انگلستان می باشند که در ایران مورد اولی کاربرد عملی بیشتري دارد.


​​​​​​​روش های آزمايش الك در آزمایشگاه مکانیک خاک :

آزمايش الك را در آزمایشگاه مکانیک خاک به دو صورت مي توان انجام داد :
​​​​​​​
 دانه بندی خاک با روش خشك : در اين روش مقداري از خاك را برداشته، دانه هاي چسبنده و كلوخي شكل را خرد مي كنند و در مجموعه اي از الك ها قرار مي دهند . با لرزش اين مجموعه به مدت حدود 10 دقيقه، درصد وزني مقادير باقي مانده روي هر الك را مشخص و منحني دانه بندي براي درصد عبوري از هر الك در مقياس نيمه لگاريتمي رسم مي گردد. اين روش براي خاك هاي درشت دانه موثرتر است، چرا كه شكل دانه ها به كره نزديكتر است و دانه ها مجزا از يكديگر مي باشند.

دانع بندی خاک با روش تر : در اين روش خاك ريزدانه را روي الك 200 مي ريزند، با فشار آب، الك و خاك را تا جايي كـه آب خـارج شـده شـفاف و رقيق شود، مي شويند و بعد آنرا خشك مي كنند. سـپس دانـه هـاي مانـده روي آن را بـراي آزمـايش الـك و بقيـه را بـراي هيدرومتري به كار مي برند.

در آزمایشگاه خاک مجموعه اي از الک هاي با اندازه هاي مختلف در دسترس است. مرز میان ماسه و لاي به دلخواه انتخاب می شود. مطابق سامانه اتحادیه دسته بندي خاك براي جداکردن ماسه از شن از الک شماره #4 (4 سوراخ در طول 1 اینچ) استفاده می شود اندازه سوراخ هاي این الک 4٫75 میلیمتر می باشد و براي جدا کردن ماسه از لاي و رس از الک شماره #200 که اندازه سوراخ هاي آن  0.075 میلیمتر است استفاده می شود. مطابق استاندارد انگلیسی 0.063 میلیمتر مرز میان ماسه و لاي و 2 میلیمتر مرز میان ماسه وشن است.​​​​​​​








وسايل مورد نیاز جهت آزمايش دانه بندی خاک :

مهمترين وسايل مورد نياز برای انجام آزمایش دانه بندی در آزمایشگاه مکانیک خاک عبارتند از: 
- ترازو با دقت 0.1 
- فرچه يا مسواك براي تميز كردن الك 
- گرمخانه (اون) 
- آب فشان
- الك سري الك هاي استاندارد در آزمايش دانه بندي خاک
​​​

روش انجام آزمايش دانه بندی :

 انتخاب نمونه قدم اصلي تعيين مقدار خاك لازم براي آزمايش دانه بندی است كه اين مقدار بستگي به قطر درشت ترين دانه خاك دارد. اگر اين قطر با D نمايش داده شود و W وزن خاك لازم براي آزمايش دانه بندی باشد، در آن صورت W باید کوچکتر از 600D و بزرگتر از 200D باشد . كه در آن W به گرم و D به ميلي متر است و وزن نمونه خاک لازم براي آزمايش دانه بندی را تعيين مي كند. D در حقيقت قطر سوراخ ريزترين الكي است كه بزرگ ترين ذره از آن عبور مي كند.

براي این کار در آزمایشگاه خاک از دسته اي از الکها که سوراخ هاي کف آنها داراي اندازه دقیق و مشخص است ، استفاده می شود. به این ترتیب که مجموعه الک ها را بر روي هم قرار می دهند، الک با سوراخ هاي بزرگتر در بالا و الک هاي ریزتر را در پایین قرار    می دهند . پس از آن خاك خشک که تمام کلوخه هاي آن شکسته شده و تنها دانه هاي خاك در آن وجود دارد را بر روي الک بالایی می ریزند و الک را براي مدت معلومی (حدودا 10 دقیقه) تکان می دهند تا دانه هاي خاك از آن عبور کند . واضح است که دانه هاي با اندازه کوچکتر از سوراخ هاي الک عبور می کنند و دانه هاي بزرگتر بر روي الک باقی می مانند. در آزمایش دانه بندی ، این روش براي دانه هاي درشت تر خاك منطقی است ولی براي دانه هاي کوچکتر از یک حدي مناسب نیست ، زیرا دانه هاي بسیار ریز خاك به یکدیگر می چسبند و درنتیجه روش الک دیگر در آزمایش دانه بندی خاک جواب هاي مناسبی نخواهد داشت. اگر میزان دانه هاي ریز خاك زیاد باشد ممکن است مجبور شویم اول از روي خاك و دانه هاي خشک آن آب عبور دهیم و پس از شسته شدن ذرات بزرگتر و از بین رفتن کلوخه ها، شروع به الک کردن کنیم.

​​​​​​​

محاسبات:

پس از اتمام آزمايش دانه بندی خاک در آزمایشگاه و محاسبه مقادير باقي مانده روي هر الك، درصد آنها نسبت به وزن كل نمونه (W) سنجيده مي شود. سپس براي هر الك، درصد تجمعي مانده روي آن به دست مي آيد. با كم كردن اين مقادير از عدد100 درصد عبوري از هر الك محاسبه مي شود.

















​​​​​​​
​​​​​​​                                     جدول محاسباتی آزمایش دانه بندی خاک به روش الک کردن


مراحل پركردن جدول فوق :
​​​​​​​
1- تعيين جرم باقي مانده روي هر الك
2- تعيين جرم كل خاك كه برابر است با مجموع جرم باقي مانده روي تمامي الك ها
3- تعيين جرم تجمعي خاك باقي مانده روي هر الك كه برابر است با مجموع جرم خاك روي الك مورد نظر با جرم خاك باقي مانده روي الك هاي بالاتر از الك مورد نظر (الك هاي درشت دانه تر)
4- جرم خاك عبوري از الك مورد نظر برابر است با جرم كل خاك منهاي جرم تجمعي الك مورد نظر
5- درصد خاك عبوري از الك مورد نظر برابر است با جرم خاك عبوري تقسيم بر جرم كل خاك ضربدر 100


منحني دانه بندي خاک :

همان طور كه گفته شد، در آزمایش دانه بندی خاک ، توزيع اندازه دانه هاي يك خاك به صورت منحني بر محورهاي مختصات نيمه لگاريتمي نشان داده مي شود. عرض نقاط واقع بر اين منحني درصد وزني دانه هاي كوچك تر از اندازه اي است كه روي محور طول ها داده شده است. هر قدر شيب منحني دانه بندي كمتر باشد،حدود تغيير در اندازه دانه هاي خاك بيشتر است و هر قدر شيب منحني بيشتر باشد، دانه هاي خاك يكنواخت تر هستند. در آزمایش دانه بندی یک خاك دانه اي اگر توزيع اندازه دانه ها از درشت تا ريز گسترده شده باشد خوب دانه بندي شده ناميده مي شود. بعلاوه در شرايط زير نيز خاك بد دانه بندي شده ناميده مي شود:
الف) درصد قابل توجهي از دانه هاي خاك به يك اندازه باشد يا به عبارت ديگر دانه بندي يكنواخت باشد.
ب) خاك به اندازه كافي دانه هاي بزرگ و كوچك داشته باشد، ولي دانه هاي حد متوسط در آن كم باشد. اين حالت را دانه بندي منقطع (ميان تهي) مي نامند. نشان دادن اندازه دانه هاي خاك روي محور لگاريتمي اين ويژگي را دارد كه صرف نظر از محل قرارگيري منحني توزيع اندازه دانه ها، دو نوع خاك با درجه يكنواختي يكسان، با منحني هاي مشابه نشان داده مي شوند.
















​​​​​​​
                                                   
​​​​​​​                                                                   منحنی دانه بندی خاک


اندازه دانه هاي مربوط به هر درصد كوچك تر را مي توان مستقيما از منحني دانه بندي به دست آورد، مثلاً D10، D30، D60 مترادف با قطر دانه هايي هستند كه به ترتيب،60 ،30 10 درصد دانه هاي خاك از آن كه كوچكتر مي باشند. 
شكل منحني دانه بندی را می توان با استفاده از ضریب یکنواختی         و ضریب خمیدگی         که از روابط زیر بدست می آید توصیف نمود.










​​​​​​​
​​​​​​​​​​​​​​

​​​​​​​در انتها با الک های مورد استفاده در آزمایش دانه بندی خاک در آزمایشگاه مکانیک خاک آشنا می شویم :





​​​​​​​


​​​​​​​​​​​​​​

​آزمایش دانه​ بندی خاک
​​​​​​​