وقتی کانیهای رسی در خاکهای ریز دانه وجود داشته باشد خاک میتواند با وجود مقداری رطوبت بدون خرد شدن به صورت خمیری در اید.این حالت چسبندگی ناشی از آب جذب شده در پیرامون ذرات رس است. در ابتدای دهه ۱۹۹۰ یک دانشمند سوئدی به نام آتربرگ روسی را برای توصیف حساسیت خاکهای ریز دانه در ارتباط با تغییر درصد رطوبت آنها ابداع کرد. در درصد رطوبت بسیار کم خاک شبیه به یک جسم سفت(جامد) رفتار میکند.وقتی درصد رطوبت بسیار زیاد است خاک و آب شبیه یک مایع به حرکت در می ایند.بنابراین بر اساس یک اصل قراردادی بسته به درصد رطوبت طبیعت و رفتار خاک میتواند به چهار حالت مهم تقسیم شود که عبارتنداز :سفت(جامد) و نیمه سفت(نیمه جامد) و خمیر(پلاستیک) و مایع(روان) می باشد درصد رطوبتی که در آن درصد رطوبت حالت سفت به نیمه سفت تبدیل میشود را حد انقباض می نامند.
در صد رطوبتی که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در می اید را حد خمیری می گویند و به درصد رطوبتی که از حالت خمیری به حالت مایع یا روان تبدیل میشود حد مایع یا روانی اطلاق می شود.برای توضیح فیزیکی حالتهای یک لایه درشت دانه از روابطی مانند Sg و … استفاده می شود که میتوانند خاکهای بزرگ دانه را دسته بندی کنند .ولی این معیارها برای خاکهای ریز دانه کافی نیست. برای رسها و سیلتها دسته بندی معمول حاصل از ویزگیهای مهندسی مربوط به تغییر شرایط رطوبتی می باشد. به طور مرسوم این خصوصیات با میزان سفتی توضیح داده میشود. حال روش تجربی آتربرگ بیشتر برای خاکهای چسبنده کاربرد دارد.وقتی که خاکی چسبنده با مقدار زیادی آب مخلوط می شود به یک حالت روانی یا مایع گونه در می اید و مانند یک سیال غلیظ مانند جریان می یابد.زمانی که این سیال غلیظ به تدریج خشک شود و رطوبت خود را از دست دهد به یک حالت خمیری یا پلاستیک می رسد.با کاهش بیشتر رطوبت خاک به یک حالت نیمه جامد و بعد به حالت کاملا جامد می رسد.
ابتدا مقداری خاک را از الک شماره ۴۰ (قطر آن ۴۲۵/۰) عبور داده و از آن به مقدار ۳۰۰ تا ۵۰۰ گرم جدا کرده و به مدت ۱۶ ساعت در مجاورت آب قرار داده تا کاملا رطوبت جذب کند. برای این ما این کار را انجام میدهیم که تمام قسمتهای خاک رطوبت کافی جذب کند تا حدودی که بدست می آوریم صحیح باشد.بعد از این خاک مرطوب را روی شیشه ریخته و با کاردک عمل خمیر گیری را انجام میدهیم تا کاملا همگن شود. برای آزمایش تعیین حد روانی ، داخل کاسه دستگاه کاساگرانده را پر کرده (به مقدار ۲/۳ ) و بعد با شیار زن یک شیار روی خاک مرطوب ایجاد کرده و دستگاه را به برق میزنیم. در هر بار کاسه دستگاه به مقدار یک سانتیمتر بالا رفته و در برگشت ضربه ای به خاک وارد میکند و هر ضربه معادل g/cm1 تنش برشی به خاک وارد میکند.باید سعی کنیم که تعداد ضربات ما بین ۲۰ تا ۳۰ ضربه باشد تا بتوان با ۴ تا ۵ نقطه منحنی روانی[۳] را رسم کرد.
اگر رطوبت کم باشد باید آب به خاک اضافه کرده و مخلوط میکنیم و اگر رطوبت زیاد باشد باید آن را در oven قرار میدهیم و از اضافه کردن خاک به آن خودداری میکنیم.بعد از هر بار باید مقداری خاک نمونه ای را برداشته و درصد رطوبت آن را بدست آوریم. سپس میتوان نموداری برای ا ین نقاط برازش دهیم و رطوبت n=25 را از آن پیدا کرد.برای بدست آوردن حد خمیری نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا خاک مرطوب را با دست و روی شیشه به صورت فتیله های در آورده تا ضخامت این فتیله ها به ۳ میلیمتر باشد و نباید در حین این عمل این فتیله ترک بخورد پس تا زمانی این کار را ادامه میدهیم تا فتیلیه ای به ضخامت ۳ میلیمتر در بیاید.سپس میتوان درصد رطوبت این فتیله را بدست آورد و به راحتی حد خمیری این خاک بدست می اید.برای بدست آوردن حد انقباض نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا رطوبت خاک مرطوب را بالا برده و آن را در یک قوطی ای که با روغن اندود شده است ریخته و بعد به مدت ۲۴ ساعت در همین حالت قرار داده تا کاملا آب جذب این خاک شود وبعد از ۲۴ ساعت مجموعه را وزن کرده و در ovenقرار داده تا به مدت ۲۴ ساعت بماند و بعد از وقت مقرر آنرا بیرون آورده و وزن و حجم آنرا بدست می آوریم. برای بدست آوردن حجم آن از دستگاه مخصوصی که در آزمایشگاه موجود می باشد استفاده میکنیم.
محاسبات:
در صد رطوبت برای حد انقباض از رابطه SL = wL – [( V1 – V2 ) / wS] بدست می اید. که در آن SL درصد رطوبت حد انقباض می باشد. V1 , V 2 به ترتیب حجم خاک مرطوب برای بدست آوردن حد انقباض و حجم خاک خشک بعد از بیرون آوردن از گرمکن می باشد.W S نیز در واقع درصد رطوبت خاک مرطوب قبل از قرار دادن در oven می باشد. پس با استفاده فرمول بالا درصد رطوبت حد انقباض عبارتند از: SL =(33.31 – [(۸۸.۳۶-۵۰.۹۵)*۱/۲.۷۲]) *۱۰۰ با استفاده از محاسبه درصد رطوبت فتیله حد انقباض نیز محاسبه می شود:
با توجه نمودار flow curve میتوان درصد رطوبت حد روانی را به دست اورد که در این صورت این مقدار برابر ۸۳/۲۷ درصد خواهد بود.
در صد رطوبتی که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در می اید را حد خمیری می گویند و به درصد رطوبتی که از حالت خمیری به حالت مایع یا روان تبدیل میشود حد مایع یا روانی اطلاق می شود.برای توضیح فیزیکی حالتهای یک لایه درشت دانه از روابطی مانند Sg و … استفاده می شود که میتوانند خاکهای بزرگ دانه را دسته بندی کنند .ولی این معیارها برای خاکهای ریز دانه کافی نیست. برای رسها و سیلتها دسته بندی معمول حاصل از ویزگیهای مهندسی مربوط به تغییر شرایط رطوبتی می باشد. به طور مرسوم این خصوصیات با میزان سفتی توضیح داده میشود. حال روش تجربی آتربرگ بیشتر برای خاکهای چسبنده کاربرد دارد.وقتی که خاکی چسبنده با مقدار زیادی آب مخلوط می شود به یک حالت روانی یا مایع گونه در می اید و مانند یک سیال غلیظ مانند جریان می یابد.زمانی که این سیال غلیظ به تدریج خشک شود و رطوبت خود را از دست دهد به یک حالت خمیری یا پلاستیک می رسد.با کاهش بیشتر رطوبت خاک به یک حالت نیمه جامد و بعد به حالت کاملا جامد می رسد.
ابتدا مقداری خاک را از الک شماره ۴۰ (قطر آن ۴۲۵/۰) عبور داده و از آن به مقدار ۳۰۰ تا ۵۰۰ گرم جدا کرده و به مدت ۱۶ ساعت در مجاورت آب قرار داده تا کاملا رطوبت جذب کند. برای این ما این کار را انجام میدهیم که تمام قسمتهای خاک رطوبت کافی جذب کند تا حدودی که بدست می آوریم صحیح باشد.بعد از این خاک مرطوب را روی شیشه ریخته و با کاردک عمل خمیر گیری را انجام میدهیم تا کاملا همگن شود. برای آزمایش تعیین حد روانی ، داخل کاسه دستگاه کاساگرانده را پر کرده (به مقدار ۲/۳ ) و بعد با شیار زن یک شیار روی خاک مرطوب ایجاد کرده و دستگاه را به برق میزنیم. در هر بار کاسه دستگاه به مقدار یک سانتیمتر بالا رفته و در برگشت ضربه ای به خاک وارد میکند و هر ضربه معادل g/cm1 تنش برشی به خاک وارد میکند.باید سعی کنیم که تعداد ضربات ما بین ۲۰ تا ۳۰ ضربه باشد تا بتوان با ۴ تا ۵ نقطه منحنی روانی[۳] را رسم کرد.
اگر رطوبت کم باشد باید آب به خاک اضافه کرده و مخلوط میکنیم و اگر رطوبت زیاد باشد باید آن را در oven قرار میدهیم و از اضافه کردن خاک به آن خودداری میکنیم.بعد از هر بار باید مقداری خاک نمونه ای را برداشته و درصد رطوبت آن را بدست آوریم. سپس میتوان نموداری برای ا ین نقاط برازش دهیم و رطوبت n=25 را از آن پیدا کرد.برای بدست آوردن حد خمیری نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا خاک مرطوب را با دست و روی شیشه به صورت فتیله های در آورده تا ضخامت این فتیله ها به ۳ میلیمتر باشد و نباید در حین این عمل این فتیله ترک بخورد پس تا زمانی این کار را ادامه میدهیم تا فتیلیه ای به ضخامت ۳ میلیمتر در بیاید.سپس میتوان درصد رطوبت این فتیله را بدست آورد و به راحتی حد خمیری این خاک بدست می اید.برای بدست آوردن حد انقباض نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا رطوبت خاک مرطوب را بالا برده و آن را در یک قوطی ای که با روغن اندود شده است ریخته و بعد به مدت ۲۴ ساعت در همین حالت قرار داده تا کاملا آب جذب این خاک شود وبعد از ۲۴ ساعت مجموعه را وزن کرده و در ovenقرار داده تا به مدت ۲۴ ساعت بماند و بعد از وقت مقرر آنرا بیرون آورده و وزن و حجم آنرا بدست می آوریم. برای بدست آوردن حجم آن از دستگاه مخصوصی که در آزمایشگاه موجود می باشد استفاده میکنیم.
محاسبات:
شماره قوطی | ۱۲ | ۲۲ | ۱۴ | ۲۳ | ۴۱ | ۱۳ |
| وزن قوطی | ۲۱.۰۸ | ۱۷.۶۱ | ۱۸.۷۵ | ۱۹.۴۲ | ۲۰.۱۲ | ۱۸.۰۴ |
| وزن خاک + خاک مرطوب | ۵۳.۷۸ | ۴۲.۷۷ | ۶۲ | ۵۴.۸۹ | ۳۰.۵۳ | ۱۸۲.۶۶ |
| وزن قوطی+خاک خشک | ۴۶.۵۹ | ۳۷.۳ | ۵۲.۲۷ | ۴۷.۳۹ | ۲۸.۸۲ | ۱۴۱.۵۳ |
| درصد رطوبت | ۲۸.۲ | ۲۷.۸ | ۲۹.۰ | ۲۶.۸ | ۱۹.۷ | ۱۹.۵۵ |
در صد رطوبت برای حد انقباض از رابطه SL = wL – [( V1 – V2 ) / wS] بدست می اید. که در آن SL درصد رطوبت حد انقباض می باشد. V1 , V 2 به ترتیب حجم خاک مرطوب برای بدست آوردن حد انقباض و حجم خاک خشک بعد از بیرون آوردن از گرمکن می باشد.W S نیز در واقع درصد رطوبت خاک مرطوب قبل از قرار دادن در oven می باشد. پس با استفاده فرمول بالا درصد رطوبت حد انقباض عبارتند از: SL =(33.31 – [(۸۸.۳۶-۵۰.۹۵)*۱/۲.۷۲]) *۱۰۰ با استفاده از محاسبه درصد رطوبت فتیله حد انقباض نیز محاسبه می شود:
با توجه نمودار flow curve میتوان درصد رطوبت حد روانی را به دست اورد که در این صورت این مقدار برابر ۸۳/۲۷ درصد خواهد بود.
