آزمایش چهارم

Hydrometer Analysis هیدرومتري

با استفاده از آزمایش رسوب سـنجی ) 200رس و الي عبوري از الک (توزیع دانه بندي خاکهاي ریزدانه

آزمـایش . نیاز رسوب سنجی به کار می رود هیدرومتر براي بدست آوردن داده هاي مورد . انجام می شود این قانون قطر یک کره را به زمان مـورد نیـاز بـراي . هیدرومتري بر اساس قانون استوکس بنا شده است

ایده آنالیز هیدرومتري ایـن اسـت . سقوط کردن آن درون یک سیال با ویسکوزیته معلوم مرتبط می کند آزمـایش تقریبـی . سقوط مـی کننـد ) سبکتر(ذرات کوچکترزودتر از ) سنگین تر(که ذرات خاك بزرگتر

. است چون تمام ذرات ریز خاك کروي نیستند بلکه صفحه اي هستند

مایش هیدرومتري وسایل انجام آز4.1شکل

:وسایل الزم

گرم 0.01 ترازویی با حساسیت :ترازو •موتور، میله بهم زن و پـره . دستگاه هم زن می تواند با موتور الکتریکی کار کند :دستگاه هم زن •

دستگاه هم زن ممکن است ). 4.2شکل . ( دور در دقیقه می چرخاند 1000نوك آنرا با سرعت

1

این حالت فشار هوا از زیر دستگاه به مخلـوط نمونـه و آب، وارد شـده و در . با فشار هوا کار کند .آنرا به هم می زند

دستگاه همزن با موتور الکتریکی4.2شکل

هیدرومتر قالب شیشه اي اسـت کـه در انتهـا داراي حبـاب بیـضوي : چگالی سنج یا هیدرومتر •

قه آن به نوع چگالی سنج وابسته بـوده و متناسـب بـا مقیـاس قطر سا). 4.3شکل (شکل است معمولترین نوع چگـالی . ساخته می شوند 152H و 151Hچگالی سنج ها بر دو نوع . می باشد

. می باشد152Hسنج

2

چگالی سنج4.3شکل

میلـی لیتـر 1000ا ظرفیـت استوانه اي شیشه اي یا پالستیکی روشن ب : استوانه رسوب گذاري •

.است درجه سانتی گراد0.5دماسنجهایی با حساسیت : دماسنج • 200 و 40، 10، 4الک هاي شماره هاي : الکها • گرمخانه برقی • .براي خشک کردن نمونه بکار می رود : ظرف •هدف از افزودن هگزامتافسفات این است که نقش جداکننده داشته باشـد : سدیم هگزامتافسفات •

.ع از این شود که ذرات رس هنگام آزمایش هیدورمتري به هم بچسبندو مان

تهیه نمونه خاك گذشـته و در آزمـایش دانـه بنـدي بـراي انجـام آزمـایش هیـدرومتري 200نمونه خاکی کـه از الـک :سه حالت ممکن است براي آزمایش پیش بیاید. نگهداشتید، استفاده کنید

حالت اول وقتـی پـیش مـی آیـد کـه . low fines contentمیزان ریزدانه کم . الف •بـراي مثـال اگـر . کمی داشته باشـد ) 200درصد عبوري از الک (خاك میزان ریزدانه

بـر اسـاس 200یعنـی درصـد عبـوري از الـک ( درصد کمتر باشد 5میزان ریزدانه از ، معموال آزمـایش هیـدرومتري انجـام نمـی ) درصد کمتر باشد 5ازمایش دانه بندي از

درصد باشد، ممکـن اسـت 15 تا 5 بین 200 همچنین اگر درصد عبوري از الک .شود. خاك پالستیک نباشد و آزمایش هیدرومتري براي طبقه بندي خاك مورد نیاز نباشـد

درصد باشد، آزمـایش هیـدورمتري 15 بیش از 200معموال اگر درصد عبوري از الک .بایستی انجام شود

3

حالت دوم وقتی پیش می آید که نتایج آزمـایش دانـه . نبودن ذرات با اندازه بزرگ . ب •معمـوال بزرگتـرین . بندي بیانگر این است که ذرات با ابعاد بزرگ در خاك وجود ندارد الـک ( میلـی متـر 2اندازه ذرات خاك که می تواند در آزمایش هیدرومتري بکـار رود

براي وقتی که گرم 65حدود (خاك مرطوب کافی بایستی بکار رود . است) 10شماره ). گرم براي حالتی که ذرات خاك اغلب درشت است115خاك اغلب ریزدانه است و

حالت سوم وقتی پیش می آید کـه آزمـایش الـک . خاك داراي ذرات با ابعاد بزرگ . ج •در ایـن ). میلیمتر2بزرگتر از (بیانگر این است که خاك داراي اندازه هاي بزرگ است

هـدف خـارج ). wet-sieved(بصورت مرطـوب الـک شـود حالت خاك بایستی ابتدا خـاك . کردن ذرات بزرگتر خاك است که نمی توان در آزمایش هیدرومتري به کار برد

. بصورت مرطوب الک می شود200 یا 40، 10اغلب با الکهاي شماره

روش انجام آزمایش . الک کنید10خاك را با الک شماره . 1

گرم از آنرا بـراي انجـام 65) رس یا الي( گرم و اگر ریزدانه است 115اگر خاك ماسه اي است . 2

.آزمایش آماده کنید

4

کـالگون (sodium hexametaphosphate درصـدي سـدیم هگزامتافـسفات 4یک مخلوط . 3

Calgon (تهیه کنید.

. سی سی آب مقطر اضافه کرده و کامال به هم بزنید1000 گرم کالگون به 40 . 4

5

.آنها را با محلول پر کنید میلی لیتري برداشته و 125دو ظرف . 5

میلی لیتر 875 میلی لیتر محلول و 125 سی سی را با 1000یک استوانه به گنجایش حداقل . 6 .آب مقطر پر کنید

6

مـی توانیـد بـدون . را تعیین کنید) تصحیح ترکیب (composite correctionنیاز در صورت . 7دماي محلـول را انـدازه گیـري کـرده و یادداشـت . استفاده کنید 4.2انجام این عمل از معادله

.کنید

7

سی سی از محلول آب و کالگون را که قبال تهیه کرده اید، برداشته و آنرا به خـاك اضـافه 125 . 8 .کنید

8

ساعت به حال خود رهـا کنیـد 16ذرات، مخلوط را حداقل ) dispersion(براي پراکنده شدن . 9 .تا خیس بخورد

9

با آب مقطـر باقیمانـده . براي مخلوط کردن، مخلوط را به بشر مخصوص دستگاه هم زن بریزید . 10 .خاك را شسته و درون بشر بریزید

10

با دستگاه هم زن مخلوط را مدت یک دقیقه بهم بزنید تا باعث پخش شدن ذارت و معلق شـدن . 11 .آنها شود

سی سی بریزید و آنقدر آب مقطر 1000 بعد از هم زدن، مخلوط را به درون یک استوانه خالی . 12 .د سی سی شو1000به مخلوط اضافه کنید تا حجم آن

11

12

60(در استوانه را بگیرید و استوانه را به مـدت یـک دقیقـه ) یا با یک درپوش مناسب( با دست . 13

.یین، تکان دهیدبه حالت رفت و برگشت و از باال به پا) بار

استوانه را روي یک سـطح صـاف کـه در معـرض دسـت خـوردگی یـا . کرنومتر را تنظیم کنید . 14استوانه در جاي خود قرار گرفـت، خوانـدن هیـدرومتر به محض اینکه . ارتعاش نباشد قرار دهید

ــد 1440 و 250، 60، 30، 15، 5، 2، 1در ــام دهی ــه انج ــه دوم . دقیق ــت دقیق ــد از قرائ بع ثانیـه قبـل از قرائـت، 25 تـا 20هیدورمتر را بیرون بیاوریـد و بـراي قرائتهـاي بعـدي حـدود

. هگزامتافسفات گذاشـته شـود سدیم-خاك-هیدرومتر بایستی با دقت بدرون استوانه حاوي آب خواندن هیدرومتر با تعیین عدد روي ساقه هیدرومتر که مطابق با باالي سطح هاللی آب اسـت،

actual hydrometer reading Rs قرائـت واقعـی هیـدرومتر این عدد کـه . انجام می شود

کـه قرائـت بعـد از این . نامیده می شود، در فرم مربوط به ثبت نتایج آزمـایش نوشـته مـی شـود هیدرومتر انجام شد، از درون مخلوط بیرون آورده شده و درون یک استوانه حـاوي آب مقطـر و

.کالگون قرار می گیرد و با چرخاندن آن درون آب مقطر تمیز می شود

13

. دقیقه به بعد یادداشت کنید15دما را در زمانهاي . 15

14

معمولترین نـوع 152Hهیدرومتر . نمونه هاي متفاوتی از هیدرومتر می تواند براي آزمایش استفاده شود در این دستور کار، فرم مربوط به ثبت نتایج و محاسبات مربوطـه، بـر اسـاس ایـن نـوع . هیدرومتر است .هیدرومتر است

سدیم هگزامتافسفات در ظرف تبخیر -خاك-بعد از اینکه همه قرائتهاي هیدرومتر انجام شد، مخلوط آب این مهم است که همه ذرات خاك موجود در اسـتوانه رسـوب بـا اسـتفاده از آب مقطـر . ریخته می شود

درجـه 110بـا دمـاي سپس ظرف تبخیر درون گرمخانه . شسته شده و بدرون ظرف تبخیر ریخته شوند بعد از خشک شدن نمونـه درون . گذاشته می شود تا آب مقطر آن تبخیر شده و نمونه خشک باقی بماند

مرحله بعـد محاسـبه . گرمخانه با ترازو جرم ظرف تبخیر و مصالح خشک درون آن اندازه گیري می شود

15

م سـدیم هگزامتافـسفات بایستی جـر ). M3(جرم مصالح خشک بکار رفته در آزمایش هیدرومتري است ).این مورد در فرم مربوطه آمده است(نیز از جرم کل کم شود

:محاسبات

محاسـباتی کـه در . براي انجام محاسبات از فرم مربوطه که ضمیمه این دستورکار است، اسـتفاده کنیـد ریزتر هدف از آنالیز هیدرومتري تعیین درصد . است 152Hاین قسمت خواهد آمد فقط براي هیدرومتر

مراحـل محاسـبه درصـد . اسـت ) فـرم 11ستون (براي اندازه دانه هاي مورد نظر ) در فرم 7 و 6ستون ( :ریزتر به صورت زیر است

.این مقدار هنگام انجام آزمایش هیدرومتري تعیین می شود : Rsقرائت واقعی هیدرومتر •• Hydrometer composite correction Rc : حیح اثـر سـدیم این مقدار عمدتا بـراي تـص

: این ضریب به صورت زیر است152Hبراي هیدرومتر . هگزامتافسفات بکار می رود)4.2( 13 0.4cR T= −

T = اگـر . سـدیم هگزامتافـسفات -خاك-درجه حرارت بر حسب درجه سلیسیوس براي مخلوط آب) ار سـدیم هگزامتافـسفات مقـد ( گـرم 5 برابـر Rc درجه سانتی گراد باشد مقـدار 20درجه حرارت

. خواهد بود R : R=Rs-Rcقرائت تصحیح شده •معمـوال . هیـدرومتر بـراي وزن مخـصوص بخـصوصی کـالیبره شـده اسـت : aضریب تـصحیح •

نباشـد معادلـه 2.65اگر وزن مخصوص خـاك . کالیبره می شوند Gs=2.65هیدرومترها براي :رود به کار می aزیر براي محاسبه تقریبی ضریب تصحیح

)4.3 ( ( )1.0 0.2 2.65 sa G= + − اگر وزن مخصوص خاك قبال اندازه گیري شده است، در معادلـه بـاال قـرار داده شـده و ضـریب

2.65اما اگر وزن مخصوص خاك اندازه گیـري نـشده باشـد، مقـدار . تصحیح محاسبه می شود . براي خاك رسی فرض خواهد شد2.7براي خاك دانه اي و مقدار

:درصد نرمتر با استفاده از معادله زیر محاسبه میشود: Fد نرمتر مانده در محلول، درص •

)4.4 ( 100

s

RaFM

=

Ms = جرم خشک ذرات بکار رفته در آزمایش هیدرومتري این ستون فقط هنگامی استفاده می شود که خاك ابتدا شسته شـده و : درصد نرمتر اصالح شده •

درصد نرمتر اصالح . قبل از انجام آزمایش هیدرومتري جداشده است 200 یا 40، 10با الکهاي در بخشی از ذرات خـاك کـه ریزتـر از آن الـک 4.4شده، با ضرب مقدار حاصل شده از معادله

شـسته شـده 40براي مثال فرض کنید کـه خـاك روي الـک . جداکننده است، بدست می آید

16

. مـی باشـد 40 درصد ریزتر از الک شماره 75خاك داراي است و آنالیز الک بیانگر آن است که . خواهد بود0.75 ضربدر 4.4 در فرم، برابر با مقدار معادله 7آنگاه ستون

، اندازه دانـه هـاي منطبـق بـا آن بایـستی ) در فرم 7 یا 6ستون (بعد از اینکه درصد نرمتر محاسبه شد

: با استفاده از معادله استوکس به صورت زیر تعریف می شودDاندازه دانه خاك . محاسبه شود

)4.5 ( 0.5LD K

t =

t = دقیقه) در فرم1ستون (زمان بعد از شروع آزمایش ، K = ویـسکوزیته تـابع . ضریب تصحیح که به ویسکوزیته محلول و وزن مخـصوص خـاك وابـسته اسـت

:تفاده از رابطه زیر قابل محاسبه است با اسKمقدار . درجه حرارت محلول است

)4.6 ( ( ) ( )13 0.15 24 4 2.651000

osC T G

K+ − + −

=

T = این مقدار حین انجام آزمایش تعیین شده است(درجه حرارت محلول به درجه سلیسیوس.( L = عمق موثر، سانتی متر، برابر فاصله از سطح محلـول تـا تـرازي اسـت کـه دانـسیته محلـول توسـط

: با استفاده از معادله زیر تخمین زده می شودL مقدار عمق موثر . ي می شودهیدرومتر اندازه گیر)4.7 ( 1.63 1

100sRL = −

نتـایج آزمـایش هیـدرومتري روي منحنـی دانـه . اندازه ذرات محاسبه می شود 4.5با استفاده از معادله .بندي خاك ترسیم می شود

:خطاهاي معمول

ه قبل از انجام آزمایشخشک کردن خاك در گرمخان . 1 نامناسب بودن نوع یا کافی نبودن پخش کننده . 2 پخش نشدن کامل ذرات خاك . 3 تکان ندادن کافی استوانه در ابتداي آزمایش . 4 مقدار خاك بیش از حد در محلول . 5 دست خوردگی محلول هنگام بیرون آوردن و فروبردن هیدرومتر . 6 تمیز نگه نداشتن هیدرومتر . 7 م آزمایش و ثبت نشدن این تغییراتتغییر درجه حرارت هنگا . 8 کاهش مصالح حین انجام آزمایش . 9

17

) در آزمایش دانه بندي با الـک 2روي خاك مثال (فرم زیر نمونه اي از نتایج آزمایش هیدرومتري : مثال بر اساس نتایج این آزمایش رسـم 2ادامه منحنی دانه بندي مثال . و محاسبات مربوطه را نشان می دهد

. شده است

18

فرم محاسبات آزمایش هیدرومتري

19