حتى نتمكن من تثبيت حبيبات التربة ومنع هروبها تحت الحمال العمودية الواقعة عليها كأحمال أوزان عجلن السيارة على سطح الطريق فيجب تكثيف حبات التربة على بعضها البعض بإنقاص كمية الفراغات الهوائية في التربة والقلل من تغيرات الرطوبة فيها ومن أبسط الطرق لخراج الهواء من حبيبات التربة هو القيام بعملية رص أو دك للتربة وهذا ما سنتناوله في هذه التجربة:
دمك التربة Compaction of Soil مقدمة: إن دمك التربة يرتبط عمليًا بالعمال النشائية الرضية مثل السدود ،أعمال الطرق ،الردمبات. وهنا يجب أن يتم التميز بين الدمك والتشديد ).(Consolidation حيث أن التشديد :يعني خروج ماء من مسامات التربة بسبب الزدياد التدريجي في الضغط الفعال على حبات التربة المتماسكة مما يؤدي إلى نقصات حجمها وبالتالي هبوطها أي بمعنى هو النقص الحجمي للتربة نتيجة خروج الحياة من التربة المشبعة بمرور الزمن. أما الدمك :يعني تكثيف حبيبات التربة على بعضها نتيجة خروج الهواء فقط مما يؤدي إلى نقصان كمية الفراغات الهوائية في التربة والقلل من تغيرات الرطوبة فيها وينتج عن ذلك زيادة في كلفة التربة. وتتم عملية الدمك بتطبيق قدرة ميكانيكية مثل: -1الدحل .Rolling -2الطرق .Ramming -3الرج .Vibration
الهدف من عملية الدمك-: تقليل نفاذية التربة أو امتصاصها للماء ،وهذا يعني الحد من -1 تغيرات الرطوبة فيها بسبب نقص كمية الفراغات الهوائية التي يمكن أن يحل مكانها جزيئات الماء. تقليل الهبوط في طبقات التربة وبخاصة مع تأثير الحمال -2 المتكررة في الطرق والمدرجات. الحصول على مقاومة عالية ضد القص. -3
سلوك التربة المدموكة: هناك علقة طردية بين مقاومة التربة للقص ودرجة الدمك حيث أن زيادة درجة الدمك يؤدي إلى تحسين خواص التماسك بين حبيبات التربة وازدياد زاوية الحتكاك الداخلي حين أن زيادة درجة الدمك تؤدي لزيادة كثافة التربة وبالتالي زيادة مقاومة التربة للقص. درجة دمك عالية كثافة عالية مقاومة قص ممتازة. وفي الواقع فإن التجارب يتم إجراؤها لتحديد كمية الرطوبة المثلى التي ستعطي عندها أقصى كثافة جافة للتربة مع ثبات قدرة الدمك.
ولكن التربة لتعطي المقاومة العظمى للقص عندما تكون الكثافة العظمى، إنما الكثافة الجافة التي تكون أقل بقليل من الكثافة العظمى ،والرطوبة التي تكون أقل من الرطوبة المثالية سوف تعطي أقصى مقاومة للقص ،ويكون الفرق بين الكثافة الجافة والعظمى والرطوبة والرطوبة المثالية ويهمل لنه يكون على حساب النفاذية. ومن أجل تحقيق ذلك يجب إيجاد علقة تربط بين الكثافة الجافة وكمية الرطوبة ونسبة الفراغات الهوائية ،حيث يجب أن تكون نسبة ألخيرة تتراوح بين (3-5)%حسب وظيفة الطريقة. Va Vw Vs
إن معرفة درجة الدمك تساعد في معرفة الكثافة الجافة dولذلك يجب معرفة الكثافة الرطبة bوكمية الرطوبة %حيث:
ω =γb V
γb 1+ ω
=γd
وإذا تم دمك التربة بحيث أنها فقدت جميع الفراغات الهوائية دون خروج الماء فإننا نقول أن التربة دمكت لدرجة الشباع. وبمعرفة قيمة الرطوبة والوزن النوعي مع فرض كمية الفراغات الهوائية يمكن حساب الكثافة الجافة ،وبالتالي تحديد خط الشباع ).(Zero Line ωs=VsGsγω
تحديد سماكة الطبقات قبل الرص-: • يفضل أن لتزيد سماكة الطبقة الواحدة من قبل الدمك عن 21سم ويمكن زيادة سماكة الطبقات في حالت خاصة حسب نوع المدحلة ونوع التربة. • إذا كان الساس أو طبقة ما تحت من السمنت المخلوط فيتم رش السمنت أما باليد أو بطريقة ميكانيكية ثم يضاف الماء ويقلب التراب وتدمك التربة بسرعة حتى الوصول إلى الكثافة المطلوبة بحيث تكون سماكة الطبقة 15سم. • إذا كانت الطبقة مثبتة بالحبر فيتم الخلط والفرش كما ذكر سابقًا بنفس سماكة الطبقة. • إذا كانت الطبقة مثبتة بالسفلت فيتم عمل الخلطة السفلتية ثم يراعى فرش الخليط على طبقتين الولى بسماكة 5سم مع تركها فترة من الزمن قبل فرش باقي المواد.
أشواط الدحل-:
يفضل أن يكون >=8كلما زاد عدد الشواط تزيد الكثافة وبالتالي قوة التحمل ويعتمد ذلك على ما يلي: -1نوع التربة. -2نسبة الرطوبة :حيث إذا زادت عن نسبة الرطوبة المثالية تحتاج إلى أشواط دحل أكثر وإذا دحلت إلى حالة الشباع فيتوقف الدحل. -3نوع المدحلة ووزنها وسرعتها. حيث يتم استعمال مداحل الكاوتشوك للتربة السلتية أما المداحل الحديدية فتصلح للتربة الحصوية ،وعادة فإن المداحل الخفيفة تحتاج إلى أشواط دحل أكثر من المداحل الثقيلة التي تستخدم لمدد أشواط يتراوح بين ).(5-15 -4كما زادت قيمة الكثافة الجافة المخلخلة يكون الدمك أسهل.
قدرة الدمك-:
-إن وزن المدحلة يؤثر طرديًا على قدرة الدمك.
نوع المدحلة وسرعتها تؤثر عكسيًا على قدرة الدمك. -ضغط الهواء بالعجلت يؤثر طرديًا على قدرة الدمك.
تجربة الدمك ) (Compaction Testباستخدام-: أ-الطريقة القياسية لتجربة البركتور AASTO T-99 ب-طريقة البركتور المعدل AASHTO T-180 الهدف من إجراء التجربة-:إيجاد الكثافة الجافة العظمى ).(Max. Dry Density -1 إيجاد نسبة الماء المثالية التي تعطي أقصى كثافة جافة للتربة بعد رصها -2 في قالب قياسي وباستعمال مطرقة قياسية )Optimum Moisture .(Content -المادة النظرية المتعلقة بالتجربة-:
لقد قام العالم بروكترو ) (Proctorسنة 1933بإيجاد علقة تربط مابين نسبة الرطوبة والكثافة الجافة نحصل منها على نسبة الرطوبة المثالية التي تعطي أقصى كثافة جافة عند درجة دمك معين ،بحيث أوجد علقة تربط مابين وزن المطرقة وارتفاع السقوط ،وحجم القالب وعدد الطبقات ،وقد تم تطوير طريقة بروكتر وسميت بروكتر المعدلة. هناك أربع طرق لجراء اختبار الدمك )القياسي ،المعدل( ،ويتم تحديد نوع الطريقة التي سيتم إجراء الختبار عليها بعمل التحليل المنخلي لعينة التربة كما يلي: -1الطريقة أ ،ب: إذا كانت كمية المواد المحجوزة على منخل رقم ) %7 ،(4أو أكثر نستخدم الطريقة ج. -2الطريقة ج: إذا كانت كمية المواد المحجوزة على منخل ) 3/4إنش( %10 ،أو أكثر نستخدم الطريقة د. -3الطريقة د: ل نستخدم هذه الطريقة إل إذا كانت كمية المواد المحجوزة على منخل )3/4 إنش( أكثر من ،%10وفي هذه الحالة يجب عمل ما يلي 3-:تمرر المواد المحجوزة على _ منخل ) 3/4إنش( من خلل منخل 3إنش ،ويتم استبعاد المواد المحجوزة على هذا المنخل. _ المواد المارة من المنخل 3إنش والمحجوز على ) 3/4إنش( ،يتم استبدالها بما يكافئها من المواد المارة من منخل ) 3/4إنش( والمحجوزة على منخل رقم .4
-1الدوات المستعملة القالب: .1
ذو جدران صلبة بأقيسة وحجوم محددة وكما هو واضح في الرسومات رقم )(1 ورقم ) (2ويستعمل معه حلقة وصل بارتفاع 60ملم )8/2.3إنش( تقريبًا وذلك
للسماح بتحضير العينات المخلوطة بالماء والمركوكة جديدًا .ويجب أن تكون الحلقة والقالب مصنعة بطريقة تثبت على صفيحة قاعدة ،قابلة للفك بنفي الطريقة. .2
المطرقة :Rammar الستعمال اليدوي: أ -مطرقة معدنية وجه دائري السلطح قطر 2± 0.005إنش )50.8± 0.12 7ملم( .بوزن 4.536± 0.009كغم )10± 0.02باوند( من أجل تجربة الدبركتور المعدل. ب-مطرقة معدنية ذو وجه دائري السطح قطر 2± 0.005إنش )50.8± 0.12 7ملم( .بوزن 2.495± 0.009كغم )5.5± 0.02باوند( من أجل تجربة الدبركتور القياسي. ج-تتحرك المطرقة داخل اسطوانة للسيطرة على ارتفاع السقطة الحرة:
فوق مستوى التربة تحتوي أربع ثقوب بقطر 9.5ملم بمسافة تساوي 19ملمعن كل طرف. يجب أن يكون هناك مجال كافي للسقوط الحر ودون الحتكاك بين المطرقةوالسطوانة.
الستعمال الميكانيكي:
يمكن استعمال جهاز ميكانيكي للدك وبنفس مواصفات المطرقة أعله من حيث الوزن وارتفاع السقوط الحر. .3
جهاز لخراج العينة من القالب )رافعة(.
موزاين ومقاييس: .4 سعة حد أدنى 20كغم حساس قراءة جيدة لدقة 5غم. سعة حد أدنى 2000غم حساس قراءة جيدة لدقة 0.1غم. فرن التجفيف: .5 مجهز لحفظ درجة الحرارة إلى حرارة 110± 5وذلك لتجفيف عينات الرطوبة. سكينة: .6 فولذية بطول 254ملم على القل )سطح طولي( )حافة مائلة( )تستعمل للتشذيب الخر( يجب أن لتكون مرنة حتى ليحدث تحدب أو تجويف. عدة الخلط: .7 وعاء الخلط ،ملعقة ،بشكير ،سكين.
مناخل: .8 بأقيسة مناسبة ) (4.75 ،19 ،0.50ملم تتطابق مع متطلبات المواصفة رقم .AASHTO-M-92 أوعية: .9 لقياس الرطوبة مع أغطية لمنع تسرب الرطوبة قبل وخلل الوزن.
تجفيف العينة عند تسلمها من الحقل حتى يصبح هناك إمكانية لتفتيتها دون أن يتم تكسير الحجارة ويتم التجفيف بإحدى الطرق التالية: أ-تعريضها للهواء. -2بفرن درجة الحرارة ْ60م. تنخل كمية مناسبة من التربة على منخل قياس 4.75ملم )ً (4ثم -2 نتخلص من المادة الخشنة فوق المنخل رقم 4.75) 4ملم(. يتم اختيار عينة تزن 3كغم أو أكثر من التربة المحضرة. -3 طريقة العمل: تخلط العينة المحضرة مع كمية كافية من الماء. -1 تُـرك التربة المحضرة في قالب قطرة 102ملم ) 4إنش( على -2 ثلث طبقات متساوية ليعطي سماكة مركوكة 127ملم )1.5إنش( ترك كل طبقة بمطرقة تسقط من ارتفاع 305ملم )122إنش( من فوق مستوى التربة بمعدل 25ضربة توزع بانتظام على سطح العينة داخل القالب. )هناك ضرورة وجود أرضية خرسانية جيدة( )للتطبيق الميداني: عبارات صندوقية جسور ،أرصفة(. إزاحة وصلة الطوق ثم تهذيب سطح التربة المركوكة بواسطة -3 الحافة المستقية ،ثم يوزن القالب كغم لقرب 5غم ،حيث أن قيمة كثافة التربة المركوكة الرطبة: ) (1الكثافة الرطبة = وزن العينة +القالب-وزن القالب حجم القالب إخراج العينة من القلب ثم قصها: -4 * نأخذ عينة رطوبة ثم نوزنها بسرعة ونجففها على درجة )(110± 0 لمدة 12ساعة.
*ثم نأخذ نسبة الرطوبة )ليقل الوزن عن 100غم(. ) (2نسبة الرطوبة = الفرق بين الوزن الرطب والجاف الوزن الجاف للعينة فتت العينة السابقة من التربة وتخلط مع بقية العينة ثم تضاف لها -5 كمية كافية من الماء ،وذلك لزيادة نسبة الرطوبة 1أو ،%2ونستمر في التجربة حتى نحصل على ثبات أو نقصان الكثافة الرطبة للتربة المركوكة. الكثافة الجافة = الكثافـــة الرطبــة × %100 -6 +100%نسبة الرطوبة
الطريقة )ب(
-1اتبع نفس الطريقة )أ( إل أن وزن العينة ليقل عن 7كغم. -2القالب ً 6قياس 153ملم. -3ترك على ثلث طبقات كل طبقة 56مرة بنفس المطرقة مع مراعاة حسن توزيع الضربات. ) (3الكثافة الجافة= الكثافـــة الرطبـــة× %100 + 100%نسبة الرطوبة
الطريقة )ج(
-1
-2 -3 -4 -5 -6 -7
تحضير العينة وتجفف كما ذكر في )أ( إل أنه يتم التنخيل على منخل سعة ً19) 4/3ً ،2ملم( ثم يتم التخلص من المواد المتبقية ً 2ثم تستبدل المواد المتبقية على ً 4/3بما يعادل وزنها من الجزاء المارة من ً 4/3والمتبقية على منخل رقم )4.75ملم(. نأخذ عينة ممثلة تزن 5كغم أو أكثر من المواد المذكورة آنفًا. تجرى التجربة الدك بخلط التربة بكمية من الماء. يتم رك التربة في قالب قطره ً102) 4ملم( على ثلث طبقات متساوية كما تم ذكره في )أ( ،ترك كل طبقة بـ 25ضربة بمطرقة ذات السقوط ً305) 12ملم( ووزن 5.5باوند. بعد أن يتم الرك بفصل الوصلة وتتم عملية تسوية السطح بوزن القلب مع العينة لقرب 5غم. ترفع العينة من القالب بواسطة جك ويتم أخذ عينة رطوبة مباشرة توزن وتوضع في الفرن لمدة 12ساعة على القل على درجة حرارة ْ110م. يتم إجراء الحسابات اللزمة كما في الطريقة السابقة.
ملحظات على تجربة بركتور:
ضرورة التقيد بالحد الدنى وهو خمس نقاط للحصول على منحنى -1 جيد يعطي قيم أفضل. ليجوز إعادة استخدام المواد الحصوية ،الصخور الجيرية -2 والحورية بعد أن تتفتت. إن أكبر قيمة من النقاط الخمسة ليس بالضرورة الكثافة الجافة -3 ل ثم تحديد رأسه. العظمى ،بل يجب رسم المنحنى أو ً إذا تبين خلل رسم المنحنى أية نقاط شاذة فيمكن إعادتها. -4 ملحظة: إن طريقة عمل البركتور المعدل هي نفس طرق عمل البركتور القياسي والذي تم ذكره في السابق باستثناء أن كل قالب يعبأ بـ 5طبقات ويدك بمطرقة وزن 10باوند من ارتفاع سقوط 18إنش وكما هو مبين بالجدول أدناه:
(%Sample calculation : to find (w W% for first case: W%=[ (113.56-103.2)/(103.2-19.5)]=12.37% ثانيا :بمعرفة نسبة الرطوبة للعينات والكثافة الرطبة نستطيع بعدها ايجاد الكثافة الجافة والجدول التالي يبين جمع الحسابات المتعلقة بالتجربة: حجم وزن وزن القالب القالب+العين القالب ة مدموكة )سم 3 رقم فارغ ( )غم( العينة )غم( 1 2 3 4
3100 3100 3100 3100
4535 5828 4830 4769
945 945 945 945
γb ) ,( γd
الكثافة الرطبة )غم/سم (3
نسبة الرطوبة) (%
الكثافة الجافة )غم/سم (3
1.518 1.828 1.83 1.766
12.37 19.73 28.39 34.08
1.35 1.526 1.425 1.317
γ
d
(:
( Sample calculation to find :(For first case sample No(1
ω V
=γ b
=]) g/cm3 1.518=[945 / ( 4535-3100
γb 1 + ω%
=γd
=] )g/cm 1.350 =[ (1+0.1237) / (1.518
وبعد معرفة نسبة رطوبة العينات والكثافة الجافة نستطيع رسم علقة تربط ما بين نسبة الرطوبة للعينات الربعة والكثافة الجافة ومن خلل المنحنى الناتج من هذه العلقة نستطيع تحديد نسبة الماء المثالية ) الصولية ( والتي تكون عندها التربة في حالة اقصى كثافة جافة .