أختبار التحليل الحيببي للتربة Sieve Analysis Of Soil

الطريقة القياسية لاختبار التحليل الحيببي للتربة

Sieve Analysis Of Soil

AASHTO T 88

 

1- المجال 

هذه الطريقة تصف المنهج المتبع في التحديد الكمي لتوزيع حبيبات التربة .

الخطوات التالية تنطبق على كل الحدود المبينة في هذه الطريقة. ولأغراض تحديد مدى التطابق مع المواصفات يجب تقريب الأرقام إلى الواحد الصحيح ابتداء من آخر رقم عشري في اليمين.

2- الأجهزة

(أ)  يجب أن تتكون الأجهزة من الآتي:

1- فرن: مزود بمنظم لدرجة الحرارة وله القدرة إعطاء درجة حرارة  5 ± 110 درجة مئوية لتجفيف عينات التحليل المنخلي.

2- ميزان: يمتاز بسعة كافية يمكنه قراءة حتى 0.10 % من وزن العينة ويجب أن يتطابق مع المواصفة M 231.

3- جهاز خلط: يتم تشغيله ميكانيكياً يشتمل على محرك كهربائي له القدرة على تدوير ولف عمود الخلط بسرعة لا تقل عن 1.0000 دورة في الدقيقة بدون تحميل وبه بدالات معدنية أو بلاستيكية متحركة قابلة للاستبدال ويجب أن يكون طول عمود الخلط بحيث تتحرك البدالات في مسافة تبعد عن قاع كأس الخلط بين 19 – 38 ملم.

4-  هيدروميتر: يجب أن يجب أن يكون مدرج يقرأ أما الوزن النوعي للعوالق، أو وزن العوالق في كل لتر، على أن يتطابق مع متطلبات النوع  151 H أو  152 H الواردة في  ASTM E 100.

5- أسطوانات ترسيب: أسطوانات زجاجية بسعة أكبر من 1000 لتر ارتفاعها تقريباً 480 مليمتر وقطرها الداخلي بالطريقة التي تجعل علامة تحديد الحجم 1000 لتر ويجب أن يكون قطرها الداخلي بالطريقة التي تجعل علامة الحجم 1000 لتر تبعد حوالي 360 ± 50 مليمتر  عن أسفل الاسطوانة الداخلي.

6-  ثرمومتر: معاير ومقسم إلى درجات بحيث يمكنه قراءة حتى 0.5 درجة مئوية.

7- مناخل: سلسلة من المناخل مربعة الفتحات تتكون شبكتها من القماش المنسوج تتطابق مع مواصفات آشتو M 92 ومقاسات المناخل غالباً ما تتكون كالآتي:

الاسم القياسي ( مليمتر )	الاسم البديل
75	3 بوصة
50	2 بوصة
25	1 بوصة
9.5	8/3 بوصة
4.75	رقم 4
2.0	رقم 10
0.425	رقم 40
0.075	رقم 200

ملحوظة:  المناخل أعلاه تتطابق مع متطلبات المواصفتين آشتو  M 145 و          M 147 ويمكن استخدام مناخل إضافية معها مثل المناخل: 19 ، 2.36 ، 1.18 ، 0.6 ، 0.3 و 0.15 مليمتر

 

8- حمام مائي أو غرفة ثابتة الحرارة: للحفاظ على درجة حرارة معينة للمحلول تحت اختبار الهيدروميتر ويجب أن يكون الحمام المائي معزول حرارية وله القدرة على إعطاء والحفاظ على درجة حرارة 20 درجة مئوية وتوزيع درجة حرارة الماء.وعند استخدام غرفة ثابتة الحرارة يجب أن يكون التحكم في درجة الحرارة بها أوتوماتيكياً ولا تكون هناك حاجة لاستخدام الحمام المائي.

9- أوعية: يجب أن تكون مصنعة من مادة مقاومة للصدأ وغير معرضة للتغيير في الوزن عند التسخين أو التبريد مزودة بسداد محكم لمنع فقدان الرطوبة قبل التجفيف والوزن أو زيادتها بالامتصاص من الغلاف الجوي بعد التجفيف وقبل الوزن.

10- قضيب زجاجي: مناسب لخلط عينة الاختبار.

(ب)  مادة مبعثرة: ويجب استخدام محلول من هيكافوسفين الصوديوم معد باستخدام ماء مقطر أو مياه معدنية  بمعدل 40 جرام من هيكافوسفين الصوديوم لكل لتر ماء يجب إعداد المحلول عند الحاجة إليه أو يجب مراجعة وتعديل مستوى الحموضة فيه PH شهرياً بحيث تكون بين 8 – 9 باستخدام كربونات الصوديوم ويجب كتابة تاريخ إعداد المحلول على الإناء الذي يحويه.

 (ج)  المتطلبات العادمة للوزن: يجب وزن العينات الجزئية ومقاسات الحبيبات المختلفة في تحليل الهيدروميتر وتحديد الرطوبة الطبيعية لأقرب 0.01 من الجرام كما يجب تحديد وزن العينات المتبقية على المنخل 4.75 ملم ، 2 ملم ، 0.425 ملم عند تحليل الحبيبات الخشنة بالإضافة لأجزاء العينة المتبقية على المناخل الأخرى لأقرب 0.1 % من وزن العينة ، فمثلاً إذا كانت العينة تزن 1000 جرام يجب أن يوزن الجزء أو الأجزاء الخشنة منها في التحليل الحبيبي لأقرب 1 جرام.

3- العينات

يجب أن تجهز عينات التحليل الميكانيكي وفقاً للمواصفة T 87 (( التجهيز الجاف لعينات التربة المفككة وخليط التربة والركام )) أو وفقاً للطريقة  T 146 (( التجهيز لعينات الاختبار وهي رطبة )) ويجب وزن الأجزاء الممثلة المجففة هوائياً المعدة للاختبار على أن تكون كمياتها كافية. ويعتمد وزن العينة على المقاس الأقصى للحبيبات وبأي حال من الأحوال يجب أن لا تقل أوزان العينات المتبقية على المنخل 2 ملم  أو 4.75 ملم أو 0.425 ملم عن ما هو موضح بالجدول التالي:

المقاس الاسمي الأقصى ( مليمتر)	الكمية المطلوبة ( كجم ) بالتقريب
9.5	0.5
25	2.0
50	4.0
75	5.0

ويجب أن يكون وزن العينة الجزئية المتبقية على المنخل 2 ملم كالآتي:

-   100 جرام لعينات اختبار الهيدروميتر إذا كانت التربة رملية و 50 جرام إذا كانت التربة طموية أو طينية.

-       10 جرام لعينات تحديد الرطوبة الطبيعية.

قم بفصل العينات باستخدام إحدى الطرق التالية:

1)      أستخدم المنخل 4.75 ملم لفصل عينة الاختبار أولاً كما هو موصوف في T 87  وأوزن جزئي العينة ثم خذ عينة ممثلة من الجزء المتبقي على المنخل 4.75 ملم كافية لإجراء اختبار التحليل الميكانيكي وقم بفصلها إلى جزأين بالمنخل 2 ملم وأوزن الجزأين المفصولين ثم خذ عينات جزئية ممثلة من الجزء المار من المنخل 2 ملم لاختبار الهيدروميتر واختبار الرطوبة الطبيعية وسجل أوزانها.

2)      أو استخدم المنخل 2 ملم لفصل عينة الاختبار إلى جزأين كما هو موصوف في T 87  ثم استمر في إجراء اختبار التحليل المنخلي للجزء المتبقي من هذا المنخل كما هو موضح لاحقاً، أما الجزء المار من المنخل 2 ملم فقم بتجهيزه كما في T 87  ثم زنه وخذ منه عينات ممثلة معلومة الوزن لاختبار الرطوبة الطبيعية واختبار الهيدروميتر.

3)      أو استخدم المنخل 0.425 ملم لفصل العينات كما هو موصوف في أشتو T 146 وقم بوزن الجزء المتبقي والمار من هذا المنخل ثم خذ عينات ممثلة معلومة الوزن لاختبار الهيدروميتر واختبار الرطوبة الطبيعية باستخدام التجزئة لأرباع أو طريقة التقسيم بالجهاز.

ملحوظة: معظم المختبرات تستخدم المنخل 2 ملم لفصل العينات ولا تستخدم المناخل الثلاثة المسماة 2 ملم ، 4.75 ملم ، 0.425 ملم  في أن واحد لأن بعضها ضمنياً أما يدخل في الخيار ( 1 ) أو الخيار ( 2 ).

·      التحليل المنخلي للجزء المتبقي على المنخل 2 ملم:

-   يجب فصل الجزء المتبقي على المنخل  2 ملم باستخدام سلسلة من المناخل من بينها ( 75 ، 50 ،  25 ، 9.5 ، 4.75 ملم ) ويمكن استخدام مناخل أخرى أيضاً ويجب استخدام المنخل 2 ملم نفسه إذا كانت العينة مجهزة بالطريقة T 146 .

-   تجرى عملية النخل بتحريك المناخل أفقياً ورأسياً مع الرج وفي أي حال من الأحوال يجب عدم استخدام اليد لضغط الحبيبات لتمر خلال فتحة معينة و يجب استمرار عملية النخل حتى يتوقف مرور الحبيبات خلال فتحات المناخل أو تقل إلى أقل من 1 % لمدة 60 ثانية ، وعند استخدام الهزاز الميكانيكي يمكن مقارنة نخله مع النخل بهذه الطريقة اليدوية . ثم توزن العينات المتبقية على كل منخل وتسجل ويسمح بتسجيل ووزن الوزن التراكمي المتبقي في كل منخل أيضاً.

·      الهيدروميتر والتحليل المنخلي للجزء المار من المنخل 2 مليمتر.

·      تحديد التصحيح الكلي لقراءات الهيدروميتر:

-   تعتمد معادلات حساب نسبة التربة العالقة في المحلول على استخدام ماء مقطر أو ماء معدني بالرغم من أن استخدام المادة المبعثرة مع الماء قد يزيد قليلاً من الوزن النوعي.

-   ولقد تم كل أجهزة الهيدروميتر المستخدمة في مجال التربة في درجة الحرارة 20 ْ م، والتنفيذ في درجة حرارة هذه يقود إلى عدم الدقة كلما ابتعدت درجة حرارة الاختبار عن الدرجة 20 ْم.

-   لقد تم وضع علامات التدرج في الهيدروميتر بواسطة المصنع بحيث تؤخذ القراءة عند أسفل السائل ولأن القراءة قد تصعب في هذه الحالة يجب أخذ القراءة في الأعلى ثم تصحح.

-      ولقد سمي التصحيح الصافي للثلاث فقرات أعلاه بالتصحيح المركب ويمكن تحديد في المختبر.

-   ويمكن إعداد منحنى أو جدول للتصحيح المركب لسلسلة من درجات الحرارة الفرق بينها درجة واحدة للمدى الحراري المتوقع ثم يستخدم متى ما دعت الحاجة لذلك، كما يمكن قياس التصحيح المركب أيضاً في درجتي الحرارة التي تقع في نهايتي المدى الحراري المتوقع في المكان المحدد ثم يمكن استخراج التصحيح في درجات الحرارة الوسطى بافتراض وجود خط مستقيم بين نهايتي المدى.

-   جهز محلول حجمه 1000 ملي لتر مكون من الماء المقطر أو المعدني والمادة المبعثرة كما هو مطلوب في اختبار الهيدروميتر ( الترسيب ) وضع المحلول في أسطوانة الترسيب ثم ضعها في حمام مائي وثبت درجة حرارته في أحد درجات حرارة المدى العليا أو الدنيا ثم اترك المحلول حتى يكتسب درجة حرارة الحمام وأقرأ الوزن النوعي بالهيدروميتر ثم قم بوضع درجة حرارة الحمام المائي في درجة الحرارة الأخرى من المدى وأترك المحلول حتى تكتسب درجة الحرارة الجديدة وأدخل الهيدروميتر وخذ القراءة الأخرى. ثم أحسب التصحيح المركب بطرح القراءة من واحد إذا كان الهيدروميتر من النوع 151H أما إذا كان من النوع 152H فخذها كما هي. وارسم خط مستقيم بين القراءتين في المنحنى بين التصحيح المركب ودرجة الحرارة . واستخدام هذا المنحنى لأي درجة حرارة بينية في المدى الحراري لاستخراج التصحيح المركب عندها .

الرطوبة الطبيعية

حدد وزن عينة تحديد الرطوبة الطبيعية ثم جفف العينة وفقاً للطريقة T265 لتحديد المحتوى الرطوبي ثم سجل النتيجة.

غمر عينة التربة

-   أوزن 50 – 100 جرام من التربة لاختبار الهيدروميتر وضعها في دورق سعته 250 ملي لتر ثم أغمرها من مخزون المحلول المبعثر المجفف بإضافة 125 ملي لتر عليها.

-      أخلط العينة بواسطة قضيب زجاجي وأتركها لمدة لا تقل عن 12 ساعة .

-   أنقل الخليط إلى كأس الخلط ( أغسل الدورق في الإناء بماء مقطر ) ثم أملأ الإناء بالماء المقطر إلى ثلثيه وأخلط العينة في الخلاط لمدة 60 ثانية.

-      هناك خيارات أخرى للغمر عند استخدام جهاز الغمر ذو التيار الهوائي.

اختبار الهيدروميتر 

-   ينقل الخليط من إناء الخلط إلى اسطوانة الترسيب ثم يضاف إليها ماء مقطر حتى يصبح حجم المحلول 1000 ملي لتر، ثم توضع الأسطوانة في حمام مائي درجة حرارته ثابتة ، وعندما يكتسب خليط التربة درجة حرارة الحمام، خذ الأسطوانة ورجها لمدة دقيقة مع قلبها رأساً على عقب أحياناً ويجب قفلها بسداد وأغسل المواد العالقة في أعلى الأنبوب لماء لتسقط داخلها.

-   بعد الانتهاء من رج العينة ضع الأسطوانة في الحمام المائي وأبدأ في تسجيل الزمن وخذ أول قراءة بعد دقيقتين بالهيدروميتر. ويجب أخذ القراءة عند الحلقة العلوية من المحلول التي تتكون حوله. ويجب أن يكون الهيدروميتر حركاً الحركة لا يلامس الأسطوانة المدرجة في أي موقع – وإذا استخدم الهيدروميتر من النوع ( A ) يجب أن تكون القراءة لأقرب0.5 جرام / لتر أما إذا استخدم النوع ( B ) فيجب أن تكون القراءة لأقرب  0.0005جرام من الوزن النوعي وتتابع أخذ القراءات عند الزمن التالي 5 ، 15 ، 30 ، 60 ، 250 ، 1440 دقيقة من بداية الترسيب ، ويجب أن تكون القراءة مباشرة بعد وضع الهيدروميتر داخل المحلول في كل مرة.

-   يزال الهيدروميتر من الاسطوانة بعد كل قراءة بحذر ويوضع أسطوانة أخرى بها ماء نظيف بحركة دورانية ثم يؤخذ كل مره قبل موعد القراءة بحوالي 25 ثانية، ويوضع ببطء في أسطوانة الترسيب التي بها   محلول التربة حتى يتم التأكد من ثباته قبل حلول موعد القراءة.

التحليل المنخلي

بعد الانتهاء من آخر قراءة بالهيدروميتر يجب غسل المحلول في المنخل 0.075 ملم، ويؤخذ الجزء المتبقي عليه ويجفف في فرن درجة حرارته 110 درجة مئوية وينخل في الناخل 0.425 ، 0.075 ملم أو غيرها. ويجب الحذر أثناء عملية الغسيل من تطاير إلى مواد خارج المنخل 0.075 ملم.

الحسابات

·      نسبة الرطوبة الطبيعية

يجب ذكر الرطوبة الطبيعية كنسبة من الوزن الجاف بالفرن ويجب تحديدها كما يلي :

W1

- نسبة الرطوبة الطبيعية  =    W1 - W   ×   100

 حيث أن:

وزن العينة جافة في الهواء   W

وزن العينة جافة في الفرن  W1

-      ولتصحيح وزن العينة الجافة في الهواء ( بالنسبة للرطوبة الطبيعية ) أضرب وزن العينة بالمعادلة التالية :                                      100  ب

                                                                  نسبة الرطوبة الطبيعية  +  100

احسب نسبة الرطوبة الطبيعية لأقرب 0.001 كما شرح سابقاً.

المواد الخشنة

-   يجب حساب نسبة المواد الخشنة من أوزان  الأجزاء التي سجلت أثناء نخل المواد المتبقية على المنخل 2 ملم ومن الوزن الكلي المحسوب سابقاً وتجري الحسابات كالآتي :

-   أطرح وزن الجزء المتبقي على المنخل 2 ملم من الوزن الكلي للعينة المجففة في الهواء والناتج يؤخذ كوزن للمواد المجففة هوائياً المارة من المنخل 2 ملم.

-   صحح وزن المواد المارة من المنخل 2 ملم من الرطوبة الطبيعية كما بين في الفقرة السابقة ، ثم أضف هذا الوزن المصحح لوزن المواد المتبقية على المنخل 2 ملم لتحصل على الوزن الكلي المصحح من الرطوبة. واستخدم هذا الوزن الأخير لحساب نسبة المتبقي من المواد الخشنة في المنخل 2 ملم والمناخل التي تعلوه.

تنبيه رقم: تختلف طريقة الحسابات عند استخدام المنخلين 2 ملم ، 4.75 ملم في فصل العينة في أول الاختبار كما  تقدم ، فبالنسبة للجزء المتبقي على المنخل 4.75 أجري عملية الحسابات تماماً مثلما أجريت للمنخل 2 ملم في الفقرة السابقة ( المواد الخشنة ) أما نسبة المواد المارة من المنخل 2 ملم في هذا الخيار فيجب حسابها     كما يلي:

-      صحح وزن المواد المارة من المنخل 4.75 ملم ، 2 ملم من الرطوبة الطبيعية.

-   أقسم وزن المواد الجافة المارة من المنخل 2 ملم على وزن العينة الجزئية المارة من 4.75 ملم وأضرب الناتج في 100 لتحصل على نسبة المواد المارة من المنخل 2 ملم في العينة الجزئية المختارة وأضرب هذه النسبة مرة أخرى في نسبة المواد الكلية المارة من 4.75 ملم لتحصل على نسبة المواد المارة من المنخل 2 ملم من العينة الكلية.

نسبة التربة العالقة في المحلول

-      يجب تصحيح قراءات الهيدروميتر بتطبيق التصحيح المركب التقريبي كما حدد بالطريقة المبينة سابقاً.

-   تعتمد نسبة التربة المغمورة في المحلول ممثلة في قراءات الهيدروميتر المصححة على الوزن النوعي للتربة، ويجب حساب نسبة التربة الباقية معلقة في المحلول كالآتي:

-      للهيدروميتر 152 H من المعادلة:

100 ×  Ra     =   P
           W

-      للهيدروميتر 152 H من المعادلة:

100 ×  a ( 12 – 1 ) 1606     =   P
                   W

بحيث أن:

نسبة التربة المعلقة باقية في المحلول  =  P

قراءات الهيدروميتر المصححة   =  R

وزن التربة المغمور ناقص وزن الرطوبة الطبيعية بالجرام  =  W

ثابت يعتمد على كثافة المحلول    =  a

-      ويستخرج الثابت (  a ) من الجدول التالي باستخدام الوزن النوعي للتربة:

الوزن النوعي	الثابت ( a )	الوزن النوعي	الثابت ( a )
1.95	0.94	2.45	1.05
2.85	0.96	2.35	1.08
2.75	0.98
2.65	1.00
2.55	1.02

-      يكفي اختيار الثابت القريبة من الوزن النوعي من الجدول السابق.

-   لتحديد نسبة التربة في المحلول لنسب الوزن الكلي للعينة بما في ذلك الأجزاء المتبقية على المنخل      2 ملم يتم ضرب نسبة التربة المتبقية في المحلول بناتج المعادلة :

100 – نسبة المتبقي على المنخل 2 ملم
                    100

أقطار حبيبات التربة في المحلول

-   تحسب الأقطار القصوى الحبيبات (d) في المحلول التي تقابل النسب المعطاة قراءات الهيدروميتر من قانون أستوك التالي:

d  =                        30 nL       
980 ( G - G₁)  T

حيث أن:

قطر الحبيبات الأقصى (ملم)   = d

معامل لزوجة المحلول ( باسكال / ثانية )   = n

المسافة بين سطح المحلول إلى مستوى الذي قيس فيه المحلول (( يعرف بالعمق المؤثر )) ويؤخذ من الجدول (2) = L

المدى الزمن بين بداية الاختبار إلى القراءة المعينة    = T

الوزن النوعي لحبيبات التربة    = G

الوزن النوعي للمادة المذيبة ( الماء = 1 )   = G₁

ويمكن كتابة المعادلة أعلاه كالتالي:

D =     L 
                                            T                                              

حيث أن:

معامل يعتمد على الوزن النوعي للتربة ودرجة حرارة المحلول ويؤخذ من الجدول (3)    = K

درجة حرارة المحلول    = T

التحليل المنخلي للحبيبات الناعمة من العينة

-   يجب حساب نسبة الأجزاء المتبقية على كل منخل من العينة التي في المنخل 2 مم بعد إنتهاء اختبار الهيدروميتر وتجفيفها وذلك بقسمة الأوزان المتبقية على كل منخل على وزن العينة المجفف في الفرن وضرة في 100.

-   تحسب النسب من عينة الاختبار الكلية بما في ذلك للأجزاء المتبقية على المنخل 2 ملم بضرب القيم التي حصل عليها أعلاه في نتائج المعادلة :

ج =     100 - % المتبقي على 2 ملم
                      100

الرسم

يجب رسم منحنى بين النسب المارة من المناخل التراكمية مع أقطار الحبيبات المختلفة (المناخل) في ورقة بيانات لوغريثم للحصول على المنحنى التراكمي تدرج الحبيبات.

التقرير

يجب بيان النتائج التي تستخرج من منحنى التدرج كالتالي:-

-      نسبة الحبيبات الأكبر من 2 ملم.

-      نسبة الرمل الخشن بين 2 – 0.42 ملم.

-      نسبة الرمل الناعم بين  0.42  -   0.074 ملم.

-      نسبة الطمي بين 0.074  -  0.002 ملم.

-      نسبة الطين أقل من 0.002 ملم.

-      نسبة المواد الأقل من  0.001 ملم.

-   يكتب التقرير للتحليل المنخلي في شكل جدول يحوي النسب المارة من كل منخل في الأجزاء الأعلى من 0.074 ملم وتكتب نسبة كل من الطمي والطين لأقرب 0.1 %.

الدقة

الجدول التالي يبين بعض مستويات الدقة المطلوبة للفتى الواحد عند إجراء اختبار تحديد الرطوبة الطبيعية والتحليل المنخلي والهيدروميتر ( يجب أن لا تتباين النتائج بأكثر مما هو مبين )

نوع الاختبار	الانحراف المعياري	الفرق بين نتيجتين
تحديد الرطوبة الطبيعية
للعينات المارة من 4.75 ملم	0.15	0.4
للعينات المارة من 2 ملم	0.21	0.6
التحليل المنخلي
للمواد المارة من 2 ملم	0.66	1.9
للمواد المارة من 0.425 ملم	1.07	3.0
للمواد المارة من 0.074 ملم	1.19	3.4
اختبار الهيدروميتر
المواد المارة من 0.02 ملم	1.98	5.6
المواد المارة من 0.002 ملم	1.34	3.8