اختبار التحليل الحبيبي للتربة بطريقة الهيدروميتر (Hydrometer Analysis)

يتم استخدام تحليل مقياس الهيدروميتر لتحديد توزيع حجم الحبيبات من التربة ذات الحبيبات الدقيقة ذات أحجام الجسيمات الأصغر من 0.075mm. يعتمد تحليل مقياس كثافة السوائل على “قانون ستوكس” ، الذي يعطي العلاقة بين السرعة النهائية لسقوط الكرة في السائل، وقطر الكرة، وأوزان الكرة، والسوائل ولزوجة السائل.

إذا تم تعليق مقياس كثافة السوائل في الماء حيث يتم تشتيت التربة (الشكل 1) ، فإنه سوف يقوم بقياس الثقل النوعي للتربة والمياه على عمق L. يسمى العمق L بالعمق الفعال. لذلك، في وقت t دقيقة من بداية الاختبار، جزيئات التربة التي تستقر خارج نطاق القياس (أي ما وراء فعالية .depth L) سيكون لها القطر المعطى حسب العلاقة التالية:

ما هو الهيدروميتر (Hydrometer؟

الهيدروميتر هو أداة تستخدم لقياس الكثافة النسبية للسائل. يتكون الهيدروميتر من الزجاج ويتكون أساسًا من جزأين؛

• ساق اسطواني الشكل بعلامات التدرج
• لمبة في الأسفل مرجحة بالزئبق

كلما انخفضت كثافة السائل كلما زاد غرق المكثاف. فكر في الماء والبنزين على سبيل المثال. كثافة البنزين أقل من كثافة الماء، وبالتالي فإن عمق غمر الهيدروميتر سيكون أكثر في حالة البنزين منه في الماء.

لماذا يُستخدم الهيدروميتر لتحليل الحجم الحبيبي للتربة الحبيبية الدقيقة؟

في حالة التربة ذات الحبيبات الدقيقة، لا يعطي اختبار تحليل الغربال نتيجة اختبار موثوقة. وذلك لأن التربة ذات الحبيبات الدقيقة تتكون من أحجام مختلفة من الجزيئات تبدأ من 0.075 مم إلى 0.0002 مم. وليس من العملي تصميم غربال بحجم فتحات أصغر. كما توجد فرصة لفقدان العينة أثناء الغربلة. لذلك يتم إجراء تحليل الهيدروميتر لتحليل حجم الحبيبات للتربة ذات الحبيبات الدقيقة.

تجربة التحليل الحبيبي للتربة بطريقة الهيدروميتر

1. الأدوات المستخدمة

• ميزان حساس (وتكون دقته 0.01 غم).
• خلاط ميكانيكي (يستخدم لخلط العينة خلطاً جيداً مع الماء).
• هيدروميتر (من النوع المبين بالشكل في الأعلى).
• ماء مقطر (لاستخدامه في التجربة حتى تعطي نتائج ادق).
• اسطوانة مدرجة (بحجم 1000سم عدد 4 لأداء التجربة).
• قمع (يستخدم لوضع العينة داخل الأسطوانة).
• محلول مشتت (يتم تحضير محلول ميتافوسفات هيكسا الصوديوم بإذابة 33 جم من سداسي ميتافوسفات الصوديوم و 7 جم من كربونات الصوديوم في الماء المقطر لعمل محلول لتر واحد).
• مقياس حرارة (وذلك لقياس درجة حرارة الماء).
• ساعة إيقاف (تستخدم في حساب وقت الترسيب).
• عينه تربة (يجب ان يؤخذ المار من منخل رقم 200 من نفس العينة التي عمل عليها الطريقة الميكانيكية).

2. خطوات العمل

يُستخدم هذا الإجراء عندما يكون أكثر من 90 في المائة من التربة أدق من غربال رقم 200.

1. خذ 50 جم من التربة الجافة بالفرن في الدورق.
2. إعداد محلول الانتشار. عادة ما يكون محلول 4% من ميتافوسفات هيكسا الصوديوم. يستخدم (الكالجون). يمكن تحضير ذلك بإضافة 40 جم من Calgon في 1000 cc من الماء المقطر ودمجها بدقة.
3. خذ 125 cc من الخليط المحضر في الخطوة 2 وأضفه إلى التربة المأخوذة في الخطوة 1. يجب أن ينقع لمدة 8 إلى 12 ساعة.
4. خذ أسطوانة متدرجة I000-Cc وأضف 875 سم مكعب من الماء المقطر بالإضافة إلى 125 سم مكعب من محلول الانتشار في ذلك. امزج المحلول جيداً.
5. ضع الاسطوانة (من الخطوة 4) في مكان درجة حرارتهُ ثابتة. سجل درجة الحرارة من المكان، T (درجة مئوية).
6. ضع الهيدروميتر في الاسطوانة (الخطوة 5). سجل القراءة. (ملاحظة: يجب قراءة ارتفاع الماء (الشد السطحي)) هذا هو تصحيح الصفر (Fz)، والذي يمكن أن يكون موجب أو سالب. لاحظ أيضًا تصحيح (Fm).
7. باستخدام ملعقة، قم بخلط التربة التي تم تحضيرها في الخطوة 3. صبها في دورق الخلط. ملاحظة: خلال هذه العملية، قد تلتصق بعض التربة بجانق الدورق. باستخدام زجاجة ضغط بلاستيكية مليئة بالماء المقطر، تغسل كل التربة المتبقية في الدورق.
8. إضافة الماء المقطر إلى الكأس لجعله حوالي ثلثي الحجم. قم بمزجها لحوالي دقيقتين باستخدام الخلاط.
9. صب المزيج في اسطوانة متدرجة من الدرجة الثانية. تأكد من أن كل التربة الصلبة يتم غسلها من كوب الخلط. املء الاسطوانة المدرجة مع الماء المقطر لرفع منسوب المياه إلى علامة 1000 سي سي.
10. تأمين الجزء العلوي من الاسطوانة بسدادة مطاطية (الخطوة 9). مزج التربة والماء جيدا عن طريق تحويل اسطوانة التربة رأسا على عقب عدة مرات.
11. ضع الاسطوانة في الغرفة ذات درجة الحرارة الثابتة بجوار الاسطوانة الموصوفة في الخطوة 5. سجل الوقت على الفور. هذا هو الوقت التراكمي t = 0. أدخل الهيدروميتر في الاسطوانة التي تحتوي على التربة والمياه.
12. خذ قراءات الهيدروميتر في الأوقات التراكمية t = 0.25 min.، 0.5 min.، 1 min.، و 2 دقيقة.
13. خذ الهيدروميتر بعد دقيقتين من وضعه في الاسطوانة المجاورة له (الخطوة 5).
14. قراءات الهيدروميتر يجب أن تؤخذ في الوقت المناسب t = 4 min.، 8 min.، 15 min.، 30 min.، 1 ساعة ، 2 ساعة ، 4 ساعات ، 8 ساعة ، 24 ساعة. و 48 ساعة. لكل قراءة ، أدخل الهيدروميتر في الاسطوانة التي تحتوي على التربة والمياه حوالي 30 ثانية قبل القراءة. بعد أخذ القراءة ، قم بإزالة الهيدروميتر وضعه مرة أخرى في الاسطوانة بجانبه (الخطوة 5).

3. الحسابات والنتائج

المخطط (1): مخطط بياني لبيانات فحص الهيدروميتر فقط

المخطط (2): مخطط بياني لبيانات فحص الهيدروميتر مع بيانات التحليل المنخلي

حساب المعاملات Cu (معامل الانتظام لحبيبات التربة) و Cc (معامل الانحناء للحبيبات):

4. المناقشة

تحليل الهيدروميتر هو عملية تحديد حجم الحبيبات التي تستغرق عادةً 78 ساعة. بسبب عدم وجود القيود، قمنا بتنفيذ التجربة بأكملها. وكانت بعض الملاحظات لا تزال استنتجت. هناك حاجة حقاً إلى أخذ درجة حرارة المحلول من كل فترة زمنية لأن ذلك يفرض تأثيرات معينة على حالة التربة والمياه التي يجري النظر فيها. من المهم أن تستخدم الصبر في أداء هذه التجربة لأنك ستحتاج إلى الانتظار والملاحظة بعناية أثناء إجراء هذه التجربة.

كما كان واضحًا ومثبتًا أن هذه الجسيمات الأكبر حجماً استقرت أسرع من تلك الجسيمات الأصغر. لقد لاحظنا بدقة أن عامل الوزن للجسيم هو في الواقع الاعتبار الرئيسي في هذه التجربة. وأخيراً، كان من الضروري أيضاً تعيين أشخاص معينين لرعاية درجة الحرارة ومقياس الرطوبة لضمان الاتساق في القراءة الصحيحة.

الفائدة العملية:

تجربة الهيدروميتر، التي تقع تحت تحليل حجم الحبيبات ، تجد تطبيقها على هندسة الأساسات والبناء. بعد معرفة حجم حبيبات جزيئات التربة، سيتمكن المهندسون من تحديد المعالجة المقابلة التي ينبغي القيام بها في التربة (خاصة في الأوقات اللازمة لزيادة قوة التربة).

في الممارسة العملية، تم استخدام المعلومات التي تم جمعها من خلال تحليل حجم الحبيبات لتصميم البنى، وخاصة تلك التي تتماشى مع بناء الطرق والأرصفة. يعتبر تدرج جسيمات التربة، والذي يتحدد من خلال تحليل حجم الحبيبات هو الشاغل الرئيسي في تصميم مزيج الرصف.