تجربة رص التربة بطريقة بروكتور المعدل مع المناقشة (Compaction Test)

إن الرص او الحدل هو عملية زيادة كثافة التربة عن طريق تعبئة جسيمات التربة معًا مما يؤدي إلى انخفاض حجم الهواء. تعمل مياه التربة كدمك متزايد للتزييت عند فرض الحمل على التربة. إذا كان التشبع بالقرب من ذلك، من المرجح أن يتجاوز الحمل قوة التربة وقدرة التحمل، مما يؤدي إلى انزلاق العجلات بشكل مفرط والتدوير وكذلك خلط التربة وتلطيخها.

بينما يمكن إجراء اختبار بروكتور القياسي في الحقل للحصول على نتائج أولية، فإن اختبار ضغط بروكتور يُجرى عمومًا في المختبر. يعتبر الاختبار المختبري بالإضافة إلى الاختبارات الميدانية من أفضل الممارسات، حيث يعتبر الاختبار المعملية معيارًا للهيئات التنظيمية مثل الجمعية الأمريكية للطرق السريعة العامة وموظفي النقل (AASHTO) والجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد (ASTM). بالإضافة إلى ذلك، توفر المختبرات إمكانية الوصول إلى مجموعة أوسع من أنواع الاختبار، مثل الاختبار الثابت والاهتزاز، للحصول على أدق النتائج الممكنة.

يجب أن تحتوي التربة علي كمية من الماء عند الرص لتسهيل العملية بمجهود اقل حيث انها تسهل انزلاق الحبيبات وتساعد في تقليل الفراغات ولكن كيف يتم اضافة الماء وتحديد انسب كمية تضاف للتربة للحصول على افضل نسبة دمك. تسمى أفضل كمية من الماء تضاف إلى التربة لنحصل على دمك جيد بالمحتوي المائي الأمثل (optimum moisture content أو optimum water content) والتي يرمز لها ب (OMC) وتعبر عن وزن الماء الى وزن حبيبات التربية الصلبة.

إن هذا الاختيار له طريقتين كلاهما يتم من خلاله ايجاد (OMC) ولكن الاختلاف يكون في جهد الحدل والمسافة التي يسقط منها الحمل وعدد الطبقات للعينة وعدد ضربات الحدل.

وهناك طريقتان لاجراء تجربة رص التربة:

1. تجربة بروكتور القياسية (Standard Proctor Compaction Test)
2. تجربة بروكتور المعدلة (Modified Proctor Compaction Test)

تجربة بروكتور المعدلة (Modified Proctor Compaction Test)

تعد هذه التجربة استمراراً للطريقة القياسية ولكن باختلاف الطاقة والتي تؤثر عليها عدد الطبقات التي سوف تكون (5) طبقات في هذه التجربة، وكذلك وزن ومسافة السقوط للمطرقة المستخدمة في هذه التجربة، حيث إن وزن المطرقة اكبر ومسافة السقوط اكثر وبذلك فإن مسافة السقوط هي 30 سم تقريباً وتكون طاقة الحدل في التجربة القياسية هي:

إن المحتوى الرطوبي للطريقة المعدلة يكون اقل والكثافة العظمى تكون اكبر من الطريقة القياسية وهذا يعود إلى طاقة الحدل بالنسبة للطريقة المعدلة تكون اكبر وهذا يعود إلى إن المطرقة تكون اطول والوزن اكبر بالنسبة للطريقة المعدلة بالاضافة إلى ان مسافة السقوط اكبر.

1. الغاية من التجربة

تستخدم هذه التجربة لإيجاد قيمة الكثافة العظمى الجافة للتربة وذلك ليتم من خلاله رسم العلاقة بين المحتوى الرطوبي المثالي والكثافة الجافة حيث تستخدم هذه القيمة ( Y_{dry – max} ) لمعرفة نسبة الحدل بالنسبة للمنشآت التي تحتاج الى اجراء عملية الحدل قبل المباشرة ببناء المنشأ.

2. نظرية التجربة

3. المواصفات القياسية

ASTM D1557-Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort

4. الأجهزة والادوات

1. جهاز الرص يتكون من التالي:

1.1. قالب رص (Compaction mold).

2.1. مطرقة (Hammer).

وتفاصيل القالب والمطرقة في أدناه:

2. منخل رقم (4#).

3. ميزان حساس حد (g 0.01).

4. ميزان اعتيادي.

5. اناء كبير للخلط.

6. جهاز اخراج النماذج (رافعة اوتماتيكية صغيرة).

7. اداة قطع حادة (قاشطة).

8. حاويات لايجاد المحتوى الرطوبي.

9. فرن تجفيف.

10. Squeeze bottle.

5. طريقة العمل

1. تؤخذ عينة من التربة المارة من المنخل (4#) ويكون وزنها (kg 2.0) وتكون مجففة في الهواء ونقوم بطحن الكتل الكبيرة للتربة.
2. تضاف كمية من الماء حوالي (%5) ومن وزن التربة ونقوم بخلطها مع النموذج حتى تصبح متجانسة.
3. يؤخذ وزن القالب + القاعدة بدون الجزء الذي يستخدم للأطالة (Extension) وتسجل ك (W₁).
4. نقسم النموذج الى خمسة أجزاء متساوية تقريباً.
5. نضع الجزء الخاص للاطالة فوق الجهاز.
6. نضع التربة الرطبة في الجهاز (Mold) بعد تنظيفه ودهنه من الداخل وذلك بشكل طبقات (5 طبقات) وتضرب كل طبقة (25 ضربة) بواسطة المطرقة الخاصة بجهاز الرص.

ملاحظة: يجب ان تكون الطبقة الأخيرة اعلى من وجه القالب بدون الاضافة (Extension).

7. يزال الجزء الخاص بالاطالة من القالب.
8. نقطع الأجزاء الزائدة من التربة بواسطة أداة القطع (القاشطة).
9. يؤخذ وزن القالب + القاعدة + التربة المرصوصة وتسجل ك (W₂).
10. ومن معرفة وزن والحجم الداخلي للقالب يتم حساب الكثافة للتربة ومن ثم حساب الكثافة الجافة.
11. تزال القاعدة ويستخرج النموذج بواسطة جهاز اخراج النماذج (الرافعة الميكانيكية).
12. تؤخذ عينة من التربة لغرض ايجاد المحتوى الرطوبي لها.

ملاحظة: ينبغي التأكد من المحتوى الرطوبي بواسطة تجفيف العينة بالفرن لأجل التأكد من ثبوت هذه النسبة.

13. تعاد التجربة بمحتوى رطوبي يختلف في كل مرة (%5 ,%8 ,%11 ,%14 , 17%).

6. الحسابات

1. حساب الكثافة الكلية:

أدناه رسم بياني للكثافة:

7. المناقشة

يستخدم اختبار بروكتور لتحديد ضغط أنواع مختلفة من التربة وخصائص التربة مع تغير في محتوى الرطوبة.

أثناء الدمك ، يتم نقل جسيمات التربة، ويتم تقليل حجم الهواء. وقد ينطوي أيضًا على تعديل لمحتوى الرطوبة. وفي التربة المشبعة بالحبيبات، قد يتم ضغط محتوى الرطوبة خلال عملية الدمك أو الرص.

حيث تزداد كثافة التربة المشبعة بسبب الانخفاض في حجم الفراغات الناجم عن طرد الماء تحت تطبيق الحمل الساكن.

نلاحظ في المنحنى أنه في البداية كلما أضفنا الماء وقمنا بدمك التربة فهذا يدفع بخروج الهواء لتحل التربة محله فتزداد الكثافة، حتى لحظة معينة يكون فيها أفضل نسبة للماء ويقابلها أعلى كثافة ممكن توفيرها للتربة، وبعد ذلك إذا أضفنا الماء للتربة فإن الماء يحل محل حبيبات التربة فتصبح التربة أقل كثافة.

• نستفيد أيضا من هذه التجربة في تحديد الطاقة الدامكة اللازم توفيرها لدمك التربة في الموقع وذلك كما يلي:

إذا تم إجراء تجربة بروكتور في المختبر بمليء التربة على عدد L  من الطبقات و ضرب كل طبقة بعدد S من الضربات من ارتفاع H بالمتر بمطرقة وزنها W بالنيوتن في وعاء حجمه v فإنه يمكن حساب الطاقة الدامكة (Power) كما في المعادلة.