اختبار الكثافة الحقلية للتربة بطريقة المخروط الرملي مع المناقشة (Field Density Test)

تعد الكثافة الجافة للتربة مقياساً شائعاً لمقدار الضغط الذي تم تحقيقه أثناء الإنشاء. معرفة كثافة الحقل ومحتوى رطوبة الحقل، وحساب الكثافة الجافة. لذلك يعد اختبار الكثافة الحقلية للتربة مهمًا كاختبار مراقبة ميداني لضغط التربة أو أي طبقة أخرى من الرصيف.

هناك عدة طرق لتحديد الكثافة الحقلية للتربة مثل طريقة القطع الأساسية ، طريقة المخروط الرملي (sand cone)، طريقة البالون المطاطي، طريقة الزيت الثقيل، إلخ. من الطرق الشائعة لتحديد كثافة التربة الدقيقة الحبيبات طريقة القطع الأساسية، لكن هذه الطريقة لها قيود كبيرة في حالة التربة التي تحتوي على جزيئات خشنة الحبيبات مثل الحصى والحجارة والركام.

في ظل هذه الظروف، يكون اختبار الكثافة الحقلية بواسطة طريقة المخروط الرملي مفيداً، حيث أن وجود جسيمات خشنة سيؤثر سلبًا على نتائج الاختبار. يتمثل المبدأ الأساسي لاختبار المخروط الرملي في قياس حجم الثقب الموجود في الموقع الذي تم استخراج المادة منه من وزن الرمل ذي الكثافة المعروفة في الثقب. يتم إعطاء كثافة المواد في الموقع من خلال وزن المادة التي تم حفرها مقسوماً على الحجم في الموقع.

إن تعيين كثافة التربة في الموقع له أهمية كبيرة في تحديد نسبة الدمك للطبقات الترابية و طبقات الأساس ويمكن قياس هذه الكثافة بعدة طرق من أهمها اختبار المخروط الرملي، ويتمثل الغرض من التجربة في:

• تعيين كثافة التربة في الموقع في حالتها الطبيعية أو بعد الدمك.
• إيجاد الكثافة الجافة في الموقع والتي من خلالها يمكن إيجاد نسبة الدمك المطلوبة.

اختبار الكثافة الحقلية للتربة بطريقة المخروط الرملي

1. المواصفة المعتمدة

• مواصفة AASHTO: T99-86
• مواصفة ASTM: D 446-82
• مواصفة BS1377: Part 4

2. نضرية التجربة

3. الاجهزة والأدوات

1. جهاز مخروط الرمل (Sand cone) الموضح في الشكل أدناه.
2. أدوات مناسبة لعمل حُفرة في التربة (Digging tools) مثل الإزميل والمطرقة.
3. صفيحة معدنية (Plate) في وسطها فتحة دائرية وفي زواياها فتحات لتثبيتها بالأرض بواسطة مسامير، وللصفيحة جدران جانبية ارتفاعها 13 ملمتراً.
4. ميزان (Balance).
5. وعاء معدني (Metal container) لجمع التربة الناتجة عن الحفر، ويمكن الاستعاضة عن الوعاء بكيس نايلون.
6. أدوات لتحديد محتوى الرطوبة.
7. رمل قياسي خاص، نظيف من الشوائب العضوية. وحسب المواصفات البريطانية، فإن قياس حبيبات الرمل يجب أن يحقق شرط المرور من المنخل (600 ميكرون) والبقاء على المنخل (300 ميكرون). وأما حسب المواصفات الأمريكية، فالرمل المستعمل يمر من المنخل رقم (20)، ويتبقى على المنخل رقم (30). ويمكن استعمال الرمل المار من المنخل رقم (30) والمتبقي على المنخل رقم (40)، أو المار من المنخل (30) والمتبقي على المنخل (50). ويجب أن تكون كثافة الرمل معروفة، حيث يمكن إيجادها في المختبر باستعمال أوعية ذات أشكال منتظمة دقيقة الأبعاد. ويتم في العادة تحديد كثافة الرمل المستعمل في هذا الفحص عدة مرات، ويكون الرمل جيداً إذا لم تختلف أي كثافة عن المعدل بأكثر من واحد بالمئة (1%).

4. طريقة العمل

يتم استخدام طريقة اختبار استبدال الرمل لتحديد كثافة التربة الجافة في الموقع. هذا الاختبار له أهمية كبيرة ، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في مواقع مشاريع البناء المختلفة.

1. يسوى سطح الموقع، وتزال جميع المواد السطحية غير المرغوب فيها في المكان المراد حساب الكثافة الحقلية له.
2. توضع القاعدة الخاصة بالجهاز فوق المكان المراد حساب الكثافة عنده على أن تثبت القاعدة بالأرض جيداً، وتحفر حفرة بقطر الثقب وبعمق الطبقة المدكوكة، وفي حالة الأرض الطبيعية يكون العمق في حدود 15 سم إلى 20 سم.
3. يجمع ناتج الحفر في وعاء غير منفذ للرطوبة والماء، ويتم وزن العينة فور إخراجها.
4. يوزن المخروط الرملي والأسطوانة وهما مملوءان بالرمل قبل إجراء التجربة، وبعد ذلك يوضعان والرمل مقلوبان فوق الحفرة ثم يفتح الصنبور لصب الرمل في الحفرة.
5. بعد امتلاء الحفرة والقمع بالرمل القياسي يقفل الصنبور، ثم يرفع القمع الرملي والإناء ويوزن ما تبقى من الرمل القياسي.
6. يتم حساب وزن الرمل الذي ملأ الحفرة بعناية تامة. وزن الرمل الذي ملأ الحفرة = وزن الرمل الذي يملأ الإناء – وزن الرمل المتبقي – وزن الرمل الذي يملأ القمع.
7. يتم تعيين كثافة الرمل القياسي المستخدم في إجراء التجربة وذلك بأن يملأ وعاء معلوم الحجم وقياسي، ويسوى سطحه ثم يوزن.
8. يتم حساب حجم الحفرة (حجم العينة) وذلك كالآتي: حجم الحفرة = وزن الرمل الذي يملأ الحفرة سم³.
9. كثافة التربة في الموقع: كثافة التربة الرطبة في الموقع = وزن التربة المستخرجة من الحفرة غم/سم³.

شاهد الفيديو أدناه لفهم أفضل.

5. الاحتياطات الواجب مراعاتها عند إجراء التجربة

• يجب عدم لمس أو هز الجهاز أثناء إجراء التجربة.
• يجب حفظ العينة المستخرجة من الحفرة في وعاء غير منفذ للماء.
• إذا كان الاختبار على طبقة الأساس وما تحت الأساس تؤخذ الحفرة بكامل عمق الطبقة المدموكة.
• إذا كان الاختبار على طبقة الأرض الطبيعية تؤخذ الحفرة بعمق ١٥ سم إلى ٢٠ سم.
• يجب تعيين المحتوى المائي للتربة بسرعة حتى لا تفقد التربة رطوبتها، وذلك بتجفيفها في فرن درجة حرارته من ١٠٥ إلى ١١٠ درجة مئوية ولمدة ٢٤ ساعة.
• يجب التأكد من ضبط الميزان قبل استخدامه. أي أحجار ترجع إلى الحفرة مرة ثانية.

6. الحسابات

7. المناقشة

كما نعلم، تعني الكثافة الوزن لكل وحدة حجم أو بمعنى آخر مقدار الكتلة المحاطة بكمية محددة من الحجم. يمكننا بسهولة تحديد كتلة التربة باستخدام التوازن المادي أو التوازن الرقمي، ولكن المشكلة تكمن في العثور على حجم الحفرة التي تم حفرها.
يتم حل هذه المشكلة بمساعدة رمل مُعاير يتم تحديد وزن الوحدة أو كثافته بالفعل، وبالتالي إذا استطعنا تحديد مقدار رمال المعايرة التي ستستقر في الحفرة التي تم حفرها، يمكننا إيجاد حجم الثقب باستخدام الصيغة التالية:

• حجم الحفرة التي تم حفرها = وزن التربة في الحفرة التي تم حفرها / وزن وحدة التربة التي تم معايرتها

إن تجربة الكثافة الحقلية هي من أهم التجارب في مجال الهندسة المدنية وهندسة الأسس. حيث انها تعطي معلومات عن مدى قرب الكثافة الحقلية الفعلية لتربة من الكثافة القصوى لهذه التجربة. كلما كانت الكثافة الحقلية الفعلية للتربة قريبة من الكثافة القصوى لتربة ما هذا يدل على ان التربة محدولة أو مرصوصة جيداً ومهيئة للأعمال الإنشائية والهندسية.

8. أسئلة واجوبة

شكرا للقراءة! “اختبار كثافة الحقل للتربة باستخدام طريقة المخروط الرملي.” لا تنسى مشاركتها.