الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
البــاب السابـع فحوصات دمك التربة 7.1مدخل 7.2
فحص الدمك في المختبر
البـاب السابـع
فـحوصات دمـك التربــــة )(Soil Compaction Tests
7.1
مدخـل ) ( Introduction
تعتبر خصائص التربة كمقاومة القص ) (Shear strengthوالنفـاذية القليلة
فحوصات التربة للرغراض النشائية
235
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
) (Low permeabilityوالمتصاص القليل للماء )،(Low water absorption من أهم الخصائص التي تمنح التربة صفة التزان ) ،(Stabilityوتحّس نـ من
نوعيتها إوامكانية عملها بشكل جيد تحت أي منشأ ،سواء كان طريقًا أو مبنى ،أو كمادة إنشائية في أعمال السدود والردميات.
ويعتبر الدمك ) (Soil compactionأسلوبًا ممتا ًاز لتحسين نوعية التربة والرتقاء
بها للحصول على الخصائص المذكورة.
وأما دمك التربة ،فهو عملية تتم خللها إعادة ترتيب الحبيبات الصلبة في تكوين التربة من خلل إنقاص حجم الفرارغات التي تكون ممتلئة بالهواء .ويتم هذا بواسطة مطارق خاصة ) (Hammersأو مداحل ) (Rollersأو بواسطة الهز) .(Vibration وينبغي التمييز بين عملية دمك التربة وعملية تضارغطها) ،(Consolidationحيث إن الخيرة هي عملية يتم فيها انضغاط التربة وتقارب حبيباتها من خلل إخراج أو طرد الماء المحتوى في فرارغاتها ،وذلك تحت تأثير الضغط العمودي المتواصل. وتهدف فحوصات الدمك التي تجري للتربة في المختبر إلى معرفة درجة الدمك القصوى الممكنة لها .ويتم الفحص عادة ليجاد محتوى الرطوبة للتربة ،الذي تحصل عنده )بعد دمكها( على أقصى كثافة ،ويسمى محتوى الرطوبة هذا بمحتوى الرطوبة المثالي ) ،(Optimum moisture content - OMCوالكثافة الجافة عنده بالكثافة الجافة القصوى )،(Maximum dry density - MDD وتكون نتيجة الفحص الحصول على منحنى العلقة بين محتوى الرطوبـة للتربة وكثافتها الجـافة )شكل .(1-7
فحوصات التربة للرغراض النشائية
236
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
اكككلكككككثافة الجافة القصوى
ا ـلـ ـكثاـ ــفة ا ــل اجفــة (رغم ــ/سم ــ)3
مكحتوىالرطوبككةك المككثكالككي
محتوـى اـلرطـ وب ة ـ )(%
شكل ) – (1-7منحنى العلقة بين رطوبة التربة وكثافتها الجافة
وعندما تكون الكثافة الجافة القصوى للتربة معروفة )كثافة المختبر( ،يصبح من السهل إيجاد نسبة دمك التربة في الموقع ) ،(Degree of compactionوذلك بإيجاد الكثافة الجافة للتربة في الموقع ،بعد دمكها ،ونسبتها إلى الكثافة الجافة القصوى. نسبة الدمك =
الكثافة الجافة للتربة في الموقع الكثافة الجافة القصوى )كثافة المختبر(
× 100%
وتكون هذه النسبة واضحة ومحددة في المواصفات الخاصة بكل مشروع ،وتتراوح بين 90و 100بالمئة حسب المكان الذي يتم دمكه. وأما فحص الدمك في المختبر ،فيتلخص بدمك التربة على طبقات عند نسب مختلفة من محتوى الرطوبة )تصاعديًا( داخل قوالب معدنية أسطوانية )(Moulds
باستخدام مطارق خاصة ) ،(Rammersإوايجاد الكثافة الجافة للتربة عند كل فحوصات التربة للرغراض النشائية
237
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
محتوى رطوبة تمهيدًا لرسم المنحنى الخاص )شكل (1-7وبخصوص الدوات
المستعملة للفحص ،فان المهندس ر .بروكتور ) (R.Proctorالذي كان أول من
ابتكر الفحص سنة 1933في الوليات المتحدة المريكية ،قد أجراه في قالب أسطواني قطره الداخلي 4انش وحجمه 30/1قدم مكعب ،وباستعمال مطرقة حديدية وزنها 5.5باوند ) 2.5كيلو رغرام ( .والفحص بهذه الدوات اصبح يعرف بفحص بروكتور )،(Proctor testأو فحص الدمك القياسي )Standard
،(compaction testوذلك لتمييزه عن الفحص الخر المشابه ،والذي يدعى بفحص الدمك المعَد لـ ) ، (Modified compaction testوالذي يتم إجراؤه
باستعمال مطرقة وزنها 10باوند ) 4.5كيلو رغرام( ،أي باستعمال جهد مضاعف تقريبًا.
وقد جاء تعديل الفحص أثناء وبعد الحرب العالمية الثانية خلل إنشاء المطارات
العسكرية ،حيث دعت الحاجة في ذلك الوقت للحصول على كثافة أكبر تحت مدارج الطائرات العسكرية من تلك التي يعطيها فحص الدمك القياسي. وهناك تمايز في الدوات التي تستعمل لجراء شكلي الفحص حسب المواصفات المختلفة نوردها ملخصة في الجدولين أدناه ) جدول 1-7وجدول ( 2-7بشكل يساعد على معرفة الدوات التي تلزم لجراء فحص الدمك القياسي وفحص الدمك المعدل حسب المواصفات البريطانية ) ،( British Standard – BS 1377 والمريكية ،وأهمها مواصفات جمعية الفحوصات والمواد ) (ASTMوجمعية الطرق ). (AASHTO جدول ) - ( 1 -7مقارنة بين الدوات المستعملة في فحوصات الدمك حسب المواصفات البريطانية )(BS 1377
فحوصات التربة للرغراض النشائية
238
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
أبعاد القالب
الفـحــص
) سم (
الدمك القياسي
قطر داخلي
) بروكتور(
105ملم
)BS 1377 – Test
ارتفاع
(No.12
115.5ملم
حجم
وزن
القالب
المطرقه
) سم ( 3
) كغم (
1000
2.5
عدد
عدد
الطبقات
الضربات
3
27
قطر داخلي
الدمك المعّد لـ
105ملم
)BS 1377 – Test
1000
ارتفاع
(No.13
4.5
5
27
115.5ملم
-يلحظ استعمال نفس القالب في الفحصْي نـ ،وكذلك نفس عدد الضربات التي يجري التأثير
بها على كل طبقة من التربة أثناء دمكها في القالب .والفرق هو في وزن المطرقة وعدد طبقات التربة في القالب أثناء الدمك .
جدول ) ( 2-7مقارنة بين الدوات المستعملة في فحوصات الدمك حسب المواصفات المريكية ) (ASTMو ) ( AASHTO أبعاد
حجم
الفحص
القالب انش
القالب
الدمك القياسي ) بروكتور( ))ASTM D- 698
وزن
عدد
عدد
الطبقات
الضربات 25
الطريقة )(Aأو)(C
56
الطريقة )(Bأو )(D
)سم (3
)كغم(
(102) 4
944
2.5
3
(152)6
2124
2.5
3
((AASHTO T- 90
فحوصات التربة للرغراض النشائية
239
ملحظات
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
الدمك المعّد لـ
))ASTM D-1557
((AASHT T- 180
(102)4
944
4.54
5
25
الطريقة )(Aأو)(C
(152)6
2124
4.54
5
56
الطريقة )(Bأو)(D
في الطريقتين ) (Aو ) (Bتكون العينة المستعملة في الفحص من المواد المارة فيالمنخل رقم 4.75) 4مم( ،بينما تكون العينة في الطريقتين) ( Cو) (Dمن المواد المارة من المنخل رقم 4/3انش.
شكل ) – ( 2-7الشكل العام للمطرقة )أ( والقالب ) ب (المستعملة في اختبارات الدمك .
7.2
فحص الدمك في المختبر
)(Laboratory Compaction Test ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377 ASTM D – 698, D – 1557 AASHTO T-90, T- 180 ملحظة :تختلف المراجع القياسية المذكورة أعله في طريقة عرضها لفحوصات الدمك ررغم أن المبدأ ل يتغير .وسيكون عرضنا هنا مرتك ًاز إلى المواصفات المريكية ) (ASTMو ) .(AASHTO
فحوصات التربة للرغراض النشائية
240
-
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment -1قالب دمك اسطوانة حسب نوع الفحص ،قياسي أم معدل ،انظر الجدول ) (1-7و ).(2-7 -2مطرقة معدنية ،حسب نوع الفحص ،قياسي أم معدل ،انظر الجداول )-7 (1و ).(2-7
-3أدوات لتحديد محتوى الرطوبة. -4وعاء ) طبق ( معدني ) ( Trayذو قياس معقول لخلط العينة. -5دورق مدرج . -6ميزان .
-7أداة معدنية )على شكل مسطرة( لتسوية سطح التربة في القالب )Straight
.(edge ) (3الطريقة ):(Procedure .1يتم تجفيف العينة في الهواء )(Air drying
.2تؤخذ عينة للفحص وزنها حوالي 5كيلورغرامات عند استعمال القالب الصغير)4انش( وحوالي 7كيلو رغرامًا عند استعمال القالب الكبير )6انش (. وتكون العينة من المواد المارة من المنخل رقم )4في حالة الطريقتين Aو ،(Bأو من المارة من المنخل 4/3انش )الطريقتين Cو .(D
ملحظات :
أ .في المواصفات البريطانية تستعمل مواد مارة من المنخل 4/3انش )20ملمت ًرا(.
ب .عند إجراء الفحص حسب المواصفات البريطانية أو الطريقتين Cو Dمن مواصفات ) (AASHTOو ) (ASTMيلزم إزالة المواد المتبقية على المنخل رقم 4/3انش في العينة،
فحوصات التربة للرغراض النشائية
241
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
واستبدال هذه الكمية بكمية مماثلة لها في الوزن ،بحيث تكون مارة من المنخل 4/3انش ومتبقية على المنخل رقم .4
.3يتم فرش العينة في الوعاء المعدني وتضاف إليها الكمية الولى من الماء )حوالي 2 – 1.5بالمئة من وزن العينة( ،وتخلط جيدًا حتى تتجانس مع الماء.
.4يتم دمك العينة داخل القالب على طبقات ) عدد الطبقات حسب نوع الفحص، انظر الجداول ،(2-7 ،1-7وبعدد من الضربات بواسطة المطرقة )حسب نوع الفحص( .5بعد الدمك يتم نزع رغطاء )حلقة( القالب السطواني وتسوية سطح التربة في القالب ،ويتم توزين القالب والتربة بداخله )( m 2 .6يتم تفريغ القالب من التربة وتؤخذ عينة فو ًار لقياس محتوى الرطوبة فيها
.7يعاد خلط العينة بكمية إضافية من الماء )مساوية للكمية التي تمت إضافتها في المرة الولى( ،ويجري دمكها ثانية ،وتعاد الخطوات 5و 6 .8يتــم تكـرار العمليــة مــع زيادة الرطوبـة فــي كــل مـرة حــتى ُيلحــظ أن وزن القــالب والتربة بـداخله قـد أخـذ بالنقصـان )بسـبب حلـول المـاء مكـان حبيبـات التربة بعـد أن
تكون التربة قد وصلت لدرجة قصوى من الدمك لم يعد معها مكان للماء فــي نســيج التربة(. ) ( 4الحسابات ) :( Calculations يتم حساب كثافة التربة ) (ρوكثافتها الجافة ) (ρdعند كل محتوى رطوبة )مرحلة( وذلك كما يلي: أ – الكثافة الرطبة: )رغم/سم (3
فحوصات التربة للرغراض النشائية
m 2 − m1 V
242
=ρ
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
حيث
m1
m2
– وزن القالب السطواني مع قاعدته ،رغم. – وزن القالب السطواني مع قاعدته والتربة المدموكة بداخله ،رغم.
– Vحجم القالب ،سم .3 ب -الكثافة الجافة: )رغم/سم (3
100ρ 100 + W
= ρd
حيث – Wمحتوى الرطوبة . ومن نتيجة الحسابات ،يتم رسم المنحنى للعلقة بين محتوى الرطوبة والكثافة الجافة للتربة ،ومنه يتم تحديد محتوى الرطوبة المثالي والكثافة الجافة القصوى التي تقابله. ل لحسابات ونتائج فحص الدمك. ويبّين النموذج ) (1-7مثا ً
نموذج ) ( 1-7 فحوصات التربة للرغراض النشائية
243
الباب السابع – فحوصات دمك التربة ___________________________________________________________________
1
رقم المحاولة وزن القالب +القاعدة+العينة المدموكة ) ( W2
)رغم(
وزن القالب +القاعدة )) ( W1رغم( وزن العينة المدموكة
)) ( W2-W1رغم(
الكثافة الرطبة = (W2-W1) ÷V )رغم/سم (3 )(W
محتوى الرطوبة
100ρ الكثافة الجافة 100 + W
)(%
= ρd
2
6945 6910 6915 6815 4645 4645 4645 4645 2300 2265 2270 2170 2.30
2.40
2.40
2.44
6.6
8.7
13.0
10.8
2.16
)رغم/سم (3
3
2.21
2.12
13
12
10
11
محتوى الرطـ وب ة ـ )(%
محتوى الرطوبة المثالي = % 9.5
الكثافة الجافة القصوى = 2.215رغم/سم 3
فحوصات التربة للرغراض النشائية
244
8
7
6
2.20
جفــة(رغمــ/سمــ)3 ا ـل ــكثاـ ــفة اـ ـلـ اـ
2.22 2.21 2.2 2.19 2.18 2.17 2.16 2.15 2.14 2.13 2.12 2.11 9
4