الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
البــاب الثالـث الفحوصـات التصنيفية للتربــة 3-1مدخل 3-2محتوى الرطوبة في التربة 3-2-1محتوى الرطوبة في التربة بطريقة التجفيف بالفرن 3-2-2محتوى الرطوبة في التربة بطريقة الحوض الرملي
3-3حدود أتربرغ 3-3-1حد السيولة للتربة بطريقة كازاغراند 3-3-2حد السيولة للتربة بطريقة الختراق 3-3-3حد السيولة للتربة بطريقة جهاز فاسيلييف للختراق 3-3-4حد اللدونة للتربة
3-4الوزن النوعي للتربة 3-4-1الوزن النوعي للتربة باستعمال الدورق المدرج )البكنوميتر(
3-5كثافة التربة فحوصات التربة للغراض النشائية
75
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
3-5-1كثافة التربة بطريقة اسطوانة القطع 3-5-2كثافة التربة بطريقة الغمر بالماء 3-5-3كثافة التربة بطريقة القياسات المباشرة
3-6التدرج الحبيبي للتربة 3-6-1التدرج الحبيبي للتربة بالتنخيل الجاف 3-6-2التدرج الحبيبي للتربة بطريقة الغسل
3-7تصنيف التربة للغراض النشائية 3-7-1نظام المكتب المريكي لتصنيف التربة 3-7-2نظام معهد ماساشوستس للتكنولوجيا لتصنيف التربة 3-7-3التصنيف النسيجي للتربة حسب إدارة الزراعة المريكية 3-7-4نظام الجمعية المريكية للطرق لتصنيف التربة 3-7-5النظام الموحد لتصنيف التربة 3-7-6تصنيف التربة حسب المقاييس الروسية
البــاب الثالث فحوصات التربة للغراض النشائية
الفحوصـات التصنيفيـة للتربـة 76
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
)( Soil Classification Tests 3-1مدخـل )(Introduction سنتعرض في هذا الباب من الكتاب لهم الفحوصات التصنيفية للتربة ،ويقصد بها تلك الفحوصات التي يتم بنتيجتها الحصول على دلئل ،تساعد – منفردة أو مجتمعة – في تصنيف التربة والتعرف على نوعها وبما أن الهدف الساسي الذي نسعى إليه هنا هو عرض الطريقة السليمة لجراء الفحوصات ،وليس النقل الحرفي لما هو منصوص عليه في الكودات والمراجع القياسية الخاصة ،مثل مواصفات الجمعية المريكية للفحوصات والمواد ) (ASTMأو المقاييس البريطانية ) ،(BSأو مقاييس الجمعية المريكية للطرق ) (AASHTOالتي جرت الشارة إليها ،أو غيرها ،فإننا سنحاول أن نجعل عرض الطريقة اكثر مرونة وأقرب إلى العملّية ،علمًا بأنه ستكون هناك إشارة في بداية كل فحص إلى
المواصفات والمقاييس التي تحكم إجراءه ،كما ستتم الشارة إلى نواحي الخلف بين المقاييس المختلفة عندما يكون هذا ضروريًا .ورغم أن طرق إجراء
الفحوصات معروفة وتحكمها مقاييس محددة تتشابه معظمها في الخطوط
الساسية ،إل أننا سنتصرف في العرض ،مع التركيز على الساسيات ،دون إخلل أو تغيير لما هو ثابت ومحدد ،وذلك للتسهيل وبدون الخوض في التفاصيل الزائدة . والملحظة الخيرة هنا بخصوص الجهزة المستعملة لجراء كل فحص ،حيث سيجري ذكر الجهزة لجراء الفحص ،دون وصف تفصيلي لها ،إل حين تكون هناك ضرورة لذلك ،وهذا من منطلق أن المهندس أو فني المختبر أو الطالب ،وهم جمهور هذا الكتاب ،على علم بهذه الجهزة وتفاصيلها .
فحوصات التربة للغراض النشائية
77
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
3-2محتوى الرطوبة في التربـة )(Water or Moisture Content ُيعّر ففمحتوى الرطوبة في التربة على أنه النسبة بين وزن الماء في فراغات التربة إلى وزن حبيباتها الصلبة .وُيعّبر عن محتوى الرطوبة في التربة بالعلقة الرياضية ). (1-2
وسنعرض فيما يلي لطريقتين لتحديد محتوى الرطوبة في التربة . 3-2-1محتوى الرطوبة في التربة بطريقة التجفيف بالفرن )(Oven-drying method ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377-ASTM D-2216.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment
.1علب من اللمنيوم )( Moisture cans .2
ررة )Thermostatically controlled drying فرن تجفيف مع ضابط للح ا
( oven .3 .4
ميزان دقيق )(Balance وعاء تجفيف )حافظة( ). (Desiccator
) (3الطريقة ):(Procedure
يمكن تلخيص الخطوات العملية لجراء التجربة كما يلي:
فحوصات التربة للغراض النشائية
78
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-1تؤخذ عينة التربة المراد تحديد رطوبتها بحيث يكون وزنها مساويًا حوالي ) (30غرامًا للتربة الناعمة (500) ،غرام للتربة متوسطة النعومة ،و) (3كيلوغرامات للتربة الحصوية الخشنة .
-2
تؤخذ علبة اللمنيوم الخاصة بعد تنظيفها وتجفيفها جيدًا وتوزن بدقة
-3
توضع عينة التربة في العلبة بحيث يكون وزنها مقاربًا للمذكور أعله،
-4
يرفع الغطاء عن العلبة بعد أخذ الوزن ) (m2ثم يتم إدخال العلبة بما
مع غطائها ،وليكن وزنها ). (m1
وتوزن العلبة مغطاة والعينة بداخلها ،وليكن الوزن ). (m2
تحتويه إلى فرن التجفيف والغطاء بجانبها ،على أن تكون درجة ح اررة الفرن بحدود ) (110-105درجة مئوية ،وتترك مدة 24ساعة )أنظر الملحظة . (2 -5
بعد انتهاء فترة التجفيف ،تغلق العلبة ويجري وزنها بما تحتويه بعد أن تبرد لدرجة ح اررة المكان في وعاء التجفيف ،وليكن الوزن ). (m3
) (4الحسابات ):(Calculations
يتم حساب محتوى الرطوبة للتربة كما يلي: )(%
m2 − m3 m 3 − m1
=W
)(3-1
ل لحسابات تجربة محتوى الرطوبة . ويبين النموذج ) (1-3مثا ً ) (5ملحظات ):(Notes
-1
تجري تجربة محتوى الرطوبة في العادة على ثلث عينات من نفس النوع لخذ القيمة المتوسطة للرطوبة وبحيث ل تزيد نسبة التفاوت بين أي نتيجتين عن واحد بالمائة .
فحوصات التربة للغراض النشائية
79
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
يمكن تقليل فترة التجفيف المحددة بف 24ساعة ،وتعتبر فترة التجفيف منتهية إذا ثبت
-2
وزن العينة داخل الفرن وتوقف النقص في هذا الوزن .ويتم التأكد من هذا بإخراج العينة من الفرن وتوزينها ثم إعادتها للفرن عّد ةف مرات حتى يثبت الوزن .
هناك أنواع من التربة قابلة لحدوث تغير في تركيبها عند تجفيفها على درجة الح اررة )
-3
(110-105درجة مئوية ،ومثال ذلك التربة العضوية والتربة التي تحتوي الجبس . في مثل هذه الحالة ينبغي خفض ح اررة الفرن إواطالة فترة التجفيف . نموذج )(1-3 1
2
3
رقم العينة )المحاولة(
15
16
17
وزن العينة الرطبة +الوعاء )غم(
53. 45
60. 12
59. 20
وزن العينة الجافة +الوعاء )غم(
48. 10
53. 28
52. 90
وزن الماء
)غم(
5. 35
6. 84
4. 30
وزن الوعاء
)غم(
15. 95
15. 98
15. 84
وزن التربة الجافة
)غم(
32. 15
37. 30
37. 06
محتوى الرطوبة
)(%
16. 64
18. 34
17. 00
رقم الوعاء
المتوسط
17.33
3-2-2محتوى الرطوبة في التربة بطريقة الحوض الرملي )(Sand – Bath Method )(1
المراجع القياسية ):(Standard reference
)(2
الجهزة الل زـمة ):(Equipment
BS 1377.
فحوصات التربة للغراض النشائية
80
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.1علب معدنية محكمة الغطاء للتربة الناعمة ،وأوعية مقاومة للح اررة للتربة الحصوية الخشنة . .2ميزان دقيق .
.3حوض يحتوي رمل نظيف لعمق ل يقل عن 25ملمت ًرا .
.4أداة مناسبة لتسخين حوض الرمل )سخان كهربائي أو عين بوتوجاز( .
.5سكين وأدوات أخرى . )(3
الطريقة ):(Procedure ُ-1يؤخذ وزن العلبة المعدنية أو الوعاء بعد تنظيفه وتجفيفه جيدًا ،وليكن
الوزن ). (m1
ُ-2تؤخذ العينة وتوضع في العلبة أو الوعاء وُيؤخذ وزنها ،وليكن الوزن ). (m2 -3يجري تجفيف العينة بوضع العلبة أو الوعاء على الرمل الساخن مع تقليب العينة باستمرار بواسطة السكين الخاص ) (Spatulaللمساعدة على تبخر الماء . -4
يستمر التسخين حتى ثبات وزن العينة وهو ما يمكن التأكد منه بتوزينها أثناء التسخين ُ .يؤخذ الوزن بعد ثباته ،وليكن الوزن ). (m3
)(4
الحسابات : (Calculations) :
يتم حساب محتوى الرطوبة للتربة بالمعادلة ). (1-3 )(% )(5
m2 − m3 m 3 − m1
=W
ملحظات ): (Notes
فحوصات التربة للغراض النشائية
81
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
ل سريعًا للطريقة الواردة في التجربة السابقة )(1-2-3 .1تعتبر هذه الطريقة بدي ً بطريقة التجفيف بالفرن ،وُيلفجأ إليها حين ل يكون فرن التجفيف متوف ًرا ،وهي
مناسبة للستعمال في الموقع .ويمكن اللجوء إلى هذه الطريقة في المختبر لتحديد محتوى الرطوبة في التربة الحصوية .
.2يجب عدم زيادة الح اررة أو التسخين الزائد للرمل ،وهو ما يمكن مراقبته بوضع أوراق بيضاء بين التربة ،حيث يصبح لونها بنيًا عندما تزداد درجة ح اررة التسخين .
.3ل تستعمل هذه الطريقة لتحديد رطوبة التربة التي تحتوي على الجبس والكلس .
3.3
حـدود أتـربـرغ
)(Atterberg Limits
يسهل تغيير الحالة التي يوجد فيها الطين أو التربة الطينية ،وذلك بتغيير محتوى الرطوبة .فزيادة قليل من الماء إلى عينة من الطين تزيد رخاوتها ،وهو أمر يسهل تصوره على كل من تعامل مع التربة بشكل أو بآخر . ولكل شكل من أشكال التربة الطينية مجال من محتوى الرطوبة ،تكون التربة فيه ل ،وهي واحدة من الحالت التي يمكن أن توجد فيها التربة الطينية . بحالة لدنة مث ً ولفهم هذه الحالت ،نفرض أن كمية كافية من الماء قد أضيفت لعينة من الطين
وحّو لففتها إلى ما يشبه السائل اللزج .إن هذه الحالة التي أصبح عليها الطين هي
حالة السيولة ) . (Liquid stateإواذا ما تركت العينة لتجف ببطء ،فإن فقدان الماء فحوصات التربة للغراض النشائية
82
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
يقارب حبيبات الطين من بعضها أكثر ويجعلها قادرة على إبداء مقاومة لتغيير شكلها ،وهذه هي حالة اللدونة ) . (Plastic stateومع استمرار فقدان الماء من العينة ،فإنها تبدأ بالتقلص ) (Shrinkوتزداد صلبتها مع احتفاظها بقليل من اللدونة ،وهنا نقول بأنها في حالة شبه الصلبة ) . (Semi-solid stateوتنتقل العينة إلى حالة الصلبة ) (Solid stateمع استمرار جفافها وتقلص حجمها إلى الحد الدنى . ويبين الشكل ) (3-2في الباب الثاني من الكتاب ،الربط بين حالت التربة المختلفة وحدود اتربرغ الرئيسية وعلقتها بمحتوى الرطوبة . ويفيد تحديد هذه الحدود مع معرفة محتوى الرطوبة للتربة في تحديد خصائصها أكثر ،حيث يمكن من خللها إيجاد دليل السيولة ) (LIبالمعادلة )(20-2 وكذلك مفا يسمى بدليل القوام )) (I cمعادلة :(22-2 W −PL W −PL LL −W = = , IC LL −PL PI PI
= LI
)(3-2
ويشيع استعمال دليل السيولة ) (LIأكثر في التعرف على قوام التربة كما هو موضح في الجدول ). (2-2 ويبين الجدول التالي ) (1-3العلقة بين مجال الرطوبة للتربة ودليل السيولة ودليل القوام . كما ُتساعد معرفة حدود أتربرغ في إيجاد فعالية الطين ) ،(Clay activityوهي خاصية مرتبطة بنسبة الحبيبات الطينية ) < 2ميكرون( الموجودة في التربة . وقد توصل سكمبتون ) (Skemptonسنة 1953إلى أن دليل اللدونة ) (PIلعينة التربة التي تحتوي الطين مع حبيبات أكثر خشونة منه يعتمد على نسبة الطين في العينة ) ،(Clay fractionوأن النسبة بين دليل اللدونة )(PI فحوصات التربة للغراض النشائية
83
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
جدول ) – (1-3دليل السيولة والقوام دليل القوام
دليل السيولة
تحت حد اللدونة
)(PL
)(Ic <1
)(LI سالب
عند حد اللدونة
)(PL
1
صفر
بين حد اللدونة
)(PL
صفر1-
صفر1-
محتوى الرطوبة
)(LL
والسيولة عند حد السيولة
)(LL
صفر
1
فوق حد اللدونة
)(LL
سالب
<1
ونسبة الطين هي قيمة ثابتة جرت تسميتها بفعالية الطين ):(Activity فعالية الطين = دليل اللدونة ) ÷ (PIنسبة الطين
)(3-3
ويتم تصنيف التربة الطينية حسب فعاليتها إلى أربع مجموعات كما هو موضح في الجدول ): /6/ (2-3 جدول ) – (2-3فعالية الطين رقم
وصف المجموعة
المجموعة -1 -2 -3 -4
طين غير فّعال )( Inactive clay )(Normal clay طين عادي )(Active clay
طين فّعال طين عالي الفعالية )(Highly active )مثال البنتونايت(
فحوصات التربة للغراض النشائية
84
الفعالية < 0. 75 0. 75-1. 25 1. 25-2. 0 > 2. 0 ≤6.0
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
ويمكن تصنيف التربة بعد إيجاد حدود أتربرغ بواسطة المخطط الخاص الذي وضعه كازاغراند ) ،(Casagrande plasticity chartوهو ما سنأتي على ذكره لحقًا عند الحديث عن طرق تصنيف التربة .
3-3-1حد السيولة للتربـة بطريقة كازاجراند )(Liquid Limit Determination Using Casagrande Method )(1
المراجع القياسية ):(Standard references
)(2
الجهزة الل زـمة ):(Equipment
BS 1377 ASTM D- 423 ASSHTO T-89
.1لوح زجاجي ). (Glass plate
.2سكاكين خاصة ). (Palette knives .3جهاز كازاغراند ) (Casagrande apparatusمع أداة تحزيز )شكل . (1-3
.4أدوات تحديد محتوى الرطوبة .
.5ماء مقطر ). (Distilled water
.6وعاء )حافظة( ). (Desiccator .7منخل رقم 425) 40ميكرون( . )(3
الطريقة ):(Procedure
فحوصات التربة للغراض النشائية
85
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.1يتم تجفيف عينة من التربة المطلوب إيجاد حد السيولة لها )(LL إلى درجة تسمح بسهولة تفتيتها . .2يتم تنخيل كمية من التربة بعد تفتيتها على المنخل رقم ). (40
شكل ) – (1-3أ -جهاز كازاغراند ب-أداة التحزيز
.3تؤخذ التربة بعد تنخيلها ويتم خلطها بالماء المقطر جيدًا على لوح زجاجي وبواسطة سكين عريض النصل من أجل الحصول على معجون سميك . .4بعد الحصول على المعجون يتم وضعه في الحافظة لمدة 24
ساعة حتى يحصل التمازج بين التربة والماء ويصبح المعجون
متجانسًا . فحوصات التربة للغراض النشائية
86
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.5يؤخذ المعجون بعد مرور 24ساعة وُيعاد خلطه جيدًا لمدة 10 دقائق .
.6يوضع جزء من المعجون في جهاز كازاغراند ،وُيبسط جيدًا بحيث يكون سطحه موازيًا لمستوى سطح الصحن ،ويتم بعد ذلك تخزين المعجون )إحداث فاصل( بواسطة أداة التحزيز .
.7يتم تشغيل الجهاز ويسجل عدد الضربات التي لزمت لحداث التئام الجزأين المفصولين في الصحن لمسافة 13ملمت ًرا .
.8يضاف جزء آخر من المعجون بنفس الرطوبة إلى الصحن وتعاد
العملية ) (7حتى يتم الحصول على نتيجتين متشابهتين )نفس عدد الضربات للحصول على مسافة التئام مقدارها 13ملمت ًرا( .
.9عندها يتم أخذ حوالي 10غرامات من العينة ويتم تحديد محتوى رطوبتها فو ًرا .
.10تتم إضافة كمية بسيطة من الماء المقطر ويخلط مرة أخرى لمدة 10دقائق وتعاد التجربة )نستنتج أن رطوبة التربة تزيد في كل
محاولة بسبب إضافة الماء المقطر ،وهذا يعني أن عدد الضربات اللزمة لحداث نفس مسافة اللتئام يقل في كل مرة( . .11تتم إعادة التجربة أربع مرات على القل مع تسجيل عدد الضربات ومحتوى الرطوبة في كل مرة . .12يرسم منحنى العلقة بين عدد الضربات والرطوبة ،وتعتبر نسبة محتوى الرطوبة المقابلة لعدد ضربات = 25ضربة هي حد السيولة ). (LL ل لحسابات تجربة إيجاد حد السيولة بطريقة ويبين النموذج ) (2-3مثا ً
كازاغراند .
فحوصات التربة للغراض النشائية
87
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
)(4
ملحظات :(Notes) : -1إن ترك معجون التربة لمدة 24ساعة بعد خلطه داخل الحافظة يصبح غير
ضروري عندما تكون نسبة الطين في العينة قليلة .وعندها يمكن إجراء التجربة بعد خلط التربة بالماء مباشرة .
-2في حالة احتواء العينة على نسبة قليلة من الطين ،يلحظ أن العينة ل تثبت على صحن جهاز كازاغراند وتنزلق عنه .في هذه الحالة يمكن اللجوء إلى إيجاد حد السيولة للتربة باستعمال جهاز الختراق ). (2-3-3
نموذج )(2-3
فحوصات التربة للغراض النشائية
88
حد السيولة
حد اللدونة
)(LL
)(PI
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
رقم العينة )المحاولة(
1
2
3
4
1
2
رقم الوعاء
14
12
13
-
19
18
عدد الضربات
14
24
35
-
-
-
وزن العينة الرطبة +الوعاء )غرام(
50. 6
47. 8
58. 8
-
30. 3
29. 6
وزن العينة الجافة +الوعاء )غرام(
44. 1
42. 5
52. 2
-
28. 8
28. 0
وزن الوعاء
)غرام(
16. 8
18. 2
18. 9
-
19. 2
19. 0
وزن الماء
)غرام(
6. 5
5. 3
6,6
-
1. 5
1. 6
وزن التربة الجافة
)غرام(
27. 3
24. 3
33. 3
-
9. 6
9. 0
محتوى الرطوبة
)(%
23. 8
21. 8
19. 8
-
15. 6
17. 8
متوسط حد اللدونة
16.7
)(%
22 20 18 100
10
محتوى الرطف وب ة ف )(%
24
1
فلضاففت ع ففدد ا ف ف ف ف برف
حد السيولة )% LL) = 21.4
حد اللدونة )% PL) = 16.7
دليل اللدونة )PI) = 4.7
3-3-2حد السيولة للتربة بطريقة الختراق )(Liquid Limit Determination Using Cone Penetrometer ) (1المراجع القياسية ): (Standard reference فحوصات التربة للغراض النشائية
89
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
BS 1377.
-
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1لوح زجاجي ). (Glass plate .2سكاكين خاصة ). (Palette knives
.3جهاز الختراق المبين بالشكل ). (2-3 .4أدوات تحديد محتوى الرطوبة .
.5ماء مقطر ). (Distilled water .6وعاء )حافظة( ). (Desiccator
.7منخل رقم 425) 40ميكرون( . ) (3الطريقة ):(Procedure . 1يت ففم تحض ففير عينففة الترب ة المف فراد فحص ففها كم ففا ف ففي التجرب ة الس ففابقة باستعمال جهاز كازاغراند ،حيث يتم خلط معجون سميك من الترب ة المارة عبر المنخل رقم ) (40ويوضع المعجون بعففد خلطففه جيفدًا فففي الحافظة لمدة 24ساعة للحصول على معجون متجانس .
. 2بعففد مففرور الفففترة المففذكورة ،يؤخذ المعجففون ويخلففط مفرة أخففرى لمففدة 10دقائق على لوح زجاجي بواسطة سكين عريض النصل . . 3يوضفع المعجففون فففي الوع اء السففطواني )العلبففة( بواسففطة السففكين ويسّوى سطح العينة في الوعاء أفقيًا مع حافة العلبة .
. 4توضففع العلبففة فففي مكانهففا علففى قاعففدة الجهففاز ويتففم إن فزال الجففزء المخروطففي فففي الجهففاز ليلمففس سففطح العينففة ،ويتففم تسففجيل ق فراءة العداد .
فحوصات التربة للغراض النشائية
90
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
. 5يحففرر الجففزء المخروطفي لتتففم عمليففة اخففتراقه الح فرة للترب ة ،وتؤخ ذ ق فراءة العففداد بعففد مففرور ح فوالي 5ث فوان مففن بففدء الخففتراق ،ويكففون الفف ففرق بيف ففن هف ففذه الق ف فراءة والق ف فراءة الول ففى قبف ففل الخف ففتراق هف ففو قيمف ففة الختراق . . 6يسحب المخروط بعد ذلك وينظف رأسه جيدًا .
. 7يضففاف مقففدار مففن المعجففون إلففى الوعاء السففطواني ،وتعففاد التجربة مفرة أخففرى .إذا كففان الفففرق بيففن قيمففتي الخففتراق فففي المحففاولتين أقففل مففن 0. 5ملمففتر ،تؤخف ذ القيمففة المتوسففطة للخففتراق ،إواذا كففان هففذا
الفرق بين 1. 0-0. 5مليمتر ،تعاد المحاولة للمرة الثالثة على أن ل
يزي ف د الفف ففرق بيف ففن قيف ففم الخف ففتراق عف ففن 1. 0مليمف ففتر ،وتؤخ ف ذ القيمف ففة المتوسطة . . 8تؤخذ عينة من التربة )حوالي 10غرام( ويتم تحديد محتوى رطوبتها فو ًرا .
. 9تعففاد التجرب ة 4م فرات علففى القففل بحيففث يختلففف محتففوى رطوبففة التربة في كل مرة . . 10يت ففم رسف م منحن ففى العلق ففة بي ففن قيم ففة الخ ففتراق ومحت ففوى رطوبففة التربة .ويؤخذ محتوى الرطوبة الذي حصفل عنفده اخفتراق مقفداره 20 مليمت ًار كحد سيولة لهذه التربة .
ل لحسففابات تجرب ة إيجففاد حففد السففيولة للترب ة بطريقففة ويففبّين النمففوذج ) (3-3مثففا ً
الختراق .
) (4ملحظات ):(Notes
فحوصات التربة للغراض النشائية
91
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-1إن ترك معجون التربة لمدة 24سفاعة بعفد خلطففه داخفل الحافظففة يصفبح غيفر ضروري عندما تكفون نسفبة الطيفن ففي العينفة قليلفة .وعنفدها يمكفن التجربة بعفد خلط التربة بالماء مباشرة . -2طريق ففة إيج ففاد ح ففد الس ففيولة للترب ة بواس ففطة جه ففاز الخ ففتراق ش ففائعة اك ففثر ف ففي الممارسة البريطانية ،وتعتبرها المواصفات البريطانية ) (BS 1377أفضل من طريق ففة كازاغ ارن ففد لنه ففا تلئ ففم مختل ففف أش ففكال التربف ة ،بينم ففا ل تلئ ففم طريق ففة كازاغراند إيجاد حد السيولة للتربة التي تحتوي نسبة قليلة من الطين .
فحوصات التربة للغراض النشائية
92
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) – (2-3جهاز الختراق لقياس حد السيولة للتربة
نموذج )(3-3 القراءة
الفرق = 15.68
رقم التجربة
القراءة الولى
.1
20.00
4.32
.2
19.98
4.41
15.57
.3
20.00
2.52
17.48
.4
19.71
2.69
17.02
.5
24.00
1.27
22.73
.6
23.90
3.59
20.31
.7
24.00
1.27
22.73
.8
23.75
1.62
22.13
فحوصات التربة للغراض النشائية
الثانية
الختراق
93
قيمة الختراق )ملمتر(
محتوى الرطوبة )(%
15.63
32.5
17.25
39.0
20.51
52.8
22.43
61.2
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
30
10 0 80
60
20
40
ا فل ففخت ارف ف ف ق(ممف)
20
0
محتوى الرطف وب ة ف )(%
حد السيولة = % 50
3-3-3حد السيولة للتربة بطريقة جهاز فاسيلييف للختراق )(Liquid Limit Determination Using Vasilyev Balance Cone ) (1المراجع القياسية ):(Standard references )- GOST, 5183 (Russian Standard
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1لوح زجاجي ). (Glass plate
.2سكاكين خاصة ). (Palette knives .3مخروط اتزان )) (Balance coneشكل (3-3وزنه 76غرامًا . .4وعاء أسطواني )علبة( قطره ل يقل عن 40ملمت ًرا . .5قاعدة ارتكاز معدنية أو خشبية )شكل . (3-3 فحوصات التربة للغراض النشائية
94
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.6أدوات تحديد محتوى الرطوبة . .7ماء مقطر ). (Distilled water
.8وعاء )حافظة( ). (Desiccator .9منخل رقم 425) 40ميكرون( . ) (3الطريقة ):(Procedure -1يتم تحضفير العينفة كمفا ففي التجربتين السفابقتين ،حيفث تخلفط التربة المفارة ع ففبر المنخ ففل رقف م 425) 40ميك ففرون( بالم ففاء المقط ففر للحص ففول عل ففى معجون سميك يتم وضعه لمدة 24ساعة في الحافظة . -2بعد مرور الفترة المذكورة ،يؤخذ المعجون من الحافظة ويخلط ثانية لمدة 10دقائق على لوح زجاجي بواسطة سكين خاص . -3يوضع المعجون في الوعاء السطواني )العلبة( بواسطة السكين ويسوى سطح العينة أفقيًا مع حافة الوعاء .
-4يمسك مخروط التزان بحذر مع مقبضه ليكون الرأس المخروطي المدبب ملمسًا لسطح التربة .
-5يترك المخروط ليقوم باختراق التربة داخل الوعاء تحت تأثير وزنه الذاتي . -6إذا تمت عملية الختراق حتى العلمة المبينة على المخروط )على بعد 10ملمتر عن الرأس المدبب( خلل خمس ثوان ،تكون التربة قد بلغت حد السيولة ،وتكون قيمة حد السيولة مساوية لمحتوى الرطوبة للعينة عند الختراق . -7إذا جرى الختراق إلى العلمة المذكورة بشكل سريع )أقل من 5ثوان(،
فهذا يعني أن التربة قد تجاوزت حد سيولتها ،عندها تضاف كمية قليلة من التربة )المارة من منخل رقم (40للمعجون ،ويعاد خلطه جيدًا ثم تكرر
فحوصات التربة للغراض النشائية
95
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
التجربة .إواذا حصل العكس ،أي أن الختراق لم يحصل خلل الفترة
المحددة إلى العلمة ) 10ملمترات( ،فيلزم زيادة قليل من الماء إواعادة الخلط وتكرار التجربة . وهكذا ،بطريقة التجربة والخطأ ،يتم الوصول إلى حد السيولة للتربة ،وهو الحد الذي يحصل عنده اختراق للتربة مقداره 10ملمترات خلل 5ثوان .
شكل ) (3-3جهاز فاسيلييف للختراق
-1قاعدة خشبية -2مخروط الختراق مع مقبض مثبت مع الذراع -3مقبض -4المخروط -5وعاءاسطواني قطر 40مم -6كرات معدنية للتزان
3-3-4حد اللدونة للتربة )(Plastic Limit Determination ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377 ASTM D-424. AASHTO T-90.
فحوصات التربة للغراض النشائية
96
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1لوح زجاجي ). (Glass plate .2سكاكين خاصة ). (Palette knives .3أدوات تحديد محتوى الرطوبة .
.4منخل رقم 425) 40ميكرون( . ) (3الطريقة ):(Procedure -1يتم تحضير العينة بأخذ ما يمر من منخل رقم ) (40بعد تجفيف التربة في الهواء ،وخلطه جيدًا بالماء المقطر حتى الحصول على معجون لدن بدرجة تسمح بتشكيله إلى كرات .
) يمكن استعمال العينة المتبقية من تجربة إيجاد حد السيولة لهذا الغرض( . ُ -2تشكل كرة التربة باليد ويتم تدويرها حتى تظهر على سطحها بعض الشقوق .
ُ -3تقسم الكرة إلى جزئين ،وزن الجزء الواحد حوالي 10غرام ،ويقسم كل جزء إلى أربعة أجزاء )المجموع 8أجزاء( .
-4يتم فرك العينة الواحدة من الثمانية بين إصبعي البهام والسبابة حتى تصبح على شكل كرة صغيرة قطرها حوالي 6ملمترات ،ثم تبسط
بأصابع اليد المبسوطة حتى تتحول إلى خيط أو حبل قطره 3ملمترات . ُ -5يعاد خلط التربة ثم تدويرها إلى كرة قطرها 6ملمترات ،وتبسط إلى خيط بقطر 3ملمترات ،ويستمر تكرار العملية حتى تبدأ التشققات بالظهور على سطح الخيط ذي القطر 3ملمترات . -6عندها يتم اعتبار أن التربة قد بلغت حد لدونتها .تؤخذ مجموعة منها لقياس محتوى رطوبتها الذي هو حد اللدونة .
فحوصات التربة للغراض النشائية
97
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
ُ -7تعاد العملية على القطع الثلث الباقية من المجموعة الولى ،ثم على القطع الربع الخرى )المجموعة الثانية( . -8تعتبر النتائج مرضية إذا لم يتجاوز الفرق بين قيمتي محتوى الرطوبة للمجموعتين مقدار 0. 5بالمائة .
أما المثال على حسابات حد اللدونة للت فربة ،فمبّين في النموذج ) (2-3الخاص
بتجارب حدود السيولة واللدونة . 3.4
الوزن النوعي للتربـة
)(Specific Gravity of Soil
جرى تعريف الوزن النوعي للتربة )الحبيبات الصلبة( بأنه النسبة بين كتلة الحبيبات الصلبة إلى وزن كمية من الماء تشغل نفس الحجم .ول يشكل إيجاد الوزن النوعي للتربة أدنى صعوبة لو كانت تتكون من حبيبات متشابهة متجانسة، ل ،ولكن التربة تتكون في الواقع كالرمل النقي الذي يتكون من حبيبات الكوارتز مث ً
من عدة أشكال من الحبيبات المعدنية ) ،(Mineral particlesلكل منها وزنها
النوعي ،ومن هنا ،فإن الذي تهدف إليه تجربة إيجاد الوزن النوعي للتربة ،هو الوزن النوعي لهذا الخليط من الحبيبات ككل ل يتجزأ . ويصادف القارئ للكتب الهندسية ،وتلك المتعلقة منها بالتربة والمواد على وجه الخصوص ،أكثر من مصطلح مرتبط بالوزن النوعي ،كالوزن النوعي المطلق، والظاهري ،والكلي بأشكاله ،مما يسبب نوعًا من الخلط والتشويش .ولتوضيح هذه
المصطلحات ،نستعرض فيما يلي تعريفاتها:
الوزن النوعي المطلق ) -(Absolute specific gravityوهو الوزن النوعي للمكونات المعدنية للتربة ،ويقاس بعد سحق التربة وكشف كل الفراغات فيها .
فحوصات التربة للغراض النشائية
98
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
الوزن النوعي الظاهري ) -(Apparent specific gravityوهو الوزن النوعي لحبيبات التربة كما هي في الطبيعة . الوزن النوعي الكلي ) -(Bulk specific gravityوُيقاس للحبيبات المشبعة
بالماء مجففة السطح ) (Saturated surface dryأي عندما تكون الفراغات
مملوءة بالماء ،وللحبيبات المبللة مجففة السطح ) ،(Wet surface dryوذلك عندما تكون الفراغات غير ممتلئة تمامًا بالماء ،وكذلك للحبيبات المجففة بالفرن )
. (Oven dry
ويستعمل الوزن النوعي الكلي في حسابات الخرسانة ويتم تحديده عادة للركام المستعمل في الخلطات الخرسانية . وأما الفائدة العملية لمعرفة الوزن النوعي لحبيبات التربة ،فتكمن في استعمال قيمته في حساب نسبة الفراغات في التربة ) (Voids ratioوالمسامية )(Porosity ودرجة التشبع بالماء ) ،(Degree of saturationوكذلك في حسابات تجربة التدرج الحبيبي للتربة بالهيدروميتر . وتتراوح القيمة العددية للوزن النوعي للتربة المتماسكة )غير العضوية( بين ،2. 72-2. 68وتبلغ حوالي 2. 67للتربة الرملية غير المتماسكة . وسنعرض فيما يلي التجربة الكثر شيوعًا ليجاد الوزن النوعي للتربة باستعمال
الدورق المدرج )البكنوميتر( .
3-4-1الوزن النوعي للتربة باستعمال الدورق المدرج )البكنوميتر( )(Specific Gravity Determination Using the Pycnometer ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377, Test No. 6. ASTM D-854. AASHTO T-100. فحوصات التربة للغراض النشائية
99
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1دوارق مدرجة عدد ) (2سعة 100سنتمتر مكعب . .2فرن تجفيف ). (Dry oven
.3وعاء مع مدقة لسحق التربة ). (Mortar and pestle .4منخل رقم ) 10قياس فتحاته 2ملمتر( .
.5حوض رملي ساخن ) (Sand - bathأو حوض ماء ساخن . .6ميزان ح اررة ). (Thermometer
.7ماء مقطر ). (Distilled water ) (3الطريقة ):(Procedure -1يتم تجفيف التربة في الهواء ثم سحقها في الوعاء بالمدقة .
ُ -2تؤخذ كمية من التربة بعد سحقها ويتم تمريرها عبر المنخل رقم ). (10 -3
-4 -5
ُتؤخذ عينة من الجزء المار من المنخل وزنها حوالي 15غرامًا )15 غراماً لكل 100سم 3من حجم الدورق( . يوزن الدورق فارغًا وليكن وزنه ). (m1
توضع العينة داخل الدورق بعناية ،ويوزن الدورق مع العينة وليكن هذا الوزن )) (m2وزن العينة = . (m1-m2
ل ثم يوضع في -6يمل الدورق إلى منتصفه بالماء المقطر وُيرج قلي ً
الحوض الرملي الساخن ليغلي ،وذلك لبعاد فقاعات الهواء وفصل المكونات .ويكون الغلي للتربة الرملية لمدة ثلثين دقيقة وللطينية ساعة واحدة ،مع مراعاة خفض ح اررة التسخين عندما تتكون رغوة داخل الدورق .
فحوصات التربة للغراض النشائية
100
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
ل . -7بعد الغلي يترك الدورق ومحتوياته لتبرد قلي ً
-8يمل الدورق بالماء المقطر حتى العلمة التي تدل على سعته ويترك ليبرد إلى درجة ح اررة الغرفة .
-9يجفف سطح الدورق الخارجي وكذلك عنق الدورق من الداخل ،ويراعى أن ل تكون هناك حبيبات من التربة عالقة في العنق فوق مستوى المحلول . -10 -11
يوزن الدورق ومحتوياته وليكن الوزن ) . (m 3
يفرغ الدورق من جميع محتوياته ويغسل جيدًا بالماء ثم يمل
بالماء المقطر حتى العلمة التي تدل على سعته ،ويوزن بعد تجفيفه من الخارج وداخل العنق ،وليكن وزنه ) . (m 4
) (4الحسابات ):(Calculation يحسب الوزن النوعي للتربة )الحبيبات الصلبة( بالمعادلة التالية: m 2 − m1 ) (m 4 + m 2 ) − ( m 3 + m1
= Gs
ل لحسابات الوزن النوعي للحبيبات الصلبة للتربة . ويبّين النموذج ) (4-3مثا ً ) (5ملحظات ):(Notes -1إذا كانت التربة تحتوي على أملح ذائبة في الماء ،فإن استعمال الماء في إيجاد الوزن النوعي يعطي نتائج مخفضة للوزن النوعي بسبب ذوبان هذه الملح أثناء التجربة .
في هذه الحالة يمكن استعمال سوائل أخرى مثل الكيروسين )الكاز( أو البنزين . -2هناك طرق أخرى لتحديد الوزن النوعي لحبيبات التربة مثل استخدام أنبوب أسطواني مدرج سعة 1000مللتر ) (BS1377أو بكنوميتر أسطواني خاص .ولكن الطرق
فحوصات التربة للغراض النشائية
101
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
كلها تتشابه من حيث المبدأ ،مع بقاء استخدام الدورق المدرج الكثر شيوعًا في الممارسة .
-3يتم إجراء التجربة مرتين )في دورقين منفصلين( وتكون النتائج مقبولة إذا لم يزد الفرق بين القيمتين عن ) ،(0. 02أي :
× 0. 02القيمة الكبر +القيمة القل > القيمة الكبر .
نموذج )(4-3 1
2
رقم المحـــاولــة
15
16
وزن الدورق +التربة +الماء ) (m3غم
2112
2110
) (m2غم
1600
1595
1495
1495
620
620
وزن الماء المستعمل
) (m3 – m2غم
512
510
وزن التربة المستعملة
) (m2 – m1غم
980
975
363
365
2. 70
2. 67
رقم الدورق وزن الدورق +التربة
وزن الدورق مملوءًا بالماء فقط ) (m4غم وزن الدورق
حجم التربة
) (m1غم
) (m3 – m2)-(m4 – m1غم m 2 − m1 = Gs ) (m 4 + m 2 ) − ( m 3 + m1
ملحظة ) 2. 70 >2. 72 = 2. 67 + 2. 70 ×0. 02 :النتيجة مقبولة( .
3.5
كثافـة التربــة
)(Bulk Density of Soil
فحوصات التربة للغراض النشائية
102
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
تعتبر كثافة التربة من أهم الخصائص التي يجري تحديدها لغفرض اسفتعمالها ففي عّد ةف مجالت مهمة في حسابات التربة والساسات ،منها على سبيل المثال:
-1حساب ضغط التربة على الجدران الستنادية ). (Retaining walls -2دراسة اتزان المنحدرات الترابية ). (Slope stability analysis -3حسابات هبوط التربة ). (Settlement
-4توزيع الجهادات في التربة تحت القواعد ). (Stress distribution -5حساب حجوم أعمال الحفريات في التربة .
ويمكن إيجاد كثافة التربة عن طريق الفحوصات التي تجري في الموقع مباشرة، وتسمى بفحوصات الكثافة الحقلية ) ،(Field density testsأو عن طريق فحوصات بسيطة يمكن إجراؤها في المختبر .وسنتطرق هنا لتفصيل الفحوصات المخبرية للكثافة ،على أن يجري العرض المفصل للفحوصات الحقلية في الباب المخصص لذلك )الباب التاسع( .
3-5-1كثافة التربة بطريقة اسطوانة القطع )(Bulk Density Determination Using the Core-Cutter ) (1المراجع القياسية ):(Standard reference BS 1377.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment
فحوصات التربة للغراض النشائية
103
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.1أسطوانة قطع أحد أطرافها حاد ) ،(Hardened cutting edgeارتفاعها ) (130ملمت ًار وقطرها الداخلي ) (100ملمتر )) (BS 1377شكل ،(4-3ويمكن لهذا الغرض استعمال حلقة جهاز التضاغط )
(Consolidation ringبحيث ل يقل قطرها عن ) (50ملمت ًرا .
.2مطرقة فولذية ) -(Steel hammerشكل ). (4-3 .3ميزان ). (Balance
.4سكين خاص للقطع ). (Palette knife .5مسطرة معدنية ). (Steel ruler
.6أدوات لتحديد محتوى الرطوبة . .7زيت أو شحمة ). (Oil ) (3الطريقة ):(Procedure -1
يتم تزييت أو تشحيم ) (Lubricationاسطوانة القطع أو الحلقة السطوانية بواسطة الزيت أو الشحمة ،ويجري وزن السطوانة أو الحلقة بدقة ،وليكن هذا الوزن ). (m1
فحوصات التربة للغراض النشائية
104
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (4-3اسطوانة القطع لتحديد كثافة التربة )المرجع (/10/
-2تؤخذ قياسات وأبعاد السطوانة أو الحلقة ،ويحسب الحجم الداخلي لها بالمعادلة: πD h 4 2
=V
حيث - Dالقطر الداخلي للسطوانة أو الحلقة . -hارتفاع السطوانة أو الحلقة . -3تتم تسوية سطح التربة بالسكين ،وتوضع القطعة الفولذية )(Steel dolly أعلى اسطوانة القطع )هذا في حالة استعمال اسطوانة القطع( ،ويتم الدق
فوق السطوانة بواسطة المطرقة الفولذية ليتم انغراز السطوانة في عينة التربة ،وهنا تنفع الخبرة في ضمان جودة الدق وغرز السطوانة بهدوء وبشكل عمودي ،للحصول على عينة جيدة داخل السطوانة . في حالة استعمال الحلقة السطوانية قليلة الرتفاع ،توضع الحلقة على سطح العينة بعد تسويته ،ويتم قطع قليل من التربة بحذر حول الحلقة ثم غرزها ،وهكذا حتى تنغرز الحلقة وتمتلئ بعينة التربة . -4بعد امتلء اسطوانة القطع أو الحلقة المعدنية بالعينة ،يتم تنظيف جوانب السطوانة أو الحلقة وتسوية سطح التربة بداخلها ). (Trimming
فحوصات التربة للغراض النشائية
105
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ -5
عندها يتم وزن السطوانة أو الحلقة السطوانية والعينة بداخلها ،ويمكن وضع قطعتين من الزجاج لهما وزن معلوم ) (m4, m3عند طرفي السطوانة أو الحلقة ،وليكن الوزن مساويًا )) (m2وزن السطوانة أو الحلقة +التربة +قطعتي زجاج( .
-6يمكن ترتيب المعلومات اللزمة في جدول لتسهيل الحساب ،نموذج رقم ). (5-3 ) (4الحسابات ):(Calculations تحسب كثافة التربة بالمعادلة: mo V
=ρ
) m o = m 2 − ( m1 + m 2 + m 3
) (5ملحظات ):(Notes -1يتم تحديد الكثافة للعينة الواحدة من التربة بحسب تجانس التربة من حيث تكوينها ودرجة الدقة أثناء إجراء الفحص ،على أنه يفضل أن ل يقل عدد المحاولت عن ست . -2حينما تكون التربة متجانسة التركيب ،فإن الفروقات بين قيم الكثافة ل يجب أن تزيد عن 0. 03غرام /سنتمتر مكعب )= 0. 03طن/متر مكعب( . -3تؤخذ القيمة المتوسطة للقيم التي يتم إيجادها لتكون بمثابة قيمة الكثافة للعينة قيد الفحص .
-4هذا الفحص شائع الستعمال ليجاد كثافة الشكال الناعمة من التربة ،وهو ما يمكن استنتاجه من الطريقة التي ُيجرى بها .
-5نظ ًار للعلقة المهمة بين كثافة التربة ومحتوى رطوبتها ،حيث تزيد كثافة التربة لو زاد محتوى رطوبتها ،فإن محتوى الرطوبة يقاس جنبًا إلى جنب مع تحديد الكثافة ،ويذكر دائمًا حيث يأتي ذكر الكثافة .
فحوصات التربة للغراض النشائية
106
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-6الكثافة الجافة للتربة ) (Dry densityقيمة مهمة تدخل في كثير من حسابات التربة ،وخصوصًا فحوصات تقييم الدمك) ،(Compactionويمكن إيجادها إذا
كانت الكثافة الرطبة معلومة ،وكذلك محتوى الرطوبة ،وذلك من المعادلة التالية: 100ρ = ρd 100 +W ρ = ρd 1 +W
-7الكثافة التي يتم تحديدها خلل هذا الفحص هي نفسها التي تسمى بالكثافة الرطبة )wet
،(densityوذلك لتمييزها عن الكثافة الجافة .وهذا متعارف عليه في كتب الختصاص ،حيث تعتبر الكثافة رطبة حيثما ورد مصطلح )كثافة التربة( حتى ولو لم تجر الشارة لذلك .
نموذج )(5-3 قطر الحلقة
وزن الحلقة
وزن قطعتي
وزن الحلقة أو
ارتفاع
السطوانة
السطوانة
السطوانة
m ,m
التربة وقطعتيف
)سم(
)سم(
)غم(
الحلقة أو
أو
أو
الزجاج
4
3
السطوانة مع
حجم عينة التربة )(V
4. 00
6. 00
127. 3
100. 5
455. 98
114. 0
)غم(
)غم/سم (3
)ρ = m1-(m1+m3+m4
h
D
m1
m3+m4
m2
V
فارغة
فارغة
ρ
العينة
ρd
رطوبة
)(W )(%
للتربة
)غم/سم (3
15. 61
1. 73
V
W
)ρd = ρ÷ (1+W
)غم(
الزجاج
)سم (3
كثافة التربة
محتوى
الكثافة الجافة
0
فحوصات التربة للغراض النشائية
0
107
2. 00
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
3-5-1كثافة التربـة بطريقة الغمر بالماء )(Bulk Density Determination Using Immersion In Water ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377, Test No. 15 (E).
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment أ .وعاء معدني أو بلستيكي محكم ). (Water-tight container .2ميزان له حساسية إلى 1غرام ). (Balance .3حّم افلة ) (Cradleمع هيكل مساعد ) (Supporting frameكما هو مبين في الشكل ). (5-3
.4شمع برافين ) (Paraffin waxله كثافة معلومة ) . (ρ p
.5جهاز خاص أو وعاء لتذويب شمع البرافين ). (Melting tank .6سكين للقطع ). (Knife
.7ورقة ترشيح ). (Filter paper ) (3الطريقة ):(Procedure -1يتم أخذ قطعة من العينة المراد إيجاد كثافتها دون خلخلة تركيبها ،ول ضرورة لن تكون متساوية أو منتظمة البعاد ،ولكن يلزم أن تكون معقولة الحجم )حوالي 30سنتمت ًار مكعبًا أو أكثر( .
-2تنظف أطراف العينة بالسكين ويسوى سطحها إلى حد ما ،ثم توزن العينة ،وليكن وزنها ). (m
فحوصات التربة للغراض النشائية
108
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-3يسخن البرافين حتى درجة ح اررة 60مئوية ،ثم يجري تلبيس العينة بالبرافين السائل بواسطة تغطيسها في الوعاء الذي يحتوي البرافين من عدة جهات ،لتتغطى العينة بطبقة من البرافين 1. 0-5. 0ملمتر . ويراعى هنا أن ل ُيحتجز هواء داخل فقاعات بين التربة والبرافين ،ويمكن
التخلص من فقاعات الهواء بواسطة إبرة مدببة ساخنة مع الضغط اللّين بالصبع لتسوية المكان الذي كانت فيه الفقاعة . -4توزن العينة المغطاة بالبرافين ،وليكن هذا الوزن ) . (m 1
-5يوجد وزن البرافين ). (mp = m - m 1
-6يوجد حجم البرافين ) (Vp = mp / ρpحيث -pكثافة البرافين ،وتكون عادة بحدود 0. 9غرام/سنتمتر مكعب .
-7
يتم غمر العينة بالماء بعد ربطها بخيط أو بوضعها داخل الحمالة كما هو موضح في الشكل ) ،(5-3ويؤخذ وزن العينة وهي معلقة في الماء، وليكن هذا الوزن ). (m2
-8
يتم إخراج العينة من الماء ويجفف سطحها بواسطة ورقة الترشيح، وتوزن في الهواء .إواذا كان هناك فرق بين هذا الوزن والوزن ) (m1يزيد
على 0. 02غرام ،فإن العينة تعتبر لغية .
-9يتم تحديد محتوى الرطوبة للعينة بعد كسر طبقة من البرافين إواخراج التربة .
) (4الحسابات ):(Calculations -1
حجم العينة )سم (3 m1 − m ρp
V = (m1 − m 2 ) −
ب -كثافة التربة )غم/سم (3 فحوصات التربة للغراض النشائية
109
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
m V
=ρ
ت -الكثافة الجافة للتربة )غم/سم (3 100ρ 100 + W
= ρd
ρ 1+W
= ρd
حيث -Wمحتوى الرطوبة للتربة . ل لحسابات الكثافة بطريقة الغمر بالماء . ويبين النموذج ) (6-3مثا ً ) (5ملحظة ):(Note يتففم حسففاب كثافففة الترب ة بهففذه الطريقففة مرتيففن علففى القففل ،وتؤخ ذ القيمففة المتوسفطة للكثافة ،على أن ل يزيد الفرق بين قيمتي الكثافة عن 0. 03غرام /سنتمتر مكعب .
فحوصات التربة للغراض النشائية
110
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (5-3الدوات المستعملة في طريقة الغمر بالماء )المرجع (/10/
نموذج )(6-3 وزن
العينة قبل تغطيتها
بالبرافين
وزن العينة
وزن العينة
البرافين
البرافين
مع طبقة
كثافة
حجم العينة
البرافين
مع طبقة
كثافة العينة
محتوى
الرطوبة
الكثافة الجافة
وهي معلقة بالماء
)غم/سم 3
)غم(
)غم(
)غم(
m
m1
m2
ρp
(
)غم/سم 3
)سم (3
(
m1 − m ρp
V = (m1 − m 2 ) −
)(%
)غم/سم (3
ρ
W
ρd
60. 00
68. 00
28. 00
0. 90
31. 11
1. 93
14. 70
1. 68
72. 42
81. 00
33. 34
0. 90
38. 13
1. 90
14. 60
1. 66
3-5-3كثافة التربة بطريقة القياسات المباشرة )(Bulk Density Determination By Direct Measurements فحوصات التربة للغراض النشائية
111
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
) (1المراجع القياسية ):(Standard references GOST, 5182 (Russian Standard).
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1
سكين حاد ). (Knife
.2
مسطرة ). (Ruler
.3
ميزان ). (Balance
) (3الطريقة ):(Procedure تعتبر هذه الطريقة من الطرق السريعة لتحديد كثافة التربة ،وخصوصًا في الموقع ،عندما تكون هناك ضرورة لمعرفة الكثافة .وتتلخص خطوات هذه
الطريقة بما يلي: .1يقطع جزء من قطعة كبيرة من التربة بواسطة سكين ويتم تشكيل العينة على شكل مكعب منتظم البعاد .
.2يحسب حجم العينة بسهولة )الطول × العرض × الرتفاع( ). ( V .3توزن العينة كما هي ،وليكن وزنها ). (m .4تحسب الكثافة من المعادلة :
m V
فحوصات التربة للغراض النشائية
=ρ
112
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
3.6
التدرج الحبيبـي للتربــة
)(Particle size distribution of soil تتكون التربة من حبيبات ذات أحجام وقياسات مختلفة ،تتراوح بين الحجار التي تزيد أبعادها عن 20سنتمت ًرا ،والمواد الطينية الناعمة ،التي يكون قطر حبيباتها أقل من 0. 002ملمتر .
والمقصود بالتدرج الحبيبي للتربة ،هو فرز الحبيبات ذات المقاسات المتشابهة في العينة إوايجاد نسبة كل منها إلى الوزن الكلي للعينة .ويجري التعبير عادة عن
النسبة المئوية للمواد الكثر نعومة من قياس معين ) ،(Percentage finerأو نسبة المواد التي تمر من منخل معين ،كما سنرى فيما بعد . وهناك طريقتان مختلفتان ليجاد التدرج الحبيبي لعينات التربة ،وهما طريقة التنخيل )الغربلة( ) (Sievingوطريقة الترسيب ). (Sedimentation وتستعمل الطريقة الولى ،أي طريقة التنخيل ،ليجاد التدرج الحبيبي للتربة الحصّو يففة والرملية ) ،(Gravel and sand sizeوذلك بتمرير عينة من التربة عبر
سلسلة من المناخل )الغرابيل( القياسية ) ،(Standard sievesوالتي تختلف في مقاسات فتحاتها ،حيث توضع المناخل فوق بعضها بحيث يكون المنخل ذو
الفتحات الكبر في العلى ،وتوضع فيه العينة ،ثم يجري التنخيل بواسطة هزاز ميكانيكي ) ،(Mechanical shakerأو بواسطة اليد ،لمدة من الوقت ل تقل عن عشر دقائق ،تكون كافية لفرز الحجام المختلفة من الحبيبات التي تحتويها العينة .وبعد انتهاء التنخيل يوزن الجزء المتبقي على كل منخل وتجري
فحوصات التربة للغراض النشائية
113
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
الحسابات لتحديد نسبة المتبقي ) (Percentage retainedونسبة المار ) (Parentage passingمن كل منخل إلى الوزن الصلي للعينة . وتجدر الشارة إلى أن قياس فتحات المناخل ) (Aperture sizeيختلف باختلف المواصفات ،ويحتوي الملحق رقم ) (5في نهاية هذا الكتاب على مقارنة بين المناخل المستعملة في كل من المقاييس المريكية ) (ASTMوالبريطانية )(BS والفرنسية ) (AFNORواللمانية ) ،(DINعلى الرغم من أن الكثر شيوعًا في
الستعمال ،هي المناخل المطابقة للمواصفات المريكية والبريطانية .
وأما بالنسبة للتربة ناعمة التركيب من الطمي والطين ،فإنه نظ ًار لنعومتها وعدم وجود مناخل ذات فتحات صغيرة )أصغر منخل قياسي متداول هو رقم 200
ومقاس فتحاته 0. 075ملمت ًرا( ،يجري اللجوء إلى طرق الترسيب لدراسة تدرجها،
وأشهرها باستعمال الهيدروميتر ) ،(Hydrometerوهو مصطلح يترجمه البعض إلى )الِم كفثاف( .وتكمن فحوى هذه الطريقة بإلقاء عينة من التربة المارة من المنخل رقم ) (200في أنبوب ترسيب فيه محلول من الماء مع مادة
هكساميتافوسفات الصوديوم ) ( Sodium hexametaphosphate - Na PO3التي تمنع تلصق الحبيبات .ويترك المحلول لفترة زمنية يجري خللها أخذ عدة قراءات لكثافة المحلول ،والتي يفترض أنها تقل كلما زادت نسبة الجزء المترسب من العينة .ويتم إيجاد حجم الحبيبات في هذه الطريقة باستعمال معادلة الفيزيائي النجليزي ج .ستوكس ) ،(G.Stokesوالتي تربط بين سرعة ترسب الحبيبات في السائل ومقاس هذه الحبيبات وكثافتها ولزوجة السائل ). (Viscosity ونشير هنا إلى أنه يجري أحيانًا استعمال الطريقتين المذكورتين في آن معًا ،وذلك
عندما تحتوي التربة في تركيبها على مواد ناعمة ،إضافة إلى المكونات الخشنة
كالحصى والرمل ،حيث يتم فصل العينة على المنخل رقم ) ،(200ويجري تنخيل
فحوصات التربة للغراض النشائية
114
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
الجزء المتبقي على هذا المنخل عبر سلسلة المناخل القياسية ،ويدرس تدرج الجزء المار من هذا المنخل بواسطة الهيدروميتر أو غيره من طرق الترسيب . ويتم تمثيل نتائج التدرج الحبيبي على منحنيات خاصة تسمى بمنحنيات التدرج الحبيبي )) (Particle size distribution curvesشكل . (6-3وتكون قياسات الحبيبات على محور السينات لهذه المنحنيات ،والنسبة المئوية للمواد النعم من كل قياس على محور الصادات . ونشير إلى أن هناك شكلْي نف من هذه المنحنيات .الول ،وتتدرج فيه المواد من
النعم إلى الخشن )على محور السينات( ،من الشمال إلى اليمين ،وهو
المستعمل في الممارسة البريطانية ،والثاني ،وهو صورة معكوسة للول ،وتدرج المواد فيه يبدأ من اليمين ،وهو المستعمل في الممارسة المريكية .وهي ملحظة نوردها هنا ،رغم عدم وجود أي فرق يذكر بين الشكلين من حيث المضمون ،وذلك ل للفائدة . استكما ً
وأما الضرورة العملية لمعرفة التدرج الحبيبي للتربة فتكمن في: -1أن التدرج الحبيبي للتربة هو المفتاح الول والساسي لتصنيف التربة للغراض النشائية )Soil classification for engineering
،(purposesحيث تقسم التربة إلى أشكال مختلفة بحسب مقاسات الحبيبات التي تحتويها ،ويساعد منحنى التدرج الحبيبي للتربة في تصنيفها إلى تربة منتظمة التركيب )) (Uniformأي تتكون من حبيبات متشابهة القياس( ،أو جيدة التدرج )) (Well-gradedتتوزع فيها مقاسات الحبيبات من الصغير إلى الوسط إلى الكبير( ،أو سيئة التدرج ) ) (Poorly- gradedل تحتوي على قياسات وسطية ،أي أنها تتركب من حبيبات كبيرة وصغيرة دون ما هو بينهما( . وهناك قيمتان يجري إيجادهما من منحنيات التدرج الحبيبي للتربة، فحوصات التربة للغراض النشائية
115
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
وتسفاعدان في تصنيف التربة ،وهما معامل النتظام )Uniformity
:(coefficient D 60 D10
= Cu
)(3-4
ومعامل تجويف )تقعر( المنحنى ):(Concavity coefficient (D 30 ) 2 = (3-5) C c D 60 D10
حيث ترمز ،D10، D30، D60إلى قياسات الحبيبات التي تبلغ نسبة النعم منها في العينة 10بالمئة30 ،بالمئة و 60بالمئة على التوالي .وتطلق على القياس D10
تسمية القياس الفّعال ). (Effective size
-2وهناك استعمال مهم جدًا للتدرج الحبيبي للتربة في الهندسة الجيوتقنية وأعمال
النشاءات يمكن تلخيصه كما يلي:
)أ(اختيار مواد الردميات أو المواد المالئة ) ،(Fill materialحيث تحدد المواصفات المختلفة حدودًا معينة للتدرج الحبيبي للمواد المستعملة لغراض
الردميات في أعمال السدود والمباني وغيرها .
)ب(اختيار مواد الطبقات الترابية لعمال الطرق ،مثل طبقة ما تحت الساس ) (Sub-baseوالساس ) (Baseوغيرها . )ت(اختيار المواد المناسبة للعمل كمرشحات )،(Filtersحيث يلزم أن يكون للمواد المستخدمة لهذا الغرض تدرج حبيبي محدد . )ث(اختيار المواد المناسبة للستعمال في الخلطات الخرسانية ،كالرمل والركام ) (Fine and coarse aggregatesالتي تحدد لها المواصفات مجالت التدرج الحبيبي المناسبة للخلطة الخرسانية المطلوبة .
فحوصات التربة للغراض النشائية
116
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
)ج(اختيار الطريقة النسب لعمال التقوية والحقن الكيمائي للتربة ) ،(Grouting and chemical injectionحيث يعتمد اختيار المواد ومدة الحقن على التدرج الحبيبي للتربة . )ح(ُتساعد معرفة التدرج الحبيبي للتربة في تقرير فاعلية تحسين خصائصها
بواسطة الدمك )،(Compactionحيث تعتمد نسبة الدمك التي من الممكن
بلوغها لنوع معين من التربة على التدرج الحبيبي لهذه التربة إلى حد كبير .
)أ( 100 80
40 20
10
0.1
1 فسفلمن ف ف ف ففخل)ممف( قفي ف فاف ف ا
)ب(
فحوصات التربة للغراض النشائية
117
0 0.01
نفسبة الففمارف )(%
60
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ 100 80
40
نففسبةف ال فمفار )(%
60
20 0 0.1
0.01
10
1 قفي ف فاف ففسالمن ف ف ف ففخل)ممفف(
شكل ) -(6-3منحنيات التدرج الحبيبي للتربة .1
الشكل الشائع في الممارسة البريطانية ). (BS
ب .الشكل الشائع في الممارسة المريكية )(ASTM
3-6-1التدرج الحبيبـي للتربة بالتنخيل الجـاف )(Particle Size Distribution By Dry Sieving ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377 ASTM D-421, D-422 AASHTO T-88.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1
مجموعة المناخل القياسية ) ،(Set of standard sievesمع غطاء) (Lidووعاء ) (Panمن نفس القياس يوضع تحت مجموعة من المناخل ،ويمكن أخذ إحدى مجموعتي المناخل المبينتين أدناه للتربة الخشنة :/8/
فحوصات التربة للغراض النشائية
118
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
مجموعة )أ(
مجموعة )ب(
قياس فتحات المنخل )مم(
غطاء
غطاء
-
منخل رقم 4
منخل رقم 4
4. 75
10
10
2. 00 0. 850
20 30 40
0. 425 50
60 140
.2 .3 .4 .5
0. 300 0. 250
100 200
0. 600
0. 150 0. 106
200
0. 075
هزاز ميكانيكي )-(Mechanical Shakerاختياري ،-مع ساعة توقيت . موازين مناسبة ). (Balances فرن تجفيف ). (Drying oven أوعية معدنية ). (Metal trays
) (3الطريقة ):(Procedure -1يتم أخذ العينة التي سيجري عليها الفحص من العينة الصلية بواسطة
التقسيم في صندوق الفرز ) ،(Riffle boxوذلك لضمان الحصول على عينة متجانسة وجيدة التمثيل للعينة الصلية ويعتمد وزن العينة اللزمة للفحص على قياس اكبر حبيبة فيها ،حيث يلزم أخذ وزن أكثر كلما كانت التربة تحتوي حبيبات كبيرة أكثر .ويبين الجدول ) (3-3الكمية المطلوبة للفحص حسب مقاس الحبيبات الكبر في العينة ،/6/وذلك بناء على
فحوصات التربة للغراض النشائية
119
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
المواصفات البريطانية ) ،(BS 1377وهو جدول استرشادي ول تؤدي زيادة أو نقصان الكميات المشار إليها فيه إلى خلل كبير . -2يتم تجفيف العينة حتى يثبت وزنها وذلك باستعمال فرن التجفيف، وتحت درجة تتراوح بين 110-105درجة مئوية . -3توزن العينة بعد ثبات وزنها ،وليكن هذا الوزن ). (m1
-4تؤخذ مجموعة المناخل القياسية المناسبة )حسب قياسات الحبيبات في العينة( ،وترتب فوق بعضها )ذو الفتحات الكبر ثم الصغر وهكذا(، ووضع الوعاء الذي له نفس قطر المناخل تحت أصغر منخل . -5توضع العينة على المنخل العلى )أكبر قياس( وتغطى بالغطاء ،ثم يبدأ التنخيل باستعمال الهزاز الميكانيكي أو بواسطة اليد ،ولمدة تكون كافية
لغرز القياسات المختلفة للحبيبات التي تحتويها العينة )حوالي 10 دقائق( . ملحظة :إذا كان الهزاز الميكانيكي أصغر من أن يتسع لكل مجموعة المناخل ،فيمكن تجزئة العملية ،وكذلك في حالة التنخيل اليدوي . جدول ) -(3-3الحد الدنى لوزان عينات التدرج قياس أكبر حبيبة في العينة
الوزن الدنى للعينة المطلوبة
الصلية
لفحص التنخيل
< 2ملمتر
100غرام
6. 3
200
10. 0
500
14. 0
1كيلو غرام
20. 0
2
28. 0
6
37. 5
15
فحوصات التربة للغراض النشائية
120
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ 50. 0
35
63. 0
50
75. 0
75
100. 0
150
150. 0
500
200. 0
1000
-6بعد انتهاء التنخيل يؤخذ المتبقي على كل منخل إلى وعاء معدني ثم يوزن بدقة ،كما يوزن الجزء الذي تبقى في الوعاء السفلي . ) (4الحسابات ):(Calculations يتم إجراء الحسابات كما يلي: ) (1نسبة المتبقي على كل منخل إلى الوزن الصلي للعينة ) . (m 1
)وزن العينة على المنخل ÷ وزن العينة الصلي m1) ×100%
)ب( نسبة المار من كل منخل ،وتكون مساوية لنسبة المار في المنخل الذي سبقه ،مطروحًا منها وزن العينة المتبقي على نفس المنخل . ل لحسابات التجربة التي سبق شرحها ،مع منحنى ويبين النموذج ) (7-3مثا ً
التدرج الحبيبي .
3-6-2التدرج الحبيبي للتربة بطريقة الغسل )(Particle Size Distribution By Wet Sieving تستعمل هذه الطريقة للتنخيل عندما تحتوي عينففة التربة علففى نسففبة مففن الطيففن أو الطمف ففي أو كليهمف ففا ،والف ففتي تكف ففون عف ففادة متماسف ففكة الحبيبف ففات ول تف ففذوب إل بالغسفل .وتسفتعمل الطريقفة سفواء كفبرت نسفبة المفواد الناعمفة ففي العينفة قياسفًا
إلى المكونات الخشنة ،أو صغرت هذه النسبة في العينة . فحوصات التربة للغراض النشائية
121
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377 ASTM, D-421, D-422 AASHTO, T-88.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment .1مجموعة المناخل القياسية مع غطاء ووعاء )أنظر التجربة السابقة( . .2هزاز ميكانيكي )-(Mechanical Shakerاختياري ،-مع ساعة توقيت . .3موازين مناسبة ). (Balances
.4فرن تجفيف ). (Drying oven
ج .أوعية معدنية ). (Metal trays .6مع ِم َدفقفة لسحق )طحن( التربة ). (Mortar and pestle ) (3الطريقة ):(Procedure -1يتم تحضير عينة من التربة المراد فحصها بالطريقة التي ذكرت في التجربة السابقة ) ،(1-6-3ويمكن دق التربة لسحقها إلى مكوناتها
الصغر بواسطة المدقة . -2
يتم تجفيف العينة التي سيجري عليها الفحص حتى يثبت وزنها ،ويسجل هذا الوزن ،وليكن ). (m1
-3يؤخذ المنخل القياسية رقم ) ،(10ويوضع الول فوق الثاني دون استعمال الغطاء أو الوعاء . -4توضع العينة على المنخل رقم ) ،(10ويجري تسليط رشاش الماء
الموصول بالصنبور لتسهيل ذوبان الكتل ومرور المواد الناعمة إلى
المنخل الصغر )رقم ،(200ومن ثم المرور من هذا المنخل . فحوصات التربة للغراض النشائية
122
-
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
نموذج )(7-3 رقم
قياس الفتحات
وزن المتبقي
نسبة المتبقي
نسبة المار
المنخل
)مم(
)مم(
)(%
)(%
4
4. 75
0. 0
0. 0
100
8
2. 36
76. 20
18. 14
81. 86
16
1. 18
84. 30
20. 07
61. 79
30
0. 600
99. 10
23. 60
38. 19
40
0. 425
58. 60
13. 95
24. 24
50
0. 300
42. 70
10. 17
14. 07
100
0. 150
41. 40
9. 86
4. 21
200
0. 075
11. 00
2. 62
1. 59
الوعاء
-
6. 70
1. 59
0. 0
420. 0
100
100 80
40 20 0 10
0.1
1 قفي ف فاف ففسالمن ف ف ف ففخل)ممفف(
فحوصات التربة للغراض النشائية
123
0.01
نففسبةف ال فمفار )(%
60
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-5عند التحقق من أن الجزء الموجود على المنخل رقم ) (10قد أصبح خاليًا من المواد الناعمة ،تتم مواصلة الغسيل على المنخل رقم )(200
إلى أن يصبح الماء الخارج من هذا المنخل صافيًا ،مما يدل على مرور كل المواد الناعمة .
-6بعد الغسيل ،تترك المواد المتبقية على المنخلْي نف لترشح فترة من الوقت، ثم تنقل محتوياتها إلى أوعية معدنية ،وتوضع في فرن التجفيف تحت درجة ح اررة تتراوح بين 110-105درجة مئوية حتى يثبت وزنها . -7توزن المواد بدقة بعد التجفيف . -8يجري تنخيل المواد عبر سلسلة من المناخل القياسية ،كما في طريقة التنخيل الجاف )التجربة السابقة ،(1-6-3ويتم إيجاد أوزان الجزاء المتبقية على كل منخل . ) (4الحسابات ):(Calculations تجري الحسابات ليجاد نسبة المتبقي على كل منخل ونسبة المار: )أ( نسبة المتبقي على كل منخل إلى الوزن الصلي للعينة قبل الغسيل ). (m )وزن العينة على كل منخل ÷ وزن العينة قبل الغسيل m1) ×100%
)ب( نسبة المار من كل منخل ،وتكون مساوية لنسبة المار من المنخل الذي قبله ،مطروحًا منها وزن العينة المتبقي على نفس المنخل .
وبالنسبة للمواد الناعمة المارة من المنخل رقم ) ،(200والموجودة في العينة
الصلية ،فإن وزنها الدقيق يتكون من جزئين: -
الجزء الذي فقد أثناء الغسيل بمروره من المنخل رقم ). (mL) (200
فحوصات التربة للغراض النشائية
124
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ -
الجزء الذي مر من المنخل رقم ) (200أثناء التنخيل الجاف للعينة بعد غسلها وتجفيفها ) ،(mpحيث:
mF = mL + mP m L = m1 − m w
حيث - mwوزن العينة بعد غسلها وتجفيفها .
وتكون النسبة المئوية للمار من المنخل رقم ) (200مساوية لفِ : mF x100% m1
ل لحسابات التدرج الحبيبي للتربة بطريقة الغسيل . /6/ ويبين النموذج ) (8-3مثا ً
نموذج )(8-3 قياس الفتحات
وزن المتبقي
نسبة المتبقي
نسبة المار
4
4. 75
0. 0
0. 0
100
10
2. 00
20. 00
4. 00
96. 00
16
1. 18
35. 00
7. 00
89. 00
30
0. 600
60. 00
12. 00
77. 00
60
0. 250
145. 00
29. 00
48. 00
200
0. 075
100. 00
20. 00
28. 00
الوعاء
-
10. 00
2. 00
-
رقم المنخل
فحوصات التربة للغراض النشائية
)مم(
)مم(
125
)(%
)(%
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-
المار من منخل رقم ) (200بالتنخيل الجاف ) mp) = (10غم( .
-
الوزن الكلي للمار من منخل رقم ) mF) = (mp + mL) = (140) (200غم( .
-
نسبة المار من منخل رقم ). (mF ÷ (m1 × 100% = (28%) = (200
1 فسلفمنف ف ف ففخل)ممف( قفي ف فا ف ف ا
3.7
تصنيف التربـة للغراض ال نـشائيـة
)(Soil Classification For Construction Purposes إن اختلف وتعدد أشكال التربة وأنواعها من مكان إلى مكان ،وحتى في المكان الواحد ،يجعل من الصعب اعتماد نظام واحد موحد لتصنيفها . وتصنيف التربة للغراض النشائية أمر غايفة ففي الهميفة ،فهفو يعطفي فكفرة ،إوان كانت تقريبيفة ،عفن الخصففائص المتوقعفة لهففذه التربة أو تلففك ،ممفا يسفاعد ففي رسم التصور الولي في ذهن المهندس ،عن الشكل الذي ستكون عليه أساسففات المبنففى أو المنشأ . ولهففذا الغففرض ،أي تصففنيف الترب ة للغ فراض النشففائية ،يتعامففل المهندسففون مففع أنظمففة عديففدة مختلفففة ،يأخففذ معظمهففا بالتففدرج الحبيففبي للترب ة أساس فًا ،بينمففا يعتمففد فحوصات التربة للغراض النشائية
126
نفسبة الففمارف )(%
10
0.1
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.01
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
جزء من هفذه النظمففة علفى خصفائص اللدونة للتربة كأسففاس للتصفنيف ،أو علففى المرْي نف معًا ،كما سنرى بالتفصيل ،من خلل استعراض اكثر هذه النظمة شففيوعًا وانتشا ًرا .
وأما النظمة التي سنناقشها هنا فهي: -1نظام المكتب المريكي لتصنيف التربة )(U.S Bureau soil classification system -2نظام معهد ماساشوستس للتكنولوجيا لتصنيف التربة )(M.I.T* soil classification system -3التصنيف النسيجي للتربة حسب إدارة الزراعة المريكية )(U.S Department of Agriculture Textural classification of soil -4نظام الجمعية المريكية للطرق لتصنيف التربة )(AASHTO soil classification system -5النظام الموحد لتصنيف التربة )(Unified Soil Classification System-USCS -6تصنيف التربة حسب المقاييس الروسية )(Soil classification according to Russian Standards ول بد من الشارة هنا ،إلى أن تصنيف التربة حسب أي من هفذه النظمفة ل يعتفبر
نهائيًا ،والتصنيف النهائي للتربة يأتي بعد إجراء الفحوصات اللزمة فففي المختففبر، التي تؤكد انتماء التربة إلى هذا النوع أو ذاك ،وتؤكد بالتالي صحة التصنيف . 3-7-1نظام المكتب المريكي لتصنيف التربــة )(U.S Bureau Soil Classification System M.I.T – Massachusetts Institute of Technology. فحوصات التربة للغراض النشائية
127
*
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
يعتمففد هففذا النظففام علففى قيففاس حبيبففات الترب ة كأسففاس لتقسففيمها إلففى مجموع ات . ويبّين الجدول ) (4-3كيفية تقسيم التربة إلى مجموعات حسب قياس الحبيبات . جدول ) -(4-3نظام المكتب المريكي لتصنيف التربة
3.7.2
رقم
نوع
قياس الحبيبات
المجموعة
التـربـــــــة
)مم(
-1
حصى ناعم
)(Fine gravel
2. 00-1. 00
-2
رمل خشن
)(Coarse sand
1. 00-0. 500
-3
رمل
-4
رمل ناعم
-5 -6
رمل ناعم جدًا )(Very fine sand
طمي
)(Silt
-7
طين
)(Caly
)(Sand )(Fine sand
0. 500-0. 250 0. 250-0. 200 0. 100-0. 05 0. 05-0. 005 < 0. 005
نظام معهد ماساشوستس للتكنولوجيا لتصنيف التربـة )(M.I.T Soil Classification System
يعتم ففد ه ففذا النظ ففام ،كس ففابقه ،عل ففى قي ففاس حبيب ففات التربف ة كأس ففاس لتقس ففيمها إل ففى مجموعات مختلفة .ويبّين الجفدول ) (5-3هفذه المجموعات حسفب قيفاس حبيبفات التربة .
جدول ) (5-3نظام معهد ماساشوستس للتكنولوجيا نوع
رقم
التـربـــــــة
المجموعة
قياس الحبيبات )مم(
-1
رمل خشن
)(Coarse sand
2. 00-0. 60
-2
رمل متوسط
)(Medium sand
0. 60-0. 20
فحوصات التربة للغراض النشائية
128
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-3
رمل ناعم
)(Fine sand
0. 20-0. 06
-4
طمي خشن
)(Coarse silt
0. 06-0. 02
-5
طمي متوسط
)(Medium silt
0. 02-0. 006
-6
طمي ناعم
)(Fine silt
0. 006-0. 002
-7
طين
)(Caly
< 0. 002
ويقسم هذا النظام الطين إلى مجموعات هي: الطين الخشن )0. 0006-0. 002ملمتر(، الطين المتوسط )0. 0002-0. 0006ملمتر(، الطين الناعم أو الغروي )) (Colloidal clayأصغر من 0. 0002ملمتر( ،وهيقياسات صغيرة جدًا ول تدخل ضمن اهتمامات تصنيف التربة للغراض النشائية .
ويكون تصنيف التربة حسب النظامين السابقين ) 1-7-3و (2-7-3بعد رسم منحنى التدرج الحبيبي للتربة ،وتوصف التربة على أساسه كما يلي-على سبيل المثال:- ) 5%حصى % 43 ،رمل % 16 ،طمي %36 ،طين( . 3.7.3
التصنيف النسيجي للتربة حسب إدارة الزراعة المريكية )(U.S Department of Agriculture Textural Classification of Soil
يفترض هذا النظام لتصنيف التربة أن الخيرة تتكون من ثلثة أحجام من الحبيبات فقط )الرمل والطمي والطين( ،فيما يستثني الحبيبات التي يزيد قياسها عن ) (2ملمتر )الحصى( . وبعد إيجاد النسبة المئوية لكل من الحجام الثلثة المذكورة في عينة التربة ،يتم تمثيل هذه النسب على مثلث خاص ،تقع على كل ضلع من أضلعه النسب فحوصات التربة للغراض النشائية
129
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
المئوية لما تحتويه العينة من كل حجم من الحجام )شكل ،(7-3ويعطي للتربة اسم ذلك النوع الذي وقعت فيه نقطة تلقي الخطوط المستقيمة الموازية للضلع الثلثة حسب نسب التربة المحددة .
شكل )(7-3
مثـال توضيحـي لتوضيح استعمال المثلث المبين في الشكل ) (7-3لتصنيف التربة ،نورد المثال التالي . إذا علمت أن نتيجة التدرج الحبيبي لعينة من التربة باستعمال التنخيل والترسيب كانت كما يلي: محتوى الرمل = %67 محتوى الطمي = %23 -محتوى الطين = %10
فحوصات التربة للغراض النشائية
130
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
فما نوع التربة باستعمال المثلث الخاص بطريقة تصنيف التربة حسب نظام إدارة الزراعة المريكية ؟ الحفل : ) (1نمثل نسبة محتوى الرمل ) (%67في العينة على الضلع اليسر في المثلث، ونرسم من هذه النقطة خطًا مستقيمًا موازيًا للضلع اليمن من المثلث .
) (2نمثل نسبة محتوى الطمي ) (%23على قاعدة المثلث ،ونرسم من هذه النقطة خطًا مستقيمًا موازيًا للضلع اليسر .
طفال الرملي ) نلحظ تقاطع الخطين في النقطة ) (Mالواقعة ضمن منطقة ال ُ طفال رملي . ) (Sandy loamشكل . (7-3إذن ،العينة عبارة عن ُ
طفال ) (Loamهو خليط من الرمل تذكير :ذكرنا في مكان آخر أن المقصود بمصطلح ُ
والطمي والطين بنسب متقاربة من كل منهم .
ويبين الجدول ) (6-3نسب احتواء كل نوع من أنواع التربة المبينة في المثلث على الرمل والطمي والطين . ونشير ختامًا إلى أن أنظمة التصنيف التي ذكرت أعله ،تعتمد جميعها على
قياس حبيبات التربة ،ولم يأت في أي منها ذكر خصائص اللدونة للتربة ،وهي سلسلة تحسب على هذه النظمة . جدول ) (6-3نسب احتواء مكونات التربة في المجموعات حسب نظام إدارة الزراعة المريكية رقم المجم وعة
فحوصات التربة للغراض النشائية
النسبة المئوية لمحتوى:
وصف
الرمل
التربـــــــــة
)(%
131
الطمي )(%
الطين )(%
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
-1
رمل
-2
طفال رملي ُ
)(Sand
-3 -4
طفال رملي طيني ُ طين رملي
-5
طين
-6
طين طميي
-7
طفال طين طميي ُ
-8 -9
طفال طميي ُ
طمي
-10
طفال طيني ُ
-11
3.7.4
طفال ُ
80-100
0-20
0-20
50-80
0-50
0-20
50-80
0-30
20-30
)(Sandy clay
50-70
0-20
30-50
)(Clay
0-50
0-50
30-100
0-20
50-70
30-50
)(Silty caly loam
0-30
50-80
20-30
)(Silty loam
0-50
50-80
0-20
0-20
80-100
0-20
)(Caly loam
20-50
20-50
20-30
)(Loam
30-50
30-50
0-20
)(Sandy loam )(Sandy clay loam
)(Silty caly
)(Silt
نظام الجمعية المريكية للطرق لتصنيف التربـة )(AASHTO Soil Classification System
نشير في البداية إلى أن القارئ قد يصادف مسميات أخرى لهذا النظام ،وأكثرها شيوعًا نسبته إلى مكتب الطرق العامة ) (Bureau of Public Roads- BPRأو إلى مجلس أبحاث الطرق ) ،( Highway Research Board- HRBوهما
مؤسستان في الوليات المتحدة المريكية .ولتوضيح السبب وراء هذه التسميات المختلفة نشير إلى أنه وفي عام ،1928تم إدخال هذا النظام إلى الممارسة العملية للمرة الولى من قبل مكتب الطرق العامة ) (BPRليستعمله مهندسو الطرق بشكل واسع .وقد تمت مراجعة هذا النظام وتحديثه ثلثًا :في عام
1945من قبل لجنة تابعة لمجلس أبحاث الطرق ) ،(HRBوفي عام ،1949
وأخي ًار في عام 1966من قبل الجمعية المريكية للطرق ) ،(AASHTOوالتي
اعتمدت الشكل الحالي لنظام التصنيف هذا ،فصار يحمل اسمها .
فحوصات التربة للغراض النشائية
132
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
وأما مضمون هذا النظام واسع النتشار فيكمن في أنه يقسم التربة إلى مجموعات أساسية ) (Groupsوأخرى فرعية ) (Subgroupsحسب التدرج الحبيبي وخصائص السيولة واللدونة لشكال التربة المختلفة ،وذلك كما هو موضح في الجدول الخاص بهذا النظام )جدول . (7-3 وكما هو واضح من الجدول المذكور ،فإن هذا النظام يقسم التربة غير العضوية ) (Inorganic soilإلى سبع مجموعات أساسية ) A-1إلى ،(A-7والتي تنقسم بدورها إلى اثنتي عشرة مجموعة فرعية .ويضع النظام التربة العضوية في مجموعة أساسية هي المجموعة ) ،(A-8وهي غير موجودة في جدول التصنيف ) . (7-3ويستعمل هذا النظام لتصنيف التربة ما يسمى بف " دليل المجموعة " ) ،(Group Index-GIوهو قيمة عددية تساعد في إرجاع التربة إلى المجموعة الساسية التي تنتمي إليها ،وهي قيمة يتم إيجادها للتربة التي تحتوي على نسبة عالية معينة من المواد الناعمة ،كما تساعد في الحكم على التربة من ناحية إمكانية استعمالها كسطح ترابي ) ،(Subgradeحيث تكون نوعيتها مناسبة أكثر لهذا الغرض كلما كان دليل المجموعة ) (GIلها أقل .
جدول ) (7-3تصنيف التربة وخليط التربة مع الحصى حسب نظام )(AASHTO مواد خشنة )حبيبية(
تصنيف عام تصنيف المجموعات
مواد من الطمي والطين
) 35%أو أقل مارة من منخل رقم (200
A-1 A-1-a
A-1-b
A-2
A-3
A-4
A-5
A-6
A-7 A-7-5,
A-2-4
A-2-5
التدرج الحبيبي- نسبة المار من منخل:
فحوصات التربة للغراض النشائية
)أكثر من %35مارة من منخل (200
133
A-2-6
A-2-7
A-7-6
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ 50 max 30 max 15 max
رقم 10 رقم 40 رقم 200
50 max 25 max
51 min 10 max
خصائص اللدونة : حد السيولة LL
-
دليل اللدونة PI
غير
6 max
لدنة NP 0
قطع حجارة حصى
رمل
دليل المجموعة GI أشكال المواد المحتواة أكثر في العينة
0 رمل
-
-
-
-
-
-
-
-
35 max
35 max
35 max
35 max
36 min
36 min
36 min
36 min
40 max
41 min
40 max
41 min
40 max
41 min
40 max
41 min
10 max
10 max
11 min
10 min
10 max
10 max
11 min
11m in
≤8
≤12
≤16
≤20
ناعم
0
≤4
حصى ورمل طميي أو طيني
تربة طينية
تربة طميية
التقييم العام للمواد كتربة سطح للطرق
متوسطة إلى سيئة
ممتازة إلى جيدة
)(subgrade
ويمكن إيجاد دليل المجموعة ) (GIللتربة بالمعادلة: GI = 0.2a +0.005ac + 0.01 bd
)(3-6
حيث - aالنسبة المئوية للمواد المارة من المنخل رقم ) ،(200وهي أكبر من ) (%35وأقل من ) (%75معب ًار عنها بعدد صحيح موجب ). (40≤ a ≤ 1
-bالنسبة المئوية للمواد المارة من المنخل رقم ) ،(200وهي أكبر من )(%15
وأقل من ) (%55معب ًار عنها بعدد صحيح موجب ). (40≤ b ≤ 1
-cذلك الجزء من قيمة حد السيولة ) (LLالذي يزيد عن ) (40ويقل عن )،(60
معب ًار عنه بعدد صحيح موجب ). (20≤ c ≤ 1
-dذلك الجزء من دليل اللدونة ) (PIالذي يزيد عن ) (10ويقل عن )،(30
معب ًار عنه بعدد صحيح موجب ). (20≤ d ≤ 1 فحوصات التربة للغراض النشائية
134
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
مثال – لنفترض أن عينة تنتمي للمجموعة ) (A-6بلغت نسبة المار منها عبر المنخل ) (200قيمة ) ،(%65حد السيولة = ) (32ودليل اللدونة = ). (13 أحسب قيم دليل المجموعة . /GI /12 الحل : – نحسب قيم معادلت المعادلة ):(6-3 a = 65-35 = 30
) b= 55-15 = 40تم استبدال 65بف 55لن مجال Bهو . (55-15 =cصفر )لن حد السيولة أقل من . (40 d= 13-10 = 3
وبالتعويض، GI= 0.2×30+0.01×40×3 = 7.2
وبما أن التعبير عن دليل المجموعة يكون بعدد صحيح موجب ،نعتبر أن دليل المجموعة ،GI=7وتصنيف التربة على أنها ). A-6 (7 ويعتبر دليل المجموعة مساويًا صف ًار إذا كانت قيمة حسب المعادلة )(6-3
سالبة .
ونشير إلى أن المخطط المبّين في الشكل ) ،(8-3وهو منحنى العلقة بين دليل
المجموعة ) (GIونسبة المواد المارة من المنخل رقم ) ،(200هو عبارة عن تمثيل بياني للمعادلة ) ،(6-3حيث يلحظ أن الجزء العلوي من المخطط هو تعبير عن الجزء ) (0.01bdمن المعادلة ،بينما يمثل الجزء السفلي من نفس المخطط الجزء ) (0.2a + 0.005 acمن المعادلة .ولهذا فإن معامل المجموعة هو مجموع القيم المستحصلة من جزئي المخطط المذكور مقربة إلى أقرب عدد صحيح .
فحوصات التربة للغراض النشائية
135
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
وأما المخطط المبّين في الشكل ) ،(9-3فيربط بين دليل اللدونة ) (PIوحد
السيولة ) (LLللمجموعات الساسية ). (A-4)، (A-5)، (A-6)، (A-7
فحوصات التربة للغراض النشائية
136
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) -(8-3معامل المجموعة للتربة )المرجع (/12/
شكل ) -(9-3حد السيولة ودليل اللدونة لمجموعات التربة
فحوصات التربة للغراض النشائية
137
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
ولرسم صورة واضحة لنظام تصنيف التربة ) (AASHTOوآلية استخدامه ،نورد المثال التالي لتصنيف ثلثة أشكال من التربة . /8/
مثـال توضيحـي مطلوب تصنيف عينات التربة )أ ،ب ،ج( حسب نظام الجمعية المريكية للطرق ) ،(AASHTOعلمًا بأن نتائج التدرج الحبيبي لها وخصائص اللدونة هي كما في
الجدول أدناه .
النسبة المئوية للمار )(%
رقم المنخل
أ
ب
ج
4
-
-
69. 3
10
68. 5
79. 5
59. 1
20
-
-
48. 3
40
36. 1
69. 0
38. 5
60
-
-
28. 4
100
-
-
19. 8
200
21. 9
54. 3
5. 1
حد السيولة
34. 1
53. 5
غير لدنة
حد اللدونة
16. 5
31. 6
-
الحففل: ) (1تصنيف التربة )أ(: .1نحسب دليل اللدونة PI = 34.1-16.5 = 17.6 <11
فحوصات التربة للغراض النشائية
138
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.2بما أن نسبة المار من المنخل رقم ،%21. 9 = 200فإن التربة )أ( تنتمي للمجموعة الساسية ) ،(A-2وأما المجموعة الفرعية فيتم تحديدها حسب حد السيولة ودليل اللدونة . .3مرو ًار بالجدول ) (7-3من اليمين إلى اليسار ،نجد أن أول مجموعة
تتطابق مع خصائص التربة )أ( هي المجموعة )>A-2-6) (LL = 34.1
. (40، PI= 17.6<11 .4نحسب دليل المجموعة ) (GIبالمعادلة ):(6-3 = aصفر )لن نسبة المار من منخل رقم أقل من . (%35 b = 21.9-15.0 =6.9
= cصفر )لن حد السيولة <. (40 . d= 17.6-10= 7.6 ×GI = (0.2صفر( ×0. 005) +صفر × (7. 6×6. 9×0. 01) + (6. 9 = 0. 52وبالتقريب لقرب عدد صحيح . GI= 1
ومن المخطط )شكل (8-3نجد قيمة GIمن الجزء العلوي مساوية لفِ )(1. 2
وهي تقرب أيضًا إلى ) ،(1ومن الجزء السفلي مساوية لصفر .
إذن + GI = 1صفر = . 1
وعليه ،يكون التصنيف النهائي للتربة )أ( هو ). A-2-6(1 ) (2تصنيف التربة )ب(:
.1تحسب دليل اللدونة PI= 53.3-31.6=21.9<10
.2نسبة المار من المنخل رقم ) (200هي اكبر من (35 >54. 3) %35 وعليه فإن التربة تنتمي لحدى المجموعات ) (A-4)، (A-5)، (A-6أو ) . (A-7
فحوصات التربة للغراض النشائية
139
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.3بما أن % LL= 53.5و ،% PI = 21.9فإن التربة تنتمي للمجموعة ) ،(A-7ولكن علينا أن نحدد ما إذا كانت ) (A-7-5أو ) ،(A-7-6وهو ما نجده من المخطط )شكل ،(9-3والذي يبين أن تصنيف التربة هو ) . (A-7-5 .4نجد دليل المجموعة ) (GIمن المخطط )شكل ،(8-3حيث نحصل من الجزء العلوي على القيمة ) (4. 3ومن الجزء السفلي على القيمة )
،(5. 2أي أن ) . (GI= 4.3+5.2 = 9.5نستعمل ) ،(GI=10وعليه يكون التصنيف النهائي للتربة )ب( هو ). A-7-5 (10 ) (3تصنيف التربة )ج(: يمكن أن نجد ،وبعد الشطب السريع أن التربة هي ) (A-1أو ) ،(A-3وبنسبة المار من المنخل رقم ) ،%38. 5 =(40ومن الجدول ) (7-3نجد أن التربة هي ) . (A-1-Bوبما أنها تربة غير لدنه ،فل دليل مجموعة لها ) =GIصفر( ،وعليه، يكون التصنيف النهائي للتربة )ج( هو )A-1-B (0
3.7.5
.
النظام الموحد لتصنيف التربـة )(Unified Soil Classification System-USCS
يعتففبر النظففام الموح د لتصففنيف الترب ة واحففدًا مففن أكففثر النظففم انتشففا ًار فففي أوسففاط
المهندسين الففذين يتعفاملون مففع التربة .ويرجع تاريخ هففذا النظففام إلفى عفام ،1942 عن ففدما اق ففترح البروفيس ففور آرثف ر كازاغ ارن ففد ) (A.Casagrandeعناصف فره الساس ففية
بتكليف من سلح المهندسين فففي الجيففش المريكففي )Crops of Engineers, U.S
،(Armyالذي اعتمد هذا النظام لتصنيف التربة في أعمفال إنشفاء المطفارات أثنفاء الحففرب العالميففة الثانيففة .وقد تففم تعففديل ومراجعففة هففذا النظففام بعففد الحففرب ،وأطلقففت فحوصات التربة للغراض النشائية
140
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
علي ففه تس ففمية النظ ففام الموحف د .وأم ففا ف ففي الع ففام ،1969فق ففد ت ففم اعتم ففاده م ففن قب ففل الجمعيف ف ففة المريكيف ف ففة للفحوص ف ففات والم ف ف فواد ) (ASTMكنظف ف ففام لتصف ف ففنيف الترب ف ف ة للغراض النشائية ). (ASTM D-2487 -1
تصنيف التربة الخشنة – وتقسم بموجب هذا النظام إلى المجموعتين: ) (1حصى وتربة حصوية ) (Gravel and gravelly soilsويرمز لها بالحرف ). (G ) (2رمل وتربة رملية ) (Sand and sandy soilsويرمز لها بالحرف ). (S ويقسم كل من الحصى والرمل إلى أربع مجموعات: مواد جيدة التدرج ) (Well-gradedويرمز لها بالحرف ). (W مواد جيدة التدرج مع رابط طيني ممتاز ) (Excellent clay binderويرمز لهابالحرف ). (C مواد سيئة التدرج ) (Poorly-gradedويرمز لها بالحرف ). (P م فواد خشففنة ) (Coarse materialsتحتففوي علففى م فواد ناعمففة ) (Finesويرم زلها بالحرف ). (M
-2
تصنيف التربة الناعمة – وتقسم بموجب هذا النظام إلى ثلث مجموعات: ) (1التربة الطميية والرملية الناعمة جففدًا )(Silty and very fine sandy soils ويرمز لها بالحرف ). (M
) (2الترب ة الطينيففة غيففر العضففوية ) ،(Inorganic claysويرمز لهففا بففالحرف ) . (C ) (3الطمي والطين العضويين ) ،(Organic silts and clayويرمز لها بالحرف ). (O تقسم كفل مجموعة مففن المجموعات الثلث السففابقة حسفب حفد السفيولة للتربة ) (LLإلى: فحوصات التربة للغراض النشائية
141
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
تربف ة ناعم ففة له ففا ح ففد س ففيولة أق ففل أو يس ففاوي )) (50ذات لدونففة وانض ففغاطيةعالية( ،ويرمز لها بالحرف ). (H وتوضع التربة الخثيففة ) (Peatفففي هففذا النظففام باسففتعمال الجففدول الخففاص )،(8-3 ومخطط اللدونة الذي وضعه كازاغراند )) (Plasticity chartشكل . (10-3 ملحظة :يلزم لتصنيف التربة الخشنة بهذا النظام إيجاد معاملي النتظففام ) (Cuوالتجويفف أو التقعر )) (Ccالمعادلت 4-3و ،(5-3وذلك من منحنى التدرج الحبيبي .
فحوصات التربة للغراض النشائية
142
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
جدول ) – (8-3تصنيف التربة حسب النظام الموحد )(USCS رموز
وصف التربة حصوية )أكثر من %50من حبيبية خشنة )أكثر من %50ل تمر من المنخل رقم (200
القياس الخشن هي حصى( رملية )أكثر من %50من القياس الخشن هي رمل(
المجموعة
المواد الناعمة )(%
حصى جيد التدرج،حصى رملي مع قليل من المواد الناعمة أو بدونها
GW
0-5
حصى سيئ التدرج ،حصى رملي مع قليل من المواد الناعمة أو بدونها
GP
0-5
حصى طميي ،حصى طميي رملي
GM
>12
حصى طيني ،حصى طيني رملي
GC
>12
رمل جيد التدرج ،رمل حصوي مع قليل من المواد الناعمة أو بدونها
SW
0-5
رمل سيئ التدرج ،رمل حصوي مع قليل من المواد الناعمة أو بدونها
SP
0-5
رمل طميي
SM
>12
رمل طيني
SC
>12
تابع جدول )(8-3 فحوصات التربة للغراض النشائية
نتائج الفحوصات المخبرية
150
التدرج
اللدونة
Cu <4 3Cu< <1 ل يطابق
مواصفات GW تحت خط )(A أو PI > 4
فوق خط )(A أو PI < 7
Cu <6 3Cu< <1
ل يطابق مواصفات SW تحت خط )(A أو
PI > 4
فوق خط )(A أو
PI < 7
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ طمي وطين
ناعمة )أكثر من %50يمر من المنخل رقم (200
)حد السيولة
أقل من (50
طمي غير عضوي ،رمل ناعم طميي أو طيني ،مع لدونة قليلة
ML
انظر مخطط كازاغراند شكل )(10-3
طين غير عضوي ،طين طميي طين رملي مع لدونة قليلة
CL
-"-
طمي عضوي ،و طين طميي عضوي مع لدونة قليلة
OL
-"-
طمي وطين
طمي غير عضوي مع لدونة عالية
)حد السيولة
طمي غير عضوي مع لدونة عالية
MH CH
"--"-
طمي عضوي مع لدونة عالية
OH
-"-
تربة خثية وتربة عالية العضوية
Pt
أكبر من (50
التربة عالية العضوية
فحوصات التربة للغراض النشائية
151
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) – (10-3مخطط اللدونة )كازاغراند(
مثال توضيحي -مطلوب تصنيف عينات التربة )أ ،ب ،ج( التي ورد ذكرها فففي المثال التوضيحي السابق )البنففد ،(4-7-3وذلففك حسففب النظففام الموحد لتصففنيف التربة )./USCS) /8 ) (1تصنيف التربة )أ(: .1بما أن نسبة المار من منخل رقم ) (200هي ،%50<21. 9ونسبة المار من منخل رقم ) (4أكثر من ) %50لن المار من منخل رقم 10 هو ،(%68. 5إذن التربة إما ) (SMأو )-(SCأنظر الجدول ). (8-3 .2باستعمال مخطط اللدونة لكازاغراند )شكل ،(10-3نجد أنه عندما
تكون LL= 34.1و ،PI=17.6فإن التربة هي) ،(CLنأخذ ) (Cعلى أساس أن التربة طينية ،ليكون التصنيف النهائي ). ( SC
) (2تصنيف التربة )ب(: فحوصات التربة للغراض النشائية
152
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.1بما أن نسبة المار من المنخل رقم ) (200هي ،%54. 3وحد السيولة ،LL= 53.3 <50فإن التربة حتمًا ناعمة التركيب وهي إما ) (MHأو ) (OHأو ). (CH
.2من مخطط كازاغراند )شكل ،(10-3عند LL= 53.3و ،PI= 21.9 نجد صعوبة في تحديد نوع التربة ،لذا نحسب دليل اللدونة )( PI بالمعادلة الموضحة على المخطط: = )PI = 0.73 (LL-20 )= 0.73 (53.5-20 = 24.5 > 21.9
وعليه ،تكون التربة ) (MHحسب المخطط . ) (3تصنيف التربة )ج(: .1بما أن نسبة المار من المنخل رقم ) (200هي ،%5. 1فإن التربة هي ) (GWأو ) (GPأو ) (SWأو ). (SP
.2من الضروري هنا رسم منحنى التدرج الحبيبي ليجاد معاملي النتظام Cuوالتقعر ،Ccللحصول على: , D10 = 0.086 mm
, D30 = 0.29 mm
D60 = 2.0 mm
ومنها: D 60 2.0 = = 23.3 >6 D10 0.086
= Cu
(D 30 ) 2 (0.29) 2 = Cc = = 0.49 <1 D 60 D10 2.0x 0.086
وبما أن هذا ل يطابق شرط التدرج الجيد ،نعتبر التربة سيئة التدرج ). (P
فحوصات التربة للغراض النشائية
153
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
.3بما أن نسبة المتبقي على منخل رقم ) (200هي ،%94. 9ونسبة المار من منخل رقم ) (4والمنخل رقم ) (200كما يلي: = 64. 2
69. 3. 5. 1 ) 100-69. 3المتبقي على رقم (4 المار من )(200
= 30. 7 = 5. 1 %100
المجموع
وبما أن نسبة الرمل في العينة = ،% 64. 2فإن التربة ُتصنف على أنها رمل ) ،( Sويكون التصنيف النهائي لها ). (SP 3.7.6
تصنيف التربة حسب المقاييس الروسية )(Soil Classification According to Russian Standard
اعتاد المهنفدس المفدني العربي الفذي يتعامفل مفع التربة للغفراض النشفائية ،علفى استعمال أحد النظمة التي سبق تفصيلها عند القيام بتصنيف التربة ،وذلفك لشففيوع تلففك النظمففة ،والتغطيففة الشففاملة لهففا فففي الكتففب الجامعيففة والم ارجففع الففتي بحففوزته . وأشك في أن أحدًا من المهندسين أو طلب الهندسة المدنية قد قام بتصنيف التربة وفق فًا للمقففاييس الروسففية ،أو مففا درج المهندسففون علففى تسففميته ب فف"الكففود الروسففي"،
اللهم إل المهندسين والطلب الذين تلقوا علومهم في بلد المنشأ لهذه المقاييس . وبما أن المعتاد أن مهندسينا متحيزون في أغلب الحيان للعلم الهندسي والمواصفات والمقاييس الهندسية للبلد الذي أكملوا فيه تعليمهم ،فإنك تراهم يدافعون دائمًا عن تلك المواصفات والمقاييس ،ويحاولون تأكيد أفضليتها .
واستباقًا للصاق هذه التهمة بي من قبل قارئ هذا الكتاب ،أسارع بالقول أن هذه
الطريقة لتصنيف التربة ،هي من الطرق السهلة والناجعة ،التي تعطي بالضافة
فحوصات التربة للغراض النشائية
154
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
إلى تصنيف التربة ،معلومات أولية عن مقاومة التربة للحمال ،وهي معلومات ل تعطيها أنظمة التصنيف التي سبق استعراضها . وأخي ًرا ،فإن مسألة استعمال هذه الطريقة أو عدمه ،هي مسألة تعود للقارئ،
وعرضها هنا يمثل فائدة أكيدة بل شك .
وقبل التطرق لتفاصيل هذه الطريقة لتصنيف التربةُ ،أشير هنا إلى المرجع القياسي الروسي الذي اعتمدت عليه هنا ،وهو "مجلد قوانين وقواعد البناء" ) ( Building Normes and Rules-SNIP II-15-74المتعلق بالقواعد والساسات . )(1
تصنيف التربة الرملية ):(Sandy soils -1تقسم التربة الرملية إلى مجموعات حسب التدرج الحبيبي )قياس الحبيبات في التربة( ،وذلك كما هو موضح في الجدول ) (9-3أدناه .
ويجري ضم التربة الرملية إلى هذه المجموعة أو تلك )جدول ،(9-3بعد تجميع نسب الحبيبات التي تكون معروفة من فحص التدرج الحبيبي للتربة، ل نسبة وزن الحبيبات الكبر من 2ملمتر ،ثم وذلك بالتسلسل :حيث نجد أو ً
الكبر من 0. 5ملمتر ،وهكذا ،حتى يحصل التطابق الذي يضع التربة ضمن إحدى المجموعات . جدول ) -(9-3مجموعات التربة الرملية حسب قياس حبيباتها رقم
وصــف
النسبة المئوية للحبيبات
المجموعة
التربـــــة
من وزن التربة الصلي )(%
-1
رمل حصوي
-2
رمل خشن
)Gravelly (sand
-3 فحوصات التربة للغراض النشائية
وزن الحبيبات الكبر من 2ملمتر اكثر من 25بالمئة
)Coarse-
وزن الحبيبات الكبر من 0. 5ملمتر
(grained sand
اكثر من 50بالمئة
رمل متوسط الخشونة )
وزن الحبيبات الكبر من 0. 25ملمتر
155
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
(Medium- grained sand
اكثر من 50بالمئة
-4
رمل ناعم
)(Fine- grained sand
وزن الحبيبات الكبر من 0. 1ملمتر اكثر او يساوي 75بالمئة
-5
رمل ناعم جدًا
وزن الحبيبات الكبر من 0. 1ملمتر اقل من 75بالمئة
)(Dusty sand
-2يتم إيجاد نسبة الفراغات الولية ) (Initial voids ratioللتربة في حالتها الطبيعية )(eo
Gs −1 ρd
= eo
حيث -Gsالوزن النوعي للحبيبات الصلبة -ρdالكثافة الجافة للتربة )غم/سم . (3 وعلى أساس قيمة ) (eoتصنف التربة من حيث كثافتها إلى كثيفة ،أو متوسطة الكثافة ،أو مخلخلة حسب الجدول ) (10-3أدناه . جدول ) -(10-3تسمية كثافة التربة الرملية حسب نسبة الفراغات الولية فيها كثافة التربة )(Density وصف
رقم
المجموعة -1
التربة الرملية رمل حصوي
)Gravelly
رمل خشن
)Coarse-
كثيفة )(Dense
متوسطة الكثافة )Medium (dense
مخلخلة )(Loose
(sand
(grained sand
رمل متوسط الخشونة )
(Medium- grained sand
فحوصات التربة للغراض النشائية
eo
156
>0.55
0.55≤ eo ≤0.70
0.70< eo
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ -2
رمل ناعم )(Fine- grained sand
-3
رمل ناعم جدًا
eo
>0.60
0.75≤ eo ≤0.60
eo
eo
>0.60
0.80≤ eo ≤0.60
0.80< eo
< 0.75
)(Dusty sand
-3يتم إيجاد درجة التشبع بالماء ) (Degree of saturationللتربة بالمعادلة ):(12-2 WG S eo
= Sr
حيث -Wمحتوى الرطوبة الطبيعي للتربة ،ويتم إيجادها في المختبر بواسطة الفرن أو الحمام الرملي . وحسب الجدول ) (11-3أدناه ،تضاف تسمية التربة حسب درجة تشبعها بالماء . -4يتم إيجاد القيمة التقديرية لمقاومة التربة الرملية للحمال ) (Roمن الجدول ،((3-12حسب درجة كثافة التربة .
وبهذا ،بعد إتمام الخطوات الربع السابقة ،يصبح بالمكان إعطاء وصف شامل لعينة التربة الرملية مع القيمة التقديرية لقدرة تحملها .وسيتضح هذا أكثر من خلل المثال التوضيحي الذي سنعرضه في نهاية هذا الموضوع . جدول ) -(11-3وصف التربة الرملية حسب درجة تشبعها بالماء وصف التربة الرملية حس
رقم
ب
المجموعة
درجة تشبع ها
فحوصات التربة للغراض النشائية
157
درجة التشبع )(Sr
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
بالما ء
قليلة الرطوبة
-1
)
(Low moist رطبة
-2
) (Moist
مشبعة بالماء
-3
)
(Saturated
<Sr ≤ 0.50صفر 0.50 <Sr ≤ 0.80 0.80 <Sr ≤ 1.0
جدول ) -(12-3المقاومة التقديرية للتربة الرملية المقاومة التقديرية ) (Roميجا رقم
باسكال
وصف
التربة الرملية
المجموعة
كثيفة
متوسطة الكثافة
)(Dense
)(Med. dense
-1
رمل خشن بغض النظر عن رطوبته
0. 60
0. 50
-2
رمل متوسط الخشونة بغض النظر عن رطوبته
0. 50
0. 40
-3
رمل ناعم : أ -قليل الرطوبة
)(Low moist
ب -رطب ومشبع بالماء )( Moist & Saturated -4
رمل ناعم :
أ -قليل الرطوبة
)(Low moist
ب -رطب
)(Moist
ت -مشبع بالماء
)( 2
)(Saturated
تصنيف التربة الطينية ):(Calyey Soils
فحوصات التربة للغراض النشائية
158
0. 40
0. 30
0. 30
0. 20
0. 30
0. 25
0. 20
0. 15
0. 15
0. 10
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________ -1
تقسم التربة الطينية حسب هذه الطريقة إلى مجموعات حسب دليل اللدونة للتربة ) ،(Plasticity Index - PIكما في الجدول )(13-3 أدناه . جدول ) (13-3مجموعات التربة الطينية حسب دليل اللدونة رقم
وصف
دليل اللدونة
المجموعة
التربة الطينية
)(PI
-1
طفال رملي
)(Sandy loam
1 ≤PI ≤ 7
-2
تربة طفالية )(Loamy soil
7 ≤PI ≤ 17
-3
)(Clay
طين
17 < PI
-2يتم إيجاد نسبة الفراغات الولية ) (Initial Voids Ratioللتربة في حالتها الطبيعية ):(eo
Gs −1 ρd
= eo
حيث -Gsالوزن النوعي للحبيبات الصلبة للتربة، – ρdالكثافة الجافة للتربة )غم/سم . (3 -3يتم إيجاد دليل السيولة ) (Liquidity Index-LIللتربة بالمعادلة ):(2-20
W − PL PI
= LI
ويتم تحديد قوام التربة الطينية ) (Consistencyمن الجدول ) (14-3أدناه حسب قيمة ). (LI جدول ) (14-3قوام التربة الطينية حسب دليل السيولة رقم
فحوصات التربة للغراض النشائية
دليل السيولة
وصف
159
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
المجموعة
قوام التربة الطينية
-1
)(LI
طفال رملي ):(Sandy Loam
-2
< LIصفر
أ .قاس
)(Hard
ب .لدن
)(Plastic
ت .مائع
)(Liquid
> LI ≤ 1صفر LI < 1
الطفال والطين
):(Loam and Clay
أ .قاس
)(Hard
ب .شبه قاس
)(Semi-Hard
ت .صلب إلى لدن
)(Stiff Plastic
ث .طري إلى لدن
)(Soft Plastic
ج .مائع إلى لدن
)(Liquid Plastic
ح .مائع
)(Liquid
< LIصفر LI ≤ 0.25صفر 0.25 ≤LI ≤ 0.50 0.50 <LI ≤ 0.75 0.75 <LI ≤ 1.0 1 <LI
-4يتم إيجاد القيمة التقديرية لمقاومة التربة الطينية للحمال ) (Roمن الجدول ) ،(15-3حسب دليل السيولة ونسبة الفراغات ). (eo ملحظة :يمكن اللجوء إلى التقريب بالستكمال ) (Interpolationعند استخراج قيم المقاومة التقريبية ) (Roمن الجدولين ) (12-3و ) ،(15-3وذلك للقيم الواقعة بين الحدود المبينة في هذين الجدولين . جدول ) -(15-3المقاومة التقديرية للتربة الطينية رقم
وصف
المجموعة
التربة الطينية
-1
طفال رملي )(Sandy Loam
فحوصات التربة للغراض النشائية
نسبة
المقاومة التقديرية)(Ro
الفراغات
)ميغاباسكال( =LIصفر
LI=1
0. 50
0. 30
0. 30
0. 70
0. 25
0. 20
)(eo
160
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
تربة طفالية )(Loamy Soil
-2
طين
-3
)(Clay
0. 50
0. 30
0. 25
0. 70
0. 25
0. 18
1. 00
0. 20
0. 10
0. 50
0. 60
0. 40
0. 60
0. 50
0. 30
0. 80
0. 30
0. 20
1. 10
0. 25
0. 10
مثـال توضيحـي المطلوب تصنيف عينتي التربة )أ( و )ب( حسب الطريقة الروسية ،علمًا بأن
الخصائص الفيزيائية لهما هي كما في الجدول أدناه . رقم
العينة
)( 1
النسبة المئوية لوزن الحبيبات التي يبلغ قياسها بالملمتر:
0.2-
0.5-
0.25
0.5
0.25
-1.0
أ
7. 4
19. 2
25. 8
31. 2
ب
-
-
-
-
>2.0
<1 16. 4
-
محتوى
النوعي Gs
الكثافة ρ )غم/سم (3
)(%
الوزن
الرطوبة
LL
2. 61
1. 85
4. 0
-
-
2. 77
2. 10
12. 0
16
9. 2
تصنيف التربة )أ( :واضح من التركيب الحبيبي للعينة أنها رملية ،لذلك نتبع خطوات تصنيف التربة الرملية . -1نجف ففد أن نس ف ففبة وزن الحبيبف ففات الف ففتي يزي ف د قياسف ففها عف ففن 2ملم ف ففتر هف ففي 7. 4بالمئففة ،وهي أقففل مففن 25بالمئففة ،إذًا حسففب الجففدول ) (9-3العينففة
ل حصويًا . ل تعتبر رم ً
فحوصات التربة للغراض النشائية
161
PL
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
نسف ف ففبة وزن الحبيبف ف ففات الف ف ففتي يزيف ف د قياسف ف ففها عف ف ففن 0. 5ملمف ف ففتر= =19. 2+7. 4 ل خش ففنًا حس ففب 26. 6بالمئ ففة ،وهف ي أق ففل م ففن 50بالمئ ففة ،إذًا الترب ة ليس ففت رم ً
الجدول .
نسف ففبة وزن الحبيبف ففات الف ففتي يزيف د قياسف ففها عف ففن 0. 25ملمف ففتر= +19. 2+7. 4 52. 4 =25. 8بالمئففة ،وهي أكففبر مففن 50بالمئففة ،وعليففه ،وحسففب الجففدول ) ،(9-3فإن العينة هي )رمل متوسط الخشونة( . -2نحسب نسبة الفراغات ). (eo Gs G = − 1 = s (1 + W ) − 1 ρd ρ
= eo
2.61 (1 + 0.04) − 1 = 0.467 1.85
=
نجففد مففن الجففدول ) (10-3أن الترب ة هففي كثيفففة لن ) (eo= 0.467 >0.55إذًا، حتى الن ،التربة هي )رمل متوسط الخشونة وكثيف( . -3نحسب درجة التشبع بالماء ): ( Sr WG s 0.04 x 2.61 = = 0.22 eo 0.467
= Sr
نجد من الجدول ) (11-3أن التربة قليلة الرطوبة ،لن ) > Sr >0. 5صفر(، وهكذا يكفون التصفنيف النهفائي للتربة )أ( أنهفا) :رمل متوسط الخشفونة ،كفثيف وقليل الرطوبة( ). (Medium- grained sand, dense and low moist
فحوصات التربة للغراض النشائية
162
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
)(2
تصففنيف الترب ة )ب( :واضففح مففن خصففائص العينففة أنهففا طينيففة .لففذا نتبففع خطوات تصنيف التربة الطينية . -1نجد دليل اللدونة للعينة ) :(PI PI = LL – PL =16-9.2 = 6.8
ومن الجدول ) (13-3نجد أن التربة هي طفال رملي لن ). (PI <1 >7 -2نحسب نسبة الفراغات ):(eo Gs G = − 1 = s (1 + W ) − 1 ρd ρ
= eo
2.77 (1 + 0.12) − 1 = 0.48 = 0.50 2.10
=
-3نحسب دليل السيولة ):( LI W − PL 12 − 9.2 = = 0.41 PI 6 .8
= LI
ونجد من الجدول ) (14-3أن قوام العينة قاس ،وذلك لن ). (LI > 1 وهكذا ،يكون التصنيف النهائي للتربة )ب(: )طفال رملي قاسي((Hard sandy loam) ، -4وأمففا قيمففة المقاومة التقديرية لهففذه التربة ) (Roفنجففدها مففن الجففدول )-3 (15بالعتمفف ف ففاد علفف ف ففى ) (eo= 0.50و ) (LI=0.41وهف ف ف ي مسفف ف ففاوية لفِف ف ف ف 0. 3 ميغاباسكال = 3كيلو غرام/سنتمتر مربع .
فحوصات التربة للغراض النشائية
163
الباب الثالث – الفحوصات التصنيفية للتربة ___________________________________________________________________
فحوصات التربة للغراض النشائية
164