آزمایش دانه بندی (Particle Size Analysis)

امروزه اهمیت پی بردن به توزیع و اندازه دانه های خاک به قدری است که این آزمایش (دانه بندی) در اکثر آزمایشگاه ها به عنوان یک آزمایش ضروری انجام می شود.

دانه بندی به دو روش عمده انجام می شود:

در روش دانه بندی با الک، با استفاده از مجموعه ای از الک ها و لرزاندن آنها، درصد وزنی دانه های مختلف خاک را به دست می آورند. این آزمایش غالبا برای جدا کردن ذرات بزرگتر از الک 200 استفاده می شود و با این آزمایش توزیع اندازه ذرات در خاک و درصد حضور شن و ماسه در خاک مورد نظر مشخص می شود. همچنین در خاک ریز دانه برای ارزیابی توزیع ذرات در خاک و مشخص نمودن درصد لای و رس از آزمایش هیدرومتری استفاده می شود.

آزمایش الک به دو صورت خشک و تر مورد آزمایش قرار می گیرد.

روش خشک: در روش خشک مقداری از خاک را گرفته، دانه های خشک و کلوخی شکل را خرد می کنند و در مجموعه ای از الک ها قرار می دهند. با لرزش این مجموعه به مدت 10 دقیقه، درصد وزنی مقادیر باقیمانده روی هر الک را مشخص کرده، منحنی دانه بندی برای درصد عبوری ترسیم می گردد. این روش برای خاک های درشت دانه موثرتر است.

روش تر: در این روش خاک ریزدانه را روی الک 200 ریخته، با فشار آب، الک و خاک را تا جایی که آب خارج شده شفاف و رقیق شود، می شویند و بعد آن را خشک می کنند. سپس دانه های مانده روی آن را برای آزمایش الک و بقیه را برای هیدرومتری به کار می برند.

روش هیدرومتری یکی از متداول ترین روش هایی است که برای تخمین اندازه ذرات خاک گذرنده از الک شماره 200 به کار می رود. رفتار خاک مخصوصا خاک های چسبنده بیشتر به نوع و درصد کانی های رس، تاریخچه زمین شناسی و درصد آب موجود در آن بستگی دارد تا به نحوه توزیع دانه بندی خاک. در آنالیز هیدرومتری از رابطه بین سرعت متوسط ذرات کروی در مایع، قطر ذرات، وزن مخصوص ذرات، وزن مخصوص مایع و لزجت مایع که در قانون استوکس به کار می روند، استفاده می شود:

به طوری که:
V: سرعت سقوط ذرات کروی (cm/s)
Sγ: وزن مخصوص ذرات خاک (gr/cm3)
uγ: وزن مخصوص مایع (gr/cm3)
η: لزجت مطلق و یا دینامیکی مایع
D: قطر ذرات خاک (cm)

در رابطه فوق با قرار دادن وزن مخصوص آب به جای uγ، مقدار D برابر خواهد بود با:

محدوده قطر ذرات برای این رابطه برابر است با: mm 2/0≥ D ≥ mm 0222/0.

درصد ریزدانه به طور مستقیم به قرائت هیدرومتر H152 بستگی دارد، به شرط آن که وزن مخصوص خاک g/cm3 65/2 و وزن مخصوص آب g/cm3 1 باشد.

محلول پراکنده ساز می تواند بروی آب مقداری تاثیر داشته باشد و همچنین دمای آزمایش می تواند در حدود 20 درجه سانتی گراد و GS ذرات 65/2 نباشد. بنابراین تصحیحاتی برای رسیدن به مقدار واقعی قرائت ها لازم است.

Ra= Ractual
Rc: مقدار خاک (g) در مخلوط آب و خاک در یک زمان مشخص شده t (این همان است که از رابطه تصحیح شده بالا به دست می آید).
CT: تصحیح دما
Zero Correction: تصحیح صفر.

اگر مقدار GS ذرات 65/2 نباشد، می توان از تناسب زیر برای مقدار a استفاده کرد:

درصد ذرات ریزدانه وقتی G_s برابر 65/2 نباشد به صورت زیر محاسبه می شود:

که Ws برابر جرم نمونه خاک موجود در مخلوط آب و خاک است.