آزمایش تراکم خاک، از فعالیت‌های الزامی پیش از شروع عملیات تراکم و پایان عملیات خاکی است. نتایج این آزمایش برای انتخاب ماشین آلات مناسب و میزان تراکم مورد نیاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. ضریب تراکم خاک، مهم‌ترین خروجی آزمایش‌های تراکم است. در اغلب این آزمایش‌ها، چگالی مرطوب خاک یا زمین محل اجرای پروژه اندازه‌گیری می‌شود.
سپس با توجه به مقدار حداکثر چگالی قابل دسترس، ضریب تراکم خاک به دست می‌آید. پرکاربردترین روش تعیین تراکم خاک در آزمایشگاه، آزمایش تراکم پروکتور است. آزمایش‌های مخروط ماسه، بالن لاستیکی و چگالی هسته‌ای نیز از روش‌های برجا برای تعیین تراکم خاک هستند. در این بخش، به معرفی اصول اجرای این آزمایش‌ها می‌پردازیم.
پیش از توضیح اصول اجرای آزمایش‌های تراکم خاک، اشاره به این نکته ضروی است که در اکثر روش‌های متداول، باید درصد رطوبت نمونه را نیز تعیین کرد. توضیح روش‌های اجرای آزمایش تعیین رطوبت خارج از اهداف این مقاله است. با این وجود، مطالعه استانداردهای زیر می‌تواند شما را با نحوه اجرای این آزمایش‌ها آشنا کند:
- ASTM D2216: آون آزمایشگاهی
- ASTM D4643: میکرومتر
- ASTM D4944: فشار گاز کلسیم کاربید
- ASTM D4959: حرارت مستقیم
آزمایش تراکم پروکتور چگونه اجرا می‌شود؟
«آزمایش تراکم پروکتور» (Proctor Soil Compaction Test)، متداول‌ترین روش تعیین میزان تراکم خاک در آزمایشگاه است. در این آزمایش، رابطه بین چگالی خشک و رطوبت چندین نمونه خاک به دست می‌آید. آزمایش تراکم پروکتور مطابق با استاندارد ASTM D698 و روش اصلاح شده آن بر اساس استاندارد ASTM D1557 اجرا می‌شود.
تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آزمایش تراکم پروکتور عبارت هستند از:
- قالب نمونه با قطر 10 سانتی‌متر
- چکش پروکتور یا کوبه تراکم با وزن 2.5 یا 4.5 کیلوگرم (مطابق با استاندارد اصلی یا اصلاح‌شده)
- الک نمره 4 (مش 4.75 میلی‌متر)
- ترازو
- خط کش فلزی
- محفظه رطوبت
- استوانه مدرج
- هم زن
- آون
- سینی فلزی
- چمچه
پس از تهیه تجهیزات مورد نیاز مطابق با استاندارد انتخابی، آزمایش پروکتور مطابق با مراحل زیر اجرا می‌شود:
- تهیه 3 کیلوگرم نمونه خاک
- عبور خاک از الک نمره 4
- اندازه‌گیری وزن توده خاک و قالب بدون سر قالب (Wm)
- ریختن خاک در مخلوط کن و اضافه کردن تدریجی آب برای رسیدن به رطوبت مورد نظر (w)
- گریس‌کاری سر قالب
- خارج کردن خاک از مخلوط کن و ریختن آن به درون قالب در سه تا پنج لایه
- وارد کردن 25 ضربه پس از ریختن هر لایه
- باز کردن آرام سر قالب و برداشتن خاک بالا آمده از لبه قالب
- وزن کردن قالب و خاک (W)
- خارج کردن خاک از قالب
- اندازه‌گیری رطوبت بالا، وسط و پایین نمونه
- قرار دادن خاک درون مخلوط کن و اضافه کردن آب برای دستیابی به رطوبت بالاتر
پس از انجام آزمایش، نوبت به محاسبه چگالی خشک خاک بر اساس رابطه زیر می‌رسد:
- Wm: وزن قالب
- W: وزن نهایی قالب و خاک متراکم
- w: درصد رطوبت خاک
- V: حجم قالب (معمولا 0.33 متر مکعب)
با تکرار آزمایش و محاسبات بالا، امکان منحنی وزن مخصوص خشک در برابر رطوبت فراهم می‌شود. این منحنی به منظور تعیین رطوبت بهینه برای دستیابی به حداکثر چگالی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج آزمایش اصلاح شده (کوبه 4.5 کیلوگرمی)، نشان می‌دهد که با صرف انرژی بیشتر می‌توان در رطوبت پایین‌تر به چگالی بالاتر دست یافت.
