اختبار التحليل الحبيبي للتربة بطريقة الهيدروميتر (Hydrometer Analysis)

 

اختبار التحليل الحبيبي للتربة بطريقة الهيدروميتر (Hydrometer Analysis)

ما هو الهيدروميتر (Hydrometer):

الهيدروميتر هو أداة تستخدم لقياس الكثافة النسبية للسائل. يتكون الهيدروميتر من الزجاج ويتكون أساسًا من جزأين:

• ساق اسطواني الشكل بعلامات التدرج .
• لمبة في الأسفل مرجحة بالزئبق .

كلما انخفضت كثافة السائل كلما زاد غرق المكثاف. فكر في الماء والبنزين على سبيل المثال. كثافة البنزين أقل من كثافة الماء، وبالتالي فإن عمق غمر الهيدروميتر سيكون أكثر في حالة البنزين منه في الماء.

 

النظرية :

 

يتم استخدام تحليل مقياس الهيدروميتر لتحديد توزيع حجم الحبيبات من التربة ذات الحبيبات الدقيقة ذات أحجام الجسيمات الأصغر من 0.075mm. يعتمد تحليل مقياس كثافة السوائل على “قانون ستوكس” ، الذي يعطي العلاقة بين السرعة النهائية لسقوط الكرة في السائل، وقطر الكرة، وأوزان الكرة، والسوائل ولزوجة السائل.

إذا تم تعليق مقياس كثافة السوائل في الماء حيث يتم تشتيت التربة  ، فإنه سوف يقوم بقياس الثقل النوعي للتربة والمياه على عمق L. يسمى العمق L بالعمق الفعال. لذلك، في وقت t دقيقة من بداية الاختبار، جزيئات التربة التي تستقر خارج نطاق القياس أي ما وراء فعالية .(depth L) سيكون لها القطر المعطى حسب العلاقة التالية:

تحضير المحلول الانتشار :-

عادة ما يكون محلول 4% من ميتافوسفات هيكسا الصوديوم. يستخدم (الكالجون). يمكن تحضير ذلك بإضافة 40 جم من Calgon في 1000 cc من الماء المقطر ودمجها بدقة . ان الفائدة من اضافة هذا الملح هو الغاء الشحنات الكهربائية  من على سطح دقائق التربة لجعل كل دقيقة تترسب بشكل منفرد أي انه عامل ناشر (Dispersing Agent) .

 الأدوات المستخدمة :-

1.     ميزان حساس (وتكون دقته 0.01 غم).

2.     خلاط ميكانيكي (يستخدم لخلط العينة خلطاً جيداً مع الماء).

3.     هيدروميتر (من النوع المبين بالشكل).

4.     ماء مقطر (لاستخدامه في التجربة حتى تعطي نتائج ادق).

5.     اسطوانة مدرجة (بحجم 1000سم عدد 4 لأداء التجربة).

6.     قمع (يستخدم لوضع العينة داخل الأسطوانة).

7.     محلول مشتت .

8.     مقياس حرارة (وذلك لقياس درجة حرارة الماء).

9.     ساعة إيقاف (تستخدم في حساب وقت الترسيب).

10. عينه تربة (يجب ان يؤخذ المار من منخل رقم 200 من نفس العينة التي عمل عليها الطريقة الميكانيكية).

خطوات العمل :-

1. خذ 50 جم من التربة الجافة بالفرن في الدورق.

2.     خذ 125 cc من المحلول وأضفه إلى التربة المأخوذة في الخطوة 1. يجب أن ينقع لمدة 8 إلى 12 ساعة.

3. خذ أسطوانة متدرجة I000-Cc وأضف 875 سم مكعب من الماء المقطر بالإضافة إلى 125 سم مكعب من محلول الانتشار. امزج المحلول جيداً.
4. ضع الاسطوانة (من الخطوة 3) في مكان درجة حرارتهُ ثابتة. سجل درجة حرارة المكان، درجة مئوية.

5.     ضع الهيدروميتر في الاسطوانة (الخطوة 3). سجل القراءة. (ملاحظة: يجب قراءة ارتفاع الماء (الشد السطحي)) هذا هو تصحيح الصفر (Fz)، والذي يمكن أن يكون موجب أو سالب. لاحظ أيضًا تصحيح (Fm).

6. باستخدام ملعقة، قم بخلط التربة التي تم تحضيرها في الخطوة 2. صبها في دورق الخلط. ملاحظة: خلال هذه العملية، قد تلتصق بعض التربة بجوانب الدورق. باستخدام زجاجة ضغط بلاستيكية مليئة بالماء المقطر، تغسل كل التربة المتبقية في الدورق.
7. إضافة الماء المقطر إلى الكأس لجعله حوالي ثلثي الحجم. قم بمزجها لحوالي دقيقتين باستخدام الخلاط.

8.     صب المزيج في اسطوانة متدرجة من الدرجة الثانية. تأكد من أن كل التربة الصلبة يتم غسلها من كوب الخلط. املأ الاسطوانة المدرجة مع الماء المقطر لرفع منسوب المياه إلى علامة  I000-Cc.

9.     تأمين الجزء العلوي من الاسطوانة بسدادة مطاطية (الخطوة 8). مزج التربة والماء جيدا عن طريق تحويل اسطوانة التربة رأسا على عقب عدة مرات ولمدة دقيقة.

10.  ضع الاسطوانة في الغرفة ذات درجة الحرارة الثابتة بجوار الاسطوانة الموصوفة في الخطوة 4. سجل الوقت على الفور. هذا هو الوقت التراكمي t = 0. أدخل الهيدروميتر في الاسطوانة التي تحتوي على التربة والمياه.

11.  خذ قراءات الهيدروميتر في الأوقات التراكمية t = 1 min.، 2 min.، 4 min.، الى 24 ساعة .

12.  لكل قراءة ، أدخل الهيدروميتر في الاسطوانة التي تحتوي على التربة والمياه حوالي 30 ثانية قبل القراءة. بعد أخذ القراءة ، قم بإزالة الهيدروميتر وضعه مرة أخرى في الاسطوانة بجانبه (الخطوة 4).

الحسابات :-

 

1-     اضافة قراءة الـ (Fm =1)  الى القراءة الحقيقية للهيدروميتر .

2-     من الجدول رقم 1 استخراج قيمة L العمق الفعال للهيدروميتر .

3-     من قيمة الوزن النوعي Gs نستخرج قيمة K ومن الجدول رقم 2 .

4-    
من المعادلة التالية نستخرج قطر الحبيبات D :-

 t =الزمن بالدقيقة        

D =قطر الحبيبة بالملم   

1-     استخراج CT من الجدول رقم 3 .

2-     استخراج قيمة a من الجدول رقم اربعة باستخدام قيمة الوزن النوعي Gs  .

3-     حساب القراءة الصحيحة للهايدروميتر بالمعالدلة :-  Rc = RACTUAL - zero correction + CT

4-    


حساب نسبة الناعم (finer) بالمعادلة :-

 

WS                                                   حيث هو وزن عينة التربة بالجرام              

 

5-    
معدل نسبة الناعم على النحو التالي :-

 

 

 

F200 = % finer of #200 sieve as a percent                                           

 

6-     ارسم منحنى قطر الحبيبات D مقابل النسبة المئوية المعدلة الدقيقة PAعلى الورقة شبه اللوغاريتمية.

 

ملاحظات :-

 

تجربة الهيدروميتر، التي تقع تحت تحليل حجم الحبيبات ، تجد تطبيقها على هندسة الأساسات والبناء. بعد معرفة حجم حبيبات جزيئات التربة، سيتمكن المهندسون من تحديد المعالجة المقابلة التي ينبغي القيام بها في التربة (خاصة في الأوقات اللازمة لزيادة قوة التربة).

 

في الممارسة العملية، تم استخدام المعلومات التي تم جمعها من خلال تحليل حجم الحبيبات لتصميم البنى، وخاصة تلك التي تتماشى مع بناء الطرق والأرصفة. يعتبر تدرج جسيمات التربة، والذي يتحدد من خلال تحليل حجم الحبيبات هو الشاغل الرئيسي في تصميم مزيج الرصف.

 

اعداد / المهندس عمر محمد كاظم

معيد في كلية الهندسة / جامعة ذي قار