Published in: الهندسة المدنية

حدود أتربرغ

Author م. مناس مراد

Published on: 27 أكتوبر، 2023

م. مناس مراد

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هو تاريخ ظهور حدود أتربرغ؟

يعود الفضل في اقتراح حدود أتربرغ إلى العالم السويدي ألبرت أتربرغ Albert Atterberg، وتمَّ لاحقاً تدقيقها على يد العالم آرثر كاساغراندي، حيث قام أتربرغ في عام 1911 بتحديد قوامات التربة (الصلبة، شبه الصلبة، واللدنة، السائلة)، والتي تمَّ التعبير عنها بواسطة الرطوبة W، وهي حدُّ السيولة (LL)، وحدُّ اللدونة (PL)، وحدُّ الانكماش (SL)، وعندما تكون نسبة الرطوبة منخفضةً جدًا، تتصرف التربة وكأنها مادةٌ صلبة، وعند نسبة رطوبةٍ عاليةٍ جدًا قد تتدفَّق التربة كالسائل. ^[1]

لماذا تُعتبر اختبارات حدود أتربرغ مهمّةً؟

مع زيادة محتويات الرطوبة، تمرُّ التربة بعدة حالاتٍ مختلفة، وهي (الصلبة، وشبه الصلبة، واللدنة، والسائلة)، وتظهر في كل مرحلةٍ اختلافاتٌ كبيرة في السلوك والقوة، وتُحدّد اختبارات حدود أتربرغ بدقة الحدود بين هذه الحالات باستخدام محتويات الرطوبة في النقاط التي تحدث فيها التغيرات الفيزيائية. إن قيم الاختبار والمؤشرات لها تطبيقاتٌ مباشرةٌ في تصميم الأساس، وفي سلوك ردم التربة، والسدود، والأرصفة.  ^[2]

ما هو حـدُّ السيولة (Liquid limit (LL))؟

هو محتوى الماء الذي تتغير التربة عنده من الحالة السائلة إلى الحالة اللدنة، ويتمُّ تحديده بثلاثة طرقٍ، وهي: ^{[3] [5]}

1- باستخدام جهاز كاساغراندي: يتألف هذا الجهاز من طاسةٍ معدنيةٍ نحاسية (قوقعة)، وحاملٍ مثبتٍ على قاعدةٍ مطاطية، ومحزاتٍ لشقّ أخدودٍ في العجينة الموضوعة في هذه الطاسة بحيث تسقط هذه الطاسة من ارتفاع 1 سم عن القاعدة، وذلك عند دوران الذراع.

2- طريقة النقطة الواحدة.

3- طريقة الاختراق المخروطي.

جهاز كاساغراندي

يتألف هذا الجهاز من آلية كرنك قابلة للتعديل، وعداد نفخ، وطاسةٍ معدنية نحاسية (قوقعة) قابلة للإزالة مثبتةٌ على قاعدةٍ مطاطية بحيث يتمُّ ربط الكوب بالقاعدة بواسطة دبوس لسهولة إزالته عند التنظيف أو الفحص، ومحزّاتٍ لشقّ أخدودٍ في العجينة الموضوعة في هذه الطاسة بحيث تسقط هذه الطاسة من ارتفاع 1 سنتيمتر عن القاعدة، وذلك عند دوران الذراع، وجميع الأجزاء الميكانيكية مصنوعةٌ من النحاس الصلب والأقدام المطاطية معزولة.

تتوفر طرازاتٌ مختلفةٌ بنفس الشكل، ولكن بأوزانٍ مختلفة للقاعدة، والكوب حسب المواصفات المطلوبة، وتتوفر الإصدارات اليدوية أو المُجهّزة بمحرك، ويجب طلب أدوات الحزّ التي تختلف وفقًا لمعيار الاختبار المُفضّل بشكلٍ منفصل.

المواصفات التقنية للجهاز

1- الإصدارات القياسية أبعاده (150*230*240) ملم وزنه تقريبياً 2 كيلو جرام.

2- الإصدارات الآلية أبعاده (170*200*290) ملم وزنه تقريبياً 4 كيلوجرام.

3- حجم صندوق الجهاز (40*30*25) سم.

4- الوزن الإجمالي للصندوق 10 كيلوغرام.

5- يوضع الجهاز في صندوق ألومنيوم من أجل الطيران. ^[6]

طريقة إجراء التجربة

1- نأخذ 250 غرام من العينة الجافة، ونضعها في إناء الخلط، ونخلطها بواسطة سكينةٍ مع كميةٍ من الماء إلى أن تصبح العجينة متجانسة القوام.

2- نأخذ كميةً من العجينة، ونضعها في الطاسة المعدنية لجهاز كاساغراندي، ونسويها بواسطة سكينة المزج، ويكون سطح التربة في الكفة أفقياً، وسمك التربة في الكفة بحدود 1 سم، ويجب معايرة الجهاز قبل استخدامه بضبط مسافة سقوط الكفة على ارتفاع 1 سم.

3- بواسطة آلة استحداث الشقّ نُحدث شقاً طولياً في وسط العينة في كفة الجهاز.

4- ندير عجلة الجهاز بسرعة دورتين في الثانية، ويتمُّ تسجيل عدد الضربات التي تغلق الشقّ المُشكّل في العجينة.

5- نأخذ بحدود 20 غرام من التربة في منطقة انغلاق الشق بواسطة سكينة المزج، ونضعها في العلبة التي تحسب المحتوى المائي.

6- تعاد العملية عدة مرات، وفي كل مرةٍ نغير نسبة الرطوبة في العجينة لنحصل على ثلاث محاولاتٍ يتراوح عدد الضربات بين (15 و35).

7- لتحـديد قيمة حدّ السيولة بصورةٍ دقيقةٍ تُرسم العلاقة بين عدد الضربات باستخدام المقياس اللوغاريتمي، وبين المحتوى المائي باستخدام المقياس الطبيعي، وتكون العلاقة خطاً مستقيماً، وبذلك يصبح من السهل إيجاد المحتوى المائي بهذه الطريقة.

8- ثم حساب نسبة المحتوى المائي في التربة من خلال القانون التالي:

W.C (%) = (W₂ – W₃) / (W₃ – W₁) *100

• W1 وزن العلبة فارغة.
• W2 وزن العلبة مع التربة الرطبة.
• W3 وزن العلبة مع التربة بعد تجفيفها.

العوامل المؤثرة على المحتوى المائي في هذه التجربة

1- سرعة الضربة.

2- الزمن اللازم لتحضير العينة في جهاز السيولة.

3- الرطوبـة النسبيـة.

4- نوع جهاز السيولة.

5- مسافة السقوط بواحدة سنتيمتر.

6- بالإضافة إلى نوع التربة، وخبرة الشخص الذي يقوم بإجراء التجربة.

المعدات والأجهزة المُستخدمة

1- وعاءٌ لخلط العيّنة المجرَّبة.

2- جهازٌ لفحص حدّ السوائل (Casagrande).

3- أداة الحزّ (لتشكيل الشق).

4- ميزانٌ حسّاس.

5- الملعقةُ المسطّحة.

6- فرنٌ كهربائي.

7- سكينة لمزج الخليط. ^[4]