Published in: الهندسة المدنية

حدُّ اللدونة وحدُّ الانكماش

Author م. مناس مراد

Published on: 1 نوفمبر، 2023

م. مناس مراد

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

تقيس اختبارات ميكانيك التربة في المختبرات الجيوتكنية توزيع حجم الجسيمات، وقوة القص، ومحتوى الرطوبة، وإمكانية توسُّع أو انكماش التربة المتماسكة، وتحدّد اختبارات حدود أتيريرغ محتويات الرطوبة التي تنتقل عندها التربة الطينية ذات الحبيبات الدقيقة من الحالات الصلبة، وشبه الصلبة، واللدنة، والسائلة. ^[1]

حدُّ اللدونة (Plastic Limit (PL))

هو المحتوى المائي للتربة، والذي إذا قلَّ عنه تصبح التربة غير لدنة، وهو الحدُّ الأدنى من محتوى الماء الذي تميل التربة إلى التدفُّق فيه.

1- المعدات والأجهزة المُستخدمة

1- وعاء مزج.

2- سكينةٌ لمزج الخليط.

3- لوحٌ زجاجيٌّ بأبعاد لا تقلّ عن (30×30 سم).

4- علبةٌ لفحص المحتوى المائي.

5- ميزان حساسٍ يقرأ لغاية (0.01 غرام).

6- فرنٌ كهربائي.

7- غربال رقم (40). ^[2]

2- طريقة إجراء التجربة

1- يمزج حوالي 250 غرام من التربة المارة من غربال رقم (40) مع كمية من الماء إلى أن يتجانس الخليط.

2- نأخذ كميةً صغيرةً من التربة المخلوطة، وندعكها بالأصابع بعد وضعها على لوحٍ زجاجي، ونعمل منه خيط، وذلك بضغط الأصابع على العجينة ضغطاً خفيفاً مع دحرجتها للأمام والوراء حتى يصبح خيط العجينة منتظماً، ويصبح قطرها حوالي(3.25 مم).

3- إذا لم يتشقّق الخيط عند ذلك القطر، فمعنى ذلك أن محتوى الرطوبة أكبر من حدّ اللدونة ثم نقطع الخيط، ونعيد تشكيله لكي يفقد جزءاً من الماء بالتبخر مع تكرير عملية دحرجة العجينة للأمام والوراء حتى يبدأ الخيط بالتشقُّق عند قطر (3.25 مم).

4- إذا تشقّق الخيط بقطرٍ أكبر، فمعناه أن محتوى الرطوبة أقلّ من حدّ اللدونة، ويقطع الخيط، ويُضاف قليلٌ من الماء، ويعاد تكويره ودحرجته حتى يبدأ الخيط بالتشقُّق عند قطر (3.25 مم).

5- تعاد الخطوات أعلاه للحصول على ثلاث محاولاتٍ على الأقل. ^[2]

ما هو حدُّ الانكماش ((SL) Shrinkage Limit)؟

هو اختبارٌ يقيّم المحتوى المائي للتربة، حيث لن يؤدي فقدان المزيد من الرطوبة إلى انخفاضٍ إضافي في الحجم بسبب التجفيف، ويُعتبر حدُّ الانكماش أقلَّ شيوعًا بكثير من استخدام حدّ السيولة وحدّ اللدونة. 

1- الهدف من التجربة

الأتربة ذات التغيرات الحجمية المتأثرة بالرطوبة عند استخدامها تؤدي إلى بعض الصعوبات في إنشاء الطرق، وفي طبقة تحت الأساسات للأبنية، حيث إن التغير الحجمي يُسبّب التشقُّقات في المنشآت، وربما تكون هذا التشقُّقات غير متجانسة، مما يؤدي إلى صعوبةٍ أكبر.

2- المعدات والأجهزة المُستخدمة

1- طبق تبخيرٍ من البورسلين، قطره حوالي 12 سم وقاعدته مسطحة.

2- طبق انكماشٍ من الفولاذ المقاوم للصدأ، قطره 45 مم وارتفاعه 15 مم، ذو قاعٍ مسطح.

3- لوحان زجاجيان، مقاس كل منهما 75 × 75 مم، أحدهما من الزجاج العادي، والآخر فيه ثلاثة شقوقٍ معدنية.

4- كوبٌ زجاجيٌّ قطره 50 مم، وارتفاعه 25 مم، وحافته العلوية، وأرضيته ناعمة ومستوية.

5- فرن تجفيفٍ ذو درجة حرارة 110 درجة مئوية.

6- مسطرة أو قطعة معدنية.

7- ميزان حساسٍ يقرأ لغاية (0.01 غرام). ^[3]

3- طريقة إجراء التجربة

1- نأخذ 150 غ من التربة التي تمرُّ عبر المنخل رقم 40، ويتمُّ خلطها بشكلٍ جيدٍ مع المياه المُقطّرة ثم تتشكل عجينةٌ متجانسة رطوبتها قريبةٌ إلى حدّ السيولة.

2- توضع العجينة في طبق اختبار حدّ الانكماش (نصف قطرها 12.5 مم، وطولها 140 ملم)، ويُفضّل دهنه بالزيت أو الفازلين لمنع التصاق العجينة بالطبق، ويُسوّى السطح بشكلٍ جيد وتُنظّف الجوانب.

3- يتمُّ تجفيف العينة على درجة 60 درجة مئوية حتى تنفصل الجوانب ثم نتابع التجفيف حتى درجة 110 درجة مئوية حتى الانكماش الكلي، وذلك لأن وضعها مباشرةً في درجة حرارة عالية يُسبّب حدوث تشقُّقاتٍ في وسط العينة.

4- تستخرج العينة المجففة، وتؤخذ مقاييسها الجديدة إذا كانت متماسكة. ^[1]

ويستعمل حدُّ السيولة واللدونة بشكلٍ كبيرٍ في تصنيف التربة وتعريفها، ويستعمل حدُّ الانكماش في المناطق التي يتغير فيها حجم التربة نتيجة توالي الرطوبة والجفاف.  ويتمُّ حساب حدّ الانكماش من العلاقة التالية:

SL = ((M₁ – M₂) – (V₁ – V₂) * ρ_w) / M₂

• تدل M1 على الكتلة الرطبة الأولية للتربة.
• تدل M2 على الكتلة الجافة النهائية للتربة.

• تدل V1  على الحجم الأولي للتربة.
• تدل V2  الحجم النهائي للتربة الجافة.
• تدل Pw على كثافة الماء، وهي 1 غ/سم³

كيفية حساب مؤشرات السيولة، واللدونة، والاتساق، ورقم النشاط

تقارن فهارس تربة أتربرغ قيم الاختبار رياضيًا للتعبير عن خصائص اللدونة والاتساق المختلفة:

1- مؤشر اللدونة

PI = PL − LL

حاصل طرح حدّ اللدونة من حدّ السيولة.

2- مؤشر السيولة

 LI = (PL − Natural Water Content) ÷ PI

حاصل طرح حدّ اللدونة من المحتوى الماء الطبيعي للتربة مقسوماً على مؤشر اللدونة.

3- مؤشر الاتساق

 CI = (LL − Natural Moisture Content) ÷ PI

حاصل طرح حدّ السيولة من محتوى الرطوبة الطبيعية مقسوماً على مؤشر اللدونة.

4- حساب رقم النشاط

رقم النشاط لعينة التربة هو نسبة مؤشر اللدونة إلى جزء حجم الطين (الجزيئات الدقيقة من 2 مايكرومتر)، والتربة التي يزيد عدد نشاطها عن 1.25 نشطة سيتغير حجمها بشكلٍ متزايدٍ استجابةً لظروف الرطوبة، وسوف تتوسَّع في الظروف الرطبة، وتتقلص في الظروف الجافة. ^[1]

خلاصة

1- مؤشر اللدونة للتربة هو مقياسٌ لكمية الطين في التربة، وبالتالي فإن مؤشر اللدونة يقيس مدى دقة الجزيئات.

2- تتغير التربة الرملية من الحالة السائلة إلى الحالة شبه الصلبة بشكلٍ مفاجئ أي أنها لا تمتلك اللدونة، وعادةً ما يتمُّ تصنيف التربة التي يقلّ فيها حدّ السيولة عن 20 بالمئة على أنها رمال.

3- ويزداد حدُّ اللدونة للتربة إذا أضيفت إليها مادةٌ عضوية دون أي زيادةٍ ملحوظة في حدّ السيولة. 

4- الحدّ السائل للتربة هو مؤشرٌ على انضغاطية التربة، ومع ازدياد هذا الحدّ تزداد انضغاطية التربة.

5- عند مقارنة خواص تربتين لهما قيم متساوية لمؤشر اللدونة وجد أنه مع زيادة حدّ السيولة تقلُّ قوة الجفاف والمتانة بينما تزداد الانضغاطية والنفاذية.

6- عند مقارنة خواص تربتين متساويتين في حدود السيولة وجد أنه مع زيادة مؤشر اللدونة تزداد قوة الجفاف والمتانة بينما تقلّ النفاذية. ^[4]