ساختمان و تراکم خاک     

ذرات معدنی، آب و هوا به هنگام تشکیل توده خاک ممکن است به فرمهای مختلفی در کنار یکدیگر قرار گیرند ترتیب قرار گرفتن این اجزاء خصوصاً ذرات خاک را نسبت به یکدیگر ساختمان خاک می نامند. به طور کلی تعداد، انواع وضع قرار گرفتن اجزاء متشکله خاک ممکن است به بینهایت برسد اما از نظر مطالعه این انواع را در حالت کلی می توان در سه گروه زیر طبقه بندی نمود:

-       ساختمان خاکهای غیر چسبیده

-       ساختمان خاکهای چسبنده

-       ساختمان اسکلتی یا ساختمان خاکهای مرکب

ساختمان خاکهای غیر چسبنده

این خاک ها معمولاً مرکب از ذرات نسبتاً درشت و غیر چسبنده بوده و شکل آنها اغلب کروی یا شبه کروی یا چند وجهی با ابعاد تقریباً مساوی می باشد این خاکها شامل شن، ماسه و سیلت درشت بوده و از نظر ساختمانی شامل انواع زیر می باشند:

ساختمان دانه ای

در این نوع ساختمان خاک، ذرات درشت شن و ماسه و سیلت به قطر بیش از 02/0 میلیمتر به هنگام رسوب در آب به صورت مجرد و مستقل از سایر ذرات ته نشین می شوند وزن این ذرات باعث می شود که آنها سریعاً رسوب کرده و در میان سایر ذرات به وضعیت تعادل قرار گیرند، در این تعادل نیروی وزن تنها نیروی موثر است. بسته به وضع قرار گرفتن ذرات بر روی یکدیگر درجه تراکم توده خاک تغییر خواهد کرد چنانچه این ذرات کروی و با قطر کاملاً مساوی فرض شوند درجه تراکم آنها دارای دو حد نهائی خواهد بود، یکی بالاترین حد تراکم است که در آن ذرات به وضعی قرار می گیرند که نسبت تخلخل به حداقل می رسد حالت دیگر پایین ترین حد تراکم است که در آن نسبت تخلخل حداکثر می باشد.

ماسه ای که در حالت سست قرار گرفته باشد به هنگام تغییر شکل کاهش حجم پیدا نموده و ذرات طوری بر روی یکدیگر می غلتند که خاک متراکم تر شود. بالعکس در مورد ماسه متراکم تغییر شکل توده خاک با افزایش نسبت تخلخل و افزایش حجم همراه خواهد بود این تغییر نسبت تخلخل تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پایداری خاکهای غیر چسبنده دارد سازه هائی که بر روی ماسه غیر متراکم سست ساخته شوند ممکن است چنانچه تغییری در حالت ماسه پدید نیاید پایدار باقی بمانند اما به محض ایجاد یک حرکت ارتعاشی حاصل از انفجار، زلزله یا هر عامل دیگر ذرات ماسه به وضعیت متعادل تر تغییر مکان داده و ناگهان حجم لایه ماسه کاهش می یابد و نشست ناگهانی حاصل می شود این خطر در مورد ماسه های غیر متراکم همواره وجود دارد.

خاکهای ماسه ای ریز دانه در حالت غیر متراکم و اشباع نیز بسیار ناپایدارند بخصوص وقتی که بعنوان خاکریز مورد استفاده قرار گیرند. در این نوع خاکهای ریز دانه و اشباع چنانچه یک حرکت ضربه ای یا ارتعاشی ناگهانی رخ دهد ذرات ماسه به وضعیت تعادل جدید غلتیده و حجم خلل و فرج آنها کاسته می شود از سوی دیگر آب موجود در داخل این خلل و فرج به علت غیر قابل تراکم بودن تحت فشار قرار می گیرد و تقریباً همه بار وارده را متحمل می شود. همچنین چون نفوذ پذیری خاک به اندازه ای نیست که آب تحت فشار سریعاً بتواند از خاک خارج شود لذا فشار موثر بین ذرات ماسه حذف شده و مقاومت برشی توده خاک از بین می رود و ناگهان توده خاک بدون هیچگونه مقاومت برشی به صورت مایع در آمده و موجب تخریب سازه ساخته شده بر روی خاک می گردد. این پدیده همانطور که قبلاً نیز گفته شد در اصطلاح روانگرائی نامیده می شود بدین ترتیب از بحث فوق دیده می شود که هر چه تراکم خاک بیشتر باشد پایداری آن بیشتر خواهد بود.

ساختمان لانه زنبوری

ذرات ماسه خیلی ریز و سیلیت یا آرد سنگ با قطری کمتر از 02/0 میلیمتر و بیشتر از 002/0 میلیمتر معمولاً به هنگام رسوب در آب به صورت ذرات کم و بیش مجرد و مستقل ته نشین می شوند اما این ذرات آنقدر کوچک هستند که در این فرایند نیروی وزن آنها تنها نیروی موثر برای جای گیری ذرات خاک نیست بلکه نیروی جاذبه ملکولی در سطح ذرات نیز به هنگام تماس و مجاورت آنها با یکدیگر موثر بوده و نیروی وزن را تحت الشعاع قرار می دهد در نتیجه ذرات به آسانی بر روی یکدیگر نمی غلتند و مانند ذرات درشت در حالت ساختمان دانه ای به حالت تعادل نمی رسند در این حالت اغلب چندین ذره به شکل قوسی روی ذرات زیر خود قرار گرفته و در نتیجه فضای نسبتاً بزرگی بین ذرات خالی می ماند لذا در چنین حالتی نسبت به تخلخل خاک خیلی زیاد بوده و ساختمان لانه زنبوری می نامند.

در این حالت توده خاک با ساختمانی غیر متراکم بوجود می آید که در حالت خشک نسبتاً مقاوم و پایدار بوده و حتی به علت علکس العمل قوس ها به صورت طاق قادر به تحمل بارهای سنگین بدون تغییر حجم زیاد می باشد اما قدرت تحمل بار این نوع خاکها نسبتاً محدود بوده و پس از میزان معینی افزایش بار یا در اثر غرقاب شدن پلهای قوسی ایجاد شده خرد می شوند و توده خاک به طور ناگهانی نشست می کند. این خاکها نسبت به ارتعاش و لرزه نیز حساسیت دراند و در اثر این پدیده ها ساختمان خاک به هم خورده و نشست ناگهانی حاصل می شود پس از فرو ریختن ساختمان فوق الذکر یک ساختمان کم وبیش دانه ای حاصل می گردد.

ساختمان خاکهای چسبنده

در خاکهای چسبنده نوع ساختمان تابع نوع ذرات رس شکل آنها و نیروهای اعمال شده بین این ذرات می باشد همانطور که قبلاً دیده شد به علت آنکه یک لایه آب نسبتاً ضخیم اطراف ذرات رس را فرا می گیرد در نتیجه نیروهای مختلفی بین ذرات اثر می کنند بعضی از این نیروها مانند نیروی جاذبه بین یونها در سطح ذرات باعث جذب می شود و برخی دیگر مانند نیروهای حاصل از بار الکتریکی حمل شده در سطح ذرات و توسط یونهای هم بار باعث دفع می گردد هر چه فاصله بین ذرات کمتر شود این نیروهای جاذبه یا دافعه نیز بیشتر می گردد تحت تاثیر چنین سیستمی از نیروها ذرات خاک رس در آب به آسانی رسوب ننموده و نیروی وزن ذرات تقریباً نقش موثری در ته نشین شدن آنها ایفا نمی نماید در چنین حالتی ذرات پولک مانند رس در هنگام رسوب حرکتی مانند نوسانات برگ درختان به هنگام سقوط داشته و بسته به شرایط موجود ذرات به فرم خاصی در کنار یکدیگر قرار می گیرند این نوع حرکت اصطلاحاً حرکت برونین خوانده می شود، به طور کلی وضعیت قرار گرفتن ذرات بستگی به شدت نیروهای دافعه یا جاذبه آنها داشته و ساختمان حاصله تابع این عامل می باشد در این سیستم دو نوع ساختمان خاک بشرح زیر به وجود می آید:

ساختمان پراکنده یا موازی:

چنانچه ذرات خاک به شدت یکدیگر را دفع نمایند در یک حجم معین از خاک به فرمی قرار می گیرند که حداکثر فاصله بین آنها حاصل شود در این حالت ساختمان حاصله شبیه به قرار گرفتن قطعات سنگی مسطح بر روی یکدیگر می باشد. البته ذرات درشت تری نیز ممکن است وجود داشته باشند که بین این ذرات پولکی شکل رس قرار گرفته وساختمان آن را تا حدی برهم می زنند اما فرم کلی ساختمان خاک عوض نمی شود این نوع آرایش و طرز قرار گرفتن ذرات را ساختمان پراکنده یا موازی می نامند.

این فرم ساختمان مخصوص خاکهایی است که بر اثر پدیده ای مخلوط شده و از حالت طبیعی اولیه خارج شده باشند مانند خاکهائی که فرم طبیعی آنها بر اثر عمل یخچالها بر هم می خورد و یا خاکهائی که توسط انسان از محلی کنده شده و در محل دیگری مجدداً متراکم شده باشند. خاکهای با ساختمان پراکنده نسبتاً متراکم و نسبت به آب کم نفوذ پذیر می باشند نسبت تخلخل این نوع خاکها بسته به نوع خاک بین 5/0 تا 2 تغییر می کند.

مواد شیمیایی و پراکنده ساز مانند سیلیکات سدیم تترافسفات سدیم و هکزا متافسفات سدیم نیز باعث ایجاد بار مشابه شدید در ذرات خاک رس شده و پراکندگی آنها را موجب می گردند لذا از این مواد شیمیایی در آزمایش هیدرومتری جهت پراکنده ساختن ذرات خاک استفاده می شود.

ساختمان منعقد یا فلوکوله:

در این نوع ساختمان نیروی جاذبه بین ذرات بر نیروی دافعه برتری داشته و ذرات به صورت نامنظم یکدیگر را جذب می نمایند در این حالت گوشه های هر ذره در تماس با سطح ذرات دیگر قرار می گیرند و ذرات درشت غیر چسبنده مانند ذرات شن و ماسه نیز به طور اتفاقی در بین این ذرات محبوس می شوند.

در این نوع ساختمان مقدار قابل ملاحظه ای آب آزاد بین ذرات و در داخل فضای خالی بین آنها محبوس می شود و این مقدار اضافه بر آب جذب شده در اطراف ذرات رس می باشد این نوع ساختمان ویژه لایه های رسی رسوب کرده در آبهای شور است. درجه فلوکولاسیون بستگی به نوع تمرکز ذرات رس دارد از آنجا که آب دریاها الکترولیتی بسیار قوی است شدت فلوکولاسیون رس در آنها خیلی زیاد بوده و نسبت تخلخل از 2 تا 4 تغییر می کند. بالعکس لایه هیا رسی رسوبی در آبهای شیرین دارای درجه فلوکولاسیون کم بوده و حتی اغلب ساختمان پراکنده حاصل می شود اسیدهای آلی حاصل از تجزیه گیاهان نیز ممکن است باعث انعقاد شدید خاک گردند. خاکهای فلو کوله از نظر وزنی بسیار سبک و از نظر مقاومت بسیار تراکم پذیر می باشند اما از نظر پایداری نسبتاً قوی بوده و در مقابل ارتعاش و لرزه غیر حساس می باشند زیرا که در این حالت ذرات با نیروی جاذبه شدیدی به هم متصل شده اند.

از جمله خصوصیات ویژه این نوع خاکها حساسیت شدید نسبت به تغییر شکل مجدد و تغییر حالت طبیعی آن می باشد چنانچه یک نمونه خاک فلوکوله طبیعی از محل خود خارج و ساختمان آن به هم زده شده و بدون اضافه کردن آب مخلوط گردد خمیر خاک شل تر و چسبنده تر می شود عیناً مثل آنکه به آن آب اضافه شده باشد در حقیقت نیز این همان آب محبوس داخل خلل و فرج خاک می باشد که اکنون آزاد شده و اتصال بین ذرات خاک را کم می کند و به طوریکه آب داخل خلل و فرج پس از مخلوط شدن خاک تبدیل به آب جذب شده در اطراف ذرات می گردد، این نرم شدن خمیر خاک همان پدیده حساسیت است که قبلاً در فصل سوم مورد بحث قرار گرفت. به علت وجود پدیده فوق انجام عملیات ساختمانی در خاکهای فلوکوله اغلب مشکل بوده و موجب کاهش شدید مقاومت خاک می شود.

ساختمان خاکهای مخلوط:

در این نوع خاکها ذرات غیر چسبنده درشت و ذرات خاکهای چسبنده ریز دانه مخلوط با هم یافت می شوند در این حالت اسکلت اصلی خاک را ذرات درشت دانه تشکیل می دهند که به وسیله خمیری متشکل از مواد ریز دانه به هم اتصال یافته اند در این نوع خاکها بسته به میزان نسبی هر یک از مواد متشکله نوع خمیر چسبانده و روش تشکیل این نوع خاکها انواع ساختمانهای مختلفی را می توان مشخص نمود. خمیر چسبانده مواد درشت تر ممکن است از مواد مختلفی تشکیل شده باشد مهمترین این مواد خاک رس ریز دانه خمیری که شدیداً فشرده شده یا خشک شده باشد و نیز کربنات کلسیم می باشد این خمیرها معمولاً بقدر کافی مقاوم هستند اما گاه ممکن است در اثر تماس با آب سست شوند گاهی اوقات انواع اکسیدهای آهن و سیلیکات های کلوئیدی نیز که از تجزیه سنگها حاصل شده اند بعنوان خمیر یا ماده چسباننده عمل می کنند این دو ماه اخیر در معرض آب به سهولت نرم شده و استحکام خود را از دست می دهند در این نوع خاکها بر حسب میزان نسبی مواد متشکله می توان سه ساختمان مختلف را بشرح زیر تعریف نمود:

الف) ساختمان ماتریسی:

در این نوع ساختمان حجم ذرات درشت دانه کمتر از دو برابر حجم مواد خمیری چسباننده (مواد ریز دانه) می باشد بطوریکه ذرات درشت به حال شناور و مجزا از هم در داخل خمیر قرار می گیرند و هیچگونه تماسی با یکدیگر ندارند به عبارت دیگر رس باشد، می توان این نوع ساختمان را نوع دیگری از ساختمان خاکهای چسبنده به شمار آورد در این صورت خواص فیزیکی خاک صرفاً تابع خواص فیزیکی خمیر ریز دانه چسباننده می باشد.

اگر خمیر چسباننده خاک رس نباشد و از مواد دیگری مثل کربنات کلسیم تشکیل شده باشد رد این صورت ساختمان اسکلتی حاصل را می توان جزو دسته سنگها به حساب آورد (کنگلومرا) خواص فیزیکی این خاک بستگی به خواص خمیر چسباننده یا ذرات درشت دارد و استحکام آن وابسته به این است که کدامیک ضعیف تر باشند.

ب) ساختمان اسکلتی :

در این نوع ساختمان خاکهای مرکب، حجم ذرات درشت دانه بیش از حجم خمیر چسبانده است و لذا ساختمان اسکلتی به وجود می آید در این وضعیت خمیر نقاط اتکا قطعات درشت تر روی یکدیگر به هم فشرده شده و نقاط تماس با این خمیر سفت و متراکم شده و از هم جدا می شوند این حالت عیناً نظیر قرار گرفتن قطعات سنگی در یک دیوار بین لایه های ملات یا دانه های شن در بتن می باشد.

این نوع ساختمان وقتی به وجود می آید که ذرات درشت دانه و مواد ریز دانه (خاک رس) همزمان با هم در داخل آب رسوب نمایند در این صورت لایه هایی از خمیر رس بین قطعات درشت محبوس شده و به تدریج بر اثر وزن قسمتهای فوقانی فشرده و سخت می شود در چنین حالتی مقداری مخلوط آب و خاک رس به صورت خمیر رقیق در داخل حفره های موجود بین ذرات درشت تر محبوس می شود که البته نقشی در به هم چسباندن این ذرات ندارد. همچنین این نوع ساختمان وقتی که مقدار زیادی ذرات درشت همراه با مقدار کمی رس مخلوط شده و سپس کوبیده یا متراکم شوند حاصل می گردد. این عمل در طبیعت توسط یخچالها در جایی که ذرات ضمن کنده و مخلوط شدن تحت فشار یخ متراکم نیز می شوند صورت می گیرد، این نوع ساختمان در عملیات زیر سازی جاده ها و فرودگاهها نیز به هنگام مخلوط شدن ومتراکم شدن رس و ماسه و یا رس و شن مصنوعاً ایجاد می شود. این نوع ساختمان نسبتاً صلب و غیرقابل تراکم بوده و نسبت به ضربه و ارتعاش نیز مادام که خمیر چسباننده بین ذرات درشت پایدار باشد مقاوم خواهد بود چنانچه حفرات موجود بین ذرات درشت خیلی بزرگ و در معرض حرکت آب باشد در این صورت کربنات کلسیم و خاک رس (مواد چسباننده) در مجاورت آب سست شده  و چنانچه ذرات درشت نیز در حالت غیر متراکمی قرار داشته باشند توده خاک فرو می ریزد.

ج) ساختمان اسکلتی پیوسته:

در این حالت ذرات درشت با یکدیگر مستقیماً در تماس بوده و در محل اتکا این قطعات بر روی هم خمیر ذرات ریز دانه وجود ندارد واین خمیر فقط خلل و فرج بین ذرات درشت را پر می کند این نوع ساختمان وقتی به وجود می آید که در هنگام تشکیل خاک ابتدا ذرات درشت دانه رسوب کرده و مستقیماً بر روی یکدیگر قرار می گیرند سپس ذرات ریز دانه داخل حفرات بین آنها را پر می سازد در چنین حالتی اغلب کربنات کلسیم، ا کسیدهای آهن، و یا سیلیکا به صورت محلول در آب به داخل حفرات خالی نفوذ کرده و به تدریج در آنجا رسوب می نمایند و بدین ترتیب اسکلت مقاوم و صلبی را به وجود می آورند این نوع ساختمان در اثر هوازدگی سنگ گرانیت که مرکب از ذرات درشت کواتز و ذرات ریز دانه میکا و فلدسپار بین آنهاست نیز به وجود می آید. تجزیه سیلیکاتها قالبی مرکب از ذرات کوارتز که خلل و فرج آنها توسط ذرات رس پر شده را به وجود می آورد نسبت تخلخل در این نوع ساختمان ممکن است حتی به 2/0 برسد ولی معمولاً در حدود 3/0 تا 5/0 تغییر می کند، این نوع خاکها مقاوم و غیر قابل تراکم بوده و بر اثر جریان آب سست نمی شوند.

تراکم خاک :

در بسیاری از عملیات ساختمانی مثل احداث سد های خاکی ، زیر سازی راه ، خاکریزها و غیره که در آنها خاک بعنوان مصالح اصلی بکار گرفته می شود . لازم است لایه های خاک به گونه ای متراکم شوند که نسبت تخلخل آنها به یک مقدار حداقل یا دانسیته خشک به یک میزان حداکثر برسد این عمل عموماً با افزودن مقداری آب به توده خاک و کوبیدن آن به میزان معینی توسط وسایل کوبیده مثل انواع غلتک ها انجام می پذیرد. از نقطه نظر مهندسی تعیین درصد رطوبتی که باید به خاک اضافه شود تا تحت نیروی تراکمی معین ، نسبت تخلخل خاک را به حداقل برساند و یا دانستن درصد رطوبتی که با استفاده از حداقل نیروی تراکمی خاک را به یک نسبت تخلخل معین می رساند دارای اهمیت است .

از آنجا که مقاومت خاک رابطه مستقیمی با درجه تراکم ذرات ودر نتیجه با وزن واحد حجم یا دانسیته آن دارد لذا مسئله افزودن دانسیته خاک با روشهای مختلف یکی از مسائل مهمی است که در مکانیک خاک مورد بررسی قرار می گیرد. این مسئله از نظر عملی نیز در کلیه عملیات ساختمانی که در آنها از خاک بعنوان یک ماده ساختمانی استفاده می شود حائز اهمیت است بنابراین هدف از تراکم بهبود خواص مهندسی توده خاک از طریق کسب مزایای زیر می باشد:

-       کاهش نشست پذیری

-       کاهش نفوذ پذیری

-       افزایش مقاومت برشی خاک و بهبود پایداری شیب های خاکی

-       بهبود ظرفیت باربری بسترهای خاکی

-       کنترل تغییر حجم های نامطلوب نظیر تورم ناشی از انجماد، انقباض و تورم ناشی از تغییر رطوبت و غیره.

با توجه به اهمیت مسئله تراکم خاک در این قسمت روشهای مختلف تراکم و افزایش دانسیته خاکها مورد بحث قرار می گیرد اما از آنجا که ذرات خاکهای چسبنده و غیر چسبنده دارای ویژگیهای متفاوت هستند لذا روش تراکم آنها نیز متفاوت بوده و در این بخش هر کدام به طور جداگانه مورد بحث قرار خواهند گرفت.

تراکم خاکهای غیر چسبنده (شن و ماسه)

خاکهای غیر چسبنده معمولاً از ذرات درشت دانه و نسبتاً کروی شکل تشکیل می شوندو درجه تراکم آنها بستگی به طرز قرار گرفتن ذرات در کنار یکدیگر دارد از آنجا که اینگونه ذرات تقریباً غیر قابل تغییر شکل و تراکم ناپذیر هستند لذا استفاده از بار استاتیک جهت افزایش درجه تراکم اینگونه خاکها تاثیر چندان مثبتی ندارد. تجربه و آزمایش نشان داده که استفاده از ارتعاش و لرزه بهترین وسیله برای متراکم کردن اینگونه خاکها می باشد. با توجه به اینکه نیروی موئینگی در ذرات ماسه متوسط و ریز مرطوب مانع تراکم آنها می شود در چنین مواردی باید لایه ماسه را به صورت مستغرق در آورده و سپس با استفاده از ارتعاش آن را متراکم نمود در مورد تراکم ماسه خشک یا کاملاً مستغرق استفاده از نیروی ارتعاشی به تنهائی کفایت می کند.

برای نشان دادن تراکم ماسه با عمل ارتعاش می توان آزمایش ساده زیر را انجام داد:

لیوانی شیشه ای انتخاب و مقداری ماسه نرم در آن قرار داده می شود سپس در لیوان را پوشانده و لیوان را به صورت وارونه در می آورند تا همه ماسه روی آن جمع شود پس از آن لیوان به آهستگی به حال اول بر گردانیده می شود تا ذرات ماسه به تدریج و خیلی آهسته در کف لیوان روی هم قرار گیرند. در این آزمایش باید سعی نمود که از ایجاد ارتعاش یا ضربه جلوگیری شود. پس از آنکه تمام توده ماسه به ته لیوان ریخت می توان فرض کرد که ماسه در حالت غیر متراکم قرار دارد در این موقع یک پیستون فلزی انتخاب و به وسیله آن بر روی توده ماسه اعمال فشار می شود، مشاهده خواهد شد که فشار استاتیک تقریباً هیچگونه تغییری در حجم توده ماسه ایجاد نمی کند ماسه به حالت غیر متراکم باقی خواهد ماند پس از آن چنانچه با ته لیوان چند ضربه بر روی میز کار زده شود مشاهده خواهد شد که سطح ماسه در لیوان پایین می رود یعنی حجم توده ماسه کاهش پیدا کرده و بنابراین درجه تراکم آن افزایش یافته است.

در عملیات صحرائی نیز برای متراکم کردن لایه های خاکهای ماسه ای غیر چسبنده از غلتکهای ارتعاشی یا ویبراتورها استفاده می شود، در صورتیکه ماسه کمی مرطوب باشد برای متراکم شدن یا باید آن را به وسیله ای خشک نمود و یا آنکه ابتدا ماسه را به حالت غرقاب در آورده و سپس برای متراکم کردن آن از ارتعاش استفاده می شود این عمل در صحرا به وسیله روش غرقابی- ارتعاشی یا ویبره فلوتاسیون انجام می پذیرد.

تراکم خاکهای چسبنده (سیلت و رس)

به علت ساختمان خاص ذرات ریز دانه چسبنده مثل سیلت ریز و رس تراکم آنها به وسیله ارتعاش مقدور نیست و بار یا فشار استاتیک بهترین وسیله برای تراکم اینگونه خاکها می باشد. برای نشان دادن تراکم پذیری اینگونه خاکها تحت فشار می توان مقداری آب به توده ای از خاک میکا افزود و آن را در یک لیوان قرار داد، چنانچه  با یک استوانه فلزی مقداری   فشار روی سطح خاک در لیوان وارد آید مشاهده خواهد شد که سطح آن نشست قابل ملاحظه ای نموده و تحت تاثیر فشار استاتیک متراکم شده است. همچنین اگر قبل از اعمال  فشار بر سطح خاک آن را تکان دهند یا مرتعش سازند هیچگونه تغییری در حجم خاک مشاهده نخواهد شد. همانطور که اشاره شد در این آزمایش برای متراکم ساختن خاکهای ریز دانه مثل رس باید به آن مقداری آب افزود.

برای بررسی نقش آب در افزایش تراکم پذیری خاکهای رسی باید به ساختمان خاص ذرات اینگونه خاکها توجه نمود، همانطور که قبلاً دیده شد ذرات خاکهای چسبنده خصوصاً رسها از صفحات پولک مانندی که دور تا دور آنها را لایه های آب فرا گرفته تشکیل می شوند قبلاً اشاره شد که ضخامت این لایه بستگی به مقدار آب موجود در خاک و نیز بستگی به نوع ذرات رس دارد هر چه مقدار آب کمتر باشد لایه آب جذب شده در اطراف این ذرات نازک تر بوده و با شدت بیشتری به ذرات خاک می چسبد و در حقیقت آب حالت کاملاً لزج پیدا می کند ، با افزایش مقدار آب ضخامت لایه آب جذب شده بیشتر می شود و واضح است که در این حالت با دور شدن از سطح ذرات خاک شدت جذب ملکولهای آب به ذرات کمتر خواهد شد و در یک فاصله معین ملکولهای آب تقریباً به حالت آزاد در می آیند و به سهولت قابل انتقال می باشند یعنی در حقیقت لزجت آب جذب شده در اطراف ذرات رس با افزایش ضخامت لایه آب کاهش می یابد.

حال چنانچه یک توده ذرات خاک رس خشک غیر متراکم در نظر گرفته شود این ذرات به شکل نا منظم و با نسبت تخلخل نسبتاً زیاد در کنار یکدیگر قرار می گیرند چنانکه در شکل مذکور دیده می شود هر ذره ای در گوشه های خود با سطح ذرات دیگر به صورت نامنظم تماس پیدا می کند در حالتی که خاک نسبتاً خشک باشد در محل های اتصال بین ذرات لایه نازکی از آب بسیار لزج که با نیروی بسیار زیادی توسط خاک جذب شده قرار می گیرد. برای آنکه خاک متراکم شود باید موقعیت نسبی ذرات تغییر نماید یعنی اینکه ذرات از محل خود حرکت کرده و با لغزش و دوران در جهت تقریباً موازی با هم قرار گیرند تا حجم کمتری اشغال شود و تراکم صورت پذیرد در این حالت دیده می شود که هر چه خاک خشک تر باشد حرکت دادن ذرات و در حقیقت لغزاندن آنها روی یکدیگر مشکل تر است و با اعمال نیروی زیادتری انجام می پذیرد حال اگر مقداری آب به توده خاک اضافه شود ضخامت لایه آب در اطراف ذرات افزایش یافته و لزجت آب جذب شده کمتر می شود بنابراین گوشه های ذرات با سهولت بیشتری در امتداد یکدیگر لغزیده و به وضعیت موازی با هم قرا رمی گیرند می توان گفت که افزایش آب و در نتیجه افزایش ضخامت لایه آب در اطراف ذرات رس مانند روغنی که در محل تماس دو سطح فلزی موجب لغزش آنها روی یکدیگر می گردد عمل نموده و باعث سهولت لغزش ذرات خاک روی هم خواهد شد.

اما باید توجه داشت که این افزایش آب تا حد معینی موجب بهبود روند تراکم ذرات خاک می گردد زیرا چنانچه این مقدار آب از حد معینی بگذرد آب موجود در اطراف ذرات به حالت کاملاً آزاد در آمده و حفرات بین ذرات را پر و قسمت اعظم انرژی تراکمی را بخود می گیرد زیرا معمولاً نفوذ پذیری خاکهای ریز دانه کم است و لذا خروج آب تحت فشار عملاً امکان پذیر نیست در این شرایط خمیر حاصل در اطراف چکش کوبنده یا چرخهای غلتک بالا می زند و عملاً تراکم صورت نمی گیرد.

از طرف دیگر از آنجا که آب خود دارای حجم است جای مقداری از ذرات  خاک را گرفته و در نتیجه در حجم معینی از خاک باعث کاهش وزن واحد حجم خشک یا دانسیته خشک خاک می گردد. از بحث فوق دیده می شود که برای یک نیرو تراکمی معین درصد رطوبت تقریباٌ ثابتی وجود دارد که حداکثر وزن واحد حجم خشک خاک یا حداکثر تراکم را به وجود می آورد. این درصد رطوبت به نام رطوبت بهینه و وزن واحد حجم خشک خاک منطبق با این رطوبت به نام ماکزیمم وزن واحد حجم خشک تحت نیروی تراکمی معین نامیده می شود.

به طور خلاصه برای یک مقدار نیروی تراکمی معین درصد رطوبت بهینه ای وجود دارد که در آن دانسیته خشک خاک یا تراکم آن به حداکثر می رسد بنابراین برای افزایش این تراکم باید مقدار نیروی تراکمی را افزایش داد همچنین اگر برای یک نیروی تراکمی معین رطوبت خاک کمتر یا بیشتر از رطوبت بهینه باشد دانسیته خشک خاک یا تراکم آن کمتر از مقدار ماکزیمم خواهد شد.

مبانی نظری تراکم خاکهای ریز دانه اولین بار توسط پراکتور در سالهای1930 بنیان نهاده شد و اصول این نظریه طی مقاله ای در مجله اخبار مهندسی در سال 1933 انتشار یافت. بر اساس نظریه پراکتور عوامل موثر در تراکم خاکهای ریز دانه عبارتند از:

الف) وزن واحد حجم خشک خاک

ب) رطوبت خاک

ج) انرژی تراکم

د) نوع خاک (دانه بندی، مقدار و نوع کانی های رسی و غیره)

بر اساس نظریه پراکتور، طی سالیان گذشته محققین مختلف تحقیقات متعددی را درباره چگونگی و میزان اثر هر یک از این عوامل بر فرآیند تراکم به عمل آورده اند که نتایج آنها در مقالات و کتب معتبر انتشار یافته است.

برای نشان دادن اثر نسبی عوامل تراکم و تغییرات آنها در مشخصات فیزیکی خاک از منحنی تغییرات وزن واحد حجم خشک ( در محور قائم) بر حسب رطوبت (در محور افقی)‌ استفاده می شود. این منحنی که به نام منحنی تراکم نامیده می شود بر حسب تغییر هر یک از عوامل چهارگانه فوق الذکر می تواند موقعیت و شکلهای متفاوتی داشته باشد. ذیلاً قسمتی از ویژگیهای منحنی های تراکم مورد بحث قرار می گیرد.

الف) اثر رطوبت:

همانطور که اشاره شد اثر رطوبت در فرآیند تراکم ایجاد سهولت در لغزش و حرکت ذرات خاکهای چسبنده و در نتیجه ایجاد تراکم بیشتر (بزرگتر) می باشد. اثر رطوبت پس از رسیدن به حد معین (رطوبت بهینه) منفی بوده و موجب کاهش وزن واحد حجم خاک می گردد.

ب) اثر انرژی تراکم:

انرژی تراکم خاک بعنوان یکی از عواملی که مستقیماً در فرآیند تراکم دارای تاثیر می باشد شناخته شده است. این انرژی معمولاً بر حسب کار انجام شده در واحد حجم خاک با یکی از واحدهای ژول بر متر مکعب یا پوند- فوت در فوت مکعب سنجیده می شود هر پوند- فوت در فوت مکعب نیز معادل 88/47 ژول در متر مکعب می باشد در عمل این انرژی برابر با تعداد عبور غلتکی با وزن و ابعاد معین بر روی حجم معینی از خاک می باشد.

تحقیقات انجام شده نشان داده است که با افزایش انرژی تراکمی وزن واحد حجم خشک خاک افزایش و رطوبت بهینه آن کاهش می یابد به گونه ای که منحنی تراکم در روی محورهای مختصات به سمت بالا و چپ کشیده می شود. شکل اثر انرژی های مختلف تراکمی اعمال شده بر روی حجم معینی از یک خاک متراکم شده در  قالب 6 اینچی  آزمایش C.B.R را نشان می دهد انرژی های مختلف اعمال شده بر حسب تعداد ضربات یک چکش 10 پوندی که از ارتفاع 8 اینچ سقوط کرده است بیان شده و خاک دارای وزن مخصوص 72/2 می باشد.

هر چه مقدار انرژی تراکمی افزایش یابد درصد رطوبت بهینه برای رسیدن به حداکثر تراکم کاهش می یابد اما عملاً تحت هیچ شرایطی نمی توان همه هوای موجود بین ذرات خاک را با متراکم نمودن آن خارج ساخت بطوریکه توده خاکم تحت رطوبت موجود اشباع گردد لذا منحنی نمایش دهنده تغییرات تغییرات دانسیته خشک بر حسب درصد رطوبت همواره در زیر منحنی تغییرات دانسیته خشک بر حسب رطوبت اشباع می باشد. این منحنی در حالتی که در آن حجم هوای موجود در توده خاک به صفر برسد منحنی حداکثر دانسیته قابل حصول از نظر تئوریک را نشان می دهد. این منحنی برای رطوبت 100 درصد اشباع است می توان نظیر این منحنی را برای 90 درصد و 80 درصد اشباع نیز بدست آورد همانطور که گفته شد منحنی تغییرات دانسیته خشک بر حسب درصد رطوبت تراکم معمولاً در زیر منحنی 100 درصد اشباع قرار داشته و حداکثر می تواند مماس بر آن قرار گیرد. عملاً منحنی های تراکم به فاصله ای از منحنی 100 درصد اشباع واقع می شوند البته این منحنی ها می توانند منحنی 90 یا 80 درصد اشباع را قطع کرده یا بر آنها مماس گردند منحنی تراکم صد درصد اشباع را منحنی صفر درصد هوا نامیده و با علامت اختصاری ZAV نشان می دهند.

ج) اثر نوع خاک:

همانطور که اشاره شد نوع خاک (دانه بندی، میزان ذرات رس، نوع کانی رس و...) از جمله عوامل موثر بر کیفیت و منحنی تراکم خاک می باشد بر اساس نتایج تحقیقات انجام شده هر چه بافت خاک درشت تر باشد ماکزیمم وزن واحد حجم خشک بیشتر و رطوبت بهینه آن کمتر شده و منحنی تراکم به سمت بالا و سمت چپ محورهای مختصات مربوطه تغییر مکان می دهد. بالعکس با ریز بافت تر شدن خاک و افزایش میزان ذرات رس و به ویژه با افزایش خمیرائی خاک، وزن واحد حجم خشک کاهش یافته و رطوبت بهینه آن بیشتر می گردد بطوریکه منحنی تراکم در روی محورهای مختصات به سمت پائین و راست کشیده می شود. با این توصیف می توان انتظار داشت که منحنی تراکم خاکهای حاوی مقدار قابل توجه ذرات درشت دانه (خاکهای شن وماسه ای) در سمت چپ و بالای سیستم محورهای مختصات و بالعکس منحنی تراکم خاکهای ریز دانه در سمت راست و قسمت پائین سیستم مذکور واقع شود.

این روند توسط محققین متعددی به اثبات رسیده . موقعیت منحنی تراکم خاکهای مختلف روی دیاگرام بسیار متفاوت و کاملاٌ متمایز از یکدیگر می باشد .

آزمایشهای تراکم خاک

برای تعیین مشخصات تراکمی خاک (رطوبت بهینه و دانسیته خشک ماکزیمم) تاکنون روشهای مختلفی ابداع گردیده که اساس آنها بر پیشنهاد اولیه پراکتور استوار می باشد. آزمایش پیشنهادی پراکتور بعد ها توسط سازمانهایی مانند AASHTO و ASTM به صورت استاندارد در آمد که هم اکنون نیز مبنای کنترل عملیات خاکی در بسیاری از کار گاههای ساختمانی و آزمایشگاهها می باشد. در حال حاضر سه روش برای کنترل مشخصات تراکمی خاکها مورد استفاده می باشند که دو روش آن تحت عنوان روش استاندارد اصلاح شده بعنوان آزمایشهای استاندارد شده مورد عمل می باشند. روش دیگر تحت عنوان تراکم کوچک مقیاس هاروارد عموماً در کارهای تحقیقاتی مورد استفاده می باشد ذیلاً شرح هر یک از این روشها ارائه می گردد.

آزمایش استاندارد پراکتور

منظور از این آزمایش تعیین رابطه بین درصد رطوبت و دانسیته خشک یا نسبت تخلخل یک نمونه خاک است که تحت روش استانداردی متراکم شده و هدف آن تعیین رطوبت بهینه و حداکثر دانسیته خشک قابل حصول می باشد. وسیله ای که برای این آزمایش به کار می رود مرکب از یک قالب استوانه ای از جنس فولاد ضد زنگ یا برنج است که قطر داخلی آن 4 اینچ و ارتفاع آن 54/4 اینچ می باشد، حجم داخلی این قالب  فوت مکعب (تقریباً یک لیتر) است این قالب بر روی پایه ای فلزی از جنس خود قالب استوار می شود که در ضمن کف قالب را نیز تشکیل می دهد همچنین این وسیله دارای یک قسمت گردنی به قطری معادل قطر قالب و با ارتفاع 2 اینچ است که بر روی قالب سوار می شود و ارتفاع آن را افزایش می دهد این قسمت گردنی به راحتی قابل برداشتن و نصب است ومنظور از آن حفظ قسمت بالائی خاک متراکم شده در قالب در حین تراکم آخرین لایه می باشد.

عمل تراکم توسط چکش یا کوبنده استانداردی انجام می پذیرد که قطر سر آن 2 اینچ و وزن آن 495/2 کیلوگرم ( 5/5 پوند) است این کوبنده در داخل یک غلاف طوری نصب شده که ارتفاع سقوط آزاد آن دقیقاً معادل با یک فوت (3048/0 متر) باشد. این نوع کوبنده با دست کار می کند اما انواع الکترومکانیکی آن نیز ساخته شده است. عمل تراکم خاک در سه لایه و با 25 ضربه کوبنده در هر لایه صورت می گیرد. البته واضح است که این مقدار انرژی تراکمی استاندارد را نشان می دهد و به منظور مقایسه می توان مقدار انرژی را با تغییر تعداد ضربه یا لایه ها تغییر داد.

آزمایش استاندارد اصلاح شده (پراکتور اصلاح شده)

این آزمایش شبیه آزمایش استاندارد پراکتور است با این تفاوت که مقدار انرژی تراکمی در واحد حجم بیشتر شده است یعنی وزن کوبنده از 5/5 پوند به 10 پوند (736/4 کیلوگرم) و ارتفاع سقوط از 1 فوت به 5/1 فوت (7/45 سانتیمتر) افزایش یافته و تعداد لایه ها نیز از 3 به 5 افزایش یافته است.

این آزمایش صرفاً برای ایجاد شرایط تراکمی که توسط بعضی از غلتک های خیلی سنگین در راه سازی وزیر سازی فرودگاهها حاصل می شود طی جنگ جهانی دوم توسط هیئت مهندسی ارتش آمریکا طرح شده است.

چنانچه برای یک خاک معین منحنی های تراکم با دو روش استاندارد و استاندارد اصلاح شده تعیین و ترسیم شوند بر اساس مطالبی که ارائه شد دو منحنی بر یکدیگر منطبق نبوده و منحنی تراکم اصلاح شده در موقعیت بالاتر و در سمت چپ منحنی تراکم ساده قرار می گیرد.

آزمایش تراکم کوچک مقیاس هاروارد

از آنجا که استفاده از قالبهای استاندارد یا استاندارد اصلاح شده مستلزم صرف مقدار زیادی خاک برای هر آزمایش می باشد به منظور صرفه جوئی در میزان خاک مصرفی و نیز به منظور راحت تر شدن عملیات آزمایشگاهی آزمایش تراکم کوچک مقیاس در سال 1949 توسط S.D.WILSON ابداع شد سپس این روش در دانشگاه هاروارد به صورت یک آزمایش استاندارد مورد استفاده قرار گرفت و به همین نام نیز مشهور گردید. این آزمایش در قالبی انجام می پذیرد که قطر داخلی آن 1 اینچ و ارتفاع آن 816/2 اینچ می باشد و طوری طراحی شده که حجم داخلی آن  فوت مکعب است بنابراین اگر وزن محتویات قالب بر حسب گرم تعیین شود این مقدار از نظر عددی برابر با وزن واحد حجم محتویات قالب بر حسب پوند در فوت مکعب نیز خواهد بود که این امر محاسبات را ساده تر می سازد.

ویژگی فوق یکی از مزایای این آزمایش می باشد. این قالب نیز دارای یک پایه و یک قسمت گردنی است. عمل تراکم ممکن است که با یک کوبنده کوچک شبیه به کوبنده آزمایش استاندارد یا کوبنده ای که دارای فنر کالیبره شده است انجام پذیرد. در نوع اخیر فنر طوری تنظیم می شود که فشار وارد بر آن مقدار معینی خواهد بود و لذا مقدار انرژی تراکمی قابل کنترل است بدین ترتیب طول فنر یا خاصیت ارتجاعی آن را طوری می توان انتخاب نمود که به محض رسیدن فشار به مقدار مورد نظر فنر شروع به باز شدن کند و لذا فشار در این لحظه حذف شود. همراه با این دستگاه وسیله مخصوصی نیز برای خارج ساختن نمونه از داخل قالب بکار برده می شود در این آزمایش می توان نمونه خاک خارج شده از قالب را به طور کامل برای تعیین درصد رطوبت به کار برد. مزایای این آزمایش به شرح زیر است:

الف: چون حجم قالب بسیار کم است در نتیجه مقدار خیلی کمی از خاک ( در حدود 100 گرم) برای هر آزمایش مورد نیاز است لذا از تلفات خاک جلوگیری می شود.

ب:‌ به علت کوچک بودن قالب و حجم خاک داخل آن مقدار انرژی لازم برای تراکم آن کم بوده و در نتیجه در میزان کار و زمان آزمایش صرفه جوئی می شود.

ج: از نمونه خاک خارج شده از قالب بیش از یک بار استفاده نمی شود و لذا نتایج آزمایش دقیق تر است این در حالی است که در آزمایش تراکم استاندارد برای صرفه جوئی در مقدار خاک باید از خاک خارج شده از قالب مجدداً استفاده نمود.

د: برای تعیین رطوبت کل نمونه در داخل کوره الکتریکی قرار داده می شود و لذا دقت کار بیشتر است.

ه: استفاده از کوبنده فنری، تراکم مخصوصی ایجاد می کند که به تراکم از نوع ورزدهی شبیه است و این عمل کاملاً شبیه به عمل غلتکهای پاچه بزی به هنگام کار در صحرا است حال آنکه در آزمایش استاندارد عمل تراکم دینامیکی بوده و شباهت چندانی به عمل غلتک در صحرا ندارد.

و: وزن خاک موجود در قالب بر حسب گرم از نظر عددی معادل با وزن واحد حجم خاک متراکم شده بر حسب پوند در فوت مکعب است.

همچنین معایب این آزمایش به شرح زیر می باشند:

الف: این آزمایش هنوز به صورت استاندارد مشخص نشده است ، لذا استفاده از آن در کنترل عملیات تراکم در صحرا با محدودیت مواجه خواهد بود.

 ب: به علت کوچکی قالب در این آزمایش ذرات خاک بزرگتر از 2 میلیمتر (الک شماره 10) را باید کنار گذاشت در حالیکه در آزمایش تراکم استاندارد ذرات خیلی درشت تر را نیز می توان در مخلوط خاک به کار برد (معمولاً برای آزمایش تراکم استاندارد خاک مورد نظر از الک شماره 4 عبور داده می شود)

تعیین رطوبت بهینه

در هر آزمایش تراکم مقدار معینی از نمونه خاک انتخاب و پس از تعیین تقریبی درصد رطوبت مقداری آب به آن اضافه می شود (در حدود 2 درصد) سپس خاک در قالب کوبیده شده و وزن نمونه و درصد رطوبت آن تعیین می گردد، در مراحل بعدی مقدار رطوبت خاک را کمی افزایش داده و پس از تراکم مجدداً وزن خاک موجود در قالب و درصد رطوبت آن تعیین می شود. عمل افزایش مقدار رطوبت و تراکم آن تا جائی ادامه می یابد که وزن خاک مرطوب موجود در قالب شروع به کاهش نماید در این مرحله آزمایش قطع و منحنی تغییرات رطوبت خاک متراکم شده بر حسب دانسیته خشک آن برای هر مرحله از آزمایش تعیین می گردد. درصد رطوبت با تهیه نمونه ای از خاک موجود در قالب و تعیین وزن آن در حالت های خشک و مرطوب و تقسیم اختلاف این دو وزن بر وزن خشک خاک بدست می آید. پس از تعیین و برای هر مرحله تغییرات بر روی محور طولها و تغییرات در محور عرضها برده شده و منحنی تغییرات رسم می شود این منحنی معمولاً دارای یک نقطه ماکزیمم است که طول آن درصد رطوبت بهینه و عرض آن ماکزیمم دانسیته خشک خاک را تحت نیروی تراکمی مفروض بدست می دهد.

 گاهی اوقات به منظور مقایسه منحنی حاصله با منحنی مخصوص 100 درصد اشباع منحنی تغییرات درصد رطوبت بر حسب ماکزیمم دانسیته قابل حصول تئوریک (وقتی که حجم هوای خاک به صفر برسد) نیز رسم می شود همانطور که قبلاً گفته شد این منحنی برای حالتی است که تراکم به گونه ای صورت گیرد تا همه هوای موجود در خاک خارج شده و خاک تحت رطوبت موجود به حالت اشباع برسد.

 خواص خاک متراکم شده

قبلا گفته شد که خاکهای غیر چسبنده را می توان در حالت خشک یا مستغرق با استفاده از ارتعاش متراکم نمود. خواص خاکهای غیر چسبنده متراکم در صورت مساوی بودن دانسیته آنها چه عمل تراکم به طور طبیعی انجام پذیرفته باشد و چه توسط انسان اصولا یکسان است. خاکریزهای متشکل از ماسه خالص  را می توان با عمل استغراق و ارتعاش همراه با هم متراکم نمود. در این عمل می توان از دستگاههای مرتعش (غلتک یا کوبنده ویبره) استفاده کرد. شن و ماسه خشک را معمولا با غلتک های ارتعاشی لایه به لایه متراکم می کنند اما در مورد ماسه متوسط و ریز مرطوب همانطور که قبلا گفته شد به علت وجود نیروی موئینگی (کاپیلاریته) انجام تراکم تنها به وسیله ارتعاش مشکل و احتمالا غیر ممکن است لذا در این مورد از عمل ویبره فلوتاسیون یا ارتعاش و استغراق همزمان استفاده می شود.

خاکهای ریز دانه شامل سیلت ریز و رس معمولا در صحرا در لایه های نازک و به وسیله فشار حاصل از غلتکهای پاچه بزی که به هنگام کار توسط زائده ها روی استوانه غلتک فشار زیادی به خاک وارد می سازد انجام می شود. عمل این زائده ها تقریبا مشابه کوبنده در آزمایش تراکم  است معمولا در صحرا عمل تراکم لایه های خاک فقط در یک جهت صورت می گیرد این امر باعث می شود که ذرات نازک و پولک مانند رس به نحوی آرایش یابند که سطح پهن ذرات به موازات یکدیگر قرار گیرد و ساختمانی کم و بیش پراکنده حاصل شود.

تغییر آرایش ذرات خاکهای رسی (ذرات پولکی) در اثر تراکم توسط محققین مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است این مطالعات نشان داده اند که با افزایش انرژی تراکم و نیز با افزایش رطوبت تراکم آرایش غیر منظم (فلوکوله) ذرات تدریجاً به آرایش موازی (پراکنده)تبدیل می گردد.  این تغییر آرایش می تواند در خصوصیات مهندسی خاک متراکم شده تاثیر قابل ملاحظه ای داشته باشد.

در روی منحنی رطوبت- دانسیته خشک بجز برای نقطه ماکزیمم منحنی بازاء هر مقدار مفروض دانسیته خشک دو مقدار درصد رطوبت وجود دارد که یکی از آنها دارای رطوبتی بیش از بهینه و دیگری کمتر از آن می باشد. معمولا چنانچه دو نمونه از یک خاک یکی با رطوبت بیشتر از بهینه و دیگری کمتر از بهینه به میزان معینی متراکم شوند به علت وجود لایه ضخیم تر آب در اطراف ذرات خاک در نمونه ای که با رطوبت بیشتر متراکم شده است ذرات این خاک طوری آرایش می یابند که سطح پهن آنها عمود بر جهت اعمال فشار باشد یعنی ساختمان خاک بیشتر موازی (پراکنده) برای یک مقدار معین دانسیته خشک درصد رطوبت بیشتر از بهینه را جهت مرطوب و درصد رطوبت کمتر از بهینه را جهت خشک می نامند.

نفوذ پذیری خاکهای رسی تابع نحوه تراکم آنها است. چنانچه خاکی برای رسیدن به میزان معینی دانسیته خشک در جهت خشک تراکم یابد به علت آنکه ساختمان آن بیشتر حالت فلوکوله دارد نفوذ پذیری آن بیش از وقتی است که خاک در جهت مرطوب تراکم یافته باشد، زیرا در حالت اخیر ساختمان خاک بیشتر بصورت پراکنده بوده و لذا نفوذ پذیری آن کمتر است. این بدان علت است که در ساختمان فلوکوله خاک حجم فضای خالی بین ذرات بیشتر و لذا نفوذ پذیری آن نیز بیشتر از ساختمان پراکنده می باشد.

به طور کلی تورم خاک های رسی متراکم شده بر اثر ضخیم شدن لایه آب اطراف ذرات رس ایجاد می شود. خاک رسی که در جهت خشک نسبت به رطوبت بهینه متراکم شده باشد نسبت به رس متراکم شده در جهت مرطوب به هنگام مجاورت با آب مقدار بیشتری آب جذب نموده و لذا بیشتر منبسط می شود بنابراین برای جلوگیری از تورم یا انبساط خاکی که در جهت خشک متراکم شده نسبت به خاک متراکم شده در جهت مرطوب انرژی بیشتری مورد نیاز می باشد.

خاک رسی متراکم شده در جهت خشک دارای مقاومت برشی بیش از خاک متراکم شده در جهت مرطوب است، این بدان علت می باشد که در خاک متراکم شده در جهت خشک مقدار رطوبت موجود در اطراف ذرات کمتر بوده و لذا ذرات با شدت بیشتری یکدیگر را جذب می نمایند و مقاومت برشی آنها بیشتر است.

الف) کوبنده های دستی:

در شرایط خاص ساختمانی به ویژه در مناطق بسیار نزدیک و مجاور سازه های بتنی یا در مواردی که عرض باند خاکریزی برای مانور انواع غلتک مناسب نباشد می توان از انواع کوبنده های دستی استفاده نمود. این کوبنده ها معمولا دارای عرض محدود (حدود 3/0 تا 6/0 متر ) بوده و مجهز به یک موتور برقی دیزل یا بنزینی بعنوان نیروی محرک می باشند. در این کبونده ها هدایت دستگاه توسط یک نفر کارگر انجام شده و عمل تراکم توسط ضربه و ارتعاشات صفحه کوبنده دستگاه صورت می گیرد.

ب) وسایل تراکم خاکهای ماسه ای :‌‌

 خاکهای ماسه ای تمیز و مرطوب به علت کیفیت خاص خود به آسانی و با استفاده از وسایل تراکم متعارف متراکم نمی گردند به ویژه اگر این خاکها در عمق قرار داشته باشند( مانند عدسی سست ماسه ای) انجام تراکم در آنها بسیار مشکل بوده و باید این امر با اتخاذ تدابیر خاص صورت گیرد. در این قسمت بعضی از روشهای تراکم خاکهای ماسه ای که به نام تراکم دینامیکی مشهورند مورد تشریح قرار می گیرد.

 روش ارتعاش- استغراق: همانطور که قبلا اشاره شد در این روش برای تراکم خاکهای ماسه ای از وسیله خاصی استفاده می شود که قادر است همزمان با غرقاب ساختن خاک با ایجاد ارتعاش آن را متراکم سازد. این وسیله از یک لوله مرتعش دو جداره ساخته شده به گونه ای که آب با فشار از لوله میانی به داخل خاک تزریق گردیده و چسبندگی ظاهری ناشی از نیروی موئینگی ذرات ماسه را  از میان می برد، در عین حال با مرتعش شدن جداره خارجی توسط یک موتور عمل تراکم صورت می گیرد. شعاع عمل و عمق تاثیر این دستگاه متناسب با ابعاد آن و قدرت موتور نصب شده در روی جدار خارجی می باشد به طور متعارف عمق عملکرد این سیستم 3 تا 5 متر و شعاع تاثیر آن نیز حدود 3 تا 7 متر می باشد. وزن این دستگاه بین 2 تا 5 تن متغیر است. لازم به ذکر است که روش مذکور در خاکهای ماسه ای سست یکنواخت دارای بهترین نتیجه بوده با ریز تر شدن بافت یا افزایش مقدار ذرات ریز دانه      (سیلت و رس) کارآیی آن کاهش می یابد.

روش تراکم دینامیکی: در این روش با اعمال ضربات ناشی از سقوط آزاد یک وزنه سنگین بر روی سطح خاک و ایجاد موجهای ارتعاشی توده خاک در عمق متراکم می گردد این روش نیز همانند روش ارتعاش استغراق دارای محدودیت از نظر نوع خاک و دامنه عملکرد می باشد.

 روش انفجار: تنشهای برشی حاصل از انفجار مواد منفجره در سطح یا در عمق خاک می تواند موجب تراکم خاکهای ماسه ای شنها و سنگریزه های سست و غیر متراکم شود در خاکهای اشباع انفجار موجب بالا رفتن فشار آب منفذی شده و ممکن است باعث ایجاد پدیده روانگرائی شود در چنین شرایطی نصب زهکشهای قائم موجب کاهش فشار آب منفذی و افزایش تاثیر موجهای انفجاری در جهت متراکم ساختن خاک می گردد در صورت استفاده از روش انفجار لازم است که به وضعیت سازه های مجاور با محل انفجار توجه داشت و به گونه ای عمل نمود که روی سازه های مذکور تاثیر منفی ایجاد نشود.