تحديد وزن التربة السائبة والرطوبة والمسامية

ملاحظة هامة تتعلق بالسلامة: هذا نص أرشيفي احترافي، وليس دليلًا معمليًا أو ميدانيًا حاليًا. تشمل الإجراءات الموصوفة الزئبق واللهب المكشوف والتدفئة والبارافين وغيرها من المعدات والمواد التي قد تكون خطرة أو غير مقبولة اليوم. لا تطبقها دون معايير صالحة، وتقييم المخاطر، وأوراق بيانات السلامة، والإشراف المختبري والمهني المناسب. النص ليس جزءًا من العرض الحالي لمنتجات وخدمات Savo Kusic.

تحديد الوزن الحجمي للتربة

هناك عدة طرق لتحديد الوزن الحجمي للتربة سنذكر أكثرها استخداما: طريقة الاسطوانة، طريقة غمر العينة في الماء، طريقة غمر العينة في الزئبق، وطريقة الرمل.

الإجراء مع الاسطوانة

هذا الإجراء هو الأكثر استخدامًا ويتم إجراؤه في الميدان وفي المختبر. يتم تطبيقه على التربة المقيدة وغير المرتبطة.

يتم ضغط أسطوانة معدنية معروفة الحجم، ذات حافة سفلية حادة، في التربة أو في عينة غير مضطربة أو مضغوطة صناعياً، بحيث تمتلئ بالكامل بكتلة التربة. بعد ذلك يتم تسوية سطح العينة بالسكين مع الحواف العلوية والسفلية للأسطوانة وإغلاقها على الفور بأغطية معدنية ووزنها على ميزان.

إذا كان W هو وزن العينة مع الأسطوانة والأغطية، W0 هو وزن الأسطوانة نفسها مع الأغطية، V هو حجم الأسطوانة

كثافة التربة γ هي:

γ = (W - WP)/V

الإجراء مع غمر العينة في الماء

يعتمد هذا الإجراء على الخاصية الفيزيائية المتمثلة في أن حجم الجسم المغمور في الماء يساوي حجم الماء المزاح. يتم استخدامه فقط للتربة المرتبطة، عندما لا يمكن الحصول على عينة ذات شكل هندسي منتظم.

من التربة غير المضطربة أو من عينة أكبر، يتم أخذ قطعة من العينة على شكل قرد المكاك ويتم قياس وزنها W في حالتها الطبيعية على مقياس. ثم يتم تغطية العينة بمادة البارافين المذابة، والتي يجب ألا تكون ساخنة جدًا، ولكن بدرجة كافية لإذابتها. يجب أن تغطي طبقة رقيقة من البارافين 1-2 mm العينة بأكملها. ثم يتم وزن العينة التي تحتوي على البارافين على الميزان ويتم الحصول على الوزن W’. وزن البارافين W’ – W.

حجم البارافين VP، تم الحصول عليه من النموذج: VP * γP = W’ – W,

حيث γP هو الوزن الحجمي للبرافين المعروف ويبلغ γP = 0,892 p/cm3.

من المعادلة أعلاه لدينا: VP = (W’ – W)/0,892  [cm3].

الشكل. 1. تحديد الوزن الحجمي للتربة بغمر العينة في الماء

ثم يتم تعليق العينة المغلفة بالبرافين على ميزان بخيط حريري رفيع (شكل 1)، ويتم موازنة الميزان، وبعد ذلك على الفور يتم سحب وعاء من الماء المقطر تحت العينة، بحيث يتم غمر العينة بأكملها في الماء. وبما أنه بسبب الفقدان الواضح لوزن العينة في الماء، فإن التوازن على الميزان يختل، ويتم إعادة تثبيته عن طريق إزالة الأوزان، بحيث يتم الحصول على وزن العينة مع البارافين المغمورة في الماء W. الفرق في وزن العينة مع البارافين في الحالة غير المغمورة والمغمورة يعطي وزن الماء المزاح، أي إذا كان الوزن الحجمي للماء YW = 1,00، حجم الماء المزاح Vw

من الحجم Vw نطرح حجم البارافين VP ونحصل على حجم العينة.

كثافة التربة هي: γ = W/(Vw – VP)*m

حيث m هو معامل التصحيح بسبب الاختلاف في درجة حرارة الماء، حيث أن Y = 1,0 لدرجة حرارة الماء عند 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.

إجراء غمر العينة في الزئبق

يطبق هذا الإجراء على التربة المربوطة، كذلك في الحالات التي يكون فيها من الضروري التخلي عن أخذ عينة ذات شكل هندسي منتظم، وهذا هو الحال، على سبيل المثال، عند تحديد حدود انكماش التربة.

الشكل. 2. تحديد الوزن الحجمي للتربة بغمر العينة في الزئبق

يتم غمر العينة في وعاء مملوء بالكامل بالزئبق (شكل 2) وبمساعدة لوح زجاجي ذو مسامير معدنية رفيعة يتم ضغطها بحيث تكون مغمورة بالكامل في الزئبق. يُسكب الزئبق المضغوط في وعاء أكبر، حيث يتم أخذ وزنه وقياسه. إذا كان W هو وزن العينة، فإن Wz هو وزن الزئبق المزاح، و_γz_ هو الوزن الحجمي للزئبق، و_Vz_=V هو حجم الزئبق المزاح الذي يساوي حجم العينة؛

Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz

فالوزن الحجمي للتربة هو:

γ =W*γz /Wz.

الإجراء الرملي

يتم إجراء هذا الاختبار في الميدان وغالبًا ما يتم تطبيقه على التربة غير المرتبطة والحصى ورمل الحصى والمواد الركامية وفي حالات أخرى، عندما يكون استخراج العينات غير المضطربة باستخدام الأسطوانات غير ممكن. مبدأ هذا الإجراء هو حفر حفرة في الأرض ومن ثم ملئها بالرمل العادي ذي الوزن الحجمي المعروف، وعلى أساسه يتم تحديد حجم الحفرة. يتم تحديد الوزن الحجمي للتربة من وزن الكتلة المحفورة وحجم الحفرة.

يتم تسوية سطح التربة، الذي يجب تحديد وزنه الحجمي، بحيث يكون أفقيًا، ثم يتم وضع صفيحة من الصفيح بحجم 40 × 40 cm (شكل 3) عليها، مع قالب مقطوع في منتصف القطر Ø = 20 cm، سمك 5 mm، لحفر حفرة في الأرض. يتم وضع صفيحة القصدير بشكل مسطح على الأرض وتثبيتها بأوتاد. حفرة بقطر 20 cm وعمق حوالي 20 cm يتم حفرها بأداة يدوية (سكين، ملعقة، ملعقة، إزميل) من خلال فتحة القالب ويفضل أن تكون بجدران عمودية ولكن ليس خارج القالب ويتم تنظيفها جيداً. توضع جميع المواد المحفورة على اللوحة، ثم بعد الحفر مباشرة وهي لا تزال محتفظة برطوبتها الطبيعية، يتم وزنها على ميزان ويتم تحديد وزنها W. ومن أجل تحديد الرطوبة الطبيعية لاحقاً، توضع العينة في علبة صفيح ذات أغطية، ليتم نقلها إلى غرفة التجفيف بعد الانتهاء من العمل الميداني. بعد ذلك مباشرة، يتم صب الرمل العادي الجاف في الحفرة المحفورة، والذي يتم تحديد وزنه الحجمي γd عن طريق القياس، أي من الاختبار المعملي الذي تم إجراؤه مسبقًا، وذلك عن طريق صب الرمل من خلال نفس القمع ومن نفس الارتفاع، h يسقط كما في الاختبار الميداني.

الشكل. 3. تحديد الوزن الحجمي للتربة باستخدام اختبار الرمل

قبل البدء في الاختبار، قم بقياس وزن الرمل العادي في الدورق، ثم بعد ملء الحفرة الموجودة في الأرض بذلك الرمل حتى السطح العلوي لصفيحة القصدير، والتي يتم تسويتها بمسطرة فولاذية بطول 40 cm، قم بقياس بقية الرمل في الدورق، بحيث يتم الحصول على الوزن الدقيق للرمل العادي الجاف في الحفرة حتى السطح العلوي لصفيحة القصدير. يتم تحديد حجم Vd للفتحة المحفورة إلى السطح العلوي لصفيحة القصدير بناءً على الصيغة Vd = Wd/γd.

يتم الحصول على حجم V للفتحة الموجودة في الأرض عن طريق طرح حجم v لفتحة قالب القصدير:

الوزن الحجمي للتربة γ هو: γ = W/V، حيث W هو وزن التربة المحفورة من الحفرة المقاسة مباشرة بعد الحفر. ويلاحظ أنه يتم استخدام الجص أو الزيت أو الأسفلت البارد بدلاً من الرمل، وهو أقل حساسية في الطقس الرطب. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا أجهزة خاصة للعمل بشكل أسهل وأسرع على الاختبار بالرمل.

القيم التقريبية للأوزان الحجمية للتربة مبينة في الجدول 1، مع ملاحظة أنه في التحليلات الجيوميكانيكية في كل حالة يجب تحديد الوزن الحجمي للتربة عن طريق التجربة في المختبر أو في الحقل.

تحديد رطوبة التربة

يتم إجراء اختبار تحديد رطوبة التربة بعدة طرق، وهي الطريقة المخبرية باستخدام المجفف الكهربائي، والطرق الميدانية باستخدام التجفيف على نار مفتوحة، واستخدام الكربيد، والقياس تحت الماء واستخدام مقياس بيكنوميتر الهواء. سنصف هنا فقط الطريقتين الأوليين، اللتين يتم تطبيقهما غالبًا في بلدنا.

الطريقة المخبرية باستخدام المجفف الكهربائي

هذه الطريقة هي الأكثر موثوقية والأكثر تطبيقًا على جميع أنواع التربة. يتم وضع قطعة من التربة من عينة غير مضطربة بين زجاجين مقعرين، يسمى الساعة الرملية، يتم تثبيتهما بمشبك معدني ووزنهما معًا على ميزان تحليلي، ثم توضع في مجفف كهربائي حيث يتم تجفيفها عند درجة حرارة 105°C حتى يصبح الوزن ثابتًا (شكل 4). يجب ألا يكون الفرق في درجة الحرارة أثناء التجفيف أكبر من ±2°C، لأنه عند درجة حرارة منخفضة لا يتم التجفيف الكامل، وعند درجة حرارة أعلى قد تحترق المكونات العضوية في العينة. المدة التقريبية لتجفيف العينة باستخدام الساعة الرملية في المجفف هي حوالي 6 ساعة للرمل، وحوالي 12 ساعة للطين. بعد التجفيف، توضع العينة المغلقة في أكواب على شكل ساعة بمشبك في مجفف لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة، وبعد ذلك يتم قياسها مرة أخرى.

الشكل. 4. تجفيف العينة في أكواب الساعة مع المشبك

إذا كان W هو وزن العينة في الحالة الطبيعية للرطوبة مع زجاج الساعة والمشبك، Ws وزن العينة في الحالة الجافة مع زجاج الساعة والمشبك، Wt وزن زجاج الساعة والمشبك، فإن رطوبة التربة w وفقًا لتعريف أتربيرج هي وزن الماء مقسومًا على وزن التربة في الحالة الجافة، أي: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].

تحديد مسامية التربة ومعامل المسامية

يتم إجراء الاختبار على عينة غير مضطربة، بشرط إمكانية تحديد حجمها في حالة غير مضطربة.

نضغط أسطوانة معدنية معروفة الحجم في تربة غير مضطربة أو في عينة ذات أبعاد أكبر، ونسوي السطح العلوي للعينة مع حواف الاسطوانة ونتركها حتى تجف على 105°C حتى يصبح الوزن ثابتًا، ثم نتركها تبرد في درجة حرارة الغرفة، ونوزنها مرة أخرى على الميزان مع الاسطوانة.

إذا كان V هو الحجم الداخلي للأسطوانة، Vm هو حجم المواد الصلبة في التربة غير المسامية، Wd هو الوزن الجاف للعينة، γs هو الوزن الحجمي للجزيئات الصلبة، مسامية التربة n هي

يتم تحديد الحجم Vm بناءً على الوزن الجاف للعينة Wd:

أي بالنسبة المئوية لإجمالي حجم التربة

بما أن γd = Wd/V، أي الوزن الحجمي الجاف للتربة، فيمكن وضعه

n = 100* (1 – γd/ γs) [%].

يتم الحصول على معامل المسامية من الصيغة e = n/(1-n).

للتصميم أو مراقبة الجودة أو تنفيذ الأعمال، استخدم اللوائح الحالية وطرق الاختبار الموحدة والمختبر المعتمد. يتم الحفاظ على هذا النص كمورد تعليمي تاريخي.