Важна бележка за безопасността: Това е архивен професионален текст, а не текущо лабораторно или полево ръководство. Описаните процедури включват живак, открит пламък, отопление, парафин и друго оборудване и материали, които могат да бъдат опасни или неприемливи днес. Не ги прилагайте без валидни стандарти, оценка на риска, информационни листове за безопасност, подходящ лабораторен и професионален надзор. Текстът не е част от настоящата оферта на продукти и услуги на Savo Kusić.
Определяне на обемното тегло на почвата
Има няколко начина за определяне на обемното тегло на почвата, от които ще опишем най-често използваните, а именно: процедурата с цилиндър, процедурата с потапяне на пробата във вода, процедурата с потапяне на пробата в живак и процедурата с пясък.
Процедура с цилиндър
Тази процедура е най-широко използваната и се извършва на място и в лаборатория. Прилага се върху свързана и несвързана почва.
Метален цилиндър с известен обем, със заострен долен ръб, се притиска в почвата или в ненарушена или изкуствено уплътнена проба, така че да бъде напълно запълнена с почвена маса. След това повърхността на пробата се изравнява с нож с горния и долния ръб на цилиндъра и веднага се затваря с метални капаци и се претегля на кантар.
Ако W е теглото на пробата с цилиндъра и капачките, W0 е теглото на самия цилиндър с капачките, V е обемът на цилиндъра
обемното тегло на почвата γ е:
γ = (W - WP)/V
Процедура с потапяне на пробата във вода
Тази процедура се основава на физическото свойство, че обемът на тяло, потопено във вода, е равен на обема на изместената вода. Използва се само за свързана почва, когато не може да се получи проба с правилна геометрична форма.
От непокътнатата почва или от по-голяма проба се взема парче проба с форма на макак и нейното тегло W в естественото му състояние се измерва на кантар. След това пробата се покрива с разтопен парафин, който не трябва да е много горещ, а само колкото да се разтопи. Тънък слой парафин 1-2 mm трябва напълно да покрие цялата проба. След това пробата с парафин се претегля на везна и се получава теглото W’. Теглото на парафина е W’ – W.
Обемът на парафина VP, получен по формулата: VP * γP = W’ – W,
, където γP е обемното тегло на парафина, което е известно и е γP = 0,892 p/cm3.
От горното уравнение имаме: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Фиг. 1. Определяне на обемното тегло на почвата чрез потапяне на пробата във вода
След това увитата в парафин проба се окачва на везна с тънка копринена нишка (фиг. 1), везната се балансира и веднага след това под пробата се изтегля съд с дестилирана вода, така че цялата проба да бъде потопена във вода. Тъй като поради видимата загуба на тегло на пробата във водата балансът на везната е нарушен, той се възстановява чрез премахване на тежестите, така че да се получи теглото на пробата с парафин, потопен във водата W. Разликата в теглото на пробата с парафин в непотопено и потопено състояние дава теглото на изместената вода, т.е. ако обемното тегло на водата YW = 1,00, обемът на изместената вода Vw
От обема Vw изваждаме обема на парафина VP и получаваме обема на пробата.
Плътността на почвата е: γ = W/(Vw – VP)*m
, където m е коригиращият коефициент, дължащ се на разликата в температурата на водата, тъй като Y = 1,0 за температурата на водата при 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Процедура с потапяне на проба в живак
Тази процедура се прилага за свързани почви, също и в случаите, когато е необходимо да се откаже вземането на проба с правилна геометрична форма, какъвто е случаят например при определяне на границите на свиване на почвата.
Фиг. 2. Определяне на обемното тегло на почвата чрез потапяне на пробата в живак
Пробата се потапя в съд, изцяло пълен с живак (фиг. 2) и с помощта на стъклена пластина с тънки метални шипове се притиска така, че да бъде напълно потопена в живак. Пресованият живак се изсипва в по-голям съд, откъдето се взема и измерва теглото му. Ако W е теглото на пробата, Wz е теглото на изместения живак, γz е обемното тегло на живака, Vz=V е обемът на изместения живак, който е равен на обема на пробата;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
тогава обемното тегло на почвата е:
γ =W*γz /Wz.
Пясъчна процедура
Този тест се извършва на терен и най-често се прилага за несвързани почви, чакъл, чакълест пясък, моренен материал и в други случаи, когато не е възможно извличането на ненарушени проби с цилиндри. Принципът на тази процедура се състои в изкопаване на дупка в земята и след това запълване с нормален пясък с известно обемно тегло, въз основа на което се определя обемът на дупката. Обемното тегло на почвата се определя от теглото на изкопаната маса и обема на дупката.
Повърхността на почвата, чието обемно тегло трябва да се определи, се изравнява така, че да е хоризонтална, след което върху нея се поставя ламарина с размери около 40 x 40 cm (фиг. 3) с шаблон, изрязан в средата на диаметъра Ø = 20 cm, дебелина 5 mm, за изкопаване на дупка в земята. Тенекиената плоча се поставя на земята и се закрепва с колчета. С ръчен инструмент (нож, шпатула, лъжица, длето) през отвора на шаблона се изкопава дупка с диаметър 20 cm, дълбочина около 20 cm, за предпочитане с вертикални стени, но не извън шаблона и се почиства добре. Целият изкопан материал се поставя върху плочата, след което веднага след изкопаването, докато все още има естествената си влажност, се претегля на кантар и се определя теглото му W. За по-късно определяне на естествената влажност пробата се поставя в тенекиена кутия с капак, която след приключване на теренната работа се отнася в сушилнята. Веднага след това в изкопаната дупка се насипва сух нормален пясък, чието обемно тегло γd се определя чрез измерване, т.е. от предварително направения лабораторен тест, като през същата фуния и от същата височина се насипва пясък, h пада както при полевия тест.
Фиг. 3. Определяне на обемното тегло на почвата чрез тест с пясък
Преди да започнете теста, измерете теглото на нормалния пясък в чашата и след това, след като запълните дупката в земята с този пясък до горната повърхност на тенекиената плоча, която е изравнена със стоманена линийка с дължина 40 cm, измерете останалата част от пясъка в чашата, така че точното тегло Wd на сухия нормален пясък в дупката до горната повърхност на тенекията се получава плоча. Обемът Vd на изкопания отвор до горната повърхност на ламарината се определя въз основа на формата Vd = Wd/γd.
Обемът V на дупката в земята се получава чрез изваждане на обема v на отвора на тенекиения шаблон:
Обемното тегло на почвата γ е: γ = W/V, където W е теглото на изкопаната почва от дупката, измерено непосредствено след изкопаването. Отбелязва се, че вместо пясък се използва мазилка, масло или студен асфалт, които са по-малко чувствителни при влажно време. Освен това има и специални приспособления за по-лесна и бърза работа на теста с пясък.
Приблизителните стойности на обемните тегла на почвата са дадени в таблица 1, с бележка, че при геомеханичните анализи във всеки случай обемното тегло на почвата трябва да се определя чрез експеримент в лаборатория или на полето.
Определяне на влажността на почвата
Опитът за определяне на влажността на почвата се извършва по няколко начина, а именно лабораторен метод с помощта на електрическа сушилня, полеви методи с използване на сушене на открит огън, използване на карбид, измерване под вода и използване на въздушен пикнометър. Тук ще опишем само първите два метода, които се прилагат най-често у нас.
Лабораторен метод с използване на електрическа сушилня
Този метод е най-надеждният и най-широко прилаган за всички видове почви. Парче пръст от ненарушена проба се поставя между две вдлъбнати стъкла, наречени пясъчни часовници, които се закрепват с метална скоба и се претеглят заедно на аналитична везна, след което се поставя в електрическа сушилня, където се изсушава при 105°C, докато теглото стане постоянно (фиг. 4). Разликата в температурата по време на сушенето не трябва да бъде по-голяма от ±2°C, тъй като при по-ниска температура не се извършва пълно изсушаване, а при по-висока температура органичните съставки в пробата могат да изгорят. Приблизителната продължителност на изсушаване на пробата с пясъчно стъкло в сушилнята е около 6 часа за пясък и около 12 часа за глина. След изсушаване пробата, затворена в пясъчни часовници със скоба, се поставя в ексикатор, за да се охлади до стайна температура, след което се измерва отново.
Фиг. 4. Сушене на проби в часовници със скоба
Ако W е теглото на пробата в естествено състояние на влага с пясъчно стъкло и скоба, Ws е теглото на пробата в сухо състояние с пясъчно стъкло и скоба, Wt е теглото на пясъчно стъкло и скоба, почвената влага w според определението на Атерберг е теглото на водата, разделено на теглото на почвата в сухо състояние, т.е.: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Определяне на порьозността на почвата и коефициента на порьозност
Тестът се извършва върху ненарушена проба, при условие че нейният обем може да бъде определен в ненарушено състояние.
Притискаме метален цилиндър с известен обем в непокътнатата почва или в проба с по-големи размери, изравняваме горната повърхност на пробата с ръбовете на цилиндъра и я поставяме да изсъхне върху 105°C, докато теглото стане постоянно, след това я оставяме да се охлади при стайна температура и я претегляме отново на кантара заедно с цилиндър.
Ако V е вътрешният обем на цилиндъра, Vm е обемът на непорестите твърди вещества в почвата, Wd е сухото тегло на пробата, γs е обемното тегло на твърдите частици, порьозността на почвата n е
Обемът Vm се определя въз основа на сухото тегло на пробата Wd:
т.е. в процент от общия обем на почвата
Тъй като γd = Wd/V, т.е. теглото на сухата насипна почва, може да се постави
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Коефициентът на порьозност се получава от формулата e = n/(1-n).
За проектиране, контрол на качеството или изпълнение на работи, използвайте действащите разпоредби, стандартизирани методи за изпитване и оторизирана лаборатория. Този текст е запазен като исторически образователен ресурс.