Nota de seguretat important: Aquest és un text professional d’arxiu, no un manual de laboratori o de camp actual. Els procediments descrits inclouen mercuri, flames obertes, calefacció, parafina i altres equips i materials que avui dia poden ser perillosos o inacceptables. No els apliqueu sense normes vàlides, avaluació de riscos, fitxes de dades de seguretat, laboratori i supervisió professional adequada. El text no forma part de l’oferta actual de productes i serveis de Savo Kusić.
Determinació del pes volumètric del sòl
Hi ha diversos mètodes per determinar el pes volumètric del sòl, dels quals descriurem els més utilitzats: el mètode del cilindre, el mètode amb immersió de la mostra en aigua, el mètode amb la immersió de la mostra en mercuri i el mètode amb sorra.
Procediment amb cilindre
Aquest procediment és el més utilitzat i es realitza al camp i al laboratori. S’aplica al sòl lligat i no lligat.
Un cilindre metàl·lic de volum conegut, amb una vora inferior esmolada, es pressiona en el sòl o en una mostra no pertorbada o compactada artificialment, de manera que s’omple completament de massa de sòl. Després d’això, la superfície de la mostra s’anivella amb un ganivet amb les vores superior i inferior del cilindre i es tanca immediatament amb cobertes metàl·liques i es pesa en una bàscula.
Si W és el pes de la mostra amb cilindre i taps, W0 és el pes del propi cilindre amb taps, V és el volum del cilindre
La densitat del sòl γ és:
γ = (W - WP)/V
Procediment amb la immersió de la mostra en aigua
Aquest procediment es basa en la propietat física que el volum d’un cos immers en aigua és igual al volum d’aigua desplaçada. Només s’utilitza per a sòls lligats, quan no es pot obtenir una mostra de forma geomètrica regular.
Del sòl no alterat o d’una mostra més gran, es pren un tros de mostra en forma de macac i es mesura el seu pes W en estat natural en una bàscula. A continuació, la mostra es cobreix amb parafina fosa, que no ha d’estar massa calenta, sinó prou per fondre’s. Una fina capa de parafina 1-2 mm hauria de cobrir completament tota la mostra. Després es pesa la mostra amb parafina en una balança i s’obté el pes W’. El pes de la parafina és W’ – W.
El volum de parafina VP, obtingut de la forma: VP * γP = W’ – W,
on γP és el pes volumètric de la parafina, que es coneix i ascendeix a γP = 0,892 p/cm3.
De l’equació anterior tenim: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Fig. 1. Determinació del pes volumètric del sòl submergint la mostra en aigua
A continuació, la mostra embolicada amb parafina es penja en una bàscula amb un fil de seda prim (fig.1), la balança s’equilibra i, a continuació, es treu un recipient amb aigua destil·lada sota la mostra, de manera que tota la mostra es submergeix a l’aigua. Atès que, per l’aparent pèrdua de pes de la mostra a l’aigua, l’equilibri de la bàscula es veu alterat, es restableix eliminant els pesos, de manera que s’obté el pes de la mostra amb parafina immersa a l’aigua W. La diferència en el pes de la mostra amb la parafina en estat no submergit i submergit dóna el pes de l’aigua desplaçada, és a dir, si el pes volumètric de l’aigua és YW =1,00, volum d’aigua desplaçada Vw
Restem el volum de parafina VP del volum Vw i obtenim el volum de la mostra.
El pes volumètric del sòl és: γ = W/(Vw – VP)*m
on m és el coeficient de correcció degut a la diferència de temperatura de l’aigua, ja que Y =1,0per a la temperatura de l’aigua a4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Procediment amb la immersió de la mostra en mercuri
Aquest procediment s’aplica per a sòls lligats, també en els casos en què cal renunciar a prendre una mostra de forma geomètrica regular, com és el cas, per exemple, a l’hora de determinar els límits de contracció del sòl.
Sl.2. Determinació del pes volumètric del sòl submergint la mostra en mercuri
La mostra es submergeix en un recipient completament ple de mercuri (fig. 2) i amb l’ajuda d’una placa de vidre amb puntes fines metàl·liques es pressiona perquè quedi completament immersa en mercuri. El mercuri premsat s’aboca en un recipient més gran, d’on es pren el pes i es mesura. Si W és el pes de la mostra, Wz és el pes del mercuri desplaçat, γz és el pes volumètric del mercuri, Vz=V és el volum de mercuri desplaçat que és igual al volum de la mostra;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
aleshores el pes volumètric del sòl és:
γ =W*γz /Wz.
Procediment de sorra
Aquesta prova es realitza al camp i s’aplica amb més freqüència a sòls no lligats, grava, grava, sorra, material de morena i en altres casos, quan no és possible l’extracció de mostres no alterades amb cilindres. El principi d’aquest procediment consisteix a cavar un forat a terra i després omplir-lo amb sorra normal de pes volumètric conegut, a partir de la qual es determina el volum del forat. El pes volumètric del sòl es determina a partir del pes de la massa excavada i del volum del forat.
La superfície del sòl, del qual s’ha de determinar el pes volumètric, s’anivella de manera que quedi horitzontal, després una planxa d’aprox.40x40 cm(fig.3), amb una plantilla retallada al mig del diàmetre Ø =20 cm, gruix5 mm, per fer un forat a terra. El plat de llauna es col·loca plana a terra i es fixa amb clavilles. Un forat amb un diàmetre de20 cm, profunditat aprox20 cm, preferiblement amb parets verticals, però no fora de la plantilla i netejar bé. Tot el material excavat es col·loca a la placa, després immediatament després d’excavar, mentre encara té la seva humitat natural, es pesa en una bàscula i se’n determina el pes W. Per tal de determinar posteriorment la humitat natural, la mostra es col·loca en una caixa de llauna amb tapa, per portar-la a l’assecat un cop finalitzat el treball de camp. Immediatament després s’aboca sorra normal seca al forat excavat, el pes volumètric del qual γd es determina mesurant, és a dir, a partir de l’assaig de laboratori realitzat prèviament, abocant sorra pel mateix embut i des de la mateixa alçada, h cau com a l’assaig de camp.
Sl.3. Determinació del pes volumètric del sòl mitjançant la prova de sorra
Abans de començar la prova, mesura el pes de la sorra normal a les tasses de mesura, i després després d’omplir el forat a terra amb aquesta sorra a la superfície superior de la placa de llauna, amb la qual s’alinea amb una regla d’acer de longitud.40 cm, peseu la resta de la sorra al vas de precipitats, de manera que s’obté el pes exacte Wd de la sorra normal seca del forat fins a la superfície superior de la xapa. Determinem el volum Vd del forat excavat a la superfície superior de la planxa basant-nos en la fórmula Vd = Wd/γd.
El volum V del forat a terra s’obté restant el volum v de l’obertura de la plantilla de llauna:
El pes volumètric del sòl γ és: γ = W/V, on W és el pes del sòl excavat del forat mesurat immediatament després de l’excavació. Cal destacar que s’utilitza guix, oli o asfalt fred en lloc de la sorra, que és menys sensible en temps humit. A més, també hi ha dispositius especials per a un treball més fàcil i ràpid en la prova amb sorra.
Els valors aproximats dels pesos volumètrics del sòl es donen a la taula 1, amb una nota que en les anàlisis geomecàniques en cada cas, el pes volumètric del sòl s’hauria de determinar per experiment al laboratori o al camp.
Determinació de la humitat del sòl
La prova de determinació de la humitat del sòl es realitza de diverses maneres, a saber, el mètode de laboratori amb assecador elèctric, mètodes de camp amb assecat a foc obert, utilitzant carbur, mesurant sota l’aigua i utilitzant un picnòmetre d’aire. Aquí descriurem només els dos primers mètodes, que s’apliquen més sovint al nostre país.
Mètode de laboratori amb assecador elèctric
Aquest mètode és el més fiable i més àmpliament aplicat per a tot tipus de sòl. Un tros de terra d’una mostra no pertorbada es col·loca entre dos vidres còncaus, anomenats rellotges de sorra, que es subjecten amb una pinça metàl·lica i es pesen junts en una balança analítica, i després es col·loca en un assecador elèctric on s’asseca a 105°C fins que el pes sigui constant (fig. 4). La diferència de temperatura durant l’assecat no ha de ser superior a ±2°C, ja que a una temperatura més baixa no es realitza l’assecat complet, i a una temperatura més alta es poden cremar els ingredients orgànics de la mostra. La durada aproximada d’assecar la mostra amb un rellotge de sorra a l’assecador és d’unes 6 hores per a la sorra i unes 12 hores per al fang. Després de l’assecat, la mostra tancada en rellotges amb una pinça es col·loca en un dessecador perquè es refredi a temperatura ambient, després es torna a mesurar.
Fig. 4. Assecat de mostres en rellotges amb pinça
Si W és el pes de la mostra en estat natural d’humitat amb el vidre de sorra i la pinça, Ws el pes de la mostra en estat sec amb el vidre de sorra i la pinça, Wt el pes del vidre de sorra i la pinça, la humitat del sòl w segons la definició de l’estat d’Atterberg es divideix pel pes de l’aigua sec, de manera que es divideix pel pes de l’aigua en estat sec. és: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Determinació de la porositat del sòl i el coeficient de porositat
La prova es realitza sobre una mostra no pertorbada, sempre que el seu volum es pugui determinar en estat no pertorbat.
Premem un cilindre metàl·lic de volum conegut en un sòl no alterat o en una mostra de dimensions més grans, anivellem la superfície superior de la mostra amb les vores del cilindre i la posem a assecar sobre 105°C fins que el pes sigui constant, després deixem que es refredi a temperatura ambient i la pesem de nou a l’escala
Si V és el volum intern del cilindre, Vm és el volum de sòlids no porosos del sòl, Wd és el pes sec de la mostra, γs és el pes en volum de les partícules sòlides, la porositat del sòl n és
El volum Vm es determina en funció del pes sec de la mostra Wd:
és a dir en percentatge del volum total del sòl
Com que γd = Wd/V, és a dir, el pes volumètric sec del sòl, es pot posar
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
El coeficient de porositat s’obté de la forma e = n/(1-n).
Per al disseny, control de qualitat o execució d’obres, utilitzeu la normativa vigent, mètodes d’assaig normalitzats i un laboratori autoritzat. Aquest text es conserva com a recurs educatiu històric.