Důležitá bezpečnostní poznámka: Toto je archivní odborný text, nikoli aktuální laboratorní nebo terénní příručka. Popsané postupy zahrnují rtuť, otevřený oheň, topení, parafín a další zařízení a materiály, které mohou být v dnešní době nebezpečné nebo nepřijatelné. Neaplikujte je bez platných norem, posouzení rizik, bezpečnostních listů, příslušného laboratorního a odborného dozoru. Text není součástí aktuální nabídky produktů a služeb Savo Kusić.
Stanovení objemové hmotnosti zeminy
Existuje více metod stanovení objemové hmotnosti zeminy, z nichž si popíšeme ty nejpoužívanější: válcová metoda, metoda s ponořením vzorku do vody, metoda s ponořením vzorku do rtuti a metoda s pískem.
Postup s válcem
Tento postup je nejpoužívanější a provádí se v terénu i v laboratoři. Aplikuje se na vázanou a nevázanou půdu.
Kovový válec o známém objemu se zabroušeným spodním okrajem se vtlačí do zeminy nebo do nenarušeného či uměle zhutněného vzorku tak, aby byl zcela vyplněn hmotou zeminy. Poté se povrch vzorku srovná nožem s horním a spodním okrajem válce a ihned se uzavře kovovými kryty a zváží na váze.
Pokud W je hmotnost vzorku s válcem a uzávěry, W0 hmotnost samotného válce s kryty, V objem válce
hustota půdy γ je:
γ = (W - WP)/V
Postup s ponořením vzorku do vody
Tento postup je založen na fyzikální vlastnosti, že objem tělesa ponořeného do vody se rovná objemu vytlačené vody. Používá se pouze pro vázanou zeminu, kdy nelze získat vzorek pravidelného geometrického tvaru.
Z nenarušené půdy nebo z většího vzorku se odebere kus vzorku ve tvaru makaka a na váze se změří jeho hmotnost W v přirozeném stavu. Poté se vzorek překryje roztaveným parafínem, který nesmí být příliš horký, ale jen tolik, aby se roztavil. Tenká vrstva parafínu 1-2 mm by měla zcela pokrýt celý vzorek. Poté se vzorek s parafínem zváží na váze a získá se hmotnost W’. Hmotnost parafínu je W’ – W.
Objem parafínu VP, získaný ze tvaru: VP * γP = W’ – W,
kde γP je objemová hmotnost parafínu, která je známá a činí γP = 0,892 p/cm3.
Z výše uvedené rovnice máme: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Obr. 1. Určení objemové hmotnosti půdy ponořením vzorku do vody
Poté se vzorek zabalený v parafínu pověsí na váhu tenkou hedvábnou nití (obr.1), váha se vyrovná a poté se pod vzorek vtáhne nádoba s destilovanou vodou, takže celý vzorek je ponořen ve vodě. Protože v důsledku zdánlivého úbytku hmotnosti vzorku ve vodě je narušena rovnováha na váze, obnovuje se odstraněním závaží, takže se získá hmotnost vzorku s parafínem ponořeným ve vodě W. Rozdíl hmotnosti vzorku s parafínem v neponořeném a ponořeném stavu udává hmotnost vytlačené vody, tj. je-li objemová hmotnost vody YW =1,00, objem vytlačené vody Vw
Odečteme objem parafínu VP od objemu Vw a získáme objem vzorku.
Objemová hmotnost zeminy je: γ = W/(Vw – VP)*m
kde m je korekční koeficient v důsledku rozdílu teplot vody, protože Y =1,0pro teplotu vody při4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Postup s ponořením vzorku do rtuti
Tento postup se uplatňuje u vázaných zemin také v případech, kdy je nutné upustit od odběru vzorku pravidelného geometrického tvaru, což je případ např. při stanovení mezí smršťování zemin.
Sl.2. Určení objemové hmotnosti půdy ponořením vzorku do rtuti
Vzorek se ponoří do nádoby zcela naplněné rtutí (obr. 2) a pomocí skleněné desky s tenkými kovovými hroty se přitlačí tak, aby byl zcela ponořen ve rtuti. Vylisovaná rtuť se nalije do větší nádoby, odkud se odebere a změří její hmotnost. Jestliže W je hmotnost vzorku, Wz je hmotnost vytěsněné rtuti, γz je objemová hmotnost rtuti, Vz=V je objem vytěsněné rtuti, který se rovná objemu vzorku;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
potom objemová hmotnost půdy je:
γ =W*γz /Wz.
Postup pískování
Tento test se provádí v terénu a nejčastěji se aplikuje na nevázané zeminy, štěrk, štěrkopísek, morénový materiál a v dalších případech, kdy není možná extrakce nenarušených vzorků pomocí válců. Princip tohoto postupu spočívá ve vyhloubení jámy v zemi a jejím následném zasypání běžným pískem o známé objemové hmotnosti, na základě čehož se určí objem jámy. Objemová hmotnost zeminy je určena z hmotnosti vytěžené hmoty a objemu vrtu.
Povrch zeminy, jejíž objemovou hmotnost má být stanovena, se urovná tak, aby byl vodorovný, poté se položí plech o tloušťce cca.40x40 cm(obr.3), se šablonou vyříznutou uprostřed průměru Ø =20 cm, tl5 mm, za kopání díry do země. Plechový plech se položí naplocho na zem a upevní kolíky. Otvor o průměru20 cm, hloubka cca20 cm, nejlépe se svislými stěnami, ale ne mimo šablonu a dobře očistěte. Veškerý vytěžený materiál se položí na desku, poté se ihned po vykopání, dokud má ještě svoji přirozenou vlhkost, zváží na váze a určí se jeho hmotnost W. Pro pozdější stanovení přirozené vlhkosti se vzorek vloží do plechové krabice s víkem, aby se po ukončení terénních prací odnesl do sušárny. Bezprostředně poté se do vyhloubené jámy nasype suchý normální písek, jehož objemová hmotnost γd se určí měřením, tedy z dříve provedeného laboratorního pokusu, nasypáním písku stejným trychtýřem a ze stejné výšky h padá jako při pokusu v terénu.
Sl.3. Určení objemové hmotnosti zeminy pomocí pískového testu
Před zahájením testu změřte hmotnost normálního písku v odměrkách a poté po vyplnění otvoru v zemi tímto pískem na horní plochu pocínovaného plechu, se kterým se vyrovná ocelovým pravítkem délky40 cm, odvažte zbytek písku v kádince tak, abyste získali přesnou hmotnost Wd suchého normálního písku v otvoru k hornímu povrchu plechu. Objem Vd vyhloubeného otvoru až po horní plochu plechu se stanoví podle vzorce Vd = Wd/γd.
Objem V otvoru v zemi se získá odečtením objemu v otvoru v plechové šabloně:
Objemová hmotnost zeminy γ je: γ = W/V, kde W je hmotnost vytěžené zeminy z vrtu měřená bezprostředně po vyhloubení. Je třeba poznamenat, že místo písku se používá omítka, olej nebo studený asfalt, které jsou za vlhkého počasí méně citlivé. Kromě toho existují také speciální zařízení pro snadnější a rychlejší práci na testu s pískem.
Přibližné hodnoty objemových hmotností zeminy jsou uvedeny v tabulce 1 s poznámkou, že v geomechanických analýzách by v každém případě měla být objemová hmotnost zeminy stanovena experimentem v laboratoři nebo v terénu.
Stanovení vlhkosti půdy
Zkouška stanovení půdní vlhkosti se provádí několika způsoby, a to laboratorní metodou pomocí elektrické sušárny, polní metodou sušením na otevřeném ohni, pomocí karbidu, měřením pod vodou a pomocí vzduchového pyknometru. Zde popíšeme pouze první dvě metody, které se u nás nejčastěji uplatňují.
Laboratorní metoda s použitím elektrické sušičky
Tato metoda je nejspolehlivější a nejrozšířenější pro všechny typy půd. Kousek zeminy z nenarušeného vzorku se umístí mezi dvě konkávní skla, nazývaná přesýpací hodiny, která se připevní kovovou svorkou a zváží se na analytických vahách a poté se umístí do elektrické sušičky, kde se suší při 105°C, dokud není hmotnost konstantní (obr. 4). Rozdíl teplot během sušení by neměl být větší než ±2°C, protože při nižší teplotě nedochází k úplnému sušení a při vyšší teplotě mohou organické složky ve vzorku spálit. Přibližná doba sušení vzorku přesýpacími hodinami v sušičce je asi 6 hodin pro písek a asi 12 hodin pro hlínu. Po vysušení se vzorek uzavřený do přesýpacích hodin se svorkou umístí do exsikátoru, aby se ochladil na pokojovou teplotu, a poté se znovu měří.
Obr. 4. Sušení vzorku v přesýpacích hodinách se svorkou
Pokud W je hmotnost vzorku v přirozeném stavu vlhkosti s přesýpacími hodinami a svorkou, Ws hmotnost vzorku v suchém stavu s přesýpacími hodinami a svorkou, Wt hmotnost přesýpacích hodin a svorky, vlhkost půdy w podle Atterbergovy definice: hmotnost vody v suchém stavu, w = je hmotnost půdy dělená hmotností, w_ W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Stanovení půdní pórovitosti a koeficientu pórovitosti
Test se provádí na nenarušeném vzorku za předpokladu, že jeho objem lze určit v nenarušeném stavu.
Do nenarušené zeminy nebo do vzorku větších rozměrů vtlačíme kovový válec známého objemu, srovnáme horní povrch vzorku s okraji válce a dáme uschnout na105°Cdo konstantní hmotnosti, poté necháme vychladnout při pokojové teplotě a znovu zvážíme na váze společně s válcem.
Jestliže V je vnitřní objem válce, Vm je objem pevných částic půdy bez pórů, Wd je suchá hmotnost vzorku, γs je objemová hmotnost pevných částic, pórovitost půdy n je
Objem Vm určíme na základě suché hmotnosti vzorku Wd:
tedy v procentech z celkového objemu půdy
Protože γd = Wd/V, tj. suchá objemová hmotnost půdy, lze
n =100* (1– γd/ γs) [%].
Koeficient pórovitosti se získá ze tvaru e = n/(1-n).
Pro návrh, kontrolu kvality nebo provádění prací používejte platné předpisy, standardizované zkušební metody a autorizovanou laboratoř. Tento text je zachován jako historický vzdělávací zdroj.