Vigtig sikkerhedsbemærkning: Dette er en professionel arkivtekst, ikke en aktuel laboratorie- eller feltmanual. De beskrevne procedurer omfatter kviksølv, åben ild, opvarmning, paraffin og andet udstyr og materialer, der kan være farlige eller uacceptable i dag. Anvend dem ikke uden gyldige standarder, risikovurdering, sikkerhedsdatablade, passende laboratorie- og professionelt tilsyn. Teksten er ikke en del af det aktuelle tilbud af produkter og tjenester fra Savo Kusić.
Bestemmelse af jordens volumetriske vægt
Der er flere metoder til at bestemme jordens volumetriske vægt, hvoraf vi vil beskrive de mest almindeligt anvendte: cylindermetoden, metoden med nedsænkning af prøven i vand, metoden med nedsænkning af prøven i kviksølv og metoden med sand.
Procedure med cylinder
Denne procedure er den mest udbredte og udføres i marken og i laboratoriet. Det påføres på bundet og ubundet jord.
En metalcylinder med kendt volumen, med en skærpet underkant, presses ned i jorden eller ind i en uforstyrret eller kunstigt komprimeret prøve, så den er fuldstændig fyldt med jordmasse. Derefter udjævnes overfladen af prøven med en kniv med cylinderens øvre og nedre kanter og lukkes straks med metaldæksler og vejes på en vægt.
Hvis W er prøvens vægt med cylinder og hætter, W0 vægt af selve cylinderen med dæksler, V volumen af cylinder
jorddensiteten γ er:
γ = (W - WP)/V
Fremgangsmåden med nedsænkning af prøven i vand
Denne procedure er baseret på den fysiske egenskab, at volumenet af et legeme nedsænket i vand er lig med volumenet af fortrængt vand. Det bruges kun til bundet jord, når en prøve med en regulær geometrisk form ikke kan opnås.
Fra den uforstyrrede jord eller fra en større prøve udtages et stykke makakformet prøve, og dets vægt W i sin naturlige tilstand måles på en skala. Derefter dækkes prøven med smeltet paraffin, som ikke må være for varmt, men lige nok til at smelte. Et tyndt lag paraffin 1-2 mm bør dække hele prøven fuldstændigt. Derefter vejes prøven med paraffin på en vægt, og vægten W’ opnås. Vægten af paraffin er W’ – W.
Volumen af paraffin VP, opnået fra formen: VP * γP = W’ – W,
hvor γP er den volumetriske vægt af paraffin, som er kendt og svarer til γP = 0,892 p/cm3.
Fra ovenstående ligning har vi: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Fig. 1. Bestemmelse af jordens volumetriske vægt ved at nedsænke prøven i vand
Derefter hænges den paraffinindpakkede prøve på en vægt med en tynd silketråd (fig.1), balanceres balancen, og derefter trækkes en beholder med destilleret vand under prøven, så hele prøven nedsænkes i vand. Da balancen på vægten på grund af prøvens tilsyneladende vægttab i vandet forstyrres, genoprettes den ved at fjerne vægtene, således at vægten af prøven med paraffin nedsænket i vandet W opnås. Forskellen i vægten af prøven med paraffin i ikke-neddykket og neddykket tilstand giver vægten af det fortrængte vand, dvs. hvis vandets volumetriske vægt er YW =1,00, volumen fortrængt vand Vw
Vi trækker volumenet af paraffin VP fra volumen Vw og opnår prøvens volumen.
Jordens volumetriske vægt er: γ = W/(Vw – VP)*m
hvor m er korrektionskoefficienten på grund af forskellen i vandtemperatur, da Y =1,0for vandtemperaturen kl4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Fremgangsmåde med nedsænkning af prøven i kviksølv
Denne procedure anvendes for bundet jord, også i tilfælde, hvor det er nødvendigt at opgive at tage en prøve af en regulær geometrisk form, hvilket f.eks. er tilfældet ved bestemmelse af grænserne for jordsvind.
Sl.2. Bestemmelse af jordens volumetriske vægt ved at nedsænke prøven i kviksølv
Prøven nedsænkes i en beholder fuldstændig fyldt med kviksølv (fig. 2) og ved hjælp af en glasplade med tynde metalpigge presses den, så den er helt nedsænket i kviksølv. Det pressede kviksølv hældes i et større kar, hvorfra dets vægt tages og måles. Hvis W er prøvens vægt, Wz er vægten af fortrængt kviksølv, γz er den volumetriske vægt af kviksølv, Vz=V er volumenet af fortrængt kviksølv, der er lig med prøvens volumen;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
så er jordens volumetriske vægt:
γ =W*γz /Wz.
Sandprocedure
Denne test udføres i marken og anvendes oftest på ubundet jord, grus, grussand, morænemateriale og i andre tilfælde, hvor udtagning af uforstyrrede prøver med cylindre ikke er mulig. Princippet i denne procedure består i at grave et hul i jorden og derefter fylde det med normalt sand af kendt volumetrisk vægt, baseret på hvilken hullets volumen bestemmes. Jordens volumenvægt bestemmes ud fra vægten af den udgravede masse og hullets volumen.
Jordoverfladen, hvis volumenvægt skal bestemmes, jævnes, så den er vandret, derefter en blikplade på ca.40x40 cm(fig.3), med en skabelon skåret ud i midten af diameteren Ø =20 cm, tykkelse5 mm, til at grave et hul i jorden. Blikpladen lægges fladt på jorden og fastgøres med pløkke. Et hul med en diameter på20 cm, dybde ca20 cm, gerne med lodrette vægge, men ikke uden for skabelonen og rengør godt. Alt det udgravede materiale lægges på pladen, derefter straks efter gravningen, mens det stadig har sin naturlige fugtighed, vejes det på en vægt og dets vægt W bestemmes. For senere at bestemme den naturlige luftfugtighed anbringes prøven i en blikkasse med låg, som skal tages til tørrerummet efter endt feltarbejde. Umiddelbart derefter hældes tørt normalt sand i det udgravede hul, hvis volumenvægt γd bestemmes ved måling, det vil sige ud fra den tidligere udførte laboratorietest, ved at hælde sand gennem samme tragt og fra samme højde, falder h som i feltforsøget.
Sl.3. Bestemmelse af jordens volumetriske vægt ved hjælp af sandtesten
Før testen påbegyndes, måles vægten af normalt sand i målebægre, og derefter efter at have fyldt hullet i jorden med det sand til den øverste overflade af blikpladen, med hvilken den er justeret med en længdelineal af stål40 cm, vej resten af sandet i bægerglasset, således at den nøjagtige vægt Wd af det tørre normalsand i hullet til pladeoverfladen opnås. Vi bestemmer volumenet Vd af det udgravede hul til den øvre overflade af blikpladen ud fra formlen Vd = Wd/γd.
Rumfanget V af hullet i jorden opnås ved at trække volumenet v af åbningen af tinskabelonen fra:
Jordens volumetriske vægt γ er: γ = W/V, hvor W er vægten af udgravet jord fra hullet målt umiddelbart efter udgravning. Det bemærkes, at der bruges puds, olie eller kold asfalt i stedet for sand, som er mindre følsomme i vådt vejr. Derudover er der også specielle enheder til lettere og hurtigere arbejde på testen med sand.
Omtrentlige værdier af jordens volumenvægte er angivet i tabel 1, med en bemærkning om, at i geomekaniske analyser i hvert enkelt tilfælde skal jordens volumetriske vægt bestemmes ved forsøg i laboratoriet eller i marken.
Bestemmelse af jordfugtighed
Test af jordfugtighedsbestemmelse udføres på flere måder, nemlig laboratoriemetoden ved hjælp af en elektrisk tørretumbler, feltmetoder med tørring på åben ild, ved hjælp af karbid, måling under vand og brug af et luftpyknometer. Her vil vi kun beskrive de to første metoder, som oftest anvendes i vores land.
Laboratoriemetode ved hjælp af elektrisk tørretumbler
Denne metode er den mest pålidelige og mest anvendte til alle typer jord. Et stykke jord fra en uforstyrret prøve placeres mellem to konkave glas, kaldet timeglas, som fastgøres med en metalklemme og vejes sammen på en analytisk vægt og derefter placeres i en elektrisk tørretumbler, hvor det tørres ved 105°C, indtil vægten er konstant (fig. 4). Forskellen i temperatur under tørring bør ikke være større end ±2°C, da der ved en lavere temperatur ikke udføres fuldstændig tørring, og ved en højere temperatur kan de organiske ingredienser i prøven brænde. Den omtrentlige varighed af tørring af prøven med et timeglas i tørretumbleren er omkring 6 timer for sand og omkring 12 timer for ler. Efter tørring anbringes prøven lukket i timeglas med en klemme i en ekssikkator for at afkøle til stuetemperatur, hvorefter den måles igen.
Fig. 4. Prøvetørring i timeglas med klemme
Hvis W er vægten af prøven i den naturlige fugttilstand med timeglasset og klemme, Ws vægten af prøven i tør tilstand med timeglasset og klemme, Wt vægten af timeglasset og klemmen, jordfugtigheden w ifølge Atterbergs definition er vægten af vand divideret med vægten af vand, således at vægten af vand er divideret med vægten af vand: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Bestemmelse af jordporøsitet og porøsitetskoefficient
Testen udføres på en uforstyrret prøve, forudsat at dens volumen kan bestemmes i uforstyrret tilstand.
Vi presser en metalcylinder med kendt volumen ind i den uforstyrrede jord eller ind i en prøve med større dimensioner, nivellerer prøvens øvre overflade med cylinderens kanter og sætter den til tørre på105°Cindtil vægten er konstant, lad den derefter køle af ved stuetemperatur, og vej den igen på vægten sammen med cylinderen.
Hvis V er cylinderens indre volumen, Vm er volumenet af jordfaststoffer uden porer, Wd er prøvens tørvægt, γs er volumenvægten af de faste partikler, jordporøsiteten n er
Vi bestemmer volumenet Vm baseret på tørvægten af prøven Wd:
det vil sige i procenter af det samlede jordvolumen
Da γd = Wd/V, dvs. jordens tør volumetriske vægt, kan den sættes
n =100* (1– γd/ γs) [%].
Porøsitetskoefficienten fås fra formen e = n/(1-n).
Til design, kvalitetskontrol eller udførelse af arbejder, brug gældende regler, standardiserede testmetoder og et autoriseret laboratorium. Denne tekst er bevaret som en historisk pædagogisk ressource.