Σημαντική σημείωση ασφαλείας: Αυτό είναι ένα αρχειακό επαγγελματικό κείμενο, όχι ένα τρέχον εγχειρίδιο εργαστηρίου ή πεδίου. Οι διαδικασίες που περιγράφονται περιλαμβάνουν υδράργυρο, ανοιχτές φλόγες, θέρμανση, παραφίνη και άλλο εξοπλισμό και υλικά που μπορεί να είναι επικίνδυνα ή απαράδεκτα σήμερα. Μην τα εφαρμόζετε χωρίς έγκυρα πρότυπα, αξιολόγηση κινδύνου, δελτία δεδομένων ασφαλείας, κατάλληλη εργαστηριακή και επαγγελματική επίβλεψη. Το κείμενο δεν αποτελεί μέρος της τρέχουσας προσφοράς προϊόντων και υπηρεσιών του Savo Kusić.
Προσδιορισμός ογκομετρικού βάρους εδάφους
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι προσδιορισμού του ογκομετρικού βάρους του εδάφους, από τις οποίες θα περιγράψουμε τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες: η μέθοδος κυλίνδρου, η μέθοδος με εμβάπτιση του δείγματος σε νερό, η μέθοδος με εμβάπτιση του δείγματος σε υδράργυρο και η μέθοδος με άμμο.
Διαδικασία με κύλινδρο
Αυτή η διαδικασία είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και εκτελείται στο χωράφι και στο εργαστήριο. Εφαρμόζεται σε δεσμευμένο και μη δεσμευμένο έδαφος.
Ένας μεταλλικός κύλινδρος γνωστού όγκου, με ακονισμένη κάτω άκρη, πιέζεται στο έδαφος ή σε ένα αδιατάρακτο ή τεχνητά συμπιεσμένο δείγμα, έτσι ώστε να γεμίσει πλήρως με εδαφική μάζα. Μετά από αυτό, η επιφάνεια του δείγματος ισοπεδώνεται με ένα μαχαίρι με το πάνω και κάτω άκρο του κυλίνδρου και αμέσως κλείνεται με μεταλλικά καλύμματα και ζυγίζεται σε ζυγαριά.
Εάν W είναι το βάρος του δείγματος με κύλινδρο και καπάκια, W0 βάρος του ίδιου του κυλίνδρου με καλύμματα, V όγκος του κυλίνδρου
Η πυκνότητα εδάφους γ είναι:
γ = (W - WP)/V
Η διαδικασία με τη βύθιση του δείγματος σε νερό
Αυτή η διαδικασία βασίζεται στη φυσική ιδιότητα ότι ο όγκος ενός σώματος που βυθίζεται στο νερό είναι ίσος με τον όγκο του εκτοπισμένου νερού. Χρησιμοποιείται μόνο για δεσμευμένο έδαφος, όταν δεν μπορεί να ληφθεί δείγμα κανονικού γεωμετρικού σχήματος.
Από το αδιατάρακτο έδαφος ή από ένα μεγαλύτερο δείγμα, λαμβάνεται ένα κομμάτι δείγματος σε σχήμα μακάκου και μετράται το βάρος του W στη φυσική του κατάσταση σε ζυγαριά. Στη συνέχεια το δείγμα καλύπτεται με λιωμένη παραφίνη, η οποία δεν πρέπει να είναι πολύ καυτή, αλλά αρκεί να λιώσει. Ένα λεπτό στρώμα παραφίνης 1-2 mm θα πρέπει να καλύπτει πλήρως ολόκληρο το δείγμα. Στη συνέχεια το δείγμα με παραφίνη ζυγίζεται σε ζυγαριά και προκύπτει το βάρος W’. Το βάρος της παραφίνης είναι W’ – W.
Ο όγκος της παραφίνης VP, που λαμβάνεται από τη μορφή: VP * γP = W’ – W,
όπου γP είναι το ογκομετρικό βάρος της παραφίνης, το οποίο είναι γνωστό και ανέρχεται σε γP = 0,892 p/cm3.
Από την παραπάνω εξίσωση έχουμε: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Εικ. 1. Προσδιορισμός του ογκομετρικού βάρους του εδάφους με βύθιση του δείγματος σε νερό
Στη συνέχεια το τυλιγμένο με παραφίνη δείγμα κρεμιέται σε μια ζυγαριά με μια λεπτή μεταξωτή κλωστή (εικ. 1), η ζυγαριά εξισορροπείται και στη συνέχεια αμέσως ένα δοχείο με απεσταγμένο νερό τραβιέται κάτω από το δείγμα, έτσι ώστε ολόκληρο το δείγμα να βυθιστεί στο νερό. Εφόσον, λόγω της φαινομενικής απώλειας βάρους του δείγματος στο νερό, διαταράσσεται η ισορροπία στη ζυγαριά, αποκαθίσταται με την αφαίρεση των βαρών, έτσι ώστε να προκύπτει το βάρος του δείγματος με παραφίνη βυθισμένη στο νερό W. Η διαφορά στο βάρος του δείγματος με την παραφίνη σε κατάσταση μη βυθισμένου και βυθισμένου δίνει το βάρος του εκτοπισμένου νερού, δηλαδή εάν το βάρος όγκου του νερού YW = 1,00, ο όγκος του εκτοπισμένου νερού Vw
Από τον όγκο Vw, αφαιρούμε τον όγκο της παραφίνης VP και παίρνουμε τον όγκο του δείγματος.
Η πυκνότητα του εδάφους είναι: γ = W/(Vw – VP)*m
όπου m είναι ο συντελεστής διόρθωσης λόγω της διαφοράς στη θερμοκρασία του νερού, αφού Y = 1,0 για τη θερμοκρασία του νερού σε 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Διαδικασία με εμβάπτιση δείγματος σε υδράργυρο
Αυτή η διαδικασία εφαρμόζεται για δεσμευμένα εδάφη, επίσης σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να σταματήσετε τη λήψη δείγματος κανονικού γεωμετρικού σχήματος, όπως συμβαίνει, για παράδειγμα, κατά τον καθορισμό των ορίων συρρίκνωσης του εδάφους.
Εικ. 2. Προσδιορισμός του ογκομετρικού βάρους του εδάφους με εμβάπτιση του δείγματος σε υδράργυρο
Το δείγμα βυθίζεται σε δοχείο πλήρως γεμάτο με υδράργυρο (εικ. 2) και με τη βοήθεια γυάλινης πλάκας με λεπτές μεταλλικές ακίδες πιέζεται ώστε να βυθιστεί πλήρως στον υδράργυρο. Ο συμπιεσμένος υδράργυρος χύνεται σε μεγαλύτερο δοχείο, από όπου λαμβάνεται και μετράται το βάρος του. Εάν W είναι το βάρος του δείγματος, Wz είναι το βάρος του εκτοπισμένου υδραργύρου, γz είναι το ογκομετρικό βάρος του υδραργύρου, Vz=V είναι ο όγκος του μετατοπισμένου υδραργύρου που είναι ίσος με τον όγκο του δείγματος.
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
τότε το ογκομετρικό βάρος του εδάφους είναι:
γ =W*γz /Wz.
Διαδικασία άμμου
Αυτή η δοκιμή εκτελείται στο χωράφι και εφαρμόζεται συχνότερα σε αδέσμευτα εδάφη, χαλίκια, χαλίκια άμμο, υλικό μοραίνων και σε άλλες περιπτώσεις, όταν δεν είναι δυνατή η εξαγωγή αδιατάρακτων δειγμάτων με κυλίνδρους. Η αρχή αυτής της διαδικασίας συνίσταται στο σκάψιμο μιας τρύπας στο έδαφος και στη συνέχεια πλήρωσή της με κανονική άμμο γνωστού ογκομετρικού βάρους, βάσει της οποίας προσδιορίζεται ο όγκος της τρύπας. Το ογκομετρικό βάρος του εδάφους προσδιορίζεται από το βάρος της εκσκαφής μάζας και τον όγκο της οπής.
Η επιφάνεια του εδάφους, του οποίου το ογκομετρικό βάρος πρόκειται να προσδιοριστεί, ισοπεδώνεται έτσι ώστε να είναι οριζόντια και στη συνέχεια μια πλάκα από κασσίτερο περίπου.40x40 cm(σύκο.3), με ένα πρότυπο κομμένο στη μέση της διαμέτρου Ø =20 cm, πάχος5 mm, για το σκάψιμο μιας τρύπας στο έδαφος. Η τσίγκινο πλάκα απλώνεται επίπεδη στο έδαφος και στερεώνεται με μανταλάκια. Μια τρύπα με διάμετρο20 cm, βάθος περίπου20 cm, κατά προτίμηση με κάθετους τοίχους, αλλά όχι έξω από το πρότυπο και καθαρίστε καλά. Όλο το εξορυχθέν υλικό τοποθετείται στην πλάκα, στη συνέχεια αμέσως μετά το σκάψιμο, ενώ έχει ακόμα τη φυσική του υγρασία, ζυγίζεται σε ζυγαριά και προσδιορίζεται το βάρος του W. Για να προσδιοριστεί αργότερα η φυσική υγρασία, το δείγμα τοποθετείται σε κασσίτερο κουτί με καπάκια, για να μεταφερθεί στο στεγνωτήριο μετά την ολοκλήρωση των εργασιών πεδίου. Αμέσως μετά χύνεται ξηρή κανονική άμμος στην εκσκαφή οπή, της οποίας το ογκομετρικό βάρος γd προσδιορίζεται με μέτρηση, δηλαδή από το προηγούμενο εργαστηριακό πείραμα, με έκχυση άμμου από το ίδιο χωνί και από το ίδιο ύψος, πέφτει h όπως στο πείραμα αγρού.
Sl.3. Προσδιορισμός του ογκομετρικού βάρους του εδάφους χρησιμοποιώντας τη δοκιμή άμμου
Πριν ξεκινήσετε τη δοκιμή, μετρήστε το βάρος της κανονικής άμμου σε κύπελλα μέτρησης και, στη συνέχεια, αφού γεμίσετε την τρύπα στο έδαφος με αυτήν την άμμο στην επάνω επιφάνεια της πλάκας από κασσίτερο, με την οποία είναι ευθυγραμμισμένη με έναν χάλυβα μήκους40 cm, ζυγίστε την υπόλοιπη άμμο στο ποτήρι ζέσεως, έτσι ώστε να προκύψει το ακριβές βάρος Wd της ξηρής κανονικής άμμου στην οπή προς την επάνω επιφάνεια της λαμαρίνας. Ο όγκος Vd της εκσκαφής οπής μέχρι την άνω επιφάνεια της λαμαρίνας προσδιορίζεται με βάση τον τύπο Vd = Wd/γd.
Ο όγκος V της τρύπας στο έδαφος λαμβάνεται αφαιρώντας τον όγκο v του ανοίγματος του προτύπου κασσίτερου:
Το ογκομετρικό βάρος του εδάφους γ είναι: γ = W/V, όπου W είναι το βάρος του εκσκαφθέντος εδάφους από την οπή που μετράται αμέσως μετά την εκσκαφή. Σημειώνεται ότι αντί για άμμο χρησιμοποιείται σοβάς, λάδι ή κρύα άσφαλτος, που είναι λιγότερο ευαίσθητες σε υγρό καιρό. Επιπλέον, υπάρχουν και ειδικές συσκευές για ευκολότερη και ταχύτερη εργασία στη δοκιμή με άμμο.
Οι κατά προσέγγιση τιμές των ογκομετρικών βαρών του εδάφους δίνονται στον πίνακα 1, με την επισήμανση ότι στις γεωμηχανικές αναλύσεις σε κάθε περίπτωση, το ογκομετρικό βάρος του εδάφους πρέπει να προσδιορίζεται με πείραμα στο εργαστήριο ή στο πεδίο.
Προσδιορισμός της υγρασίας του εδάφους
Η δοκιμή προσδιορισμού της υγρασίας του εδάφους πραγματοποιείται με διάφορους τρόπους, συγκεκριμένα με την εργαστηριακή μέθοδο με χρήση ηλεκτρικού στεγνωτηρίου, με μεθόδους πεδίου με χρήση ξήρανσης σε ανοιχτή φωτιά, με χρήση καρβιδίου, μέτρηση κάτω από το νερό και με χρήση λυκόμετρου αέρα. Εδώ θα περιγράψουμε μόνο τις δύο πρώτες μεθόδους, που εφαρμόζονται συχνότερα στη χώρα μας.
Εργαστηριακή μέθοδος με χρήση ηλεκτρικού στεγνωτηρίου
Αυτή η μέθοδος είναι η πιο αξιόπιστη και η πιο ευρέως εφαρμοσμένη για όλους τους τύπους εδάφους. Ένα κομμάτι χώματος από ένα αδιατάρακτο δείγμα τοποθετείται ανάμεσα σε δύο κοίλα γυαλιά, που ονομάζονται κλεψύδρες, τα οποία στερεώνονται με μεταλλικό σφιγκτήρα και ζυγίζονται μαζί σε αναλυτική ζυγαριά και στη συνέχεια τοποθετούνται σε ηλεκτρικό στεγνωτήριο όπου στεγνώνει σε 105°C μέχρι να σταθεροποιηθεί το βάρος (εικ. 4). Η διαφορά θερμοκρασίας κατά την ξήρανση δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από ±2°C, καθώς σε χαμηλότερη θερμοκρασία δεν πραγματοποιείται πλήρης ξήρανση και σε υψηλότερη θερμοκρασία τα οργανικά συστατικά του δείγματος ενδέχεται να καούν. Η κατά προσέγγιση διάρκεια ξήρανσης του δείγματος με κλεψύδρα στο στεγνωτήριο είναι περίπου 6 ώρες για την άμμο και περίπου 12 ώρες για τον πηλό. Μετά την ξήρανση, το δείγμα κλεισμένο σε ποτήρια ώρας με σφιγκτήρα τοποθετείται σε ξηραντήρα για να κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου και μετά μετράται ξανά.
Εικ. 4. Στέγνωμα δείγματος σε ποτήρια ώρας με σφιγκτήρα
Εάν W είναι το βάρος του δείγματος στη φυσική κατάσταση υγρασίας με τον κλεψύδρα και τον σφιγκτήρα, Ws το βάρος του δείγματος σε ξηρή κατάσταση με τον κλεψύδρα και τον σφιγκτήρα, Wt το βάρος του κλεψύδρου και του σφιγκτήρα, η υγρασία του εδάφους w σύμφωνα με τον ορισμό του Atterberg του βάρους του εδάφους σε ξηρή κατάσταση είναι η = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Προσδιορισμός πορώδους εδάφους και συντελεστή πορώδους
Η δοκιμή πραγματοποιείται σε μη διαταραγμένο δείγμα, με την προϋπόθεση ότι ο όγκος του μπορεί να προσδιοριστεί σε μη διαταραγμένη κατάσταση.
Πιέζουμε έναν μεταλλικό κύλινδρο γνωστού όγκου στο αδιατάρακτο χώμα ή σε δείγμα μεγαλύτερων διαστάσεων, ισοπεδώνουμε την πάνω επιφάνεια του δείγματος με τις άκρες του κυλίνδρου και το βάζουμε να στεγνώσει.105°Cμέχρι να σταθεροποιηθεί το βάρος, μετά αφήστε το να κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου και ζυγίστε το ξανά στη ζυγαριά μαζί με τον κύλινδρο.
Εάν V είναι ο εσωτερικός όγκος του κυλίνδρου, Vm είναι ο όγκος των στερεών του εδάφους χωρίς πόρους, Wd είναι το ξηρό βάρος του δείγματος, γs είναι το βάρος όγκου των στερεών σωματιδίων, το πορώδες του εδάφους n είναι
Καθορίζουμε τον όγκο Vm με βάση το ξηρό βάρος του δείγματος Wd:
δηλαδή σε ποσοστά του συνολικού όγκου του εδάφους
Εφόσον γd = Wd/V, δηλαδή ξηρό ογκομετρικό βάρος του εδάφους, μπορεί να τεθεί
n =100* (1– γd/ γs) [%].
Ο συντελεστής πορώδους προκύπτει από τη μορφή e = n/(1-n).
Για το σχεδιασμό, τον ποιοτικό έλεγχο ή την εκτέλεση εργασιών, χρησιμοποιήστε ισχύοντες κανονισμούς, τυποποιημένες μεθόδους δοκιμών και ένα εξουσιοδοτημένο εργαστήριο. Το κείμενο αυτό διατηρείται ως ιστορική εκπαιδευτική πηγή.