Nota de seguridade importante: Este é un texto profesional de arquivo, non un manual de laboratorio ou de campo actual. Os procedementos descritos inclúen mercurio, chamas abertas, calefacción, parafina e outros equipos e materiais que poden ser perigosos ou inaceptables na actualidade. Non aplicalos sen normas válidas, avaliación de riscos, fichas de datos de seguridade, laboratorio e supervisión profesional adecuada. O texto non forma parte da oferta actual de produtos e servizos de Savo Kusić.
Determinación do peso volumétrico do solo
Hai varios métodos para determinar o peso volumétrico do solo, dos cales describiremos os máis utilizados: o método do cilindro, o método con inmersión da mostra en auga, o método con inmersión da mostra en mercurio e o método con area.
Procedemento con cilindro
Este procedemento é o máis utilizado e realízase no campo e no laboratorio. Aplícase ao solo ligado e non ligado.
Un cilindro metálico de volume coñecido, cun bordo inferior afiado, preséntase no chan ou nunha mostra non perturbada ou compactada artificialmente, de xeito que quede completamente cheo de masa de solo. Despois diso, a superficie da mostra é nivelada cun coitelo cos bordos superior e inferior do cilindro e inmediatamente péchase con tapas metálicas e pésase nunha balanza.
Se W é o peso da mostra con cilindro e tapas, W0 é o peso do propio cilindro con tapas, V é o volume do cilindro
A densidade do solo γ é:
γ = (W - WP)/V
Procedemento coa inmersión da mostra en auga
Este procedemento baséase na propiedade física de que o volume dun corpo inmerso na auga é igual ao volume de auga desprazada. Utilízase só para o solo ligado, cando non se pode obter unha mostra dunha forma xeométrica regular.
Do chan non perturbado ou dunha mostra máis grande, tómase un anaco de mostra en forma de macaco e mídese nunha báscula o seu peso W no seu estado natural. A continuación, a mostra está cuberta con parafina derretida, que non debe estar demasiado quente, pero só o suficiente para fundir. Unha fina capa de parafina 1-2 mm debe cubrir completamente a mostra. Despois pésase a mostra con parafina nunha balanza e obtense o peso W’. O peso da parafina é W’ – W.
O volume de parafina VP, obtido da forma: VP * γP = W’ – W,
onde γP é o peso volumétrico da parafina, que se coñece e ascende a γP = 0,892 p/cm3.
Da ecuación anterior temos: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Fig. 1. Determinar o peso volumétrico do solo mergullando a mostra en auga
A continuación, a mostra envolta en parafina cólgase nunha báscula cun fío de seda fino (fig. 1), lévase a balanza para equilibrar e, a continuación, pásase inmediatamente un recipiente de auga destilada debaixo da mostra, para que toda a mostra quede mergullada na auga. Dado que pola aparente perda de peso da mostra na auga se perturba o equilibrio da balanza, restablecese eliminando os pesos, de forma que se obtén o peso da mostra con parafina inmersa na auga W. A diferenza no peso da mostra con parafina no estado non mergullado e mergullado dá o peso da auga desprazada, é dicir, se o peso en volume de auga YW = 1,00, o volume de auga desprazada Vw
Do volume Vw, restamos o volume de parafina VP e obtemos o volume da mostra.
A densidade do solo é: γ = W/(Vw – VP)*m
onde m é o coeficiente de corrección debido á diferenza de temperatura da auga, xa que Y = 1,0 para a temperatura da auga en 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Procedemento con inmersión da mostra en mercurio
Este procedemento aplícase para solos ligados, tamén nos casos nos que sexa necesario renunciar a tomar unha mostra de forma xeométrica regular, como é o caso, por exemplo, á hora de determinar os límites de encollemento do solo.
Fig. 2. Determinar o peso volumétrico do solo mergullando a mostra en mercurio
A mostra mergúllase nun recipiente totalmente cheo de mercurio (fig. 2) e, coa axuda dunha placa de vidro con finas puntas metálicas, presionase para que quede completamente inmersa no mercurio. O mercurio prensado vértese nun recipiente máis grande, desde onde se toma e mide o seu peso. Se W é o peso da mostra, Wz é o peso do mercurio desprazado, γz é o peso volumétrico do mercurio, Vz=V é o volume de mercurio desprazado que é igual ao volume da mostra;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
entón o peso volumétrico do solo é:
γ =W*γz /Wz.
Procedemento de area
Esta proba realízase no campo e aplícase a maioría das veces a solos non ligados, grava, area de grava, material de morena e noutros casos, cando non sexa posible a extracción de mostras non perturbadas con cilindros. O principio deste procedemento consiste en cavar un burato no chan e despois enchelo con area normal de peso volumétrico coñecido, a partir da cal se determina o volume do burato. O peso volumétrico do solo determínase a partir do peso da masa escavada e do volume do burato.
A superficie do solo, cuxo peso volumétrico se quere determinar, nivelarase de xeito que quede horizontal, despois unha chapa de lata de aprox.40x40 cm(fig.3), cunha plantilla recortada no medio do diámetro Ø =20 cm, grosor5 mm, por cavar un burato no chan. A placa de lata colócase plana no chan e fíxase con estacas. Un burato cun diámetro de20 cm, profundidade aprox20 cm, preferiblemente con paredes verticais, pero non fóra da plantilla e limpa ben. Todo o material escavado colócase na placa, despois inmediatamente despois da escavación, mentres aínda ten a súa humidade natural, pésase nunha báscula e determínase o seu peso W. Para posteriormente determinar a humidade natural, a mostra colócase nunha caixa de lata con tapa, para ser levada ao secado unha vez rematado o traballo de campo. Inmediatamente despois bótase no burato escavado area normal seca, cuxo peso volumétrico γd se determina medindo, é dicir, a partir da proba de laboratorio realizada previamente, botando area polo mesmo funil e desde a mesma altura, h cae como na proba de campo.
Sl.3. Determinación do peso volumétrico do solo mediante a proba de area
Antes de comezar a proba, mida o peso da area normal en cuncas de medir, e despois de encher o burato no chan con esa area ata a superficie superior da placa de lata, coa que se aliña cunha regra de aceiro de lonxitude.40 cm, pesa o resto da area no vaso, de xeito que se obtén o peso exacto Wd da area normal seca no burato ata a superficie superior da chapa. Determinamos o volume Vd do burato escavado ata a superficie superior da chapa de lata en base á fórmula Vd = Wd/γd.
O volume V do burato no chan obtense restando o volume v da abertura da plantilla de lata:
O peso volumétrico do solo γ é: γ = W/V, onde W é o peso do solo escavado do burato medido inmediatamente despois da escavación. Nótase que en lugar da area se usa xeso, aceite ou asfalto frío, que son menos sensibles en tempo húmido. Ademais, tamén hai dispositivos especiais para un traballo máis sinxelo e rápido na proba con area.
Os valores aproximados dos pesos volumétricos do solo aparecen na táboa 1, tendo en conta que nas análises xeomecánicas en cada caso, o peso volumétrico do solo debe determinarse mediante experimentos en laboratorio ou no campo.
Determinación da humidade do solo
A proba de determinación da humidade do solo realízase de varias maneiras, a saber, o método de laboratorio mediante un secador eléctrico, métodos de campo usando o secado a lume aberto, usando carburo, medindo baixo a auga e usando un picnómetro de aire. Aquí describiremos só os dous primeiros métodos, que se aplican con máis frecuencia no noso país.
Método de laboratorio mediante secador eléctrico
Este método é o máis fiable e o máis aplicado para todo tipo de solo. Un anaco de terra dunha mostra non perturbada colócase entre dous vasos cóncavos, chamados reloxos de area, que se suxeitan cunha abrazadeira metálica e pésanse xuntos nunha balanza analítica, e despois colócanse nun secador eléctrico onde se seca a 105°C ata que o peso sexa constante (fig. 4). A diferenza de temperatura durante o secado non debe ser superior a ±2°C, xa que a unha temperatura inferior non se realiza o secado completo, e a unha temperatura máis alta poden arder os ingredientes orgánicos da mostra. A duración aproximada do secado da mostra cun reloxo de area no secador é de aproximadamente 6 horas para a area e unhas 12 horas para a arxila. Despois do secado, a mostra pechada en cristais de hora cunha pinza colócase nun desecador para arrefriar a temperatura ambiente, despois de que se mide de novo.
Fig. 4. Secado de mostras en relojes de hora con pinza
Se W é o peso da mostra no estado natural de humidade co cristal de arena e a pinza, Ws o peso da mostra en estado seco co cristal de arena e a pinza, Wt o peso do cristal de arena e a pinza, a humidade do solo w segundo o peso da auga seca de Atterberg, dividido polo peso da auga en estado seco, Wt é: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Determinación da porosidade do solo e coeficiente de porosidade
A proba realízase nunha mostra non perturbada, sempre que se poida determinar o seu volume en estado non perturbado.
Presionamos un cilindro metálico de volume coñecido nun solo non perturbado ou nunha mostra de dimensións maiores, nivelamos a superficie superior da mostra cos bordos do cilindro e poñémola a secar sobre 105°C ata que o peso sexa constante, despois deixamos arrefriar a temperatura ambiente e pesámola de novo na báscula
Se V é o volume interno do cilindro, Vm é o volume de sólidos non porosos do solo, Wd é o peso seco da mostra, γs é o peso volumétrico das partículas sólidas, a porosidade do solo n é
O volume Vm determínase en función do peso seco da mostra Wd:
é dicir, en porcentaxe do volume total do solo
Dado que γd = Wd/V, é dicir, o peso volumétrico seco do solo, pódese poñer
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
O coeficiente de porosidade obtense da forma e = n/(1-n).
Para o deseño, control de calidade ou execución de obras, utilizar a normativa vixente, métodos de ensaio normalizados e un laboratorio autorizado. Este texto consérvase como un recurso educativo histórico.