קביעת משקל הקרקע בתפזורת, לחות ונקבוביות

הערת בטיחות חשובה: זהו טקסט מקצועי ארכיוני, לא מדריך מעבדה או שטח עדכני. ההליכים המתוארים כוללים כספית, להבות פתוחות, חימום, פרפין וציוד וחומרים אחרים שעלולים להיות מסוכנים או בלתי קבילים כיום. אין ליישם אותם ללא תקנים תקפים, הערכת סיכונים, דפי בטיחות, מעבדה מתאימה ופיקוח מקצועי. הטקסט אינו חלק מההצעה הנוכחית של מוצרים ושירותים של Savo Kusić.

קביעת משקל נפח של אדמה

קיימות מספר שיטות לקביעת המשקל הנפחי של הקרקע, מהן נתאר את השכיחות שבהן: שיטת הצילינדר, השיטה עם טבילת הדגימה במים, השיטה עם טבילת הדגימה בכספית והשיטה עם חול.

נוהל עם צילינדר

הליך זה הוא הנפוץ ביותר והוא מבוצע בשטח ובמעבדה. זה מוחל על אדמה קשורה ולא קשורה.

גליל מתכת בעל נפח ידוע, עם קצה תחתון מושחז, נלחץ לתוך האדמה או לתוך דגימה לא מופרעת או דחוסה באופן מלאכותי, כך שהוא מתמלא לחלוטין במסת אדמה. לאחר מכן, משטחים את פני הדגימה עם סכין עם הקצוות העליונים והתחתונים של הגליל ומיד נסגרים בכיסויי מתכת ונשקלים בסולם.

אם W הוא משקל המדגם עם צילינדר ופקקים, W0 משקל הגליל עצמו עם כיסויים, V נפח הגליל

צפיפות הקרקע γ היא:

γ = (W - WP)/V

ההליך עם טבילת הדגימה במים

הליך זה מבוסס על התכונה הפיזית שנפח הגוף הטבול במים שווה לנפח המים שנעקרו. הוא משמש רק עבור אדמה קשורה, כאשר לא ניתן להשיג דוגמה של צורה גיאומטרית רגילה.

מהאדמה הבלתי מופרעת או מדגימה גדולה יותר, נלקחת חתיכת דגימה בצורת מקוק ומשקלה W במצבה הטבעי נמדד בקנה מידה. לאחר מכן הדגימה מכוסה בפרפין מומס, שאסור שיהיה חם מדי, אלא מספיק להמסה. שכבה דקה של פרפין 1-2 mm אמורה לכסות לחלוטין את כל הדגימה. לאחר מכן הדגימה עם הפרפין נשקלת על מאזן ומתקבל המשקל W’. משקל הפרפין הוא W’ – W.

נפח הפרפין VP, המתקבל מהצורה: VP * γP = W’ – W,

כאשר γP הוא המשקל הנפחי של פרפין, הידוע ומסתכם ב-γP = 0,892 p/cm3.

מהמשוואה שלעיל יש לנו: VP = (W’ – W)/0,892  [cm3].

איור. 1. קביעת המשקל הנפחי של האדמה על ידי השקעת הדגימה במים

לאחר מכן, הדגימה העטופה בפרפין נתלית על קנה מידה עם חוט משי דק (איור.1), המאזן מאוזן, ואז נשאב כלי עם מים מזוקקים מתחת לדגימה, כך שכל הדגימה שקועה במים. מאחר שבגלל אובדן המשקל לכאורה של הדגימה במים, האיזון בסולם מופר, הוא מתבסס מחדש על ידי הוצאת המשקולות, כך שמתקבל משקל הדגימה עם פרפין הטבול במים W. ההבדל במשקל הדגימה עם פרפין במצב לא שקוע ושקוע נותן את משקל המים שנעקרו, כלומר אם המשקל הנפחי של המים הוא YW =1,00, נפח מים עקורים Vw

אנו מפחיתים את נפח הפרפין VP מהנפח Vw, ומקבלים את נפח הדגימה.

משקל נפח של אדמה הוא: γ = W/(Vw – VP)*m

כאשר m הוא מקדם התיקון עקב ההבדל בטמפרטורת המים, שכן Y =1,0עבור טמפרטורת המים ב4 °C: m = γw,T / γw,4oC.

נוהל עם טבילת הדגימה בכספית

נוהל זה מיושם לגבי קרקעות קשורות, גם במקרים בהם יש צורך לוותר על נטילת דגימה של צורה גיאומטרית רגילה, כך למשל, בעת קביעת גבולות הצטמקות הקרקע.

Sl.2. קביעת המשקל הנפחי של הקרקע על ידי טבילת הדגימה בכספית

הדגימה טובלת בכלי מלא בכספית לחלוטין (איור 2) ובעזרת פלטת זכוכית עם קוצים מתכתיים דקים היא נלחצת כך שהיא טבולה לגמרי בכספית. את הכספית הדחוסה יוצקים לכלי גדול יותר, משם לוקחים את משקלה ומודדים אותה. אם W הוא משקל הדגימה, Wz הוא משקל הכספית שנעקרה, γz הוא המשקל הנפחי של הכספית, Vz=V הוא נפח הכספית שנעקרה השווה לנפח הדגימה;

Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz

אז המשקל הנפחי של האדמה הוא:

γ =W*γz /Wz.

נוהל חול

בדיקה זו מבוצעת בשטח והיא מיושמת לרוב על קרקעות לא קשורות, חצץ, חול חצץ, חומר מורנה ובמקרים אחרים, כאשר לא ניתן לשאוב דגימות ללא הפרעה עם צילינדרים. העיקרון של הליך זה מורכב מחפירת בור באדמה ולאחר מכן מילויו בחול רגיל במשקל נפחי ידוע, על בסיסו נקבע נפח הבור. המשקל הנפחי של האדמה נקבע ממשקל המסה שנחפרה ונפח החור.

פני האדמה, אשר יש לקבוע את משקלה הנפחי, מפולסים כך שהוא אופקי, ואז לוחית פח של כ.40x40 cm(תְאֵנָה.3), עם תבנית חתוכה באמצע הקוטר Ø =20 cm, עובי5 mm, לחפירת בור באדמה. צלחת הפח מונחת שטוחה על הקרקע ומתקבעת בעזרת יתדות. חור בקוטר של20 cm, עומק כ20 cm, רצוי עם קירות אנכיים, אבל לא מחוץ לתבנית ולנקות היטב. כל חומר החפירה מונח על הצלחת, ואז מיד לאחר החפירה, כשעדיין יש לו לחות טבעית, הוא נשקל על משקל וקובע משקלו W. על מנת לקבוע מאוחר יותר את הלחות הטבעית, הדגימה מונחת בקופסת פח עם מכסים, להובלה לחדר הייבוש לאחר סיום עבודת השטח. מיד לאחר מכן יוצקים חול רגיל יבש לתוך החור שנחפר, אשר משקלו הנפחי γd נקבע על ידי מדידה, כלומר מניסוי המעבדה שבוצע קודם לכן, על ידי יציקת חול באותו משפך ומאותו גובה, h נופל כמו בניסוי השדה.

Sl.3. קביעת המשקל הנפחי של הקרקע באמצעות בדיקת החול

לפני התחלת הבדיקה, יש למדוד את משקל החול הרגיל בכוסות מדידה, ולאחר מכן לאחר מילוי החור באדמה בחול זה למשטח העליון של לוח הפח, איתו הוא מיושר עם סרגל פלדה באורך40 cm, שקלו את שאר החול בכוס, כך שיתקבל המשקל המדויק Wd של החול הרגיל היבש בחור למשטח העליון של הפח. נפח Vd של החור שנחפר עד למשטח העליון של הפח נקבע על פי הנוסחה Vd = Wd/γd.

נפח V של החור באדמה מתקבל על ידי הפחתת נפח v של פתח תבנית הפח:

משקל נפח קרקע γ הוא: γ = W/V, כאשר W הוא משקל האדמה שנחפרה מהחור שנמדד מיד לאחר החפירה. יצוין כי במקום חול משתמשים בטיח, שמן או אספלט קר, שהם פחות רגישים במזג אוויר רטוב. בנוסף, ישנם גם מכשירים מיוחדים לעבודה קלה ומהירה יותר על המבחן עם חול.

ערכים מקורבים של משקלי נפח קרקע ניתנים בטבלה 1, עם הערה שבניתוחים גיאו-מכאניים בכל מקרה, יש לקבוע את המשקל הנפחי של הקרקע בניסוי במעבדה או בשטח.

קביעת לחות הקרקע

הבדיקה של קביעת לחות הקרקע מתבצעת במספר דרכים, כלומר שיטת המעבדה באמצעות מייבש חשמלי, שיטות שטח באמצעות ייבוש על אש גלויה, שימוש בקרביד, מדידה מתחת למים ושימוש בפיקנומטר אוויר. כאן נתאר רק את שתי השיטות הראשונות, המיושמות לרוב בארצנו.

שיטת מעבדה באמצעות מייבש חשמלי

שיטה זו היא האמינה והמיושמת ביותר עבור כל סוגי הקרקע. פיסת אדמה מדגימה לא מופרעת מונחת בין שתי כוסות קעורות, הנקראות שעון חול, מהודקים בעזרת מהדק מתכת ומשקללים יחדיו על מאזן אנליטי, ולאחר מכן מכניסים למייבש חשמלי שם מיובשים ב-105°C עד שהמשקל קבוע (איור 4). הפרש הטמפרטורה במהלך הייבוש לא צריך להיות גדול מ-±2°C, שכן בטמפרטורה נמוכה יותר לא מתבצע ייבוש מלא, ובטמפרטורה גבוהה יותר החומרים האורגניים בדגימה עלולים להישרף. משך הזמן המשוער של ייבוש הדגימה עם שעון חול במייבש הוא כ-6 שעות עבור חול, וכ-12 שעות עבור חימר. לאחר הייבוש, הדגימה סגורה בכוסות שעה עם מהדק מוכנסת למייבש לקירור לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן היא נמדדת שוב.

איור. 4. ייבוש לדוגמה בכוסות שעה עם מהדק

אם W הוא משקל הדגימה במצב הלחות הטבעי עם שעון החול והמהדק, Ws משקל הדגימה במצב יבש עם שעון החול והמהדק, Wt משקל שעון החול והמהדק, לחות הקרקע w לפי הגדרת המשקל של המים של אטרברג, כך שהמשקל של המים היבש מחלקים במשקל של אטרברג. w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].

קביעת נקבוביות הקרקע ומקדם נקבוביות

הבדיקה מתבצעת על דגימה לא מופרעת, בתנאי שניתן לקבוע את נפחה במצב לא מופרע.

אנו לוחצים גליל מתכת בעל נפח ידוע לתוך האדמה הבלתי מופרעת או לתוך דגימה בעלת ממדים גדולים יותר, מיישרים את המשטח העליון של המדגם עם קצוות הגליל ומניחים אותו לייבוש.105°Cעד שהמשקל קבוע, ואז לתת לו להתקרר בטמפרטורת החדר, ולשקול אותו שוב על המשקל יחד עם הגליל.

אם V הוא הנפח הפנימי של הגליל, Vm הוא נפח מוצקי האדמה ללא נקבוביות, Wd הוא המשקל היבש של הדגימה, γs הוא משקל הנפח של החלקיקים המוצקים, נקבוביות הקרקע n היא

אנו קובעים את הנפח Vm על סמך המשקל היבש של המדגם Wd:

כלומר באחוזים מנפח הקרקע הכולל

מכיוון ש_γd = Wd/V_, כלומר משקל נפחי יבש של האדמה, ניתן לשים אותו

n =100* (1– γd/ γs) [%].

מקדם הנקבוביות מתקבל מהצורה e = n/(1-n).

לתכנון, בקרת איכות או ביצוע עבודות, השתמש בתקנות העדכניות, בשיטות בדיקה סטנדרטיות ובמעבדה מורשית. טקסט זה נשמר כמשאב חינוכי היסטורי.