Važna sigurnosna napomena: Ovo je arhivski stručni tekst, a ne trenutni laboratorijski ili terenski priručnik. Opisani postupci uključuju živu, otvoreni plamen, grijanje, parafin i drugu opremu i materijale koji danas mogu biti opasni ili neprihvatljivi. Ne primjenjivati ih bez valjanih standarda, procjene rizika, sigurnosno-tehničkih listova, odgovarajućeg laboratorijskog i stručnog nadzora. Tekst nije dio trenutne ponude proizvoda i usluga Savo Kusić.
Određivanje volumetrijske težine tla
Postoji nekoliko načina određivanja zapreminske težine tla, od kojih ćemo opisati najčešće korištene, a to su: postupak s cilindrom, postupak s uranjanjem uzorka u vodu, postupak s uranjanjem uzorka u živu i postupak s pijeskom.
Postupak s cilindrom
Ovaj postupak je najrašireniji i izvodi se na terenu iu laboratoriju. Primjenjuje se na vezano i nevezano tlo.
Metalni cilindar poznatog volumena, sa zaoštrenim donjim rubom, utiskuje se u tlo ili u neporemećeni ili umjetno zbijeni uzorak, tako da se potpuno ispuni zemljišnom masom. Nakon toga se površina uzorka izravna nožem s gornjim i donjim rubom cilindra te odmah zatvori metalnim poklopcima i izvaže na vagi.
Ako je W težina uzorka s cilindrom i čepovima, W0 je težina samog cilindra s čepovima, V je volumen cilindra
volumetrijska težina tla γ je:
γ = (W - WP)/V
Postupak s uranjanjem uzorka u vodu
Ovaj postupak temelji se na fizičkom svojstvu da je volumen tijela uronjenog u vodu jednak volumenu istisnute vode. Koristi se samo za vezano tlo, kada se ne može dobiti uzorak pravilnog geometrijskog oblika.
Iz neporemećenog tla ili iz većeg uzorka uzima se komad uzorka u obliku makakija i njegova se težina W u prirodnom stanju mjeri na vagi. Zatim se uzorak prelije otopljenim parafinom koji ne smije biti prevruć, već tek toliko da se otopi. Tanak sloj parafina 1-2 mm trebao bi potpuno prekriti cijeli uzorak. Zatim se uzorak s parafinom izvaže na vagi i dobije se težina W’. Težina parafina je W’ – W.
Volumen parafina VP, dobiven iz formule: VP * γP = W’ – W,
gdje je γP volumetrijska težina parafina, koja je poznata i iznosi γP = 0,892 p/cm3.
Iz gornje jednadžbe imamo: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Sl. 1. Određivanje volumetrijske težine tla potapanjem uzorka u vodu
Tada se uzorak omotan parafinom objesi na vagu pomoću tanke svilene niti (sl. 1), vaga se dovede u ravnotežu, a zatim se odmah ispod uzorka podvuče posuda s destiliranom vodom, tako da cijeli uzorak bude uronjen u vodu. Budući da je zbog prividnog gubitka težine uzorka u vodi poremećena ravnoteža na vagi, ona se ponovno uspostavlja skidanjem utega, tako da se dobije težina uzorka s parafinom uronjenim u vodu W. Razlika u težini uzorka s parafinom u nepotopljenom i potopljenom stanju daje težinu istisnute vode, tj. ako je volumna težina vode YW = 1,00, volumen istisnute vode Vw
Od volumena Vw oduzmemo volumen parafina VP i dobijemo volumen uzorka.
Gustoća tla je: γ = W/(Vw – VP)*m
gdje je m koeficijent korekcije zbog razlike u temperaturi vode, budući da je Y = 1,0 za temperaturu vode na 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Postupak s uranjanjem uzorka u živu
Ovaj postupak se primjenjuje kod vezanih tla, također iu slučajevima kada je potrebno odustati od uzimanja uzorka pravilnog geometrijskog oblika, što je slučaj npr. kod određivanja granica skupljanja tla.
Sl. 2. Određivanje volumetrijske težine tla uranjanjem uzorka u živu
Uzorak se uroni u posudu potpuno ispunjenu živom (sl. 2) te se uz pomoć staklene ploče s tankim metalnim šiljcima pritisne tako da bude potpuno uronjen u živu. Prešana živa se sipa u veću posudu, odakle se uzima i mjeri njena težina. Ako je W težina uzorka, Wz težina istisnute žive, γz volumenska težina žive, Vz=V volumen istisnute žive jednak volumenu uzorka;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
tada je zapreminska težina tla:
γ =W*γz /Wz.
Pješčani postupak
Ovaj test se izvodi na terenu i najčešće se primjenjuje na nevezano tlo, šljunak, šljunčani pijesak, morenski materijal i u drugim slučajevima, kada nije moguće vađenje neporemećenih uzoraka cilindrima. Princip ovog postupka sastoji se u iskopavanju rupe u zemlji i njenom popunjavanju normalnim pijeskom poznate volumetrijske težine, na temelju koje se određuje volumen rupe. Volumetrijska težina tla određuje se iz težine iskopane mase i volumena rupe.
Površina tla, čiju volumnu težinu treba odrediti, poravna se tako da bude horizontalna, zatim se na nju postavi limena ploča veličine oko 40 x 40 cm (sl. 3) s šablonom izrezanom u sredini promjera Ø = 20 cm, deblj. 5 mm, za kopanje rupe u zemlji. Limena ploča se ravno položi na tlo i učvrsti klinovima. Rupa promjera 20 cm, dubine oko 20 cm iskopa se ručnim alatom (nož, lopatica, žlica, dlijeto) kroz otvor šablone, po mogućnosti s okomitim stijenkama, ali ne izvan šablone i dobro se očisti. Sav iskopani materijal stavi se na ploču, zatim se odmah nakon kopanja, dok još ima svoju prirodnu vlažnost, izvaže na vagi i odredi njegova težina W. Kako bi se kasnije odredila prirodna vlažnost, uzorak se stavlja u limenu kutiju s poklopcem, koja se nakon završetka rada na terenu odnosi u sušionicu. Odmah potom u iskopanu bušotinu usipa se suhi normalni pijesak, čija se zapreminska težina γd utvrđuje mjerenjem, odnosno iz prethodno obavljenog laboratorijskog ispitivanja, sipanjem pijeska kroz isti lijevak i sa iste visine pada h kao u terenskom ispitivanju.
Sl. 3. Određivanje volumetrijske težine tla pomoću testa s pijeskom
Prije početka testa izmjerite težinu normalnog pijeska u čaši, a zatim nakon ispunjavanja rupe u zemlji s tim pijeskom do gornje površine limene ploče, koja je izravnana čeličnim ravnalom duljine 40 cm, izmjerite ostatak pijeska u čaši, tako da točna težina Wd suhog normalnog pijeska u rupi do gornje površine lima dobije se ploča. Volumen Vd iskopane rupe do gornje površine lima određuje se na temelju obrasca Vd = Wd/γd.
Vulumen V rupe u zemlji dobiva se oduzimanjem volumena v otvora limene šablone:
Volumetrijska težina tla γ je: γ = W/V, gdje je W težina iskopanog tla iz rupe izmjerena neposredno nakon iskopa. Napominje se da se umjesto pijeska koristi gips, ulje ili hladni asfalt, koji su manje osjetljivi na vlažnom vremenu. Osim toga, tu su i posebni uređaji za lakši i brži rad na testu s pijeskom.
Približne vrijednosti volumenskih težina tla dane su u tablici 1, uz napomenu da u geomehaničkim analizama u svakom slučaju treba odrediti volumensku težinu tla pokusom u laboratoriju ili na terenu.
Određivanje vlažnosti tla
Pokus određivanja vlažnosti tla provodi se na nekoliko načina i to laboratorijskom metodom pomoću električne sušare, terenskom metodom sušenjem na otvorenoj vatri, pomoću karbida, mjerenjem pod vodom i pomoću zračnog piknometra. Ovdje ćemo opisati samo prve dvije metode koje se kod nas najčešće primjenjuju.
Laboratorijska metoda pomoću električnog sušila
Ova metoda je najpouzdanija i najšire primjenjivana za sve vrste tla. Komad zemlje iz neporemećenog uzorka stavlja se između dva konkavna stakla, nazvana pješčanim satom, koja su pričvršćena metalnom stezaljkom i zajedno se važu na analitičkoj vagi, a zatim se stavlja u električnu sušilicu gdje se suši na 105°C dok težina ne postane konstantna (sl. 4). Razlika u temperaturi tijekom sušenja ne smije biti veća od ±2°C, budući da se na nižoj temperaturi ne provodi potpuno sušenje, a na višoj temperaturi organski sastojci u uzorku mogu izgorjeti. Približno trajanje sušenja uzorka sa pješčanim staklom u sušilici je oko 6 sati za pijesak i oko 12 sati za glinu. Nakon sušenja, uzorak zatvoren u pješčane satove stezaljkom se stavlja u eksikator da se ohladi na sobnu temperaturu, nakon čega se ponovno mjeri.
Sl. 4. Sušenje uzorka u satnim čašama sa stezaljkom
Ako je W težina uzorka u prirodnom stanju vlage sa pješčanim staklom i stezaljkom, Ws je težina uzorka u suhom stanju sa pješčanim staklom i stezaljkom, Wt je težina pješčanog stakla i stezaljke, vlažnost tla w prema Atterbergovoj definiciji je težina vode podijeljena s težinom tla u suhom stanju, to jest: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Određivanje poroznosti tla i koeficijenta poroznosti
Ispitivanje se provodi na neporemećenom uzorku, pod uvjetom da se njegov volumen može odrediti u neporemećenom stanju.
Metalni cilindar poznatog volumena utisnemo u neporemećenu zemlju ili u uzorak većih dimenzija, poravnamo gornju površinu uzorka s rubovima cilindra i stavimo da se suši na 105°C dok težina ne bude konstantna, zatim pustimo da se ohladi na sobnoj temperaturi i ponovno izvažemo na vagi zajedno sa cilindar.
Ako je V unutarnji volumen cilindra, Vm volumen neporoznih krutih tvari tla, Wd suha težina uzorka, γs volumenska težina krutih čestica, poroznost tla n je
Volumen Vm određuje se na temelju suhe težine uzorka Wd:
tj. u postotku ukupnog volumena tla
Budući da je γd = Wd/V, tj. suha rasuta težina tla, može se staviti
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Koeficijent poroznosti dobiva se iz formule e = n/(1-n).
Za projektiranje, kontrolu kvalitete ili izvođenje radova koristiti važeće propise, standardizirane metode ispitivanja i ovlašteni laboratorij. Ovaj je tekst sačuvan kao povijesni obrazovni izvor.