Fontos biztonsági megjegyzés: Ez egy archív szakmai szöveg, nem egy aktuális laboratóriumi vagy helyszíni kézikönyv. A leírt eljárások magukban foglalják a higanyt, a nyílt lángot, a fűtést, a paraffint és más olyan berendezéseket és anyagokat, amelyek ma veszélyesek vagy elfogadhatatlanok lehetnek. Ne alkalmazza őket érvényes szabványok, kockázatértékelés, biztonsági adatlapok, megfelelő laboratóriumi és szakmai felügyelet nélkül. A szöveg nem része Savo Kusić jelenlegi termék- és szolgáltatáskínálatának.
A talaj térfogatsúlyának meghatározása
A talaj térfogattömegének meghatározására többféle módszer létezik, amelyek közül a leggyakrabban használtakat ismertetjük: a hengeres módszert, a minta vízbe merítésével, a higanyba merítéssel és a homokos módszerrel.
Eljárás hengerrel
Ez az eljárás a legszélesebb körben alkalmazott, terepen és laboratóriumban végzik. Kötött és nem kötött talajra alkalmazzák.
Egy ismert térfogatú, kihegyezett alsó élű fémhengert préselnek bele a talajba vagy egy háborítatlan vagy mesterségesen tömörített mintába úgy, hogy az teljesen megteljen a talajtömeggel. Ezt követően a minta felületét késsel a henger felső és alsó élével kiegyenlítjük, majd fémburkolatokkal azonnal lezárjuk és mérlegen lemérjük.
Ha W a minta tömege hengerrel és kupakokkal, W0 magának a hengernek a súlya burkolatokkal, V a henger térfogata
γ talajsűrűség:
γ = (W - WP)/V
Az eljárás a minta vízbe merítésével
Ez az eljárás azon a fizikai tulajdonságon alapul, hogy a vízbe merített test térfogata megegyezik a kiszorított víz térfogatával. Csak kötött talajra használják, amikor nem nyerhető szabályos geometriai alakú minta.
A bolygatatlan talajból vagy nagyobb mintából egy darab makákó alakú mintát veszünk, és annak természetes állapotában W tömegét mérlegen mérjük. Ezután a mintát olvasztott paraffinnal fedjük be, ami nem lehet túl forró, de éppen annyira, hogy megolvadjon. Egy vékony 1-2 mm paraffinrétegnek teljesen be kell fednie a teljes mintát. Ezután a paraffinos mintát mérlegen lemérjük, és megkapjuk a W’ tömeget. A paraffin tömege W’ – W.
A VP paraffin térfogata a következő űrlapból nyert: VP * γP = W’ – W,
ahol γP a paraffin térfogati tömege, amely ismert, és értéke γP = 0,892 p/cm3.
A fenti egyenletből a következőt kapjuk: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
ábra. 1. A talaj térfogattömegének meghatározása a minta vízbe merítésével
Ezután a paraffinba csomagolt mintát vékony selyemszállal egy mérlegre akasztjuk (ábra 1).1), a mérleget kiegyenlítjük, majd a minta alá egy desztillált vizet tartalmazó edényt szívunk, így az egész minta vízbe merül. Mivel a vízben lévő minta látszólagos tömegvesztesége miatt a mérleg egyensúlya megbomlik, ezért a súlyok eltávolításával helyreáll, így a W vízbe mártott paraffinos minta tömegét kapjuk. A paraffinos minta tömegének különbsége víz alá nem merült és víz alatti állapotban adja meg a kiszorított víz tömegét, azaz ha a víz térfogattömege YW =1,00, kiszorított víz térfogata Vw
Kivonjuk a VP paraffin térfogatát a Vw térfogatból, és megkapjuk a minta térfogatát.
A talaj térfogattömege: γ = W/(Vw – VP)*m
ahol m a vízhőmérséklet különbségéből adódó korrekciós együttható, mivel Y =1,0a víz hőmérsékletére4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
A minta higanyba merítésével kapcsolatos eljárás
Ezt az eljárást kötött talajokra alkalmazzuk, olyan esetekben is, amikor le kell mondani a szabályos geometriai alakú mintavételről, mint például a talajzsugorodás határainak meghatározásakor.
Sl.2. A talaj térfogattömegének meghatározása a minta higanyba merítésével
A mintát egy teljesen higannyal megtöltött edénybe merítjük (2 ábra), és vékony fémtüskékkel ellátott üveglap segítségével úgy préselik, hogy teljesen elmerüljön a higanyban. A préselt higanyt egy nagyobb edénybe öntik, onnan veszik és megmérik a súlyát. Ha W a minta tömege, Wz a kiszorított higany tömege, γz a higany térfogati tömege, Vz=V a kiszorított higany térfogata, amely megegyezik a minta térfogatával;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
akkor a talaj térfogati tömege:
γ =W*γz /Wz.
Homokos eljárás
Ezt a tesztet szabadföldön végzik, és leggyakrabban nem kötött talajra, kavicsra, kavicsos homokra, morénaanyagra és más olyan esetekben alkalmazzák, amikor a háborítatlan minták hengeres kivonása nem lehetséges. Ennek az eljárásnak az az elve, hogy egy lyukat ásunk a földbe, majd feltöltjük ismert térfogatsúlyú normál homokkal, amely alapján meghatározzuk a lyuk térfogatát. A talaj térfogatsúlyát a kiásott tömeg tömegéből és a lyuk térfogatából határozzuk meg.
A meghatározandó térfogatsúlyú talaj felszínét vízszintesre egyengetik, majd kb.40x40 cm(füge.3), az Ø = átmérő közepén kivágott sablonnal20 cm, vastagság5 mm, lyukat ásni a földbe. A bádoglemezt a talajra fektetjük, és csapokkal rögzítjük. Egy lyuk átmérője20 cm, mélység kb20 cm, lehetőleg függőleges falakkal, de ne a sablonon kívül és jól tisztítsuk meg. Az összes kitermelt anyagot a tányérra helyezzük, majd közvetlenül az ásás után, amíg még megvan a természetes páratartalma, mérlegen lemérjük és meghatározzuk a W tömegét. A természetes páratartalom későbbi meghatározása érdekében a mintát egy fedeles bádogdobozba helyezzük, amely a terepi munka befejezése után a szárítóba kerül. Közvetlenül ezután a kiásott lyukba száraz normál homokot öntenek, melynek térfogati tömege γd méréssel, azaz a korábban elvégzett laboratóriumi kísérletből úgy kerül meghatározásra, hogy ugyanazon a tölcséren és ugyanolyan magasságból homokot öntenek, h esik, mint a terepi kísérletnél.
Sl.3. A talaj térfogattömegének meghatározása homokpróbával
A vizsgálat megkezdése előtt mérje meg a normál homok tömegét mérőedényekben, majd miután kitöltötte a földben lévő lyukat ezzel a homokkal az ónlemez felső felületéig, amelyhez egy acél hosszúságú vonalzóval igazodik.40 cm, mérjük ki a főzőpohárban lévő homok többi részét, így a lyukban lévő száraz normál homok pontos tömegét Wd a fémlemez felső felületéig kapjuk. A kiásott furat Vd térfogatát a lemez felső felületéig a következő képlet alapján határozzuk meg: Vd = Wd/γd.
A talajban lévő lyuk V térfogatát úgy kapjuk meg, hogy kivonjuk a bádogsablon nyílásának v térfogatát:
A talaj térfogattömege γ a következő: γ = W/V, ahol W a lyukból kitermelt talaj tömege közvetlenül a feltárás után mérve. Megjegyzendő, hogy homok helyett vakolatot, olajat vagy hideg aszfaltot használnak, amelyek nedves időben kevésbé érzékenyek. Ezen kívül speciális eszközök is rendelkezésre állnak a homokkal végzett teszt egyszerűbb és gyorsabb elvégzéséhez.
A talaj térfogattömegének hozzávetőleges értékeit a 1 táblázat tartalmazza, azzal a megjegyzéssel, hogy a geomechanikai elemzéseknél minden esetben a talaj térfogattömegét laboratóriumi vagy szántóföldi kísérlettel kell meghatározni.
Talajnedvesség meghatározása
A talajnedvesség-meghatározás vizsgálata többféle módon történik, nevezetesen laboratóriumi módszerrel elektromos szárítóval, szabadföldi módszerrel nyílt tűzön szárítással, keményfém alkalmazásával, víz alatti méréssel és légpiknométerrel. Itt csak az első két módszert ismertetjük, amelyeket hazánkban a leggyakrabban alkalmaznak.
Laboratóriumi módszer elektromos szárítóval
Ez a módszer a legmegbízhatóbb és a legszélesebb körben alkalmazott minden típusú talajra. A háborítatlan mintából származó talajdarabot két homorú, homokórának nevezett üveg közé helyezzük, amelyeket fém bilinccsel rögzítenek, és analitikai mérlegen lemérik, majd elektromos szárítóba helyezik, ahol 105°C hőmérsékleten addig szárítják, amíg a tömeg állandó nem lesz (4 ábra). A szárítás során a hőmérsékletkülönbség nem lehet nagyobb, mint ±2°C, mivel alacsonyabb hőmérsékleten nem megy végbe a teljes szárítás, magasabb hőmérsékleten pedig a mintában lévő szerves összetevők megéghetnek. A minta homokórával történő szárításának hozzávetőleges időtartama a szárítóban körülbelül 6 óra homok esetén, és körülbelül 12 óra agyag esetében. Szárítás után a homokóra bilinccsel lezárt mintát exszikkátorba helyezzük szobahőmérsékletre hűlni, majd ismét megmérjük.
ábra. 4. Mintaszárítás homokóra bilinccsel
Ha W a minta tömege természetes nedvesség állapotában homoküveggel és bilinccsel, Ws a száraz állapotban lévő minta tömege homoküveggel és bilinccsel, Wt a homoküveg és a bilincs tömege, a talajnedvesség w Atterberg definíciója szerint, w a talaj száraz állapotának tömege osztva: a víz tömege_ W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
A talaj porozitásának és porozitási együtthatójának meghatározása
A vizsgálatot zavartalan mintán kell elvégezni, feltéve, hogy annak térfogata zavartalan állapotban meghatározható.
Ismert térfogatú fémhengert nyomunk a háborítatlan talajba, vagy nagyobb méretű mintába, a minta felső felületét a henger széleivel egyengetjük és száradni tesszük.105°Camíg a tömeg állandó nem lesz, majd hagyjuk szobahőmérsékletre kihűlni, és a hengerrel együtt mérjük le újra a mérlegen.
Ha V a henger belső térfogata, Vm a talaj pórus nélküli szilárd anyagának térfogata, Wd a minta száraz tömege, γs a szilárd részecskék térfogattömege, a talaj porozitása n
A Vm térfogatot a Wd minta száraz tömege alapján határozzuk meg:
vagyis a teljes talajtérfogat százalékában
Mivel γd = Wd/V, azaz a talaj száraz térfogattömege, feltehető
n =100* (1– γd/ γs) [%].
A porozitási együttható az e = n/(1-n).
A tervezéshez, a minőségellenőrzéshez vagy a munkák kivitelezéséhez használja a hatályos előírásokat, szabványosított vizsgálati módszereket és felhatalmazott laboratóriumot. Ezt a szöveget történelmi oktatási forrásként őrzik.