Notă importantă de siguranță: Acesta este un text profesional de arhivă, nu un manual de laborator sau de teren actual. Procedurile descrise includ mercur, flăcări deschise, încălzire, parafină și alte echipamente și materiale care pot fi periculoase sau inacceptabile în prezent. Nu le aplicați fără standarde valabile, evaluarea riscurilor, fișe cu date de securitate, laborator adecvat și supraveghere profesională. Textul nu face parte din oferta actuală de produse și servicii a Savo Kusić.
Determinarea greutății volumetrice a solului
Există mai multe metode de determinare a greutății volumetrice a solului, dintre care le vom descrie pe cele mai frecvent utilizate: metoda cilindrului, metoda cu scufundarea probei în apă, metoda cu scufundarea probei în mercur și metoda cu nisip.
Procedura cu cilindru
Această procedură este cea mai utilizată și se realizează în teren și în laborator. Se aplică pe solul legat și nelegat.
Un cilindru metalic de volum cunoscut, cu marginea inferioară ascuțită, este presat în sol sau într-o probă netulburată sau compactată artificial, astfel încât să fie complet umplut cu masă de sol. După aceea, suprafața probei este nivelată cu un cuțit cu marginile superioare și inferioare ale cilindrului și imediat închisă cu capace metalice și cântărită pe o cântar.
Dacă W este greutatea probei cu cilindru și capace, W0 este greutatea cilindrului însuși cu capace, V este volumul cilindrului
densitatea solului γ este:
γ = (W - WP)/V
Procedura cu scufundarea probei în apă
Această procedură se bazează pe proprietatea fizică că volumul unui corp scufundat în apă este egal cu volumul apei deplasate. Se folosește numai pentru solul legat, când nu se poate obține o probă de formă geometrică obișnuită.
Din solul netulburat sau dintr-o probă mai mare se ia o bucată de probă în formă de macac și se măsoară greutatea sa W în stare naturală pe o cântar. Apoi proba este acoperită cu parafină topită, care nu trebuie să fie prea fierbinte, ci doar cât să se topească. Un strat subțire de parafină 1-2 mm ar trebui să acopere complet întreaga probă. Apoi proba cu parafină se cântărește pe o balanță și se obține greutatea W’. Greutatea parafinei este W’ – W.
Volumul de parafină VP, obținut din forma: VP * γP = W’ – W,
unde γP este greutatea volumetrică a parafinei, care este cunoscută și se ridică la γP = 0,892 p/cm3.
Din ecuația de mai sus avem: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Fig. 1. Determinarea greutății volumetrice a solului prin scufundarea probei în apă
Apoi, proba învelită în parafină este atârnată pe o cântar cu un fir subțire de mătase (fig.1), se echilibrează balanța, iar apoi se trage sub probă un vas cu apă distilată, astfel încât întreaga probă să fie scufundată în apă. Întrucât, din cauza pierderii aparente de greutate a probei în apă, echilibrul pe cântar este perturbat, acesta se reface prin îndepărtarea greutăților, astfel încât se obține greutatea probei cu parafină scufundată în apă W. Diferența de greutate a probei cu parafină în starea nescufundată și scufundată dă greutatea apei deplasate, adică dacă greutatea volumetrică a apei este YW =1,00, volumul de apă dislocată Vw
Scădem volumul de parafină VP din volumul Vw și obținem volumul probei.
Greutatea volumetrică a solului este: γ = W/(Vw – VP)*m
unde m este coeficientul de corecție datorat diferenței de temperatură a apei, deoarece Y =1,0pentru temperatura apei la4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Procedură cu scufundarea probei în mercur
Această procedură se aplică pentru soluri legate, de asemenea, în cazurile în care este necesar să se renunțe la prelevarea unui eșantion de formă geometrică obișnuită, ceea ce este cazul, de exemplu, la determinarea limitelor de contracție a solului.
Sl.2. Determinarea greutății volumetrice a solului prin scufundarea probei în mercur
Proba se scufundă într-un vas plin complet cu mercur (fig. 2) și cu ajutorul unei plăci de sticlă cu vârfuri subțiri de metal se presează astfel încât să fie complet scufundată în mercur. Mercurul presat este turnat într-un vas mai mare, de unde se ia și se măsoară greutatea acestuia. Dacă W este greutatea probei, Wz este greutatea mercurului deplasat, γz este greutatea volumetrică a mercurului, Vz=V este volumul de mercur deplasat care este egal cu volumul probei;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
atunci greutatea volumetrică a solului este:
γ =W*γz /Wz.
Procedura de nisip
Acest test se efectuează în teren și se aplică cel mai adesea pe soluri nelegate, pietriș, nisip pietriș, material morenic și în alte cazuri, când extragerea probelor netulburate cu cilindri nu este posibilă. Principiul acestei proceduri constă în săparea unei gropi în pământ și apoi umplerea acesteia cu nisip normal de greutate volumetrică cunoscută, pe baza căruia se determină volumul găurii. Greutatea volumetrică a solului se determină din greutatea masei excavate și volumul găurii.
Suprafața solului, a cărei greutate volumetrică urmează a fi determinată, se nivelează astfel încât să fie orizontal, apoi o tablă de cca.40x40 cm(smochin.3), cu un șablon decupat la mijlocul diametrului Ø =20 cm, grosime5 mm, pentru săpat o groapă în pământ. Placa de tablă este așezată plat pe pământ și fixată cu cuie. O gaură cu un diametru de20 cm, adâncime aprox20 cm, de preferință cu pereți verticali, dar nu în afara șablonului și curățați bine. Tot materialul excavat se pune pe placă, apoi imediat după săpare, cât mai are umiditatea naturală, se cântărește pe o cântar și se determină greutatea W. Pentru a determina ulterior umiditatea naturală, proba se pune într-o cutie de tablă cu capace, pentru a fi dusă în camera de uscare după terminarea lucrărilor de teren. Imediat după aceea, în gaura excavată se toarnă nisip normal uscat, a cărui greutate volumetrică γd se determină prin măsurare, adică din experimentul de laborator efectuat anterior, prin turnarea nisipului prin aceeași pâlnie și de la aceeași înălțime, h cade ca în experimentul de teren.
Sl.3. Determinarea greutății volumetrice a solului cu ajutorul testului cu nisip
Înainte de a începe testul, măsurați greutatea nisipului normal în pahare de măsurare și apoi după ce umpleți gaura din pământ cu acel nisip până la suprafața superioară a plăcii de tablă, cu care este aliniată cu o riglă de oțel de lungime.40 cm, se cântărește restul de nisip în pahar, astfel încât să se obțină greutatea exactă Wd a nisipului normal uscat din gaură până la suprafața superioară a tablei. Volumul Vd al găurii excavate până la suprafața superioară a tablei se determină pe baza formulei Vd = Wd/γd.
Volumul V al găurii din pământ se obține prin scăderea volumului v al deschiderii șablonului de tablă:
Greutatea volumetrică a solului γ este: γ = W/V, unde W este greutatea solului excavat din gaură măsurată imediat după excavare. Se observă că în locul nisipului se folosește ipsos, ulei sau asfalt rece, care sunt mai puțin sensibili pe vreme umedă. În plus, există și dispozitive speciale pentru lucrul mai ușor și mai rapid la testul cu nisip.
Valorile aproximative ale greutăților volumetrice ale solului sunt date în tabelul 1, cu menționarea că în analizele geomecanice în fiecare caz, greutatea volumetrică a solului trebuie determinată prin experiment în laborator sau în teren.
Determinarea umidității solului
Testul de determinare a umidității solului se efectuează în mai multe moduri, și anume metoda de laborator cu uscător electric, metode de teren folosind uscare la foc deschis, folosind carbură, măsurarea sub apă și folosind picnometrul de aer. Aici vom descrie doar primele două metode, care sunt cel mai des aplicate în țara noastră.
Metoda de laborator cu uscător electric
Această metodă este cea mai fiabilă și cea mai aplicată pentru toate tipurile de sol. O bucată de pământ dintr-o probă netulburată se pune între două pahare concave, numite clepsidre, care se prind cu o clemă metalică și se cântăresc împreună pe o balanță analitică, apoi se pune într-un uscător electric unde se usucă la 105°C până când greutatea este constantă (fig. 4). Diferența de temperatură în timpul uscării nu trebuie să fie mai mare de ±2°C, deoarece la o temperatură mai mică nu se realizează uscarea completă, iar la o temperatură mai mare ingredientele organice din probă pot arde. Durata aproximativă de uscare a probei cu o clepsidră în uscător este de aproximativ 6 ore pentru nisip și aproximativ 12 ore pentru argilă. După uscare, proba închisă în clepsidre cu o clemă se pune într-un desicator pentru a se răci la temperatura camerei, după care se măsoară din nou.
Fig. 4. Uscare probe în clepsidre cu clemă
Dacă W este greutatea probei în starea naturală de umiditate cu clepsidră și clepsid, Ws greutatea probei în stare uscată cu clepsidră și clepsid, Wt greutatea clepsidrului și clepsidului, umiditatea solului w conform definiției lui Atterberg la greutatea apei uscate este împărțită la greutatea apei uscate, astfel încât este: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Determinarea porozității solului și a coeficientului de porozitate
Testul se efectuează pe o probă netulburată, cu condiția ca volumul acesteia să poată fi determinat într-o stare netulburată.
Presăm un cilindru metalic de volum cunoscut în pământ netulburat sau într-o probă de dimensiuni mai mari, nivelăm suprafața superioară a probei cu marginile cilindrului și o punem la uscat pe 105°C până când greutatea este constantă, apoi lăsăm să se răcească la temperatura camerei și o cântărim din nou pe cântar împreună cu
Dacă V este volumul intern al cilindrului, Vm este volumul solidelor neporoase din sol, Wd este greutatea uscată a probei, γs este greutatea volumică a particulelor solide, porozitatea solului n este
Volumul Vm este determinat pe baza greutății uscate a probei Wd:
adică în procent din volumul total al solului
Deoarece γd = Wd/V, adică greutatea volumetrică uscată a solului, acesta poate fi pus
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Coeficientul de porozitate se obține din formula e = n/(1-n).
Pentru proiectarea, controlul calității sau executarea lucrărilor, utilizați reglementările în vigoare, metode de testare standardizate și un laborator autorizat. Acest text este păstrat ca o resursă educațională istorică.