Dôležitá bezpečnostná poznámka: Toto je archívny odborný text, nie aktuálny laboratórny alebo terénny manuál. Popísané postupy zahŕňajú ortuť, otvorený oheň, kúrenie, parafín a ďalšie zariadenia a materiály, ktoré môžu byť dnes nebezpečné alebo neprijateľné. Neaplikujte ich bez platných noriem, hodnotenia rizík, kariet bezpečnostných údajov, príslušného laboratórneho a odborného dozoru. Text nie je súčasťou aktuálnej ponuky produktov a služieb Savo Kusić.
Stanovenie objemovej hmotnosti pôdy
Existuje niekoľko metód zisťovania objemovej hmotnosti pôdy, z ktorých si popíšeme najčastejšie používané: valcová metóda, metóda s ponorením vzorky do vody, metóda s ponorením vzorky do ortuti a metóda s pieskom.
Postup s valcom
Tento postup je najpoužívanejší a vykonáva sa v teréne aj v laboratóriu. Aplikuje sa na viazanú a neviazanú pôdu.
Kovový valec známeho objemu s nabrúseným spodným okrajom sa vtlačí do pôdy alebo do nenarušenej alebo umelo zhutnenej vzorky tak, aby sa úplne naplnil hmotou zeminy. Potom sa povrch vzorky zarovná nožom s horným a spodným okrajom valca a ihneď sa uzavrie kovovými krytmi a odváži sa na váhe.
Ak W je hmotnosť vzorky s valcom a uzávermi, W0 hmotnosť samotného valca s krytmi, V objem valca
hustota pôdy γ je:
γ = (W - WP)/V
Postup s ponorením vzorky do vody
Tento postup je založený na fyzikálnej vlastnosti, že objem telesa ponoreného do vody sa rovná objemu vytlačenej vody. Používa sa len pre viazanú zeminu, keď nie je možné získať vzorku pravidelného geometrického tvaru.
Z nenarušenej pôdy alebo z väčšej vzorky sa odoberie kúsok vzorky v tvare makaka a na váhe sa odmeria jej hmotnosť W v prirodzenom stave. Potom sa vzorka zaleje roztaveným parafínom, ktorý nesmie byť príliš horúci, ale len toľko, aby sa roztopil. Tenká vrstva parafínu 1-2 mm by mala úplne pokryť celú vzorku. Potom sa vzorka s parafínom odváži na váhach a získa sa hmotnosť W’. Hmotnosť parafínu je W’ – W.
Objem parafínu VP, získaný z tvaru: VP * γP = W’ – W,
kde γP je objemová hmotnosť parafínu, ktorá je známa a predstavuje γP = 0,892 p/cm3.
Z vyššie uvedenej rovnice máme: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Obr. 1. Určenie objemovej hmotnosti pôdy ponorením vzorky do vody
Potom sa vzorka zabalená v parafíne zavesí na váhu tenkou hodvábnou niťou (obr.1), váhy sa vyvážia a potom sa pod vzorku vtiahne nádoba s destilovanou vodou, takže celá vzorka je ponorená vo vode. Keďže v dôsledku zjavného úbytku hmotnosti vzorky vo vode je narušená rovnováha na váhe, obnoví sa odstránením závaží, čím sa získa hmotnosť vzorky s parafínom ponoreným vo vode W. Rozdiel v hmotnosti vzorky s parafínom v neponorenom a ponorenom stave udáva hmotnosť vytlačenej vody, t.j. ak objemová hmotnosť vody je YW =1,00, objem vytlačenej vody Vw
Objem parafínu VP odpočítame od objemu Vw a získame objem vzorky.
Objemová hmotnosť pôdy je: γ = W/(Vw – VP)*m
kde m je korekčný koeficient v dôsledku rozdielu teploty vody, pretože Y =1,0pre teplotu vody pri4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Postup s ponorením vzorky do ortuti
Tento postup sa uplatňuje pri viazaných zeminách aj v prípadoch, keď je potrebné upustiť od odberu vzorky pravidelného geometrického tvaru, čo je napríklad prípad zisťovania hraníc zmrašťovania zeminy.
Sl.2. Určenie objemovej hmotnosti pôdy ponorením vzorky do ortuti
Vzorka sa ponorí do nádoby úplne naplnenej ortuťou (obr. 2) a pomocou sklenenej dosky s tenkými kovovými hrotmi sa stlačí tak, aby bola celá ponorená v ortuti. Vylisovaná ortuť sa naleje do väčšej nádoby, odkiaľ sa odoberie a zmeria jej hmotnosť. Ak W je hmotnosť vzorky, Wz je hmotnosť vytesnenej ortuti, γz je objemová hmotnosť ortuti, Vz=V je objem vytlačenej ortuti, ktorý sa rovná objemu vzorky;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
potom objemová hmotnosť pôdy je:
γ =W*γz /Wz.
Pieskový postup
Tento test sa vykonáva v teréne a najčastejšie sa aplikuje na neviazané zeminy, štrk, štrkopiesok, morénový materiál a v iných prípadoch, keď nie je možná extrakcia nenarušených vzoriek valcami. Princíp tohto postupu spočíva vo vyhĺbení jamy v zemi a jej následnom naplnení normálnym pieskom známej objemovej hmotnosti, na základe čoho sa určí objem jamy. Objemová hmotnosť zeminy sa určí z hmotnosti vyťaženej hmoty a objemu vrtu.
Povrch zeminy, ktorej objemovú hmotnosť sa má určiť, sa urovná tak, aby bol vodorovný, potom sa položí plechový plech cca.40x40 cm(obr.3), so šablónou vyrezanou v strede priemeru Ø =20 cm, hrúbka5 mm, na kopanie jamy do zeme. Plechový plech je položený naplocho na zem a upevnený kolíkmi. Otvor s priemerom20 cm, hĺbka cca20 cm, najlepšie so zvislými stenami, ale nie mimo šablóny a dobre očistite. Všetok vykopaný materiál sa položí na platňu, potom sa hneď po vykopaní, kým má ešte svoju prirodzenú vlhkosť, odváži na váhe a určí sa jeho hmotnosť W. Za účelom neskoršieho stanovenia prirodzenej vlhkosti sa vzorka vloží do plechovej škatule s vrchnákom, ktorá sa po ukončení terénnych prác prenesie do sušiarne. Hneď nato sa do vykopanej jamy nasype suchý normálny piesok, ktorého objemová hmotnosť γd sa určí meraním, teda z predtým vykonaného laboratórneho pokusu, nasypaním piesku cez ten istý lievik a z rovnakej výšky padá h ako pri pokuse v teréne.
Sl.3. Určenie objemovej hmotnosti pôdy pomocou pieskového testu
Pred začatím testu odmerajte hmotnosť bežného piesku v odmerkách a potom po naplnení otvoru v zemi týmto pieskom po hornú plochu pocínovaného plechu, s ktorým sa zarovná oceľovým pravítkom dĺžky40 cm, odvážte zvyšok piesku v kadičke tak, aby ste získali presnú hmotnosť Wd suchého normálneho piesku v otvore k hornej ploche plechu. Objem Vd vyhĺbeného otvoru až po hornú plochu plechu sa určí na základe vzorca Vd = Wd/γd.
Objem V otvoru v zemi sa získa odpočítaním objemu v otvoru v plechovej šablóne:
Objemová hmotnosť zeminy γ je: γ = W/V, kde W je hmotnosť vykopanej zeminy z vrtu meraná bezprostredne po vykopaní. Je potrebné poznamenať, že namiesto piesku sa používa omietka, olej alebo studený asfalt, ktoré sú menej citlivé vo vlhkom počasí. Okrem toho existujú aj špeciálne zariadenia pre jednoduchšiu a rýchlejšiu prácu na teste s pieskom.
Približné hodnoty objemových hmotností pôdy sú uvedené v tabuľke 1 s poznámkou, že pri geomechanických analýzach by sa objemová hmotnosť pôdy mala v každom prípade určiť experimentom v laboratóriu alebo v teréne.
Stanovenie pôdnej vlhkosti
Skúška stanovenia pôdnej vlhkosti sa vykonáva niekoľkými spôsobmi, a to laboratórnou metódou pomocou elektrickej sušičky, poľnými metódami sušením na otvorenom ohni, pomocou karbidu, meraním pod vodou a pomocou vzduchového pyknometra. Tu popíšeme len prvé dve metódy, ktoré sa u nás najčastejšie uplatňujú.
Laboratórna metóda s použitím elektrickej sušičky
Táto metóda je najspoľahlivejšia a najrozšírenejšia pre všetky typy pôd. Kúsok zeminy z nenarušenej vzorky sa umiestni medzi dve konkávne sklá, nazývané presýpacie hodiny, ktoré sa upevnia kovovou svorkou a odvážia sa spolu na analytických váhach a potom sa umiestni do elektrickej sušičky, kde sa suší pri 105°C, kým nie je hmotnosť konštantná (obr. 4). Rozdiel teplôt počas sušenia by nemal byť väčší ako ±2°C, pretože pri nižšej teplote nedochádza k úplnému sušeniu a pri vyššej teplote môžu organické zložky vo vzorke horieť. Približná doba sušenia vzorky pomocou presýpacích hodín v sušičke je približne 6 hodín pre piesok a približne 12 hodín pre íl. Po vysušení sa vzorka uzavretá do presýpacích hodín svorkou umiestni do exsikátora, aby sa ochladila na izbovú teplotu, a potom sa znova merala.
Obr. 4. Sušenie vzoriek v presýpacích hodinách so svorkou
Ak W je hmotnosť vzorky v prirodzenom stave vlhkosti s presýpacími hodinami a svorkou, Ws hmotnosť vzorky v suchom stave s presýpacími hodinami a svorkou, Wt hmotnosť presýpacích hodín a svorky, vlhkosť pôdy w podľa Atterbergovej definície je hmotnosť pôdy v suchom stave: vydelená hmotnosťou, w_ W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Stanovenie pórovitosti pôdy a koeficient pórovitosti
Test sa vykonáva na nenarušenej vzorke za predpokladu, že jej objem možno určiť v nenarušenom stave.
Do nenarušenej zeminy alebo do vzorky väčších rozmerov vtlačíme kovový valec známeho objemu, vrchný povrch vzorky zarovnáme okrajmi valca a dáme vysušiť105°Cdo konštantnej hmotnosti, potom nechajte vychladnúť pri izbovej teplote a znova odvážte na váhe spolu s valcom.
Ak V je vnútorný objem valca, Vm je objem pevných častíc pôdy bez pórov, Wd je suchá hmotnosť vzorky, γs je objemová hmotnosť pevných častíc, pórovitosť pôdy n je
Objem Vm určíme na základe suchej hmotnosti vzorky Wd:
teda v percentách z celkového objemu pôdy
Keďže γd = Wd/V, t.j. suchá objemová hmotnosť pôdy, možno
n =100* (1– γd/ γs) [%].
Koeficient pórovitosti sa získa z tvaru e = n/(1-n).
Pri projektovaní, kontrole kvality alebo vykonávaní prác používajte platné predpisy, štandardizované skúšobné metódy a autorizované laboratórium. Tento text je zachovaný ako historický vzdelávací zdroj.