Pomembna varnostna opomba: To je arhivsko strokovno besedilo, ne trenutni laboratorijski ali terenski priročnik. Opisani postopki vključujejo živo srebro, odprti ogenj, ogrevanje, parafin ter drugo opremo in materiale, ki so danes lahko nevarni ali nesprejemljivi. Ne uporabljajte jih brez veljavnih standardov, ocene tveganja, varnostnih listov, ustreznega laboratorijskega in strokovnega nadzora. Besedilo ni del trenutne ponudbe izdelkov in storitev Savo Kusić.
Določitev volumetrične teže tal
Poznamo več metod določanja prostorninske teže zemljine, med katerimi bomo opisali najpogosteje uporabljene: cilindrična metoda, metoda s potopitvijo vzorca v vodo, metoda s potopitvijo vzorca v živo srebro in metoda s peskom.
Postopek s cilindrom
Ta postopek je najbolj razširjen in se izvaja na terenu in v laboratoriju. Nanaša se na vezano in nevezano zemljo.
Kovinski valj znane prostornine, z zašiljenim spodnjim robom, vtisnemo v zemljo ali v nemoten ali umetno zbit vzorec, tako da je v celoti zapolnjen z zemeljsko maso. Po tem površino vzorca z nožem poravnamo z zgornjim in spodnjim robom valja ter takoj zapremo s kovinskimi pokrovi in stehtamo na tehtnici.
Če je W teža vzorca z valjem in pokrovčki, je W0 teža samega valja s pokrovčki, V prostornina valja
gostota tal γ je:
γ = (W - WP)/V
Postopek s potopitvijo vzorca v vodo
Ta postopek temelji na fizikalni lastnosti, da je prostornina telesa, potopljenega v vodo, enaka prostornini izpodrinjene vode. Uporablja se samo za vezano zemljino, kadar ni mogoče dobiti vzorca pravilne geometrijske oblike.
Iz nepoškodovane zemlje ali iz večjega vzorca se vzame kos vzorca v obliki makaka in njegova teža W v naravnem stanju se izmeri na tehtnici. Nato vzorec prelijemo s stopljenim parafinom, ki ne sme biti prevroč, ampak le toliko, da se stopi. Tanka plast parafina 1-2 mm mora popolnoma prekriti celoten vzorec. Nato vzorec s parafinom stehtamo na tehtnici in dobimo težo W’. Teža parafina je W’ – W.
Prostornina parafina VP, dobljena iz oblike: VP * γP = W’ – W,
kjer je γP volumetrična teža parafina, ki je znana in znaša γP = 0,892 p/cm3.
Iz zgornje enačbe imamo: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Sl. 1. Določanje volumetrične teže tal s potopitvijo vzorca v vodo
Nato se vzorec, ovit v parafin, obesi na tehtnico s tanko svileno nitjo (slika 1), tehtnica se uravnoteži, nato pa se pod vzorec takoj potegne posoda z destilirano vodo, tako da je celoten vzorec potopljen v vodo. Ker se zaradi navidezne izgube teže vzorca v vodi poruši ravnotežje na tehtnici, se le-to ponovno vzpostavi z odstranitvijo uteži, tako da dobimo težo vzorca s parafinom, potopljenim v vodo W. Razlika v teži vzorca s parafinom v nepotopljenem in potopljenem stanju da težo izpodrinjene vode, tj. če je volumska teža vode YW = 1,00, je prostornina izpodrinjene vode Vw
Od prostornine Vw odštejemo prostornino parafina VP in dobimo prostornino vzorca.
Gostota tal je: γ = W/(Vw – VP)*m
kjer je m korekcijski koeficient zaradi razlike v temperaturi vode, saj je Y = 1,0 za temperaturo vode pri 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Postopek s potopitvijo vzorca v živo srebro
Ta postopek se uporablja za vezane zemljine, tudi v primerih, ko se je treba odpovedati odvzemu vzorca pravilne geometrijske oblike, kar je na primer pri določanju meja krčenja zemljin.
Sl. 2. Določanje volumetrične teže tal s potopitvijo vzorca v živo srebro
Vzorec potopimo v posodo, v celoti napolnjeno z živim srebrom (slika 2) in ga s pomočjo steklene plošče s tankimi kovinskimi konicami pritisnemo, da je popolnoma potopljen v živo srebro. Stisnjeno živo srebro se vlije v večjo posodo, od koder se vzame in izmeri njegova teža. Če je W teža vzorca, Wz teža izpodrinjenega živega srebra, γz prostorninska teža živega srebra, Vz=V prostornina izpodrinjenega živega srebra, ki je enaka prostornini vzorca;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
potem je volumetrična teža prsti:
γ =W*γz /Wz.
Peščeni postopek
Ta test se izvaja na terenu in se najpogosteje uporablja za nevezano zemljino, gramoz, gramoz, pesek, morenski material in v drugih primerih, ko odvzem nemotenih vzorcev s cilindri ni mogoč. Načelo tega postopka je, da se v zemljo izkoplje luknja in jo nato napolni z običajnim peskom znane prostorninske teže, na podlagi katere se določi prostornina luknje. Volumetrična teža zemljine se določi iz teže izkopane mase in prostornine vrtine.
Površino zemlje, katere volumsko težo je treba določiti, izravnamo tako, da je vodoravna, nato pa nanjo položimo pločevinasto ploščo velikosti približno 40 x 40 cm (slika 3) s šablono, izrezano na sredini premera Ø = 20 cm, deb. 5 mm, za kopanje luknje v tla. Pločevinasto ploščo položimo ravno na tla in jo pritrdimo s klini. Skozi odprtino šablone se z ročnim orodjem (nož, lopatica, žlica, dleto) izkoplje luknja s premerom 20 cm, globino približno 20 cm, po možnosti z navpičnimi stenami, vendar ne izven šablone in dobro očisti. Ves izkopani material se naloži na ploščo, nato se ga takoj po izkopu, dokler ima še naravno vlažnost, stehta na tehtnici in določi njegova teža W. Za kasnejšo določitev naravne vlažnosti se vzorec položi v pločevinasto škatlo s pokrovi, ki se po končanem delu na terenu odnese v sušilnico. Takoj zatem se v izkopano vrtino nasuje suh normalni pesek, katerega prostorninska teža γd se določi z merjenjem, to je iz predhodno opravljenega laboratorijskega preizkusa, tako da skozi isti lijak in z enake višine nasujemo pesek, pade h kot pri terenskem preizkusu.
Sl. 3. Določanje volumetrične teže tal s testom s peskom
Pred začetkom preskusa izmerite težo običajnega peska v čaši, nato pa po tem, ko s tem peskom napolnite luknjo v tleh do zgornje površine pločevinaste plošče, ki je poravnana z jeklenim ravnilom dolžine 40 cm, izmerite preostanek peska v čaši, tako da je natančna teža Wd suhega normalnega peska v luknji do zgornje površine dobimo kositrno ploščo. Prostornina Vd izkopane luknje do zgornje površine kositrne plošče se določi na podlagi formule Vd = Wd/γd.
Prostornino V luknje v tleh dobimo tako, da odštejemo prostornino v odprtine pločevinaste šablone:
Volumska teža zemlje γ je: γ = W/V, kjer je W teža izkopane zemlje iz vrtine, izmerjena takoj po izkopu. Opažamo, da se namesto peska uporablja mavec, olje ali hladen asfalt, ki so v mokrem vremenu manj občutljivi. Poleg tega so na voljo tudi posebne naprave za lažje in hitrejše delo na testu s peskom.
Približne vrednosti volumetričnih tež tal so podane v tabeli 1, z opombo, da je treba pri geomehanskih analizah v vsakem primeru prostorninsko težo tal določiti s poskusom v laboratoriju ali na terenu.
Določanje vlažnosti tal
Preizkus določanja vlažnosti tal izvajamo na več načinov in sicer laboratorijsko z električnim sušilnikom, terenske metode s sušenjem na odprtem ognju, s karbidom, merjenje pod vodo in z zračnim piknometrom. Tukaj bomo opisali le prvi dve metodi, ki se pri nas najpogosteje uporabljata.
Laboratorijska metoda z uporabo električnega sušilnika
Ta metoda je najbolj zanesljiva in najbolj razširjena za vse vrste tal. Košček zemlje iz nepoškodovanega vzorca se položi med dve konkavni kozarci, imenovani peščene ure, ki sta pritrjeni s kovinsko objemko in skupaj stehtani na analitski tehtnici, nato pa se postavi v električni sušilnik, kjer se suši pri 105°C, dokler teža ni konstantna (slika 4). Razlika v temperaturi med sušenjem ne sme biti večja od ±2°C, saj pri nižji temperaturi ni popolnega sušenja, pri višji temperaturi pa lahko organske sestavine v vzorcu zažgejo. Približno trajanje sušenja vzorca s peščeno uro v sušilniku je približno 6 ur za pesek in približno 12 ur za glino. Po sušenju se vzorec, zaprt v satnih kozarcih s sponkami, postavi v eksikator, da se ohladi na sobno temperaturo, nato se ponovno izmeri.
Sl. 4. Sušenje vzorca v satnih kozarcih s spono
Če je W teža vzorca v naravnem stanju vlage s peščenim steklom in objemko, Ws teža vzorca v suhem stanju s peščenim steklom in objemko, Wt teža peščenega stekla in objemke, je vlažnost tal w po Atterbergovi definiciji teža vode, deljena s težo zemlje v suhem stanju, to je: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Določitev poroznosti tal in koeficienta poroznosti
Preizkus se izvaja na nemotenem vzorcu, pod pogojem, da je mogoče določiti njegovo prostornino v nemotenem stanju.
Kovinski valj znane prostornine vtisnemo v nemoteno zemljo ali v vzorec večjih dimenzij, zgornjo površino vzorca poravnamo z robovi valja in ga damo sušiti na 105°C do konstantne teže, nato pustimo, da se ohladi na sobni temperaturi, in ga skupaj z valjem ponovno stehtamo na tehtnici.
Če je V notranja prostornina valja, Vm prostornina neporoznih trdnih snovi tal, Wd suha teža vzorca, γs prostorninska teža trdnih delcev, je poroznost tal n
Prostornina Vm se določi na podlagi suhe teže vzorca Wd:
tj. v odstotkih celotne prostornine tal
Ker je γd = Wd/V, tj. suha volumetrična teža tal, se lahko postavi
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Koeficient poroznosti dobimo iz formule e = n/(1-n).
Za projektiranje, nadzor kakovosti ali izvedbo del uporabljajte veljavne predpise, standardizirane preskusne metode in pooblaščeni laboratorij. To besedilo je ohranjeno kot zgodovinski izobraževalni vir.