การกำหนดน้ำหนักมวลดิน ความชื้น และความพรุน

หมายเหตุด้านความปลอดภัยที่สำคัญ: นี่เป็นข้อความระดับมืออาชีพที่เก็บถาวร ไม่ใช่คู่มือห้องปฏิบัติการหรือภาคสนามในปัจจุบัน ขั้นตอนที่อธิบายไว้ ได้แก่ ปรอท เปลวไฟ การทำความร้อน พาราฟิน และอุปกรณ์และวัสดุอื่นๆ ที่อาจเป็นอันตรายหรือยอมรับไม่ได้ในปัจจุบัน ห้ามใช้โดยไม่มีมาตรฐานที่ถูกต้อง การประเมินความเสี่ยง เอกสารข้อมูลความปลอดภัย ห้องปฏิบัติการที่เหมาะสม และการควบคุมดูแลโดยผู้เชี่ยวชาญ ข้อความนี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของข้อเสนอผลิตภัณฑ์และบริการในปัจจุบันของ Savo Kusić

การกำหนดน้ำหนักปริมาตรของดิน

มีหลายวิธีในการกำหนดน้ำหนักตามปริมาตรของดิน ซึ่งเราจะอธิบายวิธีที่ใช้บ่อยที่สุด ได้แก่ วิธีทรงกระบอก วิธีจุ่มตัวอย่างในน้ำ วิธีจุ่มตัวอย่างในปรอท และวิธีการด้วยทราย

ขั้นตอนการใช้กระบอกสูบ

ขั้นตอนนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดและดำเนินการในภาคสนามและในห้องปฏิบัติการ ใช้กับดินที่ถูกผูกและไม่ผูกมัด

กระบอกโลหะที่มีปริมาตรที่ทราบ ซึ่งมีขอบล่างที่แหลมกว่า ถูกกดลงในดินหรือในตัวอย่างที่ไม่มีการรบกวนหรือบดอัดเทียม เพื่อให้มวลดินเต็มไปหมด หลังจากนั้น พื้นผิวของตัวอย่างจะถูกปรับระดับด้วยมีดโดยใช้ขอบด้านบนและด้านล่างของกระบอกสูบ จากนั้นปิดด้วยฝาโลหะทันที และชั่งน้ำหนักบนตาชั่ง

หาก W คือน้ำหนักของตัวอย่างพร้อมกระบอกสูบและฝาครอบ W0 คือน้ำหนักของกระบอกสูบเองพร้อมฝาปิด V คือปริมาตรของกระบอกสูบ

ความหนาแน่นของดิน γ คือ:

γ = (W - WP)/V

ขั้นตอนการแช่ตัวอย่างในน้ำ

ขั้นตอนนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพที่ว่าปริมาตรของร่างกายที่แช่อยู่ในน้ำเท่ากับปริมาตรของน้ำที่ถูกแทนที่ ใช้สำหรับดินที่ถูกผูกไว้เท่านั้น เมื่อไม่สามารถหาตัวอย่างรูปทรงเรขาคณิตปกติได้

จากดินที่ไม่ถูกรบกวนหรือจากตัวอย่างขนาดใหญ่ จะมีการเก็บตัวอย่างรูปทรงลิงแสมและวัดน้ำหนัก W ในสภาพธรรมชาติด้วยตาชั่ง จากนั้นจึงคลุมตัวอย่างด้วยพาราฟินที่ละลายแล้ว ซึ่งต้องไม่ร้อนเกินไป แต่ให้เพียงพอที่จะละลายได้ พาราฟิน 1-2 mm เป็นชั้นบางๆ ควรครอบคลุมตัวอย่างทั้งหมด จากนั้นชั่งน้ำหนักตัวอย่างที่มีพาราฟินบนเครื่องชั่ง และได้น้ำหนัก W’ น้ำหนักของพาราฟินคือ W’ – W.

ปริมาตรของพาราฟิน VP ได้มาจากรูปแบบ: VP * γP = W’ – W,

โดยที่ γP คือน้ำหนักปริมาตรของพาราฟิน ซึ่งทราบและมีค่าเท่ากับ γP = 0,892 p/cm3.

จากสมการข้างต้น เรามี: VP = (W’ – W)/0,892  [cm3].

รูปที่. 1. การกำหนดน้ำหนักปริมาตรของดินโดยการจุ่มตัวอย่างลงในน้ำ

จากนั้นตัวอย่างที่ห่อพาราฟินจะถูกแขวนไว้บนมาตราส่วนด้วยด้ายไหมบางๆ (รูปที่ 1) เครื่องชั่งจะถูกปรับให้สมดุล จากนั้นจึงดึงภาชนะบรรจุน้ำกลั่นไว้ใต้ตัวอย่างทันที เพื่อให้ตัวอย่างทั้งหมดจมอยู่ในน้ำ เนื่องจากการสูญเสียน้ำหนักของตัวอย่างในน้ำอย่างเห็นได้ชัด ความสมดุลบนเครื่องชั่งจึงถูกรบกวน จึงถูกสร้างขึ้นใหม่โดยการเอาตุ้มน้ำหนักออก เพื่อให้ได้น้ำหนักของตัวอย่างที่มีพาราฟินที่แช่อยู่ในน้ำ W The difference in the weight of the sample with paraffin in the unsubmerged and submerged state gives the weight of the displaced water, i.e. if the volume weight of water YW = 1,00, the volume of displaced water Vw

จากปริมาตร Vw เราจะลบปริมาตรของพาราฟิน VP และรับปริมาตรของตัวอย่าง

ความหนาแน่นของดินคือ: γ = W/(Vw – VP)*m

โดยที่ m คือค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิของน้ำ เนื่องจาก Y = 1,0 สำหรับอุณหภูมิของน้ำที่ 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.

ขั้นตอนด้วยการแช่ตัวอย่างในปรอท

ขั้นตอนนี้ใช้กับดินที่ถูกผูกไว้ ในกรณีที่จำเป็นต้องละทิ้งตัวอย่างรูปทรงเรขาคณิตปกติ ซึ่งเป็นกรณีดังกล่าว เมื่อกำหนดขีดจำกัดของการหดตัวของดิน

รูปที่. 2. การกำหนดน้ำหนักปริมาตรของดินโดยการจุ่มตัวอย่างในปรอท

The sample is immersed in a vessel completely filled with mercury (fig. 2) and with the help of a glass plate with thin metal spikes it is pressed so that it is completely immersed in mercury. ปรอทที่ถูกกดจะถูกเทลงในภาชนะขนาดใหญ่ซึ่งเป็นจุดที่ใช้และวัดน้ำหนัก ถ้า W คือน้ำหนักของตัวอย่าง Wz คือน้ำหนักของปรอทที่ถูกแทนที่ γz คือน้ำหนักปริมาตรของปรอท Vz=V คือปริมาตรของปรอทที่ถูกแทนที่ซึ่งเท่ากับปริมาตรของตัวอย่าง

Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz

จากนั้นน้ำหนักปริมาตรของดินคือ:

γ =W*γz /Wz.

ขั้นตอนการทำทราย

การทดสอบนี้ดำเนินการในภาคสนามและมักใช้กับดิน กรวด ทรายกรวด วัสดุจารและในกรณีอื่นๆ เมื่อไม่สามารถสกัดตัวอย่างที่ไม่ถูกรบกวนด้วยกระบอกสูบได้ หลักการของขั้นตอนนี้ประกอบด้วยการขุดหลุมในดินแล้วเติมทรายธรรมดาที่มีน้ำหนักปริมาตรที่ทราบ โดยพิจารณาจากปริมาตรของหลุมที่ถูกกำหนด น้ำหนักปริมาตรของดินพิจารณาจากน้ำหนักของมวลที่ขุดและปริมาตรของหลุม

พื้นผิวของดินซึ่งจำเป็นต้องกำหนดน้ำหนักปริมาตร ถูกปรับระดับให้เป็นแนวนอน จากนั้นจึงวางแผ่นดีบุกขนาดประมาณ 40 x 40 cm (รูปที่ 3) ไว้บนนั้น โดยมีเทมเพลตที่ตัดออกตรงกลางของเส้นผ่านศูนย์กลาง Ø = 20 cm ความหนา 5 mm สำหรับขุดหลุมลงดิน The tin plate is laid flat on the ground and fixed with pegs. รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 cm และมีความลึกประมาณ 20 cm นั้นถูกขุดด้วยเครื่องมือช่าง (มีด ไม้พาย ช้อน สิ่ว) โดยใช้ช่องเปิดของแม่แบบ โดยควรใช้ผนังแนวตั้ง แต่ต้องไม่อยู่นอกแม่แบบ และทำความสะอาดอย่างดี วัสดุที่ขุดทั้งหมดจะถูกวางบนจาน จากนั้นทันทีหลังจากขุด ในขณะที่ยังคงมีความชื้นตามธรรมชาติอยู่ ก็ชั่งน้ำหนักบนตาชั่งและกำหนดน้ำหนัก W เพื่อระบุความชื้นตามธรรมชาติในภายหลัง ตัวอย่างจะถูกใส่ในกล่องดีบุกที่มีฝาปิด เพื่อนำไปที่ห้องอบแห้งหลังจากงานภาคสนามเสร็จสิ้น หลังจากนั้นทันที ทรายแห้งปกติจะถูกเทลงในหลุมที่ขุดขึ้นมา ซึ่งมีน้ำหนักปริมาตร γd ถูกกำหนดโดยการวัด กล่าวคือ จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการก่อนหน้านี้ โดยการเททรายผ่านกรวยเดียวกัน และจากความสูงเท่ากัน h จะตกเท่ากับในการทดสอบภาคสนาม

รูปที่. 3. การกำหนดน้ำหนักปริมาตรของดินโดยใช้การทดสอบทราย

ก่อนเริ่มการทดสอบ ให้วัดน้ำหนักของทรายปกติในบีกเกอร์ จากนั้นหลังจากเติมทรายลงในหลุมในพื้นดินจนถึงพื้นผิวด้านบนของแผ่นดีบุกซึ่งปรับระดับด้วยไม้บรรทัดเหล็กที่มีความยาว 40 cm แล้ว ให้วัดทรายที่เหลือในบีกเกอร์ เพื่อให้ได้น้ำหนักที่แน่นอน Wd ของทรายธรรมดาที่แห้งในรูจนถึงพื้นผิวด้านบนของแผ่นดีบุก ปริมาตร Vd ของรูที่ขุดถึงพื้นผิวด้านบนของแผ่นดีบุกถูกกำหนดตามสูตร Vd = Wd/γd.

หาปริมาตร V ของรูบนพื้นได้โดยการลบปริมาตร v ของช่องเปิดของแม่แบบดีบุก:

น้ำหนักปริมาตรดิน γ คือ: γ = W/V, โดยที่ W คือน้ำหนักของดินที่ขุดจากหลุมที่วัดทันทีหลังการขุด สังเกตว่ามีการใช้ปูนปลาสเตอร์ น้ำมัน หรือแอสฟัลต์เย็นแทนทราย ซึ่งมีความไวน้อยกว่าในสภาพอากาศเปียก นอกจากนี้ ยังมีอุปกรณ์พิเศษเพื่อการทดสอบทรายที่ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น

ค่าโดยประมาณของน้ำหนักปริมาตรของดินแสดงไว้ในตาราง 1 โดยมีหมายเหตุว่าในการวิเคราะห์ทางธรณีกลศาสตร์ในแต่ละกรณี น้ำหนักปริมาตรของดินควรถูกกำหนดโดยการทดลองในห้องปฏิบัติการหรือในภาคสนาม

การหาค่าความชื้นในดิน

การทดสอบการวัดความชื้นในดินทำได้หลายวิธี ได้แก่ วิธีการในห้องปฏิบัติการโดยใช้เครื่องเป่าไฟฟ้า วิธีการภาคสนามโดยใช้การทำให้แห้งด้วยไฟแบบเปิด การใช้คาร์ไบด์ การวัดใต้น้ำ และการใช้พิคโนมิเตอร์อากาศ ที่นี่เราจะอธิบายเฉพาะสองวิธีแรกซึ่งใช้บ่อยที่สุดในประเทศของเรา

วิธีห้องปฏิบัติการโดยใช้เครื่องเป่าไฟฟ้า

วิธีนี้เป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดและใช้ได้กับดินทุกประเภทมากที่สุด ดินจากตัวอย่างที่ไม่ถูกรบกวนวางอยู่ระหว่างแก้วเว้าสองใบที่เรียกว่านาฬิกาทราย ซึ่งยึดด้วยแคลมป์โลหะและชั่งน้ำหนักเข้าด้วยกันบนเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ จากนั้นนำไปใส่ในเครื่องอบไฟฟ้าโดยปล่อยให้แห้งที่ 105°C จนกระทั่งน้ำหนักคงที่ (รูปที่ 4) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างการอบแห้งไม่ควรเกิน ±2°C เนื่องจากที่อุณหภูมิต่ำกว่า การอบแห้งแบบสมบูรณ์ไม่ได้เกิดขึ้น และที่อุณหภูมิสูงกว่า ส่วนผสมอินทรีย์ในตัวอย่างอาจไหม้ได้ ระยะเวลาโดยประมาณในการทำให้ตัวอย่างแห้งด้วยนาฬิกาทรายในเครื่องอบผ้าคือประมาณ 6 ชั่วโมงสำหรับทราย และประมาณ 12 ชั่วโมงสำหรับดินเหนียว หลังจากการอบแห้ง ตัวอย่างที่ปิดในแก้วชั่วโมงด้วยแคลมป์จะถูกวางไว้ในเครื่องดูดความชื้นเพื่อให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง หลังจากนั้นจึงทำการวัดอีกครั้ง

รูปที่. 4. ตัวอย่างการอบแห้งในแก้วชั่วโมงด้วยแคลมป์

หาก W คือน้ำหนักของตัวอย่างในสภาวะธรรมชาติของความชื้นด้วยแก้วทรายและแคลมป์ Ws น้ำหนักของตัวอย่างในสภาวะแห้งโดยมีแก้วชั่วโมงและแคลมป์ Wt น้ำหนักของแก้วชั่วโมงและแคลมป์ ความชื้นในดิน w ตามคำจำกัดความของ Atterberg คือน้ำหนักของน้ำหารด้วยน้ำหนักของดินในสภาวะแห้ง นั่นคือ: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].

การหาค่าความพรุนของดินและค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน

การทดสอบจะดำเนินการกับตัวอย่างที่ไม่ถูกรบกวน โดยมีเงื่อนไขว่าสามารถกำหนดปริมาตรของตัวอย่างในสภาวะที่ไม่ถูกรบกวนได้

เรากดกระบอกโลหะที่มีปริมาตรที่ทราบลงในดินที่ไม่ถูกรบกวนหรือในตัวอย่างที่มีขนาดใหญ่กว่า จัดพื้นผิวด้านบนของตัวอย่างให้อยู่ในระดับเดียวกับขอบของกระบอกสูบแล้วนำไปตากให้แห้งบน 105°C จนกระทั่งน้ำหนักคงที่ จากนั้นปล่อยให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง แล้วชั่งน้ำหนักอีกครั้งบนเครื่องชั่งพร้อมกับกระบอกสูบ

หาก V คือปริมาตรภายในของกระบอกสูบ Vm คือปริมาตรของของแข็งในดินที่ไม่มีรูพรุน Wd คือน้ำหนักแห้งของตัวอย่าง γs คือน้ำหนักปริมาตรของอนุภาคของแข็ง ความพรุนของดิน n คือ

ปริมาตร Vm ถูกกำหนดตามน้ำหนักแห้งของตัวอย่าง Wd:

คือเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรดินทั้งหมด

เนื่องจาก γd = Wd/V เช่น น้ำหนักปริมาตรแห้งของดิน จึงสามารถใส่ได้

n = 100* (1 – γd/ γs) [%].

ค่าสัมประสิทธิ์ความพรุนได้มาจากสูตร e = n/(1-n).

สำหรับการออกแบบ การควบคุมคุณภาพ หรือการปฏิบัติงาน ให้ใช้กฎระเบียบปัจจุบัน วิธีทดสอบที่ได้มาตรฐาน และห้องปฏิบัติการที่ได้รับอนุญาต ข้อความนี้ได้รับการเก็บรักษาไว้เป็นทรัพยากรทางการศึกษาทางประวัติศาสตร์