Важлива примітка щодо безпеки: Це архівний професійний текст, а не поточний лабораторний чи польовий посібник. Описані процедури включають використання ртуті, відкритого вогню, нагрівання, парафіну та іншого обладнання та матеріалів, які сьогодні можуть бути небезпечними або неприйнятними. Не застосовуйте їх без чинних стандартів, оцінки ризику, паспортів безпеки, відповідного лабораторного та професійного нагляду. Текст не є частиною поточної пропозиції продуктів і послуг Savo Kusić.
Визначення об’ємної ваги ґрунту
Існує кілька методів визначення об’ємної ваги ґрунту, з яких ми опишемо найбільш часто використовувані: циліндровий метод, метод із зануренням зразка у воду, метод із зануренням зразка в ртуть і метод з піском.
Процедура з циліндром
Ця процедура є найбільш широко використовуваною та виконується в полі та в лабораторії. Застосовується для пов’язаного та незв’язаного ґрунту.
Металевий циліндр відомого об’єму із загостреним нижнім краєм вдавлюють у ґрунт або в непорушений чи штучно ущільнений зразок так, щоб він був повністю заповнений ґрунтовою масою. Після цього поверхню зразка вирівнюють ножем з верхнім і нижнім краями циліндра і відразу ж закривають металевими кришками і зважують на вагах.
Якщо W — вага зразка з циліндром і кришками, W0 — вага самого циліндра з кришками, V — об’єм циліндра
щільність ґрунту γ становить:
γ = (W - WP)/V
Процедура із зануренням зразка у воду
Ця процедура заснована на тій фізичній властивості, що об’єм тіла, зануреного у воду, дорівнює об’єму витісненої води. Використовується лише для зв’язаного ґрунту, коли неможливо отримати зразок правильної геометричної форми.
З непорушеного ґрунту або з більшого зразка береться шматок зразка у формі макаки та його вага W у природному стані вимірюється на вагах. Потім зразок покривають розплавленим парафіном, який не повинен бути дуже гарячим, але настільки, щоб розплавився. Тонкий шар парафіну 1-2 mm повинен повністю покрити весь зразок. Потім зразок з парафіном зважують на вагах і отримують вагу W’. Вага парафіну становить W’ – W.
Об’єм парафіну VP, отриманий за формою: VP * γP = W’ – W,
де γP об’ємна маса парафіну, яка відома і становить γP = 0,892 п/см3.
З наведеного вище рівняння ми маємо: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Мал. 1. Визначення об’ємної ваги ґрунту шляхом занурення зразка у воду
Потім зразок, обгорнутий парафіном, підвішують на ваги за допомогою тонкої шовкової нитки (рис. 1), ваги врівноважують, а потім одразу під зразок підтягують ємність з дистильованою водою, щоб весь зразок був занурений у воду. Оскільки через очевидну втрату ваги зразка у воді баланс на вагах порушується, його відновлюють, знімаючи гирі, так що отримується вага зразка з парафіном, зануреного у воду W. Різниця у вазі зразка з парафіном у незануреному та зануреному стані дає вагу витісненої води, тобто якщо об’ємна вага води YW = 1,00, об’єм витісненої води Vw
Від об’єму Vw віднімаємо об’єм парафіну VP і отримуємо об’єм зразка.
Щільність ґрунту становить: γ = W/(Vw – VP)*m
де m поправочний коефіцієнт через різницю в температурі води, оскільки Y = 1,0 для температури води в 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Процедура із зануренням зразка в ртуть
Ця процедура застосовується для зв’язаних ґрунтів, також у випадках, коли необхідно відмовитися від відбору зразка правильної геометричної форми, як це має місце, наприклад, при визначенні межі усадки ґрунту.
Мал. 2. Визначення об’ємної ваги ґрунту шляхом занурення зразка в ртуть
Зразок занурюють у посудину, повністю заповнену ртуттю (рис. 2), і за допомогою скляної пластини з тонкими металевими шипами натискають так, щоб він був повністю занурений у ртуть. Пресовану ртуть виливають у більшу посудину, звідки беруть її вагу і вимірюють. Якщо W — вага проби, Wz — вага витісненої ртуті, γz — об’ємна вага ртуті, Vz=V — об’єм витісненої ртуті, що дорівнює об’єму проби;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
тоді об’ємна вага ґрунту дорівнює:
γ =W*γz /Wz.
Пісочна процедура
Цей тест виконується в польових умовах і найчастіше застосовується до незв’язаних ґрунтів, гравію, гравійного піску, моренного матеріалу та в інших випадках, коли вилучення непорушених проб циліндрами неможливе. Принцип цієї процедури полягає в тому, що в землі викопують яму, а потім заповнюють її звичайним піском відомої об’ємної маси, на підставі якої визначають об’єм ями. Об’ємна вага ґрунту визначається з ваги викопаної маси та об’єму отвору.
Поверхню ґрунту, об’ємну вагу якої потрібно визначити, вирівнюють так, щоб вона була горизонтальною, потім на неї кладуть жерстяну пластину розміром приблизно 40 x 40 cm (рис. 3) з шаблоном, вирізаним посередині діаметром Ø = 20 cm, товщиною. 5 mm, для копання ями в землі. Жерсть рівно кладуть на землю і закріплюють кілочками. Отвір діаметром 20 cm, глибиною приблизно 20 cm викопується ручним інструментом (ніж, шпатель, ложка, долото) через отвір шаблону, бажано з вертикальними стінками, але не за межами шаблону, і добре очищається. Весь викопаний матеріал кладуть на плиту, потім одразу після викопування, поки він ще має свою природну вологість, його зважують на вагах і визначають його вагу W. Для подальшого визначення природної вологості пробу поміщають у жерстяну коробку з кришками, щоб після закінчення польових робіт винести в сушильну камеру. Одразу після цього в викопану яму засипають сухий звичайний пісок, об’ємна вага якого γd визначається шляхом вимірювання, тобто з попередньо проведеного лабораторного дослідження, шляхом засипання піску через ту саму лійку та з тієї ж висоти, h падає, як і в польовому випробуванні.
Мал. 3. Визначення об’ємної ваги ґрунту за допомогою піску
Перед початком випробування виміряйте вагу звичайного піску в склянці, а потім, заповнивши отвір у землі цим піском до верхньої поверхні жерстяної пластини, яку вирівняно сталевою лінійкою довжиною 40 cm, виміряйте решту піску в склянці, щоб точна вага Wd сухого звичайного піску в отворі до верхньої поверхні виходить жерстяна пластина. Об’єм Vd викопаного отвору до верхньої поверхні жерстяної пластини визначається на основі формули Vd = Wd/γd.
Об’єм V отвору в землі отримується шляхом віднімання об’єму v отвору жерстяного шаблону:
Об’ємна вага ґрунту γ дорівнює: γ = W/V, де W — вага вийнятого ґрунту зі свердловини, виміряна відразу після викопування. Зазначається, що замість піску використовується гіпс, масло або холодний асфальт, які менш чутливі у вологу погоду. Крім того, існують також спеціальні пристрої для більш легкої та швидкої роботи над тестом з піском.
Приблизні значення об’ємної ваги ґрунту наведено в таблиці 1, із зауваженням, що в кожному випадку в геомеханічних аналізах об’ємна вага ґрунту повинна визначатися експериментально в лабораторії або в полі.
Визначення вологості ґрунту
Визначення вологості ґрунту проводиться декількома способами, а саме лабораторним методом з використанням електросушарки, польовим методом з використанням сушіння на відкритому вогні, з використанням карбіду, вимірюванням під водою та за допомогою повітряного пікнометра. Тут ми опишемо лише перші два методи, які найчастіше застосовуються в нашій країні.
Лабораторний метод з використанням електросушарки
Цей метод є найнадійнішим і найпоширенішим для всіх типів ґрунтів. Шматок ґрунту з непорушеного зразка поміщають між двома увігнутими скельцями, які називаються пісочними годинниками, які скріплюються металевим затискачем і разом зважують на аналітичних вагах, а потім поміщають в електричну сушарку, де сушать при 105°C, доки вага не стане постійною (рис. 4). Різниця температур під час сушіння не повинна перевищувати ±2°C, оскільки при нижчій температурі повне сушіння не здійснюється, а при вищій температурі органічні інгредієнти в зразку можуть згоріти. Приблизна тривалість сушіння зразка за допомогою пісочного годинника в сушарці становить близько 6 годин для піску та близько 12 годин для глини. Після висихання зразок, закритий у пісочних склянках із затискачем, поміщають в ексикатор для охолодження до кімнатної температури, після чого знову вимірюють.
Мал. 4. Сушка зразка в піскових склянках із затискачем
Якщо W це вага зразка в природному стані вологи з пісочним склом і затискачем, Ws вага зразка в сухому стані з пісочним склом і затискачем, Wt вага пісочного скла і затискачем, вологість ґрунту w згідно з визначенням Аттерберга є вагою води, поділеною на вагу ґрунту в сухому стані, тобто: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Визначення пористості ґрунту та коефіцієнта пористості
Тест проводиться на непорушеному зразку за умови, що його об’єм можна визначити в непорушеному стані.
Ми вдавлюємо металевий циліндр відомого об’єму в непорушений ґрунт або в зразок більших розмірів, вирівнюємо верхню поверхню зразка з краями циліндра і ставимо його сушитися на 105°C, поки маса не стане постійною, потім даємо йому охолонути при кімнатній температурі, і знову зважуємо його на вагах разом з циліндром.
Якщо V — внутрішній об’єм циліндра, Vm — об’єм непористих твердих частинок ґрунту, Wd — суха вага зразка, γs — об’ємна вага твердих частинок, пористість ґрунту n дорівнює
Об’єм Vm визначається на основі сухої маси зразка Wd:
тобто у відсотках від загального об’єму ґрунту
Оскільки γd = Wd/V, тобто суха об’ємна вага ґрунту, можна поставити
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Коефіцієнт пористості отримується за формулою e = n/(1-n).
Для проектування, контролю якості або виконання робіт використовуйте діючі нормативи, стандартизовані методи випробувань і авторизовану лабораторію. Цей текст зберігається як історичний освітній ресурс.