Lưu ý an toàn quan trọng: Đây là văn bản lưu trữ chuyên nghiệp, không phải là sổ tay hướng dẫn hiện hành hoặc phòng thí nghiệm hiện tại. Các quy trình được mô tả bao gồm thủy ngân, ngọn lửa trần, sưởi ấm, parafin cũng như các thiết bị và vật liệu khác có thể nguy hiểm hoặc không được chấp nhận hiện nay. Không áp dụng chúng nếu không có tiêu chuẩn hợp lệ, đánh giá rủi ro, bảng dữ liệu an toàn, phòng thí nghiệm phù hợp và giám sát chuyên môn. Văn bản này không nằm trong ưu đãi sản phẩm và dịch vụ hiện tại của Savo Kusić.
Xác định khối lượng thể tích của đất
Có một số phương pháp xác định trọng lượng thể tích của đất, trong đó chúng tôi sẽ mô tả những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất: phương pháp hình trụ, phương pháp ngâm mẫu trong nước, phương pháp ngâm mẫu trong thủy ngân và phương pháp với cát.
Quy trình với xi lanh
Quy trình này được sử dụng rộng rãi nhất và được thực hiện tại hiện trường cũng như trong phòng thí nghiệm. Nó được áp dụng cho đất bị ràng buộc và không bị ràng buộc.
Một ống trụ kim loại có thể tích đã biết, có cạnh dưới được mài sắc, được ép vào đất hoặc vào một mẫu nguyên dạng hoặc được nén nhân tạo sao cho nó được lấp đầy hoàn toàn bằng khối đất. Sau đó, dùng dao san phẳng bề mặt của mẫu với các cạnh trên và dưới của hình trụ rồi đậy ngay bằng nắp kim loại và cân trên cân.
Nếu W là trọng lượng của mẫu có hình trụ và nắp, W0 là trọng lượng của bản thân hình trụ có nắp, V là thể tích của hình trụ
mật độ đất γ là:
γ = (W - WP)/V
Quy trình ngâm mẫu trong nước
Quy trình này dựa trên tính chất vật lý là thể tích của vật chìm trong nước bằng thể tích nước chiếm chỗ. Nó chỉ được sử dụng cho đất bị ràng buộc khi không thể lấy được mẫu có hình dạng hình học thông thường.
Từ đất nguyên vẹn hoặc từ mẫu lớn hơn, một mẫu hình khỉ được lấy và trọng lượng W ở trạng thái tự nhiên được đo trên thang đo. Sau đó, mẫu được phủ parafin tan chảy, không được quá nóng nhưng vừa đủ để tan chảy. Một lớp parafin mỏng 1-2 mm sẽ bao phủ hoàn toàn toàn bộ mẫu. Sau đó cân mẫu chứa parafin trên cân và thu được khối lượng W’. Trọng lượng của parafin là W’ – W.
Thể tích parafin VP, thu được từ dạng: VP * γP = W’ – W,
trong đó γP là trọng lượng thể tích của parafin, đã biết và lên tới γP = 0,892 p/cm3.
Từ phương trình trên ta có: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Hình. 1. Xác định khối lượng thể tích của đất bằng cách ngâm mẫu vào nước
Sau đó, mẫu bọc parafin được treo trên cân bằng một sợi tơ mỏng (hình 1), cân được đưa về trạng thái cân bằng, sau đó ngay lập tức rút một thùng nước cất xuống dưới mẫu, sao cho toàn bộ mẫu chìm trong nước. Vì, do trọng lượng của mẫu giảm đi rõ rệt trong nước, nên sự cân bằng trên cân bị xáo trộn, nên cân được thiết lập lại bằng cách loại bỏ các quả nặng, sao cho thu được khối lượng của mẫu có parafin ngâm trong nước W. Sự chênh lệch về trọng lượng của mẫu có parafin ở trạng thái không ngập và chìm sẽ cho biết trọng lượng của nước chiếm chỗ, tức là nếu trọng lượng thể tích của nước YW = 1,00, thì thể tích của nước chiếm chỗ Vw
Từ thể tích Vw trừ đi thể tích paraffin VP, và lấy thể tích của mẫu.
Mật độ đất là: γ = W/(Vw – VP)*m
trong đó m là hệ số hiệu chỉnh do chênh lệch nhiệt độ nước, vì Y = 1,0 đối với nhiệt độ nước ở 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Quy trình ngâm mẫu trong thủy ngân
Quy trình này được áp dụng cho các loại đất bị ràng buộc, cũng trong trường hợp cần phải từ bỏ việc lấy mẫu có hình dạng hình học thông thường, chẳng hạn như trường hợp khi xác định giới hạn độ co ngót của đất.
Hình. 2. Xác định khối lượng thể tích của đất bằng cách ngâm mẫu vào thủy ngân
Mẫu được ngâm trong một bình chứa đầy thủy ngân (hình 2) và với sự hỗ trợ của một tấm thủy tinh có gai kim loại mỏng, mẫu được ép sao cho ngập hoàn toàn trong thủy ngân. Thủy ngân đã ép được đổ vào một bình lớn hơn, từ đó lấy và đo trọng lượng của nó. Nếu W là trọng lượng của mẫu, Wz là trọng lượng của thủy ngân chiếm chỗ, γz là trọng lượng thể tích của thủy ngân, Vz=V là thể tích của thủy ngân bị chiếm chỗ bằng thể tích của mẫu;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
thì khối lượng thể tích của đất là:
γ =W*γz /Wz.
Quy trình cát
Thử nghiệm này được thực hiện tại hiện trường và thường được áp dụng cho đất không liên kết, sỏi, cát sỏi, vật liệu băng tích và trong các trường hợp khác, khi không thể chiết các mẫu nguyên dạng bằng ống trụ. Nguyên tắc của quy trình này bao gồm đào một cái hố trên mặt đất và sau đó lấp nó bằng cát thông thường có trọng lượng thể tích đã biết, dựa vào đó xác định thể tích của lỗ. Trọng lượng thể tích của đất được xác định từ trọng lượng của khối đào và thể tích của hố.
Bề mặt đất cần xác định trọng lượng thể tích được san phẳng sao cho nằm ngang, sau đó đặt một tấm thiếc có kích thước khoảng 40 x 40 cm (hình 3) lên trên, có cắt mẫu ở giữa đường kính Ø = 20 cm, độ dày 5 mm, để đào hố xuống đất. Tấm thiếc được đặt phẳng trên mặt đất và cố định bằng chốt. Một cái lỗ có đường kính 20 cm, độ sâu khoảng 20 cm được đào bằng dụng cụ cầm tay (dao, thìa, thìa, đục) thông qua lỗ mở của mẫu, tốt nhất là có tường thẳng đứng, nhưng không nằm ngoài mẫu và được làm sạch tốt. Tất cả vật liệu đào được đặt lên đĩa, sau đó ngay sau khi đào, khi vẫn còn độ ẩm tự nhiên, được cân lên cân và xác định trọng lượng W. Để xác định độ ẩm tự nhiên sau này, mẫu được cho vào hộp thiếc có nắp đậy và đưa về phòng sấy sau khi hoàn thành công việc tại hiện trường. Ngay sau đó, cát khô thông thường được đổ vào hố đào, có trọng lượng thể tích γd được xác định bằng cách đo, tức là từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã thực hiện trước đó, bằng cách đổ cát qua cùng một phễu và từ cùng một độ cao, h rơi như trong thử nghiệm hiện trường.
Hình. 3. Xác định thể tích của đất bằng thí nghiệm cát
Trước khi bắt đầu thử nghiệm, hãy đo trọng lượng của cát thông thường trong cốc, sau đó sau khi lấp đầy lỗ trên mặt đất bằng cát đó lên đến bề mặt trên cùng của tấm thiếc, được san bằng thước thép có chiều dài 40 cm, đo phần cát còn lại trong cốc, sao cho thu được trọng lượng chính xác Wd của cát thông thường khô trong lỗ lên đến bề mặt trên của tấm thiếc. Thể tích Vd của hố đào đến mặt trên của tấm thiếc được xác định dựa vào công thức Vd = Wd/γd.
Thể tích V của lỗ trên mặt đất được tính bằng cách trừ đi thể tích v khi mở mẫu thiếc:
Trọng lượng thể tích của đất γ là: γ = W/V, trong đó W là trọng lượng đất đào lấy ra khỏi hố đo ngay sau khi đào. Cần lưu ý rằng thạch cao, dầu hoặc nhựa đường lạnh được sử dụng thay cho cát, những chất này ít nhạy cảm hơn trong thời tiết ẩm ướt. Ngoài ra, còn có các thiết bị đặc biệt để thực hiện bài kiểm tra với cát dễ dàng và nhanh hơn.
Giá trị gần đúng của trọng lượng thể tích của đất được cho trong bảng 1, lưu ý rằng trong phân tích địa cơ trong từng trường hợp, trọng lượng thể tích của đất phải được xác định bằng thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc ngoài hiện trường.
Xác định độ ẩm của đất
Nỗ lực xác định độ ẩm của đất được thực hiện theo nhiều cách, cụ thể là bằng phương pháp trong phòng thí nghiệm sử dụng máy sấy điện, phương pháp hiện trường sử dụng sấy trên lửa hở, sử dụng cacbua, đo dưới nước và sử dụng pycnometer trong không khí. Ở đây chúng tôi sẽ chỉ mô tả hai phương pháp đầu tiên, thường được áp dụng ở nước ta.
Phương pháp thí nghiệm sử dụng máy sấy điện
Phương pháp này là đáng tin cậy nhất và được sử dụng rộng rãi nhất cho tất cả các loại đất. Một mảnh đất từ một mẫu nguyên vẹn được đặt giữa hai tấm kính lõm, gọi là đồng hồ cát, được gắn chặt bằng kẹp kim loại và cân với nhau trên cân phân tích, sau đó đặt vào máy sấy điện, nơi nó được sấy khô ở 105°C cho đến khi trọng lượng không đổi (hình 4). Chênh lệch nhiệt độ trong quá trình sấy không được lớn hơn ±2°C, vì ở nhiệt độ thấp hơn quá trình sấy khô hoàn toàn không được thực hiện và ở nhiệt độ cao hơn các thành phần hữu cơ trong mẫu có thể cháy. Khoảng thời gian gần đúng để làm khô mẫu bằng đồng hồ cát trong máy sấy là khoảng 6 giờ đối với cát và khoảng 12 giờ đối với đất sét. Sau khi sấy khô, mẫu được đóng trong đồng hồ cát bằng kẹp và đặt vào bình hút ẩm để làm nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó cân lại.
Sl. 4. Sấy mẫu trong kính đồng hồ bằng kẹp
Nếu W là trọng lượng của mẫu ở trạng thái ẩm tự nhiên với đồng hồ cát và kẹp, Ws trọng lượng của mẫu ở trạng thái khô với đồng hồ cát và kẹp, Wt trọng lượng của kính đồng hồ và kẹp, độ ẩm của đất w theo định nghĩa của Atterberg là trọng lượng của nước chia cho trọng lượng của đất ở trạng thái khô, nghĩa là: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Xác định độ xốp và hệ số xốp của đất
Phép thử được thực hiện trên mẫu không bị xáo trộn với điều kiện là thể tích của nó có thể được xác định ở trạng thái không bị xáo trộn.
Chúng tôi ép một hình trụ kim loại có thể tích đã biết vào đất nguyên hoặc vào một mẫu có kích thước lớn hơn, san bằng bề mặt trên của mẫu với các cạnh của hình trụ và để khô trên 105°C cho đến khi trọng lượng không đổi, sau đó để nguội ở nhiệt độ phòng và cân lại trên cân cùng với hình trụ.
Nếu V là thể tích bên trong của hình trụ, Vm là thể tích chất rắn của đất không xốp, Wd là trọng lượng khô của mẫu, γs là trọng lượng thể tích của các hạt rắn, độ xốp của đất n là
Thể tích Vm được xác định dựa trên trọng lượng khô của mẫu Wd:
ie tính bằng phần trăm trên tổng thể tích đất
Vì γd = Wd/V, tức là trọng lượng thể tích khô của đất nên có thể đặt
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Hệ số độ xốp được lấy từ công thức e = n/(1-n).
Để thiết kế, kiểm soát chất lượng hoặc thi công công trình, hãy sử dụng các quy định hiện hành, phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn và phòng thí nghiệm được ủy quyền. Văn bản này được bảo tồn như một tài nguyên giáo dục lịch sử.