Određivanje zapreminske težine tla
Postoji više načina određivanja zapreminske težine tla od kojih ćemo ovde opisati najčešće primenjene i to: postupak sa cilindrom, postupak sa potapanjem uzorka u vodu, postupak sa potapanjem uzorka u živu i postupak sa peskom.
Postupak sa cilindrom
Ovaj postupak je najviše primenjen i vrši se na terenu i u laboratoriji. Primenjuje se na vezano i nevezano tlo.
Metalni cilinder poznate zapremine, sa zaoštrenom donjom ivicom, utiskuje se u tlo ili u neporemećeni odnosno veštački zbijeni uzorak, tako da se potpuno ispuni zemljanom masom. Potom se površina uzorka izravna nožem sa gornjom i donjom ivicom cilindra i odmah zatim zatvori metalnim poklopcima te izmeri na vagi.
Ako je W težina uzorka sa cilindrom i poklopcima, W0 težina samog cilindra sa poklopcima, V zapremina cilindra
zapreminska težina tla γ je:
γ = (W - WP)/V
Postupak sa potapanjem uzorka u vodu
Ovaj postupak zasniva se na fizičkoj osobini, da je zapremina tela potopljenog u vodu jednaka zapremini istisnute vode. Primenjuje se samo za vezano tlo, kada se ne može dobiti uzorak pravilnog geometrijskog oblika.
Iz neporemećenog tla ili iz većeg uzorka uzme se komad uzorka makakvog oblika i izmeri na vagi njegova težina W u prirodnom stanju. Zatim se uzorak obavije istopljenim parafinom, koji ne sme biti suviše zagrejan, već samo toliko da se istopi. Skramica parafina debljine 1-2 mm treba da potpuno obavije ceo uzorak. Potom se uzorak sa parafinom izmeri na vagi i dobije težina W'. Težina parafina je W’ – W.
Zapremina parafina VP, dobija se iz obrasca: VP * γP = W’ – W,
gde je γP zapreminska težina parafina, koja je poznata i iznosi γP = 0,892 p/cm3.
Iz gornje jednačine imamo: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Sl. 1. Određivanje zapreminske težine tla potapanjem uzorka u vodu
Zatim se parafinom obavijeni uzorak obesi o vagu tankim svilenim koncem (sl. 1), vaga dovede u ravnotežu, pa se odmah zatim pod uzorak podvuče sud sa destilisanom vodom, tako da ceo uzorak bude potopljen u vodu. Pošto je usled prividnog gubitka težine uzorka u vodi ravnoteža na vagi poremećena, ona se ponovo uspostavi skidanjem tegova, tako da se dobije težina uzorka sa parafinom potopljenog u vodu W. Razlika težina uzorka sa parafinom u nepotopljenom i potopljenom stanju daje težinu istisnute vode, odnosno ako je zapreminska težina vode YW = 1,00, zapreminu istisnute vode Vw
Od zapremine Vw odbijamo zapreminu parafina VP, te dobijamo zapreminu uzorka.
Zapreminska težina tla je: γ = W/(Vw – VP)*m
gde je m koeficijenat korekcije zbog razlike u temperaturi vode, pošto je Y = 1,0 za temperaturu vode na 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Postupak sa potapanjem uzorka u živu
Ovaj postupak se primenjuje za vezana tla, takođe u slučajevima kada se mora odustati od uzimanja uzorka pravilnog geometrijskog oblika, što je slučaj na primer kod određivanja granica skupljanja tla.
Sl. 2. Određivanje zapreminske težine tla potapanjem uzorka u živu
Uzorak se potopi u sud potpuno ispunjen živom (sl. 2) i pomoću staklene ploče sa tankim metalnim šiljcima utiskuje se tako, da bude potpuno potopljen u živu. Istisnuta živa preliva se u veći sud, odakle se uzima i meri njegova težina. Ako je W težina uzorka, Wz težina istisnute žive, γz zapreminska težina žive, Vz=V zapremina istisnute žive koja je jendaka zapremini uzorka;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
onda je zapreminska težina tla:
γ =W*γz /Wz.
Postupak sa peskom
Ovaj opit izvodi se na terenu i najčešće se primenjuje za nevezana tla, šljunak, šljunčani pesak, morenski materijal i u drugim slučajevima, kada vađenje neporemećenih uzoraka cilindrima nije moguće. Princip ovog postupka sastoji se u tome, da se u tlu iskopa rupa i zatim ispuni normalnim peskom poznate zapreminske težine, na osnovu koje se određuje zapremina rupe. Iz težine iskopane mase i zapremine rupe određuje se zapreminska težina tla.
Površina tla čiju zapreminsku težinu treba odrediti, izravna se tako da bude horizontalna, zatim se na nju stavi limena ploča veličine oko 40 x 40 cm (sl. 3), sa izrezanim šablonom u sredini prečnika Ø = 20 cm, debljine 5 mm, za iskopavanje rupe u tlu. Limena ploča se ravno položi na tlo i klinovima pričvrsti. Kroz otvor šablona iskopa se ručnim alatom (nožem, lopaticom, kašikom, dletom) rupa prečnika 20 cm, dubine oko 20 cm, po mogućstvu sa vertikalnim zidovima, ali ne izvan šablona i dobro očisti. Sav iskopani materijal stavlja se na ploču, zatim odmah po izvršenom kopanju, dok još ima svoju prirodnu vlažnost, izmeri na vagi i odredi njegova težina W. U cilju docnijeg određivanja prirodne vlažnosti, uzorak se stavi u limenu kutiju sa poklopcima, da bi se po zavšrenom radu na terenu odneo u sušnicu. Odmah zatim u iskopanu rupu sipa se suvi normalni pesak čija je zapreminska težina γd određena baždarenjem, tj. iz prethodno izvršenog laboratorijskog opita, sipanjem peska kroz isti levak i sa iste visine pada h kao i kod terenskog opita.
Sl. 3. Određivanje zapreminske težine tla opitom sa peskom
Pre početka opita izmeri se težina normalnog peska u menzurama, a zatim po ispunjavanju rupe u tlu tim peskom do gornje površine limene ploče, sa kojom se poravna čeličnim lenjirom dužine 40 cm, izmeri se ostatak peska u menzuri, tako da se dobije tačna težina Wd suvog normalnog peska u rupi do gornje površine limene ploče. Zapreminu Vd iskopane rupe do gornje površine limene ploče određujemo na osnovu obrasca Vd = Wd/γd.
Zapreminu V rupe u tlu dobijamo oduzimanjem zapremine v otvora limenog šablona:
Zapreminska težina tla γ je: γ = W/V, gde je W težina iskopanog tla iz rupe izmerena odmah po iskopavanju. Napominje se da se umesto peska upotrebljava gips, ulje ili hladni asfalt, koji su manje osetljivi pri vlažnom vremenu. Osim toga postoje i naročiti aparati za lakši i brži rad na opitu sa peskom.
Približne vrednosti zapreminskih težina tla date su u tablici 1, sa napomenom da kod geomehaničkih analiza u svakom pojedinom slučaju treba odrediti zapreminsku težinu tla opitom u laboratoriji ili na terenu.
Određivanje vlažnosti tla
Opit određivanja vlažnosti tla vrši se na više načina i to laboratorijskom metodom pomoću električne sušnice, terenskim metodama pomoću sušenja na otvorenoj vatri, pomoću karbida, merenjem pod vodom i pomoću vazdušnog piknometra. Ovde ćemo opisati samo prve dve metode, koje se kod nas najčešće primenjuju.
Određivanje vlažnosti tla laboratorijskom metodom pomoću električne sušnice
Ova metoda je najpouzdanija i najviše primenjena za sve vrste tla. Komadić tla iz neporemećenog uzorka stavi se između dva konkavna stakla, zvana sahatna stakla, koja se pričvrste metalnom stezalicom i sve zajedno izmeri na analitičkoj vagi, a potom stavi u električnu sušnicu gde se suši na 105°C do stalnosti težine (sl. 4). Razlika u temperaturi pri sušenju ne treba da je veća od ±2°C, pošto se na nižoj temperaturi ne vrši potpuno sušenje, a na višoj temperaturi organski sastojci u uzorku mogu sagorevati. Približno trajanje sušenja uzorka sa sahatnim staklom u sušnici je za pesak oko 6 časova, a za glinu oko 12 časova. Po završenom sušenju, uzorak zatvoren u sahatnim staklima sa stezalicom stavi se u eksikator da se ohladi na sobnu temperaturu, posle čega se ponovo izmeri.
Sl. 4. Sušenje uzorka u sahatnim staklima sa stezalicom
Ako je W težina uzorka u prirodnom stanju vlažnosti sa sahatnim staklom i stezalicom, Ws težina uzorka u suvom stanju sa sahatnim staklom i stezalicom, Wt težina sahatnog stakla i stezalice, vlažnost tla w po Atterbergovoj definiciji je težina vode podeljena sa težinom tla u suvom stanju, odnosno: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Određivanje poroznosti i koef. poroznosti tla
Opit se vrši na neporemećenom uzorku, pod uslovom da se može odrediti njegova zapremina u neporemećenom stanju.
Metalni cilinder poznate zapremine utisnemo u neporemećeno tlo ili u uzorak većih dimenzija, izravnamo gornju površinu uzorka sa ivicama cilindra i stavimo ga da se osuši na 105°C do stalnosti težine, zatim ostavimo da se ohladi na sobnoj temperaturi, te ga ponovo izmerimo na vagi zajedno sa cilindrom.
Ako je V unutrašnja zapremina cilindra, Vm zapremina čvrstih sastojaka tla bez pora, Wd težina uzorka u suvom stanju, γs zapreminska težina čvrstih čestica, poroznost tla n je
Zapreminu Vm određujemo na osnovu suve težine uzorka Wd:
odnosno u procentima ukupne zapremine tla
Pošto je γd = Wd/V, tj. suva zapreminska težina tla, to se može staviti
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Koeficijent poroznosti dobija se iz obrasca e = n/(1-n).