ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε ΑΝΩΤΑΤΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΕΔΡΑ: ΑΜΑΡΟΥΣΙΟ (ΣΤΑΘΜΟΣ «ΕΙΡΗΝΗ» ΗΣΑΠ) ΤΑΧ.Δ/ΝΣΗ: ΗΡΑΚΛΕΙΟ ΑΤΤΙΚΗΣ Τ.Κ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ 1. ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ Ως περιεχόμενη υγρασία (moisture content) εδαφικού δείγματος ορίζεται ο λόγος (συνήθως εκφρασμένος %) της μάζας του νερού (m w ) στο εδαφικό δείγμα προς τη μάζα του δείγματος σε ξηρή κατάσταση (m s ) και δίνεται από τη σχέση: mw * 100 W= m s (%) Με την δοκιμή αυτή θα προσδιορίσουμε την αναλογία του νερού μέσα στο δείγμα, η οποία επιδρά σημαντικά στη μηχανική αντοχή των εδαφών. Στην περίπτωση που το εδαφικό δείγμα βρίσκεται στη φυσική του κατάσταση εισάγεται ο όρος φυσική υγρασία. 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ 2.1. Μέθοδος διαδοχικών ζυγίσεων (δια ξηράνσεως στον κλίβανο) 2.2. Μέθοδος ανθρακασβεστίου 2.3. Ηλεκτρονική μέθοδος. Από τις παραπάνω μεθόδους, αυτή που κυρίως χρησιμοποιείται είναι η πρώτη. 2.1 Μέθοδος διαδοχικών ζυγίσεων (δια ξηράνσεως στον κλίβανο) Α) Εργαστηριακός εξοπλισμός 1. Κλίβανος ξήρανσης: Η θερμοκρασία του είναι ελεγχόμενη με θερμοστάτη. Κατά την εκτέλεση του πειράματος η θερμοκρασία του πρέπει να είναι σταθερή μεταξύ 105 και 110 ο C. 2. Ζυγοί: Πρέπει να είναι ευαισθησίας: α) 0.01, για δείγματα 100. β) 0.1, για δείγματα μεταξύ 100 και 1000 και γ) 1, για δείγματα ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 1

2 3. Υποδοχείς-κάψες: Πρέπει να είναι κατάλληλοι και κατασκευασμένοι από υλικό που αντέχει στην διάβρωση, πρέπει να έχουν καλής εφαρμογής πώματα τόσο προς αποφυγή απώλειας υγρασίας πριν από την πρώτη ζύγιση, όσο και απορρόφησης υγρασίας μετά την ξήρανση. Β) Δείγμα 1. Πρέπει να λαμβάνεται αντιπροσωπευτική ποσότητα δείγματος η οποία είναι σχετικά ανάλογη με το μέγεθος των κόκκων (Πίνακας 1.1), 2. Το δείγμα μπορεί να είναι διαταραγμένο ή όχι και 3. Δεν πρέπει να μεταβληθεί η φυσική του υγρασία, πρέπει δηλαδή το δείγμα να ζυγίζεται όσο το δυνατόν γρηγορότερα από τη στιγμή που πάρθηκε, ώστε να μειωθούν στο ελάχιστο οι επιδράσεις της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Πίνακας 1.1 Α/Α Μέγιστο μέγεθος κόκκων (οπή κόσκινου) Ελάχιστη μάζα δείγματος (σε ) 1 Νο Νο ½ Γενικά πάντως όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του δείγματος, τόσο ακριβέστερος είναι ο προσδιορισμός της φυσικής υγρασίας. Γ) Διαδικασία 1. Γίνεται αρίθμηση στις κάψες (υποδοχείς) που θα χρησιμοποιηθούν. 2. Ζυγίζεται ο υποδοχέας (κάψα) μαζί με το πώμα του (αφού πρώτα καθαρισθεί και ξηρανθεί) και γράφουμε τη μάζα του (m 1 ). 3. Τοποθετείται το υγρό δείγμα (που θα χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της υγρασίας) μέσα στον υποδοχέα και κλείνεται με το πώμα για να μην υπάρχει εξάτμιση του νερού. 4. Ζυγίζεται ο υποδοχέας μαζί με το πώμα και το υγρό δείγμα και γράφουμε τη μάζα τους (m 2 ). 5. Απομακρύνεται το πώμα από τον υποδοχέα και τοποθετείται ο υποδοχέας μαζί με το δείγμα σε κλίβανο ξήρανσης με θερμοκρασία o C (για δείγματα που περιέχουν οργανική ύλη ή γύψο, η μέγιστη θερμοκρασία δεν πρέπει να ξεπερνά τους 60 ο C, ή η ξήρανση να γίνεται υπό κενό) μέχρι να επιτευχθεί σταθερή μάζα (περίπου μετά από 24ώρες). 6. Αμέσως μετά την εξαγωγή του δείγματος από τον κλίβανο επανατοποθετείται το πώμα και περιμένουμε το δείγμα να ψυχθεί σε θερμοκρασία δωματίου (σωστότερο είναι η ψύξη του δείγματος να γίνει σε ξηραντήρα για 24ώρες). 7. Ζυγίζουμε τον υποδοχέα με το πώμα και το ξηρό δείγμα (m 3 ). ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 2

3 Παρατηρήσεις : Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον υποδοχέα χωρίς το πώμα του υπό την προϋπόθεση ότι το δείγμα θα ζυγιστεί αμέσως μετά την συλλογή του από την περιοχή μελέτης και αμέσως μετά την εξαγωγή του από τον κλίβανο. Τα δείγματα προσδιορισμού της Περιεχόμενης υγρασίας πρέπει να απορρίπτονται και να μη χρησιμοποιούνται γι άλλες δοκιμές. Δ) Υπολογισμοί-Αποτελέσματα Η περιεχόμενη υγρασία w, υπολογίζεται από τον τύπο: m2 m3 mw w(%)= * 100 = * 100 m3 m1 ms Όπου, m 1, η μάζα του υποδοχέα μαζί με το πώμα του. m 2, η μάζα του υποδοχέα μαζί με το πώμα και το υγρό δείγμα. m 3, η μάζα του υποδοχέα μαζί με το πώμα και το ξηρό δείγμα. Ο προσδιορισμός της περιεχόμενης υγρασίας δίνεται στον Πίνακα 1.2. Ε) Παρατηρήσεις Η περιεχόμενη υγρασία εκφράζεται συνήθως % με ακρίβεια δεκάτου. Για να υπάρχει μεγαλύτερη ακρίβεια στο αποτέλεσμα επαναλαμβάνουμε τη δοκιμή σε 4 ακόμα δείγματα και η περιεχόμενη υγρασία είναι εν τέλει ο μέσος όρος των περιεχόμενων υγρασιών των πέντε δειγμάτων Μέθοδος Ανθρακασβεστίου Από την Χημεία είναι γνωστή η αντίδραση: CaC 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Το νερό περιέχεται στο δείγμα στην αντίδρασή του με περίσσεια ανθρακασβεστίου θα δώσει καθορισμένη μάζα C 2 H 2 που κατά τη σχέση: P*V/T=στ. σε συσκευή γνωστού όγκου θα εμφανίζει πίεση P. Η μάζα του δείγματος που θα χρησιμοποιήσουμε για την δοκιμή είναι συνάρτηση της εκτιμώμενης υγρασίας έτσι θα έχουμε: Εκτιμώμενη υγρασία (%) Μάζα δείγματος () ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 3

4 Με γνωστά τη μάζα του δείγματος και την τιμή της πίεσης, από τον Πίνακα 1.3, παίρνουμε την περιεχόμενη υγρασία. Για να είναι δεκτή η τιμή της πίεσης πρέπει να περιέχεται μεταξύ των τιμών: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε. 0.2 και 1.5 K/cm 2. Πίνακας 1.2 ΔΕΛΤΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΕΔΑΦΟΥΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ : Ο Πραγματοποιήσας την Δοκιμή ΠΕΡΙΟΧΗ Α/Α Α Μάζα υποδοχέα+ πώμα Δ Ο Κ Ι Μ Ι Α Β Μάζα υγρού δείγματος + υποδοχέα+ πώμα Γ Εισαγωγή δείγματος στο φούρνο Δ Εξαγωγή δείγματος από το φουρνο Ε Μάζα ξηρού δείγματος + υποδοχέα+πώμα Ζ Μάζα νερού m w =(Β Ε) Η Μάζα στερεών εδάφους m s =Ε - Α Θ Περιεχόμενη υγρασία W=(Ζ / Η )*100 h h % ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗ ΥΓΡΑΣΙΑ= ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ W=(W 1 + W 2 + W 3 + W 4 + W 5 )/ 5 = ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ : ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 4

5 ΠΙΝΑΚΑΣ Προσδιορισμού των ποσοστών υγρασίας (%) (συναρτήσει της μάζας του δείγματος και της πίεσης που αναπτύσσεται στην συσκευή ) Συσκευή Ανθρακασβεστίου Πίνακας 1.3 Πίεση K/cm 2 Μάζα δείγματος εδάφους σε Ηλεκτρονική Μέθοδος Η περιεκτικότητα του εδάφους σε νερό μεταβάλλεται από σημείο σε σημείο, ιδίως κατά την έννοια του βάθους. Η μέτρηση της περιεχόμενης υγρασίας (w) γίνεται με ηλεκτρονικούς μετρητές που λειτουργούν με βάση την αρχή: Η ταχύτητα των νετρονίων μειώνεται όταν προσπίπτουν σε πυρήνες υδρογόνου. Μετρώντας τον αριθμό των νετρονίων που επανέρχονται στη συσκευή καθορίζουμε τον αριθμό των ατόμων του υδρογόνου και επομένως τα MOLES του νερού. Προσμετράται όμως και το νερό της χημικής σύστασης του εδάφους. Έτσι γίνεται ξήρανση στους 105- ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 5

6 110 ο C, γιατί στην θερμοκρασία αυτή, όλο το νερό απομακρύνεται, εκτός από το νερό της χημικής σύστασης. ΑΣΚΗΣΗ Με βάση τις τιμές που πήρατε από τις μετρήσεις που έγιναν στο εργαστήριο και με βάση τη μέθοδο διαδοχικών ζυγίσεων (δια ξηράνσεως στον κλίβανο), να προσδιοριστεί η περιεχόμενη (η φυσική εν προκειμένου υγρασία), σύμφωνα με τις οδηγίες που έχουν δοθεί, για το εδαφικό δείγμα που εξετάστηκε. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ΑSTM), «Standard test method for determination of moisture content». Annual Book of Standards, D (Ε ). «Προδιαγραφές Εργαστηριακών δοκιμών εδαφομηχανικής». Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. / Κ.Ε.Δ.Ε. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 6