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. 141 21 ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΔΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΟΥΣ 1. ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ Ειδικό βάρος ή ειδική βαρύτητα (particle specific gravity) των κόκκων ενός εδαφικού δείγματος καλείται ο λόγος του βάρους στον αέρα δεδομένου όγκου κόκκων από το δείγμα αυτό προς το βάρος στον αέρα ίσου όγκου αποσταγμένου νερού θερμοκρασίας 4 o C. Από τον ορισμό προκύπτει ότι το G s είναι αδιάστατη παράμετρος και δίδεται από τον τύπο: Ws G s = Vs * w όπου: W s =το βάρος των κόκκων V s =ο όγκος των κόκκων γ w =το φαινόμενο βάρος νερού (στους 4 ο C είναι 10kN/m 3 ). Το ειδικό βάρος κόκκων περιέχει ενδείξεις για το είδος των περιεχομένων στο έδαφος ορυκτολογικών ή οργανικών συστατικών, για την κρυσταλλικότητα καθώς και για τη συσσωμάτωση των ορυκτών (ύπαρξη μικροπόρων στη δομή). Είναι βοηθητικό μέγεθος και χρησιμεύει για τον προσδιορισμό του πορώδους, του δείκτη κενών, του φαινόμενου βάρους, κλπ. Το ειδικό βάρος των κόκκων συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 2.55 2.75, αν και υπάρχουν τιμές μεγαλύτερες, αλλά και μικρότερες από αυτές. Στον Πίνακα 3.1 δίνονται ενδεικτικές τιμές του ειδικού βάρους των κόκκων εδαφών. Πίνακας 3.1 ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΕΙΔΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Έδαφος με βαρέα μέταλλα 3.10 Άμμος ή άργιλος συνήθους σύστασης 2.65 2.70 Άργιλος ή άμμος με οργανικές προσμίξεις 2.40 2.50 Ιλύς ή τύρφη <1.80 2. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΔΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΚΟΚΚΩΝ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΠΥΚΝΟΜΕΤΡΟΥ 2.1 Προσδιορισμός ειδικού βάρους εδαφικού υλικού λεπτότερου των 2mm (διέρχεται από το κόσκινο Νο 10). 2.2 Προσδιορισμός ειδικού βάρους χονδρόκοκκου εδαφικού υλικού (συγκρατείται στο κόσκινο Νο 10). ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 1
2.3 Ειδικό βάρος εδαφικού υλικού που περιέχει λεπτόκοκκο και χονδρόκοκκο κλάσμα. 2.1 Προσδιορισμός ειδικού βάρους εδαφικού υλικού λεπτότερου των 2mm (διέρχεται από το κόσκινο Νο 10). 2.1.1 Εργαστηριακός εξοπλισμός 1. Πυκνόμετρον: Είναι ογκομετρική φιάλη χωρητικότητας τουλάχιστον 100ml ή λήκυθος χωρητικότητας τουλάχιστον 50ml. 2. Ζυγός: Σε περίπτωση που χρησιμοποιείται ογκομετρική φιάλη ο ζυγός πρέπει να είναι ακριβείας 0.01gr. Σε περίπτωση που χρησιμοποιείται λήκυθος ο ζυγός πρέπει να είναι ακριβείας 0.001gr. 3. Θερμόμετρο: Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του νερού (θερμόμετρο ακριβείας 0.1 0 C). 4. Κλίβανος ξήρανσης, ρυθμιζόμενης θερμοκρασίας 105 ο - 110 ο C 5. Ξηραντήρας 6. Αντλία κενού (Προαιρετικά) 7. Εστία θερμάνσεως 8. Δοχεία ζέσεως 9. Σταγονόμετρο ή προχοίδα 10. Αποσταγμένο νερό 2.1.2 Τρόπος Εργασίας (Πορεία) 1. Το πυκνόμετρο καθαρίζεται, ξηραίνεται, ζυγίζεται και η μάζα του (m π ) αναγράφεται σε gr. 2. Το πυκνόμετρο γεμίζεται με αποσταγμένο νερό πραγματικής θερμοκρασίας δωματίου ως τη χαραγή. Αν υπάρχει εγκλωβισμένος αέρας απομακρύνεται με εφαρμογή μερικού κενού ή με ελαφρύ βρασμό 10 min και περιστροφή, έτσι ώστε ο αέρας να ανέλθει. Στη συνέχεια επαναφέρεται η στάθμη του νερού μέχρι τη χαραγή και ζυγίζεται (m α ). 3. Βυθίζουμε ένα θερμόμετρο μέσα στο νερό και προσδιορίζουμε τη θερμοκρασία του (Τ χ ο C) με προσέγγιση ακέραιου αριθμού. 4. Το εδαφικό υλικό μπορεί να ξηρανθεί στον αέρα ή να έχει ξηρανθεί σε κλίβανο στους 60 ο C (μεγαλύτερη θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει απώλεια του κρυσταλλικού νερού) και κατόπιν να ψυχθεί σε ξηραντήρα, ενώ πριν χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή, είναι απαραίτητο να κονιοποιηθεί πολύ καλά σε γουδί με γουδοχέρι καλυμμένο με ελαστικό, για την αποσύνδεση των κόκκων από τυχόν συσσωματώματα. 5. Για την εξασφάλιση αντιπροσωπευτικού δείγματος στην απαραίτητη ποσότητα γίνεται απλός τετραμερισμός του αρχικού δείγματος. 6. Το ξηρό δείγμα πρέπει να είναι τουλάχιστον 25gr όταν χρησιμοποιείται ογκομετρική φιάλη και τουλάχιστον 10gr για τη λήκυθο, ενώ για τα πιο αμμούχα υλικά πρέπει να ληφθεί μεγαλύτερη ποσότητα δείγματος, 50gr περίπου (m o ). ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 2
7. Το εδαφικό δείγμα τοποθετείται στο πυκνόμετρο, χωρίς να υπάρχει απώλεια εδάφους στην περίπτωση που το δείγμα έχει ζυγιστεί και στη συνέχεια προσθέτουμε αποσταγμένο νερό μέχρι τη χαραγή. Εάν τυχόν έχει παγιδευτεί αέρας αυτός απομακρύνεται με τον τρόπο που περιγράφτηκε παραπάνω. Στη συνέχεια επαναφέρεται η στάθμη του νερού μέχρι τη χαραγή και ζυγίζεται (m β ). 8. Βυθίζουμε ένα θερμόμετρο μέσα στο πυκνόμετρο και προσδιορίζουμε τη θερμοκρασία του (Τ χ ο C) με προσέγγιση ακέραιου αριθμού. 2.1.3 Υπολογισμοί-Αποτελέσματα Το ειδικό βάρος κόκκων λεπτόκοκκου εδαφικού δείγματος προσδιορίζεται από τον τύπο: G s (στους Τ ο mo χ C)= m m m ) o ( a Όμως το ειδικό βάρος πρέπει να δίνεται σε θερμοκρασία 20 ο C. Έτσι ισχύει: G s (στους 20 ο C)=Κ*G s (στους Τ ο χ C) όπου, Κ: ο συντελεστής διόρθωσης που προκύπτει από τη διαίρεση της σχετικής πυκνότητας του νερού σε θερμοκρασία Τ χ με τη σχετική πυκνότητα του νερού στους 20 ο C (Πίνακας 3.1). Πίνακας 3.1 Θερμοκρασία o Σχετική πυκνότητα C νερού Συντελεστής διόρθωσης Κ 18 0.9986244 1.0004 19 0.9984347 1.0002 20 0.9982343 1.0000 21 0.9980233 0.9998 22 0.9978019 0.9996 23 0.9975702 0.9993 24 0.9973286 0.9991 25 0.9970770 0.9989 26 0.9968156 0.9986 27 0.9965451 0.9983 28 0.9962652 0.9980 29 0.9959761 0.9977 30 0.9956780 0.9974 Ο προσδιορισμός του ειδικού βάρους κόκκων λεπτόκοκκου εδαφικού δείγματος δίνεται στον Πίνακα 3.2. Πίνακας 3.2 ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 3
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΣΠΑΙΤΕ ΔΕΛΤΙΟ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΕΙΔΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΚΟΚΚΩΝ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ : Ο Πραγματοποιήσας την Δοκιμή ΠΕΡΙΟΧΗ ΥΠΟΓΡΑΦΗ Α/Α m π Α Μάζα πυκνομέτρου Β Μάζα πυκνομέτρου + νερού m α σε Τ o χ C Γ Μάζα πυκνομέτρου + ξηρού m π +m o δείγματος Δ Μάζα ξηρόυ δείγματος m o Ε Μάζα πυκνομέτρου + ξερού m β δείγματος +νερου ΣΤ Θερμοκρασία ( 0 C) Τχ Ζ Ειδικό Βάρος εδάφους σε Τ o χ C: G s (Τ ο χ C)= m Η Συντελεστής Διόρθωσης Κ Συμβολισμοί o m o ( ma m ) Μετρήσεις - υπολογισμοί Θ Ειδικό βάρος κόκκων στους 20 ο C ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ G s (20 ο C)=K*G s (T χ o C) 2.1.4) Παρατηρήσεις Η δοκιμή εκτελείται σε δύο δοκίμια από το ίδιο δείγμα, τα αποτελέσματα εκφράζονται με ακρίβεια 0.01 και αν διαφέρουν μεταξύ τους περισσότερο από 0.03, η δοκιμή επαναλαμβάνεται. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 4
2.2 Προσδιορισμός ειδικού βάρους χονδρόκοκκου εδαφικού υλικού (συγκρατείται στο κόσκινο Νο 10). 2.2.1 Εργαστηριακός εξοπλισμός 1. Ζυγός ικανότητας 5kg ή και περισσότερο και ευαισθησίας 0.5Kg. 2. Συρμάτινα καλάθια με πλέγμα, χωρητικότητας τουλάχιστον 5Kg. 3. Κατάλληλο δοχείο για την εμβάπτιση του συρμάτινου καλαθιού μέσα στο νερό με κατάλληλο εξάρτημα ανάρτησής του από το δίσκο του ζυγού. 2.2.2 Τρόπος Εργασίας (Πορεία) Χρησιμοποιείται δείγμα βάρους 5Kg από το οποίο έχει αφαιρεθεί όλο το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο Νο 10 (άνοιγμα οπής 2mm). Από το χονδρόκοκκο κλάσμα λαμβάνουμε με τη μέθοδο του τετραμερισμού αντιπροσωπευτικό δείγμα. Το παραπάνω δείγμα πλένεται καλά, ξηρένεται σε θερμοκρασία 110±5 ο C μέχρι σταθερού βάρους και ψύχεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στη συνέχεια ζυγίζεται (m A ) και εμβαπτίζεται στο νερό για 24 ώρες. Μετά εξάγεται το υλικό από το νερό, τοποθετείται σε απορροφητικό ύφασμα, σκουπίζεται μέχρις ότου απομακρυνθεί το νερό από την επιφάνεια των κόκκων, ζυγίζεται (m Β ), τοποθετείται σε συρμάτινο καλάθι και προσδιορίζεται η μάζα του (m Γ ) μέσα σε δοχείο με νερό θερμοκρασίας 20-25 ο C. Η ήδη γνωστή μάζα του καλαθιού μέσα στο νερό έχει αφαιρεθεί. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στην απομάκρυνση του αέρα που πιθανόν να έχει εγκλωβιστεί με την ανάρτηση του καλαθιού. 2.2.3 Υπολογισμοί-Αποτελέσματα Το ειδικό βάρος κόκκων χονδρόκοκκου εδαφικού δείγματος προσδιορίζεται από τον τύπο: m G s = mb m Το ειδικό αυτό βάρος αναφέρεται σαν μεικτό ειδικό βάρος καθώς στον όγκο του δείγματος περιλαμβάνεται και ο όγκος των τυφλών πόρων, δεδομένου ότι το υλικό δεν λειοτριβέται. Ο προσδιορισμός του ειδικού βάρους κόκκων χονδρόκοκκου εδαφικού δείγματος δίνεται στον Πίνακα 3.3. 2.3 Προσδιορισμός ειδικού βάρους εδαφικού υλικού που περιέχει λεπτόκοκκο και χονδρόκοκκο κλάσμα Σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι που περιγράφτηκαν για κάθε κλάσμα ξεχωριστά και υπολογίζονται τα ειδικά βάρη. Το συνολικό ειδικό βάρος δίνεται από τον τύπο: 1 G s = R1 P1 100G 100G 1 2 ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 5
Όπου, R 1 : ποσοστό συγκρατούμενο στο Νο 10 Ρ 1 : ποσοστό διερχόμενο από το Νο 10 G 1 : ειδικό βάρος συγκρατούμενου στο Νο 10 G 2 : ειδικό βάρος διερχόμενου από το Νο 10 Πίνακα 3.3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΣΠΑΙΤΕ ΔΕΛΤΙΟ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΕΙΔΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΚΟΚΚΩΝ ΧΟΝΔΡΟΚΟΚΚΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ : Ο Πραγματοποιήσας την Δοκιμή ΠΕΡΙΟΧΗ Α/Α Συμβολισμοί ΥΠΟΓΡΑΦΗ Μετρήσεις - υπολογισμοί Α Μάζα στον αέρα του ξηραμένου δείγματος m Α Β Μάζα στον αέρα του κορεσμένου και επιφανειακά m Β ξηρού δείγματος Γ Μάζα μέσα στο νερό του κορεσμένου δείγματος m Γ Δ Όγκος του υλικού=β-γ V t Ε Ειδικό βάρος=α/(β-γ) G s ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ Με βάση τις τιμές που πήρατε από τις μετρήσεις που έγιναν στο εργαστήριο να προσδιοριστεί το ειδικό βάρος σύμφωνα με τις οδηγίες που έχουν δοθεί, για το εδαφικό δείγμα που εξετάστηκε. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS, (ΑASHTO), pt 1 specifications. 2. (Ε 105-86). «Προδιαγραφές Εργαστηριακών δοκιμών εδαφομηχανικής». Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. / Κ.Ε.Δ.Ε. 3. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ΑSTM), 1983. «Standard test method for determination of moisture content». Annual Book of Standards, D 854. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ Κ, ΚΑΛΑΝΤΖΑΚΗΣ Π, ΜΠΕΛΑΣ Σ (2010) 6