Cież Kinga

Inżynieria Środowiska

7.11.2008

Analiza granulometryczna:

analiza areometryczna (ćwiczenie nr 4)

Analizę granulometryczną wykonuje się w celu określenia składu granulometrycznego gruntów nieskalistych, a więc wyznaczenia procentowej zawartości występujących w nich poszczególnych frakcji. Pozwala to w końcowym efekcie na wykreślenia krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań.

Metody sedymentacyjne, polegające na rozfrakcjonowaniu gruntu w zawiesinie wodnej, są oparte na prawie Stokesa, które określa, że prędkość swobodnego opadania cząstek kulistych jest wprost proporcjonalna do ich średnicy i gęstości właściwej i zależy ponadto od gęstości właściwej i lepkości cieczy (wody), w której opadają cząstki oraz od przyspieszenia ziemskiego:

Prawo Stokesa określa prędkość opadania cząstek kulistych, z kolei większość cząstek gruntowych o najdrobniejszych frakcjach nie jest kulista, lecz ma nieregularne kształty, wprowadza się więc pojęcie średnicy zastępczej. Po założeniu, że w momencie rozpoczynania analizy sedymentacyjnej zawiesina gruntu, starannie wymieszana, jest jednorodna i cząstki spadają swobodnie, niezależnie jedna od drugiej, znając wartość lepkości i gęstości właściwej wody, gęstości właściwej szkieletu gruntowego, przyspieszenia ziemskiego i podstawiając zamiast prędkości stosunek drogi do czasu, można uzyskać dane co do wielkości opadających cząstek:

d_T = {[(18*η*H_R)]/[(ρ_s-ρ_w)*g*T]}^1/2

gdzie:

η - współczynnik lepkości (puaz); 1 puaz = 10^-1 Pa*s.

g - wartość przyspieszenia ziemskiego (981 cm*s^-2),

T - czas opadania cząstki = czas pomiaru (s).

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego (g*cm^-3),

ρ_w - gęstość właściwa wody (g*cm^-3),

H_R - droga cząstki po czasie T (cm)

Na ogół w praktyce laboratoryjnej korzysta się z metody przyspieszonego obliczania średnic cząstek z pominięciem bezpośrednigo obliczania ich ze wzoru Stokesa. Metoda ta stosowana dla gruntów o gęstości właściwej szkieletu gruntowego 2,65 - 2,80 g*cm^-3,polega na obliczaniu średnic zastępczych cząstek ze wzoru:

d_T = d_wz*k

gdzie:

d_T - średnica zastępcza cząstek (mm),

d_wz -średnica wzorcowa odczytywana z tabeli (mm),

k - współczynnik przeliczeniowy: k = 0,25

Procentową zawartość cząstek oblicza się biorąc za podstawę pomiary gęstości zawiesiby po określonym czasie T za pomocą areometru.

Z_T = [ρ_s/(m_s*(ρ_s - ρ_w))]*R_T*100

Z_T - procentowa zawartość cząstek o średnicach mniejszych niż d_T (%),

m_s - masa szkieletu gruntowego użytego do analizy (g),

R_T - skrócony wskaźnik odczytu dla czasu opadania T,

Przebieg badania:

1.Po wykonaniu analizy makroskopowej oraz pobraniu czterech próbek w celu oznaczenia: wilgotności i gęstości właściwej szkieletu, pobiera się próbkę do właściwej analizy areometrycznej.

2.Masa próbki zależna jest od rodzaju gruntu i wynosi dla gruntów:

- bardzo spoistych i zwięzło spoistych około 15 g,

- średnio spoistych około 20 g,

- mało spoistych około 25 g.

3. Pobrana próbkę waży się, a następnie przenosi się grunt na dużą parownicę zalewając wodą destylowaną z dodatkiem przewidzianej ilości stabilizatora.

4. Zawiesinę rozciera się dokładnie tłuczkiem z nakładką gumową, a następnie przelewa się ją przez sito.

5. Zawiesinę przelewa się do kolby stożkowej, gotuje się przez 30 minut, po czym studzi się do temperatury 20°C.

6. Wystudzoną zawiesinę przelewa się do cylindra miarowego o pojemności 1 dm³, dodaje drugą połowę przewidzianej ilości stabilizatora i dopełnia cylinder wodą destylowaną do objętości dm³.

7. Zawiesinę dokładnie miesza się, najpierw mieszadełkiem, następnie przez przewracanie cylindra w rękach, w ten sposób, że jedną dłonią przykrywa się szczelnie otwór cylindra, a drugą trzyma za jego podstawę (mieszanie tym sposobem trwa około 1 minutę).

8.Po takim wymieszaniu stawia się cylinder na stole i ten moment określa początek pomiarów (należy wtedy uruchomić stoper, którym mierzy się czas).

9. W przewidzianych odstępach czasu dokonać odczytów na areometrze zapisując je w tabelce. Odczyty wykonuje się z dokładnością do 0,1 jednostki wskaźnika areometru. Zanurzanie i wynurzanie areometru musi być powolne i trwać nie krócej niż 10 sekund. Odczyty poziomu zanurzenia areometru wykonuje się zawsze względem górnego poziomu menisku.

---