Fysieke eigenschappen van bodems (met diagram)
Alle meest civieltechnische constructies rusten op de bodem, die bestaat uit verschillende deeltjes met een aantal holtes ertussen. Deze holten zijn gedeeltelijk of geheel gevuld met water of lucht en helpen bij het stabiliseren van het gedrag van de grond.
Dit artikel wordt volledig gewijd aan de basiseigenschappen zoals porositeit, holteverhouding, watergehalte, eenheidsgewicht etc. en relaties tussen verschillende bodemeigenschappen.
Fasediagram:
Het diagram dat de componenten van de bodem weergeeft, wordt fasediagram genoemd.
Het diagram dat alle drie componenten van bodem, te weten vaste stoffen, lucht en water voorstelt, wordt een driefasendiagram genoemd (figuur 2.1). Het diagram dat slechts twee componenten van de bodem te zien is, dwz vaste stoffen en lucht of vaste stoffen en water, wordt tweefasediagram genoemd (figuur 2.2 en 2.3)
Bodemmassa is over het algemeen een driefasensysteem, omdat het vaste stoffen van de bodem bevat, samen met water en lucht. De ruimte bedekt door water en lucht in de bodemmassa wordt holtes genoemd. Deze holtes worden soms volledig gevuld met water en soms door water en lucht. Wanneer de holten volledig met water zijn gevuld, wordt de bodemmassa volledig verzadigd genoemd en wanneer deze gedeeltelijk wordt gevuld door water en gedeeltelijk door lucht, wordt de grondmassa gedeeltelijk verzadigd genoemd.
De grond wordt droog genoemd als de holten alleen met lucht zijn gevuld. De drie bestanddelen van de bodemmassa nemen geen afzonderlijke ruimte in, maar bevinden zich op een afstand tussen de vaste deeltjes van de grond die een complex materiaal vormen, waarvan de eigenschappen afhankelijk zijn van het relatieve percentage van deze bestanddelen.
De volgende relatie kan worden vastgesteld aan de hand van figuur 2.6:
In de natuur nemen de drie grondbestanddelen nooit afzonderlijke ruimtes in, maar voor de berekeningsdoeleinden is het handig om deze bezettende afzonderlijke ruimtes te tonen zoals getoond in figuur 2.6.
Laat
V a = volume lucht
V w = volume water
V s = volume vaste stoffen van de grond
Ma = luchtmassa = 0
Mw = massa van water Mg = massa van vaste stoffen
V = Totaal volume van de bodemmassa
M = totale massa van grond.
Dichtheid en eenheid Gewicht:
De dichtheid van de bodemmassa is de verhouding van de massa van grond (M) tot het volume (V). Dit wordt aangegeven door p. Eenheidsgewicht van de grond is de verhouding van het gewicht van de grond (W = Mg) tot het volume (V). Het wordt aangeduid met γ
ρ = M / V ............ .. (2.1)
en γ = W / V = Mg / V (2.2)
Als we de waarde van M van vergelijking 2.1 naar en vergelijking 2.2 zetten, krijgen we dat
γ = ρVg / V = ρg ... (2.3)
γ = ρg
De dichtheid wordt meestal uitgedrukt in gm / cm3 of t / m 3 en het gewicht van de eenheid wordt uitgedrukt in KN / m 3 (1 gm / cm 3 = 1 t / m 3 = 9, 8 KN / m 3 )
Dichtheid van vaste stoffen:
Het is de verhouding van de massa vaste deeltjes tot het volume vaste stoffen. Dit wordt aangegeven met pag.
ρs = Ms / Vs .......... . (2.4)
Soortelijk gewicht:
Soortelijk gewicht van de grond is de verhouding van de dichtheid van vaste stoffen tot de dichtheid van water. Het wordt aangeduid met G en heeft geen eenheid.
G = Ps / Pw = γs / γw [... γ s = P s g en γ w = P w g]
De soortelijke zwaartekracht kan waar zijn of absoluut, klaarblijkelijk of massa of soortelijk gewicht. Als holtes die in de gronddeeltjes aanwezig zijn worden uitgesloten voor het bepalen van het werkelijke volume van vaste stoffen, wordt het verkregen soortelijk gewicht genoemd als ware of absolute soortelijk gewicht. Als de bodemmassa wordt beschouwd, die ook holtes omvat, is het verkregen soortelijk gewicht bekend als schijnbaar of massa- of massa-soortelijk gewicht. Het wordt aangegeven met GM
Gm = y / y m
Als er niets wordt gespecificeerd, betekent soortelijk gewicht 'G' de soortelijke massa van vaste stoffen in de bodem.
Droge dichtheid:
Droge dichtheid of dray eenheid gewicht is de verhouding van het gewicht van vaste stoffen tot het totale volume van de bodemmassa. Het wordt aangeduid met γ d
γ d = W s / v
Verzadigde dichtheid (of verzadigd gewicht van de eenheid ):
Het verzadigde eenheidsgewicht van de bodemmassa is de verhouding van het verzadigde gewicht van de grond tot het totale volume. Het wordt aangeduid door γ sat -
Ondergedompelde densiteit (of ondergedompeld eenheidgewicht):
Het ondergedompelde eenheidsgewicht is de verhouding van het ondergedompelde gewicht van de grond tot het totale volume van de bodemmassa. Het wordt aangeduid met γ
γ = (W s ) sub / V
Wanneer de bodemmassa wordt ondergedompeld, wordt het gewicht ervan verminderd als gevolg van bouyancy. Het ondergedompelde gewicht van de bodemmassa, (Ws) -sub, is gelijk aan het gewicht in lucht minus het gewicht van het door de grondmassa verdrongen water. De ondergedompelde dichtheid wordt ook gedefinieerd als
γ = γ sat- y w
Mate van verzadiging :
Mate van verzadiging van een bodemmassa is de verhouding van het volume van het aanwezige water in de bodemmassa tot het volume van holten in de bodemmassa. Het wordt aangeduid met SR . Het heeft geen eenheid. Als de holtes volledig met water zijn gevuld, wordt gezegd dat de bodem verzadigd is en de waarde van Sr is 1. Als de holten volledig met lucht zijn gevuld, is de aarde volledig droog dan
S r = Vw / Vv
Voor volledig verzadigde grond is S r = 1
Voor droge grond, S r = 0
Percentage Air Voids:
Het is de verhouding van het volume van de luchtholtes V av tot het totale volume van de bodemmassa V. Het wordt aangeduid met V a . Het heeft geen eenheid en wordt uitgedrukt in percentage.
V a = V av / V
Ongeldige verhouding:
De lege ruimte van een bodemmassa is de verhouding tussen het totale volume van holtes en het volume vaste stoffen in de bodemmassa. Het wordt aangeduid met e.
e = V v / V s
De lege ruimte is een maat voor de dichtheid van een bepaalde grondmassa. Het wordt gebruikt voor het berekenen van bodemparameters zoals eenheidsgewicht, permeabiliteit, kritische hydraulische gradiënt, mate van verdichting etc.
porositeit:
De porositeit van een bodemmassa is de verhouding van het totale volume van holtes tot het totale volume van de bodemmassa. Het wordt aangeduid door n.
Densiteitsindex (of relatieve dichtheid):
De compactheid van een natuurlijke bodemmassa kan worden uitgedrukt in dichtheidindex. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van het verschil tussen de lege ruimte in de meest losse toestand van de bodemmassa en de natuurlijke lege ruimte tot het verschil tussen de lege ruimte in de meest losse en dichtste toestand van de bodemmassa. Het wordt aangeduid met l D.
I D = e max -e / e max -e min
Waar
e max = lege verhouding van de bodemmassa in zijn meest losse staat
e min = lege verhouding van de bodemmassa is de dichtste staat
e = natuurlijke lege ruimte van de bodemmassa.
Dichtheidsindex is voornamelijk gerelateerd aan de cohesieloze bodems bij e = e max, dwz de natuurlijke afzetting van de bodem is in zijn soepelste vorm dan = 0 en wanneer de natuurlijke afzetting zich in de dichtste vorm bevindt, dwz e = emin dan is Id = 1. Wanneer de natuurlijke bodemafzetting zich in een tussentoestand bevindt, varieert de waarde van 0 tot 1. Cohesie minder bodem kan worden beschreven als zeer los, los, gemiddeld dicht, dicht en zeer dicht afhankelijk van de waarden van relatieve dichtheid of dichtheidindex, Tabel 2.2 toont de mate van verdichting van de cohesievrije bodemdichtheidsindex.
Vochtgehalte of waterinhoud:
Het wordt gedefinieerd als de verhouding van het gewicht van water in de bodemmassa tot het gewicht van de vaste stoffen in de bodem. Het wordt aangeduid met m en uitgedrukt in percentage. Het heeft geen eenheid
M = W w / W s × 100
Het watergehalte kan ook worden uitgedrukt als het vrije water dat beschikbaar is in een bodemmassa.
Water dat in de holten van een bodemmassa aanwezig is, wordt bodemwater genoemd.
Het bodemwater kan grofweg in twee soorten worden ingedeeld:
(a) Vrij water of zwaartekrachtwater
(b) Gehouden water.
Het water dat vrij is om door een bodemmassa te bewegen onder invloed van de zwaartekracht, bekend als vrij water. Dit water kan gemakkelijk uit de grond worden verwijderd door de grondmassa te verwarmen bij een temperatuur van 105 ° C tot 110 ° C.
Het vastgehouden water is het deel van het water dat in de poriën van de grond wordt gehouden door enkele krachten die in de poriën aanwezig zijn. Dit water is niet vrij om te bewegen onder invloed van de zwaartekracht en kan niet gemakkelijk worden verwijderd.
Het vastgehouden water kan worden onderverdeeld in drie soorten:
(a) Structureel water
(b) Geadsorbeerd water
(c) Capillair water.
Structureel water is het water dat chemisch wordt gecombineerd in de kristalstructuur van het bodemmineraal en kan alleen worden verwijderd door de structuur te verbreken. Het geadsorbeerde water, ook wel het hygroscopische water of contactvocht of oppervlaktegeblokkeerd vocht genoemd, is dat deel van het grondwater dat vrij is van de bodemdeeltjes die door de fysische aantrekkingskrachtkrachten uit de atmosfeer worden geadsorbeerd en door de hechtingskracht wordt vastgehouden.
Capillair water is het water dat door capillaire krachten in de tussenruimten van de grond wordt gehouden. De kennis van het watergehalte in de bodemmassa is essentieel voor het beheersen van de bodemverdichting, voor het bepalen van de consistentie limiet, voor het berekenen van de stabiliteit van alle soorten grondwerk en funderingen.
