Proprietà fisiche dei terreni (con diagramma)
La maggior parte delle strutture di ingegneria civile si trovano sul terreno costituito da varie particelle con un numero di vuoti tra di loro. Questi vuoti sono parzialmente o interamente riempiti con acqua o aria e aiutano a stabilizzare il comportamento del suolo.
Questo articolo è dedicato completamente alle proprietà di base del suolo come la porosità, il rapporto dei vuoti, il contenuto di acqua, il peso unitario ecc. E le relazioni tra le diverse proprietà del suolo.
Diagramma di fase:
Il diagramma che rappresenta i componenti del suolo è chiamato diagramma di fase.
Il diagramma che rappresenta tutte e tre le componenti del suolo, ovvero solidi, aria e acqua, è chiamato schema trifase (figura 2.1). Il diagramma che mostra solo due componenti del suolo, cioè solidi e aria o solidi e acqua, si chiama diagramma a due fasi (figura 2.2 e 2.3)
La massa del suolo è generalmente un sistema a tre fasi poiché contiene solidi di suolo insieme a acqua e aria. Gli spazi coperti dall'acqua e dall'aria nella massa del suolo sono chiamati vuoti. Questi vuoti a volte sono riempiti completamente con acqua e talvolta con acqua e aria. Quando i vuoti sono completamente pieni d'acqua, la massa del suolo è chiamata completamente satura e quando è parzialmente riempita dall'acqua e in parte dall'aria, la massa del suolo è chiamata parzialmente satura.
Il suolo è chiamato secco quando i vuoti sono riempiti solo di aria. I tre costituenti della massa del suolo non occupano spazio separato ma sono inter-distanziati tra le particelle di terreno solide che formano materiale complesso, le cui proprietà dipendono dalla percentuale relativa di questi costituenti.
La seguente relazione può essere stabilita dalla figura 2.6:
In natura i tre costituenti del suolo non occupano mai spazi separati, tuttavia per scopi di calcolo è conveniente mostrare questi spazi occupanti separati come mostrato in figura 2.6.
Permettere
V a = Volume d'aria
V w = Volume d'acqua
V s = Volume dei solidi del suolo
Ma = massa d'aria = 0
Mw = Massa d'acqua Mg = Massa di solidi
V = Volume totale della massa del suolo
M = massa totale del terreno
Densità e peso unitario:
La densità della massa del terreno è il rapporto tra la massa del suolo (M) e il volume (V). È denotato da p. Il peso unitario del terreno è il rapporto tra il peso del suolo (W = Mg) e il volume (V). È denotato da γ
ρ = M / V ............ .. (2.1)
e γ = W / V = Mg / V (2.2)
Mettendo il valore di M dall'equazione 2.1 all'equazione 2.2, otteniamo
γ = ρVg / V = ρg ... (2.3)
γ = ρg
La densità è solitamente espressa in gm / cm 3 o t / m 3 e il peso unitario è espresso in KN / m 3 (1 gm / cm 3 = 1 t / m 3 = 9, 8 KN / m 3 )
Densità di solidi:
È il rapporto tra la massa delle particelle solide e il volume dei solidi. È denotato da pg.
ρs = Ms / Vs .......... . (2, 4)
Peso specifico:
Il peso specifico del suolo è il rapporto tra la densità dei solidi e la densità dell'acqua. È denotato da G e non ha unità.
G = Ps / Pw = γs / γw [... γ s = P s g e γ w = P w g]
Il peso specifico può essere vero o assoluto, apparente o di massa o di peso specifico della massa. Se i vuoti presenti nelle particelle del terreno sono esclusi per determinare il vero volume di solidi, il peso specifico ottenuto viene definito come gravità specifica vera o assoluta. Se si considera la massa del suolo che include anche i vuoti, il peso specifico ottenuto è noto come peso specifico apparente o di massa o di massa. È indicato da G m
G m = γ / γ m
Se non viene specificato nulla, la gravità specifica "G" indica il peso specifico dei solidi del suolo.
Densità a secco:
La densità a secco o il peso unitario del dray è il rapporto tra il peso dei solidi e il volume totale della massa del suolo. È denotato da γ d
γ d = W s / v
Densità saturata (o peso unitario saturo ):
Il peso unitario saturo della massa del suolo è il rapporto tra il peso saturo del suolo e il volume totale. È denotato da γ sat -
Densità sommersa (o peso unitario sommerso):
Il peso dell'unità sommersa è il rapporto tra il peso del terreno sommerso e il volume totale della massa del terreno. È denotato da γ
γ = (W s ) sotto / V
Quando la massa del terreno viene sommersa, il suo peso si riduce a causa della bouyancy. Il peso sommerso della massa del suolo, (Ws) sub, è uguale al peso in aria meno il peso dell'acqua spostata dalla massa del terreno. La densità sommersa è anche definita come
γ = γ sat -γ w
Grado di saturazione :
Il grado di saturazione di una massa di suolo è il rapporto tra il volume di acqua presente nella massa del suolo e il volume di vuoti nella massa del suolo. È indicato da S r . Non ha unità. Se i vuoti sono pieni d'acqua, il suolo è detto saturo e il valore di S r è 1. Se i vuoti sono completamente pieni di aria, cioè il terreno è completamente asciutto, allora il
S r = Vw / Vv
Per terreno completamente saturo, S r = 1
Per il terreno asciutto, S r = 0
Vuoti d'aria percentuali:
È il rapporto tra il volume di vuoti d'aria V av e il volume totale della massa di terreno V. E 'indicato con V a . Non ha unità ed è espresso in termini di percentuale.
V a = V av / V
Rapporto vuoto:
Il rapporto di vuoto di una massa di terreno è il rapporto tra il volume totale di vuoti e il volume di solidi nella massa del suolo. È denotato da e.
e = V v / V s
Il rapporto di vuoto è una misura della densità di una data massa di terreno. Viene utilizzato nel calcolo dei parametri del suolo come peso unitario, permeabilità, gradiente idraulico critico, grado di compattazione, ecc.
Porosità:
La porosità di una massa di terreno è il rapporto tra il volume totale dei vuoti e il volume totale della massa del suolo. È denotato da n.
Indice di densità (o densità relativa):
La compattezza di una massa di suolo naturale può essere espressa dall'indice di densità. È definito come il rapporto tra la differenza tra il rapporto del vuoto nello stato più lento della massa del suolo e il suo rapporto tra vuoti naturali e la differenza tra il rapporto del vuoto negli stati più deboli e più densi della massa del suolo. È denotato da l D.
I D = e max -e / e max -e min
Dove
e max = rapporto di svuotamento della massa del terreno nel suo stato più lento
e min = il rapporto vuoto della massa del suolo è il suo stato più denso
e = rapporto di vuoto naturale della massa del terreno.
L'indice di densità è principalmente correlato con i terreni meno coesivi quando e = e max cioè, il deposito naturale del suolo è nella sua forma più lenta quindi = 0 e quando il deposito naturale è nella sua forma più densa cioè e = emin quindi Id = 1. Quando il deposito naturale del suolo si trova in uno stato intermedio, il valore di varia tra 0 e 1. Coesione meno terreno può essere descritto come molto sciolto, sciolto, medio denso, denso e molto denso a seconda dei valori di densità relativa o indice di densità, La Tabella 2.2 mostra lo stato di compattazione dell'indice di densità della terra rispetto alla coesione.
Contenuto di umidità o contenuto di acqua:
È definito come il rapporto tra il peso dell'acqua nella massa del suolo e il peso nei solidi del suolo. È denotato da me espresso in termini di percentuale. Non ha unità
M = W w / W s × 100
Il contenuto di acqua può anche essere espresso come l'acqua libera disponibile in una massa di suolo.
L'acqua presente nei vuoti di una massa di suolo è chiamata acqua del suolo.
L'acqua del suolo può essere ampiamente classificata in due tipi:
(a) Acqua libera o acqua gravitazionale
(b) acqua trattata.
L'acqua che è libera di muoversi attraverso una massa di terreno sotto l'influenza della gravità conosciuta come acqua libera. Questa acqua può essere facilmente rimossa dal terreno riscaldando la massa del terreno ad una temperatura compresa tra 105 ° C e 110 ° C.
L'acqua trattenuta è la parte di acqua trattenuta nei pori del terreno da alcune forze esistenti all'interno dei pori. Quest'acqua non è libera di muoversi sotto l'influenza della gravità e non può essere rimossa facilmente.
L'acqua trattenuta può essere suddivisa in tre tipi:
(a) Acqua strutturale
(b) acqua adsorbita
(c) Acqua capillare.
L'acqua strutturale è l'acqua che è chimicamente combinata nella struttura cristallina del minerale del suolo e può essere rimossa solo rompendo la struttura. L'acqua adsorbita, detta anche acqua igroscopica o umidità di contatto o umidità vietata dalla superficie, è quella parte di acqua del suolo che assorbe le particelle del terreno liberamente adsorbite dall'atmosfera dalle forze fisiche di attrazione ed è trattenuta dalla forza di adesione.
L'acqua capillare è l'acqua che si trova negli interstizi del suolo a causa delle forze capillari. La conoscenza del contenuto di acqua nella massa del suolo è essenziale per controllare le operazioni di compattazione del suolo, nel determinare il limite di consistenza, per calcolare la stabilità di tutti i tipi di terrapieni e fondazioni.
