Physikalische Eigenschaften von Böden (mit Diagramm)
Alle Bauwerke befinden sich auf Böden, die aus verschiedenen Partikeln mit einer Anzahl von Hohlräumen bestehen. Diese Hohlräume sind teilweise oder vollständig mit Wasser oder Luft gefüllt und tragen zur Stabilisierung des Bodenverhaltens bei.
Dieser Artikel befasst sich vollständig mit den grundlegenden Bodeneigenschaften wie Porosität, Hohlraumanteil, Wassergehalt, Stückgewicht usw. und den Beziehungen zwischen verschiedenen Bodeneigenschaften.
Phasendiagramm:
Das Diagramm, das die Bestandteile des Bodens darstellt, wird als Phasendiagramm bezeichnet.
Das Diagramm, das alle drei Bestandteile des Bodens, dh Feststoffe, Luft und Wasser, darstellt, wird als Dreiphasendiagramm bezeichnet (Abbildung 2.1). Das Diagramm, das nur zwei Bestandteile des Bodens zeigt, dh Feststoffe und Luft oder Feststoffe und Wasser, wird als Zweiphasendiagramm bezeichnet (Abbildung 2.2 und 2.3).
Die Bodenmasse ist im Allgemeinen ein Dreiphasensystem, da sie neben Wasser und Luft Feststoffe enthält. Der von Wasser und Luft in der Bodenmasse bedeckte Raum wird als Hohlräume bezeichnet. Diese Hohlräume sind manchmal vollständig mit Wasser und manchmal mit Wasser und Luft gefüllt. Wenn die Hohlräume vollständig mit Wasser gefüllt sind, wird die Bodenmasse als vollständig gesättigt bezeichnet, und wenn sie teilweise mit Wasser und teilweise mit Luft gefüllt ist, wird die Bodenmasse als teilweise gesättigt bezeichnet.
Der Boden wird als trocken bezeichnet, wenn die Hohlräume nur mit Luft gefüllt sind. Die drei Bestandteile der Bodenmasse nehmen keinen separaten Raum ein, sondern sind in einem Abstand zwischen den Feststoffbodenpartikeln angeordnet, wodurch komplexes Material gebildet wird, dessen Eigenschaften von dem relativen Prozentsatz dieser Bestandteile abhängen.
Die folgende Beziehung kann aus Abbildung 2.6 hergestellt werden:
In der Natur nehmen die drei Bestandteile des Bodens niemals getrennte Räume ein. Für Berechnungszwecke ist es jedoch zweckmäßig, diese in getrennten Räumen zu zeigen, wie in Abbildung 2.6 dargestellt.
Lassen
V a = Luftvolumen
V w = Wassermenge
V s = Volumen der Bodenkörper
Ma = Luftmasse = 0
Mw = Masse des Wassers Mg = Masse der Feststoffe
V = Gesamtvolumen der Bodenmasse
M = Gesamtmasse des Bodens
Dichte und Stückgewicht:
Die Dichte der Bodenmasse ist das Verhältnis der Masse des Bodens (M) zum Volumen (V). Es ist mit p bezeichnet. Das Einheitsgewicht des Bodens ist das Verhältnis des Gewichts des Bodens (W = Mg) zum Volumen (V). Es wird mit γ bezeichnet
ρ = M / V ………… .. (2.1)
und γ = W / V = Mg / V (2.2)
Wenn wir den Wert von M von Gleichung 2.1 zu Gleichung 2.2 setzen, erhalten wir
γ = ρVg / V = ρg… (2.3)
γ = ρg
Die Dichte wird normalerweise in g / cm 3 oder t / m 3 ausgedrückt und das Gewicht der Einheit wird in KN / m 3 ausgedrückt (1 g / cm 3 = 1 t / m 3 = 9, 8 KN / m 3 ).
Dichte von Festkörpern:
Es ist das Verhältnis der Masse der Feststoffteilchen zum Volumen der Feststoffe. Es wird mit pg bezeichnet.
ρs = Ms / Vs ………. (2.4)
Spezifisches Gewicht:
Das spezifische Gewicht des Bodens ist das Verhältnis der Dichte der Feststoffe zur Dichte des Wassers. Es ist mit G bezeichnet und hat keine Einheit.
G = Ps / Pw = γs / γw [… γs = Psg und γw = Pwg]
Das spezifische Gewicht kann wahr oder absolut, scheinbar oder massenspezifisch sein. Wenn in den Bodenpartikeln vorhandene Hohlräume zur Bestimmung des tatsächlichen Feststoffvolumens ausgeschlossen werden, wird das erhaltene spezifische Gewicht als wahres oder absolutes spezifisches Gewicht bezeichnet. Wenn die Bodenmasse berücksichtigt wird, die auch Hohlräume enthält, wird das ermittelte spezifische Gewicht als scheinbares Gewicht oder als Massen- oder Massengewicht bezeichnet. Es wird mit Gm bezeichnet
Gm = γ / γm
Wenn nichts angegeben ist, bedeutet das spezifische Gewicht „G“ das spezifische Gewicht von Bodenkörpern.
Trockene Dichte:
Trockendichte oder Gewicht der Trockeneinheit ist das Verhältnis des Feststoffgewichts zum Gesamtvolumen der Bodenmasse. Es wird mit γ d bezeichnet
γd = Ws / v
Gesättigte Dichte (oder gesättigtes Stückgewicht ):
Das gesättigte Einheitsgewicht der Bodenmasse ist das Verhältnis des gesättigten Gewichts des Bodens zum Gesamtvolumen. Es wird mit γ sat bezeichnet.
Untergetauchte Dichte (oder Untergewichtseinheit):
Das Gewicht der eingetauchten Einheit ist das Verhältnis des eingetauchten Gewichts des Bodens zum Gesamtvolumen der Bodenmasse. Es wird mit γ bezeichnet
γ = (Ws) sub / V
Wenn die Bodenmasse eingetaucht wird, verringert sich ihr Gewicht aufgrund der Treibstoffbelastung. Das untergetauchte Gewicht der Bodenmasse (Ws) sub ist gleich dem Gewicht in Luft minus dem Gewicht des durch die Bodenmasse verdrängten Wassers. Die eingetauchte Dichte wird auch als definiert
γ = γsat-γw
Sättigungsgrad :
Der Sättigungsgrad einer Bodenmasse ist das Verhältnis des in der Bodenmasse vorhandenen Wasservolumens zum Volumen der Hohlräume in der Bodenmasse. Es wird mit S r bezeichnet . Es hat keine Einheit. Wenn die Hohlräume vollständig mit Wasser gefüllt sind, wird gesagt, dass der Boden gesättigt ist und der Wert von Sr 1 ist. Wenn die Hohlräume vollständig mit Luft gefüllt sind, dh der Boden ist vollständig trocken, dann ist der Boden vollständig trocken
Sr = Vw / Vv
Für vollständig gesättigten Boden ist S r = 1
Für trockene Böden gilt S r = 0
Prozentsatz der Luftporen:
Es ist das Verhältnis des Volumens der Luftporen V av zum Gesamtvolumen der Bodenmasse V. Es wird mit V a bezeichnet . Es hat keine Einheit und wird in Prozent ausgedrückt.
V a = V av / V
Leerverteilung:
Das Hohlraumverhältnis einer Bodenmasse ist das Verhältnis des Gesamtvolumens der Hohlräume zum Feststoffvolumen in der Bodenmasse. Es ist mit e bezeichnet.
e = V v / V s
Das Hohlraumverhältnis ist ein Maß für die Dichte einer gegebenen Bodenmasse. Es wird zur Berechnung von Bodenparametern wie Gewicht, Permeabilität, kritischer hydraulischer Gradient, Verdichtungsgrad usw. verwendet.
Porosität:
Die Porosität einer Bodenmasse ist das Verhältnis des Gesamtvolumens der Hohlräume zum Gesamtvolumen der Bodenmasse. Es ist mit n bezeichnet.
Dichteindex (oder relative Dichte):
Die Kompaktheit einer natürlichen Bodenmasse kann durch den Dichteindex ausgedrückt werden. Sie ist definiert als das Verhältnis der Differenz zwischen dem Hohlraumverhältnis im lockersten Zustand der Bodenmasse und ihrem natürlichen Hohlraumverhältnis zum Unterschied zwischen dem Hohlraumverhältnis im lockersten und dem dichtesten Zustand der Bodenmasse. Es ist mit l D bezeichnet .
I D = e max -e / e max -e min
Woher
e max = Hohlraumanteil der Bodenmasse im lockersten Zustand
e min = Hohlraumanteil der Bodenmasse ist der dichteste Zustand
e = natürlicher Hohlraumanteil der Bodenmasse.
Der Dichteindex hängt hauptsächlich mit den kohäsionslosen Böden zusammen, wenn e = e max ist, dh die natürliche Ablagerung des Bodens ist in seiner lockersten Form = 0 und wenn die natürliche Ablagerung in ihrer dichtesten Form vorliegt, dh e = emin, dann Id = 1. Wenn sich die natürliche Bodenablagerung in einem beliebigen Zwischenzustand befindet, variiert der Wert zwischen 0 und 1. Kohäsion weniger Boden kann als sehr locker, locker, mitteldicht, dicht und sehr dicht beschrieben werden, abhängig von den Werten der relativen Dichte oder des Dichtewertes. Tabelle 2.2 zeigt den Verdichtungszustand des kohäsionslosen Bodendichteindex.
Feuchtigkeitsgehalt oder Wassergehalt:
Sie ist definiert als das Verhältnis des Gewichts von Wasser in der Bodenmasse zu Gewicht zu Bodenkörpern. Es wird mit m bezeichnet und in Prozent ausgedrückt. Es hat keine Einheit
M = W w / W s × 100
Der Wassergehalt kann auch als das in einer Bodenmasse verfügbare freie Wasser ausgedrückt werden.
In den Hohlräumen einer Bodenmasse vorhandenes Wasser wird als Bodenwasser bezeichnet.
Das Bodenwasser kann grob in zwei Arten eingeteilt werden:
(a) Freies Wasser oder Schwerkraftwasser
(b) gehaltenes Wasser
Das Wasser, das sich unter dem Einfluss der Schwerkraft von freiem Wasser durch eine Bodenmasse bewegen kann. Dieses Wasser kann leicht aus dem Boden entfernt werden, indem die Bodenmasse bei einer Temperatur von 105 ° C bis 110 ° C erhitzt wird.
Das gehaltene Wasser ist der Teil des Wassers, der von einigen Kräften in den Poren der Bodenporen gehalten wird. Dieses Wasser kann sich unter dem Einfluss der Schwerkraft nicht frei bewegen und kann nicht einfach entfernt werden.
Das gehaltene Wasser kann in drei Arten unterteilt werden:
(a) Strukturwasser
(b) adsorbiertes Wasser
(c) Kapillarwasser.
Strukturwasser ist das Wasser, das chemisch in der Kristallstruktur des Bodenminerals vereinigt ist und nur durch Aufbrechen der Struktur entfernt werden kann. Das adsorbierte Wasser, auch als hygroskopisches Wasser oder Kontaktfeuchtigkeit oder oberflächenverbotene Feuchtigkeit bezeichnet, ist der Teil des Bodenwassers, bei dem die Bodenteilchen durch die physikalischen Anziehungskräfte frei aus der Atmosphäre adsorbiert werden und durch die Adhäsionskraft gehalten werden.
Kapillarwasser ist das Wasser, das durch Kapillarkräfte in den Zwischenräumen des Bodens gehalten wird. Die Kenntnis des Wassergehalts in der Bodenmasse ist für die Kontrolle der Bodenverdichtungsvorgänge, für die Bestimmung der Konsistenzgrenze und für die Berechnung der Stabilität aller Arten von Erdarbeiten und Fundamenten unerlässlich.
