پاورپوینت مکانیک خاک – روابط وزنی و حجمی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

مکانیک خاک – روابط وزنی و حجمی

مقدمه

یک حجم مشخص از خاک از شامل ذرات جامد و فضای خالی بین آن ها می باشد. فضای خالی ممکن است توسط آب یا هوا پر شود، بنابراین خاک یک سیستم سه فازی است. اگر تمام فضای خالی توسط آب پر شود، خاک اشباع و اگر بخشی از آن با آب پرشود، مرطوب نامیده می شود. از این رو شناخت روابط جرمی و حجمی خاک در کارهای ژئوتکنیکی اهمیت ویژه ای دارد.

روابط وزنی و حجمی

مطابق شکل یک توده طبیعی خاک به
حجم V و وزن W از سه فاز جامد،
مایع و گاز تشکیل شده که با
جداسازی آن ها داریم:

اسلاید 2 :

در این رابطه V حجم کل، Vs حجم ذرات جامد، Vv حجم فضای خالی که برابر است با Vs حجم ذرات آب و Va حجم هوا.

با فرض ناچیز بودن وزن هوا

که W وزن کل، Ws وزن ذرات جامد و Ww وزن آب است (Wa=0).

روابط حجمی در یک توده خاک عبارتند از: نسبت تخلخل (e)، تخلخل (n) و درجه اشباع (s).

- نسبت تخلخل (e): عبارت است از نسبت حجم فضای خالی به حجم ذرات جامد

- تخلخل (n): نسبت حجم فضای خالی به حجم کل

اسلاید 3 :

درجه اشباع (s): نسبت حجم آب به حجم فضای خالی

روابط وزنی یک توده خاک عبارتند از: گنجایش رطوبتی (w) یا رطوبت وزنی، وزن مخصوص (ɣ)

گنجایش رطوبتی: نسبت وزن آب به وزن ذرات جامد است.

وزن مخصوص: نسبت وزن توده مرطوب خاک به حجم کل است.

اسلاید 4 :

وزن مخصوص خشک (ɣd): نسبت وزن ذرات جامد به حجم کل خاک است.

با استفاده از روابط وزن مخصوص می توان به رابطه زیر رسید.

در سیستم SI واحد رابطه وزن مخصوص KN/m3 است. مشابه فوق برای جرم مخصوص (چگالی) نیز می توان روابط زیر را نوشت:

در این روابط M جرم کل خاک، Ms جرم ذرات جامد، V حجم کل، ρ چگالی کل توده خاک و ρd چگالی خاک خشک است.

g شتاب ثقل که مقدار آن 9.81m/s2 است. وزن مخصوص آب (ɣw)، 9.81KN/m3 یا 1000Kgf/m3
است.

اسلاید 5 :

روابط بین وزن مخصوص، نسبت تخلخل، گنجایش رطوبتی (رطوبت جرمی یا وزنی) و چگالی ویژه
برای به دست آوردن رابطه بین وزن مخصوص (چگالی)،
نسبت تخلخل، گنجایش رطوبتی و چگالی ویژه، توده ی
خاکی را درنظر بگیرید که حجم ذرات جامد آن برابر واحد
(یک) است.

Vs=1

e=Vv

در چنین شرایطی حجم فضای خالی برابر با نسبت تخلخل (e) خواهد بود. همچنین خواهیم داشت:

در این روابط Gs چگالی ویژه ذرات جامد، w گنجایش رطوبتی و ɣw وزن مخصوص آب است.

اسلاید 6 :

چگالی ویژه (Gs): نسبت وزن ذرات جامد به وزن آب هم حجم با آن است.

با توجه به مطالب فوق برای وزن مخصوص مرطوب، خشک، نسبت تخلخل و درجه اشباع خواهیم داشت:

در شرایطی که خاک اشباع باشد، وزن مخصوص اشباع خاک و نسبت تخلخل به صورت زیر خواهد بود:

اسلاید 7 :

مشابه روابط وزن مخصوص برای جرم مخصوص، جرم مخصوص خشک و جرم مخصوص اشباع نیز به دست می آوریم:

چگالی آب (ρw) در سیستم SI برابر 1000kg/m3است.

با توجه به تعریف گنجایش رطوبتی براساس جرم (رطوبت جرمی) و Ms=Gs.ρw جرم آب را می توان به صورت زیر تعیین کرد:

اسلاید 8 :

مثال: وزن مخصوص اشباع و گنجایش رطوبتی خاک مزرعه ای به ترتیب 18.55KN/m3 و %33 است. مطلوبست تعیین چگالی ویژه ذرات جامد و نسبت تخلخل خاک.

اسلاید 9 :

مثال: یک خاک مرطوب در حالت طبیعی دارای حجم 9.34*10¯³m³و جرم 177.66*10¯³KN است. پس از قرار دادن در اون، وزن خشک خاک 153.6*10¯³KN به دست آمد. گنجایش رطوبتی، وزن مخصوص مرطوب، وزن مخصوص خشک، نسبت تخلخل، تخلخل و درجه اشباع را محاسبه کنید.