Pembengkakan tanah dan hubungan massa / volume

Diberikan kadar air, Berat jenis padatan, volume awal, dan berat. Saya diminta untuk menghitung berat satuan lembab, berat satuan kering, dan tingkat kejenuhan tanah yang dipadatkan ini. Ini sudah dilakukan. Sampel tanah yang dipadatkan ini kemudian direndam dalam air. Setelah 2 minggu, ditemukan bahwa sampel telah membengkak dan volume totalnya meningkat 5%. Kemudian saya diminta untuk menghitung satuan berat dan kadar air baru dari sampel tanah setelah 2 minggu perendaman dalam air.

Kadar air dan volume total diketahui berubah, tetapi sifat apa yang tetap konstan selama perendaman? Bisakah S (r) diambil sebagai 1?

Informasi yang diberikan yang menggambarkan sampel tanah yang dipadatkan adalah sebagai berikut:

• kadar air awal, $\omega_{init}$
• berat jenis, $G_s$
• volume awal, $V_{init}$
• bobot awal, $W_{init}$

Untuk kelengkapan: informasi berikut telah ditentukan:

• satuan lembab, menggunakan hubungan γ w e t = W i n i $\gamma_{wet}$$\gamma_{wet}=\frac{W_{init}}{V_{init}}$
• $\gamma_{d-init}$$\gamma_{d-init}=\frac{\gamma_{wet}}{1+\omega_{init}}$
• $S$$S=\frac{V_{water}}{V_{voids}}=\frac{V_{water}}{V_{init}-V_{solids}}=\frac{\frac{W_{init}\omega_{init}}{\gamma_w}}{V_{init}-\frac{\gamma_{d}V_{init}}{G_s\gamma_w}}$

$\gamma_w$

Masalah

Masalahnya adalah untuk menentukan berat unit dan kadar air setelah sampel tanah terendam dan dibiarkan membengkak 5%.

Detail utama untuk masalah ini adalah:

Sampel tanah yang dipadatkan ini kemudian direndam dalam air .... Setelah dua minggu ...

$S=100\%$

Daftar properti sampel tanah yang dapat diasumsikan tetap konstan setelah perendaman cukup singkat:

• $G_s$
• $W_s$

Semua sifat-sifat lainnya, seperti saturasi, berat unit, berat unit kering, kadar air / air, rasio void, dll. Tergantung pada volume rongga dan jumlah air di tanah. Baik jumlah air (itu tenggelam) dan volumenya (telah membengkak) telah berubah, jadi SEMUA dari sifat-sifat ini juga akan berubah.

Setelah semua ini dikenali, bagian yang tersisa dari masalahnya adalah sepele:

• $\gamma_{new}=\gamma_{sat-new}=\frac{W_s+W_{w-new}}{V_{new}}=\frac{\gamma_{d-init}V_{init}+\gamma_w(V_{new}-V_{solids})}{V_{vew}}=\frac{\gamma_{d-init}V_{init}+\gamma_w(V_{new}-\frac{\gamma_{d}V_{init}}{G_s\gamma_w})}{V_{init}(1+5\%)}$
• $\omega_{new}=\frac{W_{w-new}}{W_{solids}}=\frac{\gamma_w(V_{new}-V_{solids})}{W_{solids}}=\frac{\gamma_w(V_{init}(1+5\%)-\frac{\gamma_{d}V_{init}}{G_s\gamma_w})}{\gamma_{d-init}V_{init}}$

Mekanisme Perilaku Pembengkakan Tanah

Persamaan tegangan efektif yang disederhanakan adalah sebagai berikut:

$\sigma^{\prime}=\sigma-u$

$\sigma^{\prime}$$\sigma$$u$

Persamaan di atas mengasumsikan kondisi statis. Namun, ketika persamaan tegangan efektif sederhana tidak seimbang, kondisi dinamis terjadi dan tanah harus mengkonsolidasikan (yaitu, "menyusut"), atau membengkak. Pembengkakan tanah terjadi ketika kedua sisi persamaan tegangan efektif sederhana tidak seimbang, dan:

1. Ada tekanan air pori positif di dalam ruang kosong tanah, dan
2. yang stres yang efektif dalam matriks tanah lebih besar dari diterapkan secara eksternal Total stres dikurangi tekanan air pori.

Mengatakan dengan cara lain: ketika tanah dipadatkan, sejumlah tegangan total diterapkan. Setelah keseimbangan tercapai, tegangan total ini dikaitkan dengan beberapa kombinasi tegangan efektif dan tekanan air pori . Jika tegangan total berubah, kombinasi sebelumnya dari tegangan efektif dan tekanan air pori dalam matriks tanah awalnya tetap, tetapi ketidakseimbangan yang disebabkan ini harus menghilang seiring waktu. Agar ketidakseimbangan menghilang, rongga harus meningkat dalam volume (pembengkakan), atau penurunan volume (konsolidasi), tergantung pada sifat ketidakseimbangan tersebut.

$u>0$

** Alasan untuk asumsi ini agak rumit, dan asumsi ini mungkin tidak selalu akurat. Namun, secara umum, asumsi paling konservatif untuk sebagian besar masalah mekanika tanah / geoteknis adalah tanah menjadi jenuh. Karena itu, jika ada alasan untuk meyakini bahwa tanah tersebut mungkin jenuh, bahkan jika ada ketidakpastian, kita hampir selalu menganggap bahwa tanah itu sebenarnya jenuh.

Lihatlah diagram tipikal tanah yang menunjukkan tanah / air / udara:

Sederhana

Memikirkan secara sederhana tentang hal-hal yang dapat berubah:

• Massa tanah tidak bisa berubah. Tidak ada tanah yang ditambahkan. Akan baik untuk mengasumsikan bahwa tidak ada reaksi kimia besar yang terjadi.
• Massa air bisa berubah. Itu duduk di air.
• Udara tidak bisa bertambah jika sampel terendam. Sekali lagi abaikan segala reaksi kimia utama yang mungkin menghasilkan gas.
• Massa dan volume memiliki rasio yang jelas untuk setiap zat.

Dari barang-barang ini, satu-satunya cara agar volume bisa meningkat adalah jika volume air meningkat. Ini berarti peningkatan volume void.

Itu adalah cara sederhana (mungkin naif) untuk memikirkannya.

Di sinilah Batas Atterberg ikut bermain. Mereka menentukan kadar air di mana sifat fisik tanah berubah.

Rumit

Cara yang lebih rumit untuk memikirkan sistem adalah dengan mempertimbangkan perubahan kimiawi pada tanah. Tanpa terlalu spesifik ke item yang saya tidak memenuhi syarat untuk menjelaskan, ada kemungkinan bahwa reaksi kimia dapat terjadi yang menyebabkan volume tanah meningkat dengan sendirinya. Pikirkan tentang bagaimana karat adalah reaksi kimia yang secara efektif menyebabkan baja bertambah volumenya. Ini juga akan mengubah massa.

Termasuk reaksi kimia ke dalam campuran menciptakan pertanyaan seperti:

• Apakah masuk akal untuk membandingkan sifat-sifat senyawa tanah baru ini dengan senyawa tanah lama ?
• Apakah reaksinya reversibel? mis. Apakah pengeringan sampel menyebabkan semuanya kembali ke massa dan volume asli?

Tanpa lebih banyak kendala pada apa yang kita kerjakan, sulit untuk memberikan jawaban yang pasti.