Удельный и объемный вес грунта: определение и формулы расчетов
Качество и характеристики грунтов имеют важнейшее значение при планировании и проведении любых земляных или строительных работ. Основными физическими показателями, которые характеризуют свойства почв, считается их удельный и объемный вес, вес под водой и в высушенном состоянии. Наибольшую роль играют первые три характеристики, именно их чаще всего используют в различных инженерных расчетах.
Без знаний о весе грунта нельзя вычислить его механические свойства, что делает невозможным любое строительство. Ошибки при оценке характеристик почвы способны привести к разрушению зданий и сооружений.
Удельный вес: общая информация
Удельный вес грунта – это отношение его массы к объему. Данный показатель высчитывается по формуле:
γ = P/V, где γ – означает удельный вес, Р – массу, а V – объем исследуемого образца.
Как правило, в расчетах используют удельный вес для сухого грунта. Перед взвешиванием из почвы удаляют всю влагу с помощью длительного нагревания до температуры 100-105° С.
Для этой процедуры применяются специальные сушильные шкафы.
Объем образца вычисляется путем погружения его в воду и последующего подсчета объема вытесненной жидкости. Образцы мягких грунтов предварительно парафинируют, а затем из полученного результата вычитают объем парафина. Также объем проб вычисляют с помощью пикнометрического метода, путем вытеснения газа или гидростатическим взвешиванием. Чаще всего для подобных расчетов используется пикнометр.
Методы для вычисления веса породы делятся на полевые и лабораторные. К первой группе относят различные способы, с помощью которых можно определить характеристики грунта в условиях его залегания. Вторая группа обычно работает с небольшими образцами породы, уже извлеченными из массива.
В полевых условиях данную характеристику грунтов часто измеряют с помощью специального кольца с острой режущей гранью. Оно имеет диаметр 15 см и высоту 5-10 см. Это очень простой и удобный метод. Подобное кольцо вдавливается в почву, а затем извлекается и взвешивается.
Для выражения удельного весе применяют разные единицы измерения, но чаще всего используют г/см3 или т/м3.
От чего зависят показатели веса?
Удельный вес почвы зависит от ее геологического состава и содержания в ней органических соединений и растительных остатков. Последние имеют низкую плотность, поэтому чем больше органики в породе, тем она получается легче. Грунты, которые содержат много гумуса, обычно отличаются небольшим весом. На данную характеристику также значительно влияет наличие в почвах тяжелых минералов.
У большинства грунтов вес колеблется в диапазоне от 2,5 до 2,8 г/см3. У основных пород он несколько выше, чем у кислых. Вес последних приближается к весу кварца. К породам с большим удельным весом (плотностью) относятся: кварциты, мрамор, диориты, граниты, гнейсы, базальты, порфириты, кремень, ангидриты. Имеют низкий показатель удельного веса известняки, туф, торф, пемза, шлаки.
Ниже представлены значения удельного веса для наиболее распространенных видов почв.
| Тип | Удельный вес, т/м3 | Возможные отклонения | |
| в % | в т/м3 | ||
| Песок | 2,66 | 0,36 | 0,01 |
| Суглинок | 2,71 | 0,74 | 0,02 |
| Глина | 2,74 | 0,99 | 0,027 |
| Чернозем | 1,45 | 3,45 | 0,05 |
| Супесь | 2,7 | 0,63 | 0,017 |
Объемный вес: общая информация
Кроме удельного веса грунта, существует еще и объемный, под которым подразумевается его масса в единице объема.
Это очень важный физический параметр почвы, определяющий ее текстурные, а также структурные особенности. Он зависит от минерального состава, структуры почвы, ее пористости, влажности.
Данный показатель у скальных пород очень близок к удельному. Причина этому – их низкая пористость и большое количество тяжелых элементов в составе. Так, например, у изверженных пород его значение составляет 2,5-3,5.
Объемный вес применяется при расчетах давления грунтов на подпорные стенки и другие конструкции, а также при вычислении устойчивости откосов, оползневых склонов, других аналогичных объектов. Также данная величина используется при вычислениях других характеристик грунтов: пористости, массы скелета почвы.
Грунт – это многокомпонентная дисперсная система, в состав которой, кроме твердых частиц, входят еще и поры, заполненные жидкостью и воздухом. В качестве жидкости чаще всего выступает свободная и связанная вода, а также различные растворы на ее основе. По этой причине масса почвы – это величина переменная, она повышается или уменьшается вместе с уровнем влажности.
Поэтому выделяют два вида объемного веса, для грунта влажного и сухого.
В первом случае имеется в виду вес некоторого объема почвы с ненарушенной структурой, который содержит природную влагу. Он высчитывается по формуле:
γ = γс (1+W), где γс – это вес грунта без воды, а W – его влажность.
В практических вычислениях обычно используется объемный вес грунта с влажностью. Чаще всего именно эта характеристика встречается в технической литературе и справочниках.
Сухой вес – масса почвы, из которой при нагревании полностью удалена вода. Характеристика высчитывается по формуле:
γ = γуд (1-n), где γуд – это удельный вес почвы, а n – ее пористость.
Значения для разных грунтов
Ниже указана данная характеристика для разных типов почв. В таблице указаны средние показатели. Следует отметить, что вес одинаковых грунтов с разной пористостью может значительно отличаться.
| Тип | Коэффициент пористости | Объемный вес, т/м3 |
| Глина | 0,5 0,6 0,8 1,1 | 1,8-2,1 1,7-2,1 1,7-1,9 1,6-1,8 |
| Песок: пылеватый мелкий средний крупный | — | 1,8-2,05 1,6-2 1,6-1,9 1,75-1,85 |
| Супесь | 0,5 0,7 | 1,7-2 1,5-1,9 |
| Суглинок | 0,5 0,7 1,0 | 1,8-2,05 1,75-1,95 1,7-1,8 |
| Торф | — | 0,55-1,02 |
Под коэффициентом пористости понимается соотношение твердых частиц грунта и его воздушных пор.
Вес грунта под водой
Важной характеристикой почвы является ее удельный вес в водной среде. Здесь речь идет о грунте, который полностью насыщен влагой. Так бывает при его залегании ниже уровня грунтовых вод. В таких условиях вес породы уменьшается на количество воды, которую вытеснили твердые частицы. Здесь действует закон Архимеда, известный всем нам еще со школьной скамьи.
Данную характеристику можно высчитать по двум формулам:
γгр = (γуд -1)×(1-n) или γгр = (γуд – γв)/(1+ε), где γгр – это вес почвы, которая находится в воде, γв – масса воды, а ε – показатель пористости породы. Последняя характеристика является практически постоянной.
Вес почвы, которая насыщена водой, чрезвычайно важен. Его значение применяется при вычислениях устойчивости оснований, фундаментов сооружений, расчетах откосов, при прогнозировании деформационных процессов и других измерениях.
При проведении подобных вычислений необходимо знать плотность породы.
Ее можно высчитать с помощью простых формул или измерить. Чтобы высчитать плотность, необходимо знать массу и объем почвы.
Для инструментального определения данной величины используются пикнометр. Этот прибор выглядит, как небольшая стеклянная колба с узким горлышком и боковой шкалой. С его помощью можно очень точно определять плотность твердых и жидких веществ.
Для чего нужны данные характеристики?
Объемный и удельный вес грунтов – это чрезвычайно важные характеристики, без которых невозможно любое строительство. Они во многом определяют механику почв и их прочностные свойства. Без знания этих параметров нельзя заложить фундамент или другой объект. Кроме того, данные свойства определяют, как грунт поведет себя при воздействии на него низких температур, температурных колебаний, замачивания.
Исходя из прочности грунта, можно высчитать массу строительных элементов, которые он в состоянии выдержать. Неправильная оценка механических свойств почвы способна привести к деформации сооружения, а то и к его полному разрушению.
Считается, что более 50% аварий насыпей, дорог, мостов, зданий и плотин – это следствие ошибок, допущенных при геологических изысканиях и расчетах характеристик грунта.
Расчет массы почвы может пригодится не только профессиональным строителям, но и обычным обывателям. Например, при постройке дачи или дома с помощью указанных выше формул и значений можно посчитать тоннаж автотранспорта. Застройщики-любители обычно не пользуются сложными расчетами, а просто берут усредненные значения для каждого грунта, которое можно найти в справочниках.
Формула удельного веса в физике
Поможем решить контрольную, написать реферат, курсовую и диплом от 800р
Содержание:
- Определение и формула удельного веса
- Единицы измерения удельного веса
- Примеры решения задач
Определение и формула удельного веса
Определение
Удельным весом называют физическую величину равную весу (P) единицы объема (V) однородного тела.
Удельный вес обозначают по-разному, чаще
всего встречается буква $\gamma$. Математическая запись
определения рассматриваемой нами физической величины выглядит следующим образом:
$$\gamma=\frac{P}{V}(1)$$
Подчеркнем, чтовес тела (P) — это сила, которая появляется в результате воздействия тела на опору или подвес, которая возникает в поле сил тяжести.
Так как вес тела, находящегося в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения совпадает с силой тяжести $(\bar{P}=m \bar{g})$, удельный вес может быть выражен через плотность вещества как:
$$\gamma=\rho g(2)$$
где g – модуль ускорение свободного падения.
Удельный вес нельзя назвать физико-химической характеристикой вещества, так как он в соответствии с формулой (2) зависит от ускорения свободного падения и, следовательно,связан, например, с географической широтой места измеренияg. Известно, что на поверхности Земли ускорение свободного падения изменяется в пределах: $9,78 \leq g \leq 9,832$ (м/с2)
Особое внимание следует обратить на то, что удельный вес – это не тоже самое, что плотность вещества
($\rho$), точно так же как масса тела не тоже самое, что вес тела.
Это очевидно уже из формулы (2).
Единицы измерения удельного веса
Основной единицей измерения удельного веса в системе СИ является: [$\gamma$]=Н/м3
В СГС: [$\gamma$]=дин/(см3)
1 Н/м3 =0,1дин/(см3)
Примеры решения задач
Пример
Задание. Вычислитеудельный вес смеси, если одна компонента смеси жидкостей имела объем V1=50 л и плотность $\rho_1$=800 кг/м3 , вторая составная часть была объемом V2=55 л и плотностью $\rho_2$=1000 кг/м3 . Считайте, что результирующий объем смеси равен сумме объемов смешиваемых компонент. Ускорение свободного падения принять равным g=9,8 м/с2 .
Решение. Найдем массы компонент смеси (m1,m2), для этого применим формулу:
$$m=\rho V(1.1)$$
Соответственно (1.1) получим:
$$m_{1}=\rho_{1} V_{1}, m_{2}=\rho_{2} V_{2}(1.
Удельный вес смеси найдем, применяя формулу:
$$\gamma=\rho g(1.3)$$
Вычислим $\gamma$:
$\gamma=905 \cdot 9,8=8869$ (Н/м3)
Ответ. $\gamma=905 \cdot 9,8=8869$ (Н/м3)
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Пример
Задание. Каков удельный вес однородного куска стали (
$\rho$=7,8•108 кг/м3),
который находится в кабине космического корабля, совершающего мягкую посадку на Луну? Корабль движется равнозамедленно
и вертикально по отношению к поверхности планеты (a=8,38 м/с2), Ускорение свободного падения около поверхности Луны принять равным
g
Решение. Сделаем рисунок.
{9}$ (Н/м3)
Читать дальше: Формула уравнения Бернулли.
Что такое удельный вес?
К
- Гэвин Райт
Удельный вес, более известный как относительная плотность, представляет собой меру плотности вещества по сравнению с плотностью воды. Для твердых и жидких тел удельный вес обычно измеряется по отношению к воде в ее самом плотном состоянии (при температуре 4°С или 39°С)..2 по Фаренгейту), а для газов – воздуха комнатной температуры. Поскольку это отношение, оно дано без единиц измерения. Удельный вес можно сократить до SG или Sp. гр.
Предметы меняют плотность в зависимости от температуры и атмосферного давления. В научных целях температура и давление должны контролироваться и отображаться для точных измерений удельного веса.
Удельный вес покажет, всплывет что-то или утонет. Твердые и жидкие вещества измеряются по отношению к воде, поэтому, если удельный вес меньше единицы, они будут плавать, если выше единицы — тонут. Газ измеряется по сравнению с земным воздухом, поэтому, если удельный вес газа ниже единицы, он будет плавать в воздухе. Например, большинство чистых спиртов имеют плотность около ~0,8, поэтому спирт плавает в воде. Удельный вес метана по сравнению с воздухом составляет ~ 0,55, поэтому он будет подниматься в атмосфере. Удельный вес водорода составляет ~ 0,07, а гелия — 0,14, поэтому их можно использовать для создания дирижаблей легче воздуха.
Удельный вес измеряет плотность веществ — твердых тел, жидкостей и газов — по сравнению с водой. Как рассчитать и измерить удельный вес
Плотность воздуха 1,205 кг/м 3 .Измерение удельного веса часто бывает проще без измерения объема и имеет дело только с весом или по отношению к известной плотности.
Ареометр — популярный способ измерения удельного веса жидкости. Ареометр представляет собой колбу, прикрепленную к стеблю с измерительными маркерами, которая плавает в воде. Измеряя, насколько стебель погружен в целевую жидкость по сравнению с эталонной жидкостью, можно определить их относительную плотность.
Пикнометр — это еще один способ измерения плотности жидкости с контролем объема. Это стеклянная бутылка с плотно закрывающейся крышкой, которая позволяет выходить лишней жидкости. Когда пикнометр заполнен, его общий вес по сравнению с заполнением известной жидкостью может дать относительную плотность двух жидкостей. Твердое тело также можно поместить в пикнометр, наполненный водой; путем измерения веса вытесненной воды по сравнению с предыдущим весом можно определить относительную плотность объекта.
Удельный вес уже давно используется в производстве спирта. Измеряя относительную плотность ферментационной основы до и после ферментации, количество сахара, которое было преобразовано в спирт, можно определить уровень спирта по объему (ABV).
Удельный вес имеет множество применений в геологии и строительстве. Удельный вес грунта важен для определения его несущей способности. Он также используется при определении цементных смесей. Поскольку легко измерить относительную плотность по сравнению с водой, ее можно использовать в полевых условиях для определения состава горных пород и драгоценных камней.
Удельный вес мочи можно использовать для определения концентрации частиц в моче, что указывает на возможное наличие нескольких заболеваний.
При работе с металлами жидкости для иммерсионного охлаждения будут иметь удельный вес меньше единицы, поскольку они основаны на углеводородных жидкостях.
См. также: Таблица физических единиц , состояние заряда , standard temperature and pressure , impedance , coulombs , water cooling , matter , compound , proton , neutron , диэлектрический материал , проводник
Последнее обновление: август 2022 г.
Продолжить чтение Об удельном весе- Системы и технологии охлаждения центров обработки данных и принципы их работы
- Сравните воздушное охлаждение с жидкостным охлаждением для вашего центра обработки данных
- Узнайте больше о жидкостном охлаждении для центров обработки данных
- Как рассчитать потребности в охлаждении центра обработки данных
- Возьмите под контроль охлаждение центра обработки данных
устойчивый искусственный интеллект
Устойчивый ИИ — это использование систем искусственного интеллекта, которые работают в соответствии с устойчивой деловой практикой.
Сеть
- полоса (полоса частот)
В телекоммуникациях полоса частот, иногда называемая полосой частот, относится к определенному диапазону частот в …
- HAProxy
HAProxy — это высокопроизводительный балансировщик нагрузки с открытым исходным кодом и обратный прокси-сервер для приложений TCP и HTTP.
- ACK (подтверждение)
В некоторых протоколах цифровой связи ACK — сокращение от «подтверждение» — относится к сигналу, который устройство отправляет, чтобы указать…
Безопасность
- постквантовая криптография
Постквантовая криптография, также известная как квантовое шифрование, представляет собой разработку криптографических систем для классических компьютеров…
- деинициализация
Деинициализация — это часть жизненного цикла сотрудника, в ходе которой лишаются прав доступа к программному обеспечению и сетевым службам.
- Требования PCI DSS 12
Требования PCI DSS 12 представляют собой набор мер безопасности, которые предприятия должны внедрить для защиты данных кредитных карт и соблюдения …
ИТ-директор
- Agile-манифест
Манифест Agile — это документ, определяющий четыре ключевые ценности и 12 принципов, в которые его авторы верят разработчики программного обеспечения…
- Общее управление качеством (TQM)
Total Quality Management (TQM) — это структура управления, основанная на убеждении, что организация может добиться долгосрочного успеха, …
- системное мышление
Системное мышление — это целостный подход к анализу, который фокусируется на том, как взаимодействуют составные части системы и как…
HRSoftware
- вовлечения сотрудников
Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.
- кадровый резерв
Кадровый резерв — это база данных кандидатов на работу, которые могут удовлетворить немедленные и долгосрочные потребности организации.
- разнообразие, равенство и инклюзивность (DEI)
Разнообразие, равенство и инклюзивность — термин, используемый для описания политики и программ, которые способствуют представительству и …
Служба поддержки клиентов
- требующий оценки
Оценка потребностей — это систематический процесс, в ходе которого изучается, какие критерии должны быть соблюдены для достижения желаемого результата.
- точка взаимодействия с клиентом
Точка соприкосновения с покупателем — это любой прямой или косвенный контакт покупателя с брендом.
- устав обслуживания клиентов
Устав обслуживания клиентов — это документ, в котором описывается, как организация обещает работать со своими клиентами, а также .
..
..
Для газа изменение объема может быть большим, тогда как для большинства жидкостей
он будет маленьким. Говорят, что газ является сжимаемым материалом, а
жидкий несжимаемый материал. Объем, V, является параметром, который зависит
от размеров системы, а в случае с земной атмосферой может быть очень
большой. Поэтому часто бывает удобно определить объем на
единица массы материала как его «удельный объем:» v = (В/м). Удельный объем
является обратной величиной плотности материала, которая представляет собой массу на единицу
объем: r = (1/v) = (m/V).