Model oszacowania zawartości wody niezamarzniętej w gruntach spoistych

Type: paper published in a book

Author

Nartowska, Edyta

Kozłowski, Tomasz

Title variant

English

Estimation model of unfrozen water content in cohesive soil

Published in

Wybrane zagadnienia konstrukcji i materiałów budowlanych oraz geotechniki

Abstract

Polish
English

Zawartość wody niezamarzniętej określona w konkretnej temperaturze stanowi ważny parametr do modelowania procesów termicznych w gruntach. Jej wyznaczenie wymaga zaawansowanych, czasochłonnych badań i skomplikowanych procedur numerycznych obejmujących identyfikację początku i końca szerokiego piku topnienia, korekcję piku ze względu na zmianę nachylenia linii bazy oraz usunięcie rozmycia piku kalorymetrycznego przy użyciu metody dekonwolucji stochastycznej. Wyznaczenia zawartości wody niezamarzniętej dokonano przy udziale różnicowej kalorymetrii skaningowej, wykorzystując aparat DSC Q200 firmy TA Instruments. Stworzenie modelu przewidywania wody niezamarzniętej przy udziale cech fizycznych, które powszechnie oznaczane są w celu identyfikacji materiału gruntowego, może okazać się pomocnym narzędziem dla inżynierów zajmujących się prognozą spodziewanych wysadzin mrozowych. Zaproponowano model empiryczny oszacowania wody niezamarzniętej z wykorzystaniem powierzchni właściwej, wilgotności i frakcji iłowej wyznaczonej metodą dyfrakcji laserowej. Materiał badawczy stanowiło 6 bentonitów o różnych wilgotnościach (SWy-2 z Wyoming, STx-1b z Texas, formy (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) uzyskane z bentonitu z Chmielnika. W sumie przebadano 75 próbek past gruntowych. Próbki były ochładzane do temperatury -90°C z prędkością − 2,5 K/min, a następnie ogrzewanie z prędkością 5 K/min do temperatury +20°C. Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej w programie Statistica 8.0.

Unfrozen water content at a given temperatur e is an important parameter for modeling thermal processes in soils. Its determination requires advanced, time-consuming research and numerical procedures involving identification of starting and ending points of the DSC peak, correction of the calorimetric peak due to the change of the base line slope and desmearing of the DSC signal by use of the stochastic deconvolution. The determination of the curves of unfrozen water content has been performed using the differential scanning calorimeter (model DSC Q200, TA Instruments). Creating a formula to predict unfrozen water content using its physical characteristics (commonly determined to identify the soil material) may be a useful tool for engineers dealing with the prediction of expected frost heave in soils. The parameters in the proposed formula have been the following: specific surface area, water content and clay fraction determined with the laser diffraction method. Six bentonites of different water content (SWy-2 from Wyoming, STx-1b from Texas, as well as Ca2+, Mg2+, Na+, K+ forms of bentonite from Chmielnik) have been used as the material. A total of 75 soil pastes have been investigated. The samples have been cooled to -90°C at a rate of 2.5 K/min and then warmed to +20°C at a rate of 5 K/min. The obtained results have been analyzed in Statistica 8 software.

Keywords