Atterberq sərhədlərinin müəyyən edilməsi
Axıcılıq həddi, plastiklik həddi və büzülmə həddinin təyini üzrə sınaqları təsvir edəcəyik; bunlar torpaq mexanikasında ən vacib göstəricilərdir. Bu sınaqların hamısı pozulmuş bağlı torpaq nümunələri üzərində aparılır.
Axıcılıq həddinin təyini sınağı
Bu sınaq üçün təbii nəm vəziyyətdə olan təxminən 200 p torpaq götürülür, nəticələrin dəqiqliyini poza biləcək 0,5 mm diametrdən böyük dənələr olmadan. Nümunə quruducu şkafda qurudulmamalı, birbaşa distillə edilmiş su olan porselen fincana qoyulmalıdır; yaxşıca nəmlənənədək orada bir neçə saat qalmalıdır. Plastiklik indeksi IP < 20 olan gillicə üçün isladılma təxminən 4 saat davam edir, IP > 20 olan gil üçün isə 18 saata qədər çəkir. Daha sonra isladılmış nümunə şüşə lövhəyə tökülür və laboratoriya bıçağı ilə yaxşıca qarışdırılır ki, tərkibi vahid olan sıx məhlul alınsın. Əgər 0,5 mm-dən böyük hissəciklər aşkar edilərsə, onlar qarışdırma zamanı çıxarılır.
Belə hazırlanmış nümunə axıcılıq həddinin müəyyən edilməsi üçün Casagrande cihazının mis kasasına tökülür (şək. 1), bizim laboratoriyalarda Casagrande treskalıcısı adlanır.
Şək. 1. Axma həddinin təyini üçün Cassagrande aparatı
Aparat xüsusi bir birləşmə vasitəsilə aparata qoşulan mis kasacıqlardan, yuxarı hissəsində eksantriki və çevirmək üçün dəstəyi olan elastik sərt rezin dayaqdan ibarətdir; bu zaman eksantrik 1 cm hündürlüyünə qalxır, nəticədə kasacıq düşərək dayağa zərbə vurur (şək. 1a). Aparatın ölçüləri normlaşdırılıb. Bundan əlavə, dəqiq ölçüləri müəyyən edilmiş profilli bıçaq da mövcuddur (şək. 1b).
Götürülmüş nümunə pirinç kasaya elə hamarlanır ki, nümunənin səthi tam düz olsun və nümunə kasanın ön hissəsinin yarısından bir qədər çoxunu örtsün, onun kasanın dibinin ən aşağı nöqtəsindən hündürlüyü isə təxminən 12 mm olsun. Sonra kasa aparata yerləşdirilir və profilli bıçaqla ortada şırım kəsilir ki, tam düz olsun və kasanın pirinç dibi görünsün; bu, bıçağın kasanın dibinə perpendikulyar ehtiyatla çəkilməsi ilə təmin edilir. Şırımın uzunluğu təxminən 40 mm olmalıdır. Dərhal sonra aparatın dəstəyi saniyədə 2 dövr sürətlə fırladılır, bu zaman kasanın altlığa zərbələri sayılır və kasanın altlığa dəyib daralan şırımı müşahidə olunur, çünki kəsilmiş hissələr hərəkətə gəlir və birləşməyə çalışır. Dəstəyin fırladılması şırım 10 mm uzunluqda birləşənədək davam etdirilir. Bu baş verdikdə dəstəyi daha çevirməyi dayandırırlar və dərhal sonra bıçaqla birləşmiş şırımın hər iki tərəfindən təxminən 2 cm3 qədər nümunə götürülür, saat şüşələrinə qoyulur və torpağın nəmliyi təyin edilir.
Bu sınaq eyni qaydada 3-4 dəfə təkrarlanır, lakin hər dəfə fərqli nəmliyə ilə; bu, nümunənin əvvəlcə daha az miqdarda su ilə qarışdırılması, sonra isə qalan sınaqlar üçün su əlavə edilməsi ilə əldə edilir. Hər tamamlanmış sınaqdan sonra nümunə şüşə lövhəyə tökülür, ora bir qədər su əlavə olunur və yaxşı qarışdırılır ki, hər dəfə bir qədər daha duru, vahid xəmirsayağı kütlə alınsın.
Sınağın aparılması üçün hazırlanmış kütlə nə çox qatı, nə də çox duru olmamalıdır, çünki torpağın axıcılıq həddindən həddən artıq uzaq konsistensiya hallarının bu sınaq üçün lazım olan dəqiqliyi təmin etməməsi məlumdur. Adətən qəbul edilir ki, əgər zərbələrin sayı 10-dan az və ya 50-dən çox olarsa, sınaq uğursuz sayılır, lakin hesab olunur ki, bu sərhədlər arasındakı məsafə 10-40 zərbə olduqda sınağın dəqiqliyi daha yaxşıdır.
Qeyd olunur ki, bir üsula əsasən, hər dəfə qolu çevirmə əməliyyatı başa çatdıqdan sonra, 1 cm uzunluğunda yivlərin birləşməsinədək, mis kasadakı nümunə dərhal bıçaqla qarışdırılır və kasadakı nümunə səthinin üzəri yenidən hamarlanır, yeni bir yiv açılır, sonra isə aparatın qolu çevrilir. Bu prosedur, 1 cm uzunluğunda yivlərin birləşməsi zamanı ardıcıl üç dəfə eyni zərbə sayının alınmasına nail olunana qədər təkrarlanır və həmin say gəlirlilik həddinin müəyyən edilməsi üçün sonrakı prosedurda qəbul edilir. Sınaq nəticələrini yarımloqarifmik miqyaslı diaqrama köçürürük (şək. 2). Absis oxu üzərinə zərbə sayı loqarifmik miqyasda, ordinat oxu üzərinə isə nümunənin quru çəkisinə nisbətən su miqdarı faizlərlə arifmetik miqyasda yerləşdirilir. Hər sınaqda suyun miqdarı w fərqli olduğundan, müxtəlif zərbə saylarına uyğun A, B, C və D nöqtələrini alacağıq; burada su miqdarı nə qədər çox olarsa, zərbə sayı bir o qədər az olur və əksinə. Bu nöqtələri birləşdirərək maili düz xətt əldə edirik və həmin xətt üzərində 25 zərbə üçün M nöqtəsini axtarırıq. Bu nöqtəyə uyğun su miqdarı wL gəlirlilik həddi kimi qəbul edilir.
Şək. 2. Axma həddinin müəyyən edilməsi
Plastiklik həddinin müəyyən edilməsi
Yuxarıda təsvir olunan qaydada hazırlanmış, lakin daha az su ilə, elə ki, plastik kütlə təxminən möhkəm-plastik vəziyyətdə olsun, nümunə təxminən 2-3 cm3 ölçülü kürəcik şəklinə yığılır, sonra ovucun köməyi ilə adi və ya hopdurucu kağız üzərində qalınlığı 3 mm olan silindr şəklində yuvarlanır. Əgər nümunə bu qalınlığa qədər sınmadan yuvarlanırsa, yenidən kürəcik şəklinə yığılır və eyni qayda ilə yuvarlanır. Bu əməliyyat silindr qalınlığı 3 mm olduqda onun sınmağa başladığı ana qədər təkrarlanır. Sonra sınmış silindrlər saat şüşələrinə qoyulur və su miqdarı müəyyən edilir. Quru nümunə çəkisinin faizi ilə ifadə olunan bu su miqdarı plastikliyin həddi wP ilə uyğun gəlir.
Yığılma sərhədinin müəyyən edilməsi
Şək. 3. Büzülmə həddinin müəyyən edilməsi
Torpaq nümunəsi Axıcılıq həddinin təyini sınağı bölməsində təsvir olunduğu qaydada distillə olunmuş su ilə qarışdırılır ki, bütün məsamələr su ilə doymuş olduqda onun konsistensiyası təxminən axıcılıq həddində olsun. Sonra topacıq düzəldilir və əvvəlcə havada, daha sonra isə 105°C-də qurumağa qoyulur. Qurumanın bu ardıcıllığı sınağı poza biləcək qurumuş nümunədə çatların yaranmasının qarşısını almaq üçün lazımdır. İlkin mərhələdə dərhal nümunənin çəkisi W1 ölçülür və onun həcmi V1 civəyə batırma sınağı ilə müəyyən edilir, sonra nümunə havada, ardınca isə quruducuda daha da qurudulur; arada nümunə götürülərək, eksikatorda soyudulur və onun çəkisi W2, W3, W4 və s., həcmi isə V2, V3, V4 və s. ölçülür. Bu yolla müəyyən ediləcək ki, rütubətin müəyyən bir vəziyyətində nümunənin həcmi artıq azalmaqdan dayanır, halbuki çəkisi quruma nəticəsində azalmaqda davam edir. Əgər nümunə ilkin vəziyyətində su ilə doymuşdursa, yəni məsamələrində hava yoxdursa, nümunənin qurudulma ilə su itirməsi yığılma həddinədək təxminən nümunə həcminin azalmasına uyğun gəlir. Bundan sonra həcmin ölçülməsi olmadan qurudulma davam etdirilir, nümunə tam quruyana, yəni çəki sabitləşənədək. Daha sonra nümunənin həcmi və çəkisinin hər ölçülməsi üçün suyun miqdarı quru çəkinin faizi ilə müəyyən edilir və sınağın nəticələri diaqrama köçürülür (şək. 3). Bu yolla A, B, C, D və E nöqtələri alınır və onlar birləşdirilir; adətən yığılma həddi sahəsində kəskin qırılmalı bir xətt alınır. Qırılma nöqtəsi S-də yığılma həddinə W_S uyğun gələn w rütubəti alınır.
Kapillyarlığın müəyyən edilməsi
Suyun kapilyar qalxma hündürlüyünün təyini sınağı iki üsulla aparılır: suyun kapilyar qalxma hündürlüyünün birbaşa ölçülməsi və kapilyarimetrlə dolayı ölçmə.
Kapilyar hündürlüyün birbaşa ölçmə ilə müəyyən edilməsi təcrübəsi
Pozulmuş nümunədən təxminən 300 pon torpaq götürülür, o, 105°C temperaturunda qurudulur, sonra soyuduqdan sonra dənəcikləri əzmədən tam xırda toza çevrilir. Alınmış toz diametri ø 25 mm, uzunluğu 1,5 - 2,5 m olan, hər iki ucu açıq şüşə boruya tökülür; borunun aşağı ucu əvvəlcədən şüşə pambığı və ya parça parçası ilə bağlanır. Açıq yuxarı uca təxminən 10 cm hündürlüyündə qurudulmuş tozu tökürük, sonra borunu qaldırır və taxta döşəməyə və ya başqa elastik dayaq üzərinə zərblə düşməsinə imkan veririk, ta ki borudakı tozun çökməsi görünənə qədər. Tozun çökməsinə nəzarət boruda yağlı təbaşirlə xətlər çəkməklə aparılır. Bundan sonra əlavə 10 cm toz tökür və sınaqdan keçirdiyimiz torpaq nümunəsinin kapillyarlığını yoxlayana qədər eyni proseduru təkrar edirik, ta ki boru nümunənin sıxılmış quru tozu ilə dolana qədər. Sonra borunun dibini axını olmayan distillə edilmiş su olan şüşə qaba salırıq, belə ki, borunun aşağı ucu qabın dibinə söykənməməlidir (şək. 4). Şüşə borunu şkalalı taxtaya bərkidirik ki, həm boru, həm də şkala şaquli olsun. Bundan sonra boruda suyun qalxmasını müşahidə edirik; bu, rəngdən aydın seçilir: quru nümunə açıq rənglidir, nəm nümunə tünd. Qabdakı su səviyyəsi ilə nəm nümunənin yuxarı kənarı arasındakı məsafə kapilyar qalxmanın hk hündürlüyünü təşkil edir.
Şək. 4. Suyun kapilyar qalxma hündürlüyünün birbaşa ölçmə ilə müəyyən edilməsi
Müşahidə qayda üzrə 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 və s. saatlardan sonra aparılır. Müşahidənin nəticələri elə bir diaqrama köçürülür ki, onun absisaları saatla vaxtı, ordinatları isə suyun kapilyar qalxma hündürlüyünü mm ilə göstərir (şək. 5).
Qumlu materialda kapillyar qalxma əvvəlcə kəskin olur, sonra yavaşıyır və son qalxma hündürlüyünə tez çatılır. Gil tərkibli materialda isə kapillyar qalxma əvvəlcə daha yavaşdır, lakin daha uzun çəkir və xeyli daha böyük hündürlüyə çatır.
Kapilyar hündürlüyün bu üsulla müəyyən edilməsi uzun çəkir, xüsusilə gil torpaqlarda. Bundan əlavə, kapilyar qalxma hündürlüyü hava temperaturundan, eləcə də onun rütubətindən asılıdır, buna görə də bu amillərin mümkün qədər sabit saxlanılması lazımdır.
Şək. 5. Torpaqda suyun kapilyar qalxması diaqramı, a-qum; b-toz; c-gilli torpaq
Kapilyarimetrlə kapilyar hündürlüyün təyini sınağı
Beskov, Yürgenson və Engelhardt kapilyarimetrləri kimi müxtəlif konstruksiyalı bir neçə kapilyarimetr mövcuddur. Burada ən çox tətbiq olunan Beskov kapilyarimetri ilə iş prinsipini təsvir edəcəyik.
Bu sınaq pozulmamış və ya pozulmuş nümunələr üzərində aparılır. Əgər nümunə pozulmuşdursa, onda o, aparata axıcılıq həddində olan vəziyyətdə daxil edilir.
Şək. 6. Beskov kapilyarimetri
Beskov kapilyarimetri iki qabdan ibarətdir (şək. 6), bunlar aşağı hissələrdə bir-biri ilə zirehli rezin şlanq vasitəsilə birləşdirilmişdir. 1 qabına torpaq nümunəsi filtr altlığı üzərinə yerləşdirilir, onun altında isə qismən distillə edilmiş su, qismən civə ilə doldurulmuş bir qab vardır; həmin civə aşağı hissədə elə yerləşir ki, bütün rezin şlanqı və 2 qabının aşağı hissəsini də doldurur. Təcrübənin əvvəlində hər iki qabda civə səviyyəsi eynidir. Sonra 2 qabı aşağı endirilir və bununla 1 qabının filtr altlığının altında mənfi təzyiq yaradılır. Bu mənfi təzyiq nümunədəki kapilyar qüvvələrdən böyük olduqda, hava nümunə vasitəsilə filtr altlığına keçir və dərhal sonra 2 qabının boşalması ilə hər iki qabda civə səviyyəsi bərabərləşir. Mənfi təzyiqin və kapilyar qüvvələrin bərabərləşdiyi anda, yəni havanın nümunədən keçməyə başlamazdan dərhal əvvəl, bir qabdakı və digər qabdakı civə səviyyələri arasındakı Hg fərqi, su sütununun hündürlüyünə çevrilərək və nümunənin altındakı su sütununun h hündürlüyü ilə artırılaraq, kapilyar hündürlük hk-ni verir. Civə sudan 13,6 dəfə ağır olduğuna görə, kapilyar qalxmanın hk hündürlüyü:
hk = 13,6 Hg + h
Torpağın sukeçiriciliyinin müəyyən edilməsi
Torpağın sukeçiriciliyinin laboratoriya sınağı permeametr adlanan xüsusi cihazlarla aparılır. Permeametrin müxtəlif konstruksiyaları mövcuddur, lakin onları iki qrupa bölmək olar: iri dənəli torpaqlar üçün suyun sabit təzyiqli permeametrleri və xırda dənəli torpaqlar üçün suyun azalan təzyiqli permeametrleri. Hər iki halda sınaq pozulmamış nümunələr üzərində aparılır.
Laborator sınaqla torpağın keçirmə əmsalı müəyyən edilir; onun qiyməti müəyyən temperaturda ifadə olunur, çünki müxtəlif temperaturlarda suyun özlülüyü fərqlidir və bu da keçirmə əmsalı k-nın qiymətinə təsir göstərir. Adətən t =10°C temperaturunda k əmsalı ifadə olunur. Buna görə də, əgər 10°C olarsa, k əmsalının təyin edilməsi zamanı suyun temperaturu T, t = 10°C-dən fərqli olduqda, onun qiyməti aşağıdakı düsturla yenidən hesablanır:
k10oC = ηt /η10oC * kT
burada ηt və η10oC iş temperaturu T-də, müvafiq olaraq qəbul edilmiş t =10°C temperaturunda suyun özlülüyüdür.
kT işçi temperatur T-də torpağın keçiricilik əmsalının alınmış qiyməti.
Müxtəlif temperatur T üçün özlülük qiymətləri cədvəl 1-də verilmişdir.
Sabit su təzyiqi ilə sınaq
Şək. 7. Suyun sabit təzyiqli permeametri
Bu sınaq üçün diametri D, hündürlüyü h olan, alt kənarı iti metal silindrə narahat olunmamış torpaq nümunəsi torpağa və ya daha böyük narahat olunmamış nümunəyə basdırılmaqla götürülür. Nümunənin yuxarı və aşağı səthləri silindrin kənarları ilə hamarlanandan sonra silindrdəki nümunə aparata (şək. 7) yuxarı və aşağı filtrin arasına qoyulur. Aşağı filtr sıx tor və filtr daşıdan ibarətdir ki, nümunə boyunca su axını mümkün olsun və torpaq hissəciklərinin yuyulması qarşısı alınsın. Yuxarı filtr isə tor olmadan olur, çünki hissəciklərin yuyulma ehtimalı daha azdır. Nümunəyə su N səviyyəsindən verilir, bu səviyyə daşma vasitəsilə sabit saxlanılır, beləliklə hidrostatik təzyiq H sabit olur. Bu təzyiq altında su h qalınlığındakı nümunədən keçib aparatın yuxarı hissəsinə qoşulmuş boru vasitəsilə şüşə menzurka M-yə çatır və orada damcılayır.
Su nümunə boyunca menzuraya axmağa başlayan kimi saniyəölçəni işə salırıq və t müddətində menzuraya daxil olan suyun q miqdarını müşahidə edirik. Darcy qanununa görə
q = k*A*t*i
burada k cm/sec ilə keçiricilik əmsalı, A nümunənin en kəsiyinin sahəsi, i hidravlik gradient, i = H/h.
Yuxarıdakı tənlikdən k= qh/Ath [cm/sec] alınır.
Nümunədən keçən suyun miqdarını müşahidənin əvvəlindən sonuna qədər ayrı-ayrı vaxt intervallarında oxuyuruq, beləliklə nümunədən keçən suyun həm ayrı-ayrı, həm də ümumi miqdarını əldə edirik.
Nümunədə və suda, sınağın yanlış nəticələrinə səbəb ola bilən hava qabarcıqlarını istisna etmək üçün sınaqdan əvvəl nümunənin doymuş vəziyyətdə olması, həmçinin sınağın aparılması üçün qaynadılmış və ya heç olmasa durğun suyun istifadə edilməsi lazımdır.
Yuxarıda təsvir edilmiş, su səviyyələri H fərqinə görə hidrostatik təzyiqə əsaslanan aparatın əvəzinə elə aparat da mövcuddur ki, orada hidrostatik təzyiq kompressor vasitəsilə sabit saxlanılan 10-dan 15 kp/cm2-ə qədər hava təzyiqi ilə yaradılır.