Determinado de la Atterberg-limoj
Ni priskribos la provojn por determini la fluolimon, la plastan limon kaj la ŝrumpan limon, kiuj estas la plej gravaj en la mekaniko de grundoj. Ĉiuj ĉi tiuj provoj estas efektivigataj sur perturbitaj specimenoj de kohera grundo.
Provo de determino de la flulimo
Por ĉi tiu provo oni prenas ĉirkaŭ 200 g da grundo en nature humida stato, sen grajnoj kun diametro super 0,5 mm, kiuj povus perturbi la precizecon de la provrezultoj. La specimenon oni ne rajtas sekigi en sekigilo; ĝi estas tuj metata en porcelanan tason kun distilita akvo, kie ĝi devas resti dum pluraj horoj ĝis ĝi bone malsekiĝos. Por argilo kun plastikeca indico IP < 20 la malsekigo daŭras ĉirkaŭ 4 horon, por argilo IP > 20 ĝis 18 horoj. Poste la malsekigita specimeno estas transverŝata sur vitran platon kaj per laboratorio-tranĉilo bone miksata, por ke oni ricevu densan kàĉon de unuforma konsisto. Se oni rimarkas partiklojn pli grandajn ol 0,5 mm, ili estas forigataj dum la miksado.
La tiel preparita specimeno estas translokata en la latunan bovleton de la Casagrande-aparato por determini la fluolimon (fig. 1), kiu en niaj laboratorioj nomiĝas Casagrande-ŝancelilo.
Fig. 1. Cassagrande-aro por determini la flupunkton
La aparato konsistas el latuna bovleto, kiu per aparta konekto estas enŝovata en la aparaton, el elasta bazo el malmola kaŭĉuko, kun ekscentrulo en la supra parto kaj turna tenilo, dum la ekscentrulo leviĝas ĝis alteco de 1 cm, pro kio la bovleto falas kaj frapas la bazon (fig. 1a). La dimensioj de la aparato estas normigitaj. Krome ekzistas ankaŭ profilita tranĉilo de precize difinitaj dimensioj (fig. 1b).
La verŝita provaĵo en la latunan bovleton estas ebenigata per tranĉilo tiel, ke la surfaco de la provaĵo estu tute ebena, kaj ke la provaĵo kovru iom pli ol la duonon de la antaŭa parto de la bovleto, kun tio, ke ĝia alto super la plej malalta punkto de la fundo de la bovleto estu ĉirkaŭ 12 mm. Poste la bovleto estas ŝaltata en la aparaton kaj per profilita tranĉilo oni tranĉas sulkon en la mezo tiel, ke ĝi estu tute rektlinia kaj ke la latuna fundo de la bovleto estu videbla; tio estas atingata per zorgema tirado de la tranĉilo perpendikulare al la fundo de la bovleto. La longo de la sulko devas esti ĉirkaŭ 40 mm. Tuj poste oni turnas la krankon de la aparato kun rapideco de 2 turnoj en sekundo, dum oni kalkulas la frapojn de la bovleto kontraŭ la bazo kaj observas la sulkon, kiu pro la frapoj de la bovleto kontraŭ la bazo mallarĝiĝas, ĉar la tranĉitaj partoj de la provaĵo moviĝas kaj celas kuniĝi. La turnado de la krankilo de la aparato daŭras ĝis la sulko kuniĝas je longo de 10 mm. Kiam tio estas atingita, oni ĉesas plue turni la krankon, kaj tuj poste per tranĉilo oni elprenas la provaĵon en kvanto de ĉirkaŭ 2 cm3 el la parto ĉirkaŭ la kunigita sulko ambaŭflanke, metas ĝin en horloĝvitrojn kaj determinas la grundan humidecon.
Ĉi tiu provo ripetiĝas 3-4 fojojn laŭ la sama maniero, sed ĉiufoje kun alia humideco, kio estas atingata, se la specimeno unue estas miksita kun pli malgranda kvanto da akvo, kaj poste la akvo estas aldonata por la ceteraj provoj. Post ĉiu finita provo la specimeno estas verŝata sur vitran platon, kie oni aldonas iom da akvo kaj bone miksas, por ricevi unuforman, ĉiufoje iom pli maldikan, pastecan mason.
Por la efektivigo de la provo la preparita koto ne devas esti tro densa nek tro fluida, ĉar statoj de grunda konsistenco tro malproksimaj de la flulimo ne donas la necesan precizecon por ĉi tiu provo. Kutime oni akceptas, ke se la nombro de batoj estas malpli ol 10 aŭ pli granda ol 50, la provo malsukcesis, sed oni konsideras, ke la precizeco de la provo estas pli bona, se la intervalo de ĉi tiuj limoj estas 10-40 batoj.
Oni rimarkigas, ke laŭ unu procedo, ĉiufoje post finita turnado de la tenilo ĝis la kuniĝo de la fendo je longo de 1 cm la provaĵo en la latuna bovleto tuj estas miksita per tranĉilo kaj denove ebenigita la surfaco de la provaĵo en la bovleto, nova fendo estas tranĉita, poste la tenilo de la aparato estas turnata. Ĉi tiu procedo ripetiĝas ĝis oni sukcesas tri fojojn sinsekve akiri la saman nombron da frapoj ĉe la kuniĝo de la fendo je longo de 1 cm, kaj tiu nombro estas akceptata por la plua procedo ĉe determinado de la fluolimo. La rezultojn de la provo ni metas sur diagramon en semilogaritma divido (fig. 2). Sur la abscisan akson estas metata la nombro da frapoj en logaritma skalo kaj sur la ordinatan akson la kvanto da akvo en procentoj de la seka pezo de la provaĵo en aritmetika skalo. Ĉar ĉe ĉiu provo la kvanto da akvo w estas malsama, ni ricevos la punktojn A, B, C kaj D, kiuj respondas al malsamaj nombroj da frapoj, ĉe kio la nombro da frapoj estas pli malgranda ju pli granda estas la kvanto da akvo kaj inverse. Kunigante ĉi tiujn punktojn ni ricevas klinitan rektan linion, sur kiu ni serĉas la punkton M por 25 frapoj. La kvanto da akvo, kiu respondas al ĉi tiu punkto, estas akceptata kiel la fluolimo wL.
Fig. 2. Determinado de la flukso-limo
Determinado de la plastlimo
Provaĵo de grundo preparita laŭ la supre priskribita maniero, sed kun malpli da akvo, tiel ke ĝi estu plasta maso en proksimume rigide plasta stato, ruliĝas en globon ĉirkaŭ 2-3 cm3, poste oni per la manplato sur subaĵo el ordinara aŭ sorba papero ruligas ĝin en cilindron dikan je 3 mm. Se la provaĵo povas esti rulita ĝis tiu dikeco sen rompiĝo, oni denove faras globon el ĝi kaj ruligas ĝin same. Tiu procedo ripetiĝas ĝis oni atingas, ke la cilindro ĉe dikeco de 3 mm komencas rompiĝi. Tiam la rompitaj cilindroj estas metataj en horloĝvitrojn kaj oni determinas la kvanton de akvo. Tiu akvokvanto, esprimita kiel procento de la seka pezo de la provaĵo, respondas al la plastlimo wP.
Determino de la kuntiriĝlimo
Fig. 3. Determinado de la kuntiriĝlimo
Grundoprovaĵo estas miksata kun distilita akvo laŭ la metodo priskribita sub Provo de determino de la flulimo, tiel ke ĝia konsistenco estu proksimume ĉe la flulimo, kiam ĉiuj poroj estas saturitaj per akvo. Poste oni formas bulon, kiu estas lasata sekiĝi unue en aero, poste en sekejo je 105°C. Tiu sekigordo estas necesa por eviti fendetojn en la sekigita provaĵo, kiuj malhelpus la provon. Tuj komence oni mezuras la pezon W1 de la provaĵo kaj determinas ĝian volumenon V1 per provo de mergado en hidrargon, poste ĝi plu sekiĝas en aero, kaj poste en sekejo, kun perioda prenado de la provaĵo, malvarmigo en eksikatoro kaj mezurado de ĝia pezo W2, W3, W4 ktp. kaj volumeno V2, V3, V4 ktp. Tiel oni konstatos, ke ĉe unu humida stato la volumeno de la provaĵo ĉesas malpliiĝi, kvankam ĝia pezo plu falas pro sekigado. Se la provaĵo en sia komenca stato estas saturita per akvo, t.e. ne enhavas aeron en la poroj, la perdo de akvo dum sekigado de la provaĵo ĝis la kuntiriĝlimo proksimume respondas al la malpliiĝo de la volumeno de la provaĵo. Post tio la sekigado plu daŭras sen mezurado de la volumeno, ĝis kiam la provaĵo plene sekas, t.e. ĝis konstanta pezo. Tiam oni determinas la akvokvanton en procentoj de la seka pezo de la provaĵo por ĉiu mezuro de volumeno kaj pezo de la provaĵo, kaj la rezultojn de la provo enmetas en diagramon (fig. 3). Tiel oni ricevas la punktojn A, B, C, D kaj E, kiuj estas kunligataj, tiel ke kutime aperas linio kun akra fleksado en la regiono de la kuntiriĝlimo. En la flekspunkto S oni ricevas humidon w, kiu respondas al la kuntiriĝlimo _W_S.
Difinado de kapilareco
La provo por determini la altecon de la kapilara altiĝo de akvo efektiviĝas laŭ du manieroj, nome per rekta mezurado de la alteco de la kapilara altiĝo de akvo kaj per nerekta mezurado helpe de kapilarimetro.
Eksperimento por determino de kapila alto per rekta mezurado
El la ĝenita provaĵo oni prenas ĉirkaŭ 300 pondojn da grundo, kiu estas sekigita je 105°C, poste, post malvarmiĝo, ĝi estas muelita al tute fajna pulvoro, sen dispremi la grajnetojn. La akirita pulvoro estas enverŝata en vitran tubon kun diametro ø 25 mm, longo 1,5 - 2,5 m, malfermita ĉe ambaŭ finoj, kies malsupra fino estas antaŭe fermata per vitra vato aŭ peco da ŝtofo. En la malfermitan supran finon ni enverŝas la sekigitan pulvoron ĝis ĉirkaŭ 10 cm, poste ni levas la tubon kaj lasas ĝin fali kun frapo sur lignan plankon aŭ alian elastian subtenon ĝis kiam oni observas la setliĝon de la pulvoro en la tubo. La kontrolon de la setliĝo de la pulvoro ni faras per markado de linioj per graso-kreto sur la tubo. Poste ni enverŝas pliajn 10 cm de pulvoro kaj ripetas la saman procedon ĝis ni plenigas la tubon per kunpremita seka pulvoro de la grundprovaĵo, kies kapilaron ni ekzamenas. Poste ni mergas la fundon de la tubo en vitran vazon kun distilita senflua akvo, tiel ke la malsupra fino de la tubo ne kuŝu sur la fundo de la vazo (fig. 4). La vitran tubon ni fiksas per lignaĵeto al skalo, tiel ke kaj la tubo kaj la skalo estu vertikalaj. Poste ni observas la supreniĝon de la akvo en la tubo, kiu klare rekoneblas laŭ la koloro: la seka provaĵo estas helkolora, la malseka malhela. La distanco inter la nivelo de la akvo en la vazo kaj la supra rando de la malseka provaĵo reprezentas la altecon de la kapilara supreniro hk.
Fig. 4. Determinado de la alteco de kapilara altiĝo de akvo per rekta mezurado
La observado efektiviĝas laŭ regulo post 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ktp. horoj. La rezultoj de la observado estas enskribataj en diagramon, kies abscisoj prezentas la tempon en horoj, kaj kies ordinatoj la altojn de la kapilara leviĝo de akvo en mm (fig. 5).
Ĉe sabla materialo, la kapilara leviĝo komence estas rapida, poste pli malrapida, kaj la fina alteco de la leviĝo estas rapide atingita. Ĉe argila materialo, la kapilara leviĝo komence estas pli malrapida, sed ĝi daŭras pli longe kaj atingas konsiderinde pli grandan altecon.
Tiu metodo por determini la kapilaran alton estas tempopostula, precipe ĉe argila grundo. Krome la alto de la kapilara leviĝo dependas de la aer-temperaturo same kiel de ties humideco, pro kio necesas teni ĉi tiujn faktorojn laŭeble konstantoj.
Fig. 5. Diagramo de la kapilara altiĝo de akvo en la grundo, a-sablo; b-polvo; c-argila grundo
Provo por determini la kapilaran altecon per kapilariometro
Ekzistas pluraj kapilarecmezuriloj de diversaj konstruoj, kiel la kapilarecmezuriloj Beskow, Jürgenson kaj Engelhardt. Ĉi tie ni priskribos la funkcioprincipon de la kapilarecmezurilo Beskow, kiu estas la plej vaste uzata.
Ĉi tiu provo estas farata sur neperturbitaj aŭ perturbitaj specimenoj. Se la specimeno estas perturbita, tiam ĝi estas enmetata en la aparaton en stato ĉe la flulimo.
Fig. 6. Kapilariometro de Beskow
La kapilarimetro de Beskow konsistas el du vazoj (fig. 6), konektitaj en la malsupraj partoj inter si per armita kaŭĉuka tubo. En la vazon 1 oni metas grundan specimenon sur filtrilan fundon, dum sub ĝi estas vazo parte plenigita per distilita akvo, parte per hidrargo, kiu en la malsupra parto estas tiel aranĝita, ke ĝi plenigas ankaŭ la tutan kaŭĉukan tubon kaj la malsupran parton de la vazo 2. Komence de la provo la nivelo de hidrargo en ambaŭ vazoj estas sama. Poste la vazo 2 estas malsuprenigita, per kio sub la filtrila fundo de la vazo 1 kreiĝas subpremo. Kiam ĉi tiu subpremo fariĝas pli granda ol la kapilaraj fortoj en la specimeno, aero penetras tra la specimeno en la filtrilan fundon kaj la nivelo de hidrargo en ambaŭ vazoj tuj egalas per elspiro de la vazo 2. La diferenco Hg inter la niveloj de hidrargo en unu kaj la alia vazo en la momento de egaligo de la subpremo kaj la kapilaraj fortoj, t.e. tuj antaŭ ol aero komencis penetri tra la specimeno, konvertita al alto de akvokolono kaj pligrandigita je la alto de la akvokolono h sub la specimeno, donas la kapilaran altecon hk. Ĉar hidrargo estas 13,6 fojojn pli peza ol akvo, do la alteco de la kapilara altiĝo hk:
hk = 13,6 Hg + h
Determinado de la permeablo de la grundo
La laboratorio-eksperimento por determini la permeabilecon de la grundo efektiviĝas per specialaj aparatoj nomataj permeametroj. Ekzistas diversaj konstruoj de permeametroj, kiuj tamen povas esti dividitaj en du grupojn: permeametroj kun konstanta akvopremo, por pli krudgrajnoj grundoj, kaj permeametroj kun malpliiĝanta akvopremo por fajngrajnaj grundoj. En ambaŭ kazoj la eksperimento efektiviĝas sur netuŝitaj specimenoj.
Per laboratorio-eksperimento oni determinas la koeficienton de trairkapablo de la grundo, kies valoro estas esprimata ĉe unu difinita temperaturo, pro la malsama viskozeco de akvo ĉe malsamaj temperaturoj, kio influas la valoron de la koeficiento de trairkapablo k. Plej ofte oni esprimas la koeficienton k ĉe temperaturo t =10°C. Sekve, se 10°C, la temperaturo de la akvo dum la determinado de la koeficiento k estis T malsama de t = 10°C tiam ĝia valoro estas rekalkulata laŭ la formulo:
k10oC = ηt /η10oC * kT
kie ηt kaj η10oC estas la viskozeco de la akvo je la labor-temperaturo T, respektive je la adoptita temperaturo t =10°C.
kT akirita valoro de la koeficiento de permeablo de la grundo ĉe la labortemperaturo T.
La valoroj de viskozeco por diversaj temperaturoj T estas donitaj en la tabelo 1.
Testo kun konstanta akvopremo
Fig. 7. Permeametro kun konstanta akvopremo
Por ĉi tiu provo oni prenas neĝenitan grundan specimenon en metalan cilindron kun diametro D, alteco h, kun akrigita malsupra rando, per enpremado en la grundon aŭ en pli grandan neĝenitan specimenon. Post kiam la supra kaj malsupra surfacoj de la specimeno estas ebenigitaj kun la randoj de la cilindro, la specimeno en la cilindro estas metata en la aparaton (fig. 7) inter la supran kaj malsupran filtrilojn. La malsupra filtrilo konsistas el densa reto kaj filtrila ŝtono, por ebligi la fluon de akvo tra la specimeno kaj malhelpi forlavadon de grundaj partikloj. La supra filtrilo estas sen reto, ĉar ekzistas pli malgranda ebleco de forlavo de partikloj. La akvoprovizo al la specimeno venas el la nivelo N, kiu per trofluo estas tenata konstanta, tiel ke la hidrostatika premo H estas konstanta. Sub ĉi tiu premo la akvo pasas tra la specimeno de dikeco h kaj per tubo konektita al la supra parto de la aparato atingas la vitran mezurujon M kie ĝi gutas.
Tuj kiam akvo komencas flui tra la specimeno en la mezurilon, ni ekfunkciigas la kronometron kaj observas la kvanton de akvo q, kiu alfluas en la mezurilon dum t. Laŭ la leĝo de Darcy ĝi estas
q = k*A*t*i
kie k estas la koeficiento de permeablo en cm/sec, A la transversa areo de la provaĵo, i la hidraŭlika falalto, i = H/h.
El la supra ekvacio ni havas k= qh/Ath [cm/sec].
La kvanton da akvo, kiu pasas tra la specimeno, ni legas je apartaj tempintervaloj de la komenco ĝis la fino de la observado, tiel ke ni havas kaj la partajn kaj la tutan kvanton da akvo trapasinta la specimenon.
Por ekskludi aervezikojn en la specimeno kaj en la akvo, kiuj povas konduki al eraraj rezultoj de la provo, necesas ke antaŭ la provo la specimeno estu en saturita stato, kaj ankaŭ ke por la plenumo de la provo estu uzata boligita aŭ almenaŭ stagna akvo.
Anstataŭ la supre priskribita aparato, bazita sur hidrostata premo pro la diferenco en la akvonivelo H, ekzistas ankaŭ aparatoj, ĉe kiuj la hidrostata premo estas produktita per aerpremo de 10 ĝis 15 kp/cm2, tenata konstanta helpe de kompresoro.