Atterbergen mugak zehaztea
Lur-mekanikan garrantzitsuenak diren jariakortasun-muga, plastikotasun-muga eta uzkurdura-muga zehazteko saiakuntzak azalduko ditugu. Saiakuntza guzti hauek lur kohesionatuaren lagin nahasietan egiten dira.
Mugatasun-limita zehazteko saiakuntza
Opit honetarako, gutxi gorabehera 200 p lur hartzen da, egoera naturalean hezea, 0,5 mm baino diametro handiagoko pikorrik gabe, horiek opitaren emaitzen zehaztasuna hondatuko bailukete. Lagina ez da labean lehortu behar; zuzenean ur destilatudun portzelanazko katilura jartzen da, eta han egon behar du hainbat orduz ondo busti arte. Plastikotasun-indizea IP < 20 duen loirako, bustitzeak gutxi gorabehera 4 ordu irauten du; buztinerako IP > 20 18 ordu arte. Ondoren, bustitako lagina beirazko plaka batera isurtzen da eta laborategiko labana batekin ondo nahasten da, osagai uniformeko ore lodia lortzeko. 0,5 mm baino handiagoak diren partikulak antzemanez gero, nahasketan kendu egiten dira.
Horrela prestatutako lagina Casagrande aparatuaren brass-ontzira isurtzen da, jariakortasun-muga zehazteko (ir. 1), gure laborategietan Casagrande-aren treskailu deitzen zaiona.
Ir. 1. Cassagrandearen tresna emari-muga zehazteko
Aparatua letoizko ontzi batez osatua dago; ontzi hori lotura berezi baten bidez aparatuan sartzen da, eta kautxu gogorreko oinarri elastiko batez, goiko aldean eszentriko batekin eta biratzeko helduleku batekin; eszentrikoa 1 cm-ko altuerara igotzen da, eta horren ondorioz ontzia erori eta oinarriarekin talka egiten du (ir. 1a). Aparatuaren neurriak normalizatuta daude. Horrez gain, zehazki definitutako neurriak dituen labana profilatu bat ere badago (ir. 1b).
Lagin ibiltaria letoizko ontzi txikian labana batez berdintzen da, laginaren gainazala guztiz laua izan dadin, eta laginak ontziaren aurreko aldearen erdia baino zertxobait gehiago estal dezan, haren altuera ontziaren hondoaren punturik baxuenaren gainetik 12 mm ingurukoa izan dadin. Ondoren, ontzia aparatuan jartzen da eta profilatutako labana batez erdian zirrikitu bat ebakitzen da, guztiz zuzena izan dadin eta ontziaren letoizko hondoak ikus dadin; hori lortzeko, labana kontu handiz tiratzen da ontziaren hondoarekiko perpendikularki. Zirrikituaren luzerak 40 mm ingurukoa izan behar du. Berehala gero, aparatuaren heldulekua 2 bira segundoko abiaduran biratzen da; aldi berean, ontziak oinarrian ematen dituen kolpeak zenbatzen dira eta zirrikitua behatzen da, oinarrian emandako kolpeen ondorioz estutzen baita, laginaren ebakitako zatiak mugitzen direlako eta elkartzeko joera dutelako. Aparatuaren heldulekua biratzen jarraitzen da, harik eta zirrikitua 10 mm luzeran elkartu arte. Hori lortutakoan, heldulekua biratzeari uzten zaio, eta berehala, labana erabiliz, lagina ateratzen da, gutxi gorabehera 2 cm3 kantitatetan, bi aldeetako elkartutako zirrikituaren inguruko zatitik, erloju-beiratan jartzen da eta lurzoruaren hezetasuna zehazten da.
Proba hau 3-4 aldiz errepikatzen da modu berean, baina aldi bakoitzean hezetasun desberdinarekin, eta hori lortzen da lagina lehenik ur kantitate txikiago batekin nahastuta, eta ondoren gainerako probetarako ura gehituta. Egindako proba bakoitzaren ondoren, lagina beirazko plaka batera isurtzen da; han ur pixka bat gehitzen zaio eta ondo nahasten da, masa pastatsu uniformea, aldi bakoitzean zertxobait arinagoa, lortzeko.
Saiakuntza egiteko prestatutako pasta ez da ez oso lodia ez oso likidoa izan behar, lurzoruaren koherentzia-egoerak mugatasun-mugatik gehiegi urrun badaude ez baitute saiakuntza honetarako behar den zehaztasuna ematen. Orokorrean onartzen da kolpe kopurua 10 baino txikiagoa edo 50 baino handiagoa bada, saiakuntza ez dela arrakastatsua, baina saiakuntzaren zehaztasuna hobea dela uste da muga horien arteko tartea 10-40 kolperena bada.
Ohartarazten da, prozedura baten arabera, heldulekua biratzen amaitu ondoren, ildoaren bat egitea 1 cm luzeran, lagina berehala nahasten dela labana batekin letoizko ontzian, eta berriro berdintzen dela ontziko laginaren azalera, ildo berri bat egiten da, eta ondoren aparatuaren heldulekua biratzen da. Prozedura hau errepikatzen da harik eta hiru aldiz jarraian kolpe kopuru bera lortu arte 1 cm luzeran ildoaren elkarketan; kopuru hori hartzen da etekintasun-muga zehazteko ondorengo prozedurarako. Saiakuntzaren emaitzak diagrama batean jartzen dira eskala semilogaritmikoan (ikus. 2). Abzisuen ardatzean kolpe kopurua jartzen da eskala logaritmikoan, eta ordenatuen ardatzean ur-kantitatea, laginaren pisu lehorreko ehunekotan, eskala aritmetikoan. Saiakuntza bakoitzean ur-kantitatea w desberdina denez, A, B, C eta D puntuak lortzen dira, kolpe kopuru desberdinei dagozkienak; kolpe kopurua txikiagoa da ur-kantitatea handiagoa denean, eta alderantziz. Puntu horiek lotuz lerro zuzen zeiharra lortzen dugu, eta bertan M puntua bilatzen dugu 25 kolperako. Puntu horri dagokion ur-kantitatea wL etekintasun-mugatzat hartzen da.
Sl. 2. Egite-mugaren zehaztapena
Plastizitate-muga zehaztea
Gorago deskribatutako moduan prestatutako lur-lagina, baina ur gutxiagorekin, masa plastiko egoskaitz-plastikoaren antzeko egoeran egon dadin, 2-3 cm3 inguruko bolatxo batean biltzen da, eta ondoren, esku-ahurrarekin, paper arruntaren edo xurgatzailearen gainean, 3 mm lodierako zilindro batean ijezten da. Laginak lodiera horretara hautsi gabe ijezten bada, berriro bolatxo batean bildu eta era berean ijezten da. Prozedura hau behin eta berriz errepikatzen da harik eta 3 mm lodieran zilindroa hausten hasten ez den arte. Orduan, hautsitako zilindroak erloju-beiretan jartzen dira eta ur-kantitatea zehazten da. Ur-kantitate horrek, laginaren pisu lehorreko ehunekoetan adierazita, plastizitate-mugari wP dagokio.
Uzkurketa-muga zehaztea
Ir. 3. Uzkurtze-muga zehaztea
Lurzoru-lagina ur destilatuarekin nahasten da Mugatasun-limita zehazteko saiakuntza azpian deskribatutako moduan, haren koherentzia gutxi gorabehera uzkurtze-mugan egon dadin, poro guztiak uraz aseta daudenean. Ondoren, bola bat egiten da, eta lehortzen uzten da, lehenik airean, eta gero lehorgailuan 105°C-tan. Lehortzeko hurrenkera hau beharrezkoa da lagin lehortuan pitzadurak saihesteko, saiakuntza ez dadin nahasi. Hasieran berehala neurtzen da laginaren W1 pisua eta haren V1 bolumena zehazten da merkurioan murgiltze-saiakuntzaz; ondoren, airean lehortzen jarraitzen da, eta gero lehorgailuan, tarteka lagina hartuz, desikadorean hoztuz eta haren W2, W3, W4 etab. pisua eta V2, V3, V4 etab. bolumena neurtuz. Horrela egiaztatuko da hezetasun-egoera jakin batean laginaren bolumena gutxitzea gelditzen dela, nahiz eta bere pisua lehortzearen ondorioz jaisten jarraitu. Laginak hasierako egoeran ura badu aseta, hau da, poroetan airerik ez badu, lagina uzkurtze-mugara lehortzean galtzen duen ura gutxi gorabehera laginaren bolumenaren murrizketari dagokio. Ondoren, lehortzeak bolumena neurtu gabe jarraitzen du, lagina erabat lehortu arte, hau da, pisu konstantea lortu arte. Orduan, laginaren bolumen- eta pisu-neurketa bakoitzerako ur-kopurua kalkulatzen da, lehorreko pisuaren ehunekotan, eta saiakuntzaren emaitzak diagraman ezartzen dira (3 irudia). Horrela A, B, C, D eta E puntuak lortzen dira, eta elkartu egiten dira; normalean, uzkurtze-mugaren eremuan haustura zorrotza duen lerroa lortzen da. S haustura-puntuan w hezetasuna lortzen da, W_S uzkurtze-mugari dagokiona.
Kapilaritatea zehaztea
Uraren kapilar igoeraren altuera zehazteko saiakuntza bi modutan egiten da: kapilar igoeraren altuera zuzenean neurtuz eta zeharka, kapilarimetroaren bidez neurtuz.
Distantzia kapilarra zuzeneko neurketaz zehazteko saiakuntza
Asaldatutako lagin batetik, gutxi gorabehera 300 lur hartu, eta 105°C-tan lehortzen da; ondoren, hoztu ondoren, hauts oso fin bilakatzen da, aleak birrindu gabe. Lortutako hautsa diametroa ø 25 mm eta luzera 1,5 - 2,5 m duen beira-hodi batean isurtzen da; hodi hori bi muturretan irekita dago, eta beheko muturra aldez aurretik beira-kotoiz edo oihal-zati batez ixten da. Goiko mutur irekian, lehortutako hautsa isurtzen dugu gutxi gorabehera 10 cm-ko altueraraino; ondoren, hodia altxatu eta eror dadin uzten dugu, kolpea emanez, zurezko zoruan edo beste euskarri elastiko batean, hodian hautsa esertzen ari dela ikusi arte. Hautsaren esertzea hodian, klarion koipetsuz lerroak markatuz kontrolatzen dugu. Horren ondoren, beste 10 cm hauts isurtzen ditugu, eta prozedura bera errepikatzen dugu, aztertzen ari garen lur-laginaren hauts lehor trinkotuz betetzen dugun arte, haren kapilaritatea aztertzeko. Ondoren, hodiaren hondoa fluxurik gabeko ur destilatuz betetako beira-ontzi batean murgiltzen dugu, hodiaren beheko muturrak ez duela ontziaren hondoan etzan behar delarik (ir. 4). Beira-hodia zerrenda batez finkatzen dugu eskalaren aurka, bai hodia bai eskala bertikalak izan daitezen. Horren ondoren, hodian uraren igoera behatzen dugu; hori kolorearen arabera argi bereizten da: lagin lehorra kolore argikoa da, eta hezea iluna. Ontziko ur-mailaren eta lagin hezearen goiko ertzaren arteko distantziak kapilar-igoeraren hk altuera adierazten du.
Ir. 4. Uraren kapilar igoeraren altuera zuzeneko neurketaz zehaztea
Behaketa, oro har, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 eta abar orduak igaro ondoren egiten da. Behaketen emaitzak diagrama batean jasotzen dira; haren abzisak orduetan neurtutako denbora adierazten dute, eta ordenatuak, berriz, uraren kapilar igoeraren altuera mm-tan (ikus 5).
Hareatsua den materialean, kapilar igoera hasieran azkarra da, ondoren motelagoa, eta azken igoera-altuera laster lortzen da. Buztintsua den materialean, kapilar igoera hasieran motelagoa da, baina gehiago irauten du eta askoz altuera handiagoa lortzen du.
Kapilar-alkuera zehazteko metodo hau luzea da, batez ere lur buztintsuetan. Gainera, kapilar igoeraren altuera airearen tenperaturaren eta haren hezetasunaren araberakoa da; horregatik, faktore horiek ahalik eta gehien konstante mantendu behar dira.
Ir. 5. Lurzoruan urak kapilarrez igotzearen diagrama, a-harea; b-hautsa; c-buztintsu lurra
Kapilarimetro bidez kapilar-altuera zehazteko saiakuntza
Kapilarimetro asko daude, egitura desberdinekoak, hala nola Beskow, Jürgenson eta Engelhardt kapilarimetroak. Hemen Beskow kapilarimetroaren funtzionamendu-printzipioa deskribatuko dugu, hori baita gehien erabiltzen dena.
Saiakuntza hau lagin nahastu gabeetan edo nahasietan egiten da. Laginak nahasia bada, aparatuan jartzen da jariakortasun-mugan dagoen egoeran.
Sl. 6. Beskow-en kapilarimetroa
Beskow-en kapilarimetroa bi ontzik osatzen dute (irud. 6), beheko zatietan elkarren artean konektatuta, gomazko hodi armatu baten bidez. 1 ontzian, lurzoru-lagina jartzen da iragazki-oinarriaren gainean; haren azpian, berriz, ur destilatuarekin partzialki eta merkurioarekin partzialki betetako ontzia dago, beheko aldean, hala nola gomazko hodi osoa eta 2 ontziaren beheko zatia ere betetzen dituen moduan. Esperimentuaren hasieran, merkurio-maila bi ontzietan bera da. Ondoren, 2 ontzia beherantz jaisten da, eta horren ondorioz 1 ontziaren iragazki-oinarriaren azpian azpiegitura sortzen da. Azpiegitura hori lagineko kapilar-indarrak baino handiagoa denean, airea laginaren bidez iragazki-oinarrira sartzen da, eta berehala, ondoren, bi ontzietako merkurio-maila berdindu egiten da 2 ontzia hustuz. Hg aldea ontzi bateko eta besteko merkurio-mailen artean, azpiegitura eta kapilar-indarrak berdintzen diren unean, hau da, airea laginaren bidez sartzen hasi aurreko unean, ur-zutabearen altuerara bihurtuta eta laginaren azpiko h ur-zutabearen altueraz handituta, hk kapilar-altuera ematen du. Merkurioa urarena baino 13,6 aldiz astunagoa denez, kapilar-igoeraren hk altuera hau da:
hk = 13,6 Hg + h
Lurraren iragazkortasuna zehaztea
Lurzoruaren iragazkortasuna zehazteko laborategiko saiakuntza bereziki permeametro deituriko aparatuen bidez egiten da. Permeametroen hainbat egitura badaude, baina bi multzotan bana daitezke: ur-presio konstanteko permeametroak, ale lodiagoko lurzoruetarako, eta ur-presio beherakorreko permeametroak ale fineko lurzoruetarako. Bi kasuetan, saiakuntza lagin nahasigabeekin egiten da.
Laborategiko saiakuntzaren bidez lurzoruaren iragazkortasun-koefizientea zehazten da, eta haren balioa tenperatura jakin batean adierazten da, uraren biskositatea tenperaturen arabera desberdina delako; horrek k iragazkortasun-koefizientearen balioan eragiten du. Gehienetan k koefizientea t =10°C tenperaturan adierazten da. Hortaz, 10°C bada, k koefizientea zehaztean uraren tenperatura T t = 10°C-tik desberdina izan bazen, haren balioa formula honen arabera berriz kalkulatzen da:
k10oC = ηt /η10oC * kT
non ηt eta η10oC lan-tenperatura T-tan, hots, hartutako t =10°C tenperaturan, uraren biskositatea diren.
kT T funtzionamendu-tenperaturan lurzoruaren iragazkortasun-koefizientearen lortutako balioa.
Tenperatura desberdinetarako T biskositate-balioak 1 taulan ematen dira.
Ur-presio konstanteko saioa
7 irudia. Ur-presio konstanteko permeametroa
Saiakuntza honetarako, asaldatu gabeko lur-lagina hartzen da D diametroko eta h altuerako metalezko zilindro batean, beheko ertza zorrotzduna, lurrean edo asaldatu gabeko lagin handiago batean sartuz. Laginaren goiko eta beheko gainazalak zilindroaren ertzekin berdindu ondoren, zilindroko lagina aparatuan jartzen da (7 irudia) goiko eta beheko iragazkien artean. Beheko iragazkia sare trinko batek eta iragazki-harri batek osatzen dute, laginaren bidez uraren igarotzea ahalbidetu eta lurzoru-partikulak garbitzea saihesteko. Goiko iragazkiak ez du sarerik, partikulen garbitze-arriskua txikiagoa delako. Ura laginera N mailatik eramaten da, eta maila hori gainezkatze-sistemaren bidez konstante mantentzen da, horrela presio hidrostatikoa H konstantea izan dadin. Presio horren pean, ura h lodierako laginaren bidez igarotzen da, eta aparatuaren goiko zatian konektatutako hodiaren bidez beirazko M menzuran iristen da, non tantaka erortzen den.
Ura laginetik menzurara iragiten hasi bezain laster, kronometroa martxan jartzen dugu eta t denboran menzurara heltzen den q ur-kopurua behatzen dugu. Darcyren legearen arabera, honakoa da
q = k*A*t*i
non k cm/seg-ko iragazkortasun-koefizientea den, A laginaren sekzioaren azalera, i karga hidraulikoa, eta i = H/h.
Goiko ekuaziotik, k= qh/Ath [cm/sec] daukagu.
Laginaren bidez igarotzen den ur-kopurua behaketaren hasieratik amaierara arteko denbora-tarteetan irakurtzen dugu, eta, horrela, laginaren bidez igarotako ur-kopuru partzialak eta guztizkoa ditugu.
Laginaren eta uraren barruan egon daitezkeen aire-burbuilak, saiakuntzaren emaitza okerrak eragin ditzaketenak, baztertzeko, beharrezkoa da saiakuntza egin aurretik lagina asetasun-egoeran egotea, eta saiakuntza egiteko irakindako ura edo, gutxienez, zaharra erabil dadila.
Aurrean deskribatutako aparatuaren ordez, H ur-mailaren aldearen ondoriozko presio hidrostatikoan oinarritua, badaude beste aparatu batzuk ere, non presio hidrostatikoa 10 eta 15 kp/cm2 arteko aire-presioaren bidez sortzen den, eta konpresore baten bidez konstante mantentzen den.