Bepaling fan de Atterberg-grinzen
Wy sille de proeven beskriuwe foar it fêststellen fan de floeigrins, de plastyske grins en de krimprins, dy’t it wichtichst binne yn de boaiemmeganika. Al dizze proeven wurde útfierd op fersteurde monsters fan bûn grûn.
Proef foar it bepalen fan de floeilimyt
Foar dizze proef wurdt sa’n 200 g boaiem nommen yn natuerlik fochtige tastân, sûnder korrels mei in diameter grutter as 0,5 mm, dy’t de krektens fan de proefresultaten fersteure soene. It stekproef mei net yn in droechkast droege wurde, mar wurdt daliks yn in porsleinen skaal mei destillearre wetter dien, dêr’t it ferskate oeren bliuwe moat oant it goed trochweekt is. Foar leem mei in plastisiteitsyndeks IP < 20 duorret it trochwekken sa’n 4 oere, foar klaai IP > 20 oant 18 oeren. Dêrnei wurdt it trochwekte stekproef oerbrocht op in glêzen plaat en mei in laboratoariummes goed mingd, sadat in tichte brij fan in unifoarme gearstalling ûntstiet. As der dieltsjes opmurken wurde grutter as 0,5 mm, wurde dy by it mingen fuorthelle.
It sa taret stekproef wurdt oerdroegen yn ’e messing skaal fan it Casagrande-apparaat foar it bepalen fan de floeigrins (ôfb. 1), dat yn ús laboratoaria Casagrande’s trillingstoestel neamd wurdt.
Ofb. 1. Cassagrande-apparaat foar it fêststellen fan de rekgrins
It apparaat bestiet út in koperen skûteltsje, dat mei in bysûndere ferbining yn it apparaat ynskeakele wurdt, in elastysk ûnderstel fan hurd rubber, mei in eksintrik yn it boppeste diel en in hannel om te draaien, wêrby’t de eksintrik omheech komt oant in hichte fan 1 cm, wêrtroch’t it skûteltsje falt en tsjin it ûnderstel slacht (fig. 1a). De ôfmjittings fan it apparaat binne standerdisearre. Dêrneist is der ek in profilearre mes fan krekt fêstleine ôfmjittings (fig. 1b).
It yn de messing skûtel brochte stekproef wurdt mei in mes flak strutsen, sadat it oerflak fan de stekproef folslein flak is, en de stekproef wat mear as de helte fan it foarste part fan it skûtel bedekt, mei de hichte boppe it leechste punt fan de boaiem fan it skûtel sa’n 12 mm. Dêrnei wurdt it skûtel yn it apparaat set en mei it profilearre mes wurdt yn it midden in groef snien, sadat dy folslein rjocht is en de messing boaiem fan it skûtel sichtber wurdt, wat berikt wurdt troch it mes foarsichtich loodrjocht op de boaiem fan it skûtel te lûken. De lingte fan de groef moat sa’n 40 mm wêze. Daliks dêrnei wurdt de hannel fan it apparaat draaid mei in snelheid fan 2 omdraaïngen yn de sekonde, wylst de slach fan it skûtel op de ûnderstân tellen wurdt en de groef observearre wurdt, dy’t troch de slach fan it skûtel op de ûnderstân nauwer wurdt, om’t de trochsniene dielen fan de stekproef yn beweging komme en besykje gear te gean. It draaien fan de hannel fan it apparaat duorret sa lang, oant de groef oer in lingte fan 10 mm geargiet. As dat berikt is, wurdt opholden mei fierder draaien fan de hannel, en dêrnei wurdt daliks mei it mes in stekproef nommen yn in hoemannichte fan likernôch 2 cm3 út it gebiet om de geargeane groef hinne oan beide kanten, dy wurdt yn horloazjeglêzen dien en it fochtgehalte fan de boaiem wurdt bepaald.
Dizze proef wurdt 3-4 kear op deselde wize werhelle, mar eltse kear mei in oare fochtigens; dat wurdt berikt troch it stekproef earst te mingen mei in lytsere hoemannichte wetter, en dêrnei wetter ta te foegjen foar de oare proeven. Nei elke foltôge proef wurdt it stekproef op in glêzen plaat jitten, dêr’t wat wetter oan tafoege en goed trochmingd wurdt, om in homogeen, eltse kear wat tinner, papperich mingsel te krijen.
Foar it útfieren fan de proef mei it taret mingsel mei de pap net te dik en ek net te floeiber wêze, omdat tastannen fan grûnkonsistinsje dy’t te fier fan de floeilimyt ôf lizze de nedige krektens foar dizze proef net jouwe. Ornaris wurdt oannommen dat as it tal slagen minder is as 10 of grutter as 50, de proef mislearre is, mar it wurdt as krekter beskôge as de ôfstân fan dizze grinzen 10-40 slagen is.
Der wurdt opmurken dat neffens ien proseduere, eltse kear nei’t it draaien fan de hânsel foltôge is oant it gearfoegjen fan de groef oer in lingte fan 1 cm wurdt it monster yn it messinkene bakje daliks mei in mes trochinoar makke en wurdt it oerflak fan it monster yn it bakje wer gelyk makke, wurdt in nije groef ynsnien, en dan draait men de hânsel fan it apparaat. Dizze proseduere wurdt werhelle oant der trije kear efterinoar itselde tal slachken krigen wurdt by it gearfoegjen fan de groef oer in lingte fan 1 cm, en dat tal wurdt oannaam foar de fierdere proseduere by it fêststellen fan de strekgrins. De ûndersyksresultaten sette wy op in diagram yn semylogaritmyske skaal (ôfb. 2). Op de x-as wurdt it tal slachken yn logaritmyske skaal set en op de y-as de hoemannichte wetter yn persintaazje fan it droege gewicht fan it monster yn aritmetyske skaal. Om’t by eltse proef de hoemannichte wetter w oars is, krije wy de punten A, B, C en D, dy’t oerienkomme mei in oar tal slachken; it tal slachken is lytser as de wetterhoemannichte grutter is en oarsom. Troch dizze punten te ferbinen krije wy in skeane rjochte line, wêrop wy it punt M sykje foar 25 slachken. De wetterhoemannichte dy’t by dit punt heart, wurdt oannaam as de strekgrins wL.
Fig. 2. Bepaling fan de strekkingsgrins
Bepaling fan de plastisiteitsgrins
It boaiemmonster, makke op de hjirboppe beskreaune wize, mar mei minder wetter, sadat it in plastyske massa is yn in hast taaie-plastyske steat, wurdt ta in boltsje gearfoege fan sa’n 2-3 cm3, en dêrnei mei de palm rôle op in ûndergrûn fan gewoan of opsoarchjend papier ta in roltsje mei in dikte fan 3 mm. As it monster oant dy dikte rôle wurde kin sûnder te brekken, wurdt it op ’e nij ta in boltsje gearfoege en op deselde wize rôle. Dizze hanneling wurdt sa lang werhelle oant it roltsje by in dikte fan 3 mm begjint te brekken. Dan wurde de brutsen roltsjes yn horloazjeglêskes lein en wurdt de wetterhoemannichte bepaald. Dy wetterhoemannichte, útdrukt yn persintaazjes fan it droege gewicht fan it monster, komt oerien mei de plastisiteitsgrins wP.
Bepaling fan de krimpgrins
Ofb. 3. Bepaling fan de krimpgrins
It boaiemmonster wurdt mingd mei destillearre wetter op de wize beskreaun ûnder Proef foar it bepalen fan de floeilimyt, sadat de konsistinsje sawat by de floeilimyt leit, as alle poaren mei wetter verzadige binne. Dêrnei wurdt in baltsje makke dat earst oan ’e loft, en dan yn de droeger by 105°C droegje litten wurdt. Dizze opienfolging yn it droegjen is nedich om skuorren yn it droege monster te foarkommen, dy’t de proef fersteure soene. Fuort oan it begjin wurdt it gewicht W1 fan it monster metten en de folume V1 bepaald mei de ûnderdompelproef yn kwik; dêrnei wurdt fierder oan de loft en dan yn de droeger droege, mei tuskentroch it nimmen fan it monster, ôfkuoljen yn de eksikator en it mjitten fan it gewicht W2, W3, W4 ensfh. en it folume V2, V3, V4 ensfh. Op dy wize wurdt fêststeld dat by in beskate fochtigensstân it folume fan it monster net mear lytser wurdt, hoewol’t it gewicht fierder ôfnimt troch it droegjen. As it monster yn syn earste stân mei wetter verzadige is, dus gjin loft yn de poaren befettet, komt it wetterferlies by it droegjen oant de krimprâne sawat oerien mei de ôfnimming fan it folume fan it monster. Nei dat tiidpunt wurdt it droegjen fierder fuortset sûnder folumemjitting, oant it monster folslein drûch is, dus oant konstante massa. Dan wurdt foar elke mjitting fan folume en gewicht fan it monster de hoemannichte wetter as persintaazje fan de droege massa bepaald, en de resultaten fan de proef wurde yn it diagram oanbrocht (fig. 3). Op dy wize wurde de punten A, B, C, D en E krigen, dy’t mei-inoar ferbûn wurde, sadat ornaris in line mei in skerpe knik yn it gebiet fan de krimprâne ûntstiet. Yn it knikpunt S wurdt de fochtigens w krigen dy’t oerienkomt mei de krimprâne _W_S.
Bepaling fan de kapillariteit
De proef foar it bepalen fan de hichte fan de kapillêre opstiging fan wetter wurdt op twa wizen útfierd, nammentlik troch direkte mjitting fan de hichte fan de kapillêre opstiging fan wetter en troch yndirekte mjitting mei in kapillimeter.
Proef foar it fêststellen fan de kapillêre hichte troch direkte mjitting
Ut it steurde stekproef wurdt sa’n 300 pondi boaiem nommen, dy’t droege wurdt op 105°C, dêrnei nei ôfkuolling fynmakke wurdt ta hiel fyn poeier, sûnder de korrels te ferpletterjen. It verkregen poeier wurdt yn in glêzen buis mei diameter ø 25 mm, lingte 1,5 - 2,5 m, oan beide einen iepen, sketten, wêrfan it ûnderste ein earder ôfsletten wurdt mei glêswatte of in stik doek. Yn it iepen boppeste ein jitte wy it droege poeier oant in hichte fan sa’n 10 cm, dêrnei heffe wy de buis op en litte him mei in klap op in houten flier of in oare elastyske ûnderstipe falle, oant der sakking fan it poeier yn de buis te sjen is. It kontrolearjen fan de sakking fan it poeier dogge wy troch markearrings mei fetkryt op de buis oan te bringen. Dêrnei jitte wy noch 10 cm poeier by en werhelje deselde proseduere oant wy de buis fol hawwe mei kompakt droech poeier fan it boaiemsteekproef, wêrfan’t wy de kapillariteit ûndersykje. Dan dompelje wy de boaiem fan de buis yn in glêzen bak mei stilsteande destillearre wetter, mei as betingst dat it ûnderste ein fan de buis net op de boaiem fan de bak lizze mei (ôfbylding 4). De glêzen buis meitsje wy fêst oan in lat by de skaal, sadat sawol de buis as de skaal fertikaal binne. Dêrnei observearje wy de opstiging fan wetter yn de buis, dy’t dúdlik te werkennen is oan de kleur: in droech stekproef is ljocht fan kleur, in fochtich is tsjuster. De ôfstân tusken it wetternivo yn de bak en de boppeste râne fan it fochtige stekproef foarmet de hichte fan de kapillêre opstiging hk.
Ôfb. 4. Bepaling fan de hichte fan de kapillêre opstiging fan wetter troch direkte mjitting
De observaasje wurdt yn ‘e regel útfierd nei 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ensfh. oeren. De resultaten fan de observaasje wurde op in diagram set, wêrfan de abscissen de tiid yn oeren foarstelle en de ordinaten de hichten fan de kapillêre opstiging fan wetter yn mm (ôfb. 5).
By sânich materiaal is de kapillêre opstiging earst hurd, dêrnei stadiger, en de einhichte wurdt fluch berikt. By klaaich materiaal is de kapillêre opstiging earst stadiger, mar duorret langer en berikt in folle gruttere hichte.
Dizze manier om de kapillêre hichte te bepalen is tiidslinend, benammen by klaaigrûn. Dêrnjonken hinget de hichte fan de kapillêre opstiging ôf fan de luchttemperatuer en fan de fochtigens dêrfan, wêrtroch’t it needsaaklik is om dizze faktoaren sa folle mooglik konstant te hâlden.
Ofb. 5. Skema fan kapillêre opstiging fan wetter yn de grûn, a-sân; b-stof; c-lemige grûn
Proef foar it bepalen fan de kapillêre hichte mei help fan in kapillimeter
Der binne ferskate kapillariimeters fan ferskillende konstruksjes, lykas de kapillariimeters fan Beskow, Jürgenson en Engelhardt. Hjir sille wy it wurkprinsipe fan de Beskow-kapillariimeter beskriuwe, dy’t it meast tapast wurdt.
Dizze proef wurdt útfierd op ûnfersteurde of fersteurde monsters. As it monster fersteurd is, wurdt it yn it apparaat brocht yn de tastân fan de streamgrins.
Afb. 6. Beskow-kapillimeter
De Beskow-kapilarimeter bestiet út twa faten (ôfb. 6), dy’t yn de legere parten mei-inoar ferbûn binne troch in fersterke rubberslang. Yn fet 1 wurdt in boaiemmonster op in filterboaiem pleatst, wylst ûnder dat fet in oar fet sit dat foar in part mei destillearre wetter en foar in part mei kwik fol is, dat yn it ûnderste diel sa sit dat it sawol de hiele rubberslang as it ûnderste diel fan fet 2 folt. Oan it begjin fan de proef is it kwiknivo yn beide faten gelyk. Dêrnei wurdt fet 2 nei ûnderen ferlege, wêrtroch ûnder de filterboaiem fan fet 1 ûnderdruk ûntstiet. As dizze ûnderdruk grutter wurdt as de kapillêre krêften yn it monster, kringt loft troch it monster nei de filterboaiem en it kwiknivo yn beide faten wurdt dêrnei fuortendaliks lyk makke troch it sakjen fan fet 2. It ferskil Hg tusken it kwiknivo yn it iene en it oare fet op it momint dat ûnderdruk en kapillêre krêften lyk wurde, dus krekt foardat de loft troch it monster begûn te kringen, omrekkene nei de hichte fan in wetterkolom en ferhege mei de hichte fan de wetterkolom h ûnder it monster, jout de kapillêre hichte hk. Omdat kwik 13,6 kear swierder is as wetter, is de hichte fan de kapillêre opstiging hk:
hk = 13,6 Hg + h
Bepalen fan de trochlittendens fan de grûn
It laboratoariume eksperimint foar it bepalen fan de trochlittens fan de grûn wurdt útfierd mei bysûndere apparaten dy’t permeameters neamd wurde. Der besteane ferskillende konstruksjes fan permeameters, dy’t lykwols yn twa groepen yndield wurde kinne: permeameters mei konstante wetterdruk, foar grounkorrelige grûnen, en permeameters mei ôfnimmende wetterdruk foar fynkorrelige grûnen. Yn beide gefallen wurdt it eksperimint útfierd mei ûnfersteurde monsters.
Mei in laboratoariumproef wurdt de wetterpermeabiliteitskoëffisjint fan de grûn bepaald, waans wearde by in bepaalde temperatuer útdrukt wurdt, fanwegen de ferskillende viskositeit fan wetter by ferskillende temperatueren, wat ynfloed hat op de wearde fan de permeabiliteitskoëffisjint k. Meastentiids wurdt de koëffisjint k útdrukt by de temperatuer t =10°C. Dêrom, as 10°C, de wettertemperatuer by it bepalen fan de koëffisjint k T oars wie as t = 10°C, dan wurdt syn wearde neffens de folgjende formule omrekkene:
k10oC = ηt /η10oC * kT
wêrby’t ηt en η10oC de viskositeit fan wetter by de wurktemperatuer T, respektivelik de oannommen temperatuer t =10°C, binne.
kT wearde fan de boaiempermeabiliteitskoëffisjint by de wurktemperatuer T.
De viskositeitswearden foar ferskate temperatueren T wurde jûn yn tabel 1.
Proef mei konstante wetterdruk
Fig. 7. Permeameter mei konstante wetterdruk
Foar dizze proef wurdt in ûnfersteurd boaiemmonster nommen yn in metalen silinder mei diameter D, hichte h, en mei in skerper makke ûnderkant, troch it yn de boaiem of yn in grutter ûnfersteurd monster te drukken. Neidat it boppeste en ûnderste oerflak fan it monster gelyk makke binne mei de rânen fan de silinder, wurdt it monster yn de silinder yn it apparaat set (ôfb. 7) tusken it boppeste en ûnderste filter. It ûnderste filter bestiet út in dicht seeflak en filterstien, sadat wetter troch it monster streame kin en it útwaskjen fan boaiemdieltsjes foarkommen wurdt. It boppeste filter hat gjin seeflak, om’t der minder kâns is op útwaskjen fan dieltsjes. De wetteroanfierring nei it monster is fan it nivo N, dat mei in oerstreaming konstant hâlden wurdt, sadat de hydrostatyske druk H konstant is. Under dizze druk giet wetter troch it monster mei dikte h en berikt troch in piip ferbûn oan it boppeste diel fan it apparaat de glêzen menzuer M dêr’t it dript.
Sadree’t de wetterstream troch it stekproef yn de menzuer begjint, sette wy de stopwatch oan en observearje wy de hoemannichte wetter q dy’t yn de menzuer ynstreamt yn de tiid t. Neffens de wet fan Darcy is
q = k*A*t*i
wêr’t k de trochlatenskoëffisjint yn cm/sec is, A it trochsnittsflak fan it proefstik, i it hydraulyske fall, i = H/h.
Ut de boppesteande fergeliking hawwe wy k= qh/Ath [cm/sec].
De hoemannichte wetter dy’t troch it stekproef giet, lêze wy ôf yn aparte tiidyntervallen fan it begjin oant it ein fan de observaasje, sadat wy sawol de aparte as de totale hoemannichte wetter hawwe dy’t troch it stekproef streamd is.
Om loftbellen yn it monster en yn it wetter út te sluten, dy’t ta ferkearde testresultaten liede kinne, is it needsaaklik dat it monster foar de test yn ferzadige tastân is, en dat foar it útfieren fan de test sean of op syn minst stiennen wetter brûkt wurdt.
Ynstee fan it hjirboppe beskreaune apparaat basearre op hydrostatyske druk troch it ferskil yn wetterpeil H, binne der ek apparaten dêr’t de hydrostatyske druk produsearre wurdt troch luchtdruk fan 10 oant 15 kp/cm2, konstant holden troch middel fan in kompressor.