Netepaké wates-wates Atterberg
Kita bakal ngandharake uji penentuan wates leleh, wates plastisitas, lan wates susut, sing paling penting ing mekanika lemah. Kabeh uji iki ditindakake ing conto lemah kohesif sing wis kaganggu.
Uji penentuan wates cair
Kanggo opit iki dijupuk kira-kira 200 lemah ing kahanan teles alami, tanpa butiran sing diamèteré luwih saka 0,5 mm, amarga bisa ngganggu kaprecayan asil opit. Sampel aja dikeringake ing oven, nanging langsung dilebokake ing cangkir porselen sing isi banyu distilasi, lan kudu dibiarké ana ing kono nganti sawetara jam nganti teles banget. Kanggo lempung pasiran sing indeks plastisitasé IP < 20 wektu nglembabaké kira-kira 4 jam, kanggo lempung IP > 20 nganti 18 jam. Sawisé kuwi, sampel sing wis dilembabaké diwutahaké ing piring kaca lan dicampur kanthi becik nganggo piso laboratorium supaya dadi bubur kenthel kanthi komposisi sing rata. Yen katon partikel luwih gedhé tinimbang 0,5 mm, partikel kuwi disingkiraké nalika ngaduk.
Conto sing wis disiapake kaya mangkene dituangake menyang cawan kuningan aparat Casagrande kanggo nemtokake wates leleh (gbr. 1), sing ing laboratorium kita diarani alat geter Casagrande.
Gbr. 1. Alat Cassagrande kanggo nemtokake wates luluh
Piranti iki kasusun saka mangkuk kuningan, sing kanthi sambungan khusus dilebokaké menyang piranti, saka dudukan elastis saka karet atos, kanthi eksenter ing bagean ndhuwur lan gagang kanggo muter, kanthi eksenter diunggahaké nganti dhuwuré 1 cm, sing njalari mangkuk tiba lan nabrak dudukan (gbr. 1a). Ukuran piranti wis dinormakaké. Kajaba iku ana uga piso sing diprofil kanthi ukuran sing ditemtokake kanthi cetha (gbr. 1b).
Sampel sing wis disiapaké dilebokaké ing mangkuk kuningan banjur diratakan nganggo peso supaya permukaan sampel dadi rata sakabehé, lan sampel nutupi rada luwih saka separo pérangan ngarep mangkuk, kanthi dhuwuré ing ndhuwur titik paling ngisor dhasar mangkuk kira-kira 12 mm. Sawisé kuwi mangkuk diuripaké ing piranti lan kanthi peso sing wis diprofil digawe alur ing tengah supaya bener-bener lurus lan dhasar kuningan mangkuk katon, sing digayuh kanthi narik peso kanthi ati-ati jejeg marang dhasar mangkuk. Dawane alur kudu kira-kira 40 mm. Sakwisé kuwi gagang piranti diputer kanthi kacepetan 2 puteran saben detik, nalika pukulan mangkuk marang landhesané diétung lan aluré diamati, sing amarga pukulan mangkuk marang landhesan dadi nyempit, amarga pérangan sampel sing kapotong obah lan ngupaya nyawiji. Puteran gagang piranti diterusaké nganti alur nyawiji ing dawa 10 mm. Yen wis tekan kuwi, puteran gagang diendheg, banjur langsung sampel dijupuk nganggo peso kanthi jumlah kira-kira 2 cm3 saka pérangan ing sakubengé alur sing wis nyawiji ing loro sisi, dilebokaké ing kaca arloji lan kadar lemah ditemtokaké.
Uji iki diulang 3-4 kaping kanthi cara sing padha, nanging saben wektu kanthi kadar lembab sing béda, sing digayuh kanthi cara sampel pisanan dicampur karo banyu sing luwih sithik, banjur banyu ditambahi kanggo uji liyane. Sawisé saben uji rampung, sampel diwutahaké menyang papan kaca, banjur ditambahi sithik banyu lan diaduk nganti rata, supaya oleh massa bubur sing saben wektu luwih encèr.
Kanggo nindakake uji iki, bubur sing wis disiapake ora kena kakehan kenthel utawa kakehan encer, amarga kahanan konsistensi lemah sing adoh banget saka wates leleh ora menehi katelaten sing dibutuhake kanggo uji iki. Biasane dianggep yen jumlah pukulan kurang saka 10 utawa luwih saka 50, uji gagal, nanging dianggep katelaten uji luwih apik yen jarak antarwates iki 10-40 pukulan.
Perlu dicathet yèn miturut salah siji cara, saben rampung muter gagang nganti alur nyambung ing dawa 1 cm, conto ing mangkuk kuningan langsung diaduk nganggo piso lan permukaan conto ing mangkuk diratakaké manèh, alur anyar dipotong, banjur gagang piranti diputer. Tata cara iki diulang terus nganti telung kaping berturut-turut entuk jumlah pukulan sing padha nalika alur nyambung ing dawa 1 cm, lan jumlah iki dijupuk kanggo tata cara sabanjuré nalika nemtokake wates leleh. Asil uji dilebokaké ing diagram kanthi skala semilogaritmik (gambar 2). Ing sumbu absis dilebokaké jumlah pukulan kanthi skala logaritmik lan ing sumbu ordinat dilebokaké jumlah banyu ing persentase saka bobot garing conto kanthi skala aritmetika. Amarga ing saben panaliten jumlah banyu w béda-béda, mula bakal dipikolehi titik A, B, C lan D, sing cocog karo jumlah pukulan sing beda, ing ngendi jumlah pukulan luwih cilik yen jumlah banyu luwih gedhé lan kosok balene. Kanthi nyambungaké titik-titik iki dipikolehi garis miring lurus, ing ngendi digoleki titik M kanggo 25 pukulan. Jumlah banyu sing cocog karo titik iki dijupuk minangka wates leleh wL.
Gbr. 2. Penentuan wates luluh
Nemtokake wates plastisitas
Sampel lemah sing disiapake kanthi cara sing diterangake ing ndhuwur, nanging kanthi banyu luwih sithik, supaya dadi massa plastik ing kahanan meh kenyal-plastis, diklumpukake dadi bal watara 2-3 cm3, banjur digulung nganggo tlapak tangan ing ndhuwur kertas biasa utawa kertas panyerap dadi silinder kandel 3 mm. Yen sampel bisa digulung nganti kekandelan kuwi tanpa pecah, banjur diklumpukake maneh dadi bal lan digulung kanthi cara sing padha. Proses iki diulang terus nganti silinder ing kekandelan 3 mm wiwit pecah. Banjur silinder sing pecah dilebokake ing kaca arloji lan ditemtokake jumlahe banyu. Jumlah banyu iki, dinyatakaké minangka persen saka bobot garing sampel, cocog karo wates plastisitas wP.
Netepake wates susut
Gbr. 3. Nemokake wates penyusutan
Sampel lemah dicampur karo banyu distilat kanthi cara sing diterangake ing Uji penentuan wates cair, supaya konsistensine kira-kira ana ing wates cair, nalika kabèh pori wis jenuh banyu. Banjur digawe bal cilik sing dibiarké garing dhisik ing hawa, banjur ing oven pangering ing 105°C. Urutan pangeringan iki perlu supaya ora muncul retakan ing sampel sing wis garing, sing bisa ngganggu uji. Ing wiwitan langsung diukur bobot W1 sampel lan ditemtokaké volume V1 kanthi uji celup ing raksa, banjur terus digaringké ing hawa, sawise iku ing oven, kanthi njupuk sampel saka wektu ke wektu, didinginké ing eksikator lan diukur bobote W2, W3, W4 lsp. lan volumene V2, V3, V4 lsp. Kanthi cara iki bakal katemtokake yèn ing salah siji kahanan kadar banyu volume sampel mandheg suda sanajan bobote terus mudhun amarga pangeringan. Yen sampel ing kahanan awalé wis jenuh banyu, yaiku ora ngandhut hawa ing pori-porine, mundhake banyu amarga pangeringan sampel nganti wates susut kurang luwih padha karo nyusuté volume sampel. Sawisé kuwi pangeringan isih diterusaké tanpa ngukur volume, nganti sampel rampung garing, yaiku nganti boboté ajeg. Banjur ditemtokaké jumlah banyu ing persentase saka bobot garing sampel kanggo saben pangukuran volume lan bobot sampel, lan asil uji digambar ing diagram (gbr. 3). Kanthi cara iki dipikolehi titik A, B, C, D lan E, sing disambungaké, saéngga biasané metu garis kanthi patahan cetha ing wilayah wates susut. Ing titik patahan S dipikolehi kadar lembab w sing cocog karo wates susut _W_S.
Penentuan kapilaritas
Uji kanggo nemtokake dhuwuré munggah kapiler banyu ditindakake kanthi rong cara, yaiku kanthi pangukuran langsung dhuwuré munggah kapiler banyu lan kanthi pangukuran ora langsung nganggo kapilarimeter.
Uji panentuan dhuwuré kapiler kanthi pangukuran langsung
Saka conto sing wis keganggu dijupuk kira-kira 300 pondi lemah, banjur dikeringake ing 105°C, sawisé adhem digerus dadi bubuk sing banget alus, tanpa ngrusak butirané. Bubuk sing diduweni banjur diwutahake menyang pipa kaca kanthi diameter ø 25 mm, dawa 1,5 - 2,5 m, sing mbukak ing loro pucuk, lan pucuk ngisoré sadurunge ditutup nganggo kapas kaca utawa potongan kain. Ing pucuk ndhuwur sing mbukak kita ngetokake bubuk garing nganti dhuwuré kira-kira 10 cm, banjur pipa diangkat lan dibiarke tiba kanthi benturan ing lantai kayu utawa sangga elastis liya nganti katon pangendapan bubuk ing pipa. Kontrol pangendapan bubuk ditindakake kanthi menehi tandha garis nganggo kapur berminyak ing pipa. Sabanjuré kita nambahake bubuk maneh 10 cm lan mbaleni cara sing padha nganti pipa kebak bubuk garing sing padhet saka conto lemah sing kapilaritasé arep diuji. Banjur dhasar pipa dicelupake ing bejana kaca isi banyu distilasi sing ora mili, kanthi syarat pucuk ngisor pipa ora kena nglangi ing dhasar bejana (gambar 4). Pipa kaca dipasang nganggo bilah menyang skala, supaya pipa lan skala padha vertikal. Sawisé kuwi kita ngamatake munggahé banyu ing pipa, sing cetha bisa dingerteni saka warna: conto garing warnane luwih cerah, sing teles luwih peteng. Jarak antarane tingkat banyu ing bejana lan pinggir ndhuwur conto sing teles nuduhake dhuwuré munggah kapiler hk.
Sl. 4. Tetepake dhuwuré munggah kapiler banyu kanthi pangukuran langsung
Pengamatan lumrahé ditindakake sawisé 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 lan sapituruté jam. Asil pengamatan dilebokaké ing diagram, sing absisné nuduhaké wektu ing jam, lan ordinaté dhuwuré munggah kapiler banyu ing mm (gambar 5).
Ing bahan pasir, munggah kapiler ing wiwitan cepet, banjur luwih alon lan dhuwuré pungkasane cepet tekan. Ing bahan lempung, munggah kapiler ing wiwitan luwih alon, nanging luwih suwe lan tekan dhuwuré sing adoh luwih gedhe.
Cara kanggo nemtokake dhuwuré kapiler iki mbutuhake wektu suwe, utamané ing lemah lempung. Kajaba kuwi, dhuwuré munggah kapiler gumantung marang suhu hawa uga kelembapane, mula faktor-faktor iki perlu dijaga supaya bisa tetep sabisa-bisane ajeg.
Gbr. 5. Diagram munggahé banyu kapiler ing lemah, a-psan; b-lebu; c-tanah lempung
Uji nemtokake dhuwuré kapiler nganggo kapilarimeter
Ana sawetara kapilarimeter kanthi macem-macem konstruksi, kayata kapilarimeter Beskow, Jürgenson lan Engelhardt. Ing kéné bakal dijelasaké prinsip kerja karo kapilarimeter Beskow, sing paling akèh digunakaké.
Uji iki ditindakake ing conto sing ora keganggu utawa sing keganggu. Yen conto keganggu, banjur dilebokake menyang aparat ing kahanan ing wates aliran.
Sl. 6. Kapilarimeter Beskow
Kapilarimeter Beskow dumadi saka rong bejana (gambar 6), sing disambungake ing bagean ngisor siji lan sijine nganggo selang karet sing dikuatake. Ing bejana 1 dilebokake conto lemah ing dasar saringan, dene ing ngisoré ana bejana sing diisi sapérangan banyu suling, sapérangan merkuri, sing ing pérangan ngisor disusun supaya ngisi uga sakabehe selang karet lan pérangan ngisor bejana 2. Ing wiwitan panaliten, tingkat merkuri ing loro bejana padha. Banjur bejana 2 diturunake, saéngga ing ngisor dasar saringan bejana 1 kawangun tekanan negatif. Nalika tekanan negatif iki dadi luwih gedhe tinimbang gaya kapiler ing conto, hawa nembus liwat conto menyang dasar saringan lan tingkat merkuri ing loro bejana banjur langsung padha amarga penurunan bejana 2. Bedane Hg antarane tingkat merkuri ing siji lan sijiné bejana nalika tekanan negatif lan gaya kapiler padha, yaiku pas sadurunge hawa miwiti nembus conto, yen diowahi dadi dhuwuré kolom banyu lan ditambah dhuwuré kolom banyu h ing sangisore conto, menehi dhuwuré kapiler hk. Amarga merkuri 13,6 kaping luwih abot tinimbang banyu, mula dhuwuré munggah kapiler hk:
hk = 13,6 Hg + h
Nemtokake permeabilitas lemah
Uji laboratorium kanggo nemtokaké permeabilitas lemah ditindakake nganggo piranti khusus sing diarani permeameter. Ana macem-macem konstruksi permeameter, nanging bisa dipérang dadi rong klompok: permeameter kanthi tekanan banyu konstan, kanggo lemah sing butirané luwih kasar lan permeameter kanthi tekanan banyu mudhun kanggo lemah sing butirané alus. Ing loro kasus, opit ditindakake nganggo sampel sing ora kaganggu.
Kanthi uji laboratorium ditemtokake koefisien permeabilitas lemah sing nilaine diwedharake ing suhu tartamtu, amarga viskositas banyu beda ing suhu sing beda-beda, lan iki mengaruhi nilai koefisien permeabilitas k. Paling asring koefisien k diwenehake ing suhu t =10°C. Mula, yen 10°C, suhu banyu nalika nemtokake koefisien k yaiku T beda karo t = 10°C banjur nilaine diitung maneh miturut rumus:
k10oC = ηt /η10oC * kT
ing ngendi ηt lan η10oC iku viskositas banyu ing suhu kerja T, utawa suhu sing diadopsi t =10°C.
kT nilai koefisien permeabilitas lemah ing suhu kerja T.
Nilai viskositas kanggo macem-macem suhu T diwenehake ing tabel 1.
Tes kanthi tekanan banyu konstan
Gbr. 7. Permeameter kanthi tekanan banyu konstan
Kanggo uji iki dijupuk sampel lemah ora keganggu ing silinder logam kanthi diameter D, dhuwur h, kanthi pinggir ngisor sing lancip, kanthi dipencetake menyang lemah utawa menyang sampel ora keganggu sing luwih gedhé. Sawisé permukaan ndhuwur lan ngisor sampel diratakan karo pinggiran silinder, sampel ing silinder dilebokake ing piranti (sl. 7) ing antarane saringan ndhuwur lan saringan ngisor. Saringan ngisor kasusun saka ayakan rapet lan watu saringan, supaya banyu bisa mili liwat sampel lan partikel lemah ora kesapu. Saringan ndhuwur tanpa ayakan amarga kemungkinan kesapu partikel luwih cilik. Pasokan banyu menyang sampel saka tingkat N, sing dijaga tetep nganggo saluran limpasan, saéngga tekanan hidrostatik H tetep. Ing tekanan iki banyu liwat sampel kanthi kekandelan h lan liwat pipa sing disambungaké ing bagéan ndhuwur piranti tekan menzura kaca M ing ngendi netes.
Sanalika banyu wiwit mili liwat conto menyang gelas ukur, stopwatch diuripaké lan diamati jumlah banyu q sing mlebu ing gelas ukur sajrone t. Miturut hukum Darcy yaiku
q = k*A*t*i
ing ngendi k koefisien permeabilitas ing cm/sec, A yaiku jembar penampang conto, i penurunan hidrolik, i = H/h.
Saka persamaan ing ndhuwur kita nduweni k= qh/Ath [cm/sec].
Jumlah banyu sing liwat sampel diwaca ing interval wektu tartamtu saka wiwitan nganti pungkasan pengamatan, supaya kita nduwèni jumlah banyu saben-saben lan uga total sing wis ngliwati sampel.
Supaya gelembung udara ing sampel lan ing banyu bisa disingkirake, sing bisa nyebabake asil uji sing salah, perlu sadurunge uji sampel ana ing kahanan jenuh, uga kanggo nindakake uji kudu digunakake banyu sing wis digodhog utawa paling ora banyu sing wis ngadeg.
Tinimbang piranti sing wis diterangake sadurunge sing adhedhasar tekanan hidrostatik amarga bedané tingkat banyu H, ana uga piranti sing tekanan hidrostatiké diprodhuksi déning tekanan udara saka 10 nganti 15 kp/cm2, dijaga tetep nganggo kompresor.