Bestëmmung vun den Atterberg-Grenzen
Mir beschreiwen d’Bestëmmung vum Flëssegkeetsgrenzwäert, vum Plastizitéitsgrenzwäert an vum Schrumpegrenzwäert, déi am Buedemmechanik déi wichtegst sinn. All dës Versich ginn u gestéierte Prouwe vu kohäsivem Buedem duerchgefouert.
Bestëmmung vun der Flossgrenz
Fir dësen Test hëlt een ongeféier 200 p Buedem am natierlech fiichten Zoustand, ouni Kären mat engem Duerchmiesser iwwer 0,5 mm, déi d’Prezisioun vun de Resultater vum Test géife stéieren. D’Probe däerf net an engem Trockenschaf gedréchent ginn, mee gëtt direkt an eng Porzellanschossel mat destilléiertem Waasser geluecht, wou se e puer Stonne solle bleiwen, bis se gutt duerchfiicht ass. Fir Leem mat engem Plastizitéitsindex IP < 20 dauert d’Duerchfiichtung ongeféier 4 Stonn, fir Lehm IP > 20 bis 18 Stonnen. Duerno gëtt déi duerchfiicht Probe op eng Glaspatt transferéiert an mat Hëllef vun engem Labormesser gutt gemëscht, fir eng déck Paste mat gläichméisseger Zesummesetzung ze kréien. Wann Deelcher méi grouss wéi 0,5 mm bemierkt ginn, gi se beim Mëschen ewechgeholl.
De sou preparéierte Prouf gëtt an d’Schossel aus Messing vum Casagrande-Apparat fir d’Bestëmmung vun der Flossgrenz (Fig. 1) geschott, deen an eise Laboratoiren Casagrande-Rëssapparat genannt gëtt.
Fig. 1. Cassagrande-Apparat zur Bestëmmung vun der Flëssgrenz
Den Apparat besteet aus enger Messing-Schuel, déi iwwer eng speziell Verbindung an den Apparat agebaut gëtt, engem elastesche Stänner aus haardem Gummi, mat engem Exzenter am ieweschten Deel an engem Grëff fir ze dréinen, woubei den Exzenter op eng Héicht vu 1 cm eropgeet, wouduerch d’Schuel eroffält an op de Stänner schléit (Abb. 1a). D’Dimensioune vum Apparat si norméiert. Zousätzlech gëtt et nach e profilléiert Messer vu genee festgeluechten Dimensiounen (Abb. 1b).
D’an der Handkass getraffe Prouf gëtt mat engem Messer glat gemaach, sou datt d’Uewerfläch vun der Prouf komplett eben ass, an d’Prouf e bëssen iwwer d’Hallschent vum viischten Deel vun der Schossel bedeckt, dobäi soll hir Héicht iwwer dem niddregste Punkt vum Buedem vun der Schossel ongeféier 12 mm sinn. Duerno gëtt d’Schossel an d’Apparat gesat an mat dem profilléierte Messer gëtt an der Mëtt eng Fiel geschnidden, sou datt se komplett riicht ass an de Messingbuedem vun der Schossel ze gesinn ass, wat duerch virsiichtegt Zéie vum Messer senkrecht zum Buedem vun der Schossel erreecht gëtt. D’Längt vun der Fiel soll ongeféier 40 mm sinn. Direkt duerno gëtt d’Grëff vum Apparat mat enger Vitess vun 2 Ëmdréiungen an der Sekonn gedréint, dobäi ginn d’Schléi vun der Schossel op de Sockel gezielt an d’Fiel observéiert, déi sech duerch d’Schléi vun der Schossel op de Sockel verengt, well déi geschnidde Partie vun der Prouf sech beweegen an drop aus sinn, sech ze verbannen. D’Dréie vum Grëff vum Apparat geet esou laang weider, bis d’Fiel op enger Längt vun 10 mm zesummekënnt. Wann dat erreecht ass, gëtt d’Weiderdréie vum Grëff gestoppt, an direkt dono gëtt mat engem Messer eng Prouf an enger Quantitéit vun ongeféier 2 cm3 aus dem Beräich ronderëm déi zesummegelaf Fiel op béide Säiten erausgeholl, an Auerglas gesat a seng Buedemfiichtegkeet bestëmmt.
Dësen Test gëtt 3-4 Mol op déiselwecht Aart widderholl, awer all Kéier mat enger anerer Fiichtegkeet, wat erreecht gëtt, wann d’Probe fir d’éischt mat enger méi klenger Quantitéit Waasser vermëscht gëtt an duerno fir déi aner Tester Waasser bäigesat gëtt. No all ofgeschlossene Versuch gëtt d’Probe op eng Glasplack geschott, wou e bësse Waasser derbäikënnt a gutt vermëscht gëtt, fir eng gläichméisseg, all Kéier e bëssen méi dënn, breiër Mass ze kréien.
Fir den Ausféiere vum Versuch däerf déi hiergestallt Mass weder ze déck nach ze flësseg sinn, well Konsistenzzoustände vum Buedem, déi ze wäit vun der Flossgrenz ewech leien, net déi néideg Genauegkeet fir dëse Versuch liwweren. Normalerweis gëtt ugeholl, datt wann d’Zuel vun de Schléi méi kleng wéi 10 oder méi grouss wéi 50 ass, de Versuch net gelongen ass, mee et gëtt als méi genau ugesinn, wann d’Spaan vun dëse Grenzen 10-40 Schléi ass.
Et gëtt drop higewisen, datt no enger bestëmmter Method, all Kéier nodeems den Hiewel gedréit gouf bis zum Zesummeschléisse vun der Rill iwwer eng Längt vun 1 cm, d’Probe an der Messingschuel direkt mat engem Messer ëmgeréiert an d’Uewerfläch vun der Probe an der Schossel erëm geebent gëtt, eng nei Rill geschnidde gëtt, an dann den Apparat-Hiewel erëm gedréit gëtt. Dës Prozedur gëtt esou laang widderholl, bis et dräimol hannertenee geléngt, bei der Zesummeschléissung vun der Rill iwwer eng Längt vun 1 cm déi selwecht Zuel vu Schléi ze kréien, déi dann fir déi weider Prozedur bei der Bestëmmung vun der Fliessgrenz iwwerholl gëtt. D’Resultater vun der Untersuchung droe mir an en Diagramm an semilogarithmescher Skala an (Fig. 2). Op d’Abszissenachs gëtt d’Zuel vun de Schléi an logaritmescher Skala agedroen an op d’Ordinatenachs d’Waassermenge a Prozent vum dréche Gewiicht vun der Probe an arithmetescher Skala. Well bei all Versuch d’Waassermeng w verschidde ass, kréie mir d’Punkten A, B, C an D, déi verschiddene Schloenzuele entspriechen, woubäi d’Schloenzuel méi kleng ass, jee méi grouss d’Waassermeng ass, a ëmgedréint. Wann ee dës Punkte verbënnt, kritt een eng schréi riicht Linn, op där mir de Punkt M fir 25 Schléi sichen. D’Waassermeng, déi dësem Punkt entsprécht, gëtt als Fliessgrenz wL ugeholl.
Fig. 2. Bestëmmung vun der Flossgrenz
Bestëmmung vun der Plastizitéitsgrenz
Eng Buedemprouf, déi op déi uewe beschriwwe Manéier hiergestallt gëtt, awer mat manner Waasser, sou datt se eng plastesch Mass a bal zähe-plasteschem Zoustand ass, gëtt zu engem Kugele vun ongeféier 2-3 cm3 zesummegedréckt, an duerno mat der Handfläch op enger normaler oder saugender Pabeierënnerlag zu engem Rull vun der Déckt 3 mm ausgewalzt. Wann d’Prouf bis zu där Déckt ouni Broch ausgewalzt ka ginn, gëtt se erëm zu enger Kugele zesummegedréckt an op déiselwecht Manéier ausgewalzt. Dëse Prozess gëtt esou laang widderholl, bis erreecht ass, datt de Rull bei enger Déckt vun 3 mm ufänkt ze briechen. Duerno ginn déi gebrach Rullen an Auerglieser geluecht an d’Waassermeng bestëmmt. Dës Waassermeng, ausgedréckt a Prozent vum dréchenen Gewiicht vun der Prouf, entsprécht der Plastizitéitsgrenz wP.
Bestëmmung vun der Schrumpfgrenz
Abb. 3. Bestëmmung vun der Schwindgrenz
D’Buedemprobe gëtt mam destilléierte Waasser op déi Aart a Weis vermëscht, déi ënner Bestëmmung vun der Flossgrenz beschriwwe gëtt, esou datt seng Konsistenz ongeféier un der Flossgrenz läit, wann all Poren mat Waasser gesättegt sinn. Duerno gëtt eng Kuel gemaach, déi als éischt un der Loft an duerno am Trockenschaf bei 105°C gedréchent gëtt. Dës Reiefolleg beim Dréchnen ass noutwendeg, fir Rëss an der gedréchenter Probe ze vermeiden, déi de Versuch verfälsche géifen. Direkt am Ufank gëtt d’Gewiicht W1 vun der Probe gemooss a säi Volumen V1 duerch en Eintauchversuch a Quecksëlwer bestëmmt, duerno gëtt weider un der Loft, an dono am Trockenschaf gedréchent, mat reegelméissegem Entnomme vun der Probe, Ofkillen am Exsikkator an dem Moosse vun hirem Gewiicht W2, W3, W4 etc. an hirem Volumen V2, V3, V4 etc. Op dës Aart a Weis gëtt festgestallt, datt bei engem bestëmmte Fiichtegkeetszoustand d’Volumen vun der Probe ophält sech ze verkleinen, obwuel hiert Gewiicht weiderhin duerch d’Dréchnen ofhëlt. Wann d’Probe an hirem Ufankszoustand mat Waasser gesättegt ass, also keng Loft an de Poren enthält, entsprécht de Waasserverloscht beim Dréchnen vun der Probe bis zur Schrumpfgrenz ongeféier der Reduktioun vum Probevolumen. Duerno gëtt d’Dréchnen ouni Volumenmiessung weidergefouert, bis d’Probe komplett gedréchent ass, also bis d’Gewiicht konstant bleift. Da gëtt de Waassergehalt a Prozent vum dréchene Gewiicht vun der Probe fir all Volumen- a Gewiichtsmessung bestëmmt, an d’Resultater vum Versuch ginn an en Diagramm agedroen (Fig. 3). Sou kréie mir d’Punkten A, B, C, D an E, déi verbonnen ginn, sou datt normalerweis eng Linn mat engem schaarfe Knick am Beräich vun der Schrumpfgrenz entsteet. Am Knickpunkt S ergëtt sech d’Fiichtegkeet w, déi der Schrumpfgrenz _W_S entsprécht.
Bestëmmung vun der Kapillaritéit
D’Versuch fir d’Héicht vum kapillare Waasseropstiig ze bestëmmen gëtt op zwou Aarten duerchgefouert, nämlech duerch direkt Miessung vun der Héicht vum kapillare Waasseropstiig an duerch indirekt Miessung mat Hëllef vun engem Kapillarimeter.
Versuch zur Bestëmmung vun der Kapillarhéicht duerch direkt Miessung
Aus enger gestéierter Probe hëlt een ongeféier 300 Pond Buedem, deen op 105°C gedréchent gëtt, duerno gëtt en nom Ofkillen zu engem ganz feine Pudder zerstouss, ouni d’Käre ze zerdrécken. De gewonnene Pudder gëtt an eng Glasréier mat engem Duerchmiesser vun ø 25 mm, enger Längt vun 1,5 - 2,5 m, déi u béiden Enner op ass, geschott, woubäi dat ënnescht Enn virdru mat Glaswatt oder engem Stéck Stoff ofgeschloss gëtt. An dat oppe iewescht Enn schëdde mir de gedréchente Pudder bis op eng Héicht vu ronn 10 cm, duerno hiewe mir d’Rouer an loosse se mat Schwong op engem hëlze Buedem oder engem aneren elasteschen Ënnerlag fale bis sech eng Sëtzung vum Pudder an der Röhre weist. D’Kontroll vun der Sëtzung vum Pudder maachen mir duerch d’Markéiere vu Strécher mat fetteger Kriid op der Röhre. Duerno schëdde mir weider 10 cm Pudder derbäi a widderhuelen dee selwechte Prozedur, bis mir d’Röhre mat dichtem dréchene Pudder vun der Buedemprobe gefëllt hunn, där hir Kapillaritéit mir ënnersichen. Duerno tauche mir den Ënnerdeel vun der Röhre an e Glasbehälter mat destilléiertem Waasser ouni Floss, dobäi däerf dat ënnescht Enn vun der Röhre net um Buedem vum Behälter opstoen (Fig. 4). D’Glasréier befestegen mir mat enger Läischt un enger Skala, sou datt souwuel d’Rouer wéi och d’Skala vertikal sinn. Duerno beobachten mir den Opstig vum Waasser an der Röhre, deen ee kloer un der Faarf erkennt: déi dréche Probe ass hell, déi fiicht donkel. D’Distanz tëscht dem Waasserniveau am Behälter an der ieweschter Kante vun der fiichter Probe stellt d’Héicht vum kapillare Opstig hk duer.
Fig. 4. Bestëmmung vun der Héicht vum kapillare Waasseropstiig duerch direkt Miessung
D’Observatioun gëtt normalerweis no 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 asw. Stonnen duerchgefouert. D’Resultater vun der Observatioun ginn op en Diagramm iwwerdroen, deem seng Abszissen d’Zäit a Stonnen an d’Ordinaten d’Héichten vum kapillare Opstiige vum Waasser a mm duerstellen (Abb. 5).
Bei sandegem Material klëmmt d’Kapillarwaasser am Ufank séier, duerno méi lues, an déi endgülteg Klëmphéicht gëtt séier erreecht. Bei leemegem Material ass d’Kapillarklammen am Ufank méi lues, awer méi dauerhaft, a se erreecht eng däitlech méi grouss Héicht.
Dës Method fir d’Kapillarhéicht ze bestëmmen ass zäitopwänneg, besonnesch bei leemegen Biedem. Ausserdeem hänkt d’Héicht vum kapillare Opstig vun der Lofttemperatur souwéi vun hirer Fiichtegkeet of, dofir mussen dës Faktoren esou wäit wéi méiglech konstant gehale ginn.
Abb. 5. Diagramm vum kapillaren Opklamme vum Waasser am Buedem, a-Sand; b-Stëbs; c-leemegen Buedem
Test zur Bestëmmung vun der Kapillarhéicht mam Kapillarimeter
Et gëtt méi Kapillarimeteren mat verschiddene Konstruktiounen, wéi d’Kapillarimeteren Beskow, Jürgenson an Engelhardt. Hei beschreiwe mir de Funktiounsprinzip vum Beskow-Kapillarimeter, deen am meeschten agesat gëtt.
Dës Prouf gëtt un onverstéierte oder verstéierte Proben duerchgefouert. Wann d’Probe verstéiert ass, da gëtt si an den Apparat am Zoustand un der Fliessgrenz agefouert.
Abb. 6. Kapillarimeter Beskow
De Beskow-Kapillarimeter besteet aus zwee Behälter (Abb. 6), déi an den ënneschten Deeler matenee verbonne sinn duerch e verstäerkte Gummischlauch. An de Behälter 1 gëtt d’Buedemprobe op e Filterbuedem geluecht, wärend ënner him de Behälter matdeelweis mat destilléiertem Waasser, deelweis mat Quecksëlwer gefëllt ass, dat am ënneschten Deel esou stécht, datt et och de ganze Gummischlauch an den ënneschten Deel vum Behälter 2 fëllt. Um Ufank vum Versuch ass de Quecksëlwerniveau an deenen zwee Behälter gläich. Duerno gëtt de Behälter 2 no ënnen erofgesat, wouduerch ënner dem Filterbuedem vum Behälter 1 en Ënnerdrock entsteet. Wann dësen Ënnerdrock méi grouss gëtt wéi d’Kapillarkräften an der Probe, dréngt Loft duerch d’Probe an de Filterbuedem, an de Quecksëlwerniveau an deenen zwee Behälter gläicht sech direkt duerno duerch d’Ofsenkung vum Behälter 2 aus. Den Ënnerscheed Hg tëscht dem Quecksëlwerniveau an dem engeren an dem anere Behälter am Moment vum Ausgläich vum Ënnerdrock an de Kapillarkräften, also direkt ier d’Loft ugefaangen huet duerch d’Probe ze dréngen, op d’Héicht vum Waassersail ëmgerechent an ëm d’Héicht vum Waassersail h ënner der Probe erhéicht, ergëtt d’Kapillarhéicht hk. Well Quecksëlwer 13,6 mol méi schwéier ass wéi Waasser, ass d’Héicht vum kapillare Opstig hk:
hk = 13,6 Hg + h
Bestëmmung vun der Permeabilitéit vum Buedem
De Laboratoiresversuch fir d’Duerchlässegkeet vum Buedem ze bestëmmen gëtt mat speziëlle Geräter gemaach, déi Permeameter genannt ginn. Et ginn ënnerschiddlech Konstruktioune vu Permeameter, déi awer an zwou Gruppen opgedeelt kënne ginn: Permeameter mat konstante Waasserdrock, fir méi grobkärege Biedem, an Permeameter mat ofhuelendem Waasserdrock fir feinkärege Biedem. A béide Fäll gëtt de Versuch mat net gestéierte Proben duerchgefouert.
Duerch e Laborversuch gëtt de Permeabilitéitskoeffizient vum Buedem bestëmmt, deem säi Wäert bei enger bestëmmter Temperatur uginn ass, wéinst der ënnerschiddlecher Viskositéit vum Waasser bei verschiddene Temperaturen, wat de Wäert vum Permeabilitéitskoeffizient k beaflosst. Meeschtens gëtt de Koeffizient k bei der Temperatur t =10°C uginn. Dofir, wann 10°C, d’Waassertemperatur bei der Bestëmmung vum Koeffizient k T anescht wéi t = 10°C war, da gëtt säi Wäert no dëser Formel ëmgerechent:
k10oC = ηt /η10oC * kT
wou ηt an η10oC d’Viskositéit vum Waasser bei der Aarbechtstemperatur T, bzw. bei der ugehollener Temperatur t =10°C sinn.
kT erhalene Wäert vum Koeffizient vun der Duerchlässegkeet vum Buedem bei der Aarbechtstemperatur T.
D’Viskositéitswäerter fir verschidden Temperaturen T sinn an der Tabell 1 uginn.
Versuch mat konstantem Waasserdrock
Fig. 7. Permeameter mat konstantem Waasserdrock
Fir dësen Test gëtt eng ongestéiert Buedemprouf an en Metallzylinder mam Duerchmiesser D, der Héicht h, an enger ofgeschäerfter Ënnerkant geholl, andeems en an de Buedem oder an eng méi grouss ongestéiert Prouf agepress gëtt. Nodeem déi iewescht an déi ënnescht Uewerfläch vun der Prouf mat de Kante vum Zylinder ausgeglach goufen, gëtt d’Prouf am Zylinder an den Apparat gesat (sl. 7) tëscht dem ieweschten an dem ënneschte Filter. Den ënneschte Filter besteet aus engem dichte Sieb an engem Filtersteen, fir datt d’Waasser duerch d’Prouf ka fléissen an d’Auswäschung vu Buedempartikelen verhënnert gëtt. Den ieweschte Filter ass ouni Sieb, well d’Gefor vun der Auswäschung vu Partikelen manner grouss ass. D’Waasserzoufuhr an d’Prouf geschitt vum Niveau N aus, dee mat Hëllef vun engem Iwwerlaaf konstant gehalen gëtt, sou datt den hydrostateschen Drock H konstant ass. Ënner dësem Drock geet d’Waasser duerch d’Prouf vun der Déckt h an erreecht iwwer eng Röhre, déi an den ieweschten Deel vum Apparat agebaut ass, d’Glasmenzuer M, wou et dropft.
Soubal d’Waasser duerch d’Prouf an d’Moosszylinder ofleeft, setzen mir d’Stoppauer a Betrib a beobachten d’Quantitéit Waasser q, déi während t an de Moosszylinder leeft. No dem Darcy-Gesetz ass
q = k*A*t*i
woubäi k de Permeabilitéitskoeffizient a cm/sec ass, A d’Querschnittsfläch vun der Prouf, i de hydraulësche Gefäll, i = H/h.
Aus der ueweschter Gläichung kréie mir k= qh/Ath [cm/sec].
D’Waassermeng, déi duerch d’Probe geet, notéiere mir an eenzele Zäitintervaller vum Ufank bis zum Enn vun der Observatioun, esou datt mir souwuel d’individuell wéi och déi total Waassermeng hunn, déi duerch d’Probe gefloss ass.
Fir Loftblosen an der Probe an am Waasser auszeschléissen, déi zu falsche Resultater vum Versuch féiere kënnen, ass et néideg, datt d’Probe virum Versuch an engem saturéierten Zoustand ass, an datt fir d’Duerchféierung vum Versuch gekacht oder op d’mannst stoe gelooss Waasser benotzt gëtt.
Amplaz vum uewen beschriwwenen Apparat, deen op dem hydrostateschen Drock wéinst dem Héichtenënnerscheed vum Waasser H baséiert, ginn et och Apparater, bei deenen den hydrostateschen Drock duerch Loftdrock vu 10 bis 15 kp/cm2 erzeugt gëtt an duerch e Kompressor konstant gehalen gëtt.