अॅटर्घबर्ग मर्यादा, केशिकत्व आणि मातीची पारगम्यता यांचे निर्धारण

अॅटरबर्ग मर्यादा निश्चित करणे

मृदा यांत्रिकीमध्ये सर्वांत महत्त्वाच्या असलेल्या द्रवता-सीमा, प्लॅस्टिकता-सीमा आणि आकुंचन-सीमा ठरविण्याच्या चाचण्यांचे वर्णन करू. या सर्व चाचण्या विस्कळीत जोडलेल्या मातीच्या नमुन्यांवर केल्या जातात.

उत्पन्न मर्यादा निश्चित करण्याची चाचणी

या चाचणीसाठी नैसर्गिक आर्द्र अवस्थेतील सुमारे 200 p माती घेतली जाते, 0,5 mm व्यासापेक्षा मोठे कण नसलेली, कारण ते चाचणीच्या निकालांची अचूकता बिघडवू शकतात. नमुना वाळवणाऱ्या कपाटात वाळवू नये, तर तो थेट डिस्टिल्ड पाण्यासह पोर्सेलिनच्या कपात ठेवावा, जिथे तो पूर्णपणे भिजेपर्यंत काही तास राहिला पाहिजे. प्लास्टिसिटी निर्देशांक IP < 20 असलेल्या चिकणमातीसाठी भिजवण्यास सुमारे 4 तास लागतात, आणि IP > 20 असलेल्या मातीसाठी 18 तासांपर्यंत लागतात. त्यानंतर भिजवलेला नमुना काचपट्टीवर पसरवून प्रयोगशाळेच्या सुरीने चांगला मिसळावा, जेणेकरून समसमान घटकांची दाट पेस्ट तयार होईल. 0,5 mm पेक्षा मोठे कण आढळल्यास, मिसळताना ते काढून टाकावेत.

अशा रीतीने तयार केलेला नमुना Casagrande च्या द्रवसीमा ठरविण्याच्या उपकरणाच्या पितळी वाटीत ओतला जातो (आकृ. 1), ज्याला आमच्या प्रयोगशाळांमध्ये Casagrande चक्रीकरण यंत्र म्हणतात.

आकृ. 1. यील्ड मर्यादा ठरविण्यासाठी कॅसाग्रांडेचे उपकरण

हे उपकरण पितळी वाटीपासून बनलेले आहे, जी विशेष जोडणीच्या सहाय्याने उपकरणात बसवली जाते, तसेच कठीण रबराच्या लवचिक पायथ्यापासून, ज्याच्या वरच्या भागात एक एक्सेंट्रिक आणि फिरवण्यासाठी हँडल आहे; त्या वेळी एक्सेंट्रिक 1 cm उंचीपर्यंत वर येतो, त्यामुळे वाटी खाली पडून पायथ्यावर आपटते (आकृ. 1a). उपकरणांची मापे प्रमाणित आहेत. याशिवाय, अचूक ठरवलेल्या मापांचा प्रोफाइलयुक्त चाकूही उपलब्ध आहे (आकृ. 1b).

घट्ट केलेला नमुना पितळी वाटीत सुरीने समतल केला जातो, जेणेकरून नमुन्याचा पृष्ठभाग पूर्णपणे सपाट राहील, आणि नमुना वाटीच्या पुढील भागाचा अर्ध्यापेक्षा थोडा अधिक भाग झाकेल; तसेच त्याची उंची वाटीच्या तळाच्या सर्वात खालच्या बिंदूपासून सुमारे 12 mm इतकी असावी. त्यानंतर वाटी उपकरणात बसवली जाते आणि प्रोफाइल केलेल्या सुरीने मधोमध चर कापली जाते, जेणेकरून ती पूर्णपणे सरळ राहील आणि वाटीचा पितळी तळ दिसेल; हे सुरीला वाटीच्या तळाशी लंब दिशेने सावधपणे ओढून साध्य केले जाते. चराची लांबी सुमारे 40 mm असावी. त्यानंतर लगेच उपकरणाचा हँडल 2 फेऱ्या प्रति सेकंद या वेगाने फिरवला जातो; त्या वेळी वाटीचा तळाशी होणारे आघात मोजले जातात आणि चराचे निरीक्षण केले जाते, कारण या आघातांमुळे चर अरुंद होत जाते, कारण कापलेले नमुन्याचे भाग हलू लागतात आणि एकमेकांमध्ये मिसळण्याचा प्रयत्न करतात. हँडल फिरवणे तोपर्यंत चालू ठेवले जाते, जोपर्यंत चर 10 mm लांबीवर एकत्र येत नाही. हे साध्य झाल्यावर हँडल फिरवणे थांबवले जाते, आणि लगेचच सुरीने सुमारे 2 cm3 इतका नमुना दोन्ही बाजूंनी एकत्र आलेल्या चराभोवतीच्या भागातून काढला जातो, तो घड्याळाच्या काचेवर ठेवला जातो आणि मातीचा आर्द्रता-मान निश्चित केला जातो.

हा प्रयोग त्याच प्रकारे 3-4 वेळा पुनरावृत्त केला जातो, मात्र प्रत्येक वेळी भिन्न ओलाव्याने; हे असे साध्य केले जाते की नमुना प्रथम थोड्या प्रमाणात पाण्यासोबत मिसळला जातो, आणि नंतर उर्वरित प्रयोगांसाठी पाणी जोडले जाते. प्रत्येक पूर्ण झालेल्या प्रयोगानंतर, नमुना काचेच्या पट्टीवर ओतला जातो, जिथे थोडे पाणी घालून नीट मिसळले जाते, जेणेकरून एकसमान, प्रत्येक वेळी किंचित अधिक पातळ, घनसर मिश्रण मिळेल.

चाचणी करण्यासाठी तयार केलेले मिश्रण फार घट्ट किंवा फार पातळ नसावे, कारण उत्पन्न मर्येपासून फार दूर असलेल्या मातीच्या सुसंगतीच्या अवस्था या चाचणीसाठी आवश्यक अचूकता देत नाहीत. साधारणपणे असे मानले जाते की जर प्रहारांची संख्या 10 पेक्षा कमी किंवा 50 पेक्षा जास्त असेल, तर चाचणी अयशस्वी झाली आहे; परंतु जर या मर्यादांमधील अंतर 10-40 प्रहारांचे असेल, तर चाचणीची अचूकता अधिक चांगली मानली जाते.

नोंद घ्यावी की एका प्रक्रियेनुसार, प्रत्येक वेळी हँडल फिरवणे पूर्ण झाल्यावर 1 cm लांबीवर चर जुळून आल्यावर पितळेच्या वाटीतला नमुना लगेच चाकूने मिसळला जातो आणि वाटीतल्या नमुन्याचा पृष्ठभाग पुन्हा समतल केला जातो, नवीन चर कापली जाते, त्यानंतर उपकरणाचे हँडल फिरवले जाते. ही प्रक्रिया तेव्हाचपर्यंत पुन्हा केली जाते, जोपर्यंत 1 cm लांबीवर चर जुळवताना सलग तीन वेळा समान फेऱ्यांची संख्या मिळत नाही; ती संख्या पुढील प्रवाही मर्यादा ठरविण्याच्या प्रक्रियेसाठी स्वीकारली जाते. चाचणीचे निकाल अर्ध-लघुगणकीय विभागणीतील आलेखावर नोंदविले जातात (आकृ. 2). अब्सिसा अक्षावर फेऱ्यांची संख्या लघुगणकीय विभागणीत आणि ऑर्डिनेट अक्षावर नमुन्याच्या कोरड्या वजनाच्या टक्केवारीतील पाण्याचे प्रमाण अंकगणितीय विभागणीत नोंदविले जाते. प्रत्येक चाचणीत पाण्याचे प्रमाण w वेगवेगळे असल्याने आपल्याला A, B, C आणि D बिंदू मिळतील, जे वेगवेगळ्या फेऱ्यांच्या संख्यांना अनुरूप असतील; पाण्याचे प्रमाण जितके जास्त तितकी फेऱ्यांची संख्या कमी आणि उलट. हे बिंदू जोडल्यावर एक तिरकी सरळ रेषा मिळते, ज्यावर आपण 25 फेऱ्यांसाठीचा M बिंदू शोधतो. या बिंदूस अनुरूप पाण्याचे प्रमाण प्रवाही मर्यादा wL म्हणून स्वीकारले जाते.

आकृ. 2. द्रवणसीमा निश्चित करणे

प्लास्टिसिटी मर्यादा निश्चित करणे

वर वर्णन केलेल्या पद्धतीने तयार केलेला, पण कमी पाण्यासह असा मातीचा नमुना, की तो जवळजवळ कणखर-लवचिक अवस्थेतील प्लास्टिक वस्तुमास बनेल, सुमारे 2-3 cm3 इतक्या गोळ्यात गोळा केला जातो, आणि नंतर साध्या किंवा शोषक कागदावर तळहाताने फिरवून 3 mm जाडीचा वेटोळा बनविला जातो. जर नमुना न तुटता इतक्या जाडीपर्यंत वळता आला, तर तो पुन्हा गोळा करून त्याच प्रकारे वळतात. ही प्रक्रिया तेव्हापर्यंत पुनरावृत्त केली जाते, जोपर्यंत 3 mm जाडीवर वेटोळे तुटू लागेपर्यंत पोहोचत नाही. मग तुटलेले वेटोळे घड्याळाच्या काचांमध्ये ठेवून पाण्याचे प्रमाण ठरविले जाते. हे पाण्याचे प्रमाण, नमुन्याच्या कोरड्या वजनाच्या टक्केवारीत व्यक्त केलेले, प्लास्टिसिटी मर्यादा wP शी सुसंगत असते.

आकुंचन मर्यादा निश्चित करणे

आकृ. 3. संकुचन मर्यादा निश्चित करणे

मातीचा नमुना उत्पन्न मर्यादा निश्चित करण्याची चाचणी मध्ये वर्णन केलेल्या पद्धतीने आसुत पाण्यात मिसळला जातो, जेणेकरून त्याची सुसंगती जवळजवळ उत्पन्न मर्यादेवर असेल, जेव्हा सर्व छिद्रे पाण्याने संतृप्त झालेली असतात. त्यानंतर गोळी बनविली जाते, जी प्रथम हवेत वाळू दिली जाते, नंतर 105°C वरील वाळवणी भट्टीत ठेवली जाते. वाळवणीची ही टप्प्याटप्प्याची पद्धत वाळलेल्या नमुन्यात भेगा पडू नयेत म्हणून आवश्यक आहे, कारण त्या चाचणीत अडथळा निर्माण करतील. सुरुवातीला लगेच नमुन्याचे W1 वजन मोजले जाते आणि त्याचा V1 आयतन पाऱ्यात बुडवून केलेल्या चाचणीने ठरवले जाते; त्यानंतर तो पुढे हवेत आणि मग वाळवणी भट्टीत वाळवत नेला जातो, मध्ये मध्ये नमुना काढून, डेसिकेटरमध्ये थंड करून त्याचे W2, W3, W4 इत्यादी वजन आणि V2, V3, V4 इत्यादी आयतन मोजले जाते. या प्रकारे असे आढळेल की एका विशिष्ट आर्द्रता स्थितीत, नमुन्याचे आयतन कमी होणे थांबते, जरी वाळवल्यामुळे त्याचे वजन पुढेही कमी होत राहते. जर नमुना आपल्या प्रारंभीच्या अवस्थेत पाण्याने संतृप्त असेल, म्हणजेच छिद्रांमध्ये हवा नसेल, तर नमुना वाळवताना संकुचन मर्येपर्यंत होणारी पाण्याची हानी अंदाजे नमुन्याच्या आयतनातील घटेस समतुल्य असते. त्यानंतर आयतन न मोजता वाळवणे चालू ठेवले जाते, जोपर्यंत नमुना पूर्णपणे वाळत नाही, म्हणजे वजन स्थिर होत नाही. मग नमुन्याच्या आयतन आणि वजनाच्या प्रत्येक मापनासाठी पाण्याचे प्रमाण कोरड्या वजनाच्या टक्केवारीत ठरवले जाते, आणि चाचणीचे परिणाम आलेखावर (आकृ. 3) मांडले जातात. अशा प्रकारे A, B, C, D आणि E ही बिंदू मिळतात, जे जोडले जातात, आणि साधारणपणे संकुचन मर्येच्या परिसरात तीक्ष्ण वळण असलेली रेषा मिळते. वळण बिंदू S मध्ये संकुचन मर्येला W_S अनुरूप आर्द्रता w मिळते.

केशिकत्वाचे निर्धारण

पाण्याच्या केशिकीय चढणीची उंची ठरविण्याची चाचणी दोन प्रकारे केली जाते: पाण्याच्या केशिकीय चढणीची उंची थेट मोजून आणि कॅपिलरीमीटरच्या साहाय्याने अप्रत्यक्ष मोजणी करून.

केशिक उंचीचे थेट मोजमापाद्वारे निर्धारण करण्याचा प्रयोग

व्यत्यय आलेल्या नमुन्यातून सुमारे 300 पोंड माती घेतली जाते, ती 105°C वर वाळवली जाते, नंतर थंड झाल्यावर कण न चुरडता अतिशय सूक्ष्म पूड केली जाते. मिळालेली पूड 25 mm व्यासाच्या, 1,5 - 2,5 m लांबीच्या, दोन्ही टोकांनी उघड्या अशा काचेच्या नळीत ओतली जाते; या नळीचे खालचे टोक आधी काचवूल किंवा कापडाच्या तुकड्याने बंद केलेले असते. उघड्या वरच्या टोकातून आपण सुकी पूड सुमारे 10 cm उंचीपर्यंत भरतो, नंतर नळी उचलून लाकडी जमिनीवर किंवा इतर कोणत्यातरी लवचिक आधारावर धक्क्यासह सोडतो, जोपर्यंत नळीतल्या पूडीत बसणे दिसून येते. पूडीच्या बसण्याचे नियंत्रण नळीवर मेणाच्या खडूने रेषा काढून केले जाते. त्यानंतर आणखी 10 cm पूड टाकून तीच प्रक्रिया पुन्हा केली जाते, जोपर्यंत आपण मातीच्या नमुन्याची, ज्याची केशिकता आपण तपासत आहोत, अशी दाट कोरडी पूड नळीमध्ये भरून घेत नाही. नंतर नळीचे तळ स्थिर प्रवाह नसलेल्या आसुत पाण्याच्या काचपात्रात बुडवतो, अशा अटीसह की नळीचे खालचे टोक पात्राच्या तळाशी टेकलेले नसावे (आकृ. 4). काचेची नळी पट्टीने मापकपट्टीला जोडली जाते, जेणेकरून नळी आणि मापकपट्टी दोन्ही उभ्या राहतील. त्यानंतर नळीत पाण्याचे चढणे पाहिले जाते, जे रंगावरून स्पष्ट ओळखता येते: कोरडा नमुना फिकट रंगाचा, ओला गडद असतो. पात्रातील पाण्याची पातळी आणि ओल्या नमुन्याच्या वरच्या कडेतील अंतर म्हणजे केशिकीय चढाईची उंची hk.

Sl. 4. प्रत्यक्ष मोजणीद्वारे पाण्याच्या केशिकीय उंचीची निश्चिती

निरीक्षण साधारणपणे 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 इत्यादी तासांनंतर केले जाते. निरीक्षणाचे निष्कर्ष एका आलेखावर नोंदविले जातात, ज्याच्या abscissa वर तासांतील वेळ आणि ordinate वर पाण्याच्या केशिकीय चढाईची उंची mm मध्ये दर्शविली जाते (आकृ. 5).

वाळूयुक्त पदार्थात केशिकारोहण सुरुवातीला झपाट्याने होते, नंतर मंदावते आणि अंतिम उंची लवकर गाठली जाते. चिकणमातीयुक्त पदार्थात केशिकारोहण सुरुवातीला मंद असते, पण ते अधिक काळ चालते आणि खूपच जास्त उंची गाठते.

कॅपिलरी उंची ठरविण्याची ही पद्धत वेळखाऊ आहे, विशेषतः चिकणमातीसाठी. शिवाय कॅपिलरी चढाईची उंची हवेच्या तापमानावर तसेच त्याच्या आर्द्रतेवर अवलंबून असते, म्हणून हे घटक शक्य तितके स्थिर ठेवणे आवश्यक आहे.

आकृ. 5. मातीतील पाण्याच्या केशिक चढणीचा आलेख, a-वाळू; b-धूळ; c-चिकणमाती

कॅपिलॅरिमीटरच्या साहाय्याने केशिकीय उंची निश्चित करण्याची चाचणी

Beskow, Jürgenson आणि Engelhardt यांच्या कॅपिलरीमीटरसारख्या विविध रचनांचे अनेक कॅपिलरीमीटर उपलब्ध आहेत. येथे आपण Beskow कॅपिलरीमीटरच्या कार्यपद्धतीचे वर्णन करू, जो सर्वाधिक वापरला जातो.

ही चाचणी अबाधित किंवा बाधित नमुन्यांवर केली जाते. जर नमुना बाधित असेल, तर तो यंत्रात द्रवता मर्यादेच्या अवस्थेत घालण्यात येतो.

आकृ. 6. बेस्कोव कॅपिलॅरिमीटर

बेस्कोव्हच्या केशिकामापकात दोन भांडी (आकृ. 6) असतात, जी खालच्या भागांत परस्परांशी बळकट रबर नळीने जोडलेली असतात. भांडे 1 मध्ये फिल्टरच्या तळावर मातीचा नमुना ठेवला जातो, तर त्याखालील भांडे अंशतः आसुत पाण्याने, अंशतः पारद्याने भरलेले असते, आणि ते खालच्या भागात असे असते की संपूर्ण रबर नळी आणि भांडे 2 चा खालचा भागही भरलेला असतो. प्रयोगाच्या सुरुवातीला दोन्ही भांड्यांतील पारद्याची पातळी समान असते. त्यानंतर भांडे 2 खाली उतरवले जाते, ज्यामुळे भांडे 1 च्या फिल्टर तळाखाली अधिदाब निर्माण होतो. हा अधिदाब नमुन्यातील केशिकीय बलांपेक्षा जास्त झाल्यावर, हवा नमुन्यामधून फिल्टरच्या तळापर्यंत प्रवेश करते आणि लगेचच भांडे 2 खाली सोडल्याने दोन्ही भांड्यांतील पारद्याची पातळी पुन्हा समान होते. अधिदाब आणि केशिकीय बलांच्या समानीकरणाच्या क्षणी, म्हणजे हवा नमुन्यात प्रवेश करण्यास सुरूवात करण्याच्या अगदी आधी, एका व दुसऱ्या भांड्यातील पारद्याच्या पातळ्यांमधील Hg फरक, पाण्याच्या स्तंभाच्या उंचीत रूपांतरित करून आणि नमुन्याखालील पाण्याच्या स्तंभाची h उंची त्यात जोडून, केशिकीय उंची hk मिळते. पारद्याचे वजन पाण्यापेक्षा 13,6 पट जास्त असल्याने, केशिकीय चढाईची उंची hk अशी आहे:

hk = 13,6 Hg + h

मातीची पारगम्यता निश्चित करणे

मातीच्या पारगम्यतेचे प्रयोगशाळेतील परीक्षण विशेष उपकरणांच्या साहाय्याने केले जाते; या उपकरणांना पर्मीअमीटर म्हणतात. पर्मीअमीटरच्या विविध रचना असतात, परंतु त्यांना दोन गटांत विभागता येते: जाड दाणेदार मातीसाठी स्थिर जलदाबाचे पर्मीअमीटर आणि सूक्ष्म दाणेदार मातीसाठी कमी होत जाणाऱ्या जलदाबाचे पर्मीअमीटर. दोन्ही प्रसंगी परीक्षण अव्यत्ययित नमुन्यांवर केले जाते.

प्रयोगशाळेतील चाचणीत मातीचा पारगम्यता गुणांक निश्चित केला जातो; पाण्याची वेगवेगळ्या तापमानांवरील श्‍यानता भिन्न असल्यामुळे, पारगम्यता गुणांक k चे मूल्य एका ठरावीक तापमानावर व्यक्त केले जाते. सर्वसाधारणपणे t =10°C या तापमानावरील k गुणांक दिला जातो. म्हणून, जर 10°C, k गुणांक ठरविताना पाण्याचे तापमान T हे t = 10°C पासून वेगळे असेल, तर त्याचे मूल्य पुढील सूत्राने पुनर्गणना केले जाते:

k10oC = ηt /η10oC * kT

जिथे ηt आणि η10oC हे कार्यरत तापमान T वरचे, म्हणजेच स्वीकारलेल्या तापमान t =10°C वरचे पाण्याचे श्यानता आहेत.

kT हे कार्यरत तापमान T वरील मातीच्या पारगम्यता गुणांकाचे मिळालेले मूल्य.

वेगवेगळ्या तापमानांसाठी T चे श्यानता मूल्ये तक्ता 1 मध्ये दिली आहेत.

स्थिर जलदाब प्रयोग

आकृ. 7. स्थिर पाणी-दाब असलेला पर्मीयामीटर

या चाचणीसाठी D व्यास आणि h उंची असलेला, खालची कडा धारदार केलेला, धातूच्या सिलिंडरमध्ये अबाधित मातीचा नमुना जमिनीत दाबून किंवा मोठ्या अबाधित नमुन्यात दाबून घेतला जातो. नमुन्याची वरची आणि खालची पृष्ठे सिलिंडरच्या काठाशी समसमान केल्यानंतर, सिलिंडरमधील नमुना उपकरणात (आकृ. 7) वरच्या आणि खालच्या फिल्टरच्या दरम्यान ठेवला जातो. खालचा फिल्टर दाट जाळी आणि फिल्टर स्टोन यांचा बनलेला असतो, जेणेकरून नमुन्यातून पाण्याचा प्रवाह शक्य होईल आणि मातीच्या कणांचे धुऊन जाणे रोखता येईल. वरच्या फिल्टरमध्ये जाळी नसते, कारण कण धुऊन जाण्याची शक्यता कमी असते. नमुन्यात पाणी N पातळीवरून सोडले जाते, जी ओव्हरफ्लोच्या साहाय्याने स्थिर ठेवली जाते, त्यामुळे हायड्रोस्टॅटिक दाब H स्थिर राहतो. या दाबाखाली पाणी h जाडीच्या नमुन्यातून जाऊन उपकरणाच्या वरच्या भागातील नळीद्वारे काच मोजमाप भांडे M मध्ये पोहोचते, जिथे ते थेंब थेंब पडते.

ज्याक्षणी नमुन्यातून पाणी मोजमापाच्या सिलिंडरमध्ये वाहू लागते, तेव्हा आपण स्टॉपवॉच सुरू करतो आणि t कालावधीत सिलिंडरमध्ये येणाऱ्या q पाण्याच्या प्रमाणाचे निरीक्षण करतो. डार्सीच्या नियमानुसार हे

q = k*A*t*i

जिथे k हा cm/sec मधील पारगम्यता गुणांक, A नमुन्याच्या छेदफळाचे क्षेत्रफळ, i हा जलदाब-ढाल, i = H/h.

वरच्या समीकरणावरून आपल्याला k= qh/Ath [cm/sec] मिळते.

निरीक्षणाच्या सुरुवातीपासून शेवटपर्यंत ठरावीक कालावधींमध्ये नमुन्यातून गेलेल्या पाण्याचे प्रमाण आपण वाचतो, त्यामुळे नमुन्यातून गेलेल्या पाण्याचे स्वतंत्र तसेच एकूण प्रमाण आपल्याकडे असते.

नमुन्यात आणि पाण्यातील हवेचे बुडबुडे, जे चाचणीच्या चुकीच्या परिणामांना कारणीभूत ठरू शकतात, दूर करण्यासाठी, चाचणीपूर्वी नमुना संपृक्त अवस्थेत असणे आवश्यक आहे, तसेच चाचणी करण्यासाठी उकळलेले किंवा किमान शिळे पाणी वापरणे आवश्यक आहे.

वर वर्णन केलेल्या, पाण्याच्या पातळीतील फरकामुळे निर्माण होणाऱ्या हायड्रोस्टॅटिक दाबावर आधारित उपकरणाऐवजी, अशीही उपकरणे आहेत ज्यांमध्ये हायड्रोस्टॅटिक दाब 10 ते 15 kp/cm2 या हवेच्या दाबाने निर्माण केला जातो आणि तो कंप्रेसरच्या साहाय्याने स्थिर ठेवला जातो.