Determinazzjoni tal-limiti ta’ Atterberg
Se niddeskrivu t-testijiet għad-determinazzjoni tal-limitu tat-tixrid, il-limitu tal-plastiċità u l-limitu tat-tixrink, li huma l-aktar importanti fil-mekkanika tal-ħamrija. Dawn it-testijiet kollha jsiru fuq kampjuni disturbati ta’ ħamrija magħquda.
Il-prova tad-determinazzjoni tal-limitu ta’ likwidità
Għal dan l-esperiment jittieħdu madwar 200 p ta’ ħamrija fl-istat naturali niedi tagħha, mingħajr qamħiet b’dijametru akbar minn 0,5 mm, li jistgħu jfixklu l-eżattezza tar-riżultati tal-esperiment. Il-kampjun ma jridx jitnixxef fil-forn iżda jitqiegħed immedjatament f’tazza tal-porċellana b’ilma distillat, fejn għandu jibqa’ għal diversi sigħat sakemm jixxarrab sewwa. Għall-ħama b’indiċi ta’ plastiċità IP < 20 it-tixrib idum madwar 4 siegħa, għall-tafal IP > 20 sa 18 sigħat. Imbagħad il-kampjun mxarrab jitferra’ fuq plakka tal-ħġieġ u jitħallat sewwa b’sikkina tal-laboratorju, sabiex tinkiseb pejst oħxon b’kompożizzjoni uniformi. Jekk jiġu osservati partiċelli akbar minn 0,5 mm, dawn jitneħħew waqt it-taħlit.
Il-kampjun hekk ippreparat jitferra’ fil-bowla tal-latuni tal-apparat Casagrande għad-determinazzjoni tal-limitu tal-fluss (fig. 1), li fil-laboratorji tagħna jissejjaħ it-treskalija ta’ Casagrande.
Taf. 1. Apparat ta’ Cassagrande għad-determinazzjoni tal-limitu ta’ rendiment
L-apparat jikkonsisti minn skutella tar-ram, li permezz ta’ konnessjoni speċjali tiġi mgħoddija fl-apparat, bażi elastika minn gomma iebsa, b’eċċentriku fil-parti ta’ fuq u manku għat-tidwir, fejn l-eċċentriku jitla’ sa għoli ta’ 1 cm, u b’hekk l-iskutella taqa’ u tolqot il-bażi (fig. 1a). Id-dimensjonijiet tal-apparat huma standardizzati. Barra minn hekk hemm ukoll sikkina profilata b’dimensjonijiet eżatti magħrufa (fig. 1b).
Il-kampjun mitfugħ fil-vojt fil-landa tar-ram jitqaxxar bis-sikkina b’tali mod li l-wiċċ tal-kampjun ikun kompletament ċatt, u li l-kampjun ikopri ftit aktar minn nofs il-parti ta’ quddiem tal-landa, b’tali mod li l-għoli tiegħu ’l fuq mill-aktar punt baxx tal-qiegħ tal-landa jkun madwar 12 mm. Imbagħad il-landa titqiegħed fl-apparat u bis-sikkina profilata jinqata’ kanal fin-nofs b’tali mod li jkun kompletament dritt u li jidher il-qiegħ tar-ram tal-landa, li jinkiseb billi s-sikkina tinġibed b’attenzjoni perpendikulari għall-qiegħ tal-landa. It-tul tal-kanal għandu jkun madwar 40 mm. Immedjatament wara ddur il-manku tal-apparat b’rata ta’ 2 dawriet fis-sekonda, waqt li jingħaddu l-ħbub tal-landa mal-bażi u jiġi osservat il-kanal, li minħabba l-ħabtiet tal-landa mal-bażi jinqasam f’kanal idjaq, għax il-partijiet maqtugħin tal-kampjun jibdew jiċċaqalqu u jfittxu jingħaqdu. Id-dawrien tal-manku tal-apparat ikompli sakemm il-kanal jingħaqad tul ta’ 10 mm. Meta dan jintlaħaq, jitwaqqaf id-dawrien ulterjuri tal-manku, u minnufih wara bis-sikkina jittieħed kampjun fil-kwantità ta’ madwar 2 cm3 mill-parti madwar il-kanal magħqud miż-żewġ naħat, jitqiegħed f’tazzi tal-ħġieġ tal-arloġġ u tiġi determinata l-umdità tal-ħamrija.
Dan it-test jiġi ripetut 3-4 darba bl-istess mod, iżda kull darba b’umdità differenti, li tinkiseb jekk il-kampjun l-ewwel jitħallat b’ammont iżgħar ta’ ilma, u mbagħad l-ilma jiġi miżjud għat-testijiet l-oħra. Wara kull test imwettaq, il-kampjun jitferra’ fuq platt tal-ħġieġ, fejn jiżdied ftit ilma u jitħallat tajjeb, sabiex tinkiseb massa pastuża uniformi, kull darba xi ftit aktar rqiqa.
Għat-twettiq tal-prova, il-massa ppreparata ma għandhiex tkun wisq ħoxna u lanqas wisq likwida, għax stati ta’ konsistenza tal-ħamrija li jkunu wisq ‘il bogħod mil-limitu ta’ likwidità ma jagħtux l-eżattezza meħtieġa għal din il-prova. Normalment jiġi adottat li jekk in-numru ta’ daqqiet ikun inqas minn 10 jew ikbar minn 50, il-prova ma rnexxietx, iżda jitqies li l-eżattezza tal-prova hija aħjar jekk id-distakk ta’ dawn il-limiti jkun 10-40 daqqiet.
Jissemma li, skont proċedura waħda, kull darba wara li tintemm id-dawra tal-manku sal-għaqda tal-kanal fuq tul ta’ 1 cm il-kampjun fil-kikkra tal-bronż immedjatament jitħallat b’sikkina u l-wiċċ tal-kampjun fil-kikkra jerġa’ jiġi livellat, jinħadmu kanal ġdid, imbagħad id-dawra tal-apparat tkompli. Din il-proċedura tiġi rrepetuta sakemm jintlaħaq li tliet darbiet konsekuttivi jinkiseb l-istess numru ta’ daqqiet meta l-kanal jingħaqad fuq tul ta’ 1 cm, liema numru jiġi adottat għall-proċedura ulterjuri tad-determinazzjoni tal-limitu tat-tixrid. Ir-riżultati tat-testijiet inqegħdu fuq dijagramma f’skala semilogaritmika (fig. 2). Fuq l-assi tal-axxissi jitqiegħed in-numru ta’ daqqiet f’skala logaritmika u fuq l-assi tal-ordnati l-ammont ta’ ilma bħala persentaġġ tal-piż niexef tal-kampjun f’skala aritmetika. Peress li f’kull prova l-ammont ta’ ilma w huwa differenti, niksbu l-punti A, B, C u D, li jikkorrispondu għal numru differenti ta’ daqqiet, fejn in-numru ta’ daqqiet ikun iżgħar kemm l-ammont ta’ ilma jkun akbar, u bil-maqlub. Billi ngħaqqdu dawn il-punti niksbu linja dritta mxaqilba, li fuqha nfittxu l-punt M għal 25 daqqiet. L-ammont ta’ ilma li jikkorrispondi għal dan il-punt jiġi adottat bħala l-limitu tat-tixrid wL.
Fig. 2. Determinazzjoni tal-limitu ta’ fluss
Determinazzjoni tal-limitu tal-plastiċità
Kampjun tal-ħamrija ppreparat bil-mod deskritt hawn fuq, iżda b’inqas ilma, sabiex ikun massa plastika f’kundizzjoni bejn wieħed u ieħor plastika iebsa, jinġabar f’boċċa ta’ madwar 2-3 cm3, u mbagħad jinxtered bil-palma fuq wiċċ ta’ karta ordinarja jew assorbenti f’ċilindru ta’ ħxuna ta’ 3 mm. Jekk il-kampjun jista’ jinġarr sal-ħxuna dik mingħajr ma jinkiser, jerġa’ jinġabar f’boċċa u jinxtered bl-istess mod. Din il-proċedura tiġi ripetuta sakemm jinkiseb li ċ-ċilindru jibda jinkiser meta jkollu ħxuna ta’ 3 mm. Imbagħad iċ-ċilindri miksura jitqiegħdu f’platti tal-ħġieġ tas-siegħa u tiġi determinata l-ammont ta’ ilma. Dik il-kwantità ta’ ilma, espressa bħala perċentwal tal-piż niexef tal-kampjun, tikkorrispondi għall-limitu tal-plastiċità wP.
Determinazzjoni tal-limitu tat-tnaqqis
Fig. 3. Id-determinazzjoni tal-limitu tat-tnaqqis
Il-kampjun tal-ħamrija jitħallat ma’ ilma distillat bil-mod deskritt taħt Prova tad-determinazzjoni tal-limitu ta’ likwidità, sabiex il-konsistenza tiegħu tkun bejn wieħed u ieħor fil-limitu ta’ likwidità, meta l-pori kollha jkunu saturati bl-ilma. Imbagħad isir boċċa li titħalla tinxef l-ewwel fl-arja, u mbagħad f’forn f’105°C. Din is-sekwenza tat-tnixxif hija meħtieġa biex jiġu evitati xquq fil-kampjun imnixxef, li kienu jfixklu l-prova. Mill-ewwel jitkejjel il-piż W1 tal-kampjun u jiġi determinat il-volum tiegħu V1 permezz ta’ prova ta’ għaddas fil-merkurju, imbagħad jitkompla t-tnixxif fl-arja, u wara f’forn, b’ħinijiet perjodiċi fejn jittieħed kampjun, jitkessaħ f’desikatur u jitkejjel il-piż tiegħu W2, W3, W4 eċċ. u l-volum V2, V3, V4 eċċ. B’dan il-mod jiġi stabbilit li, f’ċertu stat ta’ umdità, il-volum tal-kampjun jieqaf jonqos għalkemm il-piż tiegħu jibqa’ jonqos minħabba t-tnixxif. Jekk il-kampjun fl-istat inizjali tiegħu jkun saturat bl-ilma, jiġifieri ma jkunx fih arja fil-pori, it-telf ta’ ilma bit-tnixxif tal-kampjun sal-limitu ta’ tnaqqis tal-volum jikkorrispondi bejn wieħed u ieħor għat-tnaqqis fil-volum tal-kampjun. Wara dan it-tnixxif jibqa’ għaddej mingħajr kejl tal-volum, sakemm il-kampjun jinxef kompletament, jiġifieri sal-kostanza tal-piż. Imbagħad tiġi determinata l-ammont ta’ ilma f’perċentwal tal-piż niexef tal-kampjun għal kull kejl tal-volum u tal-piż tal-kampjun, u r-riżultati tal-prova jiġu mpinġija fuq dijagramma (fig. 3). B’dan il-mod jinkisbu l-punti A, B, C, D u E, li jitqabbdu, b’tali mod li ġeneralment tinkiseb linja bi ksur qawwi fiż-żona tal-limitu ta’ tnaqqis. Fil-punt ta’ ksur S tinkiseb l-umdità w li tikkorrispondi mal-limitu ta’ tnaqqis W_S.
Id-determinazzjoni tal-kapillarità
It-test għad-determinazzjoni tal-għoli ta’ titla’ kapillari tal-ilma jsir b’żewġ modi, jiġifieri permezz ta’ kejl dirett tal-għoli tat-tlugħ kapillari tal-ilma u permezz ta’ kejl indirett bl-għajnuna ta’ kapillarimetru.
Esperiment għad-determinazzjoni tal-għoli kapillari permezz ta’ kejl dirett
Mill-kampjun disturbat jittieħdu madwar 300 pondi ta’ art, li tiġi mnixxfa sa 105°C, imbagħad wara li tiksaħ titfarrak f’trab fin ħafna, mingħajr ma jitkissru l-qmuħ. It-trab miksub jitferra’ f’tubu tal-ħġieġ b’dijametru ø 25 mm, tul 1,5 - 2,5 m, miftuħ fiż-żewġt itruf, li t-tarf t’isfel tiegħu qabel jingħalaq b’qoton tal-ħġieġ jew biċċa drapp. Fl-aħħar miftuħ ta’ fuq inferra’ t-trab imnixxef sa għoli ta’ madwar 10 cm, imbagħad inqajmu t-tubu u nħalluh jaqa’ b’daqqa fuq art tal-injam jew fuq xi appoġġ elastiku ieħor sakemm juri li t-trab fit-tubu qed jinġabar. Il-kontroll tas-sedimentazzjoni tat-trab isir billi jiġu mmarkati linji bil-ġibs tax-xaħam fuq it-tubu. Wara dan inżidu oħrajn 10 cm ta’ trab u nirrepetu l-istess proċedura sakemm nimlew it-tubu bit-trab niexef kumpatt tal-kampjun tal-art, li l-kapillarità tiegħu qed neżaminaw. Imbagħad inpoġġu l-qiegħ tat-tubu ġo kontenitur tal-ħġieġ b’ilma distillat mingħajr kurrent, bil-kundizzjoni li t-tarf t’isfel tat-tubu ma għandux jistrieħ fuq il-qiegħ tal-kontenitur (fig. 4). It-tubu tal-ħġieġ inwaħħluh ma’ slat mal-iskala, sabiex kemm it-tubu kif ukoll l-iskala jkunu vertikali. Wara dan nosservaw it-tlugħ tal-ilma fit-tubu, li jintgħaraf b’mod ċar mill-kulur: il-kampjun niexef huwa ta’ kulur ċar, waqt li l-imxarrab ikun skur. Id-distanza bejn il-livell tal-ilma fil-kontenitur u t-tarf ta’ fuq tal-kampjun imxarrab tirrappreżenta l-għoli tat-tlugħ kapillari hk.
Fig. 4. Determinazzjoni tal-għoli tat-tlugħ kapillari tal-ilma b’kejl dirett
L-osservazzjoni ssir bħala regola wara 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 eċċ. sigħat. Ir-riżultati tal-osservazzjoni jitqiegħdu fuq dijagramma, li l-assi orizzontali tagħha jirrappreżentaw il-ħin f’sigħat, u l-assi vertikali l-għoli tat-tlugħ kapillari tal-ilma f’mm (fig. 5).
Fil-materjal ramli, it-tlugħ kapillari fil-bidu jkun rapidu, imbagħad aktar bil-mod u l-għoli finali tat-tlugħ jintlaħaq malajr. Fil-materjal tat-tafal, it-tlugħ kapillari fil-bidu jkun aktar bil-mod, iżda jdum aktar u jilħaq għoli ferm akbar.
Dan il-metodu ta’ determinazzjoni tal-għoli kapillari jieħu ħafna żmien, speċjalment fil-ħamrija taflija. Barra minn hekk, l-għoli taż-żieda kapillari jiddependi mit-temperatura tal-arja kif ukoll mill-umdità tagħha, u għalhekk dawn il-fatturi għandhom jinżammu kemm jista’ jkun kostanti.
Fig. 5. Dijagramma tat-tluq kapillari tal-ilma fil-ħamrija, a-ramel; b-ħama fina; c-ħamrija taflija
Esperiment għad-determinazzjoni tal-għoli kapillari permezz ta’ kapillarimetru
Jeżistu diversi kapillarimetri ta’ kostruzzjonijiet differenti, bħal dawk ta’ Beskow, Jürgenson u Engelhardt. Hawnhekk se niddeskrivu l-prinċipju tat-tħaddim tal-kapillarimetru ta’ Beskow, li huwa l-aktar użat.
Dan it-test isir fuq kampjuni mhux disturbati jew disturbati. Jekk il-kampjun ikun disturbat, jitqiegħed fl-apparat fl-istat tal-limitu tat-tixrid.
Sl. 6. Kapillarimetru ta’ Beskow
Il-kapilarimetru ta’ Beskow jikkonsisti f’żewġ reċipjenti (fig. 6), imqabbda fil-partijiet ta’ isfel tagħhom b’pajp tal-gomma rinfurzat. Fir-reċipjent 1 jitqiegħed kampjun tal-ħamrija fuq qiegħ filtru, filwaqt li taħtu hemm reċipjent mimli parzjalment b’ilma distillat, parzjalment bil-merkurju, li fil-parti t’isfel huwa hekk li jimla wkoll il-pajp kollu tal-gomma u l-parti t’isfel tar-reċipjent 2. Fil-bidu tal-prova l-livell tal-merkurju fiż-żewġ reċipjenti jkun l-istess. Imbagħad ir-reċipjent 2 jinżel ’l isfel, u b’hekk jinħoloq taħt il-qiegħ tal-filtru tar-reċipjent 1 taħtpressjoni. Meta din it-taħtpressjoni ssir akbar mill-forzi kapillari fil-kampjun, l-arja tgħaddi mill-kampjun lejn il-qiegħ tal-filtru u l-livell tal-merkurju fiż-żewġ reċipjenti mbagħad jiġi ugwalizzat minnufih bit-tniżżil tar-reċipjent 2. Id-differenza Hg bejn il-livell tal-merkurju f’reċipjent wieħed u fl-ieħor fil-mument tal-ugwalizzazzjoni tat-taħtpressjoni u l-forzi kapillari, jiġifieri eżatt qabel ma l-arja bdiet tgħaddi mill-kampjun, ikkonvertita għal għoli ta’ kolonna tal-ilma u miżjuda mal-għoli ta’ kolonna tal-ilma h taħt il-kampjun, tagħti l-għoli kapillari hk. Peress li l-merkurju huwa 13,6 darba itqal mill-ilma, l-għoli taż-żieda kapillari hk huwa:
hk = 13,6 Hg + h
Determinazzjoni tal-permeabbiltà tal-ħamrija
It-test tal-laboratorju għad-determinazzjoni tal-permeabbiltà tal-ħamrija jsir permezz ta’ apparati speċjali msejħa permeametri. Hemm diversi kostruzzjonijiet ta’ permeametri, iżda dawn jistgħu jinqasmu f’żewġ gruppi: permeametri bi pressjoni kostanti tal-ilma, għall-ħamrija b’qamħa ikbar u permeametri bi pressjoni li tonqos tal-ilma għall-ħamrija b’qamħa fina. Fiż-żewġ każijiet it-test isir fuq kampjuni mhux disturbati.
Permezz ta’ test laboratorju jiġi determinat il-koeffiċjent ta’ permeabbiltà tal-ħamrija, li l-valur tiegħu jiġi espress f’temperatura waħda speċifika, minħabba l-viskożità differenti tal-ilma f’temperaturi differenti, li taffettwa l-valur tal-koeffiċjent ta’ permeabbiltà k. L-aktar komuni huwa li jiġi espress il-koeffiċjent k fit-temperatura t =10°C. Għaldaqstant, jekk 10°C, it-temperatura tal-ilma meta jiġi determinat il-koeffiċjent k kienet T differenti minn t = 10°C allura l-valur tiegħu jiġi rrikalkolat skont il-formula:
k10oC = ηt /η10oC * kT
fejn ηt u η10oC huma l-viskożità tal-ilma fit-temperatura tax-xogħol T, jiġifieri fit-temperatura adottata t =10°C.
kT il-valur miksub tal-koeffiċjent tal-permeabilità tal-ħamrija fit-temperatura tax-xogħol T.
Il-valuri tal-viskożità għal temperaturi differenti T huma mogħtija fit-tabella 1.
Prova bi pressjoni kostanti tal-ilma
Fig. 7. Permeametru bi pressjoni kostanti tal-ilma
Għal dan it-test jittieħed kampjun ta’ ħamrija mhux imħarbta f’ċilindru tal-metall b’dijametru D, għoli h, b’tarf t’isfel imqatta’ b’forma ta’ ponta, billi jiġi mbuttat fil-ħamrija jew f’kampjun akbar mhux imħarbta. Wara li l-wiċċ ta’ fuq u ta’ isfel tal-kampjun jiġu livellati mat-truf taċ-ċilindru, il-kampjun fiċ-ċilindru jitqiegħed fl-apparat (fig. 7) bejn il-filtru ta’ fuq u ta’ isfel. Il-filtru t’isfel jikkonsisti f’screen dens u ġebla tal-filtru, sabiex ikun possibbli l-fluss tal-ilma mill-kampjun u jiġi evitat it-tlaħliħ tal-partiċelli tal-ħamrija. Il-filtru ta’ fuq ikun mingħajr screen peress li hemm inqas possibilità ta’ tlaħliħ tal-partiċelli. Il-provvista tal-ilma fil-kampjun hija mil-livell N, li jinżamm kostanti permezz ta’ overflow, b’tali mod li l-pressjoni idrostatika H tibqa’ kostanti. Taħt din il-pressjoni l-ilma jgħaddi mill-kampjun ta’ ħxuna h u, permezz ta’ pajp imqabbad fil-parti ta’ fuq tal-apparat, jasal fil-menzura tal-ħġieġ M fejn iqattar.
Malli jibda jgħaddi l-ilma mill-kampjun fil-mensura, inħaddmu l-istopwatch u nosservaw il-kwantità ta’ ilma q li tidħol fil-mensura matul t. Skont il-liġi ta’ Darcy huwa
q = k*A*t*i
fejn k huwa l-koeffiċjent tal-permeabbiltà f’cm/sec, A l-erja tas-sezzjoni tal-kampjun, i il-gradjent idrawliku, i = H/h.
Mill-ekwazzjoni ta’ fuq għandna k= qh/Ath [cm/sec].
Il-kwantità ta’ ilma li tgħaddi mill-kampjun naqrawha f’diversi intervalli ta’ ħin mill-bidu sat-tmiem tal-osservazzjoni, sabiex ikollna kemm il-kwantitajiet individwali kif ukoll il-kwantità totali tal-ilma li għaddiet mill-kampjun.
Sabiex jiġu esklużi bżieżaq tal-arja fil-kampjun u fl-ilma, li jistgħu jwasslu għal riżultati żbaljati tat-test, huwa meħtieġ li qabel it-test il-kampjun ikun f’stat saturat, kif ukoll li għall-eżekuzzjoni tat-test jintuża ilma mgħolli jew għall-inqas ilma li jkun ilu wieqaf.
Minflok l-apparat deskritt hawn fuq, ibbażat fuq pressjoni idrostatika minħabba differenza fil-livell tal-ilma H, jeżistu wkoll apparati fejn il-pressjoni idrostatika tiġi prodotta minn pressjoni tal-arja ta’ 10 sa 15 kp/cm2, miżmuma kostanti permezz ta’ kompressur.