Përcaktimi i kufijve të Atterbergut
Do të përshkruajmë provat për përcaktimin e kufirit të rrjedhjes, kufirit të plasticitetit dhe kufirit të tkurrjes, të cilat janë më të rëndësishmet në mekanikën e tokës. Të gjitha këto prova kryhen mbi mostra të prishura të tokës së lidhur.
Prova e përcaktimit të kufirit të rrjedhshmërisë
Për këtë provë merren rreth 200 p tokë në gjendje natyrisht të lagësht, pa kokrriza me diametër mbi 0,5 mm, të cilat do të prishnin saktësinë e rezultateve të provës. Mostra nuk duhet të thahet në tharëse, por vendoset menjëherë në një kupë porcelani me ujë të distiluar, ku duhet të qëndrojë disa orë derisa të laget mirë. Për argjilën me indeks plasticiteti IP < 20 lagia zgjat rreth 4 orë, për baltën argjilore IP > 20 deri në 18 orë. Pastaj mostra e lagur derdhet në një pllakë xhami dhe përzihet mirë me thikë laboratorike, për të marrë një masë të dendur me përbërje të njëtrajtshme. Nëse vërehen grimca më të mëdha se 0,5 mm, ato hiqen gjatë përzierjes.
Mostra e përgatitur në këtë mënyrë derdhet në enën prej tunxhi të aparatit Casagrande për përcaktimin e kufirit të rrjedhshmërisë (fig. 1), i cili në laboratorët tanë quhet treskalica Casagrande.
Fig. 1. Aparati i Cassagrande-s për përcaktimin e kufirit të rrjedhjes
Aparati përbëhet nga një tas prej bronzi, i cili me anë të një lidhjeje të posaçme futet në aparat, nga një bazë elastike prej gome të fortë, me ekscentrik në pjesën e sipërme dhe me një dorezë për rrotullim, ku ekscentriku ngrihet në lartësinë prej 1 cm, për shkak të së cilës tasi bie dhe godet bazën (fig. 1a). Përmasat e aparatit janë të normuara. Përveç kësaj, ekziston edhe një thikë e profilizuar me përmasa saktësisht të përcaktuara (fig. 1b).
Mostra e hedhur në enën prej bronzi rrafshohet me thikë në mënyrë që sipërfaqja e mostrës të jetë plotësisht e sheshtë dhe që mostra të mbulojë pak më shumë se gjysmën e pjesës së përparme të enës, me atë që lartësia e saj mbi pikën më të ulët të fundit të enës të jetë rreth 12 mm. Pastaj ena vihet në aparat dhe me thikën e profiluar pritet një brazdë në mes në mënyrë që të jetë plotësisht e drejtë dhe të shihet fundi prej bronzi i enës, gjë që arrihet duke e tërhequr me kujdes thikën pingul me fundin e enës. Gjatësia e brazdës duhet të jetë rreth 40 mm. Menjëherë pas kësaj, rrotullohet doreza e aparatit me shpejtësi prej 2 rrotullime në sekondë, gjatë së cilës numërohen goditjet e enës në bazë dhe vëzhgohet brazda, e cila për shkak të goditjeve të enës në bazë ngushtohet, sepse pjesët e prera të mostrës lëvizin dhe priren të bashkohen. Rrotullimi i dorezës së aparatit vazhdon derisa brazda të bashkohet në një gjatësi prej 10 mm. Kur kjo arrihet, ndërpritet rrotullimi i mëtejshëm i dorezës dhe menjëherë më pas me thikë merret mostra në sasi rreth 2 cm3 nga pjesa rreth brazdës së bashkuar nga të dy anët, vendoset në xhama sahati dhe përcaktohet lagështia e tokës.
Ky provim përsëritet 3-4 herë në të njëjtën mënyrë, por çdo herë me lagështi tjetër, gjë që arrihet nëse mostër së pari përzihet me një sasi më të vogël uji, e pastaj uji shtohet për provat e tjera. Pas çdo prove të përfunduar, mostra derdhet mbi një pllakë qelqi, ku shtohet pak ujë dhe përzihet mirë, që të merret një masë e njëtrajtshme, çdo herë pak më e hollë, e butë dhe e qullët.
Për kryerjen e provës, brumi i përgatitur nuk duhet të jetë as shumë i trashë as shumë i hollë, sepse gjendjet e konsistencës së tokës shumë larg kufirit të rrjedhshmërisë nuk japin saktësinë e nevojshme për këtë provë. Zakonisht merret se nëse numri i goditjeve është më i vogël se 10 ose më i madh se 50, prova ka dështuar, por konsiderohet se saktësia e provës është më e mirë nëse intervali i këtyre kufijve është 10-40 goditje.
Vihet në dukje se sipas një procedure, sa herë që përfundon rrotullimi i manivelës deri në bashkimin e brazdës në gjatësi prej 1 cm, mostra në enën prej bronzi përzihet menjëherë me thikë dhe sipërfaqja e mostrës në enë rrafshohet sërish, pritet një brazdë e re, pastaj rrotullohet manivela e aparatit. Kjo procedurë përsëritet derisa të arrihet që tri herë radhazi të merret i njëjti numër goditjesh gjatë bashkimit të brazdës në gjatësi prej 1 cm, i cili numër merret për procedurën e mëtejshme në përcaktimin e kufirit të rrjedhjes. Rezultatet e provës i vendosim në diagram me shkallë semilogaritmike (fig. 2). Në boshtin e abshisave vendoset numri i goditjeve në shkallë logaritmike, ndërsa në boshtin e ordinatave sasia e ujit në përqindje të peshës së thatë të mostrës në shkallë aritmetike. Meqë në çdo provë sasia e ujit w është e ndryshme, do të marrim pikat A, B, C dhe D, që u përgjigjen numrave të ndryshëm të goditjeve, ku numri i goditjeve është më i vogël sa më e madhe të jetë sasia e ujit dhe anasjelltas. Duke i lidhur këto pika marrim një vijë të pjerrët të drejtë, në të cilën kërkojmë pikën M për 25 goditje. Sasia e ujit që i përgjigjet kësaj pike merret si kufiri i rrjedhjes wL.
Fig. 2. Përcaktimi i kufirit të rrjedhshmërisë
Përcaktimi i kufirit të plasticitetit
Mostra e tokës e përgatitur sipas mënyrës së përshkruar më sipër, por me më pak ujë, në mënyrë që të jetë masë plastike afërsisht në gjendje plastike të fortë, mblidhet në një topth rreth 2-3 cm3, pastaj rrotullohet me pëllëmbë mbi një shtresë letre të zakonshme ose thithëse në një cilindër me trashësi 3 mm. Nëse mostra rrotullohet deri në atë trashësi pa u thyer, atëherë mblidhet sërish në topth dhe rrotullohet në të njëjtën mënyrë. Ky proces përsëritet derisa të arrihet që cilindri, në trashësi prej 3 mm, të fillojë të thyhet. Atëherë cilindrat e thyer vendosen në xhama sahati dhe përcaktohet sasia e ujit. Kjo sasi uji, e shprehur në përqindje të peshës së thatë të mostrës, i përgjigjet kufirit të plasticitetit wP.
Përcaktimi i kufirit të tkurrjes
Fig. 3. Përcaktimi i kufirit të tkurrjes
Mostra e tokës përzihet me ujë të distiluar në mënyrën e përshkruar te Prova e përcaktimit të kufirit të rrjedhshmërisë, në mënyrë që konsistenca e saj të jetë afërsisht në kufirin e rrjedhshmërisë, kur të gjitha poret janë të ngopura me ujë. Pastaj formohet një topth që lihet të thahet fillimisht në ajër, më pas në tharëse në 105°C. Kjo renditje e tharjes është e nevojshme për të shmangur çarjet në mostrën e tharë, të cilat do ta prishnin provën. Menjëherë në fillim matet pesha W1 e mostrës dhe përcaktohet vëllimi i saj V1 me provën e zhytjes në merkur, pastaj vazhdon të thahet në ajër dhe më pas në tharëse, me marrje të herëpashershme të mostrës, ftohje në eksikator dhe matje të peshës së saj W2, W3, W4 etj. dhe të vëllimit V2, V3, V4 etj. Në këtë mënyrë do të përcaktohet se, në një gjendje të caktuar lagështie, vëllimi i mostrës pushon së zvogëluari, edhe pse pesha e saj vazhdon të ulet për shkak të tharjes. Nëse mostra në gjendjen e saj fillestare është e ngopur me ujë, pra nuk përmban ajër në pore, humbja e ujit me tharjen e mostrës deri në kufirin e tkurrjes përafërsisht përkon me zvogëlimin e vëllimit të mostrës. Pas kësaj tharja vazhdon edhe më tej pa matje të vëllimit, deri sa mostra të thahet plotësisht, pra deri në qëndrueshmëri të peshës. Atëherë përcaktohet sasia e ujit në përqindje të peshës së thatë të mostrës për secilën matje të vëllimit dhe peshës së mostrës, dhe rezultatet e provës paraqiten në diagram (fig. 3). Në këtë mënyrë merren pikat A, B, C, D dhe E, të cilat lidhen, kështu që zakonisht fitohet një vijë me thyerje të theksuar në zonën e kufirit të tkurrjes. Në pikën e thyerjes S merret lagështia w që i përgjigjet kufirit të tkurrjes _W_S.
Përcaktimi i kapilaritetit
Prova për përcaktimin e lartësisë së ngjitjes kapilare të ujit kryhet në dy mënyra, përkatësisht me matje të drejtpërdrejtë të lartësisë së ngjitjes kapilare të ujit dhe me matje të tërthortë me anë të kapilarimetrit.
Prova e përcaktimit të lartësisë kapilare me matje direkte
Nga mostra e shqetësuar merret rreth 300 pond tokë, e cila thahet në 105°C, pastaj pas ftohjes grimcohet në një pluhur krejtësisht të imët, pa shtypur kokrrizat. Pluhuri i fituar derdhet në një tub qelqi me diametër ø 25 mm, gjatësi 1,5 - 2,5 m, të hapur në të dy skajet, skaji i poshtëm i të cilit paraprakisht mbyllet me vatë qelqi ose me një copë pëlhure. Në skajin e sipërm të hapur hedhim pluhurin e tharë në lartësi rreth 10 cm, pastaj tubin e ngremë dhe e lëmë të bjerë me goditje mbi dysheme druri ose mbi ndonjë mbështetje tjetër elastike, derisa të tregohet ulja e pluhurit në tub. Kontrollin e uljes së pluhurit e bëjmë duke shënuar vija me shkumës të yndyrshëm në tub. Pas kësaj hedhim edhe 10 cm pluhur dhe përsërisim të njëjtën procedurë derisa ta mbushim tubin me pluhur të ngjeshur të thatë të mostrës së tokës, kapilaritetin e së cilës po e shqyrtojmë. Më pas fundin e tubit e zhysim në një enë qelqi me ujë të distiluar pa rrjedhje, me kusht që skaji i poshtëm i tubit të mos qëndrojë mbi fundin e enës (fig. 4). Tubin e qelqit e fiksojmë me një dërrasë në shkallë, në mënyrë që si tubi ashtu edhe shkalla të jenë vertikale. Pas kësaj vëzhgojmë ngjitjen e ujit në tub, e cila dallohet qartë nga ngjyra: mostra e thatë është me ngjyrë të çelët, e lagësht e errët. Largësia midis nivelit të ujit në enë dhe skajit të sipërm të mostrës së lagësht paraqet lartësinë e ngjitjes kapilare hk.
Fig. 4. Përcaktimi i lartësisë së ngjitjes kapilare të ujit me matje të drejtpërdrejtë
Vëzhgimi kryhet zakonisht pas 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 etj. orësh. Rezultatet e vëzhgimit vendosen në diagram, absisat e të cilit paraqesin kohën në orë, ndërsa ordinatat lartësitë e ngritjes kapilare të ujit në mm (fig. 5).
Te materiali ranor, ngritja kapilare në fillim është e shpejtë, pastaj më e ngadaltë dhe lartësia përfundimtare e ngritjes arrihet shpejt. Te materiali argjilor, ngritja kapilare në fillim është më e ngadaltë, por është më afatgjatë dhe arrin një lartësi dukshëm më të madhe.
Kjo mënyrë e përcaktimit të lartësisë kapilare është e gjatë, sidomos në tokën argjilore. Përveç kësaj, lartësia e ngritjes kapilare varet nga temperatura e ajrit si edhe nga lagështia e tij, prandaj këta faktorë duhet të mbahen sa më shumë që të jetë e mundur konstantë.
Fig. 5. Diagrami i ngritjes kapilare të ujit në tokë, a-rërë; b-pluhur; c-tokë argjilore
Prova e përcaktimit të lartësisë kapilare me anë të kapilarimetrit
Ekzistojnë disa kapilarimetra me konstruksione të ndryshme, si kapilarimetrat e Beskow-it, Jürgenson-it dhe Engelhardt-it. Këtu do të përshkruajmë parimin e punës me kapilarimetrin e Beskow-it, i cili zbatohet më së shumti.
Ky provë kryhet mbi mostra të padëmtuara ose të dëmtuara. Nëse mostra është e dëmtuar, atëherë vendoset në aparat në gjendje në kufirin e rrjedhjes.
Sl. 6. Kapilarimetri i Beskovit
Kapilariometri i Beskovit përbëhet nga dy enë (fig. 6), të lidhura në pjesët e poshtme ndërmjet tyre me një zorrë gome të përforcuar. Në enën 1 vendoset mostra e tokës mbi fundin filtrues, ndërsa poshtë saj ndodhet ena e mbushur pjesërisht me ujë të distiluar, pjesërisht me merkur, i cili në pjesën e poshtme është i tillë që mbush edhe tërë zorrën e gomës dhe pjesën e poshtme të enës 2. Në fillim të provës niveli i merkurit në të dy enët është i njëjtë. Pastaj ena 2 ulet poshtë, me ç’rast nën fundin filtrues të enës 1 krijohet nënshtypje. Kur kjo nënshtypje bëhet më e madhe se forcat kapilare në mostër, ajri depërton nëpër mostër deri te fundi filtrues dhe niveli i merkurit në të dy enët menjëherë barazohet me ngritjen e enës 2. Diferenca Hg ndërmjet niveleve të merkurit në njërën dhe tjetrën enë në çastin e barazimit të nënshtypjes dhe forcave kapilare, pra pak para se ajri të fillojë të depërtojë nëpër mostër, e shndërruar në lartësi të kolonës së ujit dhe e rritur për lartësinë e kolonës së ujit h nën mostër, jep lartësinë kapilare hk. Meqenëse merkuri është 13,6 herë më i rëndë se uji, atëherë lartësia e ngritjes kapilare hk është:
hk = 13,6 Hg + h
Përcaktimi i përshkueshmërisë së tokës
Prova laboratorike e përcaktimit të përshkueshmërisë së tokës kryhet me anë të aparateve të posaçme që quhen permeametra. Ekzistojnë konstrukte të ndryshme të permeametrave, të cilët megjithatë mund të ndahen në dy grupe: permeametra me presion të ujit konstant, për toka me kokrriza më të mëdha dhe permeametra me presion të ujit në rënie për toka me kokrriza të imëta. Në të dy rastet prova kryhet me mostra të patrazuara.
Me provë laboratorike përcaktohet koeficienti i përshkueshmërisë së tokës, vlera e të cilit shprehet në një temperaturë të caktuar, për shkak të viskozitetit të ndryshëm të ujit në temperatura të ndryshme, gjë që ndikon në vlerën e koeficientit të përshkueshmërisë k. Zakonisht shprehet koeficienti k në temperaturën t =10°C. Prandaj, nëse 10°C, temperatura e ujit gjatë përcaktimit të koeficientit k ka qenë T e ndryshme nga t = 10°C, atëherë vlera e tij llogaritet sipas formulës:
k10oC = ηt /η10oC * kT
ku ηt dhe η10oC janë viskoziteti i ujit në temperaturën e punës T, përkatësisht në temperaturën e marrë t =10°C.
kT vlera e marrë e koeficientit të përshkueshmërisë së tokës në temperaturën e punës T.
Vlerat e viskozitetit për temperatura të ndryshme T janë dhënë në tabelën 1.
Prova me presion të vazhdueshëm të ujit
Fig. 7. Permeametër me presion të pandryshueshëm të ujit
Për këtë provë merret një mostër e pandërprerë e tokës në një cilindër metalik me diametër D, lartësi h, me buzë të poshtme të mprehur, duke e shtypur në tokë ose në një mostër më të madhe të pandërprerë. Pasi sipërfaqja e sipërme dhe e poshtme e mostrës nivelohen me skajet e cilindrit, mostra në cilindër vendoset në aparat (sl. 7) midis filtrit të sipërm dhe atij të poshtëm. Filtri i poshtëm përbëhet nga një sitë e dendur dhe nga guri filtrar, në mënyrë që të mundësohet kalimi i ujit nëpër mostër dhe të parandalohet shpëlarja e grimcave të tokës. Filtri i sipërm është pa sitë, pasi ekziston një mundësi më e vogël e shpëlarjes së grimcave. Furnizimi me ujë i mostrës bëhet nga niveli N, i cili mbahet i pandryshueshëm me anë të tejrrjedhës, kështu që presioni hidrostatik H është i pandryshueshëm. Nën këtë presion uji kalon nëpër mostrën me trashësi h dhe me anë të tubit të lidhur në pjesën e sipërme të aparatit arrin në menzurën prej qelqi M, ku pikon.
Sapo të fillojë rrjedhja e ujit përmes mostrës në menzurë, e vëmë në punë kronometrin dhe vëzhgojmë sasinë e ujit q që arrin në menzurë gjatë kohës t. Sipas ligjit të Darçit është
q = k*A*t*i
ku k është koeficienti i përshkueshmërisë në cm/sec, A sipërfaqja e prerjes së mostrës, i rënia hidraulike, i = H/h.
Nga ekuacioni i mësipërm kemi k= qh/Ath [cm/sec].
Sasinë e ujit që kalon nëpër mostër e lexojmë në intervale të veçanta kohore nga fillimi deri në fund të vëzhgimit, kështu që kemi si sasi të veçanta, ashtu edhe sasinë e përgjithshme të ujit që ka kaluar nëpër mostër.
Për të përjashtuar flluskat e ajrit në mostër dhe në ujë, të cilat mund të çojnë në rezultate të pasakta të provës, është e nevojshme që para provës mostra të jetë në gjendje të ngopur, si edhe që për kryerjen e provës të përdoret ujë i zier ose të paktën i ndenjur.
Në vend të aparatit të përshkruar më sipër, të bazuar në presionin hidrostatik për shkak të ndryshimit të nivelit të ujit H, ekzistojnë edhe aparate te të cilat presioni hidrostatik prodhohet me presion ajri prej 10 deri në 15 kp/cm2, i mbajtur konstant me anë të kompresorit.