Pangajaran wates Atterberg
Urang bakal ngajelaskeun tés pikeun nangtukeun wates ngalir, wates plastis, jeung wates susut, nu pangpentingna dina mékanika taneuh. Sadaya tés ieu dilakukeun dina conto taneuh kohesif nu geus kaganggu.
Uji nangtukeun wates ngalir
Pikeun uji ieu dicokot kira-kira 200 p taneuh dina kaayaan kalembaban alamiah, tanpa butiran anu diaméterna leuwih ti 0,5 mm, anu bisa ngaganggu akurasi hasil uji. Sampel teu meunang digaringkeun dina oven, tapi langsung diasupkeun kana cangkir porselen anu dieusi cai sulingan, tuluy kudu dibiarkeun sababaraha jam nepi ka luyu-lembab. Pikeun lempung kalayan indéks plastisitas IP < 20 prosés luyu-lembabna kira-kira 4 jam, pikeun liat IP > 20 nepi ka 18 jam. Sanggeus éta, sampel anu geus luyu-lembab dipindahkeun kana piring kaca sarta ku péso laboratorium dicampur nepi rata, supaya meunang bubur kandel kalayan komposisi seragam. Lamun kapanggih partikel nu leuwih gedé ti 0,5 mm, éta dipiceun nalika dicampur.
Sampel nu geus disiapkeun ku cara kieu diasupkeun kana cangkir kuningan alat Casagrande pikeun nangtukeun wates ngalir (gbr. 1), anu di laboratorium urang disebut panggoyang Casagrande.
Gbr. 1. Aparat Cassagrande pikeun nangtukeun wates luluh
Alatna diwangun ku mangkok kuningan, anu ku sambungan husus diasupkeun kana alat, tulang tonggong élastis tina karét teuas, kalayan eksénter di bagéan luhur sarta cecekelan pikeun muterkeun, nalika éta eksénter naék nepi ka jangkungna 1 cm, akibatna mangkok ragrag jeung nabrak kana tulang tonggong (gbr. 1a). Ukuran alatna geus distandarkeun. Sajaba ti éta, aya ogé péso anu dibentuk husus kalayan ukuran anu pasti (gbr. 1b).
Sampel anu geus disimpen dina mangkok kuningan diratakeun ku péso sangkan beungeut sampel lengkep datar, jeung sampel nutupan saeutik leuwih ti satengah bagian hareup mangkok, kalayan jangkungna di luhur titik panghandapna dasar mangkok kira-kira 12 mm. Satuluyna mangkok dipasang kana alat jeung ku péso anu diprofilkeun dipotong alur di tengah supaya leres-leres lempeng sarta dasar kuningan mangkok katingali, nu kahontal ku narik péso sacara taliti jejeg kana dasar mangkok. Panjang alur kudu kira-kira 40 mm. Sanggeus éta langsung cecekelan alat diputer kalayan laju 2 puteran per detik bari diitung tabrakan mangkok kana tatapakan jeung dipaliré alurna, anu ku lantaran tabrakan mangkok kana tatapakan jadi beuki heureut, sabab bagian sampel anu geus dipotong gerak jeung hayang ngahiji deui. Cecekelan alat diputer terus nepi ka alurna ngahiji dina panjang 10 mm. Lamun éta kahontal, puteran cecekelan dihentikan, tuluy ku péso sampel dicokot kira-kira sabaraha 2 cm3 tina bagian sabudeureun alur anu geus ngahiji di dua sisi, diasupkeun kana kaca arloji jeung kadar cai taneuh ditangtukeun.
Uji ieu diulang 3-4 kali ku cara anu sarua, tapi unggal kalina kalayan kadar beueus anu béda, anu dihontal lamun sampel mimitina dicampur ku jumlah cai anu leuwih saeutik, tuluy cai ditambahan pikeun uji séjénna. Sanggeus unggal uji réngsé, sampel dituang kana piring kaca, di dinya ditambahan saeutik cai sarta dicampur rata, sangkan meunang massa bubur anu seragam, unggal kalina rada leuwih encer.
Pikeun ngalaksanakeun uji ieu, bubur nu disiapkeun henteu meunang teuing kandel atawa teuing cair, sabab kaayaan konsistensi taneuh nu teuing jauh ti wates ngalir henteu masihan katepatan anu diperlukeun pikeun uji ieu. Biasana ditarima yén lamun jumlah pukulan kurang ti 10 atawa leuwih ti 50, uji gagal, tapi dianggap yén katepatan uji leuwih alus lamun jarak antara wates-wates ieu 10-40 pukulan.
Perlu dicatet yén numutkeun hiji prosedur, unggal kali sanggeus réngsé muterkeun tuas nepi ka ngahiji alur dina panjang 1 cm sampel dina mangkok kuningan langsung diaduk ku péso sarta permukaan sampel dina mangkok diratakeun deui, alur anyar disayat, tuluy tuas alat diputer. Prosedur ieu diulang terus nepi ka kahontal yén tilu kali berturut-turut meunang jumlah pukulan anu sarua nalika alur dihijikeun dina panjang 1 cm, anu jumlahna dicokot pikeun léngkah salajengna dina nangtukeun wates leleh. Hasil tés diasupkeun kana diagram dina pembagian semilogaritmik (sl. 2). Kana sumbu absis diasupkeun jumlah pukulan dina pembagian logaritmik, sedengkeun kana sumbu ordinat diasupkeun jumlah cai dina perséntase beurat garing sampel dina pembagian aritmetika. Ku sabab dina unggal opit jumlah cai w béda, ku kituna bakal kahontal titik A, B, C jeung D, anu saluyu jeung jumlah pukulan anu béda, kalayan jumlah pukulan leuwih saeutik lamun jumlah cai leuwih gedé, jeung sabalikna. Ku ngahubungkeun titik-titik ieu urang meunang garis lempeng miring, dina mana urang néangan titik M pikeun 25 pukulan. Jumlah cai anu saluyu jeung titik ieu dicokot minangka wates leleh wL.
Sl. 2. Nangtukeun wates ngalir
Nangtukeun wates plastisitas
Conto taneuh anu disusun ku cara anu ditétélakeun di luhur, tapi ku cai leuwih saeutik, nepi ka jadi massa plastik dina kaayaan kira-kira kandel-plastik, dipulung jadi bal leutik kira-kira 2-3 cm3, tuluy digulungan ku dampal leungeun dina luhureun kertas biasa atawa kertas nyerep jadi silinder kalayan kandel 3 mm. Lamun conto bisa digulungan nepi ka kandel éta tanpa pegat, tuluy dipulung deui jadi bal jeung digulungan deui ku cara anu sarua. Ieu prosés diulang nepi ka silinder dina kandel 3 mm mimiti pegat. Mangsa éta, silinder anu pegat disimpen dina kaca arloji sarta kadar cai diukur. Kadar cai éta, ditepikeun minangka perséntase tina beurat garing conto, sarua jeung wates plastisitas wP.
Nangtukeun wates susut
Gbr. 3. Nangtukeun wates panyusutan
Sampel taneuh dicampur jeung cai sulingan ku cara nu dijelaskeun dina Uji nangtukeun wates ngalir, sangkan konsisténsina kurang leuwih aya dina wates ngalir, nalika sakabéh pori geus jenuh ku cai. Tuluy dijieun bola leutik anu diantep garing heula dina hawa, tuluy dina oven dina 105°C. Urutan panggaringan ieu diperlukeun pikeun nyingkahan retakan dina sampel anu geus garing, anu bisa ngaganggu uji. Geus ti mimiti diukur beurat W1 sampel jeung ditangtukeun volumna V1 ku uji ngalelepkeun kana raksa, tuluy diteruskeun garing dina hawa, sarta saterusna dina oven, bari sampel dicokot sacara périodik, didinginkeun dina eksikator jeung diukur beuratna W2, W3, W4 jsb. jeung volumenna V2, V3, V4 jsb. Ku cara kitu bakal kabuktian yén dina hiji kaayaan kalembaban volumna sampel eureun ngurangan sanajan beuratna terus turun alatan panggaringan. Lamun sampel dina kaayaan awalna jenuh ku cai, hartina teu ngandung hawa dina pori-porina, leungitna cai ku panggaringan nepi ka wates susut kira-kira sarua jeung pangurangan volume sampel. Sanggeus éta panggaringan diteruskeun deui tanpa ngukur volume, nepi ka sampel garing tuntas, hartina nepi ka beuratna ajeg. Tuluy jumlah cai dina perséntase beurat garing sampel ditangtukeun pikeun unggal pangukuran volume jeung beurat sampel, sarta hasil uji diasupkeun kana diagram (gbr. 3). Ku cara éta dimeunangkeun titik A, B, C, D jeung E, anu dihijikeun, sahingga biasana meunang garis kalayan patahan seukeut dina wewengkon wates susut. Dina titik patahan S dimeunangkeun kalembaban w anu saluyu jeung wates susut _W_S.
Pangtukeun kapilaritas
Uji pikeun nangtukeun jangkungna naékna kapilér cai dilakukeun ku dua cara, nya éta ku pangukuran langsung jangkungna naékna kapilér cai jeung ku pangukuran henteu langsung ngagunakeun kapilarimeter.
Uji nangtukeun jangkungna kapiler ku pangukuran langsung
Tina sampel anu kaganggu dicokot kira-kira 300 pondi taneuh, anu tuluy digaringkeun dina 105°C, saterusna sanggeus tiis dihancurkeun jadi bubuk pisan lemes, tanpa ngarecah butiranna. Bubuk anu kapanggih tuluy diasupkeun kana pipa kaca kalayan diaméter ø 25 mm, panjang 1,5 - 2,5 m, kabuka dina dua tungtung, anu tungtung handapna saméméhna ditutup ku wol kaca atawa sapotong lawon. Kana tungtung luhur anu kabuka urang tuang bubuk anu geus digaringkeun nepi ka jangkungna kira-kira 10 cm, tuluy pipa diangkat jeung dibéré ragrag bari ngabeungkeut kana lanté kai atawa pangrojong élastis séjén nepi ka katempo ayana pangendapan bubuk dina pipa. Pangawasan pangendapan bubuk dilakukeun ku nandaan garis maké kapur lemak dina pipa. Sanggeus éta urang tuang deui 10 cm bubuk sarta ngulang prosés nu sarua nepi ka pipa pinuh ku bubuk garing anu dipadetkeun tina sampel taneuh anu kapilaritasna diuji. Saterusna handapeun pipa diasupkeun kana bejana kaca eusi cai sulingan tanpa aliran, kalayan tungtung handap pipa henteu meunang napak kana dasar bejana (gamb. 4). Pipa kaca dipasang ku papan kana skala, supaya pipa jeung skala duanana vertikal. Sanggeus éta urang niténan naékna cai dina pipa, anu écés bisa dipikawanoh tina warnana: sampel garing warnana hampang, anu baseuh poék. Jarak antara tingkat cai dina bejana jeung sisi luhur sampel anu baseuh mangrupa jangkungna nanjak kapilar hk.
Sl. 4. Nangtukeun jangkungna naékna kapilér cai ku pangukuran langsung
Pangamatan biasana dilakukeun sanggeus 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 jst. jam. Hasil pangamatan digambar kana diagram, anu sumbuna ngagambarkeun waktu dina jam, sedengkeun ordinatna ngagambarkeun jangkungna naékna kapilér cai dina mm (gbr. 5).
Dina bahan keusik, naékna kapiler mimitina gancang, tuluy leuwih lalaunan jeung jangkungna ahirna gancang kahontal. Dina bahan liat, naékna kapiler mimitina leuwih lalaunan, tapi lumangsung leuwih lila jeung ngahontal jangkungna anu leuwih luhur pisan.
Cara nangtukeun jangkungna kapiler ieu lila, utamana dina taneuh lempungan. Sajaba ti éta, jangkungna naékna kapiler gumantung kana suhu hawa jeung kalembabanana, ku sabab éta faktor-faktor ieu kudu dijaga sabisa-bisa tetep.
Gbr. 5. Diagram naékna kapilér cai dina taneuh, a-pasir; b-lebu; c-taneuh liat
Uji nangtukeun jangkungna kapiler ku alat kapilariméter
Aya sababaraha kapilariméter kalayan rupa-rupa konstruksi, saperti kapilariméter Beskow, Jürgenson, jeung Engelhardt. Di dieu urang bakal ngajelaskeun prinsip gawé kapilariméter Beskow, anu paling loba dipaké.
Uji ieu dilakukeun dina conto anu teu kaganggu atawa anu kaganggu. Lamun conto kaganggu, mangka diasupkeun kana alat dina kaayaan dina wates ngalir.
Sl. 6. Kapilariméter Beskow
Kapilariméter Beskowa diwangun ku dua wadah (gambar 6), anu dihijikeun dina bagian handapna ku selang karét anu diperkuat. Dina wadah 1 diasupkeun conto taneuh dina dasar saringan, sedengkeun di handapna aya wadah nu dieusian sabagian ku cai sulingan, sabagian ku raksa, nu dina bagian handapna disusun kitu nepi ka ngeusian ogé sakabéh selang karét jeung bagian handap wadah 2. Dina awal uji, tingkat raksa dina duanana wadah sarua. Tuluy wadah 2 diturunkeun ka handap, ku kituna di handapeun dasar saringan wadah 1 kabentuk tekanan handap. Lamun tekanan handap ieu jadi leuwih gede tibatan gaya kapiler dina conto, hawa nembus ngaliwatan conto kana dasar saringan jeung tingkat raksa dina duanana wadah langsung sarua deui ku nurunkeun wadah 2. Bédana Hg antara tingkat raksa dina hiji jeung wadah séjén dina momen sarua na tekanan handap jeung gaya kapiler, nyaéta pas saméméh hawa mimiti nembus ngaliwatan conto, lamun dirobah kana jangkungna kolom cai sarta ditambahan ku jangkungna kolom cai h di handapeun conto, masihan jangkungna kapiler hk. Ku sabab raksa 13,6 kali leuwih beurat tibatan cai, maka jangkungna naékna kapiler hk nyaéta:
hk = 13,6 Hg + h
Pangnetepan daya tembus taneuh
Uji laboratorium pikeun nangtukeun kamampu tembus taneuh dilaksanakeun ku alat husus anu disebut permeameter. Aya rupa-rupa konstruksi permeameter, tapi bisa dibagi kana dua golongan: permeameter kalayan tekanan cai konstan, pikeun taneuh anu leuwih kasar-bijil jeung permeameter kalayan tekanan cai nurun pikeun taneuh bijil leutik. Dina duanana kasus, uji dilakukeun kalayan conto anu teu kaganggu.
Ku uji laboratorium ditangtukeun koéfisién rembesan taneuh, anu nilaina ditepikeun dina suhu nu tangtu, alatan béda viskositas cai dina suhu anu béda, anu mangaruhan nilai koéfisién rembesan k. Biasana koéfisién k ditepikeun dina suhu t =10°C. Ku kituna, lamun 10°C, suhu cai nalika nangtukeun koéfisién k nyaéta T béda ti t = 10°C mangka nilaina diitung deui nurutkeun rumus:
k10oC = ηt /η10oC * kT
di mana ηt jeung η10oC nyaéta viskositas cai dina suhu kerja T, nyaéta dina suhu anu ditarima t =10°C.
kT nilai koefisien permeabilitas taneuh dina suhu kerja T anu kahontal.
Nilai viskositas pikeun rupa-rupa suhu T dipasihkeun dina tabél 1.
Uji kalayan tekanan cai konstan
Gbr. 7. Permeameter kalayan tekanan cai konstan
Pikeun uji ieu dicokot conto taneuh anu teu kaganggu dina silinder logam diaméter D, jangkung h, kalayan sisi handap nu diasah, ku cara dipencétkeun kana taneuh atawa kana conto anu leuwih gedé anu teu kaganggu. Sanggeus permukaan luhur jeung handap conto diratakeun nepi ka sasaruaan jeung sisi silinder, conto dina silinder disimpen dina alat (gbr. 7) antara saringan luhur jeung saringan handap. Saringan handap diwangun ku ayakan rapet jeung batu saringan, supaya cai bisa ngalir ngaliwatan conto sarta partikel taneuh teu kaosok kaluar. Saringan luhur tanpa ayakan sabab kamungkinan partikel kaosok kaluar leuwih leutik. Pasokan cai kana conto asalna tina tingkat N, anu dijaga tetep ku kituna ku alat pelimpah, sangkan tekanan hidrostatik H tetep. Dina tekanan ieu cai ngaliwatan conto kandel h sarta ku pipa anu disambungkeun kana bagian luhur alat nepi ka menzura kaca M tempat eta netes.
Sanggeus cai mimiti ngalir ngaliwatan sampel kana ménzura, urang ngajalankeun stopwatch sarta niténan jumlah cai q anu asup kana ménzura salila waktu t. Numutkeun hukum Darcy nyaéta
q = k*A*t*i
di mana k nyaéta koéfisién perméabilitas dina cm/detik, A nyaéta legana penampang conto, i nyaéta beban hidrolik, i = H/h.
Tina persamaan di luhur urang boga k= qh/Ath [cm/sec].
Jumlah cai anu ngaliwat ngaliwatan sampel dibaca dina sababaraha interval waktu ti mimiti nepi ka ahir paniténan, sangkan urang boga boh jumlah-jumlah sabagean boh total cai anu ngalir ngaliwatan sampel.
Pikeun ngaleungitkeun gelembung hawa dina sampel jeung dina cai, anu bisa ngakibatkeun hasil uji anu salah, diperlukeun yén saméméh uji sampel aya dina kaayaan jenuh, sarta pikeun ngalaksanakeun uji dipaké cai anu geus digodog atawa sahenteuna cai anu geus lila cicing.
Gantina alat anu didadarkeun saméméhna dumasar kana tekanan hidrostatis alatan bédana tingkat cai H, aya ogé alat nu tekanan hidrostatisna dihasilkeun ku tekanan hawa ti 10 nepi ka 15 kp/cm2, dijaga tetep ku kompresor.