Pagtukoy sa mga hangganan ni Atterberg
Ilalarawan namin ang mga pagsusuri para sa pagtukoy ng liquid limit, plastic limit at shrinkage limit, na pinakamahalaga sa mekaniika ng lupa. Ang lahat ng mga pagsusuring ito ay isinasagawa sa mga naistorbong sample ng cohesive na lupa.
Pagsubok sa pagtukoy ng hangganan ng pagdaloy
Para sa pagsusuring ito, kumukuha ng mga 200 p ng lupa sa natural na mamasa-masang kalagayan, walang mga butil na may diyametrong lampas sa 0,5 mm, na makasasagabal sa katumpakan ng mga resulta ng pagsusuri. Ang sample ay hindi dapat patuyuin sa drying oven kundi kaagad na inilalagay sa porselanang tasa na may dalisay na tubig, kung saan dapat itong manatili nang ilang oras hanggang sa lubusang mabasa. Para sa loam na ang plasticity index na IP < 20 ang pagbasa ay tumatagal nang mga 4 oras, para sa clay IP > 20 hanggang 18 oras. Pagkatapos ay inililipat ang binasang sample sa salaming plato at hinahalo nang mabuti gamit ang laboratory knife, upang makuha ang malapot na putik na may pantay na komposisyon. Kung mapansin ang mga partikulang mas malaki sa 0,5 mm, inaalis ang mga ito sa paghahalo.
Ang sampol na inihanda sa ganitong paraan ay inilalagay sa tansong mangkok ng aparatong Casagrande para sa pagtukoy ng limitasyon ng pagdaloy (lar. 1), na sa aming mga laboratorio ay tinatawag na Casagrande na pangpagpag.
Fig. 1. Aparatong Cassagrande para sa pagtukoy ng hangganan ng pag-agos
Ang aparato ay binubuo ng tansong mangkok, na sa pamamagitan ng isang espesyal na koneksiyon ay ikinakabit sa aparato, ng elastikong patungan na gawa sa matigas na goma, na may eksentriko sa itaas na bahagi at hawakang iniikot, kung saan ang eksentriko ay umaangat hanggang sa taas na 1 cm, na nagiging sanhi upang mahulog ang mangkok at tumama sa patungan (lar. 1a). Ang mga sukat ng aparato ay nakapamantayan. Bukod dito, mayroon ding hinulmang kutsilyo na may eksaktong takdang sukat (lar. 1b).
Ang inihandang sample sa mangkok na tanso ay pinapantay gamit ang kutsilyo upang ang ibabaw ng sample ay maging lubos na patag, at upang matakpan nito nang bahagya ang higit sa kalahati ng harapang bahagi ng mangkok, na ang taas nito sa ibabaw ng pinakamababang punto ng ilalim ng mangkok ay mga 12 mm. Pagkatapos ay isinasaksak ang mangkok sa aparato at pinuputol ng may-hugis na kutsilyo ang isang kanal sa gitna upang ito ay maging ganap na tuwid at makita ang ilalim na tanso ng mangkok, na nakakamit sa maingat na paghila ng kutsilyo nang patayo sa ilalim ng mangkok. Ang haba ng kanal ay dapat na mga 40 mm. Kaagad pagkatapos, iniikot ang hawakan ng aparato sa bilis na 2 ikot kada segundo, habang binibilang ang mga hampas ng mangkok sa kinatatayuan at inoobserbahan ang kanal, na dahil sa hampas ng mangkok sa kinatatayuan ay kumikipot, sapagkat ang mga naputol na bahagi ng sample ay gumagalaw at may tendensiyang magsanib. Ang pag-ikot ng hawakan ng aparato ay nagpapatuloy hanggang sa magsanib ang kanal sa haba na 10 mm. Kapag naabot ito, ititigil ang karagdagang pag-ikot ng hawakan, at agad na inilalabas gamit ang kutsilyo ang sample sa daming mga 2 cm3 mula sa bahaging nasa paligid ng nagsanib na kanal sa magkabilang panig, inilalagay sa mga watch glass at tinutukoy ang halumigmig ng lupa.
Ang pagsusulit na ito ay inuulit nang 3-4 beses sa parehong paraan, ngunit sa bawat pagkakataon ay may ibang halumigmig, na nakakamit kung ang sampol ay unang hinahaluan ng mas kaunting tubig, at saka dinaragdagan ng tubig para sa iba pang mga pagsusulit. Pagkatapos ng bawat natapos na pagsusulit, ang sampol ay inililipat sa salaming plato, kung saan nagdaragdag ng kaunting tubig at hinahalo nang mabuti, upang makamit ang pantay, sa bawat pagkakataon ay bahagyang mas malabnaw, na malapot na masa.
Para maisagawa ang pagsubok, ang inihandang masa ay hindi dapat masyadong malapot ni masyadong malabnaw, sapagkat ang mga kalagayan ng konsistensiya ng lupa na napakalayo sa hangganan ng pagdaloy ay hindi nagbibigay ng kinakailangang katumpakan para sa pagsubok na ito. Karaniwang tinatanggap na kung ang bilang ng mga hampas ay mas mababa sa 10 o mas mataas sa 50, nabigo ang pagsubok, ngunit itinuturing na mas maganda ang katumpakan ng pagsubok kung ang pagitan ng mga hangganang ito ay 10-40 hampas.
Binabanggit na ayon sa isang paraan, sa bawat pagkakataon pagkatapos makumpleto ang pag-ikot ng pihitan hanggang magsara ang uka sa haba na 1 cm, ang ispesimen sa tansong mangkok ay agad na hinahalo gamit ang kutsilyo at muling pinapantay ang ibabaw ng ispesimen sa mangkok, pinuputol ang bagong uka, saka iniikot ang pihitan ng aparato. Inuulit ang paraang ito hanggang makamit na tatlong magkakasunod na beses ay makuha ang parehong bilang ng hampas sa pagsasara ng uka sa haba na 1 cm, at ang bilang na ito ang ginagamit para sa karagdagang proseso sa pagtukoy ng hangganan ng pagdaloy. Inilalagay natin ang mga resulta ng pagsusuri sa diagram sa semilogarithmic na hati (fig. 2). Sa abscissa axis inilalagay ang bilang ng hampas sa logarithmic na hati, at sa ordinate axis ang dami ng tubig sa porsiyento ng tuyong bigat ng ispesimen sa arithmetic na hati. Dahil sa bawat pagsubok ay iba ang dami ng tubig w, makakakuha tayo ng mga puntong A, B, C at D, na tumutugma sa iba’t ibang bilang ng hampas, kung saan mas maliit ang bilang ng hampas habang mas malaki ang dami ng tubig at kabaliktaran. Sa pagdurugtong ng mga puntong ito, makakakuha tayo ng pahilis na tuwid na linya, kung saan hinahanap natin ang puntong M para sa 25 na hampas. Ang dami ng tubig na tumutugma sa puntong ito ay tinatanggap bilang hangganan ng pagdaloy wL.
Sl. 2. Pagpapasiya ng hangganan ng pag-agos
Pagtukoy sa hangganan ng pagkaplastiko
Ang halimbawang lupa na inihanda sa paraang inilarawan sa itaas, ngunit may mas kaunting tubig, upang maging plastik na masa na halos nasa matigas-plastik na kalagayan, ay binubuo sa isang bolang may humigit-kumulang 2-3 cm3, at saka pinapaikid gamit ang palad sa ibabaw ng karaniwan o sumisipsip na papel tungo sa isang silindrong may kapal na 3 mm. Kung ang halimbawang ito ay napaikid hanggang sa gayong kapal nang hindi nababali, muli itong binubuo sa isang bola at pinapaikid sa kaparehong paraan. Inuulit ang paraang ito hanggang sa makuha na ang silindro sa kapal na 3 mm ay nagsisimula nang mabali. Pagkatapos, ang mga nabaling silindro ay inilalagay sa mga salaming orasan at tinutukoy ang dami ng tubig. Ang daming iyon ng tubig, na ipinahayag bilang porsiyento ng tuyong bigat ng halimbawang lupa, ay tumutugma sa hangganan ng pagkaplastiko wP.
Pagtukoy ng hangganan ng pag-urong
Lar. 3. Pagtukoy sa hangganan ng pag-urong
Hinahalo ang sample ng lupa sa distilled water sa paraang inilarawan sa ilalim ng Pagsubok sa pagtukoy ng hangganan ng pagdaloy, upang ang konsistensiya nito ay maging halos nasa hangganan ng pagdaloy, kapag ang lahat ng puwang ay nabusog na ng tubig. Pagkatapos ay bumubuo ng isang bolang maliit na pinatutuyo muna sa hangin, pagkatapos ay sa hurno sa 105°C. Kinakailangan ang sunud-sunod na pagpapatuyo na ito upang maiwasan ang mga bitak sa natuyong sample, na makaaabala sa pagsubok. Agad sa simula ay sinusukat ang timbang W1 ng sample at tinutukoy ang dami nitong V1 sa pamamagitan ng pagsubok na paglulubog sa asoge, pagkatapos ay patuloy itong pinatutuyo sa hangin, at saka sa hurno, na paminsan-minsang kumukuha ng sample, pinalalamig sa eksikador at sinusukat ang timbang nitong W2, W3, W4 atbp. at ang dami nitong V2, V3, V4 atbp. Sa ganitong paraan matutukoy na sa isang partikular na kalagayan ng halumigmig, ang dami ng sample ay tumitigil sa pagliit kahit na ang timbang nito ay patuloy na bumababa dahil sa pagpapatuyo. Kung ang sample sa paunang kalagayan nito ay busog sa tubig, ibig sabihin ay walang hangin sa mga pore, ang pagkawala ng tubig sa pagpapatuyo ng sample hanggang sa hangganan ng pag-urong ay humigit-kumulang katumbas ng pagbawas ng dami ng sample. Pagkatapos nito ay ipinagpapatuloy pa rin ang pagpapatuyo nang walang pagsukat ng dami, hanggang sa tuluyang matuyo ang sample, ibig sabihin ay hanggang sa maging pare-pareho ang timbang. Pagkatapos ay tinutukoy ang dami ng tubig sa porsiyento ng tuyong timbang ng sample para sa bawat pagsukat ng dami at timbang ng sample, at inilalagay ang mga resulta ng pagsubok sa diyagram (lar. 3). Sa ganitong paraan nakukuha ang mga puntong A, B, C, D at E, na pinagdurugtong, kaya karaniwan ay nakukuha ang isang linya na may matalim na baluktot sa rehiyon ng hangganan ng pag-urong. Sa puntong pagkaputol na S nakukuha ang halumigmig w na tumutugma sa hangganan ng pag-urong _W_S.
Pagtukoy ng kapilarihan
Ang pagsubok sa pagtukoy ng taas ng pag-akyat ng tubig sa pamamagitan ng capillary ay isinasagawa sa dalawang paraan, lalo na sa direktang pagsukat ng taas ng capillary na pag-akyat ng tubig at sa hindi direktang pagsukat gamit ang kapilarimetro.
Eksperimento sa pagtukoy ng taas ng capillary sa pamamagitan ng direktang pagsukat
Mula sa nasirang sample ay kumukuha ng humigit-kumulang 300 pondi ng lupa, na pinatutuyo sa 105°C, pagkatapos ay sa paglamig ay dinudurog ito hanggang sa napakapinong pulbos, nang hindi dinudurog ang mga butil. Ang nabuong pulbos ay ibinubuhos sa isang salaming tubo na may diyametrong ø 25 mm, habang 1,5 - 2,5 m ang haba, bukas sa magkabilang dulo, na ang ibabang dulo ay sinasara muna ng salaming bulak o isang piraso ng tela. Sa bukas na itaas na dulo ay ibinubuhos natin ang pinatuyong pulbos hanggang sa taas na mga 10 cm, pagkatapos ay itinataas ang tubo at hinahayaang bumagsak nang may paghatak sa sahig na kahoy o sa iba pang elastikong suporta hanggang sa makita ang pag-upo ng pulbos sa tubo. Kinokontrol ang pag-upo ng pulbos sa pamamagitan ng pagmamarka ng mga guhit gamit ang mamantikang tisa sa tubo. Pagkaraan nito ay ibinubuhos pa natin ang karagdagang 10 cm na pulbos at inuulit ang gayunding proseso hanggang mapuno ang tubo ng siksik na tuyong pulbos ng sample ng lupa na ang capillarity ang sinusuri. Pagkatapos ay inilulubog natin ang ilalim ng tubo sa isang salaming sisidlan na may destiladong tubig na walang agos, nang ang ibabang dulo ng tubo ay hindi dapat nakasalalay sa ilalim ng sisidlan (fig. 4). Ikinakabit natin ang salaming tubo sa isang patpat na panukat, upang parehong patayo ang tubo at ang panukat. Pagkatapos ay inoobserbahan natin ang pag-akyat ng tubig sa tubo, na malinaw na nakikilala sa kulay: ang tuyong sample ay mapusyaw ang kulay, at ang basa ay madilim. Ang pagitan ng antas ng tubig sa sisidlan at ng itaas na gilid ng basang sample ay kumakatawan sa taas ng capillary rise hk.
Lar. 4. Pagtukoy ng taas ng pag-akyat ng tubig sa pamamagitan ng direktang pagsukat
Ang pagmamasid ay karaniwang isinasagawa pagkatapos ng 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 atbp. na oras. Ang mga resulta ng pagmamasid ay inilalagay sa isang diyagram, na ang mga abscissa ay kumakatawan sa oras sa mga oras, at ang mga ordinate ay ang taas ng pag-akyat ng tubig sa pamamagitan ng capillarity sa mm (fig. 5).
Sa mabuhanging materyal, ang capillary rise ay biglang mabilis sa simula, pagkatapos ay mas mabagal, at ang huling taas ng pag-akyat ay mabilis na naaabot. Sa luwad na materyal, ang capillary rise ay mas mabagal sa simula, ngunit mas tumatagal ito at umaabot sa mas mataas na taas.
Ang paraang ito ng pagtukoy sa kapillar na taas ay matagal, lalo na sa mabuhanging lupa. Bukod dito, ang taas ng pag-akyat ng kapilaryo ay nakadepende sa temperatura ng hangin at sa kahalumigmigan nito, kaya kailangang panatilihing halos posible na pare-pareho ang mga salik na ito.
Lar. 5. Diyagram ng capillary na pag-akyat ng tubig sa lupa, a-buhangin; b-alikabok; c-lupang luwad
Pagsusuring pagtukoy ng taas ng kapilaridad gamit ang kapilarimetro
Umiiral ang ilang kapilarimetro na may iba’t ibang disenyo, gaya ng mga kapilarimetro ng Beskowa, Jürgenson at Engelhardt. Dito ay ilalarawan namin ang prinsipyong gumagana ng kapilarimetro ng Beskowa, na siyang pinakaginagamit.
Isinasagawa ang pagsusuring ito sa mga hindi nabagong o nabagong sample. Kung ang sample ay nabago, inilalagay ito sa aparato sa kalagayang nasa hangganan ng pagdaloy.
Sl. 6. Kapilarimetro ni Beskow
Ang kapilarimetro ni Beskow ay binubuo ng dalawang sisidlan (fig. 6), na magkakaugnay sa ibabang bahagi sa pamamagitan ng pinatibay na goma na hose. Sa sisidlang 1 inilalagay ang sampol ng lupa sa salang ilalim, samantalang sa ilalim nito ay may sisidlang bahagyang puno ng distilled water at bahagyang ng mercury, na nasa ibabang bahagi upang mapuno nito ang buong goma na hose at ang ibabang bahagi ng sisidlang 2. Sa simula ng eksperimento, pareho ang antas ng mercury sa dalawang sisidlan. Pagkatapos ay ibinababa ang sisidlang 2, kaya nalilikha ang underpressure sa ilalim ng salang ilalim ng sisidlang 1. Kapag ang underpressure na ito ay mas malaki na kaysa sa mga puwersang kapilaridad sa sampol, ang hangin ay tumatagos sa sampol patungo sa salang ilalim at ang antas ng mercury sa dalawang sisidlan ay agad na nagiging pantay sa pamamagitan ng paglusong ng sisidlang 2. Ang diperensiyang Hg sa pagitan ng antas ng mercury sa isang sisidlan at sa kabila sa sandali ng pagkapantay ng underpressure at ng mga puwersang kapilaridad, ibig sabihin, kaagad bago nagsimulang tumagos ang hangin sa sampol, na isinalin sa taas ng haliging tubig at nadagdagan ng taas ng haliging tubig na h sa ilalim ng sampol, ay nagbibigay ng kapilar na taas hk. Dahil ang mercury ay 13,6 na mas mabigat kaysa sa tubig, kung gayon ang taas ng pag-akyat sa kapilaridad hk ay:
hk = 13,6 Hg + h
Pagtukoy sa pagkamatagusin ng lupa
Ang laboratoryong pagsubok para sa pagtukoy ng pagkamatagusin ng lupa ay isinasagawa sa pamamagitan ng mga espesyal na aparatong tinatawag na permeametri. May iba’t ibang konstruksyon ng permeameter, na gayunman ay maaaring hatiin sa dalawang grupo: permeametri na may konstanteng presyon ng tubig, para sa mas magagaspang na lupa at permeametri na may bumababang presyon ng tubig para sa pinong-butil na lupa. Sa parehong kaso, ang pagsubok ay isinasagawa sa mga hindi nabagong sample.
Tinutukoy sa pamamagitan ng laboratoryong pagsubok ang koepisyent ng pagkamatagusin ng lupa, na ang halaga nito ay ipinapahayag sa isang tiyak na temperatura dahil sa magkakaibang lagkit ng tubig sa iba’t ibang temperatura, na nakaaapekto sa halaga ng koepisyent ng pagkamatagusin k. Karaniwan, ipinapahayag ang koepisyent k sa temperaturang t =10°C. Samakatuwid, kung ang 10°C, ang temperatura ng tubig sa pagtukoy ng koepisyent k ay T na naiiba sa t = 10°C, kung gayon ang halaga nito ay muling kinokompyut ayon sa pormula:
k10oC = ηt /η10oC * kT
kung saan ang ηt at η10oC ay ang lagkit ng tubig sa gumaganang temperatura T, o sa pinagtibay na temperatura t =10°C.
kT nakuha na halaga ng koepisyent ng pagkamatagusin ng lupa sa temperaturang pangtrabaho T.
Ang mga halaga ng lagkit para sa iba’t ibang temperatura T ay ibinigay sa talahanayan 1.
Pagsubok sa may konstanteng presyon ng tubig
Lar. 7. Permeameter na may konstanteng presyon ng tubig
Para sa pagsubok na ito, kumukuha ng hindi nagambalang halimbawang lupa sa isang metal na silindro na may diyametrong D, taas na h, at may pinatalas na ibabang gilid, sa pamamagitan ng pagtutulak nito sa lupa o sa mas malaking hindi nagambalang halimbawang lupa. Matapos itugma ang itaas at ibabang ibabaw ng halimbawa sa mga gilid ng silindro, ang halimbawang nasa silindro ay inilalagay sa aparato (sl. 7) sa pagitan ng itaas at ibabang filter. Ang ibabang filter ay binubuo ng masiksik na salaan at filter na bato, upang mapahintulutan ang pagdaloy ng tubig sa halimbawa at mapigilan ang paghuhugas ng mga partikulo ng lupa. Ang itaas na filter ay walang salaan dahil mas maliit ang posibilidad ng paghuhugas ng mga partikulo. Ang suplay ng tubig sa halimbawa ay mula sa antas na N, na pinananatiling pare-pareho sa tulong ng overflow, kaya ang hidrostatikong presyon na H ay pare-pareho. Sa ilalim ng presyur na ito, ang tubig ay dumaraan sa halimbawa na may kapal na h at sa pamamagitan ng tubong nakakabit sa itaas na bahagi ng aparato ay napupunta sa salaming menzurang M kung saan ito tumutulo.
Sa sandaling magsimulang dumaloy ang tubig sa pamamagitan ng sample papunta sa menzura, paandarin natin ang stopwatch at obserbahan ang dami ng tubig q na pumapasok sa menzura sa loob ng t. Ayon sa batas ni Darcy ay
q = k*A*t*i
kung saan ang k ay koepisyent ng pagkamatagusin sa cm/sec, A ang lawak ng cross-section ng ispesimen, i ang hydraulic gradient, i = H/h.
Mula sa itaas na equation, mayroon tayong k= qh/Ath [cm/sec].
Ang dami ng tubig na dumaraan sa sample ay binabasa sa iba’t ibang pagitan ng oras mula sa simula hanggang sa katapusan ng pagmamasid, kaya mayroon tayong mga indibidwal na dami at ang kabuuang dami ng tubig na dumaan sa sample.
Upang maalis ang mga bula ng hangin sa halimbawang lupa at sa tubig, na maaaring magdulot ng maling resulta ng pagsusuri, kinakailangan na bago ang pagsusuri ang sample ay nasa puspos na kalagayan, at na para sa pagsasagawa ng pagsusuri ay gumamit ng pinakuluan o kahit na nakatigil na tubig.
Sa halip na ang naunang inilarawang aparato na nakabatay sa hidrostatikong presyon dahil sa pagkakaiba ng antas ng tubig H, mayroon ding mga aparatong kung saan ang hidrostatikong presyon ay nalilikha ng presyon ng hangin na mula sa 10 hanggang 15 kp/cm2, at pinananatiling pare-pareho sa tulong ng kompresor.