土壌にAtterberg塑性限界を決定するための曲げ試験

Summary

土壌中のプラスチックの限界を決定するための伝統的な標準試験を手動で実行され、その結果がオペレータに依存して変化します。曲げ測定に基づく別の方法は、本研究で示されています。これは、プラスチック製の限界が明確かつ客観的な基準を用いて得ることができるようになります。

Abstract

ねじ転造試験は土壌プラスチック限度（PL）を決定するための最も一般的に使用される方法です。テストを行い、オペレータからかなり主観的な判断は、その性能の間に関与しているので、広く大きく、最終的な結果に影響を与える可能性がある、批判されています。別の代替方法が提唱されてきたが、彼らはスピード、シンプルさとコストの標準ローリングテストと競合することはできません。

著者による初期の研究では、PLを決定するための簡単​​な装置を用いて簡単な方法は、（「テストを曲げスレッド」または単に「曲げ試験」）提示されました。この方法は、PLは、最小限のオペレータの干渉を用いて得ることができました。本論文では、元の曲げ試験のバージョンが示されています。実験的基礎は、元の曲げ試験と同じである：彼らはクラックし始めるまで、直径3ミリメートルと52ミリメートルの長さである土壌のスレッドが曲がっている、両方のbendiようにngの製造およびその関連含水量が決定されます。しかし、実際には、PLは、1つの実験点（ただし、2つの実験点で達成することができ、この新バージョンは、式からPLを算出することができるので、このパラメータを得るために、任意の曲線または直線をプロットする必要がないと）推奨されています。

この新しいバージョンで得られたPL結果は、元の曲げ試験および経験豊富なオペレータによる標準ローリング試験により得られたものと非常に類似しています。唯一の高可塑性凝集性土壌の特定の例では、結果に大きな違いがあります。これにもかかわらず、曲げ試験は、後者は、標準的なねじ転造方法を経由してテストすることが最も困難であり、凝集性と非常に低い可塑性土壌の両方土壌のすべてのタイプ、のために非常によく動作します。

Introduction

液性限界（LL）とプラスチック製リミット（PL）は、1911年¹でAtterbergによって定義される2つの最も重要な土壌の一貫性の制限があります。LLは、プラスチックや半固体の状態の間で液体とプラスチックの状態との間の境界をマークし、PL。 LLは、カサグランデ法^2,3または侵入テスト⁴を介して、いくつかの基準に従って世界中で得られます。両方の方法は、デバイスによって機械的に行われています。これによって、最小限のオペレータの干渉が関与しています。 PLの場合には、いわゆる「ねじ転造試験」とは、その決意^2,5のための最も普及した、標準化された方法です。このテストは、オペレータが崩れする土壌を考慮するまで手で3ミリメートルスレッドに土を圧延に基づいています。オペレータの技量および判断は、試験の結果に重要な役割を演じるので、この理由から、広く批判されています。標準圧延試験は重要なそのような多くの制御できない要因によって影響されます圧力が適用されるように、接触形状、摩擦、圧延速度、試料の大きさ及び土壌^6,7の種類。米国材料試験協会（ASTM）は、オペレータ干渉^2,8を最小にするために単純な装置を含むASTM D 4318規格を開発し、テストに対する手動圧延試験を比較した場合、しかし、有意な差は、いくつかの土壌で報告されていますASTMのD4318装置⁹によって実行されます。

塑性指数（PI）は、それ（PI = LL – PL）から得られるのでPLは、地質の目的のために非常に重要なパラメータです。 PIは、カサグランデ^11,12の研究に基づいてのASTM D 2487 ¹⁰に示す可塑性グラフに従って土壌を分類するために使用されます。 PLのエラーはマイナスにこの分類^13に影響^を与え、そしてこの理由のため、PLの決意のための新たなテストが必要です。

プフェッフェルコルンテスト、コーンpenetromeTER、キャピラリーレオメーター、トルクレオメーター、又は応力-歪み試験は、土壌可塑^14を測定^するため^の別の方法のいくつかの例であり、これらはPLを得るのに十分ではありません。秋コーンテストの特別なインスタンスと、研究者の多くは、異なる針入度計を使用してPLの決意のための新しい方法論は^15-20を設計しますが、本当の合意に達することなく、定義しようとしました。さらに、その全ては、PLでのせん断強度が²²真されていないLL ²¹で100倍であるという仮定に基づいています。

バーンズ^{23,24は、PL}決意のための明確な基準を定めるための試みで土壌シリンダーの圧延条件をエミュレート装置を開発しました。それにもかかわらず、いくつかの欠点は、その複雑さ、試験時間とPL ^25を計算する主疑問手段として、このアプローチで識別されます。標準転がり試験の成功迅速な性能と低コストは、そのシンプルさにあるので、全く別の方法は、それがこのような高い精度と低オペレータの干渉として、これらの3つの要件や他のものを満たしていない限り、それを交換することができなくなります。

著者による以前の研究では、新たなPLアプローチは^、25提案された。元のスレッド曲げ試験（または単に屈曲試験）はPLは、水の含有量と曲げ変形の間の関係を表現したグラフから得ることができました。著者らは、得られ、点の相関がどのように妥協することなく、二つの方法で定義することができるように、（プロトコルがこれらの点は、本論文で示されたものと同じであった取得するために、続いて）それぞれの土壌のためのいくつかの実験点をプロット硬いプラスチックラインという名前の曲げ曲線（ 図1A）という名前の放物線として、および異なる傾きをもつ2つの交差する直線のように、正しいポイントパスの定義ソフトプラスチック製のライン。堅いプラスチックラインが最も急なものであり、PLは、y軸（ 図1B）とこのカットオフ点に対応する水分率として算出しました。このカットオフポイントで生産曲げ塑性限界の概念に従って、 すなわちにある、ゼロである。、PLは、土壌がこのしきい値以下の変形に耐えることができないれる水分量（半固体状態）であるが、それはクマを行いますその上、それら（プラスチック状態）。最初の研究では、PLは（これは、y軸と交差しない）曲げ曲線によって直接得ることができなかったが、この行は、曲げ曲線と交差するラインは非常によく似た経路を辿ることを考慮するので、曲げに非常に有用でした実験データから得られた曲線式は、まず、 図1（b）に示すように 、わずか数点で試験を行うために、第二に、任意のずれを補正し、するために余分なポイントを得るために使用しました。< / P>

図1.オリジナルの曲げ試験によって試験された土壌中のBWポイントのグラフ表示。（A） は点の相関が式に含まれている曲げ曲線という名前の放物線として表されます。 （B）点の相関は、2つの交差する線によって定義され、他の余分な点が追加される（それらは、曲げ曲線の式から算出しました）。 B値はB = 52.0-D（Dはミリメートルでクラックの時に先端との間で測定された平均距離である）として得られ、PLは、硬いプラスチックラインのカットオフ点とに対応する含水量として算出されますy軸。この図は、モレノ・マロート＆アロンソ-アスカラテ²⁵から変更されています。K ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

すべての結果は非常に経験豊富なオペレータによる伝統的なねじ転造法により達成されたものとよく一致していました。しかし、元の曲げ試験は、標準化されたねじ転造試験よりも遅いままでした。さらにテスト時間を節約しようとする試みには、ワンポイントのバージョンが提唱されました。これは、0.108であった24試験土壌で得られた平均曲げ傾き（m）と 、に基づいていた（Mは、それは二重対数目盛りで表され、曲げ曲線の傾きであり; mは 、図1Aの曲げ曲線式に現れます） 。この因子が含まれていた式により、硬いプラスチック及び軟質プラスチック両方のラインをグラフ描画し、したがってPLを推定しました。これらの結果は、非常に多点曲げ試験および標準圧延試験の両方と相関していました。この1点版？にもかかわらずプロットが必要だったので、nはさらに速く、従来のテストよりもされ、PL計算はより複雑でした。プロットが必要とされないように、この理由のため、統計的基準に基づいてPLを計算するための新しい式は、本研究で開発され、実験プロトコルは、元の湾曲と同じであるのに対し、結果が、一点のみで達成することができますテスト。この新しいバージョンは古いねじ転造方法を置き換えるために必要な要件を満たしています。

Protocol

1.、ドライを収集し、試験試料をふるいフィールド内の土壌サンプルを収集し（シャベルやコテを使用します）、ポリエチレン袋に入れて保管してください。 細かい土壌（粘土やシルト）で100〜千グラムは、一般的に十分であるが、砂質土と砂利や小石を含有するもので、大量から、必要となる場合があります。サンプルの量は、土壌の種類によって異なります。注意して​​?…

Representative Results

プロトコルのステップ6.1に示すPL方程式は作者25（ 表1）の以前の研究で試験された24土壌の統計的研究を通じて達成されました。目的は、PLは、元の曲げ試験（元に従って得たときの曲げ曲線上の最も可能性の曲げ傾き（ 図1Aに表示される曲げ曲線方程式、中長期メートル ）とBの平均値を知ることでした）試験は、3つ以上の実…

Discussion

Atterbergプラスチックリミット^1は、それが広く地盤目的^10,11,12のために使用される主な理由は、土壌中で非常に重要なパラメータです。それが主張されているPLを取得するためにテストし、その結果新たなアプローチを行っている作業者の技術および判断に大きく依存しているため、PLの決意のための標準的なねじ転造試験は、広く批判されています^{6,7,9,13,15- 20、23-25。}…

Materials

Shovel	Any	NA	It is preferable a round point metal shovel so that it can penetrate easily in the soil.
Trowel	Any	NA	It should be easy to handle both in field and laboratory, so approximately 500 g of soil should be the maximum of soil that could pick up.
Polyethylene bags	Any	NA	The size of the bags depends on the collected soil volume. If we were interested in preserving the natural moisture, use sealing tape to close the bag.
Soil splitter	PROETISA	S0012	It is not mandatory, because the quartering can be performed with the shovel, but in case of using it: it must be big enough to split several kg of sample in the cases of soils with large amounts of gravel or pebbles.
Oven	SELECTA	2001254	The oven must be able to maintain constant temperature and should have some sort of slot or outlet opening to facilitate the release of water vapor.
Lab trays	Any	NA	Metal trays are preferred over plastic because the first ones tolerate the oven temperatures better than the second ones.
Mortar and pestle	MECACISA	V112-02	A ceramic mortar is valid.  It is recommended to use a rubber covered pestle because if the pestle was of other different materials (like metal or a ceramic), it could break the sand particles.
0.40 mm sieve (or 0.425 mm sieve)	FILTRA	0,400 (or 0,425)	Make sure that the sieve mesh is in perfect conditions of use (it should not be neither broken or worn).
Brush	Any	NA	It is useful for passing the soil during the sieving.
Wash-bottle	Any	NA	It should have an approximate capacity of one litre and it should be easy to control the amount of water that it releases.
Distilled water	Any	NA	Distilled water can be purchased or obtained by filtering from tap water (in this last case, a filtering system is necessary).
Nonabsorbent smooth glass plate	Any	NA	The plate should have a minimum area of approximately 30 × 30 cm.
Metal spatula	Any	NA	The metal blade of the spatula must be flexible. Dry it with a paper after water-cleaning to prevent rusting.
Latex gloves	Any	NA	Latex, vinyl, nitrile or other impermeable materials are valid. They should be thin enough to sense the soil with the hands.
Cling film	Any	NA	Normal cling film is valid.
Airtight bags	Any	NA	Remove the air before closing them.
Thread molder	Any	NA	It is a tool designed in this experiment (drawings with dimmensions are included in this paper).
Steel pushers	Any	NA	It is a tool designed in this experiment (drawings with dimmensions are included in this paper).
Damp cloth	Any	NA	A normal damph cloth is valid.
Roll of paper	Any	NA	Normall rolls of paper used to dry hands are valid.
Caliper	Any	NA	It must have an accuracy of at least 0.1 mm.
Paper and pen	Any	NA	Paper and pen are used to write the results.
Containers with covers	Any	NA	Small cylindrical glass containers are valid. If they do not have covers, watch glasses can be used as covers. Covers are useful to avoid the loss of water during the test and also to prevent the dry soil absorbs moisture from the air after oven drying.
Precision or analytical balance	BOECO	BPS 52 PLUS	It must have an accuracy of at least 0.01 g.
Protective gloves	Any	NA	Protective gloves are used to catch the metal trays from the oven.
Tongs	Any	NA	Tongs are used to catch the hot containers from the oven.
Desiccator	MECACISA	A036-01	A normal glass desiccator with silica gel is valid to prevent the dry soil absorbs moisture from the air after oven drying.