Ein Biegetest zur Bestimmung der Atterberg Ausrollgrenze in Böden

Summary

Die traditionelle standardisierten Test für die Plastizitätsgrenze in Böden Bestimmung wird von Hand durchgeführt, und das Ergebnis wird auf den Bediener variiert. Ein alternatives Verfahren basiert auf Biegemessungen wird in dieser Studie dargestellt. Auf diese Weise können die Plastizitätsgrenze mit einem klaren und objektiven Kriterium gewonnen werden.

Abstract

Der Gewinderollen-Test ist der am häufigsten verwendete Verfahren die Plastizitätsgrenze (PL) in den Böden zu bestimmen. Es wurde vielfach kritisiert, weil eine erhebliche subjektive Beurteilung von dem Betreiber, dass der Test durchführt, während seine Leistung beteiligt ist, die erheblich das Endergebnis beeinflussen können. Verschiedene alternative Methoden wurden vorgebracht, aber sie können nicht mit dem Standard-Rolltest in Geschwindigkeit, Einfachheit und Kosten konkurrieren.

In einer früheren Studie, die von den Autoren, ein einfaches Verfahren mit einer einfachen Vorrichtung die PL zu bestimmen, wurde vorgestellt (die "Fadenbiegetest" oder einfach "Biegetest"); Diese Methode der PL zu erhalten mit minimalem Bediener Störungen erlaubt. In der vorliegenden Arbeit wird eine Version des Original-Biegeversuch gezeigt. Die experimentelle Basis ist die gleiche wie die ursprüngliche Biegetest: Boden Fäden, die 3 mm im Durchmesser und 52 mm Länge gebogen sind, bis sie zu knacken zu starten, so dass sowohl die bending erzeugt und die damit verbundenen Feuchtigkeitsgehalt bestimmt werden. Jedoch ermöglicht diese neue Version die Berechnung von PL aus einer Gleichung, so ist es nicht notwendig, jede Kurve oder gerade Linie zu zeichnen diesen Parameter zu erhalten, und in der Tat kann die PL mit nur einem experimentellen Punkt erreicht werden (aber zwei experimentellen Punkte werden empfohlen).

Die PL Ergebnisse mit dieser neuen Version erhalten werden, sind sehr ähnlich zu denen durch die ursprüngliche Biegeversuch und der Standardrolltest durch einen erfahrenen Bediener erhalten. Nur in bestimmten Fällen hoher Plastizität bindigen Böden, gibt es eine größere Unterschied im Ergebnis. Trotzdem arbeitet die Biegetest sehr gut für alle Arten von Boden, sowohl Kohäsions- und sehr geringe Plastizität Böden, wobei letztere sind am schwierigsten über den Standard-Gewindewalzverfahren zu testen.

Introduction

Fließgrenze (LL) und Plastizitätsgrenze (PL) die zwei wichtigsten Bodenkonsistenz Grenzen derjenigen , die durch Atterberg sind 1911 ^1. LL markiert die Grenze zwischen Flüssigkeit und Kunststoffzuständen und PL zwischen Kunststoff und halbfesten Zustände. LL ist nach mehreren Standards durch die Casagrande Methode auf der ganzen Welt erhalten ^2,3 oder der Penetrationstest ^4. Beide Verfahren sind mechanisch durch Vorrichtungen durchgeführt wird; dadurch ist minimal Betreiber Störungen beteiligt. Im Falle von PL, die so genannte "Gewinderolltest" ist die beliebteste und standardisierte Verfahren für die Bestimmung ^2,5. Dieser Test basiert auf dem Boden in 3 mm Gewinde von Hand zu rollen, bis der Bediener den Boden zu bröckeln hält. Aus diesem Grund hat es sich vielfach kritisiert worden, weil die Geschicklichkeit und das Urteil des Betreibers eine wesentliche Rolle für das Ergebnis des Tests spielen. Standard-Rolltest wird vor allem durch viele unkontrollierte Faktoren beeinflusst, wie zumals der Druck aufgebracht wird , die Kontaktgeometrie, die Reibung, die Geschwindigkeit der Walzen, die Größe der Probe und der Bodenart ^6,7. Die American Society of Testing and Materials (ASTM) entwickelt , um die ASTM D 4318 – Standard, der eine einfache Vorrichtung enthält , um zu minimieren haben die Betreiber Interferenz ^2,8, jedoch signifikante Unterschiede in manchen Böden berichtet, wenn die manuelle Rolltest gegen den Test zu vergleichen nach ASTM D4318 Einrichtung ⁹ durchgeführt.

PL ist ein sehr wichtiger Parameter für geotechnische Zwecke, da Plastizitätsindex (PI) von ihr (PI = LL – PL) erhalten wird; PI wird verwendet , um den Boden gemäß dem Plasticity Diagramm in ASTM D 2487 ¹⁰ gezeigt , zu klassifizieren , basierend auf der Erforschung von Casagrande ^11,12. Fehler in der PL negativ beeinflussen diese Klassifikation ^13, und aus diesem Grund wird ein neuer Test für PL Bestimmung erforderlich.

Pfefferkorns Test, Kegel penetrometer, Kapillar – Rheometer, sind Drehmoment – Rheometer oder Spannungs-Dehnungs – Tests einige Beispiele für alternative Methoden zur Boden Plastizität ¹⁴ zu messen, aber diese sind nicht ausreichend , um die PL zu erhalten. Mit dem speziellen Fall des Falles Kegel Tests haben eine große Anzahl von Forschern versucht , eine neue Methodik für PL Bestimmung Designs mit unterschiedlichen penetrometer ^15-20 zu definieren, aber ohne eine wirkliche Einigung. Darüber hinaus ist alles davon basiert auf der Annahme , daß die Scherfestigkeit an der PL 100 mal ist , dass an den LL ^21, die ²² nicht wahr ist.

Barnes ^23,24 entwickelte ein Gerät , das die Walzbedingungen der Bodenzylinder in einem Versuch , emuliert ein klares Kriterium für PL Bestimmung festzulegen. Dennoch sind einige Mängel bei diesem Ansatz identifiziert, wie seine Komplexität, Testdauer und vor allem die fragwürdigen Mittel von ²⁵ PL zu berechnen. Der Erfolg der Standard-Rolltestliegt in seiner Einfachheit, schnelle Leistung und niedrigen Kosten, so wird keine alternative Methode in der Lage sein, sie zu ersetzen, es sei denn, es diese drei Anforderungen und anderen, wie zum Beispiel eine hohe Genauigkeit und geringe Betreiber Interferenz erfüllt.

In einer früheren Studie , die von den Autoren wurde eine neue PL Ansatz ²⁵ vorgeschlagen: die ursprüngliche Fadenbiegeversuch (oder einfach Biegeversuch) erlaubt die PL aus einem Diagramm erhalten werden , in der sie die Beziehung zwischen Wassergehalt und der Biegeverformungen dargestellt wurde. Die Autoren erhalten und aufgetragen mehrere experimentelle Punkte für jeden Boden (das gewählte Protokoll diese Punkte zu bekommen war die gleiche wie die in der vorliegenden Arbeit angedeutet), so dass die Korrelation der Punkte auf zwei Arten definiert werden können, ohne in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen die korrekte Definition des Punktes Pfad: als einer parabolischen Kurve, die Biegelinie (Abbildung 1A) genannt, und als zwei sich schneidende geraden mit unterschiedlichen Neigung, mit dem Namen der steifen Kunststoffleitungund die Soft-Kunststoff-Linie. Die steifen Kunststoffleitung ist der steilste eine und PL aus sie als Feuchtigkeitsprozentsatz der Grenzpunkt das mit der y-Achse (1B) entspricht , berechnet. In diesem Grenzpunkt erzeugt die Biegung Null ist, die in Übereinstimmung mit dem Konzept der Plastizitätsgrenze, dh., PL ist der Feuchtigkeitsgehalt , bei dem die Bodenverformungen unter dieser Schwelle zu widerstehen (halbfesten Zustand) nicht geeignet ist , aber es hat bear sie darüber (Plastik Zustand). Obwohl in der ursprünglichen Studie konnte die PL nicht direkt durch die Biegekurve erhalten werden (dies ist nicht die y-Achse schneidet), war diese Leitung sehr nützlich, weil man bedenkt, dass die Biegelinie und die Schnittlinien folgen sehr ähnliche Wege, die Biege Kurvengleichung aus den experimentellen Daten erhalten wurde verwendet , um zusätzliche Punkte zu erhalten, erstens korrigieren jede Abweichung, und zum anderen mit den Test durchzuführen nur einige Punkte , wie in 1B gezeigt. < / P>

Abbildung 1. Graphische Darstellung der BW Punkte in einem getesteten Bodens durch den ursprünglichen Biegetest. (A) Die Korrelation der Punkte als eine parabolische Kurve dargestellt ist , die Biegelinie , deren Gleichung gestattet enthalten. (B) Die Korrelation der Punkte wird definiert durch zwei sich kreuzende Linien und andere zusätzliche Punkte hinzugefügt werden (sie von der Biegekurve Gleichung berechnet wurden). B-Werte werden als B erhalten = 52,0-D und PL (wobei D der mittlere Abstand zwischen den Spitzen zum Zeitpunkt der Rissbildung in mm gemessen ist) als der Wassergehalt, berechnet entsprechend dem Grenzpunkt des steifen Kunststoffleitung mit die y-Achse. Diese Zahl wurde von Moreno-Maroto & Alonso-Azcárate ²⁵ geändert.k "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Alle waren die Ergebnisse in sehr guter Übereinstimmung mit denen erreicht durch die traditionellen Gewindewalzverfahren durch einen erfahrenen Bediener. Jedoch blieb die ursprüngliche Biegeversuch langsamer als die standardisierten Gewinderolltest. In einem Versuch, weitere Testzeit sparen, eine Ein-Punkt-Version wurde vorgebracht. Es wurde auf die durchschnittliche Biegesteigung basierend (m) in den Böden 24 getestet erhalten, die 0,108 war (m ist die Steigung der Biegekurve , wenn sie in doppelt logarithmischem Maßstab dargestellt ist; m wird auf der Biegekurvengleichung in 1A) . Mittels einer Gleichung, wo dieser Faktor enthalten war, sowohl die steifen Kunststoff und Kunststoff-Weich Linien wurden graphisch aufgetragen, und somit wurde die PL geschätzt. Diese Ergebnisse wurden auch stark korreliert sowohl mit dem Multi-Punkt-Biegeversuch und dem Standard-Rolltest. Trotz dieser Ein-Punkt-Version noch schneller als das traditionelle Test, wurde die PL Berechnung komplexer, weil Plotten erforderlich war. Aus diesem Grund wird auf der Grundlage der statistischen Kriterien eine neue Gleichung für PL Berechnung wurde in dieser Studie entwickelt, so dass Plotten nicht erforderlich ist, und die Ergebnisse können mit nur einem Punkt erreicht werden, während das Versuchsprotokoll dasselbe wie das ursprüngliche Biegung ist Test. Diese neue Version erfüllt die notwendigen Anforderungen an die veralteten Gewindewalzverfahren zu ersetzen.

Protocol

1. Sammeln, Trocknen und Sieben Sie die Testprobe Sammeln Sie eine Bodenprobe im Feld (mit einer Schaufel oder einer Kelle) und speichern sie in einem Polyethylenbeutel. Hinweis: Das Volumen der Probe variiert in Abhängigkeit von der Bodenart: in feinen Böden (Tone und Schluffe) zwischen 100 und 1.000 g im allgemeinen ausreichend ist, aber in sandigen Böden und solche mit Kies und Steine, können große Mengen benötigt werden, aus wenige bis mehrere kg. Reduzieren Sie die Probe im Labor d…

Representative Results

Die PL – Gleichung in dem Schritt 6.1 des Protokolls gezeigt wurde durch eine statistische Untersuchung der in einer früheren Untersuchung der Autoren 25 (Tabelle 1) getestet 24 Böden erreicht. Das Ziel war es, die wahrscheinlichste Biege Steigung (der Ausdruck m in der Biegekurvengleichung, die in Figur 1A angezeigt) kennen auf der Biegelinie und der Mittelwert von B , an dem PL entsprechend dem ursprünglichen Biegetest erhalten w…

Discussion

Die Atterberg Ausrollgrenze ¹ ist ein sehr wichtiger Parameter in Böden, vor allem weil es weit verbreitet für geotechnische Zwecke ^10,11,12 verwendet wird. Die Standard – Gewinderolltest für PL Bestimmung wurde weithin kritisiert , weil es in hohem Maße abhängig von der Geschicklichkeit und Beurteilung des Betreibers ist, die den Test und damit neue Ansätze führt den PL zu erhalten beansprucht ^{6,7,9,13,15- 20, 23-25.} Jedoch ist die Einfachheit, niedrige Kosten und schnelle Perfor…

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.