En Bending Test for Bestemme Atterberg Plastic Limit i Soils

Summary

Den tradisjonelle standardisert test for å bestemme plastisk grense i jordbunnen er utført for hånd, og resultatet er avhengig av operatøren. En alternativ fremgangsmåte basert på bøye målingene er presentert i denne studien. Dette gjør at plast grense som kan oppnås med en klar og objektiv kriterium.

Abstract

Tråden rullende test er den mest brukte metode for å bestemme plastisk grense (PL) i jordsmonn. Det har blitt mye kritisert, fordi en betydelig subjektiv vurdering fra operatøren som utfører testen er involvert i løpet av sin ytelse, noe som kan påvirke det endelige resultatet betydelig. Ulike alternative fremgangsmåter er blitt fremsatt, men de kan ikke konkurrere med standard rullende test i hastighet, enkelhet og pris.

I en tidligere studie av forfatterne, ble en enkel fremgangsmåte med en enkel anordning for å bestemme den PL presentert (den "gjengebøyetest" eller ganske enkelt "bøyning"); Denne metoden tillot PL å bli oppnådd med minimal operatør forstyrrelser. I denne artikkelen er det vist en versjon av den opprinnelige bøyetesten. Den eksperimentelle grunnlag er den samme som den opprinnelige bøyetest: jordtråder som er 3 mm i diameter og 52 mm lengde er bøyd før de begynner å sprekke, slik at både bending produsert og tilhørende fuktighetsinnhold er bestemt. Imidlertid muliggjør den nye versjonen beregning av PL fra en ligning, slik at det ikke er nødvendig å plotte en hvilken som helst kurve eller rett linje for å oppnå denne parameteren, og faktisk kan det PL oppnås med bare en eksperimentelt punkt (men to eksperimentelle punkter anbefales).

De PL resultatene som ble oppnådd med denne nye versjon er meget lik de som ble oppnådd ved den opprinnelige bøyetesten og standard rullende test av en meget erfaren operatør. Bare i spesielle tilfeller med høy plastisitet kohesive jordarter, er det en større forskjell i resultatet. Til tross for dette virker den bøyetesten ble meget godt for alle typer jordsmonn, begge sammenhengende og meget lave plastisitet jord, hvor den sistnevnte er det mest vanskelige å teste via standard gjengevalsemetoden.

Introduction

Flytende Limit (LL) og Plastic Limit (PL) er de to viktigste jord konsistens grensene for de som er definert av Atterberg i 1911 ^en. LL markerer grensen mellom flytende og plast stater, og PL mellom plast og halvfaste stater. LL oppnås rundt om i verden i henhold til flere standarder gjennom Casagrande metoden ^2,3 eller penetrasjon test ^4. Begge metodene er utført mekanisk ved hjelp av anordninger; derved, er minimal operatør forstyrrelser involvert. I tilfelle av PL, er den såkalte "tråd rulle test" den mest populære og standardisert fremgangsmåte for bestemmelse ^2,5. Denne testen er basert på rullende jord inn i 3 mm tråder hånd til operatøren vurderer jord skal smuldrer. Av denne grunn har det blitt kritisert fordi det dyktighet og bedømmelse av operatøren spille en avgjørende rolle i den resultatet av testen. Standard rullende test er viktigere påvirkes av mange ukontrollerte faktorer, sliksom det trykk som utøves, kontaktforhold, friksjonen, hastigheten av rullende, størrelsen av prøven og den type jord ^6,7. The American Society for Testing og Materials (ASTM) utviklet ASTM D 4318 standard som inkluderer en enkel enhet for å minimere operatør forstyrrelser ^2,8, men signifikante forskjeller har blitt rapportert i noen jord når man sammenligner den manuelle rullende test mot test utført i henhold til ASTM D4318-enheten ^9.

PL er en meget viktig parameter for geotekniske formål, ettersom Plastisitet indeks (PI) blir oppnådd fra det (PI = LL – PL); PI blir brukt til å klassifisere den jord i samsvar med Plastisitet Figur vist i ASTM D-2487 ^10, basert på forskning av Casagrande ^11,12. Feil i PL påvirke negativt denne klassifiseringen ^13, og på grunn av dette, er nødvendig for en ny test for bestemmelse PL.

Pfefferkorn test, kjegle penetrometer, kapillært reometer, dreiemoment reometer eller stress-belastningstester er noen eksempler på alternative metoder for måling av jord plastisitet ^14, men disse er ikke tilstrekkelig for å oppnå den PL. Med den spesielle forekomsten av fall kjegle tester, har et stort antall forskere forsøkt å definere en ny metodikk for PL bestemmelse ved hjelp av ulike penetrometer design ^15-20, men uten å nå noen reell enighet. Videre alt er basert på antagelsen om at skjærstyrke på PL 100 ganger så stor som på LL ^21, som ikke er sant ^22.

Barnes ^23,24 utviklet et apparat som emulert de rullende betingelser for jord sylindre i et forsøk på å legge ned en klar kriterium for bestemmelse PL. Likevel er noen svakheter identifisert med denne tilnærmingen, slik som sin kompleksitet, test varighet og hovedsakelig tvilsom måte å beregne PL ^25. Suksessen til standard rullende testligger i sin enkelhet, rask ytelse og lave kostnader, slik at ingen alternativ metode vil være i stand til å erstatte det, med mindre det oppfyller disse tre kravene og andre som, for eksempel høy nøyaktighet og lav operatør forstyrrelser.

I en tidligere studie av forfatterne, ble en ny PL metode foreslås ^25: den opprinnelige trådbøyetest (eller ganske enkelt bøyetest) tillot PL bli oppnådd fra en kurve i hvilken det var representert av forholdet mellom vanninnhold og bøye deformasjoner. Forfatterne oppnås og plottes flere eksperimentelle punkter for hver jord (den protokoll som følges for å få disse punktene var det samme som det som er angitt i det foreliggende papir), slik at korrelasjonen av punktene kan defineres på to måter uten at det går på noen måte korrekte definisjonen av poenget banen: som en parabolsk kurve, oppkalt bøyekurve (figur 1A), og som to kryssende rette linjer med forskjellig helling, kåret til stiv plast linjenog den myke plast linje. Den hårde plast linje er den bratteste ett, og PL ble beregnet fra det fuktighetsprosenten svarende til grensepunktet for denne med y-aksen (figur 1B). I denne cutoff punktet bøyningen frem er null, noe som er i overensstemmelse med begrepet plastisk grense, det vil si., Er PL fuktighetsinnholdet ved hvilken jord ikke er i stand til å motstå deformasjoner under denne terskelen (halvfast tilstand), men den gjør det Bjørn dem over det (plast tilstand). Selv om det i det opprinnelige studium, PL kan ikke oppnås direkte ved bøyekurve (dette ikke skjærer y-aksen), denne linje var meget nyttig fordi med tanke på at den bøyekurve og de kryssende linjer følge svært lignende baner, bøye kurve ligning oppnådd fra de eksperimentelle data ble brukt for å oppnå ekstra poeng til, for det første, korrigere avvik, og for det andre for å utføre testen med bare noen få punkter som vist i figur 1B. < / P>

Figur 1. Grafisk representasjon av BW punkter i en testet jord ved den opprinnelige bøyetesten. (A) Korrelasjonen av punktene er representert som en parabolsk kurve, kalt bøyekurve hvis ligning er inkludert. (B) Korrelasjonen av punktene defineres av to kryssende linjer og andre ekstra punkter tilsettes (de ble beregnet ut fra bøyekurve ligning). B-verdiene er oppnådd som B = 52,0-D (hvor D er den gjennomsnittlige avstanden målt mellom spissene på tidspunktet for sprekkdannelser i mm), og PL er beregnet som vanninnholdet svarende til grensepunktet for stiv-plastisk linje med y-aksen. Dette tallet har blitt forandret fra Moreno-Maroto & Alonso-Azcárate ^25.k "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Alle resultatene var i utmerket overensstemmelse med de som ble oppnådd ved den tradisjonelle trådvalsemetoden ved en meget erfaren operatør. Imidlertid forble den opprinnelige bøyetesten langsommere enn den standardiserte tråden rullende test. I et forsøk på å økonomisere ytterligere test tid, ble en ett-punkts versjon lagt frem. Det var basert på den gjennomsnittlige bøye helling (m) framskaffet i de 24 testede jordarter, som var 0,108 (m er helningen av bøyekurve når den fremstilles i dobbelt logaritmisk skala; m vises på bøyning kurven ligningen i figur 1A) . Ved hjelp av en ligning hvor denne faktoren var inkludert, var både den stive plast og myk-plast linjer grafisk tegnet, og dermed PL ble beregnet. Disse resultater ble også sterkt korrelert med både multi-punkts bøyetest og standard rullende test. På tross av denne ett-punkts version er enda raskere enn den tradisjonelle test, beregning PL var mer komplisert fordi plotting var nødvendig. Av denne grunn, på grunnlag av statistiske kriterier en ny ligning for PL beregningen har blitt utviklet i denne studien, slik at plotting ikke er nødvendig, og resultater kan oppnås med bare ett punkt, mens den eksperimentelle protokollen er den samme som den opprinnelige bøye test. Denne nye versjonen oppfyller de nødvendige vilkår for å erstatte den gamle tråden rullende metode.

Protocol

1. Samle, Kles og Sikt Test Sample Samle en jordprøve i feltet (bruk en spade eller en sparkel) og lagre den i en polyetylen pose. Merk: Volumet av prøven varierer avhengig av jordtypen: i fine jordsmonn (leire og silt) mellom 100 og 1000 g er vanligvis tilstrekkelig, men i sandet og de som inneholder grus og småstein, kan større mengder være nødvendig, fra noen få til flere kg. Reduser prøven ved quarte i laboratoriet hvis dette er altfor omfangsrik (bruke en jordsplitter om nødvend…

Representative Results

PL-ligningen vist i trinn 6.1 i protokollen ble oppnådd gjennom en statistisk studium av de 24 testede jordarter i en tidligere studie av forfatterne 25 (tabell 1). Målet var å kjenne den mest sannsynlige bøye skråning (uttrykket m i bøye kurve ligning, som vises i figur 1A), og den gjennomsnittlige verdien av B på bøye kurve hvor PL er oppnådd i henhold til den opprinnelige bøyetesten (den opprinnelige testen ble gjennomfø…

Discussion

Den Atterberg plast grensen ¹ er en svært viktig parameter i jordsmonn, hovedsakelig fordi det er mye brukt for geotekniske formål ^10,11,12. Standarden tråden rullende test for PL bestemmelse har blitt mye kritisert fordi den er svært avhengig av dyktighet og dømmekraft av operatøren som gjennomfører testen og dermed nye tilnærminger for å oppnå PL blir hevdet ^{6,7,9,13,15- 20, 23-25.} Men enkelhet, lave kostnader og rask utførelse av standard PL testen gir det en fordel over de…

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.