מבחן כיפוף לקביעת מגבלת פלסטיק Atterberg בקרקעות
Summary
המבחן הסטנדרטי המסורתי לקביעת גבול הפלסטיק בקרקעות מבוצע ביד, והתוצאה משתנית בהתאם למפעיל. שיטה חלופית המבוססת על מדידות כיפוף מוצגת במחקר זה. זה מאפשר להגביל פלסטיק שיופק עם קריטריון ברור ואובייקטיבי.
Abstract
המבחן מגלגל חוט הוא השיטה הנפוצה ביותר כדי לקבוע את גבול הפלסטיק (PL) בקרקעות. זה כבר לביקורת רבה, משום שיפוט סובייקטיבי ניכר מהמפעיל שמבצע את הבדיקה מעורבת במהלך הביצועים שלו, אשר עשויים להשפיע על התוצאה הסופית באופן משמעותי. שיטות חלופיות שונות הוצעו, אבל הם לא יכולים להתחרות עם המבחן מתגלגל הסטנדרטי מהירה, פשטות ועלות.
במחקר קודם על ידי המחברים, שיטה פשוטה עם מכשיר פשוט לקבוע את PL הוצגה (להלן: "חוט כיפוף מבחן" או פשוט "כיפוף בדיקה"); שיטה זו אפשרה PL שתופק עם הפרעת מפעיל מינימאלית. בעבודה הנוכחית גרסה של מבחן הכיפוף המקורי מוצגת. הבסיס הניסיון זהה במבחן הכיפוף המקורי: אשכולות אדמה שהן 3 מ"מ בקוטר 52 מ"מ אורך מכופפים עד שהם מתחילים לפצח, כך ששני bending הפיק תכולת לחות הקשורים אליה נחושים. עם זאת, גרסה חדשה זו מאפשרת החישוב של PL מ משוואה, כך אין צורך לתכנן כל עקומה או בקו ישר להשיג פרמטר זה, למעשה, PL ניתן להשיג עם רק נקודה אחת ניסיוני (אבל שתי נקודות ניסיון מומלץ).
תוצאות PL שהושגו עם גרסה חדשה זו הן מאוד דומות לאלה שהושגו באמצעות מבחן הכיפוף המקורי ואת המבחן מתגלגל תקן ידי מפעיל בעל ניסיון רב. רק במקרים מסוימים של קרקעות מלוכדות גבוהה פלסטיות, יש הבדל גדול בתוצאה. למרות זאת, בדיקת הכיפוף עובדת טוב מאוד עבור כל סוגי הקרקע, הוא הקרקעות מלוכדות מאוד נמוכות פלסטיות, כאשר האחרונות הם קשים ביותר שיש לבדוק באמצעות שיטת מגלגל חוט הרגילה.
Introduction
הגבל נוזלי (LL) ופלסטיק גבול (PL) הם שני גבולות עקביויות קרקע החשובים ביותר של אלה המוגדרים על ידי Atterberg בשנת 1911 1. LL מסמן את הגבול בין מדינות נוזלות פלסטיק, ו PL בין הפלסטיק ומדינות חצי קשות. LL מתקבל ברחבי העולם על פי כמה סטנדרטים באמצעות שיטת Casagrande 2,3 או חדירת המבחן 4. שתי השיטות נערכות באופן מכני על ידי התקנים; ובכך, הפרעות מפעיל מינימאליות הן מעורבות. במקרה של PL, "מבחן מגלגל חוט" שנקרא השיטה הפופולרית וסטנדרטי ביותר עבור נחישותה 2,5. מבחן זה מבוסס על גלגול אדמה אל 3 אשכולות מ"מ ביד עד המפעיל רואה את האדמה עד שהם מתפוררות. מסיבה זו הוא זכתה לביקורת נרחבת בגלל המיומנות ושיקול הדעת של המפעיל לשחק תפקיד קריטי התוצאה של הבדיקה. מבחן מתגלגל התקן מושפע מכך על ידי גורמים בלתי מבוקרים רבים, כגוןכמו הלחץ המופעל, הגיאומטריה קשר, החיכוך, מהירות גלגול, את גודל המדגם פי סוג הקרקע 6,7. האגודה האמריקנית לבדיקות וחומרים (ASTM) פתחה את תקן ASTM D 4318 הכולל מכשיר פשוט כדי להקטין למינימום את ההפרעה מפעיל 2,8, אולם הבדלים משמעותיים דווחו כמה קרקעות כאשר משווים את הבדיקה מתגלגל הידנית נגד הבדיקה שבוצע על ידי מכשיר D4318 ASTM 9.
PL הוא פרמטר חשוב מאוד למטרות גיאוטכני, מאז אינדקס פלסטיות (PI) מתקבל ממנו (PI = LL – PL); PI משמש לסווג את הקרקע בהתאם תרשים פלסטיות שמוצג ASTM D 2487 10, המבוסס על מחקר של Casagrande 11,12. שגיאות PL משפיעים כשלעצמם על סיווג זה שלילי 13, ומסיבה זו, בדיקה חדשה לקביעת PL נדרש.
פפרקורן הבדיקה, חרוט penetrometer, rheometer נימים, rheometer המומנט או בדיקות-מתח מתח כמה דוגמאות של שיטות חלופיות למדידת אדמה פלסטית 14, אבל אלה אינם מספיקים כדי להשיג את PL. עם המופע המיוחד של בדיקות קונוס בסתיו, מספר רב של חוקרים ניסה להגדיר מתודולוגיה חדשה לקביעת PL באמצעות penetrometer השונה עיצובי 15-20, אבל בלי להגיע לשום הסכמה. יתר על כן, כל זה מבוסס על ההנחה כי כוח הגזירה על PL הוא 100 פעמים ב 21 LL, וזה לא נכון 22.
בארנס 23,24 פתחה מנגנון, חיקה את התנאים המתגלגלים של בלוני קרקע בניסיון נשכב קריטריון ברור לקביעת PL. אף על פי כן, כמה חסרונות מזוהים עם גישה זו, כגון המשך המורכב, הבדיקה שלה ובעיקר את האמצעים בספק חישוב PL 25. ההצלחה של המבחן הסטנדרטי מתגלגלטמון בפשטותה, ביצועים מהירים ועלות נמוכה, ולכן אין שיטה חלופית תוכל להחליף אותו, אלא אם היא עונה על שלוש הדרישות הללו אחרים, כגון הפרעה מפעיל דיוק גבוה נמוכה.
במחקר קודם על ידי המחברים, גישה חדשה PL הוצעה 25: החוט המקורי כיפוף מבחן (או פשוט כיפוף בדיקה) אפשר PL שיופק מן גרף שבו הוא ייצג את היחסים בין תכולת מים דפורמציות כיפוף. המחברים השיגו זממו כמה נקודות ניסיון עבור כל קרקע (הפרוטוקול אחריו כדי לקבל נקודות אלה היו זהים לזה מצוין בעבודה הנוכחית), כך קורלציה של הנקודות ניתן להגדיר בשתי דרכים מבלי להתפשר בשום אופן את הגדרה נכונה של שביל הנקודות: כמו עקומת פרבוליות, בשם העקום הכיפוף (איור 1 א), וכן שני קווים ישרים מצטלבים עם שיפוע שונה, בשם הקו הנוקשה-פלסטיקוקו-פלסטיק רך. השורה נוקשה-פלסטיק הוא התלול אחד, ו PL חושבה ממנו כאחוז לחות המתאים נקודת החיתוך של זה עם ציר y (איור 1B). בשנת נקודת החיתוך הזה הכיפוף המיוצר הוא אפס, וזה בהתאם מושג גבול פלסטיק, כלומר., PL הוא תכולת הלחות שבו הקרקע אינה מסוגלת לעמוד בפני דפורמציות מתחת לסף זה (מצב מוצק למחצה) אך היא עושה דוב אותם מעליו (מדינת פלסטיק). למרות במחקר המקורי, PL לא ניתן היה לקבל באופן ישיר על ידי עקומת כיפוף (זה לא יחתוך את ציר ה- y), קו זה היה מאוד שימושי כי בהתחשב כי עקומת כיפוף ואת קווים מצטלבים בנתיבים דומים מאוד, כיפוף משוואה עקומה מתקבלת על פי נתוני הניסוי שמשה להשיג נקודות נוספות כדי, ראשית, תתקן חריגה, ושנית, כדי לבצע את הבדיקה עם רק כמה נקודות כפי שמוצגת באיור 1 ב. < / P>
ייצוג גרפי איור 1. מנקודות BW באדמה נבדקה על ידי מבחן הכיפוף המקורי. (א) המתאם של הנקודות מיוצגים עקום פרבוליות, בשם עקום כיפוף המשוואה אשר כלולה. (ב) המתאם של הנקודות מוגדרות על ידי שני קווים מצטלבים ו נקודות נוספות אחרות מתווספות (הם חושבו מתוך המשוואה העקומה הכיפוף). ערכי B מתקבלים כמו B = 52.0-D (כאשר D היא המרחק הממוצע הנמדד בין טיפים בעת פיצוח מ"מ) ואת PL מחושבת כתוכן מים התואם את נקודת החיתוך של קו נוקשה-פלסטיק עם ציר y. נתון זה יש הבדל בין מורנו-Maroto & אלונסו-Azcárate 25.k "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
כל התוצאות היו בהסכמה מעולה עם אלה מושגים באמצעות שיטת מגלגל חוט המסורתית על ידי מפעיל בעל ניסיון רב. עם זאת, בדיקת הכיפוף המקורית נשארת איטית יותר מאשר מבחן מגלגל חוט הסטנדרטי. בניסיון נוסף לחסוך זמן בדיקה, גרסת נקודות הועלתה. הוא התבסס על מדרון כיפוף הממוצע (מ ') שהושג ב -24 קרקעות נבדקות, אשר היה 0.108 (m הוא השיפוע עקום הכיפוף כאשר הוא מיוצג סולם לוגריתמים כפול; מ' מופיע על משוואת עקומת כיפוף באיור 1A) . באמצעות משוואה גורם שם זה נכלל, הוא השורות הנוקשה-הפלסטיק רך הפלסטיק נמשכו בצורה גרפית, וכך PL נאמד. תוצאות אלו גם היו בקורלציה גבוהה עם שני במבחן כיפוף ריבוי נקודות ואת המבחן מתגלגל הסטנדרטי. למרות versio חד בנקודה זוn להיות אפילו מהר יותר מאשר הבדיקה המסורתית, חישוב PL היה מורכב יותר בגלל המזימות היו הכרחיות. מסיבה זו, על בסיס קריטריונים סטטיסטיים משוואה חדשה לחישוב PL פותחה במחקר זה, כך זוממים אינו נדרש וניתן להשיג תוצאות עם רק נקודה אחת, ואילו פרוטוקול הניסוי הוא זהה כיפוף המקורי מִבְחָן. גרסה חדשה זו עומדת בדרישות ההכרחיות כדי להחליף את השיטה מגלגל החוט המיושנת.
Protocol
Representative Results
Discussion
מגבלת פלסטיק Atterberg 1 היא פרמטר חשוב מאוד בקרקעות, בעיקר כי זה נעשה שימוש נרחב למטרות גיאוטכני 10,11,12. המבחן מגלגל חוט התקן לקביעת PL זכה לביקורת נרחבת בגלל זה תלוי במידה רבה על המיומנות ושיקול הדעת של המפעיל ציפי לבן, שמנהל את הבדיקה ולכן גישות חדשות כדי להשיג …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research has been partially funded by a grant (Beca de Investigaciòn Ambiental) from the Servicio de Medio Ambiente de la Diputaciòn Provincial de Toledo (gran number 133/10) and the research project PEII-2014-025-P of the Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha.
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. |
Referências
- Atterberg, A. Über die physikalische Bodenuntersuchung und über die Plastizität der Tone. Internationale Mitteilungen für Bodenkunde. 1, 10-43 (1911).
- . . ASTM Standard ASTM D 4318. Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. , (2005).
- . . UNE 103-103-94. Determinaciòn del lìmite lìquido de un suelo por el método del aparato de Casagrande. , (1994).
- . . BS 1377-2. Methods of test for soils for civil engineering purposes-Part 2: Classification tests. , (1990).
- . . UNE 103-104-93. Determinaciòn del lìmite plástico de un suelo. , (1993).
- Whyte, I. L. Soil plasticity and strength: a new approach using extrusion. Ground Eng. 15 (1), 16-24 (1982).
- Temyingyong, A., Chantawaragul, K., Sudasna-na-Ayudthya, P. Statistical Analysis of Influenced Factors Affecting the Plastic Limit of Soils. Kasetsart J. (Nat. Sci.). 36, 98-102 (2002).
- Bobrowski, L. J., Griekspoor, D. M. Determination of the Plastic Limit of a Soil by Means of a Rolling Device. Geotech. Test. J., GTJODJ. 15 (3), 284-287 (1992).
- Rashid, A. S. A., Kassim, K. A., Katimon, A., Noor, N. M. Determination of Plastic Limit of soil using modified methods. MJCE. 20 (2), 295-305 (2008).
- . . ASTM Standard ASTM D 248. Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). , (2000).
- Casagrande, A. Research on the Atterberg limits of soils. Public Roads. 13 (8), 121-136 (1932).
- Casagrande, A. Classification and Identification of Soils. Transactions, ASCE. 113, 901-991 (1948).
- Sokurov, V. V., Ermolaeva, N., Matroshilina, T. V. Plastic limit of clayey soils and its subjetive determination. Soil Mech. Found. Eng. 48 (2), 52-57 (2011).
- Andrade, F. A., Al-Qureshi, H. A., Hotza, D. Measuring the plasticity of clays: A review. Appl. Clay Sci. 51, 1-7 (2011).
- Harison, J. A. Using the BS cone penetrometer for the determination of the plastic limits of soils. Géotechnique. 38 (3), 433-438 (1988).
- Feng, T. W. Fall-cone penetration and water content relationship of clays. Géotechnique. 50 (2), 181-187 (2000).
- Feng, T. W. Using a small ring and a fall-cone to determinate the plastic limit. ASCE, J. Geotech. Geoenviron. Eng. 130 (6), 630-635 (2004).
- Lee, L. T., Freeman, R. B. Dual-weight fall cone method for simultaneous liquid and plastic determination. ASCE, J. Geotech. Geoenviron. Eng. 135 (1), 158-161 (2009).
- Sivakumar, V., Glynn, D., Cairns, P., Black, J. A. A new method of measuring plastic limit of fine materials. Géotechnique. 59 (10), 813-823 (2009).
- Sivakumar, V., O’Kelly, B. C., Henderson, L., Moorhead, C., Chow, S. H. Measuring the plastic limit of fine soils: an experimental study. P. I. Civil Eng. – Geotec. 168 (GE-1), 53-64 (2015).
- Wroth, C. P., Wood, D. M. The correlation of index properties with some basic engineering properties of soils. Can. Geotech. J. 15 (2), 137-145 (1978).
- Haigh, S. K., Vardanega, P. J., Bolton, M. D. The plastic limit of clays. Géotechnique. 63 (6), 435-440 (2013).
- Barnes, G. E. An apparatus for the plastic limit and workability of soils. P. I. Civil Eng. – Geotec. 162 (3), 175-185 (2009).
- Barnes, G. E. An apparatus for the determination of the workability and plastic limit of clays. Appl. Clay Sci. 80-81, 281-290 (2013).
- Moreno-Maroto, J. M., Alonso-Azcárate, J. An accurate, quick and simple method to determine the plastic limit and consistency changes in all types of clay and soil: The thread bending test. Appl. Clay Sci. 114, 497-508 (2015).
- Bain, J. A. A plasticity chart as an aid to the identification and assessment of industrial clays. Clay Miner. 9 (1), 1-17 (1971).
