土壌にAtterberg塑性限界を決定するための曲げ試験

この新しい手順の全体的な目的は、曲げ変形を測定することにより、土壌の塑性限界を決定することです。従来の繰り出し法は実験者の習熟度に大きく左右されるため、代替的なアプローチを提示します。この手法により、明確かつ客観的な基準に基づいて塑性限界を得ることが可能になります。

したがって、得られた結果は、植物学的目的での土壌の分類および同定において非常に信頼性が高いと言えます。この手法の主な利点は、迅速で簡便かつ安価であるだけでなく、正確であり、主観的な解釈を排除できる点にあります。まず、微細な土壌サンプルを用意し、必要に応じて60 °C以下で乾燥させます。

次に、乳鉢を用いて土壌を手動で解砕します。砂粒子を破壊することを避けるため、ゴム製のすりこぎを使用することが望ましいです。その後、サンプルを0.4 mmのふるいにかけ、ふるいに残った土壌は廃棄します。

次に、約 20 から 40 g の土壌を採取し、非吸収性のガラスプレートの上で湿らせます。その後、金属製スパチュラを用いて、均質な土壌-水混合物になるまでサンプルを練ります。ラテックス手袋を着用し、混合物を直径 3 から 5 cm の球状に丸めます。

次に、1つ目のボールよりも水分量を多く、あるいは少なくして2つ目のボールを作成し、ボールごとに水分含有量を変えます。どちらの土壌ボールも、取り扱う際に崩れたり、手にくっついたりしないようにしてください。その後、それぞれの土壌ボールをラップで包み、密閉袋に入れます。

袋を密閉状態で24時間保存します。テンパリング後、ラテックス手袋を着用し、土壌球を平滑なガラスプレート上で厚さ約3 mmのパティ状に押し潰します。水分の消失を防ぐため、パティの表面をラップで覆ってください。

次に、スレッドモルダーを用いて、厚さを正確に3 mmまで薄くします。続いて、平坦になった土塊のギザギザした端をスパチュラで切り取り、長さ52 mm以上、幅3 mmの土の帯を作製します。次に、四角い断面がちょうど円形になるまでスレッドモルダーで土の帯を転がし、直径3 mmにします。

ストリップが乾燥しすぎてもろい場合、または粘り気が強すぎる場合は、含水量を調整した土を用いて再度試験を行ってください。次に、土のストレッドをスレッドモールダーの前面に配置し、モールダーの幅を利用してシリンダーの長さを正確に52 millimetersに調整します。その後、スレッドモールダーを逆さまにし、シリンダー状の断片を土のストレッドの中央部分に接触させます。

スチールプッシャーを土壌スレッドの中心に接触させます。次に、スチールプッシャーを円を描くように注意深く土壌スレッドの先端方向へ移動させます。亀裂が入るまで、この動作を繰り返します。

最初の亀裂が一方の端に近い場所に現れた場合は、もう一方の端に2番目の亀裂が現れるまで曲げ続けます。次に、スレッドモールダーを取り外し、各端の中央部分の間の距離をノギスで0.1 mmの精度で測定します。その後、土壌スレッドを重量既知の容器に入れ、水分の損失を防ぐために蓋をします。

曲げ変形が大きく、スレッドの先端同士が接触した場合は、プッシャーとスレッド成形器を取り外し、亀裂が生じるまで手作業で土のスレッドを曲げ続けます。その後、スレッド先端間の距離を測定し、負の値として記録してください。余った土から、先端を切断せずに他の追加スレッドを成形します。

これらを同じ容器に入れ、再び蓋をします。次に、1本目と同様に長さ52ミリメートルの2本目の土の糸を作ります。2本目の土の糸に対しても、同様に曲げる工程を繰り返します。

結果が同様であれば、それ以上の土壌スレッドを曲げる必要はありません。結果が異なる場合は、納得のいく測定値が得られるまで、少なくとももう1本の土壌スレッドを成形し、曲げてください。最低5gのスレッドが得られたら、土壌スレッドを入れた容器の重量を0.1g以上の精度で記録します。

次に、2つ目の土壌球に対して全工程を繰り返します。まず、土壌の糸状サンプルを入れた2つの容器の蓋を開けたまま105 °Cのオーブンに入れ、少なくとも18時間乾燥させます。翌日、容器をデシケーターに移します。

室温まで冷却した後、0.1 g以上の精度で重量を記録します。その後、容器を再び同じオーブンに入れ、さらに少なくとも6時間加熱します。再度、デシケーター内で冷却し、重量を測定します。

2回の連続した重量測定値が完全に一致するまで、この操作を繰り返します。この時の重量が土壌の乾燥重量となります。次に、既知の含水率Wと、ひび割れが発生した時の曲がり具合Bを用いて、各土球の塑性限界を算出します。その後、その平均値を用いて土壌の特性を評価します。

塑性限界の式にある-0.108という数値は、24種類の土壌を対象とした先行研究の多点反転試験で得られた終端勾配の平均値に対応しています。2.135という数値は、当社の独自多点試験に基づき、これら24種類の土壌の曲げ曲線における塑性限界に対応する平均曲げ値を指しています。上述の曲げ試験を用いて30種類の土壌から算出された塑性限界を、元の多点曲げ試験および標準的な練り合わせ試験と比較しました。

各試験は熟練したオペレーターによって実施され、得られた結果は非常に類似していました。新しい曲げ試験によって得られた塑性限界の結果は、従来の曲げ試験および標準的な条状練り試験と高い相関を示しました。ほとんどの結果において、塑性が非常に低い土壌であっても完全な相関が認められました。

このビデオを視聴することで、操作者が最終結果に与える影響を最小限に抑えつつ、簡便な試験によって塑性限界を迅速かつ正確に求める方法を十分に理解できるはずです。この手法に習熟すれば、5分から10分で完了するため、従来の試験よりもさらに短時間で実施可能です。

この試験は、迅速な性能に加えて、簡便さ、低コスト、および正確性を備えているため、あらゆる研究室で容易に導入することが可能です。この手法の開発により、地盤工学、農学、セラミックス、および土壌科学の分野の研究者や企業が、より信頼性の高い塑性限界の結果を得る道が開かれました。