En Bending Test for Bestemmelse af Atterberg Plastic Grænse i Jordbunden

Summary

Den traditionelle standardiserede test til bestemmelse af plast grænse i jord udføres ved hånden, og resultatet varierer afhængigt af operatøren. En alternativ metode er baseret på bøjning målinger præsenteres i denne undersøgelse. Dette tillader plast loft, der skal opnås med et klart og objektivt kriterium.

Abstract

Tråden rulleprøvning er den mest anvendte metode til bestemmelse af plast grænse (PL) i jord. Det har været meget kritiseret, fordi en betydelig subjektiv vurdering fra operatøren, der udfører testen er involveret i løbet af dens ydeevne, som kan påvirke det endelige resultat betydeligt. Forskellige alternative metoder er blevet fremsat, men de kan ikke konkurrere med den standard rullende test i hastighed, enkelhed og omkostninger.

I en tidligere undersøgelse af forfatterne blev en enkel metode med en simpel anordning til bestemmelse af PL fremlagt (den "gevind bøjning test" eller blot "bøjning test"); denne metode tillod PL skal opnås med minimal operatør indblanding. I det foreliggende papir fremgår en version af det oprindelige bøjningstest. Den eksperimentelle basis er den samme som den oprindelige bøjningstest: jord tråde, som er 3 mm i diameter og 52 mm lang, er bøjet, indtil de begynder at knække, så både bending produceret og dets forbundne fugtindhold bestemmes. Men denne nye version muliggør beregning af PL fra en ligning, så det er ikke nødvendigt at plotte enhver kurve eller lige linie til opnåelse denne parameter, og faktisk kan PL opnås med kun ét eksperimentelt punkt (men to eksperimentelle punkter kan anbefales).

PL resultater opnået med denne nye version er meget lig dem, der opnås gennem den oprindelige bøjningstest og standard rulleprøvning af en meget erfaren operatør. Kun i særlige tilfælde af høj plasticitet kohæsionsjord, er der en større forskel i resultatet. På trods af dette, bøjnings- virker meget godt for alle jordtyper, både sammenhængende og meget lave plasticitet jord, hvor sidstnævnte er den mest vanskelige at teste via standard tråd rullende metode.

Introduction

Flydende grænse (LL) og plast Limit (PL) er de to vigtigste jord konsistens grænser for dem, defineret af Atterberg i 1911 ^en. LL markerer grænsen mellem flydende og plast stater, og PL mellem plast og halvfaste stater. LL opnås rundt om i verden ifølge flere standarder gennem Casagrande metode ^2,3 eller penetration test ^4. Begge metoder udføres mekanisk med indretninger; derved minimal operatør interferens er involveret. I tilfælde af PL, den såkaldte "tråd rullende test" er den mest populære og standardiseret metode til dens bestemmelse ^2,5. Denne test er baseret på rullende jord i 3 mm tråde med hånden, indtil operatøren anser jorden, der skal smuldre. Af denne grund er det er blevet bredt kritiseret, fordi den dygtighed og dom af operatøren spiller en afgørende rolle i resultatet af testen. Standard rullende test vigtigere påvirkes af mange ukontrollerede faktorer, såsomsom det tryk,, kontakt geometri, friktionen, hastigheden af rullende, størrelsen af prøven og jordtypen ^6,7. American Society for Testing and Materials (ASTM) udviklet ASTM D 4318 standard, som omfatter en simpel enhed for at minimere operatørens indblanding ^2,8, men signifikante forskelle er blevet rapporteret i nogle jorder, når man sammenligner den manuelle rullende test mod testen udført efter ASTM D4318 indretningen ^9.

PL er en meget vigtig parameter for geotekniske formål, eftersom plasticitet Index (PI) opnås ud fra det (PI = LL - PL); PI anvendes til at klassificere jorden efter plasticitet Chart vist i ASTM D 2487 ^10, baseret på forskning af Casagrande ^11,12. Fejl i PL påvirker negativt denne klassificering ^13, og af denne grund, er en ny test for PL bestemmelse kræves.

Pfefferkorn test, kegle penetrometer, kapillarrheometer, drejningsmomentrheometer eller stress-strain test er nogle eksempler på alternative metoder til måling af jordens plasticitet ^14, men disse er ikke tilstrækkelige til at opnå den PL. Med den særlige instans af efteråret kegle tests, har en lang række forskere forsøgt at definere en ny metode til PL bestemmelse ved hjælp af forskellige penetrometermetoden designs ^15-20, men uden at nå nogen reel aftale. Endvidere er det hele baseret på den antagelse, at den forskydningsstyrke på PL er 100 gange større end ved LL ^21, hvilket ikke er tilfældet ^22.

Barnes ^23,24 udviklet et apparat, der emuleret de rullende betingelser for jordens cylindre i et forsøg på at fastlægge en klar kriterium for PL beslutsomhed. Ikke desto mindre er nogle mangler identificeret med denne tilgang, såsom dens kompleksitet, testens varighed og hovedsagelig tvivlsomme midler til beregning af PL ^25. Succesen med standard rullende testligger i dets enkelhed, hurtig ydeevne og lave omkostninger, så ingen alternativ metode vil kunne erstatte det, medmindre det opfylder disse tre krav og andre dem, såsom høj præcision og lav operatør indblanding.

I en tidligere undersøgelse af forfatterne blev en ny PL foreslåede tilgang ^25: den oprindelige tråd bøjning test (eller blot bøjning test) tillod PL der skal indhentes fra en graf, hvor det blev repræsenteret forholdet mellem vandindhold og bøjning deformationer. Forfatterne opnået og afbildet adskillige eksperimentelle punkter for hver jordtype (protokollen følges for at få disse punkter var den samme som angivet i det foreliggende papir), således at korrelationen mellem de punkter kan defineres på to måder uden at kompromittere på nogen måde korrekt definition af punktet stien: som en parabolsk kurve, navngivet bøjning kurve (figur 1A), og som to skærende rette linjer med forskellig hældning, navngivet stiv plast linjeog den bløde plast linje. Den stive plast linje er den stejleste én, og PL blev beregnet ud fra det som den procentdel fugtighed svarende til cutoff punkt i denne med y-aksen (figur 1 B). I denne cutoff punkt bøjningen produceres, er nul, hvilket er i overensstemmelse med begrebet plast grænse, dvs.., PL er den fugtindhold hvor jorden er ikke modstå deformationer under denne tærskel (halvfast tilstand), men det gør bjørn dem ovenover (plastisk tilstand). Selv i den oprindelige undersøgelse, PL kunne ikke opnås direkte ved bøjning kurven (dette ikke skærer y-aksen), denne linje var meget nyttigt, fordi i betragtning af at bøje kurve og de skærende linier følger meget lignende veje, bøjningen kurve ligning fås fra de eksperimentelle data blev anvendt til at opnå ekstra point til det første rette eventuelle afvigelser, og for det andet, at udføre testen med blot et par punkter, som vist i figur 1B. < / P>

Figur 1. Grafisk repræsentation af BW punkter i en testet jord ved den oprindelige bøjningstest. (A) Korrelationen af punkterne er repræsenteret som en parabolsk kurve, navngivet bøjning kurve, hvis ligning er inkluderet. (B) Sammenhængen af punkterne er defineret af to krydsende linjer og andre ekstra point tilføjes (de blev beregnet ud fra bøjning kurven ligning). B-værdier opnås som B = 52,0-D (hvor D er den gennemsnitlige afstand målt mellem spidserne på tidspunktet for revnedannelse i mm) og den PL beregnes som vandindholdet svarende til cutoff punkt af stiv plast linje med y-aksen. Dette tal er blevet ændret fra Moreno-Maroto & Alonso-Azcarate ^25.k "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Alle resultaterne var i fremragende overensstemmelse med dem, der opnås gennem den traditionelle tråd rullende metode af en meget erfaren operatør. Det oprindelige bøjningstest forblev langsommere end den standardiserede tråd rulleprøvning. I et forsøg på yderligere at spare testtid, blev et point udgave fremført. Den var baseret på den gennemsnitlige bøjning hældning (m) opnået i de 24 testede jordtyper, der var 0,108 (m er hældningen af den bøjning kurven, når den er repræsenteret i dobbelt logaritmisk skala; m vises på bøjning kurven ligning i figur 1A) . Ved hjælp af en ligning, hvor denne faktor blev medtaget, blev både den stive-plast og soft-plast linjer grafisk tegnet, og dermed PL blev estimeret. Disse resultater blev også højt korreleret med både multi-point bøjning test og standard rullende test. På trods af dette one-point version er endnu hurtigere end den traditionelle test, beregning PL var mere kompleks, fordi plotte var nødvendig. Af denne grund på grundlag af statistiske kriterier en ny ligning for PL beregning er udviklet i denne undersøgelse, således at plotte ikke er påkrævet, og resultater kan opnås med kun ét punkt, mens den eksperimentelle protokol er den samme som den oprindelige bøjning prøve. Denne nye version opfylder de nødvendige krav til at erstatte forældede tråd rullende metode.

Protocol

1. Indsamle, Tør og Si Test Sample

1. Saml en jordprøve i marken (brug en skovl eller en murske), og opbevar det i en polyethylen-pose.
   Bemærk: Volumenet af prøven, varierer afhængigt af typen af ​​jord: i fine jord (ler og silt) mellem 100 og 1.000 g er generelt tilstrækkelig, men på sandede jorder og de, der indeholder grus og småsten, kan der kræves store mængder, fra få til flere kg.
2. Reducer prøven efter fjerdedelsmetoden i laboratoriet, hvis det er for omfangsrige (brug en jord splitter om nødvendigt).
3. Anbring prøven på en bakke og tør jorden ved en temperatur på højst 60 ° C.
   Bemærk: Både ovn-tørring og lufttørring er gyldige. Selv tørringstrinet kan ignoreres i meget fine jord, hvis de indeholder egnede naturlige fugtighed til (vandindhold over grænsen plast uden egentlig at være klistret) test.
4. Disaggregere jorden manuelt af en morter. Vær omhyggelig med ikke at bryde sand partikler,så det er bedre at bruge en gummibeklædt støder.
5. Prøven gennem et 0,40 mm (eller en 0,425 mm) sigte. Hold kun de fraktioner af under 0,40 mm eller 0,425 mm (fjern jorden fraktion holdes tilbage af sigten).

2. Forbered To våd jord Bolde

1. Tilføj destilleret vand med en Vaskeflasken til ca. 20-40 g jord på en ikke-absorberende glat glasplade og ælt med en metal spatel, indtil en homogen jord-vand-blanding er opnået.
2. Forme en jord bold i hånden fra jorden-vand-blanding, som er mellem 3 og 5 cm i diameter ca. (foretrækkes det at bære latex handsker).
3. Gentag trin 2.1 og 2.2 for samme jordprøve til opnåelse anden bold med forskellige vandindhold.
   1. Tilsæt mere eller mindre vand til jorden i trin 2.1 for at få denne anderledes vandindhold, eller blot forme en større jord bold i trin 2.2 end angivet i dette skridt (f.eks en af ​​6-7 cm i diameter), tage en del of denne og tørre det lidt i hånden eller tilsæt vand til dette for at få en jord kugle af forskelligt vandindhold.
      Bemærk: Vedrørende trin 2.1 til 2.3, i kohæsionsjord (hovedsagelig lerjord), bør mængden af ​​tilsat vand give en konsistens, hvor jorden kan rulles uden at klæbe til hænderne. Dette uddybes yderligere i diskussionen.
4. Pak hver jord bolden med plastfolie og læg dem inde i en lufttæt pose i 24 timer under hermetiske betingelser.

3. Udfør den Bending Test

1. Vejes en tom beholder, og massen noteres med en nøjagtighed på mindst 0,01 g.
2. Efter hærdning periode, tage en af ​​jorden bolde og tromle det i hånden på den ikke-absorberende glatte glas plade (brug latexhandsker for at forhindre tab af fugt), indtil tykkelsen er lidt højere end 3 mm. På dette tidspunkt, fuldføre udfladning med gevindet molder (figur 2A, B, C) ​​for at opnå en tykkelsepå præcis 3 mm.
   Bemærk: Tråden molder er udformet på en sådan måde, at der er et mellemrum på mellem den del, der former jorden tråd og glaspladen (figur 2A) nøjagtig 3 mm.

Figur 2. Tegninger og mål i mm af gevindet molder og de ​​stål skubbere (A) sidebillede (B) ovenfra, og (C) nedefra af tråden molder.; (D) set forfra og (E) oven af stål skubbere. Dette tal er blevet ændret fra Moreno-Maroto & Alonso-Azcarate ^25. Klik her for at se en større version af dette tal.

3. Skær de takkede kanter af den udfladede jordmasse med en spatel (snittet skal være lige).
4. Skæres med en spatel en jord strimmel, der er mindst 52 mm lange og en kvadratisk tværsnit på ca. 3 x 3 mm.
5. Forme en cylindrisk jord tråd på præcis 3 mm i diameter og 52 mm lang.
   1. Roll og rundt om 3 × 3 mm sektion jord strimmel med tråden molder: flyt tråden molder successivt frem og tilbage med hånden, indtil det præcise tidspunkt, hvor den oprindeligt firkantede afsnit af jorden tråd bliver rund, så nu må det være 3 mm i diameter.
      1. Hvis den første jord strimmel er vanskeligt at rulle med gevindet molder (fx i lave kohæsive jordtyper eller endda i plast jord i vandindhold tæt på PL), ved begyndelsen, runde firkantet tværsnit med hånden meget nøje (brug handsker) . Lige efter, rulle jorden tråd med tråden molder som beskrevet i trin 3.5.1 indtil en nøjagtigt 3mm i jord diameter tråd opnås.
      2. Placer jorden tråden og forsiden af ​​tråden molwhich tæt sammen. Brug bredden af ​​tråden molder som en skabelon og skære spidsen af ​​jordens tråd med en metalspatel for at opnå en jord cylinder på præcis 52 mm i længden.
         Bemærk: Tråden molder måler 52 mm brede, som vist i figur 2 B, C.
6. Bøj jorden tråd, indtil det punkt, krakning (figur 3).
   1. Drej tråden molder på hovedet, så det nu er understøttet af sin cylindriske stykke og enheden bagud. Sætte det cylindriske stykke af tråden molder i kontakt med den centrale del af de 3 mm i diameter x 52 mm lang jord tråd.
   2. Placer stål skubbere (figur 2D, E) i kontakt med midten af jorden gevind (figur 3A), således at jorden tråden er placeret mellem de to stål skubbere (disse arbejde som mobile understøtningspunkter) og den cylindriske del af tråd molder (dette virker som en fast støtte punkt).
   3. Flyt forsigtigt stål pushere fra centrum til spidsen af jordens tråd (figur 3B) i en tilnærmelsesvis cirkulær bane. Gentag denne bevægelse, indtil det punkt, krakning (figur 3C); på dette tidspunkt, stop bøjning.
      1. Hvis revnen vises ud af den midterste tredjedel af jorden gevind (figur 3D), dvs., nær en af tråd tips, holde bøjning omkring den anden spids, indtil anden crack vises (figur 3D, E). Denne måde opnås to revner langs jorden tråd.
   4. Lige bagefter, fjerne tråden molder og måle afstanden mellem spidserne (D) af tråden med en skydelære og optage det til en præcision på 0,1 mm. Tag denne måling fra den centrale del af spidserne (figur 3C, E).
      1. Sæt jorden tråden ind i beholderen, hvis vægt blev optaget tidligere (trin 3.1) og dække det til at forhindre fugttab.
      2. Hvis bøjning defsning er så store, at selv de tråd tips kommer i kontakt, dvs D = 0 mm (figur 3F), fjern pushere og tråd molder og bøje jorden tråden med hånden, indtil det punkt, revnedannelse som er vist skematisk i figur 3G. Mål afstanden mellem tråden tips som vist i figur 3H og optage det med negativt fortegn. Endelig gentage trin 3.6.4.1.

Figur 3. Skematisk tegning, hvor bøjning og tips afstand måleteknik detaljeret. (A) Oprindelig position af stål skubbere, jordbunden tråd og det cylindriske del af gevindet molder på glaspladen. (B) Sædvanlig bøjning teknik ved hjælp af en omtrent cirkulær bane fra centrum til spidserne, der udføres meget carefully (se pilene sti). (C) Sædvanlig tip afstandsmåling teknik en tråd, der har knækket i sin centrale del. (D) Soil tråd, der har krakket sin midterste tredjedel og bøjning teknik, der skal følges rundt den anden spids (som angivet med pilene). (E) Sædvanlig spids afstandsmåling teknik med en tråd, der har knækket ud af dets midterste tredjedel. (F) Soil tråd i hvilke tips kommer i kontakt og kan danne en lukket ring. (G) Bukning teknik, der skal udføres, når jorden tråden er i stand til at bøje ud over en lukket ring og (H) spids afstandsmåling teknik til dette sidste tilfælde. Dette tal er blevet ændret fra Moreno-Maroto & Alonso-Azcarate ^25. Klik her for at se en større version af dette tal.

7. Shape anden jord threannoncer fra den samme fladtrykt jord i henhold med trin 3.4, 3.5.1, 3.5.1.1. Må ikke skære deres tip. Endelig lægges i den beholder og dække det (trin 3.6.4.1).
   Bemærk: Den rolle, som disse tråde er simpelthen at opnå tilstrækkeligt materiale til korrekt bestemme vandindholdet. Hvis kontaktfladerne (glaspladen og tråden molder) var beskidt efter formning en tråd, rense dem med en fugtig klud og tør dem med et stykke papir hurtigt.
8. Gentag trin 3.4 gennem 3.6.4.2 i mindst en anden jord tråd. Forme disse tråde med en vis alternerende med hensyn til dem, der opnås i trin 3.7. Hvis den anden måling af spidsen (D) er den samme eller meget lig den, der opnås i den første jord tråden, ikke bøjer flere tråde. Hvis ikke, forme og bøje mindst en yderligere jord tråd.
   Bemærk: Udtrykket "en vis vekslen", at det anbefales, at de bukkede tråde ikke er formet efter hinanden, dvs., bør deikke tages fra det samme område af den udfladede jord masse for at opnå repræsentative målinger af hele jordens masse. Derfor bør nogle af disse jord tråde der ikke skåret og bøjede (trin 3.7) formes mellem de bøjede dem. Hvis der var en uhomogen fugtfordeling i den flade jord masse (hvilket er usandsynligt), ville det blive rettet på denne måde.
9. Afvej beholderen med jorden tråde til en nøjagtighed på mindst 0,01 g. Form og tilføje flere tråde ifølge trin 3.4, 3.5.1, 3.5.1.1, hvis vægten af ​​jord tråde er mindre end 5 g, indtil denne vægt overskrides (en vægt mellem 5 og 7 g er egnet).
10. Gentag trin 3.1 gennem 3,9 for den anden jord bolden (bolden formet i trin 2.3).
    1. I tilfælde af meget lave plasticitet jord springes 3.10 hvis plasticitet jorden er for lav til at udføre testen korrekt til to kugler med forskellig vandindhold (således at kun en jord kugle ville blive testet).

1. Placer de to beholdere (svarende til de to jord testede kugler) med deres respektive jord tråde i en ovn ved 105 ± 5 ° C i mindst 18 timer (hvis trinnet 3.10.1 anvendes, er der kun én beholder med jord at tørre). Efter denne periode forlade beholderne med den tørre jord i en ekssikkator, og når de er cool, registrere deres vægte til en nøjagtighed på mindst 0,01 g.
2. Placer beholderne med den tørre jord igen ind i ovnen ved 105 ± 5 ° C i mindst 6 timer. Så lad dem køle og registrere deres vægt igen som angivet i trin 4.1. Hvis vægten er konstant, dvs., at denne vægt er i det væsentlige den samme som den opnået i trin 4.1, jorden er helt tør, derfor bruge disse data til at beregne vandindholdet (W) i trin 5.2.
   1. Hvis vægten er anderledes, gentag trin 4.2 så mange gange som nødvendigt, indtil vægtenaf beholderen med tør jord er konstant.

5. Beregn Bukning ved Cracking (B) og Vandindhold (W)

1. Beregn bøjning ved krakning (B) i mm som følger:
   B = 52,0-D
   hvor 52,0 henviser til længde i mm af jorden tråd, og D er den gennemsnitlige afstand målt mellem spidserne på tidspunktet for revnedannelse i mm:
   D = (D ₁ + D ₂ ... + D _n) / n
   hvor n er mindst 2 (se trin 3.8)
2. Beregn vandindhold (W) i procent som følger:
   W = (M1-M2) / (M2-M3) × 100
   hvor:
   M1 er vægten af ​​beholderen med våd jord (se trin 3.9)
   M2 er vægten af ​​beholderen med tør jord (se trin 4.2)
   M3 er vægten af ​​beholderen (se trin 3.1)

6. Beregn Plastic Limit (PL)

1. Beregn plast grænse for den første jord bolden som følger:
   PL ₁= W × (B / 2,135) ^-0,108
   hvor 2.135 refererer til den gennemsnitlige B på bøjning kurve, hvor PL blev opnået i 24 jord ifølge den oprindelige bøjningstest, hvorimod -0,108 vedrører den gennemsnitlige bøjning hældning (m) af bøjning kurve af disse 24 jordtyper (tabel 1 og Figur 4).
2. Gentag trin 6.1 for anden jord bolden og få PL _2.
3. Beregn PL som gennemsnittet af PL ₁ og PL ₂
   PL = (PL ₁ + PL ₂₎ / 2
   Bemærk: Hvis der var opnået mere end to eksperimentelle punkter, PL er også gennemsnittet af PL resultater, dvs., PL = (PL ₁ + PL ₂ ... + PL _n) / n.
4. Udelade trin 6.2 og 6.3, hvis der er opnået én eksperimentelt punkt (se trin 3.10.1), derfor i dette tilfælde:
   PL = PL ₁
   Bemærk: Det er vigtigt at understrege, at i nærværende undersøgelse PL beregnet gennem trin 6 har bin navngivet PL _nb for at differentiere det fra PL resultater med den oprindelige bøjning test og standard tråd rullende test, som har fået navnet PL _ob og PL _st hhv.

Representative Results

PL ligning vist i trin 6.1 i protokollen blev opnået gennem en statistisk analyse af de 24 testede i en tidligere undersøgelse af forfatterne ²⁵ (tabel 1) jord. Formålet var at kende den mest sandsynlige bøjning hældning (udtrykket m i bøjning kurven ligning, som vises i figur 1A) og den gennemsnitlige værdi af B på bøjning kurve, hvor PL blev opnået ifølge den oprindelige bøjningstest (den oprindelige test blev udført med mere end 3 eksperimentelle punkter og grafer var nødvendig for at opnå PL, som vist i figur 1). B svarer til den PL blev beregnet ved den næste ligning, som blev udledt fra bøjning kurven ligning (Figur 1A):

B _PLob = 10 ^{((log PL _ob - log z) / m)}

ob er PL opnås med den originale multi-point bøjning test ^25; B _PLob er værdien af bøjning ved revnedannelse i bøjning kurven, der svarer til indholdet af PL _ob fugt; z er konstant for bøjning kurven ligning (se figur 1A), og m er den bøjning hældning (se figur 1A). Den gennemsnitlige m er 0,108 med en standardafvigelse på 0,032 og den gennemsnitlige B _PLob er 2,135 mm med en standardafvigelse på 0,901 som vist i tabel 1 og i en mere skematisk måde i figur 4. The PL med den nye bukning metoden blev beregnet for hvert eksperimentelt punkt med ligningen vist i trin 6.1 i protokollen, så den endelige PL for hver prøve var gennemsnittet af disse resultater (se note i trin 6.3).

Såil	PL ob (original multi-point bøjning test)	z	m	B PLob
M1	19.1	18,375	0,113	1,408
M2	15.9	13.900	0,139	2.630
M3	19.7	18,136	0,097	2,346
M4	12.4	10,772	0,129	2,977
M5	21.8	20,985	0,061	1,868
M6	13.6	14,125	0,093	0,665
M7	14.9	14,846	0,124	1.030
M8	32,8	33,759	0,193	0,861
M9	52,9	54,097	0,072	0,733
M10	20,9	20,851	0,057	1.042
M11	12.9	11,279	0,133	2,745
M12	24.3	22,481	0,130	1,819
M13	36,2	33,906	0,072	2,482
M14	17,5	14,990	0,129	3,321
M15	15,0	13,337	0,101	3,201
M16	15.4	13,952	0,101	2,658
M17	16.8	14,727	0,099	3,782
M18	15.6	15,448	0,079	1,132
M19	11.6	9,932	0,145	2,917
M20	19.2	17,617	0,085	2,752
M21	11.5	9,901	0,140	2,914
M22	15.9	15.020	0,087	1,924
M23	17,4	16,111	0,095	2,248
M24	14.3	13,343	0,120	1,781
		Gennemsnit	0,108	2,135
		Std. Dev.	0,032	0,901

Tabel 1. Datakilde hvorfra ligning til at bestemme PL opnås M1 til M24 er de 24 jordprøver, der anvendes i denne statistiske undersøgelse.; PL _ob er resultatet af PL opnået med den originale multi-point bøjningsprøve ^25; z og m er konstant og bøjning hældning af bøjning kurve ligning opnået med den oprindelige bøjningstest henholdsvis ²⁵ og B _PLob er værdien af bøjning ved revnedannelse i bøjning kurven, der svarer til indholdet af PL _ob fugt. Den gennemsnitlige og standardafvigelse (Std. Dev.) M og B _PLob er angivet.

Figur 4. Skematisk diagram af den gennemsnitlige bøjning ved krakning (B), hvor PL forekommer i bøjning kurven. PL opnås fra cutoff punkt af stiv plast linje med y-aksen, ogat PL værdi er plottet i bøjning kurven for at kende dens tilsvarende bøjning krakning (B) i kurven. Derfor B = 2,135 refererer til den gennemsnitlige B-værdi opnået i 24 jord og m = 0,108 er gennemsnittet bøjning hældning af bøjning kurve i disse 24 jord. Klik her for at se en større version af dette tal.

PL resultater opnået med den nye bøjningstest (PL _nb) foreslået i dette dokument, og dem, som svarer til den oprindelige bøjningstest (PL _ob) og standard rulleprøvning af en særdeles erfaren operatør (PL _st) er vist i tabel 2. Bortset fra de 24 jord undersøgt i tidligere forskning (jord M1 til M24) ²⁵ andre 6 forskellige jordtyper (jordbund S1 til S6) blev testet for at kontrollere om det er muligt af metoden med uafhængige jord, dvs. tabel 2 er indikative for en god repeterbarhed af metoden, dvs. PL resultater opnået fra hvert eksperimentelt punkt er meget lig hinanden med den nye bukning metode; faktisk alle jordtyper undtagen M8 har en CV-værdi, der er mindre end 10, så dispersionen af ​​resultaterne kan betragtes som lav. Ifølge figur 5, er PL resultaterne i nye bøjningstest stærkt korreleret med den oprindelige bøjningstest ^(R2 = 0,9648) og standard tråd rulleprøvning ^(R2 = 0,9531), og de ​​fleste resultater er fordelt meget tæt på 1: 1-linje, hvilket indikerer, at resultaterne er meget ens, selv i meget lave plasticitet jord (den mest vanskelige at prøve af en operatør).

Figur 5. Grafisk repræsentation og ^R2 i PL resultater opnået med den nye bøjning test mod andre PL metoder. (A) Repræsentation af PL resultater gennem den nye bøjning test mod den oprindelige bøjning test ²⁵ i 24 jord. (B) Repræsentation af PL resultater gennem den nye bøjning test mod standard tråd rullende test i 30 jord. Klik her for at se en større version af dette tal.

Når de to bøjningsprøvningerne sammenlignes (figur 5A) kun i jord M8 er en større PL forskel obtjente, mens jord M8, M9 og S4 er de tre dem, der udviser større PL variationer, når den nye bøjning test sammenlignes med den traditionelle tråd rullende test (figur 5B, tabel 2). I disse prøver den nye bøjning test overvurderer resultaterne, især i M8 og S4, der er to jorde med særlige egenskaber: på den ene side, var M8 rapporteret i de tidligere forfatternes undersøgelse som en usædvanlig jord, fordi på trods af, at det har høj LL og PI, det udviser en ringe modstandsdygtighed over for bøjning, der kan være forårsaget af dens sammensætning (det har en stor calcit kombineret med smectitler) ^25, og på den anden side, S4 er en sepiolit som er en meget sjælden ler i som meget høje værdier af PL og PI er normale ^26. Jordbunden M8, M9 og S4 har i fælles høje PL-værdier (større end 30). Dette faktum tyder på, at den nye bøjningstest kunne overvurdere PL resultat i forhold til standarden tråd rulleprøvning elleroprindelige bøjningstest i nogle meget høje PL jord, selv om det ikke sker i andre stærkt plast smuds, såsom M12, M13 og S1, hvor resultaterne er ganske ens eller endda lidt lavere end dem, der opnås med de andre prøver.

Tabel 2. PL opnåede resultater med den nye bøjning test og sammenligning med andre tests. I de første tre kolonner navnet på jorden, dets placering og en generel beskrivelse er angivet. Kolonnen "Eksperimentelle punkter" indikerer antallet af punkter, der anvendes til bestemmelse af PL (for jord M1 til M24 mere end 3 punkter anvendes fordi disse punkter er de samme som dem, der opnås i den oprindelige bøjningstest ^25). PL, LL og PI (PI = LL-PL)henvise til Plastic Limit Flydende Limit ³ og Plasticitet indeks resulterer henholdsvis og indekserne ob, st, nb se "oprindelige bøjning test ^25", "standard gevind rullende test ^2,5" og "nye bøjning test" hhv (denne sidste én er formålet med denne undersøgelse). Standardafvigelsen og variationskoefficienten af PL resultater opnået med den nye bøjning test er angivet som "Std. Dev. PL _nb" og "CV (%) PL _nb" hhv. Forskellen mellem PL opnåede resultater med den nye bøjningstest og de ​​øvrige to metoder er også inkluderet, såvel som Casagrande Classification ¹⁰ (med fed disse symboler i som afviger klassificering). NA = Ikke relevant. Klik her for at se en større, samlet udgave af denne tabel.

tabel 3, hvor efter kontrol, at både høj plasticitet jord (jord M8, M9, M12, M13, S1 og S4) og lav- medium plasticitet jord (resten af ​​jord) er normalt fordelt efter Shapiro-Wilk test (p-værdier er større end 0,05, alfa-niveau), en Students t-test viser, at der ikke er signifikante forskelle mellem den nye bøjning metode resultater og dem, der opnås ved både den anden oprindelige bøjningstest og den traditionelle tråd rulleprøvning (de opnåede p-værdier er også større end 0,05 a-niveau). I tabel 2 LL resultater opnået ved Casagrande metode ³ er også vist, så både plasticitet Index (PI) og Casagrande klassifikationen ¹⁰ svarende til hver PI-værdi er også præsenteret. Kun i tre jordtyper (M8, M15 og S4) klassificeringen ændres, når der anvendes den nye bøjningstest, men PLresultat i M15 er meget lig med hensyn til de to andre metoder. I tilfælde af M8 og S4, ændringer klassificering fra CH til MH og fra CH / MH til MH henholdsvis dvs.., Med den nye bøjning test M8 og S4 betragtes som høj plasticitet silt (de er, hvis den betragtede høje plasticitet ler andre PL resultater tages i betragtning), som kunne være i overensstemmelse med bibliografien ^25,26, så det synes også at være gyldig.

Variabel	p-værdi
Shapiro-Wilk test for PL ob af høj plasticitet jord	0.700
Shapiro-Wilk test for PL st af høje plasticitet jord	0,753
Shapiro-Wilk test for PL nb af høje plasticitet jord	0,703
Shapiro-Wilk test for PL	0,708
Shapiro-Wilk test for PL st af lav-medium plasticitet jord	0,563
Shapiro-Wilk test for PL nb af lav-medium plasticitet jord	0,252
Student T bilaterale test for høje plasticitet jord: PL nb vs PL ob	0,345
Student T bilaterale test for høje plasticitet jord: PL nb vs PL st	0,237
Student T bilaterale test for lav-medium plasticitet jord: PL nb vs PL ob	0,861
Student T bilaterale test for lav-medium plasticitet jord: PL nb vs PL st	0,065

Tabel 3. Statistisk undersøgelse for at kontrollere, om der er væsentlige forskelle mellem PL resultater med den nye bøjning testen og de ​​to andre metoder til en alfa-niveau på 0,05. De sænket ob, st, nb se "oprindelige bøjning test ^25" "standard gevind rullende test ^2,5" og "nye bøjning test" hhv. Da de jorde er meget heterogene, er to forskellige populationer differentieret: høje plastik jord (som er prøverne M8, M9, M12, M13, S1 og S4) og medium og lav plasticitet jord (resten af ​​jord). P-værdierne af en Shapiro-Wilk test er vist for hver type resultater. Shapiro-Wilk statistisk test er nødvendigt at vide, at resultaterne normalt fordelt, hvilket er en nødvendig forudsætning for at udføre en Students t-test (i dette tilfælde blev den Shapiro-Wilk test ved hjælp af softwaren SPSS Statistic). I fed p-værdierne opnåede resultater med en Students t-test, hvor PL resultater opnået med den nye bøjning test sammenlignes med dem, der opnås med den oprindelige bøjning test og tråd rullende test for at kontrollere, om der er væsentlige forskelle.

Discussion

Den Atterberg plast grænse ¹ er en meget vigtig parameter i jord, især fordi det er almindeligt brugt til geotekniske formål ^10,11,12. Standarden tråd rullende test for PL bestemmelse er blevet bredt kritiseret, fordi det er meget afhængig af den dygtighed og dom af den operatør, der udfører testen og dermed nye metoder for at opnå den PL hævdes ^{6,7,9,13,15- 20, 23-25.} Men den enkelhed, lave omkostninger og hurtig udførelse af standard PL testen giver det en fordel frem for de mislykkede alternativer foreslåede dato, på trods af at subjektivitet operatøren er reduceret i de fleste af alternative metoder, som dem, der udføres af efteråret kegler ^15-20.

Metoden præsenteres i denne undersøgelse (tråden bøjning test eller blot bøjning test) er baseret på måling af bøjning deformationer, så de subjektive vurderinger fra operatøren minimeres ²⁵. Dette er en meget hurtig metode, da kun en eksperimentelt punkt er nødvendigt at beregne PL gennem en ligning (selvom anbefales to datapunkter for at være mere præcis), og det er også billig, fordi kun en meget simpel anordning er påkrævet for at udføre testen.

Med hensyn til protokol, er der nogle vigtige skridt, der bør tages i betragtning: I trin 1.3, kan tørretiden ikke forudbestemt, fordi det vil afhænge af typen og mængden af ​​jord og dens fugtindhold, og dermed jorden skal tørres indtil det kan opdeles og sigtet korrekt (hvilket kan tage fra få timer til flere dage), for hvis jorden er våd, kan klæbe til mørtel under opdeling og aggregaterne kan tilbageholdes på sigten følge trinene 1.4 og 1.5 . Under alle omstændigheder kan laboratoriet operatøren opfatter hvis jorden er tør simpelthen ved at røre den med fingrene. Med hensyn til trin 2.1 til 2.3, for kohæsionsjord (mainly ler), anbefales det, at mindst en af ​​kuglerne viser bestemt stivhed, hvilket tyder på, at fugtindholdet er tæt på PL. I tilfælde af jord med lav eller meget lav sammenhængskraft (hovedsagelig silt og sandjord), bør jorden bolden konsistens være blød, men uden et overskud af vand (denne bløde konsistens er påkrævet, fordi i lav plasticitet tilsmudser jord tråde som regel er for vanskeligt at forme i det vandindhold hvor jorden konsistens bliver stiv). Det er vigtigt at understrege, at den mængde vand, der tilsættes i disse trin varierer afhængigt af typen af ​​jord, så operatøren skal dømme efter eget skøn, når jorden har den rette konsistens til at udføre testen korrekt, fordi jorden tråde er vanskelige at forme, hvis jorden er for tør (det kunne smuldre) eller for vådt (det kunne være klæbrig), selv når trinnet 3.5.1.1 følges. I trin 2.4 tempereringsapparatet periode kan forlænges (f.eks i høje plasticitet ler) eller kortket (i lav plasticitet jord), men for at forene de kriterier, 24 hr periode er en god mulighed, fordi PL testimplementering og dens resultater kan påvirkes af denne faktor (jord normalt vise mere plasticitet, når denne gang forlænges). Med hensyn til trin 3.2, anbefales det, at overfladen af ​​den udfladede jordmasse forbliver dækket med plastfolie for at minimere tabet af vand ved fordampning, især i sandjord der kan tabe vand hurtigt, så hvis jorden massen ikke er dækket , den første rullede jord tråde kan frembyde større fugtindhold end dem, der opnås ved afslutningen af ​​trin 3. af denne grund lige efter en jord tråd er formet og sat ind i beholderen, bør den være dækket straks (for eksempel med et urglas ) under trin 3 (se trin 3.6.4.1).

En af begrænsningerne af testen er, at bøjning bevægelse udføres manuelt; da der ikke er nogen enhed til at gøre det (tråden molder og stål pushers blot anvendes som støttepunkter). Bøjnings- bevægelser skal være glat og progressiv som vist i figur 3B (jorden tråden bør ikke bukkes på én gang, medmindre jorden er tæt på PL, hvor det næppe bøjninger, som det ofte sker i kohæsionsjord), således at denne bevægelse skal gentages flere gange. Derfor trinnet 3.6.3 er kritisk i resultatet af testen for hvis bøjning teknik er ikke tilstrækkelig, kan jorden tråd knække før det skal, eller endog revner kunne forekomme ud af den midterste tredjedel af gevindet (sidstnævnte tilfælde ofte opstår, når jorden har en blød konsistens, især i sandede jorder og silt). Disse mangler er løst på den ene side ved at bøje to eller flere tråde (trin 3.8) for at kontrollere, at alle målinger er ret ens, og på den anden side, ved at bøje tråden som angivet i trin 3.6.3.1, når krakning opstår i nærheden af ​​tråden tips. Efter bøjning, er det vigtigt at understrege, at the tråd tips kan bevæge sig under spidsen afstandsmåling (trin 3.6.4). Der er to muligheder for at forhindre det: 1) Fjern ikke stål pushere under målingen (imidlertid er stål pushere undertiden placeret på en sådan måde, der kan hindre måling) eller 2) Tryk tråden tips anelse mod glaspladen med fingrene og fjerne jern- skubbere til at måle spids afstanden korrekt. Med hensyn til trin 3.6.4.2 bøjnings- teknik at dette trin viser, er vanskeligere at gennemføre end den forklaret i trin 3.6.3. Af denne grund, når det er muligt, foretrækkes det at forberede jorden bolden med en mængde af vand, hvor D <0 mm undgås (dette normalt opstår, når jorden er meget våd og også i lave jord samhørighed).

De opnåede med den nye bøjningstest i 30 jordtyper resultater er i fremragende overensstemmelse med dem, der opnås ved en meget erfaring operatør gennem både standard tråd rullende metode ^2,5 25). Det skal bemærkes, at den nye bøjning testen virker meget godt, ikke kun i kohæsionsjord, men også i lave og meget lave plasticitet jord, som er de jordtyper mest vanskelige at test ved laboratorie operatører. Kun i særlige tilfælde af meget høje plasticitet jord med PL-værdier større end 30 (såsom jord M8, M9 og S4), den nye bøjning test kunne overvurdere PL resultater med hensyn til standard tråd rullende test eller den oprindelige bøjning test. Når PL resultatet er større end 30, og jorden er klart sammenhængende (det kan rulles let med hånden), en god måde at finde ud af, om vi står over for en jord af denne type er ved: (1) kontrol af de to PL resultater opnået med ligningen vist i trin 6.1, fordi der i disse særlige tilfælde forskellen mellem de to PL resultater kan være meget store (selv på mere end4 procentpoint), som også resulterer i store standardafvigelser og variationskoefficienter (som dem angivet for jord M8 i tabel 2) og kunne være tegn på en meget stejlere bøjning hældning end m = 0,108 (se f.eks m for jord M8 i tabel 1), og (2) kontrol B-værdier, fordi selv om disse jorde (såsom M8 og S4) er meget kohæsive (de kan rulles let) de bøjende deformationer tendens til at være små (for eksempel B <5 mm eller endda B <2 mm, så for større B-værdier jord bliver klæbrig og vanskelig at håndtere), som indebærer, at disse jorde kunne udvise Bværdier på PL meget lavere end den gennemsnitlige B = 2.135 mm (se B _PLob af jordbunden M8 og M9 i tabel 1). I disse særlige tilfælde (som er meget usædvanligt), kan anvendelsen af den originale multi-point bøjning test ²⁵ retfærdiggøres, selv fra et statistisk synspunkt ville det ikke være obligatorisk, da Student t-test (tabel 3) viser, at forskellene mellem de metoder er ubetydelige, og dermed vil den nye bøjningstest gyldigt i en lang række forskellige jordtyper, selv for dem med meget høj plasticitet og specielle egenskaber.

På trods af de særlige tilfælde ovennævnte relateret til nogle meget plastik jorde, den nye bøjning test foreslås i dette papir (baseret på en tidligere undersøgelse af forfatterne ²⁵⁾ er nøjagtig, hurtig, billig og enkel, hvilket giver det en fordel i forhold til traditionelle tråd rullende test og også over andre alternative metoder til PL bestemmelse (som der er baseret på kegle penetrometers ^15-20). Implementeringen af ​​den nye bøjning test i geotekniske og jord laboratorier ville indebære en forbedring af PL test resultater, fordi ud over de ovennævnte funktioner, nu de kriterier for at opnå og beregne PL ville være klar, den dygtighed eller erfaring med operatøren ville not være en afgørende faktor for at gennemføre testen korrekt og subjektiv fortolkning fra operatøren ville også blive minimeret. På denne måde, de potentielle fejl, der er begået med standard gevind rullende metode (for eksempel dem, hvori PL resultatet er større end LL, noget der i teorien ikke er muligt), og at påvirke negativt Casagrande klassifikationen ^13, kunne undgås. Selvom en laboratoriesammenligning ville være påkrævet, forventes det, at resultaterne mellem forskellige operatører er ret ens med den nye bøjningstest, noget der i mange tilfælde ikke sker, når den traditionelle tråd rulleprøvning udføres, især i lave plasticitet jord, hvor dygtighed og erfaring operatøren er afgørende i det endelige resultat. Af disse grunde, bøjnings- har potentiale til at være standardiseret for at blive et reelt alternativ til at erstatte den unøjagtige tråd rullende test i geotekniske og jord Laboratories hele verden.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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.