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

1. 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.
2. Reduser prøven ved quarte i laboratoriet hvis dette er altfor omfangsrik (bruke en jordsplitter om nødvendig).
3. Plasser prøven på et brett og tørr jord ved en temperatur som ikke overstiger 60 ° C.
   Merk: Både ovn-tørking og lufttørking er gyldige. Selv tørketrinn kan bli ignorert i meget fine jordarter hvis de inneholder passende naturlig fuktighet for testen (vanninnhold over det plastisk grense uten faktisk å være klebrig).
4. Disaggregert jord manuelt av en morter. Vær forsiktig med å bryte sandpartikler,slik at det er bedre å bruke en gummikledd pistill.
5. Passere prøven gjennom en 0,40 mm (eller en 0,425 mm) sikt. Hold bare fraksjonene på under 0,40 mm eller 0,425 mm (fjern jord brøkdel beholdes av sil).

2. Forbered To våt jord Balls

1. Tilsett destillert vann med en vaskeflaske til ca. 20-40 g av jord på en ikke-absorberende glatt glassplate og kna med en metallspatel inntil en homogen jord-vann-blanding.
2. Forme en jord ball for hånd fra jord-vannblandingen som er mellom 3 og 5 cm i diameter omtrent (det er å foretrekke å bruke gummihansker).
3. Gjenta trinn 2,1 og 2,2 for samme jordprøve for å få en annen ball med forskjellig vanninnhold.
   1. Tilsett mer eller mindre vann til jorden i trinnet 2.1 for å få denne forskjellig vanninnhold, eller ganske enkelt forme et større jord ball i trinnet 2.2 enn det som er indikert ved at trinn (for eksempel en av 6-7 cm i diameter), tar en del of dette og tørk den litt for hånd eller tilsett vann til dette for å få en jord ball av annet fuktighetsinnhold.
      Merk: Når det gjelder fremgangsmåten for 2,1 til 2,3, i sammenpakket jord (hovedsakelig leirholdig jord), bør mengden av tilsatt vann gir en konsistens ved hvilken jorden kan bli rullet uten å holde seg til hendene. Dette utdypes videre i diskusjonen.
4. Pakk hver jord ball med plastfolie og legg dem i en lufttett pose for 24 timer under hermetiske forhold.

3. utføre Bending Test

1. Veie en tom beholder og ta opp vekten til en nøyaktighet på minst 0,01 g.
2. Etter tempe periode, ta en av de jord baller og flat den for hånd på ikke-absorberende glatte glassplate (bruk gummihansker for å hindre tap av fuktighet) til tykkelsen er litt høyere enn 3 mm. På dette punktet, fullfører flate med gjenger virkeren (figur 2A, B, C) ​​for å oppnå en tykkelsepå nøyaktig 3 mm.
   Merk: Tråden virkeren er utformet på en slik måte at det er et mellomrom på nøyaktig 3 mm mellom den del som former jordtråden, og glassplaten (figur 2A).

Figur 2. Tegninger og dimensjoner i mm av tråden molder og stål langere (A) side utsikt, (B) sett ovenfra, og (C) nedenfra av gjengen molder.; (D) forfra og (E) ovenfra stål langere. Dette tallet har blitt forandret fra Moreno-Maroto & Alonso-Azcárate ^25. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

3. Skjær ut ujevne kanter på den flate jordmasse med en slikkepott (snittet må være rett).
4. Skjær med en spatel en strimmel jord som er minst 52 mm lange, og et kvadratisk tverrsnitt på ca. 3 x 3 mm.
5. Forme et sylindrisk jord tråd av nøyaktig 3 mm i diameter og 52 mm lang.
   1. Roll og rundt 3 × 3 mm seksjon jord stripe med tråden molder: flytte tråden molder suksessivt frem og tilbake for hånd til den eksakte øyeblikket hvor utgangspunktet firkantede delen av jorda tråden blir runde, så nå må det være 3 mm i diameter.
      1. Hvis det første jord strimmelen er vanskelig å rulle med tråden virkeren (f.eks, i lave sammenpakket jord eller til og med i plast jordsmonn i vanninnhold i nærheten av den PL), i begynnelsen, rundt firkantet tverrsnitt for hånd meget forsiktig (bruk hansker) . Like etter, ruller jordtråden med tråden virkeren som beskrevet i trinn 3.5.1 inntil en nøyaktig 3 mm i diameter jord tråden blir oppnådd.
      2. Plasser jord tråden og den fremre side av tråden molDer tett sammen. Bruk bredden av gjengen virkeren som en mal og kuttet spissene på jord tråden med en metallspatel for å oppnå en jord sylinder med nøyaktig 52 mm i lengde.
         Merk: Tråden virkeren måler 52 mm bredde, som vist i figur 2 B, C.
6. Bøy jord tråden til det punktet av cracking (figur 3).
   1. Slå tråden molder opp ned, slik at nå er det støttes av sin sylindriske stykke og enheten bak. Sette den sylindriske del av tråden virkeren i kontakt med den sentrale del av de 3 mm i diameter x 52 mm lang tråd jord.
   2. Plasser stål trykknappene (figur 2D, E) i kontakt med midten av jord gjenge (figur 3A), slik at jorda tråden er plassert mellom de to stålstøtteorgan (disse fungerer som mobile bærepunktene) og den sylindriske del av tråd molder (dette fungerer som et fast støttepunkt).
   3. Flytt nøye stål langere fra sentrum til tuppen av jord tråden (figur 3B) i en tilnærmet sirkulær bane. Gjenta denne bevegelsen til det punktet av cracking (figur 3C); på dette punkt, stoppe bøying.
      1. Dersom sprekken kommer ut av den midtre tredjedelen av jordtråden (figur 3D), dvs. i nærheten av en av de Gjengene, holder bøyd rundt den andre spissen til en annen eren vises (Figur 3D, E). På denne måten blir to sprekker oppnås langs jordtråden.
   4. Rett etterpå, fjerne tråden molder og måle avstanden mellom spissene (D) av tråden med en caliper og ta det opp til en presisjon på 0,1 mm. Ta denne målingen fra den sentrale delen av tipsene (figur 3C, E).
      1. Sett jord tråden inn i beholderen hvis vekt ble spilt inn tidligere (trinn 3.1) og dekke den for å hindre tap av fuktighet.
      2. Hvis bøying deformations er så store at selv de Gjengene kommer i kontakt, dvs. D = 0 mm (figur 3F), fjerne langere og tråd molder og bøy jord tråden for hånd til poenget med sprengning som er vist skjematisk i figur 3G. Mål avstanden mellom gjenge tips som vist i Figur 3 H og ta det opp med negativt fortegn. Til slutt, gjenta trinn 3.6.4.1.

Figur 3. Skjematisk tegning hvor bøying og tips avstandsmåleteknikk er beskrevet. (A) Utgangsstilling av stål langere, jord tråden og den sylindriske del av tråden virkeren på glassplaten. (B) Vanlig bøye teknikk ved hjelp av en tilnærmet sirkulær bane fra sentrum til tuppen som er utført meget carefully (se pilene banen). (C) Vanlig tips avstandsmåling teknikk av en tråd som har sprukket i den sentrale del. (D) Jord tråd som har sprukket ut den sentrale tredje og bøyeteknikk som skal følges rundt den andre spissen (som indikert ved pilene). (E) Vanlig tips avstandsmåling teknikk av en tråd som har sprukket ut av sin sentrale tredje. (F) Jord gjenge hvori spissene kommer i kontakt med og kan danne en lukket ring. (G) Bøye teknikk som skal utføres når jorden tråden er i stand til å bøye seg utover en lukket ring og (H) spiss avstandsmåling teknikk for dette siste tilfellet. Dette tallet har blitt forandret fra Moreno-Maroto & Alonso-Azcárate ^25. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

7. Shape annen jord threannonser fra samme flate jordmasse i henhold til trinn 3.4, 3.5.1, 3.5.1.1. Ikke kutte sine tips. Til slutt, sette dem inn i beholderen og dekke det (trinn 3.6.4.1).
   Merk: Rollen til disse trådene er rett og slett for å oppnå nok materiale til riktig bestemme fuktighetsinnholdet. Hvis kontaktflatene (glassplaten og tråden Molder) var skitne etter å forme en tråd, rengjør dem med en fuktig klut og tørk dem med et stykke papir raskt.
8. Gjenta trinn 3.4 gjennom 3.6.4.2 for minst en annen jord tråd. Forme disse tråder med en viss veksling i forhold til de som ble oppnådd i trinn 3.7. Dersom den andre målingen av spissen avstand (D) er den samme eller helt lik den som ble oppnådd i den første jordtråden, ikke bøye flere tråder. Hvis ikke, form og bøy i minst én ytterligere jord tråd.
   Merk: begrepet "en viss veksling" betyr at det anbefales at de bøyde tråder ikke er formet etter hverandre, dvs. de børikke bli tatt fra det samme område av den flate jordmasse for å oppnå representative målinger av hele jordmasse. Således noen av disse jordtråder som ikke er skåret og bøyd (trinn 3.7) skal formes mellom de bøyde seg. Hvis det var en homogen fuktighetsfordelingen i den flate jordmasse (som er usannsynlig), ville det bli korrigert på denne måten.
9. Veie beholderen med jord trådene til en nøyaktighet på minst 0,01 g. Form og legge til flere tråder i henhold til trinn 3.4, 3.5.1, 3.5.1.1 hvis vekten av jord trådene er mindre enn 5 g, inntil denne vekten er overskredet (en vekt mellom 5 og 7 g er egnet).
10. Gjenta trinn 3.1 gjennom 3.9 for den andre jord ballen (ballen formet i trinn 2.3).
    1. I tilfelle av meget lave plastisitet jord, utelater trinn 3,10 hvis plastisitet av jordsmonnet er for lav til å utføre testen på riktig måte for to kuler med forskjellig vanninnhold (slik at bare en jord ballen ville bli testet).

1. Plasser de to beholdere (som tilsvarer de to jord kuler testet) med sine respektive jordtråder i en ovn ved 105 ± 5 ° C i minst 18 timer (hvis trinnet 3.10.1 brukes, er det bare en beholder med jord å tørke). Etter denne periode forlater beholderne med tørr jord i en eksikator, og når de er kule, noterer deres vekter til en nøyaktighet på minst 0,01 g.
2. Plassere beholderne med den tørre jord igjen inn i ovnen ved 105 ± 5 ° C i minst 6 timer. Deretter tillate dem å avkjøles og registrere deres vekter på nytt som angitt i trinn 4,1. Hvis vekten er konstant, det vil si hvis denne vekten er hovedsakelig den samme som den oppnådd i trinn 4.1, i jorda helt tørr, derfor bruke disse data til å beregne vanninnholdet (W) i trinnet 5.2.
   1. Hvis vekten er forskjellig, gjenta steg 4,2 så mange ganger som mulig, til vektenav beholderen med tørr jord er konstant.

5. Beregn Bending på Cracking (B) og fuktighetsinnhold (W)

1. Beregn bøye ved cracking (B) i mm som følger:
   B = 52,0-D
   hvor 52,0 refererer til lengden i mm av jord tråden, og D er den gjennomsnittlige avstanden målt mellom spissene på tidspunktet for sprekkdannelser i mm:
   D = (D ₁ + D _to ... + D _n) / n
   hvor n er minst 2 (se trinn 3.8)
2. Beregn fuktighetsinnholdet (W) i prosent som følger:
   W = (M1-M2) / (M2-M3) x 100
   hvor:
   M1 er vekten av beholderen med våt jord (se trinn 3.9)
   M2 er vekten av beholderen med tørr jord (se trinn 4.2)
   M3 er vekten av beholderen (se trinn 3.1)

6. Beregn Plastic Limit (PL)

1. Beregn plastisk grense av den første jord ball som følger:
   PL ₁= W x (B / 2,135) ^-0,108
   hvor 2,135 henviser til den gjennomsnittlige B på bøyekurve ved hvilken PL ble oppnådd i 24 jordbunnen i henhold til den opprinnelige bøyetest, mens -0,108 refererer til det gjennomsnittlige bøye helling (m) av bøyekurve for disse 24 jord (tabell 1 og figur 4).
2. Gjenta trinn 6.1 for den andre jord ball og få PL _2.
3. Beregn PL som gjennomsnittet av PL ₁ og PL ₂
   PL = (PL ₁ + PL ₂₎ / 2
   Merk: Hvis mer enn to eksperimentelle punkter hadde blitt oppnådd, er PL også gjennomsnittet av PL resultater, dvs. PL = (PL ₁ + PL ₂ ... + PL _n) / n.
4. Hoppe over trinn 6.2 og 6.3 dersom det er innhentet bare en eksperimentell punkt (se trinn 3.10.1), derfor i dette tilfellet:
   PL = PL ₁
   Merk: Det er viktig å understreke at i denne studien PL beregnet gjennom trinn 6 har been heter PL _nb for å skille den fra PL resultatene med den opprinnelige bøyetesten og standard tråden rullende test, som har blitt kåret til PL _ob og PL _st hhv.

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 gjennomført med mer enn 3 eksperimentelle punkter og grafer var nødvendig for å oppnå den PL, slik som vist i figur 1). B-verdi som svarer til den PL ble beregnet ved den neste ligning, som ble avledet fra den bøyekurve ligning (figur 1A):

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

ob er PL oppnådd med den opprinnelige multi-punkt bøyetest ^25; B _PLob er verdien av bøying ved sprekkdannelse i bøye kurve svarende til fuktighetsinnholdet i PL _ob; z er konstant av bøyekurve ligning (se figur 1A) og m er bøye hellingen (se figur 1A). Den gjennomsnittlige m er 0,108 med et standard avvik på 0,032 og gjennomsnittlig B _PLob er 2,135 mm med et standard avvik på 0,901 som vist i tabell 1 og på en mer skjematisk måte på figur 4. PL med den nye bøye metoden ble beregnet hvert forsøk med ligningen vist i trinn 6.1 i protokollen, slik at den endelige PL for hver prøve var gjennomsnittet av disse resultater (se note i trinn 6.3).

Såil	PL ob (original multi-point bøyning)	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
		Gjennomsnitt	0,108	2,135
		Std. Dev.	0,032	0,901

Tabell 1. Datakilde som ligningen for å bestemme PL oppnås M1 til M24 er de 24 jordprøver som brukes i denne statistiske undersøkelsen.; PL _ob er et resultat av PL oppnådd med den opprinnelige multi-punkts bøyetest ^25; z og m er konstant og den bøye skråningen av bøyekurve ligning oppnådd med den opprinnelige bøyning henholdsvis ²⁵ og B _PLob er verdien av bøying ved sprekkdannelse i bøyekurve som tilsvarer vanninnholdet i PL _ob. Gjennomsnitt og standardavvik (Std. Dev.) M og B _PLob er indikert.

Figur 4. Skjematisk diagram over den gjennomsnittlige bøye ved cracking (B) ved hvilken PL forekommer i bøyekurve PL. Oppnås fra cutoff punktet for stiv-plastisk linje med y-aksen, ogat PL verdien er plottet i bøye kurve for å kjenne den tilsvarende bøyning ved cracking (B) i kurven. Derfor, B = 2,135 refererer til gjennomsnittlig B-verdien oppnådd i 24 jord og m = 0,108 er gjennomsnittlig bøye skråningen av bøyekurve i de 24 jordsmonn. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

De PL resultater oppnådd med det nye bøyetest (PL _nb) foreslått i dette dokumentet, og de ​​som tilsvarer den opprinnelige bøyetest (PL _ob) og standard rullende test av en meget erfaren operatør (PL _st) er vist i tabell 2. bortsett fra de 24 jordsmonn studert i tidligere forskning (jord M1 til M24) ²⁵ andre 6 forskjellige jordtyper (jordsmonn S1 til S6) ble testet for å sjekke muligheten for metoden med uavhengige jord, dvs. er vist i tabell 2 indikerer en god repeterbarhet av fremgangsmåten, dvs. PL resultatene fra hvert forsøk er svært like hverandre med det nye bøyemetoden; faktisk all jord bortsett fra M8 har en CV-verdi som er mindre enn 10, slik at spredningen av resultatene kan betraktes som lav. I henhold til figur 5, er PL-resultatene oppnådd ved det nye bøyetesten høyt korrelert med den opprinnelige bøyetest ^(R2 = 0,9648) og standard gjengevalsetest ^(R2 = 0,9531), og de ​​fleste resultatene er fordelt meget nær 1: 1 linje, hvilket indikerer at resultatene er svært like, selv i meget lave plasticity jord (den vanskeligste å test av en operatør).

Figur 5. Grafisk fremstilling og ^R2 av PL resultater oppnådd med det nye bøyetesten mot andre PL metoder. (A) fremstilling av den PL resultater som oppnås gjennom den nye bøyetesten mot den opprinnelige bøyetest ²⁵ i 24 jordbunnen. (B) Representasjon av PL oppnådde resultater gjennom den nye bøyetest mot standarden tråden rullende test i 30 jordsmonn. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Når de to bøyeprøver blir sammenlignet (figur 5A) bare i jord M8 er en større forskjell PL observert, mens jordsmonn M8, M9 og S4 er de tre de som utviser større PL variasjoner når det nye bøyetesten blir sammenlignet med den tradisjonelle tråd rullende test (figur 5B, tabell 2). I disse prøvene overvurderer den nye bøyetest resultatene, spesielt i M8 og S4 som er to jordarter med bestemte egenskaper: på den ene siden ble M8 rapportert i de tidligere forfatternes studie som en uvanlig jord fordi til tross for det faktum at den har høy LL og PI, oppviser det en dårlig motstand mot bøying som kan være forårsaket av dens sammensetning (den har en stor del av kalsitt i kombinasjon med smektitt-leire) ^25, og på den annen side, er S4 et sepiolitt, som er et meget sjeldent leire i som svært høye verdier av PL og PI er normalt ^26. Jordsmonn M8, M9 og S4 har til felles høye PL-verdier (større enn 30). Dette faktum tyder på at det nye bøyetesten kunne overvurdere PL resultat med hensyn til standard gjengevalse test- elleropprinnelig bøyetest i noen svært høy PL jord, selv om det ikke skjer i andre sterkt plasttyper, slik som M12, M13 og S1 i hvilke resultater som er ganske lik eller til og med noe lavere enn de som ble oppnådd med de andre testene.

Tabell 2. PL resultater oppnådd med det nye bøye test og sammenligning med andre prøver. I de første tre kolonnene navnet til jord, dens plassering og en generell beskrivelse er indikert. Kolonnen "Eksperimentelle punkter" indikerer antallet punkter som brukes for å bestemme den PL (for jord M1 til M24 mer enn 3 poeng er brukt fordi disse punktene er de samme som de som ble oppnådd i den opprinnelige bøyetest ^25). PL, LL og PI (PI = LL-PL)refererer til Plastic Limit, Flytende Limit ^tre og plastisitet Index resulterer henholdsvis, og indeksene ob, st, nb se "opprinnelige bøying test ^25", "standard tråden rullende test ^2,5" og "nye bøyetest" henholdsvis (dette siste en er formålet med denne studien). Standardavvik og variasjonskoeffisient av PL resultater oppnådd med det nye bøyetesten blir angitt som "Std. Dev. PL _nb" og "CV (%) PL _nb" hhv. Forskjellen mellom de PL resultater som er oppnådd med den nye bøyetesten og de ​​to andre metodene er også inkludert, i tillegg til Casagrande Classification ¹⁰ (i fet skrift disse symbolene hvor klassifiseringen er forskjellig). NA = Ikke aktuelt. Klikk her for å se et større, helhetlig versjon av denne tabellen.

tabell 3, der etter å ha sjekket at både høy plastisitet jord (jord M8, M9, M12, M13, S1 og S4) og lav- medium plastisitet jord (resten av jorda) er normalfordelt ifølge Shapiro-Wilk test (p-verdier er større enn 0,05, alfa-nivå), indikerer en Student t test som det ikke er signifikante forskjeller mellom den nye bøye metode resultater og de som ble oppnådd ved både den andre opprinnelig bøyetest og den tradisjonelle tråd rullende test (de oppnådde p-verdiene er også større enn 0,05 alfa-nivå). I tabell 2 er de LL resultatene som ble oppnådd ved fremgangsmåten Casagrande ³ er også vist, slik at både den Plastisitet indeks (PI) og den Casagrande klassifisering ¹⁰ svarende til hver PI verdi blir også presentert. Bare i tre jord (M8, M15 og S4) klassifiseringen endrer seg når den nye bøye testen brukes, men PLResultatet i M15 er ganske lik angående de to andre metoder. I de tilfeller av M8 og S4, endringer klassifiserings fra CH til MH og fra CH / MH til MH, henholdsvis, det vil si., Med det nye bøyetesten M8 og S4 blir betraktet som høy plastisitet silts (de blir betraktet som høye plastisitet leirer hvis andre PL resultatene er tatt i betraktning), som kan være i tråd med bibliografi ^25,26, så det synes også å være gyldig.

variabel	p-verdi
Shapiro-Wilk test for PL ob av høye plastisitet jord	0,700
Shapiro-Wilk test for PL st av høye plastisitet jord	0,753
Shapiro-Wilk test for PL nb av høye plastisitet jord	0,703
Shapiro-Wilk test for PL	0,708
Shapiro-Wilk test for PL st av lav-middels plastisitet jord	0,563
Shapiro-Wilk test for PL nb av lav-middels plastisitet jord	0,252
Student T bilaterale test for høye plastisitet jord: PL nb vs PL ob	0,345
Student T bilaterale test for høye plastisitet jord: PL nb vs PL st	0,237
Student T bilaterale test for lav-middels plastisitet jord: PL nb vs PL ob	0,861
Student T bilaterale test for lav-middels plastisitet jord: PL nb vs PL st	0,065

Tabell 3. Statistisk undersøkelse for å sjekke om det er vesentlige forskjeller mellom PL oppnådde resultater med den nye bøyetesten og de ​​to andre metoder for en alfa-nivå på 0,05. Indeksene ob, st, nb se "opprinnelige bøying test ^25" "standard tråden rullende test ^2,5" og "nye bøyetest" hhv. Som jordsmonnet er svært heterogen, er to forskjellige populasjoner differensiert: høye plast jord (som er prøvene M8, M9, M12, M13, S1 og S4), og middels og lav plastisitet jord (resten av jorda). P-verdier i en Shapiro-Wilk test er vist for hver type resultater. Shapiro-Wilk statistisk test er nødvendig å vite at resultatene er normalfordelt, noe som er en nødvendig betingelse for å utføre en Student T-test (i dette tilfelle ble Shapiro-Wilk test utført ved anvendelse av programvaren SPSS statistikk). I fet p-verdiene resultater som er oppnådd med en Student T test hvori PL resultatene oppnådd med den nye bøyetesten er sammenlignet med dem som oppnås med den opprinnelige bøyetest og træ rullende test for å undersøke om signifikante forskjeller.

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 mislykkede alternativer er foreslått hittil, til tross for det faktum at en subjektiv av operatøren er redusert i de fleste av alternative fremgangsmåter, slik som de som er utført av fall-kjegler ^15-20.

Fremgangsmåten som presenteres i denne studien (tråden bøyning eller bare bøyetest) er basert på måling av bøye deformasjoner, slik at de subjektive bedømmelser fra operatøren reduseres til et minimum ²⁵. Dette er en meget hurtig metode, siden bare en eksperimentelt punkt er nødvendig å beregne den PL gjennom en ligning (selv om to datapunkter er anbefalt for å være mer nøyaktig), og det er også billig, fordi bare en meget enkel anordning er nødvendig for å utføre testen.

Med hensyn til protokollen, er det noen kritiske trinnene som bør tas i betraktning: I trinn 1.3, kan tørketiden ikke være forutbestemt, fordi den vil være avhengig av type og mengde av jord og dens fuktighetsinnhold, således at jorden skal tørkes før det kan deles opp og siktet riktig (noe som kan ta fra noen timer til flere dager), fordi hvis jorda er våt det kan feste seg til mørtel under disaggregation og aggregatene kan beholdes på sikt å følge trinnene 1.4 og 1.5 . I alle fall, kan laboratoriet operatøren oppfatte hvis jorden er tørr ganske enkelt ved å trykke på den med fingrene. Angående trinnene 2,1 til 2,3, for friksjonsmasser (mainly leirer) er det anbefalt at i det minste en av kulene viser viss stivhet, noe som ville indikere at fuktighetsinnholdet er i nærheten av PL. I tilfelle av jord med lav eller meget lav kohesjon (hovedsakelig silt og sandholdig jord), bør jorden ballen konsistensen være myk, men uten et overskudd av vann (dette myk konsistens er nødvendig fordi i lav plastisitet jordsmonn jord trådene er vanligvis altfor vanskelig å forme ved vanninnhold i hvilken jord konsistensen blir stiv). Det er viktig å understreke at mengden av vann som legges på disse trinnene varierer avhengig av type jord, slik at operatøren må dømme etter eget forgodtbefinnende når jorda har riktig konsistens for å utføre testen riktig, fordi jord tråder er vanskelige å forme hvis jorden er for tørt (det kunne smuldre opp) eller for vått (det kan være klebrig), selv når trinnet 3.5.1.1 blir fulgt. I trinnet 2.4 tempeperioden kan forlenges (for eksempel i høye plastisitet leire) eller kortslipes (i lav plastisitet jord), men for å forene kriteriene 24-timers periode er et godt alternativ fordi testen gjennomføringen PL og resultatene kan bli påvirket av denne faktoren (jord viser vanligvis mer plastisitet når denne tiden er forlenget). Angående trinn 3.2, anbefales det at overflaten av den flate jordmassen forblir dekket med plastfolie for å minimere tapet av vann ved fordampning, spesielt i sandjord som kan miste vann raskt, slik at hvis den jordmasse ikke er tildekket , den første valsejord tråder kan utgjøre større fuktighetsinnhold enn de som oppnås ved slutten av trinn 3. på grunn av dette bare etter en jordtråd er formet og satt inn i beholderen, bør det være dekket umiddelbart (for eksempel med et urglass ) i løpet av trinn 3 (se trinn 3.6.4.1).

En av begrensningene i testen er at bøyebevegelse utføres manuelt; siden det ikke er en enhet for å gjøre det (tråden molder og stål pushers er rett og slett brukes som støttepunkter). Bøye bevegelse skal være jevn og progressiv som vist i figur 3B (jordtråden bør ikke være bøyd på en gang, hvis ikke jorden er i nærheten av PL, hvor det knapt svinger, slik det ofte skjer i sammenpakket jord), slik at denne bevegelse skal gjentas mer enn en gang. Derfor er det trinn 3.6.3 kritisk i resultatet av testen fordi hvis bøye teknikk er ikke tilfredsstillende, kan jordsmonnet tråden knekke før det skal, eller til og med sprekker kunne vises ut av den sentrale tredjedel av tråden (dette sistnevnte tilfellet ofte oppstår når jorden har en myk konsistens, spesielt i sandbunn og silt). Disse manglene er løst på den ene side, ved å bøye to eller flere tråder (trinn 3.8) for å kontrollere at alle målinger er ganske like, og på den annen side, ved å bøye tråden som indikert i trinn 3.6.3.1 når sprekkdannelser oppstår nær av tråd tips. Etter bøying, er det viktig å understreke at the Gjengene kan bevege seg under spissen avstandsmåling (trinn 3.6.4). Det er to alternativer for å hindre det: 1) Ikke fjern stål langere under målingen (men er stål langere noen ganger plassert på en slik måte som kan hindre måling) eller 2) Trykk på tråd tips litt mot glassplaten med fingrene og fjerne stål langere å måle spissen avstand ordentlig. Med hensyn til trinn 3.6.4.2 bøyeteknikk som indikerer dette trinnet er vanskeligere å implementere enn den beskrevet i trinn 3.6.3. Av denne grunn, når det er mulig, er det foretrukket å forberede jorden ball med en vannmengde <unngås ved hvilke D 0 mm (dette forekommer vanligvis når jordsmonnet er meget vått og også under dårlige utjevnings jord).

Resultatene oppnådd med den nye bøyetest i 30 jordsmonnet Resultatene er i utmerket overensstemmelse med de som ble oppnådd ved en meget erfaring operatøren gjennom både standard gjengevalsemetoden ^2,5 25). Det bør påpekes at den nye bøyetesten fungerer svært godt, ikke bare i sammenhengende jord, men også i lav og meget lav plastisitet jord, som er de typer jord vanskeligst å prøve ved laboratorie operatører. Bare i spesielle tilfeller av svært høy plastisitet jord med PL-verdier over 30 (for eksempel jord M8, M9 og S4), den nye bøyetesten kunne overvurdere PL resultater om standard tråden rullende test eller den opprinnelige bøyetest. Når PL Resultatet er større enn 30, og jorda er tydelig sammenhengende (det kan rulles lett for hånd), en god måte å finne ut om vi står overfor en jord av denne typen er med: (1) å sjekke de to PL resultater oppnådd med ligningen vist i trinn 6.1, fordi i disse spesielle tilfeller kan forskjellen mellom de to PL resultatene kan være meget store (også av mer enn4 prosentpoeng) som også resulterer i store standardavvik og variasjonskoeffisient (som de som er angitt for jord M8 i tabell 2) og kan være en indikasjon på en mye brattere bøye helling enn m = 0,108 (se for eksempel m for jord M8 i tabell 1), og (2) å kontrollere B-verdier, fordi til tross for det faktum at disse jord (for eksempel M8 og S4) er meget kohesivt (de kan rulles lett) bøye deformasjoner tendens til å være liten (for eksempel B <5 mm eller til og med B <2 mm, slik at for større B-verdier jord blir klebrig og vanskelig å håndtere), som innebærer at disse løsmasser kan oppvise B-verdier på PL mye lavere enn den gjennomsnittlige B = 2,135 mm (se B _PLob av jord M8 og M9 i tabell 1). I disse spesielle tilfeller (som er meget uvanlig), kan bruken av den opprinnelige multi-punkts bøyetest ²⁵ rettferdiggjøres, selv om det fra et statistisk synspunkt ville det ikke være obligatorisk siden Student T test (tabell 3) viser at forskjellene mellom fremgangsmåtene er ikke vesentlig, og dermed ville det nye bøyetesten være gyldig for et bredt utvalg av smuss, selv for de med meget høy plastisitet og spesielle egenskaper.

Til tross for de spesielle tilfellene ovenfor indikerte relatert til noen svært plast jord, den nye bøyetest foreslått i denne artikkelen (basert på en tidligere studie av forfatterne ²⁵⁾ er nøyaktig, rask, billig og enkel, noe som gir den en fordel over tradisjonelle tråden rullende test og også i forhold til andre alternative metoder for PL bestemmelse (som de som er basert på kjegle Penetrometre ^15-20). Implementeringen av den nye bøyetest i geotekniske og jord laboratorier ville innebære en forbedring av testytelse PL, fordi i tillegg til de ovennevnte funksjoner, nå kriteriene for å få tak i og beregne PL ville være klar, ferdigheter eller erfaring med operatøren ville not være en avgjørende faktor for å gjennomføre testen riktig og subjektiv tolkning fra operatøren vil også bli minimalisert. På denne måte de mulige feil som er begått med standard gjengevalsemetode (for eksempel de hvori PL resultatet er større enn den LL, noe som, er teoretisk ikke mulig), og som påvirker negativt den Casagrande klassifiseringen ^13, kunne unngås. Selv om en Interlaboratory undersøkelse ville være nødvendig, er det forventet at resultatene mellom ulike operatører er helt analog med det nye bøyetesten, noe som i mange tilfeller ikke skjer når den tradisjonelle tråd rullende test er gjennomført, spesielt i lave plastisitet jord i hvilken dyktighet og erfaring av operatøren er avgjørende for det endelige resultatet. Av disse grunner, har bøyetest potensial til å bli standardisert for å bli et reelt alternativ til å erstatte unøyaktig tråden rullende test i geoteknisk og jord laborators rundt om i 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.