En Bending test för att bestämma den Atterberg Plastic Limit i jordar

Summary

Den traditionella standardiserade testet för bestämning av plast gräns i jordar utföres för hand, och resultatet varierar beroende på operatören. En alternativ metod baserad på böjnings mätningar presenteras i denna studie. Detta gör det möjligt för plast gräns uppnås med en tydlig och objektivt kriterium.

Abstract

Den tråd rullande testet är den vanligaste metoden för att bestämma den plastgränsen (PL) i jordar. Det har kritiserats, eftersom en betydande subjektiv bedömning från operatören som utför testet involverade under dess prestanda, vilket kan påverka slutresultatet avsevärt. Olika alternativa metoder har lagts fram, men de kan inte konkurrera med standardrulltestet i snabbhet, enkelhet och kostnad.

I en tidigare studie av författarna, var en enkel metod med en enkel anordning för att bestämma PL fram (den "gänga böjprov" eller helt enkelt "böjning test"); denna metod får PL kan erhållas med minimal operatör inblandning. I föreliggande dokument en version av den ursprungliga böjningstestet visas. Den experimentella grunden är densamma som den ursprungliga Böjprovning: jordtrådar som är 3 mm i diameter och 52 mm lång är böjda tills de börjar att spricka, så att både Bending produceras och dess närstående fukthalt bestäms. Emellertid möjliggör denna nya version beräkningen av PL från en ekvation, så det är inte nödvändigt att rita varje kurva eller rak linje för att erhålla denna parameter och, i själva verket kan den PL uppnås med endast en försökspunkt (men två försökspunkter rekommenderas).

PL resultat som erhållits med den nya versionen är mycket lika dem som erhållits genom den ursprungliga böjningstestet och standardrulltestet av en mycket erfaren operatör. Endast i speciella fall av hög plasticitet kohesiva jordar, det finns en större skillnad i resultatet. Trots detta arbetar böjprov mycket bra för alla typer av jord, både sammanhängande och mycket låga plasticitet jordar, där den senare är den svåraste att testa via standardgängvalsmetoden.

Introduction

Flytgräns (LL) och plast gräns (PL) är de två viktigaste jordkonsistensgränser som definieras av Atterberg 1911 ^1. LL markerar gränsen mellan flytande och plasttillstånd, och PL mellan plast och halvfasta tillstånd. LL erhålls runt om i världen enligt flera standarder genom Casagrande metoden ^2,3 eller penetration test ^4. Båda metoderna genomföres mekaniskt genom anordningar; därmed är minimal operatör inblandning inblandade. I fallet med PL, är den så kallade "tråd rullande test" den mest populära och standardiserad metod för sin beslutsamhet ^2,5. Detta test är baserat på rullande mark i 3 mm trådar för hand tills operatören anser jorden vara sönder. Av denna anledning har kritiserats eftersom skicklighet och bedömning av operatörens spelar en avgörande roll för utfallet av testet. Standard rulltest viktigt påverkas av många okontrollerade faktorer, såsomnär trycket appliceras, kontaktgeometrin, friktionen, hastigheten på rullande, storleken av provet och vilken typ av jord ^6,7. American Society for Testing and Materials (ASTM) utvecklade 4318 standarden ASTM D som innehåller en enkel anordning för att minimera operatörens inblandning ^2,8, men signifikanta skillnader har rapporterats i vissa jordar när man jämför den manuella rulltestet mot test utförs enligt ASTM D4318 anordningen ^9.

PL är en mycket viktig parameter för geotekniska ändamål, eftersom Plasticity index (PI) erhålles från den (PI = LL - PL); PI används för att klassificera jorden i enlighet med plasticitet tabell som visas i ASTM D 2487 ^10, baserat på forskning av Casa ^11,12. Fel i PL negativt påverka denna klassificering ^13, och av denna anledning, är ett nytt test för PL bestämning krävs.

Pfefferkorn testet, kon penetromeTer, kapillärreometer, vridmomentreometer eller stress-stam tester är några exempel på alternativa metoder för att mäta mark plasticitet ^14, men dessa är inte tillräckliga för att erhålla PL. Med den speciella exempel falla kon tester, har ett stort antal forskare försökt att definiera en ny metod för PL bestämningen med olika penetrometer design ^15-20, men utan att nå någon verklig överenskommelse. Dessutom alltihop bygger på antagandet att skjuvhållfastheten vid PL är 100 gånger högre än vid LL ^21, vilket inte är sant ^22.

Barnes ^23,24 utvecklat en apparat som efterliknas de rullande förhållanden markcylindrar i ett försök att fastställa en tydlig kriterium för PL bestämning. Ändå är vissa brister identifieras med denna metod, såsom dess komplexitet, längd test och huvudsakligen tvivelaktiga medel för beräkning av PL ^25. Framgången för standardrulltestetligger i dess enkelhet, snabb prestanda och låg kostnad, så ingen annan metod kommer att kunna ersätta det, såvida de inte uppfyller dessa tre krav och andra sådana, såsom hög noggrannhet och låg operatör störningar.

I en tidigare studie av författarna, en ny PL föreslagna strategin ^25: den ursprungliga tråden böjprov (eller helt enkelt böjningsprovning) tillät PL kan erhållas från ett diagram där det representerade förhållandet mellan vattenhalt och böjnings deformationer. Författarna erhölls och plottades flera experimentella punkter för varje jord (det protokoll följas för att få dessa punkter var densamma som den som anges i föreliggande dokument), så att korrelationen av de punkter skulle kunna definieras på två sätt utan att kompromissa på något sätt korrekt definition av punkten väg: som en parabolisk kurva, som heter böjningskurvan (Figur 1A), och som två korsande raka linjer med olika lutning, heter styv plast linjeoch den mjuka plast-linje. Den styva plast linje är den brantaste en, och PL beräknades från det som fukt procentsats som motsvarar brytpunkten för detta med y-axeln (Figur 1B). I detta brytpunkten böjningen produceras är noll, vilket är i enlighet med begreppet plast gräns, dvs., Är PL fukthalten vid vilken marken inte är i stånd att motstå deformationer under denna gräns (halvfast tillstånd) men det gör björn dem ovanför den (plastiskt tillstånd). Även om i den ursprungliga studien, PL kunde inte erhållas direkt genom böjningskurvan (detta skär inte y-axeln), denna linje var mycket användbart eftersom överväger att böjningskurvan och de korsande linjerna följer mycket liknande vägar, böjnings kurva ekvation erhålls från experimentella data användes för att erhålla extra poäng till, för det första, korrigera eventuella avvikelser, och för det andra för att utföra testet med några punkter som visas i figur 1B. < / P>

Figur 1. Grafisk representation av BW punkter i en testad jord av den ursprungliga böjningstestet. (A) Korrelationen av punkterna representeras som en parabolisk kurva, som heter böjningskurvan vars ekvation ingår. (B) Korrelationen av punkterna definieras av två korsande linjer och andra extrapoäng läggs (de beräknades från böjningskurvan ekvationen). B-värden erhålls som B = 52,0-D (där D är den genomsnittliga avståndet mätt mellan spetsarna vid tidpunkten för sprickbildning i mm) och PL beräknas som vattenhalt som motsvarar den brytpunkten av den styva plast-linje med y-axeln. Denna siffra har ändrats från Moreno-Maroto & Alonso-Azcarate ^25.k "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Alla resultaten var i utmärkt överensstämmelse med de som uppnås genom den traditionella trådvalsningsmetod av en mycket erfaren operatör. Förblev dock den ursprungliga böjningstestet långsammare än den standardiserade tråd rullande testet. I ett försök att ytterligare hushålla testtiden, var en enda punkt version som lagts fram. Det baseras på den genomsnittliga böjnings lutningen (m) som erhållits i de 24 testade jordar, som var 0,108 (m är lutningen av böjningskurvan när den är representerad i dubbel logaritmisk skala, m visas på böjningskurvan ekvationen i figur 1A) . Med hjälp av en ekvation där denna faktor ingick, var båda hård plast och mjuk plast linjer grafiskt dras, och därmed PL uppskattades. Dessa resultat var också starkt korrelerade med både fler punkts böjprov och standardvalsningstestet. Trots detta en-punkts version är ännu snabbare än den traditionella test beräkningen PL var mer komplicerad eftersom rita var nödvändigt. Av detta skäl, på grundval av statistiska kriterier en ny ekvation för PL beräkning har utvecklats i denna studie, så att plottning inte krävs och resultat kan uppnås med endast en punkt, medan den experimentella protokollet är detsamma som den ursprungliga böjningen testa. Den nya versionen uppfyller de nödvändiga kraven för att ersätta den föråldrade tråd rullande metoden.

Protocol

1. Samla, torr och Sila analysprovet

1. Samla ett jordprov i fält (använd en spade eller en murslev) och lagra den i en polyetenpåse.
   Obs: Volymen av provet varierar beroende på vilken typ av jord: i fina jordar (leror och silt) mellan 100 och 1000 g är i allmänhet tillräcklig, men i sandjordar och de som innehåller grus och småsten, kan stora mängder krävas, från ett par till flera kg.
2. Minska provet genom kvarte i laboratoriet om detta är alltför voluminös (använd en jord splitter om nödvändigt).
3. Placera provet på en bricka och torka jorden vid en temperatur på högst 60 ° C.
   Notera: Både ugnstorkning och lufttorkning är giltiga. Även torkningssteget kan ignoreras i mycket fina jordar om de innehåller lämpliga naturliga fuktighet för (vattenhalten över plastgränsen utan att faktiskt vara klibbig) test.
4. Disaggregera jorden manuellt av en mortel. Var noga med att inte bryta sandpartiklar,så det är bättre att använda en gummiklädd mortelstöt.
5. Sålla provet genom en 0,40 mm (eller en 0,425 mm) sikt. Behåll bara fraktionerna på under 0,40 mm eller 0,425 mm (ta bort jorden fraktion som hölls kvar av sikten).

2. Förbered Två våt jord bollar

1. Tillsätt destillerat vatten med en tvättflaska till cirka 20-40 g jord på en icke absorberande slät glasplatta och knåda med en metallspatel till dess att en homogen blandning jord-vatten erhålles.
2. Forma en jord boll för hand från blandningen jord-vatten som är mellan 3 och 5 cm i diameter approximativt (det är att föredra att bära latexhandskar).
3. Upprepa steg 2,1 och 2,2 för samma jordprov för att få en annan boll med olika vatteninnehåll.
   1. Lägg till mer eller mindre vatten till jorden i steg 2,1 för att få denna annorlunda vatteninnehåll, eller helt enkelt forma en större mark bollen i steget 2.2 än vad som anges i detta steg (t ex en av 6-7 cm i diameter), ta ett parti of detta och torka lätt för hand eller tillsätt vatten till detta för att få en jord boll av olika fukthalt.
      Obs: När det gäller steg 2,1 till 2,3, i kohesionsjordar (främst leriga jordar), bör mängden tillsatt vatten ger en konsistens där marken kan rullas utan att fastna på händerna. Detta utvecklas vidare i diskussionen.
4. Wrap varje jord boll med plastfolie och lägg dem i en lufttät påse för 24 timmar under hermetiska förhållanden.

3. Genomför böjprov

1. Väg en tom behållare och notera vikten till en precision av åtminstone 0,01 g.
2. Efter anlöpperioden, ta en av jord bollar och platta till den med handen på icke-absorberande släta glasskivan (använd latexhandskar för att förhindra förlust av fukt) tills tjockleken är något högre än 3 mm. Vid denna punkt, fyll i plattning med gängan molder (Figur 2A, B, C) ​​för att erhålla en tjocklekav exakt tre mm.
   Notera: Tråden molder är utformad på ett sådant sätt att det finns ett utrymme av exakt tre mm mellan den del som formar jorden tråden och glasskivan (Figur 2A).

Figur 2. Ritningar och dimensioner i mm av tråden FÖRMULTNA och langare stål (A) Sedd från sidan, (B) ovanifrån, och (C) underifrån av trådformaren. (D) vy framifrån och (E) vy uppifrån av påskjutarna i stål. Denna siffra har ändrats från Moreno-Maroto & Alonso-Azcarate ^25. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

3. Skär ojämna kanter den tillplattade jordmassan med en spatel (snittet måste vara rak).
4. Skära med en spatel ett jordremsa som är åtminstone 52 mm lång och en kvadratisk sektion om cirka 3 x 3 mm.
5. Forma en cylindrisk jordtråd exakt 3 mm i diameter och 52 mm lång.
   1. Roll och runt 3 x 3 mm sektion markremsa med trådformaren: Flytta tråden formaren successivt framåt och bakåt för hand tills den exakta tidpunkt då den ursprungligen fyrkantiga delen av jordtråden blir runda, så nu måste det vara 3 mm i diameter.
      1. Om den initiala jordremsan är svår att rulla med gängan molder (t.ex., i låga kohesiva jordar eller till och med i plast jordar i vattenhalter nära PL), i början, runda den kvadratiska sektionen för hand mycket försiktigt (använd handskar) . Strax efter, rulla jorden tråden med tråd FÖRMULTNA som beskrivs i steg 3.5.1 tills en exakt 3 mm i diameter jordtråd erhålles.
      2. Placera jordtråden och framsidan av tråden molder nära varandra. Använda bredden av gängformaren, som en mall och skär spetsarna hos jorden gänga med en metallspatel för att erhålla en jordcylinder av exakt 52 mm i längd.
         Notera: Tråden molder mäter 52 mm breda såsom visas i fig 2 B, C.
6. Böj marken tråd till den punkt för sprickbildning (Figur 3).
   1. Vrid tråd FÖRMULTNA upp och ned, så att det nu stöds av dess cylinderformat och enheten bak. Sätta cylindriskt stycke av tråden FÖRMULTNA i kontakt med den centrala delen av den 3 mm i diameter x 52 mm långa jordtråd.
   2. Placera stål langare (figur 2D, E) i kontakt med centrum av jorden gängan (figur 3A), så att jorden tråden är belägen mellan de två langare stål (dessa fungerar som mobila stödpunkterna) och den cylindriska delen av tråd FÖRMULTNA (detta fungerar som en fast stödpunkt).
   3. Flytta noga langare stål från centrum till spetsarna på marken tråd (Figur 3B) i en ungefär cirkulär bana. Upprepa denna rörelse tills punkten för sprickbildning (figur 3C); vid denna punkt, sluta böjning.
      1. Om sprickan visas av den mittersta av jordtråden (figur 3D), det vill säga nära en av gäng tips, hålla böjning runt den andra spetsen tills en annan spricka visas (Figur 3D, E). På detta sätt är två sprickor erhålls längs marken tråd.
   4. Rätt efteråt, ta bort tråden FÖRMULTNA och mäta avståndet mellan spetsarna (D) av tråden med en tjocklek och spela in den med en precision på 0,1 mm. Ta denna mätning från den centrala delen av de tips (figur 3C, E).
      1. Sätt jorden tråden i behållaren vars vikt har tidigare registrerats (steg 3,1) och täck över den för att förhindra vätskeförlust.
      2. Om böjning deformations är så stor att även gäng tips kommer i kontakt, dvs D = 0 mm (figur 3F), ta bort langare och tråd FÖRMULTNA och böja jordtråden för hand tills den punkt av sprickbildning som visas schematiskt i figur 3G. Mäta avståndet mellan gäng spetsar såsom visas i fig 3H och spela in det med negativt tecken. Slutligen upprepar steg 3.6.4.1.

Figur 3. Schematisk ritning där böjning och tips distansmätningstekniker beskrivs. (A) Initial position langare stål jorden tråden och den cylindriska delen av tråden FÖRMULTNA på glasskivan. (B) Usual böjning teknik med hjälp av en approximativt cirkulär bana från centrum till de tips som utförs mycket carefully (se pilarna bana). (C) Vanlig spets avståndsmätningsteknik av en tråd som har knäckt i sin centrala del. (D) Soil tråd som har knäckt ut sin centrala tredje och böjningsteknik som skall följas runt den andra spetsen (som visas med pilarna). (E) Vanlig spets avståndsmätningsteknik av en tråd som har knäckt ut ur dess centrala tredje. (F) Soil gänga i vilken spetsar kommer i kontakt och kan bilda en sluten ring. (G) Bockning teknik som skall genomföras när jorden tråden kan böjas förbi en sluten ring och (H) spetsavståndsmätningsteknik för denna sista fallet. Denna siffra har ändrats från Moreno-Maroto & Alonso-Azcarate ^25. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

7. Annan form jord threannonser från samma tillplattade jordmassan enligt steg 3.4, 3.5.1, 3.5.1.1. Inte sänka sina tips. Slutligen, lägg dem i behållaren och täcker den (steg 3.6.4.1).
   Obs: Den roll som dessa trådar är helt enkelt att erhålla tillräckligt med material för att korrekt bestämma fukthalten. Om kontaktytorna (glasskivan och trådformaren) var smutsiga efter formning en tråd, rengör dem med en fuktig trasa och torka dem med en bit papper snabbt.
8. Upprepa steg 3,4 till 3.6.4.2 åtminstone ytterligare en jordtråd. Utforma dessa trådar med en viss växling i förhållande till de som erhölls i steget 3,7. Om det andra mätning av spetsavståndet (D) är samma eller ganska lik den som erhölls i den första jordtråd, inte böjer flera gängor. Om inte, forma och böja åtminstone en ytterligare jordtråd.
   Anmärkning: Uttrycket "en viss växling" betyder att det rekommenderas att de böjda trådarna inte är formade en efter den andra, det vill säga, de börinte tas från samma område av den tillplattade jordmassan för att erhålla representativa mätningar av hela jordmassan. Därför bör en del av dessa jordtrådar som inte klipps och böjda (steg 3,7) formas mellan de böjda sådana. Om det fanns en inhomogen fuktfördelning i den tillplattade jordmassa (vilket är osannolikt), skulle den korrigeras på detta sätt.
9. Väg behållaren med jordtrådar med en precision av åtminstone 0,01 g. Form och lägga till fler trådar enligt steg 3.4, 3.5.1, 3.5.1.1 om vikten av jordtrådarna är mindre än 5 g, tills denna vikt överskrids (en vikt mellan 5 och 7 g är lämplig).
10. Upprepa steg 3,1 till 3,9 för den andra mark bollen (bollen formade i steg 2,3).
    1. I fallet med mycket låga plasticitet jordar, hoppa över steg 3,10 om plasticitet i marken är för låg för att utföra testet ordentligt för två bollar med olika vatteninnehåll (så att endast en jord bollen skulle testas).

1. Placera de två behållarna (motsvarande de två jordkulor testade) med sina respektive jordtrådar i en ugn vid 105 ± 5 ° C under minst 18 h (om steget 3.10.1 appliceras, det finns bara en behållare med jord att torka). Efter denna period lämnar behållare med torr jord i en exsickator och när de är kalla, spela in sina vikter med en precision av åtminstone 0,01 g.
2. Placera behållarna med torr jord igen in i ugnen vid 105 ± 5 ° C under minst 6 timmar. tillåta dem sedan svalna och registrera deras vikter igen som indikeras i steg 4,1. Om vikten är konstant, det vill säga, om denna vikt är väsentligen densamma som den som erhållits i steg 4,1, är jorden helt torr, därför använda dessa data för att beräkna fukthalten (W) i steget 5,2.
   1. Om vikten är annorlunda, upprepa steg 4,2 så många gånger som behövs tills viktenav behållaren med den torra jorden är konstant.

5. Beräkna Böjning vid Cracking (B) och fukthalten (W)

1. Beräkna böjning vid krackning (B) i mm på följande sätt:
   B = 52,0-D
   där 52,0 avser längden i mm av jorden tråd, och D är den genomsnittliga uppmätta avståndet mellan spetsarna vid tidpunkten för sprickbildning i mm:
   D = (D ₁ + D ₂ ... + D _n) / n
   där n är åtminstone 2 (se steg 3.8)
2. Beräkna fukthalten (W) i procent enligt följande:
   W = (M1-M2) / (M2-M3) × 100
   var:
   M1 är vikten av behållaren med våt jord (se steg 3.9)
   M2 är vikten av behållaren med torr jord (se steg 4.2)
   M3 är vikten av behållaren (se steg 3.1)

6. Beräkna Plastic Limit (PL)

1. Beräkna plast gränsen för den första mark bollen på följande sätt:
   PL ₁= W x (B / 2,135) ^-0,108
   där 2,135 avser den genomsnittliga B på bockningskurvan vid vilken PL erhölls i 24 jordar enligt den ursprungliga böjningstestet, medan -0,108 avser den genomsnittliga böjnings lutningen (m) av böjningskurvan för dessa 24 jordar (tabell 1 och Figur 4).
2. Upprepa steg 6,1 för den andra mark bollen och få PL _2.
3. Beräkna PL som genomsnittet av PL ₁ och PL ₂
   PL = (PL ₁ + PL ₂₎ / 2
   Obs: Om fler än två försökspunkter hade erhållits, är PL också genomsnittet av de PL resultat, det vill säga, PL = (PL ₁ + PL ₂ ... + PL _n) / n.
4. Hoppa över steg 6.2 och 6.3, om endast en försökspunkt har erhållits (se steg 3.10.1), därför i detta fall:
   PL = PL ₁
   Obs: Det är viktigt att framhålla att i den aktuella studien PL beräknas genom steg 6 har been vid namn PL _nb för att skilja den från PL resultat med den ursprungliga böjningstestet och standardgängrulltestet, som har fått namnet PL _ob och PL _st respektive.

Representative Results

PL ekvation som visas i steg 6.1 i protokollet uppnåddes genom en statistisk undersökning av de 24 jordar testades i en tidigare studie av författarna ²⁵ (tabell 1). Målet var att känna den mest sannolika böjningen lutning (termen m böjningskurvan ekvationen som visas i figur 1A) och medelvärdet av B på böjningskurvan där PL erhölls enligt den ursprungliga böjningstest (original Provet genomfördes med mer än 3 försökspunkter och kurvor behövdes för att erhålla den PL, såsom visas i figur 1). B-värde som motsvarar den PL beräknades genom nästa ekvation, som härleddes från den bockningskurvan ekvation (Figur 1A):

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

ob är PL uppnås med den ursprungliga fler punkts böjprov ^25; B _PLob är värdet av böjning vid sprickbildning i böjningskurvan motsvarande innehållet av PL _ob fukt; z är den konstanta av böjningskurvan ekvation (se figur 1A) och m är böjnings lutningen (se figur 1A). Den genomsnittliga m är 0,108 med en standardavvikelse av 0,032 och den genomsnittliga B _PLob är 2,135 mm med en standardavvikelse på 0,901 såsom visas i tabell 1 och på ett mer schematiskt sätt i fig 4. Den PL med den nya bockningsmetoden beräknades för varje experimentell punkt med ekvationen som visas i steget 6.1 i protokollet, så att den slutliga PL för varje prov var medelvärdet av dessa resultat (se anmärkningen i steg 6,3).

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

Tabell 1. Datakälla som ekvationen för att bestämma PL erhålls M1 till M24 är 24 jordprover som används i denna statistiska studie. PL _ob är resultatet av PL erhölls med den ursprungliga fler punkts böjprov ^25; z och m är konstanta och böjnings lutningen av böjningskurvan ekvationen uppnås med originalböjningstestet respektive ²⁵ och B _PLob är värdet av böjning vid sprickbildning i böjningskurvan motsvarande innehållet av PL _ob fukt. Den genomsnittliga och standardavvikelsen (Std. Dev.) M och B _PLob indikeras.

Figur 4. Schematisk diagram över den genomsnittliga böjning vid krackning (B), vid vilken PL uppträder i böjningskurvan. PL erhålles från brytpunkten av den hårda plastiska linje med y-axeln, ochatt PL värde plottas i böjningskurvan för att veta dess motsvarande böjning vid sprickbildning (B) i kurvan. Därför B = 2,135 avser den genomsnittliga B-värdet som erhölls i 24 jordar och m = 0,108 är den genomsnittliga böjnings lutningen på böjningskurvan i dessa 24 jordar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

PL resultat som erhölls med den nya bockningstestet (PL _nb) föreslås i detta dokument, och de som motsvarar den ursprungliga böjningstestet (PL _ob) och standardvalsningstestet av en mycket erfaren operatör (PL _st) visas i tabell 2. Bortsett från de 24 jordar som studerats i tidigare forskning (jordar M1 till M24) ²⁵ andra 6 olika jordar (jordar S1 till S6) testades för att kontrollera genomförbarheten av metoden med oberoende jordar, dvs. tabell 2 är indikativa för en god repeterbarhet av metoden, det vill säga, de PL resultaten från varje experimentpunkt är mycket lika varandra med den nya bockningsmetoden; i själva verket, alla jordar utom M8 har ett CV-värde som är mindre än 10 så dispersionen av resultaten kan anses vara låg. I enlighet med figur 5, är PL resultat som erhållits genom den nya böjningstestet starkt korrelerade med den ursprungliga böjningstestet (R ² = 0,9648) och standardgängvalsningstest (R ² = 0,9531), och de flesta resultaten är fördelade mycket nära den 1: 1 linje, vilket indikerar att resultaten är mycket lika, även i mycket låga plasticity jordar (den mest svårt att testa av en operatör).

Figur 5. Grafisk och ^R2 i PL resultat som erhållits med den nya böjningstestet mot andra PL metoder. (A) Representation av PL resultat som uppnåtts genom nya böjningstestet mot den ursprungliga Böjprovning ²⁵ i 24 jordar. (B) Representation av PL resultat som uppnåtts genom nya böjningstestet mot standardgängrulltest 30 jordar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

När de två böjprovningen jämförs (figur 5A) endast i jord M8 är en större PL skillnad observeras, medan de jordar M8, M9 och S4 är de tre ettor som uppvisar större PL variationer när det nya böjningstestet jämförs med den traditionella trådvalsningstest (figur 5B, Tabell 2). I dessa prover nya böjningstestet skattar resultaten, särskilt i M8 och S4 som är två jordar med särskilda egenskaper: å ena sidan, var M8 rapporterades i de tidigare författarnas studie som en ovanlig jord eftersom trots att det har hög LL och PI, uppvisar den en dålig motståndskraft mot böjning som kan orsakas av dess sammansättning (den har en stor del av kalcit i kombination med smektitlera) ^25, och å andra sidan, är S4 en sepiolit vilket är en mycket sällsynt lera, i som mycket höga värden av PL och PI är normala ^26. Jordar M8, M9 och S4 har i vanliga höga PL-värden (högre än 30). Detta faktum tyder på att den nya böjningstestet kan överskatta PL resultat i förhållande till standardgängrulltest ellerursprungliga böjningstest i vissa mycket höga PL jordar, även om det inte händer i andra mycket plast jordar, såsom M12, M13 och S1 där resultaten är ganska lika eller till och med något lägre än de som erhållits med andra tester.

Tabell 2. PL resultat uppnås med den nya böjningstestet och jämförelse med andra tester. I de tre första kolumnerna namnet av jorden, dess läge och en allmän beskrivning indikeras. Kolumnen "Experimentella punkter" indikerar antalet punkter som används för att bestämma PL (för jordar M1 till M24 mer än 3 poäng används eftersom dessa punkter är desamma som de som erhölls i det ursprungliga Böjprovning ^25). PL, LL och PI (PI = LL-PL)hänvisar till plast gräns, flytande Limit ³ och plasticitet index resulterar respektive och indexen ob, st, nb hänvisar till "original Böjprovning ^25", "standardgängrulltestet ^2,5" och "ny böjningstest" respektive (denna sista en, föremålet för denna studie). Standardavvikelsen och variationskoefficienten av de PL resultat som erhållits med den nya böjningstestet indikeras som "Std Dev. PL. _Nb" och "CV (%) PL _nb" respektive. Skillnaden mellan PL resultat med den nya böjningstestet och de två andra metoder ingår också, liksom Casagrande klassificering ¹⁰ (i fetstil de symboler där klassificeringen avviker). NA = Ej tillämplig. Klicka god här för att se en större, enhetlig version av denna tabell.

tabell 3, där efter att ha kontrollerat att både hög plasticitet jordar (jordar M8, M9, M12, M13, S1 och S4) och låg- medel plasticitet jordar (resten av jordar) är normalfördelade enligt Shapiro-Wilk test (p-värden är större än 0,05, alfa-nivå), indikerar en Students t-test att det inte finns några signifikanta skillnader mellan den nya böjningsmetoden resultat och de som uppnås genom både den andra ursprungliga böjningstestet och traditionella tråd rullande testet (de erhållna p-värden är också större än 0,05 alfa-nivå). I tabell 2 de LL-resultat som erhålls med Casa metoden ³ visas också, så både Plasticity index (PI) och Casa klassificering ¹⁰ motsvarande varje PI värde presenteras också. Endast i tre jordar (M8, M15 och S4) klassificeringen ändras när nya böjnings testet används, men PLresultatet i M15 är ganska lika när det gäller de två andra metoder. I fallen med M8 och S4, klassificeringsändringar från CH till MH och från CH / MH till MH, respektive, dvs., Med den nya böjningstestet M8 och S4 betraktas som hög plasticitet silt (de anses hög plasticitet leror om andra PL resultat beaktas), som kan vara i linje med bibliografin ^25,26, så det verkar också vara giltigt.

Variabel	p-värde
Shapiro-Wilk test för PL ob av hög plasticitet jordar	0,700
Shapiro-Wilk test för PL st av hög plasticitet jordar	0,753
Shapiro-Wilk test för PL nb av hög plasticitet jordar	0,703
Shapiro-Wilk test för PL	0,708
Shapiro-Wilk test för PL st av lågprisflyg medel plasticitet jordar	0,563
Shapiro-Wilk test för PL nb av lågprisflyg medel plasticitet jordar	0,252
Student T bilaterala test för hög plasticitet jordar: PL nb vs PL ob	0,345
Student T bilaterala test för hög plasticitet jordar: PL nb vs PL st	0,237
Student T bilaterala test för låg medel plasticitet jordar: PL nb vs PL ob	0,861
Student T bilaterala test för låg medel plasticitet jordar: PL nb vs PL st	0,065

Tabell 3. Statistisk studie för att kontrollera om det finns betydande skillnader mellan PL resultat med den nya böjningstestet och de två andra metoder för en alfa-nivå på 0,05. Indexen ob, st, nb hänvisar till "original Böjprovning ^25" "standardgängrulltestet ^2,5" och "ny böjningstest" respektive. Eftersom marken är mycket heterogena, är två olika populationer urskiljas: höga plast jordar (som proverna M8, M9, M12, M13, S1 och S4), medel- och låg plasticitet jordar (resten av jordarna). P-Värden på en Shapiro-Wilk test visas för varje typ av resultat. Shapiro-Wilk statistiskt test är nödvändigt att veta att resultaten är normalfördelade, vilket är en nödvändig förutsättning för att utföra en Students t-test (i detta fall den Shapiro-Wilk test med hjälp av programvara SPSS Statistik). I fetstil p-värdena uppnådda resultat med en Students t-test där PL resultat som erhållits med den nya böjningstestet jämförs med de som erhållits med den ursprungliga böjningstestet och tråd rullande prov för att kontrollera om betydande skillnader.

Discussion

Den Atterberg plast gräns ¹ är en mycket viktig parameter i jordar, främst eftersom det är allmänt används för geotekniska ändamål ^10,11,12. Standarden tråd rullande test för PL bestämning har kritiserats eftersom det är i hög grad beroende på skicklighet och dom av operatör som genomför testet och därmed nya metoder för att erhålla PL begärs ^{6,7,9,13,15- 20, 23-25.} Men enkelhet, låga kostnader och snabb prestanda standard PL testet ger det en fördel jämfört med de misslyckade alternativ som föreslagits hittills, trots att subjektivitet operatören minskas i de flesta av alternativa metoder, som de som utförs av hösten koner ^15-20.

Den metod som presenteras i denna studie (tråden böjningstest eller helt enkelt böjprov) är baserad på mätning av bock deformationer, så subjektiva bedömningar från operatören minimeras ²⁵. Detta är en mycket snabb metod, eftersom endast en försökspunkt är nödvändigt att beräkna den PL genom en ekvation (även om två datapunkter rekommenderas för att vara mer exakt), och det är också billigt, eftersom endast en mycket enkel anordning erfordras för att utföra testet.

När det gäller protokollet, finns det några viktiga steg som bör beaktas: I steg 1,3, kan torktiden inte vara förutbestämt, eftersom det beror på vilken typ och volym av jord och dess fukthalt, alltså marken bör torkas tills den kan delas upp och siktas korrekt (vilket kan ta från några timmar till flera dagar), för om jorden är våt det kan ansluta sig till murbruk under uppdelning och aggregaten kan hållas kvar på sikten följa stegen 1.4 och 1.5 . I vilket fall som helst, kan laboratoriet operatören uppfattar om jorden är torr helt enkelt genom att trycka på den med fingrarna. När det gäller steg 2,1 till 2,3, för kohesionsjordar (mainly leror) rekommenderas att åtminstone en av bollarna visar viss styvhet, vilket tyder på att fukthalten ligger nära PL. I fallet med jordar med låg eller mycket låg sammanhållning (huvudsakligen silt och sandjordar), bör jorden bollen konsistensen vara mjuk, men utan ett överskott av vatten (detta mjuk konsistens krävs eftersom i låg plasticitet jord jordtrådar är oftast för svårt att forma vid vattenhalter där jorden konsistens blir stel). Det är viktigt att betona att den mängd vatten som tillsätts vid dessa steg varierar beroende på vilken typ av jord, så att operatören måste bedöma eget gottfinnande när marken har lämplig konsistens för att utföra testet på rätt sätt, eftersom jordtrådar är svåra att forma om marken är för torr (det kan falla sönder) eller alltför våt (det kan vara klibbig), även när steget 3.5.1.1 följs. I steget kan förlängas 2,4 anlöpningsperioden (till exempel i hög plasticitet leror) eller kortened (i låga plasticitet jordar), men för att förena de kriterier som 24 timmarsperiod är ett bra alternativ eftersom genomförandet PL testet och dess resultat kan påverkas av denna faktor (jordar brukar visa mer plasticitet när denna tid förlängs). När det gäller steg 3,2, är det rekommenderat att ytan av det tillplattade jordmassan förblir täckt med plastfolie för att minimera förlusten av vatten genom avdunstning, speciellt i sandjordar som kan förlora vatten snabbt, så om jordmassan inte täcks , den första rullade jordtrådar kan utgöra större fukthalter än de som uppnås vid slutet av steg 3. av detta skäl precis efter en jordtråd formas och tas in i behållaren, bör det täckas omedelbart (t ex med ett urglas ) under steget 3 (se steg 3.6.4.1).

En av begränsningarna av testet är att böjningsrörelsen utförs manuellt; eftersom det inte finns någon anordning för att göra det (gäng FÖRMULTNA och stålet pushers helt enkelt används som stödpunkter). Böjningsrörelse skall vara smidig och progressiv som visas i figur 3B (jorden tråden bör inte böjas på en gång, om inte jorden ligger nära PL, där det knappt böjs, vilket ofta händer i kohesionsjordar), så att detta rörelse bör upprepas mer än en gång. Därför är steget 3.6.3 kritisk resultatet av testet för om böjningstekniken inte är tillräcklig, kan jorden tråden spricka innan det ska, eller ens sprickor kan visas av den mittersta av tråden (det sistnämnda fall inträffar ofta när jorden har en mjuk konsistens, särskilt i sandjordar och silt). Dessa brister löses å ena sidan, genom att böja två eller flera trådar (steg 3,8) för att kontrollera att alla mätningar är ganska lika, och å andra sidan, genom att böja tråden som anges i steget 3.6.3.1 när sprickbildning inträffar nära av de gäng tips. Efter bockning, är det viktigt att betona att the gäng tips kan röra sig under spetsavståndsmätning (steg 3.6.4). Det finns två alternativ för att förhindra det: 1) Ta inte bort langare stål under mätningen (dock är langare stål ibland placeras på ett sådant sätt som kan hindra mätningen) eller 2) Tryck på gäng tips något mot glasskivan med fingrarna och ta bort de langare stål att mäta spetsavståndet korrekt. Med avseende på steget 3.6.4.2 böjningsteknik som här steget indikerar är svårare att genomföra än vad som förklaras i steg 3.6.3. Av denna anledning, när det är möjligt, är det föredraget att förbereda marken boll med en mängd vatten vid vilken D <0 mm undviks (detta inträffar vanligtvis när jorden är mycket våt och även i låga sammanhållnings jordar).

De erhållna resultaten med den nya böjningstest i 30 jordar är i utmärkt överensstämmelse med sådana som erhållits genom en mycket erfarenhet operatören genom både standardgängvalsmetod ^2,5 25). Det bör påpekas att det nya böjningstestet fungerar mycket bra inte bara i kohesionsjordar, men även i låga och mycket låga plasticitet jordar, som är den typ av jord är svårast att testa med laboratorie operatörer. Endast i särskilda fall av mycket hög plasticitet jordar med PL-värden större än 30 (t.ex. jordar M8, M9 och S4), den nya böjningstestet kan överskatta PL resultat avseende standardgängrulltest eller den ursprungliga böjningstestet. När PL resultatet är större än 30 och marken är tydligt sammanhängande (det kan rullas lätt för hand), ett bra sätt att ta reda på om vi står inför en jord av denna typ är att: (1) kontrollera två PL resultat erhålles med ekvationen som visas i steget 6,1, eftersom det i dessa särskilda fall är skillnaden mellan de två PL resultaten kan vara mycket stor (till och med mer än4 procentenheter), som också resulterar i stora standardavvikelser och variationskoefficienter (som de som anges för jord M8 i tabell 2) och kan vara ett tecken på en mycket brantare böja lutning än m = 0,108 (se t ex m för mark M8 i tabell 1), och (2) kontroll av B-värdena, eftersom trots att dessa jordar (t.ex. M8 och S4) är mycket sammanhängande (de kan rullas lätt) böjnings deformationerna tenderar att vara liten (t ex B <5 mm eller till och med B <2 mm, så för större B-värdena marken blir klibbig och svår att hantera), vilket innebär att dessa jordar kunde uppvisa B-värdena vid PL mycket lägre än den genomsnittliga B = 2,135 mm (se B _PLob av jordar M8 och M9 i tabell 1). I dessa särskilda fall (som är mycket ovanligt), kan användningen av den ursprungliga fler punkts böjprov ²⁵ motiveras, om än från en statistisk synpunkt skulle det inte vara obligatoriskt eftersom Student T-test (tabell 3) visar att skillnaderna mellan de metoder som inte är betydande och därmed skulle den nya böjningstestet vara giltigt för en mängd olika jordar, även för dem med mycket hög plasticitet och särdrag.

Trots de särskilda fall ovan angivna relaterade till några mycket plast jordar föreslog nya böjningstestet i detta dokument (baserat på en tidigare studie av författarna ²⁵⁾ är korrekt, snabb, billig och enkel, vilket ger det en fördel gentemot traditionell tråd rullande test och även jämfört med andra alternativa metoder för PL bestämning (som de som är baserade på kon penetrometers ^15-20). Implementeringen av den nya böjningstest i geotekniska och jord laboratorier skulle innebära en förbättring av PL testa prestanda, eftersom utöver de ovan nämnda funktioner, nu är det kriterierna för att erhålla och beräkna PL skulle vara klart, skicklighet eller erfarenhet hos operatören skulle not vara en avgörande faktor för att genomföra tester på rätt sätt och subjektiv tolkning från operatören skulle också minimeras. På detta sätt, de potentiella fel som begås med standardgängvalsmetod (till exempel, där PL resultat är de större än LL, något som är teoretiskt omöjligt) och att inverka negativt på Casagrande klassificering ^13, kunde undvikas. Även en mellanlaboratorieavprovning skulle behövas, är det förväntas att resultaten mellan olika operatörer är ganska lika med den nya böjningstestet, något som i många tillfällen inte händer när traditionella tråd rullande testet genomförs, särskilt i låga plasticitet jordar där skicklighet och erfarenhet hos operatören är avgörande för slutresultatet. Av dessa skäl har böjprov potential att standardiseras för att bli ett reellt alternativ för att ersätta den felaktiga tråd rullande test i geotekniska och jord Laboratories runt om i världen.

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.