土壌にAtterberg塑性限界を決定するための曲げ試験

要約

土壌中のプラスチックの限界を決定するための伝統的な標準試験を手動で実行され、その結果がオペレータに依存して変化します。曲げ測定に基づく別の方法は、本研究で示されています。これは、プラスチック製の限界が明確かつ客観的な基準を用いて得ることができるようになります。

要約

ねじ転造試験は土壌プラスチック限度（PL）を決定するための最も一般的に使用される方法です。テストを行い、オペレータからかなり主観的な判断は、その性能の間に関与しているので、広く大きく、最終的な結果に影響を与える可能性がある、批判されています。別の代替方法が提唱されてきたが、彼らはスピード、シンプルさとコストの標準ローリングテストと競合することはできません。

著者による初期の研究では、PLを決定するための簡単​​な装置を用いて簡単な方法は、（「テストを曲げスレッド」または単に「曲げ試験」）提示されました。この方法は、PLは、最小限のオペレータの干渉を用いて得ることができました。本論文では、元の曲げ試験のバージョンが示されています。実験的基礎は、元の曲げ試験と同じである：彼らはクラックし始めるまで、直径3ミリメートルと52ミリメートルの長さである土壌のスレッドが曲がっている、両方のbendiようにngの製造およびその関連含水量が決定されます。しかし、実際には、PLは、1つの実験点（ただし、2つの実験点で達成することができ、この新バージョンは、式からPLを算出することができるので、このパラメータを得るために、任意の曲線または直線をプロットする必要がないと）推奨されています。

この新しいバージョンで得られたPL結果は、元の曲げ試験および経験豊富なオペレータによる標準ローリング試験により得られたものと非常に類似しています。唯一の高可塑性凝集性土壌の特定の例では、結果に大きな違いがあります。これにもかかわらず、曲げ試験は、後者は、標準的なねじ転造方法を経由してテストすることが最も困難であり、凝集性と非常に低い可塑性土壌の両方土壌のすべてのタイプ、のために非常によく動作します。

概要

液性限界（LL）とプラスチック製リミット（PL）は、1911年¹でAtterbergによって定義される2つの最も重要な土壌の一貫性の制限があります。LLは、プラスチックや半固体の状態の間で液体とプラスチックの状態との間の境界をマークし、PL。 LLは、カサグランデ法^2,3または侵入テスト⁴を介して、いくつかの基準に従って世界中で得られます。両方の方法は、デバイスによって機械的に行われています。これによって、最小限のオペレータの干渉が関与しています。 PLの場合には、いわゆる「ねじ転造試験」とは、その決意^2,5のための最も普及した、標準化された方法です。このテストは、オペレータが崩れする土壌を考慮するまで手で3ミリメートルスレッドに土を圧延に基づいています。オペレータの技量および判断は、試験の結果に重要な役割を演じるので、この理由から、広く批判されています。標準圧延試験は重要なそのような多くの制御できない要因によって影響されます圧力が適用されるように、接触形状、摩擦、圧延速度、試料の大きさ及び土壌^6,7の種類。米国材料試験協会（ASTM）は、オペレータ干渉^2,8を最小にするために単純な装置を含むASTM D 4318規格を開発し、テストに対する手動圧延試験を比較した場合、しかし、有意な差は、いくつかの土壌で報告されていますASTMのD4318装置⁹によって実行されます。

塑性指数（PI）は、それ（PI = LL - PL）から得られるのでPLは、地質の目的のために非常に重要なパラメータです。 PIは、カサグランデ^11,12の研究に基づいてのASTM D 2487 ¹⁰に示す可塑性グラフに従って土壌を分類するために使用されます。 PLのエラーはマイナスにこの分類^13に影響^を与え、そしてこの理由のため、PLの決意のための新たなテストが必要です。

プフェッフェルコルンテスト、コーンpenetromeTER、キャピラリーレオメーター、トルクレオメーター、又は応力-歪み試験は、土壌可塑^14を測定^するため^の別の方法のいくつかの例であり、これらはPLを得るのに十分ではありません。秋コーンテストの特別なインスタンスと、研究者の多くは、異なる針入度計を使用してPLの決意のための新しい方法論は^15-20を設計しますが、本当の合意に達することなく、定義しようとしました。さらに、その全ては、PLでのせん断強度が²²真されていないLL ²¹で100倍であるという仮定に基づいています。

バーンズ^{23,24は、PL}決意のための明確な基準を定めるための試みで土壌シリンダーの圧延条件をエミュレート装置を開発しました。それにもかかわらず、いくつかの欠点は、その複雑さ、試験時間とPL ^25を計算する主疑問手段として、このアプローチで識別されます。標準転がり試験の成功迅速な性能と低コストは、そのシンプルさにあるので、全く別の方法は、それがこのような高い精度と低オペレータの干渉として、これらの3つの要件や他のものを満たしていない限り、それを交換することができなくなります。

著者による以前の研究では、新たなPLアプローチは^、25提案された。元のスレッド曲げ試験（または単に屈曲試験）はPLは、水の含有量と曲げ変形の間の関係を表現したグラフから得ることができました。著者らは、得られ、点の相関がどのように妥協することなく、二つの方法で定義することができるように、（プロトコルがこれらの点は、本論文で示されたものと同じであった取得するために、続いて）それぞれの土壌のためのいくつかの実験点をプロット硬いプラスチックラインという名前の曲げ曲線（ 図1A）という名前の放物線として、および異なる傾きをもつ2つの交差する直線のように、正しいポイントパスの定義ソフトプラスチック製のライン。堅いプラスチックラインが最も急なものであり、PLは、y軸（ 図1B）とこのカットオフ点に対応する水分率として算出しました。このカットオフポイントで生産曲げ塑性限界の概念に従って、 すなわちにある、ゼロである。、PLは、土壌がこのしきい値以下の変形に耐えることができないれる水分量（半固体状態）であるが、それはクマを行いますその上、それら（プラスチック状態）。最初の研究では、PLは（これは、y軸と交差しない）曲げ曲線によって直接得ることができなかったが、この行は、曲げ曲線と交差するラインは非常によく似た経路を辿ることを考慮するので、曲げに非常に有用でした実験データから得られた曲線式は、まず、 図1（b）に示すように 、わずか数点で試験を行うために、第二に、任意のずれを補正し、するために余分なポイントを得るために使用しました。< / P>

図1.オリジナルの曲げ試験によって試験された土壌中のBWポイントのグラフ表示。（A） は点の相関が式に含まれている曲げ曲線という名前の放物線として表されます。 （B）点の相関は、2つの交差する線によって定義され、他の余分な点が追加される（それらは、曲げ曲線の式から算出しました）。 B値はB = 52.0-D（Dはミリメートルでクラックの時に先端との間で測定された平均距離である）として得られ、PLは、硬いプラスチックラインのカットオフ点とに対応する含水量として算出されますy軸。この図は、モレノ・マロート＆アロンソ-アスカラテ²⁵から変更されています。K ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

すべての結果は非常に経験豊富なオペレータによる伝統的なねじ転造法により達成されたものとよく一致していました。しかし、元の曲げ試験は、標準化されたねじ転造試験よりも遅いままでした。さらにテスト時間を節約しようとする試みには、ワンポイントのバージョンが提唱されました。これは、0.108であった24試験土壌で得られた平均曲げ傾き（m）と 、に基づいていた（Mは、それは二重対数目盛りで表され、曲げ曲線の傾きであり; mは 、図1Aの曲げ曲線式に現れます） 。この因子が含まれていた式により、硬いプラスチック及び軟質プラスチック両方のラインをグラフ描画し、したがってPLを推定しました。これらの結果は、非常に多点曲げ試験および標準圧延試験の両方と相関していました。この1点版？にもかかわらずプロットが必要だったので、nはさらに速く、従来のテストよりもされ、PL計算はより複雑でした。プロットが必要とされないように、この理由のため、統計的基準に基づいてPLを計算するための新しい式は、本研究で開発され、実験プロトコルは、元の湾曲と同じであるのに対し、結果が、一点のみで達成することができますテスト。この新しいバージョンは古いねじ転造方法を置き換えるために必要な要件を満たしています。

プロトコル

1.、ドライを収集し、試験試料をふるい

1. フィールド内の土壌サンプルを収集し（シャベルやコテを使用します）、ポリエチレン袋に入れて保管してください。
   細かい土壌（粘土やシルト）で100〜千グラムは、一般的に十分であるが、砂質土と砂利や小石を含有するもので、大量から、必要となる場合があります。サンプルの量は、土壌の種類によって異なります。注意して​​くださいいくつかのキロにいくつか。
2. これは（必要に応じて土壌スプリッタを使用します）あまりにも膨大である場合、実験室で四分することにより、試料を減らしてください。
3. トレイにサンプルを置き、60℃を超えない温度で土を乾燥させます。
   注：オーブン乾燥し、空気乾燥の両方が有効です。彼らはテスト（実際には粘着性がされることなくプラスチック限界を超える含水量）に適した自然な水分が含まれている場合であっても、乾燥工程は、非常に微細な土壌で無視することができます。
4. 乳鉢で手作業で土を脱凝集。砂粒子を壊さないように注意して、ゴム被覆された乳棒を使用することをお勧めします。
5. 0.40ミリメートル（または0.425ミリメートル）の篩を通して試料を渡します。 0.40ミリメートルまたは0.425ミリメートル（ふるいにより保持土壌画分を除去）下の画分のみを保管してください。

2.2つのウェット土壌ボールを準備します

1. 非吸収性の平滑なガラス板上に土の約20〜40グラムに洗浄瓶に蒸留水を加え、均質な土壌と水の混合物が得られるまで、金属へらで練ります。
2. 直径約3〜5cmで、土壌 - 水混合物から手で土ボール形状（ゴム手袋を着用することが望ましいです）。
3. 繰り返しは、異なる含水量を持つ別のボールを得るために、同一の土壌試料のための2.1と2.2を繰り返します。
   1. この異なる含水量を得るためにステップ2.1で土壌に多かれ少なかれ水を追加し、または単に（直径6-7センチ例1のために）そのステップで示されたものよりも、ステップ2.2で、より大きな土壌ボールを形作る、取ります部Oこのfおよび手で少しそれを乾燥させたり、異なる含水量の土壌ボールを取得するには、このように水を追加します。
      注意：手順2.3から2.1については、凝集性土壌（主に粘土質土壌）に、水の添加量は、土壌が手に付着することなく圧延することができた時に一貫性を提供すべきです。これは議論にさらに詳述されています。
4. ラップフィルムと各土壌ボールをラップし、気密条件下で24時間、気密性の袋の中に入れます。

3.曲げ試験を実施

1. 空の容器を計量し、少なくとも0.01グラムの精度で重量を記録。
2. 焼戻し期間の後、土壌ボールのいずれかを取り、厚さが3mmよりもわずかに高いになるまで（水分の損失を防ぐために使用ラテックス手袋）を非吸収性平滑なガラス板上に手で平ら。この時点で、厚さを得るために、スレッド成形機（ 図2A、B、C）を用いて平坦化を完了する正確に3ミリメートルの。
   注：スレッド成形機は、土壌の糸とガラス板（ 図2A）を整形部と正確に3mmのスペースがあるように設計されています。

図2.図面とスレッド成形機、スチールプッシャーの寸法mm（A）は側面図、（B）は上面図、及び（C）スレッド成形機の底面図。 （D）は正面図とスチールプッシャーの（E）は上面図。この図は、モレノ・マロート＆アロンソ-アスカラテ²⁵から変更されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

3. （へらで平らに土塊のギザギザのエッジをカットカットは）まっすぐでなければなりません。
4. へら少なくとも52ミリメートルの長さである土壌ストリップと約3×3mmの正方形断面で切断しました。
5. 長い直径が正確に3ミリメートルと52ミリメートルの円筒状の土壌スレッド形状。
   1. ロールおよびスレッド成形機で3×3mmのセクション土壌ストリップラウンド：土壌のスレッドの最初に正方形断面が丸くなるような正確な瞬間まで手で連続的に前後にスレッド成形機を移動し、したがって、今では3ミリメートルである必要があります直径インチ
      1. 初期の土壌ストリップは非常に慎重に手で正方形断面の周りに、初めに、スレッド成形機（ 例えば、低凝集性土壌中あるいはPLに近い水の内容プラスチック土壌中）でロールバックすることは困難である場合（使用手袋） 。直径土壌スレッドで正確に3ミリメートルが得られるまで、ステップ3.5.1で説明したように直後、スレッドモルダーと土壌のスレッドをロールバックします。
      2. 土壌の糸と糸モルの正面側を配置一緒に近くDER。テンプレートとしてスレッド成形機の幅を使用し、長さは正確に52ミリメートルの土壌シリンダーを得るために、金属へらで土壌糸の先端を切りました。
         注： 図2 B、Cに示すように、スレッドの成形機は、広い52ミリメートルを測定します。
6. （ 図3）をクラッキングの点まで土壌のスレッドを曲げます。
   1. 今では、その円筒形のピースとデバイスの背面でサポートされているように、逆さまにスレッド成形機の電源を入れます。 52ミリメートル長い土壌スレッド×直径3mmの中央部に接触してスレッド成形機の円筒形のピースを置きます。
   2. 土壌のスレッドが2スチールプッシャー（モバイル支点としてこれらの作業）との円筒部との間に位置するように、土壌スレッド（ 図3A）の中心部に接触して鋼のプッシャー（ 図2D、E）を配置スレッド成形機（これは固定された支持点として動作します）。
   3. ほぼ円形のパスに土壌スレッド（ 図3B）の先端に慎重中心からスチールプッシャーを移動します。 （ 図3C）をクラッキングの時点までこの動きを繰り返します。この時点で、曲げ停止。
      1. クラックが土壌スレッド（ 図3D）の中央の3分の1の外に表示された場合、 すなわち、スレッドのヒントの1近く、別の亀裂は（ 図3D、E）が表示されるまで、他の先端の周りに曲げておきます。この方法は二つのクラックが土壌糸に沿って得られます。
   4. 右その後、スレッド成形機を取り外し、キャリパーと糸の先端（D）との間の距離を測定し、0.1ミリメートルの精度にそれを記録。先端（ 図3C、E）の中央部から、この測定を行います。
      1. その体重が以前に記録した（ステップ3.1）容器に土壌糸を入れて、水分の損失を防ぐためにそれをカバーしています。
      2. デフ曲げた場合ormationsがあっても、スレッドの先端が接触していること、 すなわち、D = 0ミリメートル（ 図3F）それほど大きくあり、プッシャーとスレッド成形機を取り外し、として割れの点は、図3Gに概略的に示されるまで、手で土のスレッドを曲げます。 図3Hに示すように、スレッドの先端間の距離を測定し、負の符号でそれを記録。最後に、ステップ3.6.4.1を繰り返します。

図3.曲げやヒントの距離測定技術が詳述されている模式図。スチールプッシャーの（A）の初期位置、土壌スレッドとガラス板のねじ成形機の円筒部。 （B）非常にcarefu行われるヒントに中心からほぼ円形の経路により、通常の曲げ技術LLY（矢印のパスを参照してください）​​。 （C）の中央部に割れたスレッドの通常の先端距離測定技術。 （D）他の先端部（矢印で示されていること）の周りに従うべきその中央第三及び曲げ技術を割れた土壌スレッド。中央第から割れたスレッドの（E）通常先端距離測定技術。先端が接触すると、閉じた環を形成することができる（F）土壌スレッド。土壌のスレッドがこの最後の場合に閉リング及び（H）の先端までの距離測定技術を超えて屈曲することが可能である場合（G）曲げ技術を実施することができます。この図は、モレノ・マロート＆アロンソ-アスカラテ²⁵から変更されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

7. 他の土壌THRE形状同じからの広告がステップ3.4、3.5.1、3.5.1.1によると、土壌塊を平らに。それらの先端をカットしないでください。最後に、容器にそれらを入れて（ステップ3.6.4.1）、それをカバーしています。
   注：これらのスレッドの役割を正しく水分含量を決定するために十分な材料を得るために、単純です。接触面（ガラス板やスレッド成形機）がスレッドを整形した後、汚れていた場合は、湿らせた布でそれらをきれいにし、迅速に一枚の紙でそれらを乾燥させます。
8. 繰り返しは、少なくとも別の土壌のスレッドのために3.6.4.2を介して3.4を繰り返します。ステップ3.7で得られたものに対して一定の交替と、これらのスレッドを形作ります。先端の距離（D）の第二の測定は、同一または最初の土壌のスレッドで得られたものと非常に類似している場合、複数のスレッドを曲げないでください。そうでない場合、少なくとも1つの他の土壌スレッドを形成し、曲げ。
   注：用語「特定の交替は、「 つまり、彼らが必要、曲がったスレッドが次々整形されていないことが推奨されていることを意味します全土壌塊の代表的な測定値を得るために、平坦化土壌塊の同じ領域から採取されていません。このように、切断して曲がった（ステップ3.7）されていないこれらの土壌スレッドの一部が曲がったものとの間で整形されるべきです。平坦化土壌質量の不均一な水分分布は（そうである）があった場合には、このように補正されます。
9. 少なくとも0.01グラムの精度に土壌のスレッドを持つコンテナを計量。この重量を超えるまでの土壌スレッドの重量は、5グラム未満である場合（5と7グラムの重量が適切である）形状とステップ3.4に応じてより多くのスレッドを追加し、3.5.1、3.5.1.1。
10. 繰り返して、他の土壌ボール（ステップ2.3で形ボール）3.9 3.1〜繰り返します。
    1. 土の可塑性は、異なる含水量を有する2つのボール（のみ土壌ボールが試験されるように）のために適切に検査を行うことが低すぎる場合、非常に低い可塑性土壌の場合には、ステップ3.10を省略。

4。土壌の水分含有量（W）を決定

1. ステップ3.10.1が適用される場合に、土壌と一つの容器がある（18時間の最小値105±5℃のオーブンでそれぞれ土スレッドを有する2つの容器（試験した2つの土壌ボールに相当）を配置乾燥する）。この期間の後、デシケーター中で乾燥した土壌でコンテナを残して、彼らがクールである場合に、少なくとも0.01グラムの精度にその重みを記録します。
2. 6時間の最小値105±5℃のオーブン中に再び乾燥土壌でコンテナを配置します。そして、ステップ4.1に示されているように彼らは再びその重みを冷却し、記録することができます。重量、 すなわち 、一定である場合には、この量は、本質的に、ステップ4.1で得られたと同じである場合、土壌が完全に乾燥しているので、ステップ5.2の水分含有量（W）を計算するためにこのデータを使用します。
   1. 重量が異なる場合は、重量になるまでステップ4.2必要な回数だけ繰り返します乾燥土壌とコンテナの定数です。

5.（B）をクラッキングで曲げを計算し、含水率（W）

1. 次のようにミリメートルに（B）をクラッキングで曲げを計算します。
   B = 52.0-D
   52.0土壌スレッドのmm単位の長さを意味し、Dはmm単位で分解時に先端部との間の測定された平均距離です。
   D =（D ₁ + D ₂ ... + D _n）は / nの
   nは少なくとも2である場合（ステップ3.8参照）
2. 以下のようにパーセンテージで水分含有量（W）を計算します。
   W =（M1-M2）/（M2-M3）×100
   ここで：
   M1は湿った土壌と容器の重量である（ステップ3.9を参照してください）
   M2は乾燥土壌を持つ容器の重量である（ステップ4.2を参照してください）
   M3は、容器の重量である（ステップ3.1を参照してください）

6.計算プラスチックリミット（PL）

1. 次のように最初の土壌ボールのプラスチック製の限界を計算します。
   PL ₁= W×（B / ^{2.135）-0.108}
   2.135は-0.108がこれらの24土壌（ 表1の曲げ曲線の平均曲げスロープ（ メートル ）を指し、一方、PLは、本来の曲げ試験に従って24土壌で得られたときの曲げ曲線上の平均Bを指しと図4）。
2. 繰り返し二土壌ボールのためのステップ6.1およびPL _2を得ます。
3. PL ₁およびPL ₂の平均としてPLを計算します
   PL =（PL ₁ + PL _2）/ 2
   注：以上の2つの実験のポイントが得られた場合、PLは、PL結果の平均値である、 すなわち、PL =（PL ₁ + PL ₂ ... + PL _n）の / nです。
4. 唯一の実験点が得られた場合に省略ステップ6.2および6.3は、したがって、この場合には、（ステップ3.10.1を参照してください）​​：
   PL = PL ₁
   注：本研究では、ステップ6で算出PLはハチを持っていることを強調することが重要ですnは、それぞれPLの_OBとPL _目を命名されているオリジナルの曲げ試験および標準ねじ転造試験で達成PL結果と区別するために、PLの_NB命名。

結果

プロトコルのステップ6.1に示すPL方程式は作者^25（ 表1）の以前の研究で試験された24土壌の統計的研究を通じて達成されました。目的は、PLは、元の曲げ試験（元に従って得たときの曲げ曲線上の最も可能性の曲げ傾き（ 図1Aに表示される曲げ曲線方程式、中長期メートル ）とBの平均値を知ることでした）試験は、3つ以上の実...

ディスカッション

Atterbergプラスチックリミット^1は、それが広く地盤目的^10,11,12のために使用される主な理由は、土壌中で非常に重要なパラメータです。それが主張されているPLを取得するためにテストし、その結果新たなアプローチを行っている作業者の技術および判断に大きく依存しているため、PLの決意のための標準的なねじ転造試験は、広く批判されています^{6,7,9,13,15- 20、23-25。}...

資料

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.