애터버그 한계

Atterberg limits

애터버그 한계는 미세한 토양의 임계수분 함량을 측정하는 기본 척도입니다: 수축 한계, 플라스틱 한계, 액체 한계.

수분 함량에 따라 토양은 고체, 반고체, 플라스틱 및 액체의 네 가지 상태 중 하나로 나타날 수 있습니다.각 상태에서 토양의 일관성과 거동이 다르며, 결과적으로 토양의 공학적 특성 또한 다릅니다.따라서 토양의 거동 변화에 따라 각 상태 간의 경계를 정의할 수 있습니다.애터버그 한계는 실트와 점토를 구별하고 다른 종류의 실트와 점토를 구별하는 데 사용될 수 있습니다.토양이 한 상태에서 다른 상태로 바뀌는 물의 함량은 일관성 한계, 즉 애터버그의 한계로 알려져 있습니다.

이 한계는 1911년 스웨덴의 화학자이자 농학자인 알버트 애터버그에 의해 만들어졌습니다.[1]그것들은 나중에 오스트리아 태생의 미국 지질 공학자이자 (둘 다 토양 역학의 선구자들인) Karl Terzaghi의 가까운 협력자인 Arthur Casagrande에 의해 정제되었습니다.

토양의 차이는 토양 위에 건축된 구조를 갖는 토양을 평가하는 데 사용됩니다.젖은 흙은 물을 머금고 일부는 부피가 커집니다.팽창량은 토양이 물을 흡수하는 능력과 토양의 구조적 구성(존재하는 광물의 종류: 점토, 진흙 또는 모래)과 관련이 있습니다.이 테스트는 수분 함량이 다양할 때 확장 및 축소되는 토양이기 때문에 주로 점토 또는 진흙 토양에서 사용됩니다.점토와 실트는 물과 상호작용하기 때문에 크기가 변하고 다양한 전단 강도를 갖습니다.따라서 이러한 테스트는 토양이 다양한 수분 함량으로 팽창 및 수축할 때 정확한 전단 강도와 부피 변화가 크지 않도록 설계하는 예비 단계에서 널리 사용됩니다.

실험실 테스트

수축한계

수축 한계(SL)는 수분의 추가 손실이 더 많은 부피 감소를 초래하지 않는 수분 함량입니다.[2]수축 한계를 결정하는 검정은 ASTM International D4943입니다.수축 한계는 액체 및 플라스틱 한계보다 훨씬 덜 일반적으로 사용됩니다.

플라스틱한도

플라스틱 한계(PL)는 평평하고 비다공성인 표면에 토양의 미세한 부분의 실을 말아서 결정됩니다.이 절차는 ASTM 표준 D 4318에 정의되어 있습니다.토양이 플라스틱인 수분 함량에 있다면, 이 실은 매우 좁은 직경까지 모양을 유지할 것입니다.그런 다음 검체를 다시 성형하고 테스트를 반복할 수 있습니다.증발로 인해 수분 함량이 떨어지면 나사산이 더 큰 직경으로 분해되기 시작합니다.

플라스틱 한계는 나사산이 직경 3.2mm(약 1/8인치)에서 부서지는 중량계 수분 함량으로 정의됩니다.토양은 가능한 한 수분이 3.2mm까지 실을 굴릴 수 없는 경우 플라스틱이 아닌 것으로 간주됩니다.[3]

액한도

카사그랑드 컵 작동 중

액체한계(LL)는 점토질 토양의 거동이 소성 상태에서 액체 상태로 변화하는 함수량으로 개념적으로 정의됩니다.그러나 플라스틱에서 액체 거동으로의 전환은 다양한 물 내용물에 걸쳐 점진적이고, 토양의 전단 강도는 액체 한계에서 실제로 0이 아닙니다.액체 한계의 정확한 정의는 아래에 설명된 표준 시험 절차를 기반으로 합니다.

카사그랑드 방법

애터버그의 원래 액체 한계 시험은 지름 10-12cm의 둥근 바닥 도자기 그릇에 점토 한 조각을 섞는 것이었습니다.주걱으로 찰흙 토막에 홈을 뚫어 그릇을 손바닥에 여러 번 내리쳤습니다.Casgrande는 그 후 (낙하 작용을 표준화하기 위해 크랭크-회전 캠 메커니즘을 통합함으로써) 장치와 절차를 표준화하여 측정을 더 반복할 수 있도록 했습니다.장치의 금속 컵(Casagrande cup) 부분에 흙을 넣고 폭 2밀리미터(0.079인치)의 표준화된 도구로 가운데에 홈을 만듭니다.컵은 분당 120번의 블로우 속도로 단단한 고무 베이스에 10mm를 반복적으로 떨어뜨리고, 그 동안 홈은 충격으로 인해 서서히 닫힙니다.홈이 닫히는 타격 횟수가 기록됩니다.12.7 밀리미터(0.50인치) 거리에서 홈이 닫히기 위해 컵에서 25 방울의 수분 함량을 액체 한계로 정의합니다.이 테스트는 일반적으로 여러 수분 함량에서 실행되며 홈을 닫는 데 25번의 타격이 필요한 수분 함량은 테스트 결과에서 보간됩니다.액체 한계 시험은 ASTM 표준 시험 방법 D 4318에 의해 정의됩니다.[4]이 테스트 방법은 또한 홈을 닫기 위해 20-30번의 타격이 필요한 한 수분 함량에서 테스트를 실행한 다음 수정 계수를 적용하여 수분 함량에서 액체 한계를 얻을 수 있습니다.[5]

폴콘 시험

액체 한계를 측정하는 또 다른 방법은 콘 침투계 테스트라고도 불리는 폴 콘 테스트입니다.이는 특정 정점 각도, 길이 및 질량의 표준화된 스테인리스 스틸 콘의 토양 침투 측정을 기반으로 합니다.Casagrande test는 북미 전역에서 널리 사용되고 있지만, 액체 한계를 결정할 때 조작자의 의존도가 낮기 때문에 유럽과 다른 지역에서 가을 원뿔 테스트가 훨씬 더 일반적입니다.[6]

Casagrande Method 대비 장점

  • 실험실에서 수행하는 것이 더 쉽습니다.
  • 원뿔 침투계의 결과는 숙련도나 조작자의 판단에 따라 결정되지 않습니다.따라서 얻은 결과가 더 신뢰할 수 있습니다.
  • 결과는 토양의 배수되지 않은 전단 강도를 추정하는 데 사용될 수 있습니다.[7]

파생한계

이러한 한계 값은 여러 가지 방법으로 사용됩니다.또한 압축성, 투수성, 강도와 같은 토양의 한계와 성질 사이에는 밀접한 관계가 있습니다.한계 결정이 비교적 간단하기 때문에 이러한 다른 특성을 결정하는 것이 더 어렵기 때문에 이는 매우 유용하다고 생각됩니다.따라서 Atterberg 한계는 토양의 분류를 식별하는 데 사용될 뿐만 아니라 일부 다른 공학적 특성에 대한 경험적 상관관계의 사용을 허용합니다.

가소성 지수

가소성 지수(PI)는 토양의 가소성을 측정하는 것입니다.가소성 지수는 토양이 가소성을 나타내는 수분 함량 범위의 크기입니다.PI는 액체한계와 플라스틱한계의 차이입니다(PI = LL-PL).PI가 높은 토양은 점토인 경향이 있고, PI가 낮은 토양은 진흙인 경향이 있으며, PI가 0(비플라스틱)인 토양은 진흙이나 점토가 거의 없거나 없는 경향이 있습니다.

PI 기준 토양 설명:[8]

  • (0) – 비플라스틱
  • (<7) – 약간 플라스틱
  • (7-17) – 중간 플라스틱
  • (>17) – 고플라스틱

유동성지수

유동성 지수(LI)는 토양 샘플의 천연 물 함량을 한계치까지 확장하는 데 사용됩니다.천연수분, 소성한계, 액한계의 차이 비율로 계산할 수 있습니다: LI=(W-PL)/(LL-PL) 여기서 W는 천연수분입니다.

일관성지수

일관성 지수(Ic)는 토양의 일관성(견고성)을 나타냅니다.다음과 같이 계산됩니다.CI = (LL-W)/(LL-PL), 여기서 W는 기존의 물 함량입니다.액체 한계의 토양은 0의 일관성 지수를 가지며 플라스틱 한계의 토양은 1의 일관성 지수를 가지며 W > LL일 경우 Ic는 음입니다.그것은 흙이 액체 상태라는 것을 의미합니다.또한 유동성지수와 일관성지수의 합이 1(1)과 같습니다.

흐름지수

액체 한계를 결정하는 동안 물의 함량 그래프에서 얻은 곡선은 거의 직선 위에 있으며 흐름 곡선으로 알려져 있습니다.

흐름 곡선의 방정식은 다음과 같습니다. W = - I Log N + C

여기서 I는f 흐름 곡선의 기울기이며 "흐름 지수"라고 합니다.[9]

인성지수

플라스틱 한계에서 점토의 전단 강도는 그것의 인성을 측정하는 척도입니다.유동 지수 대비 가소성 지수의 비율입니다.그것은 우리에게 토양의 전단 강도에 대한 아이디어를 줍니다.[9]

활동

토양의 활동은 점토 크기 분율에 대한 가소성 지수의 비율입니다.활동량이 0.75 미만이면 토양이 비활성화됩니다.활동량이 1.4를 초과하는 경우 토양은 활동성이라고 합니다.활동량이 위의 값 안에 있으면 토양이 적당히 활동적입니다.[10]

토양의 질감 및 가소성 자료
아니요. 묘사 모래 실트 클레이 LL PI
1 잘 등급이 매겨진 황토 모래 88 10 2 16 NP
2 등급이 좋은 모래톱 72 15 13 16 NP
3 중급사질모 73 9 18 22 4
4 기름기 없는 모래흙 32 33 35 28 9
5 기름기가 적은 점토 5 64 31 36 15
6 황토흙 5 85 10 26 2
7 굵은점토 6 22 72 67 40
8 등급미달 모래 94 6 6 NP NP
점토광물에 대한 Atterberg 한계값
광물 LL, % PL, % SL, %
몬모릴로나이트 100-900 50-100 8.5-15
논트로나이트 37-72 19-27
일라이트 60-120 35-60 15-17
카올리나이트 30-110 25-40 25-29
수화 할로사이트 50-70 47-60
건조 할로사이트 35-55 30-45
아타펄가이트 160-230 100-120
염소산염 44-47 36-40
알로판(미건조) 200-250 130-140

메모들

위키미디어 커먼즈에는 애터버그 제한과 관련된 미디어가 있습니다.
  1. ^ "Brief history of Swedish Soil Mechanics". Archived from the original on 2007-03-25. Retrieved 2007-01-15.
  2. ^ "Shrinkage Limit Test" (PDF). United States Army Corps of Engineers. Archived from the original (PDF) on 2007-01-02. Retrieved 2006-12-21.
  3. ^ Jamal, Haseeb. "Atterberg's Limits". AboutCivil.Org. Retrieved 22 September 2019.
  4. ^ "ASTM D4318 - 10 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils". ASTM. 2010. Retrieved 2011-02-18.
  5. ^ Seed HB, WOODWARD RJ, Lundgren R (1967). "Fundamental Aspects of the Atterberg Limits". Journal of Soil Mechanics and Foundations Div. 92 (SM4): 63–64. doi:10.1061/JSFEAQ.0000685.
  6. ^ BS 1377 2부
  7. ^ Llano-Serna, Marcelo A.; Contreras, Luis F. (2019-03-15). "The effect of surface roughness and shear rate during fall-cone calibration". Géotechnique: 1–11. doi:10.1680/jgeot.18.P.222. ISSN 0016-8505.
  8. ^ 소어스, 1979
  9. ^ a b Jamal, Haseeb. "Atterberg Limits Soil Classification - Liquid Limit, Plastic Limit, Shrinkage". www.aboutcivil.org. Retrieved 2020-07-01.
  10. ^ Skempton, A.W. (1953). "The Colloidal "Activity" of Clays" (PDF). International Society For Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Archived (PDF) from the original on 2021-10-02. Retrieved 2022-06-18.

참고문헌

  • 토질 물성 --기계학
  • 시드, H.B. (1967)."애테르베르크 한계의 근본적인 측면".아테르베르크 한계의 근본적인 측면에서 찾은 토양역학 및 기초연구 편, 92(SM4)
  • 다스, B. M. (2006)지질공학의 원리.Stamford, CT: Thomson Learning College.
  • 소어스, 1979년.토양역학 및 기초 입문:지질공학, 4판, 맥밀런, 뉴욕. (1999년 Coduto에서 참조됨).지구공학: 원칙과 실천.프렌티스 홀.뉴저지(New Jersey.