Atterbergsgränserna är ett mått på vattenhalten i en finkornig jord : dess krympgräns (SL), plastgräns PL och flytgräns LL.
Beroende på vattenhalten kan jorden vara i ett av fyra tillstånd: fast, halvfast, plastisk och flytande. I varje tillstånd är jordens sammansättning och beteende olika, och följaktligen dess tekniska egenskaper. Således kan gränsen mellan varje tillstånd bestämmas baserat på förändringen i markens beteende. Atterbergsgränserna kan användas för att skilja mellan silt och lera , och för att skilja mellan olika typer av silt och lera. Den vattenhalt vid vilken jordar förändras från ett tillstånd till ett annat kallas konsistensgränserna eller Atterbergsgränsen.
Dessa gränser sattes av Albert Atterberg, en svensk kemist och agronom , 1911 [1] [2] . De förbättrades senare av Arthur Casagrande, en österrikisk -född amerikansk geoteknisk ingenjör och nära samarbetspartner till Carl Terzaghi (båda pionjärer inom jordmekanik ).
Jordar behåller vatten när de är våta, och en viss ökning i volym ( smektitlera ). Mängden expansion är relaterad till jordens förmåga att absorbera vatten och dess strukturella sammansättning (typ av mineraler som finns: lera , silt eller sand ). Dessa tester används främst på lera eller siltig jord, eftersom det är de jordar som expanderar och drar ihop sig med förändringar i fukthalten. Lera och silt samverkar med vatten och ändrar därmed dimensioner och har olika skjuvhållfastheter . Således används dessa tester i stor utsträckning i de preliminära designstadierna av alla strukturer för att säkerställa att jorden kommer att ha rätt mängd skjuvhållfasthet och inte kommer att förändras för mycket i volym när den expanderar och drar ihop sig vid olika fukthalter.
Krympgränsen (SL) är den vattenhalt vid vilken ytterligare förlust av fukt inte kommer att resultera i en ytterligare minskning av volymen. [3] Testet för att bestämma krympgränsen är ASTM International D4943. Krympgränsen används mycket mindre frekvent än sträck- och duktilitetsgränserna.
Plastgränsen (PL) bestäms genom att rulla tråden från ett tunt stycke jord på en plan, icke-porös yta. Proceduren definieras i ASTM D. 4318. Om jorden har en fukthalt där dess beteende är plastiskt kommer denna tråd att behålla sin form ner till en mycket smal diameter. Provet kan sedan omformas och testet upprepas. När fukten minskar på grund av avdunstning kommer glödtråden att börja brytas vid en större diameter.
Duktilitetsgränsen definieras som den gravimetriska fukthalten vid vilken tråden går av vid en diameter av 3,2 mm. mm (cirka 1/8 tum). Jorden anses vara icke-plastisk om tråden inte kan rullas ut till 3,2. mm vid vilken luftfuktighet som helst. [fyra]
Sträckgräns (LL) är den vattenhalt vid vilken beteendet hos en lerjord ändras från plastiskt till flytande tillstånd. Övergången från duktilt till vätskebeteende sker dock gradvis som en funktion av vattenhalten, och markens skjuvhållfasthet är faktiskt inte noll vid vätskegränsen. Den exakta bestämningen av sträckgränsen baseras på standardtestprocedurerna som beskrivs nedan.
Casagrande-metodenAtterbergs ursprungliga sträckgränstest gick ut på att blanda en bit lera i en 10-12 ml rundbottnad porslinsskål. cm diameter. En spatel skar ett spår i en bit lera, och sedan slogs skålen många gånger på ena handflatan. Därefter standardiserade Casagrande apparaten (genom att inkludera en vevmekanism för att standardisera sänkningen) och procedurer för att göra mätningar mer reproducerbara.
Jorden placeras i en metallskål (avstånd från skålens botten till basen 1 cm), ett spår görs i mitten med ett standardverktyg 2 millimeter (0,079 ″) brett. Bägaren tappas upprepade gånger 10 mm på en hård gummibas med en hastighet av 120 slag per minut (handtagsvarv 2 varv per sekund), med spåret som gradvis stängs som ett resultat av stöten. Antalet slag som krävs för att stänga spåret registreras. Fuktigheten vid vilken det krävs 25 droppar för att spåret ska stänga vid 12,7 millimeter (0,50 tum) är sträckgränsen. [5] Testmetoden tillåter också testning vid en fukthalt, där 20 till 30 slag krävs för att stänga spåret; en korrektionsfaktor appliceras sedan för att erhålla gränsen för vätskefuktighet. [6]
Fallande kon testEn annan metod för att mäta sträckgränsen är konpenetrometern . Den är baserad på att mäta penetrationen i jorden av en vanlig rostfri kon med en viss spetsvinkel, längd och massa. Även om Casagrande-testet används i stor utsträckning i Nordamerika, är testet med fallande koner mycket vanligare i Europa och andra länder på grund av mindre tillit till operatören vid bestämning av vätskegränsen. [7]
Fördelar jämfört med Casagrande-metoden
Två tester som mäter samma indikatorer ger olika resultat. Fastställde att:
Värdena för dessa gränser används på olika sätt. Det finns också ett nära samband mellan gränser och markegenskaper som kompressibilitet , permeabilitet och styrka . Detta anses vara mycket användbart eftersom, eftersom definitionen av gränsen är relativt enkel, är det svårare att definiera dessa andra egenskaper. Atterberggränserna används alltså inte bara för att bestämma jordklassificeringen, utan tillåter också användningen av empiriska korrelationer för vissa andra tekniska egenskaper.
Plasticitetsindex ( PI eller Ip ) är ett mått på en jords plasticitet. Plasticitetsindex är ett mått på intervallet för vattenhalt där jorden uppvisar plastiska egenskaper. PI är skillnaden mellan sträckgräns och plastisk hållfasthet (PI = LL-PL). Jordar med hög PI tenderar att vara lera, jordar med lägre PI är silt och jordar med PI på 0 (icke-plastisk) tenderar att innehålla lite eller ingen silt eller lera.
Beskrivning av jordar baserat på PI: [9]
| Namn på siltig lerjord | PI | ||
| Något plastig, sandig lerjord | 0,01 ≤ IP ≤ 0,07 | ||
| Medium plast, lerjord | 0,07 < IP ≤ 0,17 | ||
| Mycket plastig, lera | IP > 0,17 | ||
Fluiditetsindex (LI) används för att skala det naturliga vatteninnehållet i ett jordprov till inom gränserna. Det kan beräknas som förhållandet mellan skillnaden mellan naturligt vatteninnehåll, plastgräns och vätskegräns: LI=(w-PL)/(LL-PL) där w är den naturliga vattenhalten.
Konsistensindex (Ic) anger jordens konsistens (hårdhet). Den beräknas som CI = (LL-W)/(LL-PL), där W är den nuvarande vattenhalten. Jord vid flytgräns kommer att ha ett konsistensindex på 0, medan jord vid plastgräns har ett konsistensindex på 1, och om W > LL blir Ic negativ. Det betyder att jorden är i flytande tillstånd. I detta fall är summan av likviditetsindex och stabilitetsindex lika med 1 (ett)
Kurvan som erhålls från plotten av fukthalt mot stötstocken vid bestämning av sträckgränsen ligger nästan på en rät linje och kallas flödeskurvan.
Flödeskurvans ekvation: W = - I f Log N + C
Där 'I f är lutningen på flödeskurvan, som kallas "flödesindex" [10] .
Duktilitetens skjuvhållfasthet hos en lera är ett mått på dess seghet. Detta är förhållandet mellan plasticitetsindex och fluiditetsindex. Detta ger oss en uppfattning om jordens skjuvhållfasthet. [tio]
Markaktivitet är förhållandet mellan plasticitetsindex och lerstorlek. Om aktiviteten är mindre än 0,75 är jorden inaktiv. Om aktiviteten överstiger 1,4 kallas jorden aktiv. Om aktiviteten ligger inom ovanstående värden är jorden måttligt aktiv. [elva]
| Beskrivning | Sand | Il | Lera | LL | PI | |
| ett | Lerig sand av bra fraktion | 88 | tio | 2 | 16 | inte plast |
| 2 | Välsorterad sandig lerjord | 72 | femton | 13 | 16 | inte plast |
| 3 | Sandig lerjord av medel svårighetsgrad | 73 | 9 | arton | 22 | fyra |
| fyra | Mager sandig dammig lera | 32 | 33 | 35 | 28 | 9 |
| 5 | Mager siltig lera | 5 | 64 | 31 | 36 | femton |
| 6 | löss silt | 5 | 85 | tio | 26 | 2 |
| 7 | tung lera | 6 | 22 | 72 | 67 | 40 |
| åtta | Sand av dålig kvalitet | 94 | 6 | 6 | inte plast | inte plast |