Limitele Atterberg sunt o măsură a conținutului de apă dintr-un sol cu granulație fină : limita sa de contracție (SL), limita plastică PL și limita de curgere LL.
În funcție de conținutul de apă, solul poate fi într-una din cele patru stări: solid, semisolid, plastic și lichid. În fiecare stare, compoziția și comportamentul solului sunt diferite și, în consecință, proprietățile sale tehnice. Astfel, granița dintre fiecare stare poate fi determinată pe baza modificării comportamentului solului. Limitele Atterberg pot fi folosite pentru a distinge între nămol și argilă și pentru a distinge diferitele tipuri de nămol și argilă. Conținutul de apă la care solurile se schimbă de la o stare la alta este cunoscut sub numele de limite de consistență sau limita Atterberg.
Aceste limite au fost stabilite de Albert Atterberg, un chimist și agronom suedez , în 1911 [1] [2] . Ele au fost ulterior îmbunătățite de Arthur Casagrande, un inginer geotehnic american de origine austriacă și colaborator apropiat al lui Carl Terzaghi (amândoi pionieri ai mecanicii solului ).
Solurile rețin apa atunci când sunt umede și unele crește în volum ( argilă smectită ). Cantitatea de expansiune este legată de capacitatea solului de a absorbi apa și de compoziția sa structurală (tip de minerale prezente: argilă , nămol sau nisip ). Aceste teste sunt utilizate în principal pe soluri argiloase sau mâloase, deoarece acestea sunt soluri care se extind și se contractă odată cu modificările conținutului de umiditate. Argilele și nămolurile interacționează cu apa și astfel își schimbă dimensiunile și au rezistențe diferite la forfecare . Astfel, aceste teste sunt utilizate pe scară largă în etapele preliminare de proiectare a oricărei structuri pentru a se asigura că solul va avea cantitatea corectă de rezistență la forfecare și nu se va schimba prea mult în volum pe măsură ce se extinde și se contractă la diferite conținuturi de umiditate.
Limita de contracție (SL) este conținutul de apă la care pierderea suplimentară de umiditate nu va duce la o reducere suplimentară a volumului. [3] Testul pentru determinarea limitei de contracție este ASTM International D4943. Limita de contracție este utilizată mult mai puțin frecvent decât limitele de curgere și ductilitate.
Limita de plastic (PL) se determină prin rularea firului unei bucăți subțiri de pământ pe o suprafață plană, neporoasă. Procedura este definită în ASTM D. 4318. Dacă solul are un conținut de umiditate în care comportamentul său este plastic, acest fir își va păstra forma până la un diametru foarte îngust. Proba poate fi apoi remodelată și testul poate fi repetat. Pe măsură ce umiditatea scade din cauza evaporării, filamentul va începe să se rupă la un diametru mai mare.
Limita de ductilitate este definită ca conținutul gravimetric de umiditate la care firul se rupe la un diametru de 3,2 mm. mm (aproximativ 1/8 inch). Pământul este considerat non-plastic dacă firul nu poate fi întins la 3.2. mm la orice umiditate posibilă. [patru]
Limita de curgere (LL) este conținutul de apă la care comportamentul unui sol argilos se schimbă de la o stare plastică la o stare lichidă . Cu toate acestea, trecerea de la comportamentul ductil la cel lichid are loc treptat în funcție de conținutul de apă, iar rezistența la forfecare a solului nu este de fapt zero la limita lichidului. Determinarea exactă a limitei de curgere se bazează pe procedurile standard de testare descrise mai jos.
Metoda CasagrandeTestul original al limitei de curgere a lui Atterberg a implicat amestecarea unei bucăți de lut într-un bol de porțelan cu fund rotund de 10-12 ml. cm diametru. O spatulă a tăiat o canelură într-o bucată de lut, iar apoi bolul a fost lovit de multe ori pe palma unei mâini. Ulterior, Casagrande a standardizat aparatura (prin încorporarea unui mecanism cu manivelă pentru a standardiza coborârea) și procedurile pentru a face măsurătorile mai reproductibile.
Pământul este așezat într-un vas metalic (distanța de la fundul vasului până la bază 1 cm), se face o canelură în centrul său folosind o unealtă standard de 2 milimetri (0,079 ″) lățime. Cupa este scăpată în mod repetat cu 10 mm pe o bază de cauciuc dur, cu o viteză de 120 de bătăi pe minut (întoarcerea mânerului cu 2 rotații pe secundă), canalul închizându-se treptat ca urmare a impactului. Se înregistrează numărul de curse necesare pentru închiderea canelurii. Umiditatea la care este nevoie de 25 de picături pentru ca canelura să se închidă la 12,7 milimetri (0,50 inchi) este limita de curgere. [5] Metoda de testare permite, de asemenea, testarea la un conținut de umiditate, unde sunt necesare 20 până la 30 de mișcări pentru a închide canelura; apoi se aplică un factor de corecție pentru a obține limita de umiditate lichidă. [6]
Testul conului de cădereO altă metodă de măsurare a limitei de curgere este penetrometrul conic . Se bazează pe măsurarea pătrunderii în sol a unui con standard din oțel inoxidabil cu un anumit unghi de vârf, lungime și masă. Deși testul Casagrande este utilizat pe scară largă în America de Nord, testul conului de cădere este mult mai frecvent în Europa și în alte țări datorită dependenței mai mici de operator în determinarea limitei de lichid. [7]
Avantaje față de metoda Casagrande
Două teste care măsoară aceiași indicatori dau rezultate diferite. A stabilit că:
Valorile acestor limite sunt utilizate în moduri diferite. Există, de asemenea, o relație strânsă între limite și proprietățile solului, cum ar fi compresibilitatea , permeabilitatea și rezistența . Acest lucru este considerat a fi foarte util deoarece, deoarece definirea limitei este relativ simplă, este mai dificil să se definească aceste alte proprietăți. Astfel, limitele Atterberg sunt utilizate nu numai pentru a determina clasificarea solului, ci și pentru a permite utilizarea corelațiilor empirice pentru alte proprietăți inginerești.
Indicele de plasticitate ( PI sau Ip ) este o măsură a plasticității unui sol. Indicele de plasticitate este o măsură a intervalului de conținut de apă la care solul prezintă proprietăți plastice. PI este diferența dintre limita de curgere și rezistența plastică (PI = LL-PL). Solurile cu un PI ridicat tind să fie argiloase, solurile cu un PI mai scăzut sunt nămoluri, iar solurile cu un PI de 0 (neplastic) tind să conțină puțin sau deloc nămol sau argilă.
Descrierea solurilor pe baza IP: [9]
| Denumirea solului argilos limos | PI | ||
| Puțin plastic, lut nisipos | 0,01 ≤ IP ≤ 0,07 | ||
| Plastic mediu, argilă | 0,07 < IP ≤ 0,17 | ||
| Foarte plastic, lut | IP > 0,17 | ||
Indicele de fluiditate (LI) este utilizat pentru a scala conținutul natural de apă al unei probe de sol până la anumite limite. Poate fi calculat ca raportul dintre diferența dintre conținutul natural de apă, limita de plastic și limita de lichid: LI=(w-PL)/(LL-PL) unde w este conținutul natural de apă.
Indicele de consistență (Ic) indică consistența (duritatea) solului. Se calculează ca CI = (LL-W)/(LL-PL), unde W este conținutul actual de apă. Solul la limita de curgere va avea un indice de consistență de 0, în timp ce solul la limita plastică va avea un indice de consistență de 1, iar dacă W > LL, Ic va fi negativ. Aceasta înseamnă că solul este în stare lichidă. În acest caz, suma indicelui de lichiditate și a indicelui de stabilitate este egală cu 1 (unul)
Curba obținută din graficul conținutului de umiditate față de jurnalul de șoc la determinarea limitei de curgere se află aproape pe o linie dreaptă și se numește curba de curgere.
Ecuația curbei curgerii: W = - I f Log N + C
Unde 'I f este panta curbei de curgere, care se numește „indice de curgere” [10] .
Rezistența la forfecare a ductilității unei argile este o măsură a tenacității acesteia. Acesta este raportul dintre indicele de plasticitate și indicele de fluiditate. Acest lucru ne oferă o idee despre rezistența la forfecare a solului. [zece]
Activitatea solului este raportul dintre indicele de plasticitate și dimensiunea argilei. Dacă activitatea este mai mică de 0,75, solul este inactiv. Dacă activitatea depășește 1,4, atunci solul se numește activ. Dacă activitatea se încadrează în valorile de mai sus, atunci solul este moderat activ. [unsprezece]
Textura și plasticitatea solului| Descriere | Nisip | Il | Lut | LL | PI | |
| unu | Nisip argilos de fracțiune bună | 88 | zece | 2 | 16 | nu plastic |
| 2 | Loam nisipos bine sortat | 72 | cincisprezece | 13 | 16 | nu plastic |
| 3 | Loam nisipos de severitate medie | 73 | 9 | optsprezece | 22 | patru |
| patru | Argilă praf nisipoasă slabă | 32 | 33 | 35 | 28 | 9 |
| 5 | Argilă moale slabă | 5 | 64 | 31 | 36 | cincisprezece |
| 6 | nămol de loess | 5 | 85 | zece | 26 | 2 |
| 7 | argilă grea | 6 | 22 | 72 | 67 | 40 |
| opt | Nisip de proasta calitate | 94 | 6 | 6 | nu plastic | nu plastic |