ASTM D 4318-00 The Methods for Liquid Limit, Plastic Limit ... Limit.pdf · Soil Mechanics Laboratory ... ASTM D 4318-00 The Methods for Liquid Limit, ... Bureau of Standards report

1

Asst.Prof.Chusak Kererat

Soil Mechanics LaboratorySoil Mechanics LaboratorySoil Mechanics Laboratory

การทดสอบหาขีดจํากัดสถานะภาพของดิน

RajamangalaUniversity of Technology Rattanakosin Wang Klai Kangwong

Civil Engineering

ผูชวยศาสตราจารยชูศักดิ์ คีรีรัตน

มาตรฐานการทดสอบ ทฤษฎีการทดสอบ การแปลผลการทดสอบ การนําไปใชงาน

Lab 7:Lab 7: Consistency LimitsConsistency Limits


มาตรฐานการทดสอบทางวิศวกรรมปฐพี

ASTM D 4318-00 The Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, andPlasticity Index of Soils.

ASTM D 427-98 Test Method for Shrinkage Factors of Soil bythe Mercury Method.

ASTM D 4943-98 Test Method for Shrinkage Factors of Soil byWax Method.

2



Albert Mauritz Atterberg (1846-1916). Arthur Casagrande (1902-1981)

3


ทฤษฎีการทดสอบ

Independently of the railway Geotechnical Commission, the Swedish chemist-agriculturist Albert M. Atterberg started his soils research career in 1900 at the age of fifty-four. Rather than focusing on the problems of engineering design and calculation, Atterberg devoted the final sixteen years of his life to the study of soil classification. He investigated a large number of clays — the most complex and unpredictable of soils — with different water contents. Eventually he established simple tests to determine the plasticity and liquid limit of clays, with indexes employed by every soils engineer in practice to this day.Atterberg's work, like that of the Swedish Geotechnical Commission, found an international audience. In 1913 a Berlin conference of soil researchers accepted his classifications of soil particles as an international standard. Two years later a U.S.Bureau of Standards report stated that Atterberg's method was as "as simple a one as could be devised, and...it is well that we should become familiar with it."



โดยทั่วไปในทางปฐพีกลศาสตร สามารถแบงดินออกเปน 2 ประเภทใหญ ไดแก

1. ดินประเภทท่ีไมมีการเชื่อมแนน(Non- cohesive soil)

2. ดินประเภทท่ีมีการเชื่อมแนน(Cohesive soil)

กรวด(Gravel)75 – 4.75 มม.

ทราย(Sand)4.75-0.075 มม.

ทรายปน(Silt)0.075-0.002 มม.

ดินเหนียว(Clay)0.002-0.001 มม.

4



สาเหตุของการเกิดพลาสติกซติี้ (Cause of Plasticity)

โมเลกุลของน้ําซึ่งเปนไบโพลา

ประจุไฟฟาลบที่ผวิเม็ดดินเหนียว

อนุภาคเม็ดดินเหนียวอนุภาคเม็ดดินเหนียว

Adsorbed waterViscous water

อนุภาคเม็ดดินเหนียวอนุภาคเม็ดดินเหนียว

Free water

Adsorbed waterViscous waterFree water



Albert Mauritz Atterberg (1991) ไดใหคําจํากัดความของขีดจํากัด

สถานะภาพของดิน 5 ขีดจํากัด ตามสภาพความเหนียวดังน้ี

1. Cohesion Limit คือ ปริมาณน้ําในดินที่ดินเริ่มเกาะตัวติดกัน

2. Sticky Limit คือ ปริมาณน้ําในดินที่ทําใหดินเริ่มติดกับผิวโลหะ

3. Shrinkage Limit คือ ปริมาณน้ําในดินที่มากที่สุดที่ไมทําใหดินเปลี่ยนปริมาตร

4. Plastic Limit คือ ปริมาณน้ํานอยที่สุดที่ดินยังสามารถปนเปนกอนได

5. Liquid Limit คือ ปริมาณน้ํานอยที่สุดที่ทําใหดินอยูในสภาวะไหลตัวได

5





6



ขีดจํากัดเหลว Liquid Limit (WL or LL):

ดินเหนียวสามารถไหลไดเหมอืนของเหลว เมื่อ w > LL

สามารถทดสอบได 3 วิธี ดังนี้

1. Casagrande Apparatus Method2. One Point Method3. Fall Cone Method



• Casagrade Apparatus Method

Motorized Liquid Limit Device

Hand-Operated Liquid Limit Device

7





การสอบเทียบเครื่องมอื (Calibration):

การสอบเทียบพื้นยางแข็ง (Hard Rubber Base) การสอบเทียบระดับตกกระทบ

8



LL เทากับ ปริมาณความชื้นที่จํานวนครั้งของการเคาะ 25 ครั้ง เมื่อถวยทองเหล็กตกกระทบพื้นยางแข็งสูง 1 เซนติเมตร

การเคาะ 1 ครั้ง ความตานทานแรงเฉือนของดินในถวยประมาณ 1 กรัม/ตร.ซม.



9



• One Point MethodMiss Vicksburg แหง Waterways Experiment Station ไดศึกษาวิเคราะห

เพื่อหาคาขีดจํากัดเหลว โดยใชตัวอยาง 767 ตัวอยาง ซึ่งไดมีการตีพิมพใน

หนังสือ Technical Memorandum Vol. 3-286 ฉบับเดือน มิถุนายน 1949 สรุปไดวา

สามารถหาไดโดยการทดสอบครั้งเดียว โดยหาจากสมการ ดังนี้

β⎟⎠⎞⎜

⎝⎛=

tan

n 25N

w LL

จากผลการวิเคราะหพบวา tanβ มีคาเฉลี่ยที่เหมาะสมเทากับ 0.12 และ wn คือ ปริมาณความชื้นที่จํานวนการเคาะอยูในชวง 20 – 30 ครั้ง



• Fall Cone Method

10



Liquid Limit



11



พิกัดพลาสติก Plastic Limit (WP or PL):

ปริมาณน้ําที่นอยที่สุดซึ่งดินเหนียวยังสามารถปนได



พิกัดหดตัว Shrinkage Limit (WS or SL) :

ถา w < SL, แสดงวาปริมาตรจะไมเปลี่ยนแปลงเมื่อดินอยูในสภาพแหง

12




การแปลผลการทดสอบหาขีดจํากัดสถานะภาพของดนิ

การเตรียมตัวอยางดิน

• แบบ A1. นําดินตัวอยางลางน้ําสะอาดผานตะแกรงเบอร 402. ปลอยใหดินและน้ําแหงลมจนดินหมาดตัว หรือปริมาณน้ําในดินที่การเคาะ 30 – 40 คร้ัง3. คนตัวอยางใหทั่วถึงและเริ่มทดสอบ

• แบบ B1. ผึ่งดินตัวอยางใหแหงลมแลวใชคอนยางทุบใหเม็ดดนิกระจายตัว

2. นําดินมารอนผานตะแกรงเบอร 403. นําดินตัวอยางผสมกับน้ําสะอาดกะใหไดความเหลวที่การเคาะ 30 – 40 คร้ัง แลวเริ่มทดสอบ

13



ข้ันตอนการทดสอบหาคาขีดจํากัดเหลว

• Casagrande Apparatus Method

ปรบัระยะตกกระทบ 1 ซม. ตักดินใสจานแลวปรบัใหเรียบ ใชเหล็กปาดรอง

ปาดรองกึ่งกลางจาน

หมุนใหจานกระทบกบัพื้นยาง

ความเรว็ 2 ครั้งตอวนิาทีเมื่อดินเลื่อนมาชนกัน 1/8 น้ิว

ตัดเกบ็ตัวอยางดิน

นําดินเขาตูอบ

เพื่อหาปริมาณความชื้น

30 – 40 ครั้ง25 – 35 ครั้ง20 – 30 ครั้ง15 – 25 ครั้ง



14



• One Point Method



15



• Fall Cone Method

ปลอยหวักรวยใหจมลงในดิน

ภายในเวลา 5 วินาที แลวนําดินไปหาปรมิาณความชื้น



ข้ันตอนการทดสอบหาคาขีดจํากัดพลาสติก

ปนกอนดินขนาด 1 ซม. คลึงกอนดินใหมีขนาด 1/8 น้ิว

เมื่อกอนดินมีขนาด 1/8 น้ิว แลวแตกพอดี

เก็บตัวอยางดินเพื่อไปหาปรมิาณความชื้น

16



ข้ันตอนการทดสอบหาคาขีดจํากัดพลาสติก

เช็ดทําความสะอาด

และทาจาระบบีางๆนําดินใสถวยทดสอบ 3 ชั้น แตละชั้นเคาะไลฟองอากาศ

จนเต็มแลวนําเขาตูอบ

เมื่อนําออกจากตูอบ

ดินจะหดตัว

นําดินไปหาปรมิาตร

โดยการแทนที่ดวยปรอท



100xM

)VV(MM

w% - w% (%)SL

s

wfi

s

w⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ρ−−=

Δ=

PL-0.73LL5.4 (%)SL +=

วิธีโดยตรง

วิธีประมาณ 1. (Holtz and Kovacs, 1981)

2. (Holtz and Kovacs, 1981)

43.53-46.38PI43.53LL

46.38 (%)SL++

=

17


(Lambe and Whitman, 1979; and Lambe, 1951)



การคํานวณหาคาดัชนีการไหล (Flow Index, FI)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

1

2

21

NN

log

ww FI

18



การคํานวณหาคาดัชนีความเหนียว (Plastic Index, PI)

PI = LL - PL


High Plasticity Index (PI) แสดงใหเห็นวา

• High range of plasticity

• High LL & Low PL

• High water content between LL & PL

• High specific surface of soil grain

• Finer grain

• High clay content

• High plasticity

• High settlement

• Low strength

• Low permeability

• Clay mineral such as Montmorillonite, Illite


19



การคํานวณหาคาดัชนีทาฟเนส (Toughness Index, TI)

เปนคาแสดงถึงความตานทานตอแรงเฉือนของดิน หรือแสดงความตานทานตอการเปลี่ยนแปลงรูปรางของดินที่จุด PL

FIPI

TI =



การคํานวณหาคาดัชนีความเหลว (Liquidity Index, LI)

เปนคาแสดงสภาพของดินตามธรรมชาติ

PIPLw

LI n −=

20





การคํานวณหาแอคทิวติี้นัมเบอร (Activity Number, AN)

เปนคาแสดงปริมาณการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรดิน และสามารถบอกชนิดของแรดินเหนียวในดิน

Clay %PI

AN =

21





การคํานวณหาคาอัตราสวนหดตวั (Shrinkage Ratio, SR)

เปนคาแสดงถึงความลาดของเสนโคงของการเปลี่ยนปริมาตร หรือความหนาแนนแหงท่ีขีดจํากัดหดตัว

wf

sV

W SR

ρ=

22



การคํานวณหาคาระดับการหดตัว (Degree of Shrinkage, DS)

เปนคาแสดงปริมาณการหดตัวของดินตามธรรมชาติ ใชพิจารณาวัสดุ

มวลดิน

100xV

VV (%)DS

i

fi −=



1. ตัวอยางดินที่ใชในการทดสอบ Atterberg’s Limit จะตองเปนดินไมผานการอบหรือใหความรอนเกิน 50 ◦c

2. ดินที่จะนํามาใชทดสอบควรจะตองผสมน้ําใหน้ําซึมเขาถึงเนื้อดินอยางท่ัวถึง(Homogeneous) สําหรับดินเหนียวออนกรุงเทพฯอาจจะตองทิ้งไวโดยการผสมน้ําแลวปดภาชนะไวเปนเวลา 1 คืน

3. ระยะยกของ Casagrande’s Cup ควรจะตองไดตามมาตรฐาน ดังนั้นควรทําการตรวจสอบกอนการทดสอบทุกครั้ง

1. ตัวอยางดินที่ใชในการทดสอบ Atterberg’s Limit จะตองเปนดินไมผานการอบหรือใหความรอนเกิน 50 ◦c

2. ดินที่จะนํามาใชทดสอบควรจะตองผสมน้ําใหน้ําซึมเขาถึงเนื้อดินอยางท่ัวถึง(Homogeneous) สําหรับดินเหนียวออนกรุงเทพฯอาจจะตองทิ้งไวโดยการผสมน้ําแลวปดภาชนะไวเปนเวลา 1 คืน

3. ระยะยกของ Casagrande’s Cup ควรจะตองไดตามมาตรฐาน ดังนั้นควรทําการตรวจสอบกอนการทดสอบทุกครั้ง

ขอเสนอแนะ

23



4. พื้นยางหรือพื้นไมของ Cassagrande’s cup ควรมีความแข็งตามมาตรฐาน ซึ่งสามารถทดสอบไดโดยใชมาตรฐาน ASTM D4318

5. การทดสอบ Liquid limit เพื่อใหความถูกตองสูงสุดควรทําการ

ทดสอบจากสภาพดินที่เปยก (หลังจากทิ้งได 1 คืน) ไปยังสภาพดินที่แหงข้ึน โดยการปลอยใหดินแหงในอากาศหรือใชมีดปาดดินคลุกเคลาใหน้ําระเหย

6. LL = คาความชื้นในดินเมื่อทําการเจาะดวย Cassagrande จํานวน 25 ครั้ง แลวดินไหลมาบรรจบกัน 1 ซม.

4. พื้นยางหรือพื้นไมของ Cassagrande’s cup ควรมีความแข็งตามมาตรฐาน ซึ่งสามารถทดสอบไดโดยใชมาตรฐาน ASTM D4318

5. การทดสอบ Liquid limit เพื่อใหความถูกตองสูงสุดควรทําการ

ทดสอบจากสภาพดินที่เปยก (หลังจากทิ้งได 1 คืน) ไปยังสภาพดินที่แหงข้ึน โดยการปลอยใหดินแหงในอากาศหรือใชมีดปาดดินคลุกเคลาใหน้ําระเหย

6. LL = คาความชื้นในดินเมื่อทําการเจาะดวย Cassagrande จํานวน 25 ครั้ง แลวดินไหลมาบรรจบกัน 1 ซม.



7. PL = คาความชื้นในดินเมื่อแทงดินขนาด 1/8 นิ้ว เริ่มมีการแตกเนื่องจากการสูญเสียน้ํา

8. น้ําหนักดินที่ใหหา PL ไมควรมีคานอยกวา 10 กรัม เนื่องจากอาจเกิดความผิดพลาดจากการชั่งได

9. การแตกของแทงดินที่ทดสอบหาคา PL ควรจะเกิดจากการแตกเนื่องจากการสูญเสียน้ําดวยการคลึง มิใชการนําดินไปอบหรือแตกเพราะแรงกระทําที่มากเกินไป

10. ปรอทเปนสารอันตราย สามารถซึมผานผิวหนังหรือระเหยได หลีกเลี่ยงการสัมผัสหรือสูดดม

7. PL = คาความชื้นในดินเมื่อแทงดินขนาด 1/8 นิ้ว เริ่มมีการแตกเนื่องจากการสูญเสียน้ํา

8. น้ําหนักดินที่ใหหา PL ไมควรมีคานอยกวา 10 กรัม เนื่องจากอาจเกิดความผิดพลาดจากการชั่งได

9. การแตกของแทงดินที่ทดสอบหาคา PL ควรจะเกิดจากการแตกเนื่องจากการสูญเสียน้ําดวยการคลึง มิใชการนําดินไปอบหรือแตกเพราะแรงกระทําที่มากเกินไป

10. ปรอทเปนสารอันตราย สามารถซึมผานผิวหนังหรือระเหยได หลีกเลี่ยงการสัมผัสหรือสูดดม

24


การนําไปใชงาน

1. เปนขอมูลสําหรับการจําแนกประเภทดินเม็ดละเอียด



2. เปนขอมูลสําหรับคัดเลือกวัสดุทาง

4 - 11ไมเกิน 35วัสดุลูกรังชนิดผิวจราจร

4 - 15ไมเกิน 35วัสดุไหลทาง

ไมเกิน 20ไมเกิน 40วัสดุคัดเลือก

ไมเกิน 6ไมเกิน 25วัสดุพื้นทาง

ไมเกิน 11ไมเกิน 35วัสดุรองพื้นทาง

ดัชนีความเหนียว (PI)ขีดจํากัดเหลว (LL)ชนิดวัสดุทาง

25



3. เปนขอมูลสําหรับการแสดงชนิดของแรดินเหนียวในดิน



4. เปนขอมูลสําหรับการเขียนภาพตัดช้ันดิน (Boring Log)

26



6. เปนขอมูลพจิารณาคาการทรุดตัวของดิน

Terzaghi และ Peck (1948) เสนอสมการสําหรับหาคาดัชนีอัดตัว สําหรับดินเหนียวอัดแนนตามปกติ (Normally Consolidated Clay, NCC) ดังนี้

คาดัชนีอัดตัว (Compression Index, CC) = 0.009(LL-10)

5. เปนขอมูลพจิารณาประวัติการถูกกดทับในอดีตของดิน

LI ≈ 0 – 0.6 เปนดินเหนียวอัดแนนปกติ (Normally Consolidated Clay, NCC)LI ≈ 0.6 – 1 เปนดินเหนียวอัดแนนเกินปกติ (Overconsolidated Clay, OCC)LI > 1 เมื่อถูกรบกวนกําลังจะลดลงอยางมาก (Quick Clay)



7. ใชประมาณคาแรงเฉือนแบบไมระบายน้ํา (Undrained Shear Strength, Su)

Bjerrum และ Simons (1960) ไดแสดงวาอัตราสวน Su/p′o มีความสัมพันธ

กับคา PI ของดินเหนียวอัดแนนปกติ

27


ดูวีดีโอแสดงขั้นตอนการทดสอบ และการกรอกขอมูล

Documents

ASTM D 4318-00 The Methods for Liquid Limit, Plastic Limit ... Limit.pdf · Soil Mechanics Laboratory ... ASTM D 4318-00 The Methods for Liquid Limit, ... Bureau of Standards report