Guinguette Marais Poitevin

Was ist der Atterberg-Grenzwert-Test?

Böden, die Bauwerke, Straßenbeläge oder andere Lasten tragen sollen, müssen von geotechnischen Ingenieuren bewertet werden, um ihr Verhalten unter einwirkenden Kräften und variablen Feuchtigkeitsbedingungen vorherzusagen. Bodenmechanische Tests in geotechnischen Labors messen die Korngrößenverteilung, die Scherfestigkeit, den Feuchtigkeitsgehalt und das Ausdehnungs- oder Schrumpfungspotenzial von bindigen Böden. Atterberg-Grenzwerttests bestimmen die Feuchtigkeitsgehalte, bei denen feinkörnige Ton- und Schluffböden zwischen festen, halbfesten, plastischen und flüssigen Zuständen übergehen.

Im Jahr 1911 definierte der schwedische Chemiker und Agrarwissenschaftler Albert Atterberg als erster die Grenzen der Bodenkonsistenz für die Klassifizierung von feinkörnigen Böden. Er stellte fest, dass die Plastizität eine einzigartige Eigenschaft von kohäsiven (Ton- und Schluff-) Böden ist und schlug vor, Böden mit einer Partikelgröße von 2 µm (0,002 mm) oder weniger als Ton zu klassifizieren.

Karl Terzhagi und Arthur Casagrande erkannten in den frühen 1930er Jahren den Wert der Charakterisierung der Bodenplastizität für den Einsatz in geotechnischen Anwendungen. Casagrande verfeinerte und standardisierte die Tests, und seine Methoden bestimmen auch heute noch die Flüssigkeitsgrenze, die plastische Grenze und die Schwindungsgrenze von Böden. In diesem Blog-Beitrag werden die Atterberg-Grenzwerte definiert, die Testmethoden erläutert und die Bedeutung der Grenzwerte und berechneten Indizes diskutiert. Wir werden auch auf die Laborprüfgeräte eingehen, die bei den Standardprüfmethoden verwendet werden.

Warum sind Atterberg-Grenzwerttests wichtig?

Mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt durchlaufen Ton- und Schluffböden vier verschiedene Konsistenzzustände: fest, halbfest, plastisch und flüssig. Jedes Stadium weist signifikante Unterschiede in Festigkeit, Konsistenz und Verhalten auf. Atterberg-Grenzwerttests definieren genau die Grenzen zwischen diesen Zuständen unter Verwendung der Feuchtigkeitsgehalte an den Punkten, an denen die physikalischen Veränderungen auftreten. Die Testwerte und die daraus abgeleiteten Indizes finden direkte Anwendung in der Gründungsplanung von Bauwerken und bei der Vorhersage des Verhaltens von Bodenausfüllungen, Böschungen und Straßenbelägen. Die Werte bewerten die Scherfestigkeit, schätzen die Durchlässigkeit ab, prognostizieren Setzungen und identifizieren potenziell expansive Böden.

Was ist eine Flüssigkeitsgrenze, eine plastische Grenze und eine Schwindungsgrenze?

Nachdem Sie nun die Bedeutung der Atterberg-Grenzen verstanden haben, wollen wir die einzelnen Tests definieren. Die Plastizitätsgrenze, die Flüssigkeitsgrenze und die Schwindungsgrenze von Böden sind alle Testergebnisse, die durch direkte Messungen des Wassergehalts nach den Standardtestmethoden erhalten werden.

• Die Flüssigkeitsgrenze (LL) ist der Wassergehalt, bei dem der Boden von einem plastischen in einen flüssigen Zustand übergeht, wenn die Bodenprobe gerade so flüssig ist, dass sich eine Rille schließt, wenn sie auf eine bestimmte Weise gerüttelt wird.
• Die Plastizitätsgrenze (PL) ist der Wassergehalt beim Übergang von einem plastischen in einen halbfesten Zustand. Bei diesem Test wird eine Bodenprobe wiederholt in ein Gewinde gerollt, bis sie einen Punkt erreicht, an dem sie zerbröckelt.
• Schrumpfgrenze (SL) ist der Wassergehalt, bei dem der weitere Verlust von Feuchtigkeit keine Abnahme des Probenvolumens verursacht.

Wie berechnet man den Plastizitätsindex, den Flüssigkeitsindex, den Konsistenzindex und die Aktivitätszahl

Die Atterberg-Bodenindizes vergleichen die Prüfwerte mathematisch, um unterschiedliche Plastizitäts- und Konsistenzeigenschaften auszudrücken.

• Der Plastizitätsindex (PI) ist die Plastizitätsgrenze, die von der Flüssigkeitsgrenze abgezogen wird, und gibt die Größe des Bereichs zwischen den beiden Grenzen an. Böden mit einem hohen PI haben einen höheren Tongehalt. Wenn der PI-Wert höher als die niedrigen bis mittleren 20er Jahre ist, kann der Boden unter nassen Bedingungen expansiv sein oder unter trockenen Bedingungen eine Schrumpfung aufweisen.
• Der Liquiditätsindex (LI) wird bestimmt, indem die Plastizitätsgrenze vom natürlichen Wassergehalt der Probe subtrahiert und dann durch den Plastizitätsindex geteilt wird. Böden mit einem LI von 1 oder mehr sind näher am flüssigen Zustand. Ein LI von 0 oder niedriger zeigt an, dass die Böden härter und spröder sind. Der LI ermöglicht die Vorhersage von Bodeneigenschaften bei unterschiedlichen Feuchten.
• Der Konsistenzindex (CI) oder relative Konsistenz ist die Flüssigkeitsgrenze des Bodens abzüglich des natürlichen Feuchtigkeitsgehalts, geteilt durch den PI. Er ist verwandt mit dem LI und ist ein Indikator für die relative Scherfestigkeit. Mit steigendem CI nimmt auch die Festigkeit bzw. Scherfestigkeit des Bodens zu.
• Die Aktivitätszahl einer Bodenprobe ist das Verhältnis des Plastizitätsindex zur Tonfraktion (Partikel feiner als 2µm). Böden mit einer Aktivitätszahl über 1,25 gelten als aktiv und weisen eine erhöhte Volumenänderung in Reaktion auf Feuchtigkeitsbedingungen auf. Sie dehnen sich unter nassen Bedingungen aus und schrumpfen unter trockenen Bedingungen.

Atterberg-Grenzwert-Testverfahren:

Für alle Atterberg-Grenzwert-Tests bestehen die Bodenproben aus Material, das durch ein Prüfsieb Nr. 40 (425µm) passt und werden für jeden Test mit den in den Normen beschriebenen Nass- oder Trockenmethoden vorbereitet. Die Feuchtigkeit in den Prüfkörpern wird durch Zugabe von Wasser eingestellt, mit einem Spatel gemischt und mindestens 16 Stunden lang konditioniert.

• Die Flüssigkeitsgrenze wird gemessen, indem eine Portion der Bodenprobe im Messingbecher einer Flüssigkeitsgrenzmaschine ausgebreitet und mit einem Rillenwerkzeug geteilt wird. Der Feuchtigkeitsgehalt, wenn sich die Rille nach 25 Tropfen des Bechers für 1/2 Zoll schließt, wird als Liquid Limit definiert. Die verwendeten Testmethoden sind ASTM D4318 und AASHTO T 89.
• Plastic Limit wird durch wiederholtes Nachformen einer kleinen Kugel aus feuchtem Kunststoffboden und manuelles Ausrollen in ein 1/8in Gewinde bestimmt. Zur Durchführung dieses Tests kann auch ein Plastic Limit-Rollgerät verwendet werden. Die Plastizitätsgrenze ist der Feuchtigkeitsgehalt, bei dem der Faden zerbröckelt, bevor er vollständig ausgerollt wird. Standardtestmethoden sind ASTM D4318 und AASHTO T 90.
• Die Schrumpfgrenze wird durchgeführt, indem ein Erdklumpen des feuchten Testmaterials in eine spezielle Schrumpfschale geformt wird. Die Schale und der Boden werden im Ofen getrocknet und gewogen, dann wird das Volumen des Probekörpers durch Wasserverdrängung bestimmt. Dieser Teil der Atterberg-Testreihe wird seltener durchgeführt und ist in ASTM D4943 beschrieben.

Benötigte Ausrüstung für den Atterberg-Grenzwerttest:

• Probenvorbereitung und Verarbeitung:
• Verdampfungsschalen werden verwendet, um die Proben auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zu mischen
• Spatel zum Mischen, Formen, und Glätten der Bodenproben
• Waschflasche zur Abgabe des Mischwassers
• Aluminiumbehälter für Bodenfeuchteproben
• Mörser und Stößel zur Partikelzerkleinerung
• Waschpfanne zur bequemen ReinigungSchalen und Spatel
• Das Zubehörset für Flüssigkeitsgrenzwert- und Kunststoffgrenzwerttests enthält die für die meisten Atterberg-Grenzwerttests benötigten Teile
• Die Bodenmühle ist optional für eine effiziente Partikelzerkleinerung
• Digitale Laborwaage oder Waage mit 0.01g Ablesbarkeit
• Trocknungs-Laborofen für Feuchtigkeitsgehaltstests

• Liquid Limit Test:
  • Flüssigkeitsgrenzprüfgerät, motorbetrieben oder handbetrieben
  • AASHTO oder ASTM (Casagrande) Grooving Tool

• Plastic Limit Test:
• Glasplatte zum Ausrollen von Bodenfäden
• Plastic Limit Apparatus ein optionaler Kunststoffgrenzrollenapparat für schnelles und gleichmäßiges Ausrollen von Proben

• Schrumpfungsgrenzentest:
  • Die Schrumpfungsgrenzentest-Apparatur enthält die für den Schrumpfungsgrenzentest benötigten Teile
    • Die Schrumpfungsschale ist ein einzigartiger Monel-Metallbehälter, wie er in der Testmethode benötigt wird
    • Mikrokristallines Wachs zum Beschichten der Proben, geliefert in 2lb (5.3kg) Mengen
    • Petroleum Jelly zum Beschichten der Schrumpfschale
    • Feiner Faden zum Aufhängen des Wägeguts der Probe
    • Glasplatte zum Kalibrieren der Schale
    • Wachsschmelztopf bereitet Wachs für das Eintauchen der Probe

Atterberg-Grenzwerte spielen in den frühen Stadien der Bauplanung eine entscheidende Rolle, um sicherzustellen, dass der Boden die erwarteten Eigenschaften aufweist. Übermäßige Volumenänderungen, die durch Feuchtigkeitsschwankungen verursacht werden, können zu Setzungen oder Hebungen des Bauwerks führen.

Wir hoffen, dass dieser Blogbeitrag Ihnen geholfen hat, die Rolle der Atterberg-Grenzwerte in der Geotechnik und die für Labortests benötigte Ausrüstung zu verstehen. Um Ihre Anwendung zu besprechen, kontaktieren Sie noch heute unsere Prüfexperten bei Gilson.