Kamil KAYABALI, Ayla Bulut ÜSTÜN, Ali ÖZKESER

TERS EKSTRÜZYON DENEYİNİN İKİ KIVAM LİMİTİNİ BELİRLEMEK ÜZERE YENİDEN DEĞERLENDİRİLMESİ

Likit limit (LL) ve plastik limit (PL) ince taneli zeminlerde çok sık kullanılan özelliklerdendir. Bunlar zeminlerin sınıflandırılmasının dışında birçok mühendislik özelliklerinin deneştirilmesinde de kullanılmaktadır. Bunedenle, Atterberg tarafından ilk kez 1911 yılında ortaya konmasını takiben birçok araştırmaya konu edilmiştir.Mekanizmaları çok sayıda standart ile belirlenmiş ve uzun süredir kullanılıyor olmasına rağmen, yapısında varolan bazı belirsizlikler nedeniyle çokça da eleştirilmiştir. Casagrande tası ve nodül yuvarlama metotları yerinedaha uygun başka bir test metodu bulabilmek için çok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmaların bir kısmı, ilgili ikiözellik göstergesini birlikte belirleyecek tek bir yöntem bulmaya yönelik olmuştur. Yakın geçmişte ters eks- trüzyon test yöntemi jeoteknikte kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemin LL, PL ve hatta büzülme limitlerinin(SL) belirlenmesinde kullanılabileceği ortaya konmuştur. Bu çalışmanın amacı ters ekstrüzyon yönteminindaha ileri aşamada rafine edilerek LL ve PLyi belirlemedeki becerisini yeni bir değerlendirmeye tabi tutmayayöneliktir. Bu amaçla farklı plastiklik derecesine sahip 70 ince zemin örneği kullanılmıştır. Aynı şekilde düşenkoni ve nodül yuvarlama metodları da LL ve PLnin belirlenmesinde kullanılmıştır. Ters ekstrüzyon testi herzemin numunesi için 5 farklı su içeriğinde yapılmıştır. Grafiklerde ekstrüzyon basıncı su içeriğine karşı yerleştirilmiş; veri çiftlerine uygun eğri uygulanmıştır. Buradan hareketle eğrinin y eksenini kestiği yeri (a katsayısı)ve eğimi (b katsayısı) belirlenmiştir. Böylece, daha önceki çalışmacıların yaptğı gibi ters ekstrüzyon katsayılarıkullanılarak LL ve PL ile ilgili temsilci ekstrüzyon basınçları belirlenmeye çalışılmıştır. Ters ekstrüzyon basıncıkullanılarak LL ve PLnin belirlenmesi çalışmasının sonucu pek ümit verici olmamıştır. Daha önceki yaklaşımönerilerinden farklı olarak, ters ekstrüzyon katsayıları (yani, a ve b), yaygın olarak kullanılan düşen koni venodül yuvarlama metotları kullanılarak ters ekstrüzyon parametrelerinin fonksiyonu olarak bulunan LL ve PLdeğerleri ile birlikte çoklu regresyon analizine tabi tutulmuştur. Bu çalışma ile ters ekstrüzyon katsayıları kullanılarak LL ve PLnin hassas olarak bulunacağı ortaya konmuştur. Düşen koni metodu kullanılarak elde edilenlikit limitlerin büyük çoğunluğu çoğu ±%10 hata payı ile bulunabilirken, nodül yuvarlama metoduyla tayinedilen hemen hemen bütün plastik limitler ters ekstrüzyon yöntemiyle ± %10 hata payı ile bulunabilmiştir. Tersekstrüzyon testi üzerinde yapılan rafinasyon çalışması, tek bir yöntem kullanılarak iki önemli kıvam limitininkolay, etkin, ucuz ve hassas olarak belirlenebileceğini ortaya koymuştur.

REFINEMENT OF THE RE VERSE EX TR USION TEST TO DETERMINE THE TWO CONSISTENCY LIMITS

Liquid limit (LL) and plastic limit (PL) are the two most commonly used index properties of fine-grained soils.They have been used in not only classification of soils but also in correlation with certain engineering proper- ties. Therefore, they have been subjected to numerous researches since they were first introduced by Atterbergin 1911. While their mechanisms were well defined in many codes and they have been in use for decades, criti- cisms often arose pertinent to the uncertainties inherent to them. Incredible amount of effort has been exerted toinvent more rational testing methods in place of both the Casagrande s cup and bead rolling methods. Part ofthose efforts has been on devicing a single tool to measure the two relative index properties together. Recently,the reverse extrusion test was brought into the use of geotechnical engineers. It was shown that this tool has apotential of measuring LL, PL, and even the shrinkage limit (SL). The aim of this investigation is to reassessthe ability of the reverse extrusion test to determine LL and PL with further refinement. In this regard 70 fine- grained soils covering a large range of plasticity were employed. Fall-cone method and rolling-device methodwere employed to determine LL and PL, respectively. The reverse extrusion tests were carried out at least fivedifferent water contents per soil sample. Extrusion pressures were plotted against water content and a curvefitting was applied to data pairs, from which the y-intercept (the coefficient a) and the slope (the coefficieent b)of the curve were determined. Those reverse extrusion coefficients were utilized to determine the representativeextrusion pressures corresponding to LL and PL, as was done by the earlier researchers; however, the degreeof success for the prediction of LL and PL using the representative extrusion pressures was not encouraging.Different from the previously proposed approaches, the reverse extrusion coefficients (i.e., a and b) were subje- cted to a multiple regression analysis along with the results of the conventional testing methods of fall-cone androlling-device to determine the LL and PL as functions of the reverse extrusion parameters. It was shown thatLL and PL can be predicted with a great degree of success using the reverse extrusion coefficients. While a greatmajority of the liquid limits found by using the fall-cone method were predicted with a ±10% error, almost all ofthe plastic limits found by the rolling device were predicted with a ±10% error. This refined investigation on thereverse extrusion test confirmed and proved that the reverse extrusion test is a simple, robust and inexpensivemethod capable of predicting both of two fundamental consistency limits using a single device.

PDF

___

American Society for Testing Materials, 2010. Standard test methods for liquid limit, plastic limit, and plasticity index of soils. ASTM D4318-10, West Conshohocken, PA.
Belviso, R., Ciampoli, S., Cotecchia, V., Federico, A. 1985. Use of the cone penetrometer to determine consistency limits. Ground Engineering 18(5), 21- 22.
BSI, 1990. Methods of test for civil engineering purposes classification tets (BS1377-2). British Standard Institution (BSI), London, UK.
CAN/BNQ, 1986. Soils determination of liquid limit by the Swedish düşen koni (fall-cone) penetrometer method and determination of plastic limit: CAN/ BNQ 2501-092-M-86, Canadian Standards Asspciation and Bureau de Normalization du Quebec, Rexdale, Ont.
Casagrande, A. 1932. Research on the Atterberg limits of soils: Public Roads, 13, 3, 121-130.
Casagrande, A. 1958. Notes on the design of liquid limit device: Geotechnique 8, 2, 84-91.
Clayton, C. R. I., Matthews, M. C., Simons, N. E. 1995. Site investigation: Blackwell Science, 584 p.
Dolinar, B. 2010. Predicting the normalized, undrained shear strength of saturated fine-grained soils using plasticity-value correlations: Applied Clay Science 47, 428-432.
Haigh, S. K. 2012. Mechanics of the Casagrande liquid limit test: Canadian Geotechnical Journal 49, 1015-1023.
ISI, 1985. Determination of liquid and plastic limits (2270) I In Indian Standard Method of Test for Soils, Part 5, Indian Standards Institution (ISI), New Delhi, India.
Johnston, M. M., Strom, W. E. Jr. 1968. Results of second division laboratory testing program on standard soil samples: Misc. Paper, 3-978, U.S. army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.
Kayabali, K., Tufenkci, O. O. 2007. A different perspectıve for the determination of soil consistence limits: International Symposium on Geotechnical Engineering, Ground Improvement and Geosynthetics for Human Security and Environmental Preservation, Bangkok, Thailand, 423-432.
Kayabali K., Tufenkçi, O. O. 2010. Determination of plastic and liquid limits using the reverse extrusion technique: Geotechnical Testing Journal 33(1), 14- 22.
Kayabalı, K. 2012 An alternative testing tool for plastic limit: Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 17(O), 2107-2114.
Lee, L. T., Freeman, R. B. 2007. An alternative test method for assessing consistency limits. Geotechnical Testing Journal 30(4), 1-8.
Medhat, F. , Whyte, I. L., 1986. An appraisal of soil index tests. Geological Society, Engineering Geology Special Publication, 2, 317-323.
Prakash, K., Sridharan, A. 2006. Critical appraisal of the cone penetration method of determining soil plasticity. Can. Geotech. J. 43, 884-888.
Sherwood, P. T. 1970. The reproducibility of the results of soil classification and compaction tests: Report LR 339, Crowthorne, Road Research Laboratory.
Sherwood, P. T., Ryley, M. D. 1970. An investigation of a cone-penetrometer method for the determination of the liquid limit. Geotechnique 20, 2, 203-208.
Sivakumar, V., Glynn, D., Cairns, P., Black, J. A. 2009. A new method of measuring plastic limit of fine materials. Geotechnique 59, 10, 813-823.
Timar, A. 1974. Testing the plastic properties of cohesive and intermediate-type soils by extrusion. Acta Tech. Ac. Sci. Hungary 76 (3-4), 355-370.
Wasti, Y., Bezirci, M. H. 1986. Determination of the consistency limits of soils by the düşen koni (fall- cone) test. Canadian Geotechnical Journal 23, 241-246.
Whyte, I. L. 1982. Soil plasticity and strength a new approach for using extrusion. Ground Engineering 15(1), 16-24.
Wood, D. M. 1982. Cone penetrometer and liquid limits. Geotechnique 32, 2, 152-157.
Wroth, C. P., Wood, D. M. 1978. The correlation of index properties with some basic engineering properties of soils. Canadian Geotechnical Journal 15(2), 137-145.