Nota important d’experts: Aquest article és una revisió educativa d’arxiu i no és un estudi geotècnic, una norma de laboratori vàlida, un càlcul de bases o un manual d’instruccions. Els termes, procediments, unitats de mesura, valors, classificacions i referències originals a “la nostra normativa” es van transferir sense comprovar el compliment de les normes i normatives aplicables. Les proves del sòl, l’elecció del mètode, la interpretació dels resultats i les decisions de disseny han de ser realitzades per experts geotècnics autoritzats i el laboratori adequat per a un objecte i ubicació específics.
El tema de la compressibilitat del sòl no forma part de la nova oferta pública de Savo Kusić. El focus de producció actual consisteix en finestres de fusta, finestres de fusta i alumini i portes fetes a mida. Per a un projecte específic de finestra o porta, podeu enviar sol·licitud de pressupost.
Base de la prova de l’edòmetre
La compressibilitat del sòl es determina mitjançant una prova de compressió amb dilatació lateral impedida, que també s’anomena prova d’edòmetre o prova de consolidació.
La prova es realitza amb mostres no pertorbades, i en alguns casos amb mostres alterades. En el primer cas, la mostra de prova es pren prement anells metàl·lics en una mostra més gran i sense molèsties, que després s’introdueix a l’aparell juntament amb l’anell després de tallar l’excés de mostra i anivellar les seves superfícies amb les vores del cilindre. En el segon cas, l’anell s’omple amb la mostra en estat de consistència al punt de fluència i en aquest estat s’introdueix a l’edòmetre.
La prova es realitza amb l’aparell que va ser construït per primera vegada per Terzaghi i anomenat oedòmetre. Avui dia, hi ha diverses construccions diferents d’aquest aparell, però totes es basen en el mateix principi, provant la compressió d’una mostra de sòl sota càrrega amb una expansió lateral impedida.
Oedòmetre: descripció del dispositiu
Fig. 1. Odòmetre
Oedòmetre consisteix en un cilindre metàl·lic en el qual la mostra es troba entre dues pedres de filtre (fig. 1). La mostra s’introdueix a l’aparell en un anell metàl·lic amb un diàmetre de 7-10 cm i una alçada de 1-4 cm. La càrrega P es transfereix a la mostra mitjançant la pedra de filtre superior. A sota de la pedra del filtre inferior, hi ha canals a la part inferior del cilindre per drenar l’aigua de la mostra al tub capil·lar, així com per al subministrament d’aigua. Atès que la compressió de la mostra es fa a costa dels porus, perquè les partícules sòlides del sòl i l’aigua dels porus són pràcticament incompressibles, cal assegurar-se que l’aigua drena de la mostra durant la prova, fet que és possible mitjançant una pedra filtrant, un canal i un tub capil·lar.
A la part esquerra del dispositiu hi ha una canonada de subministrament d’aigua amb una aixeta davant del cilindre, mentre que al costat dret hi ha un tub capil·lar, amb una aixeta darrere del cilindre. El tub capil·lar també serveix per determinar el coeficient de permeabilitat del sòl k.
Prova
Quan la mostra es col·loca al cilindre i l’aparell està muntat, tanqueu l’aixeta esquerra, el subministrament d’aigua i obriu l’aixeta dreta, perquè l’aigua flueixi al tub capil·lar. Després s’aproxima la càrrega de la mostra, que s’aplica gradualment. Normalment s’apliquen les càrregues següents:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2i més amunt fins a la càrrega de sòl més alta que s’esperava sota l’edifici, majoritàriament fins a10kp/cm2, i amb preses encara pot ser més20kp/cm2. A cada nivell de càrrega, en el moment de la seva aplicació, s’inicia un cronòmetre i en determinats intervals de temps15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, després cada més24h, fins a la consolidació de la mostra sota aquest nivell de càrrega, es llegeix al comparador el corresponent assentament en mil·lèsimes de mil·límetre i s’anota a l’expedient. S’assumeix que s’ha aconseguit la consolidació si l’assentament de la mostra és Δh ≤0,02 mmper l’època de24hora. Després d’aconseguir la consolidació, s’aplica el següent nivell de càrrega i es repeteix tot el procediment de la mateixa manera i així successivament fins al nivell final de càrrega.
La prova de consolidació amb dilatació lateral impedida es realitza amb càrrega i descàrrega, per tal de determinar les propietats elàstiques del sòl. Un cop carregada la mostra fins a un cert grau, la descarreguem amb la mateixa gradualitat que la vam carregar. El relleu se sol fer després2,0kp/cm2,4,0kp/cm2i6,0kp/cm2.
Com a regla general, la prova es realitza amb la mostra sota l’aigua, que es manté al tub de vidre esquerre a l’alçada de la superfície superior de la mostra de l’aparell. La prova de la compressibilitat de la mostra en presència d’aigua es fa per aquest motiu, perquè la prova triga molt de temps i la mostra s’asseca durant aquest temps, com a conseqüència la compresibilitat de la mostra seria inferior a la compressibilitat real del sòl en el seu estat d’humitat natural. A més, la humitat natural del sòl pot ser superior a la que era en el moment del mostreig, especialment quan el nivell de les aigües subterrànies augmenta, cosa que podria provocar una desviació significativa de la compressibilitat real del sòl durant el període de temps d’alt nivell d’aigua.
Els resultats de la prova s’apliquen a tres tipus de diagrames, és a dir, el diagrama de compressió relativa, el diagrama de canvi del coeficient de porositat i el diagrama de liquidació temporal.
Diagrama de compressió relativa
Aquest diagrama s’obté quan s’aplica una pressió normal a la mostra a l’eix d’abscisses σ = P/A, on P és la càrrega que actua sobre la mostra a través de la pedra filtrant superior en kp/cm2, A és l’àrea de la secció transversal de l’aparell, i la mostra en la compressió relativa de l’aparell, axi és la compressió relativa de l’aparell. Δh/h on Δh és l’assentament de la mostra sota càrrega Δσ durant la consolidació, h alçada de la mostra abans de la càrrega (fig. 2).
Fig. 2. Diagrama de compressió relativa
Durant la càrrega, s’obté diagrama de compressió primària a.
Durant la descàrrega, si s’habilita la captació d’aigua sense obstacles, de manera que la mostra va romandre sota l’aigua durant la descàrrega, torna al seu estat original, és a dir, inflor. Tanmateix, la mostra no torna al seu estat inicial, la qual cosa significa que ha patit una deformació plàstica (permanent) a més d’una elàstica. Per tant, en aquest cas, s’obté el diagrama d’inflat b durant la descàrrega. Tanmateix, si la prova es va realitzar sense rebre aigua, en comptes d’un diagrama d’inflor, l’anomenat diagrama d’elasticitat.
Si la mostra es torna a carregar després de la descàrrega, s’obté el diagrama de compressió secundària c. El diagrama d’inflor i el diagrama de compressió secundària c formen un bucle d’histèresi entre ells. A l’argila, els bucles d’histèresi són importants i, per tant, la deformació a la zona d’inflor i compressió secundària (diagrames b i c) no es consideren elàstiques, sinó reversibles, ja que no són proporcionals a la càrrega segons la llei de Hooke. Les deformacions a la zona de compressió primària (diagrama a) a la part on no van tornar són permanents (irreversibles).
Mòdul de compressibilitat del sòl
A partir del diagrama de compressió relativa, obtenim segons la llei de Hooke de manera anàloga al mòdul d’elasticitat de Jung E per a un material elàstic, el mòdul de compressibilitat del sòl Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
on Δσ és l’increment de càrrega, Δh/h és la compressió relativa corresponent, que es pren del diagrama de compressió primària a (fig. 2).
El mòdul de compressibilitat del sòl Ms difereix del mòdul d’elasticitat E d’un material elàstic, perquè Ms no és constant per a un mateix material sinó que és variable i augmenta amb la càrrega normal σ. Per tant, només es pot donar un valor específic del mòdul de compressibilitat Ms per a un interval estret de càrrega normal del sòl Δσ. Si el valor del mòdul Ms és superior, la compressibilitat del sòl és menor i viceversa. D’acord amb la nostra normativa de fundació, s’adopta el següent criteri per al mòdul de compressibilitat del sòl en estat natural:
La classificació següent es manté del text original, inclòs l’interval repetit 100-400 kp/cm2. No s’ha comprovat ni harmonitzat amb la normativa vigent.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 sòl extremadament compressible
Ms = 20 - 50 kp/cm2 sòl molt compressible
Ms = 50 - 100 kp/cm2 sòl mitjà compressible
Ms = 100 - 400 kp/cm2 sòl menys compressible
Ms = 100 - 400 kp/cm2 sòl lleugerament compressible
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 sòl lleugerament compressible
Ms > 1000 kp/cm2 sòl molt baix compressible.
Mòdul d’elasticitat del sòl
De la mateixa manera, obtenim el mòdul d’elasticitat del sòl E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
on l’increment de compressió relativa Δh/h es pren del diagrama d’elasticitat del sòl per a l’increment de pressió normal corresponent Δσ.
Sòl normal consolidat i sobreconsolidat
Sl.3. Diagrama de canvis en el coeficient de porositat de la mostra de sòl alterat
Si fem una prova d’edòmetre amb una mostra alterada, que introduïm a l’aparell en el punt de fluència, i tracem els resultats de la prova en el diagrama de la variació del coeficient de porositat e en funció de la pressió σ (Fig.3) el flux de consolidació es representa amb diagrames 1 per a càrrega primària, 2 per alleujar, 3 per a la càrrega secundària fins al límit a de l’extensió de càrrega primària σa i 4 més enllà d’aquest límit.
Diagrama de relleu2i diagrama de compressió secundària3formen un bucle d’histèresi darrere del qual el diagrama4continua en l’extensió del diagrama1, sense trencar, com si no hi hagués descàrrega i recàrrega.
Sl.4. Diagrama de canvi del coeficient de porositat de la mostra de sòl no alterat
Tanmateix, si realitzem la prova de l’edòmetre de la mateixa manera que abans amb una mostra no alterada presa d’una determinada profunditat del sòl (fig.4), diagrama de càrrega secundària3mostrarà a una càrrega específica σb una fractura al punt b, després de la qual el diagrama continuarà4tenen un pendent més elevat. Aquesta fractura es va produir perquè el sòl del qual es va prendre la mostra estava sota una càrrega p=γt més gran que la càrrega de la mostra σ a l’edòmetre. La càrrega p més elevada s’origina pel pes de les capes superiors del sòl existents a la superfície del terreny, que anomenem pressió del sòl, o per la càrrega de les capes de sòl anteriors endudes amb el temps per l’erosió o per la morrena o el gel, que anomenem precàrrega. L’aparició de sobreconsolidació és particularment característica de l’argila, on distingim entre l’argila normalment consolidada i l’argila sobreconsolidada.
Argila normalment consolidada
L’argila normalment consolidada es troba a menys profunditat per sota de la superfície del sòl, que no ha estat prèviament exposada a la precàrrega. Una mostra d’aquesta argila, carregada a l’edòmetre amb càrregues superiors al pes de les capes superiors de “pressió del sòl”, mostra un flux continu de consolidació, sense trencaments en el diagrama de compressió relativa ni en el diagrama de canvi del coeficient de porositat. L’assentament d’aquesta argila sota la càrrega de l’objecte és normal, és a dir, sota una determinada càrrega, l’assentament disminueix amb el temps.
Argila sobreconsolidada
L’argila sobreconsolidada es troba a major profunditat o ha estat sotmesa prèviament a precàrrega. Una mostra d’aquesta argila carregada a l’edòmetre amb una pressió superior a la pressió o precàrrega del sòl mostra una fractura en el diagrama de compressió relativa o en el diagrama de canvi de coeficient de porositat, l’anomenat. fractura geològica g, amb un fort canvi de direcció (Fig.5a). L’assentament d’aquesta argila sota l’estructura és petit per a la càrrega per sota de la pressió del sòl o precàrrega σ1, però es fa significativament més gran per a càrregues superiors a σ1.
Si el trencament geològic no està clarament definit, es determina mitjançant tangents al diagrama (Fig.5b).
Sl.5. Diagrama de canvis en el coeficient de porositat de l’argila sobreconsolidada
Diagrama de liquidació temporal
Aquest diagrama, també anomenat diagrama de consolidació, s’obté quan, per a cada grau de càrrega de la mostra a l’edòmetre, s’aplica el temps t en hores a l’eix d’abscisses, i l’assentament en mm a l’eix d’ordenades (Fig.6a) o en % de la liquidació total (Fig.6b).
Sl.6. Diagrama de liquidació temporal
Els sòls no lligats i lligats es comporten de manera diferent sota càrrega. Els sòls solts, com la sorra, tenen porus grans, dels quals s’extreu ràpidament l’aigua sota càrrega, de manera que el sòl s’assenta ràpidament, amb l’assentament més gran es produeix al començament de la càrrega i arriba a l’assentament final amb una càrrega determinada en un interval de temps relativament curt. Els sòls cohesionats com l’argila tenen porus petits dels quals és difícil esprémer l’aigua sota càrrega. Hi ha dues fases en el procés temporal d’assentament del sòl compactat. En la primera fase, immediatament després d’aplicar la càrrega al sòl, atès que l’aigua no pot sortir dels porus, s’estressa i rep tota la càrrega aplicada. En la segona etapa, l’aigua dels porus estressada comença a sortir sota el seu propi estrès a causa de la càrrega, que es transfereix gradualment a les partícules sòlides del sòl. En aquesta segona fase, les partícules s’uneixen i els porus es redueixen. El procés d’enfonsament continua fins que l’aigua a pressió és forçada a sortir dels porus, és a dir, fins que l’estat d’estrès de l’aigua als porus deixa d’existir. Per tant, la consolidació del sòl és principalment un problema hidrodinàmic, que depèn de la permeabilitat i porositat del sòl. En el cas de l’argila, la permeabilitat de la qual és baixa, el procés de consolidació pot durar molt de temps i, a més, els assentaments poden ser notablement més grans per la major porositat global que en el cas de la sorra. A partir de la prova de consolidació, es pot calcular el temps de liquidació per a tota la durada de la consolidació i en fases individuals.