Dnes se Savo Kusić zaměřuje na dřevěná okna, dřevohliníková okna, okna na zakázku, dveře a žádosti o cenovou nabídku. Tento text zůstává jako geotechnický archiv a není nabídkou pro laboratorní zkoušky, geotechnický návrh nebo zemní práce.
Existuje několik způsobů, jak určit prvky vnitřního odporu zeminy, soudržnosti a úhlu vnitřního tření pomocí laboratorních experimentů, z nichž nejznámější jsou testy přímého smyku a triaxiální komprese.
Zkušenosti s přímým střihem
Zkouška se provádí na aparatuře s pravoúhlým průřezem typu A. Casagrandea nebo na kruhovém aparátu typu Hvorsleva. Popíšeme experiment se zařízením pravoúhlého průřezu, které je nejpoužívanější. V obou případech se zkouška provádí s nenarušeným vzorkem, nebo s narušeným vzorkem na meze kluzu, v tomto případě má zkouška srovnávací hodnotu.
Zařízení pro přímé stříhání pravoúhlého profilu (obr. 1)
Obr. 1_Příčný řez Casagrandeho přímo střižným zařízením_
The device consists of two parts, the upper and lower frame, where the lower one is static, while the upper one is movable and can be moved on the lower one under the influence of the horizontal force Z, which acts on the plane of contact of the upper and lower frame.
Vzorek půdy se umístí do ocelového obdélníkového prstence, obvykle o velikosti 100 × 100 × 30 mm, nebo o rozměrech, které jsou přesně oškrábány. Filtrační kameny jsou umístěny přes horní a spodní část vzorku a poté je vše umístěno do prstence přístroje, který je poté naplněn vodou. Na vzorek je umístěno zařízení pro vertikální zatížení. Horní filtrační kámen je napojen na systém vertikálního zatěžování vzorku, zatímco spodní je napojen na vodní kanály, pomocí kterých může být vzorek během testu udržován v nasyceném stavu, aby se vyloučila zdánlivá soudržnost.
Pro vyloučení tření na styčných plochách mezi horním a spodním rámem existují zařízení se zkrouceným horním rámem, pomocí kterých se horní rám pohybuje účinkem horizontální smykové síly. Styčné plochy horního a spodního rámu jsou navíc potaženy vazelínou. Další komparátor 2 pro registraci vertikálních a horizontálních deformací je součástí zařízení.
Zkouška přímým smykem
Existují hlavně 2 typy přímého smykového testu: rychlý a pomalý test. Quick test spočívá v zatížení vzorku určitým vertikálním tlakem, který obvykle činí 0,50, po zavedení do přístroje; 1,0; 2,0; 3,0 a 4,0 kp/cm2, počkejte na konsolidaci, o které se předpokládá, že byla dosažena, pokud usazení během 24 hodin Δh ≤ 0,02 mm, a poté použijte horizontální smykovou sílu Z 1/20 nebo 1/40 část vertikální síly P, která se každou minutu zvyšuje o stejnou hodnotu, dokud se zem neprolomí. Při působení horizontální střižné síly je průběžně sledován průběh pohybu horního rámu odečítáním na komparátoru a vodorovné deformace jsou zaznamenávány do klády bezprostředně před každým novým zatížením. Okamžik, ve kterém komparátor ukazuje náhlý pohyb, je považován za průlomový.
Rychlý test se aplikuje na jílovité zeminy, jejichž přirozená konsolidace při nové zátěži je pomalá a odpovídá této metodě provádění testu.
Slow se provádí obdobným způsobem jako dříve, jen s tím rozdílem, že horizontální smyková síla roste v delším časovém intervalu, který může být 2, 5 a 15 mminuty nebo až do zpevnění, tedy dokud se horizontální deformace nestanou zcela nevýznamnými Průběh konsolidace působením vodorovné síly je sledován na komparátoru 9 (obr. 1).
Pomalý test se aplikuje na písčitou nebo prašnou půdu, kde by v případě zvýšení horizontální smykové síly v krátkém časovém intervalu došlo ke zrychlení smyku vzorku v přístroji vlivem namáhané vody v pórech, což by neodpovídalo přirozenému procesu. Časový interval se proto prodlužuje s jemností nenavázaných půdních částic, aby bylo možné vyrovnat tlak vody v pórech půdy s vnějším tlakem vody. Tohoto vyrovnání je dosaženo ponecháním dostatečného času působením každé úrovně horizontálního zatížení, takže přebytečná voda v pórech je vytlačena přes filtrační kámen.
Kromě zmíněných zkoušek se v určitých případech provádí rychlá zkouška bez zpevnění při vertikálním zatížení, tj. horizontální smyková síla je aplikována ihned po vložení vzorku do aparatury a zatížení vertikálním zatížením. Tento způsob provedení se však používá za zvláštních podmínek, jako je případ čerstvě instalovaného násypu z jílovité zeminy, který je zatížen bezprostředně po násypu bez předchozího zhutnění.
Určení úhlu vnitřního tření a soudržnosti
Na základě výsledků zkoušek se vypočítá smykové napětí
τ=Z/A v kp/cm²,
, která se získá ze smykové síly Z v kp v okamžiku porušení a plochy průřezu vzorku A v cm². Zkouška se provádí pomocí přístroje 3 až 4 zatíženého různým normálním tlakem σ=P/A v kp/cm², kde P je vertikální zatížení vzorku v kp. Obvykle se berou následující hodnoty normálních tlaků: 1,0; 2,0; 3,0 a 4,0 kp/cm².
Obr. 2. Diagram vodorovných deformací
Na základě diagramu prvků vnitřního tření jsou získány dva typy diagramů 1 a diagram horizontálních deformací (obr. 2).
Graf vodorovných deformací se získá aplikací vodorovného posunutí ΔL v mm horního rámu zařízení na spodní na ose vodorovné, což se získá odečtením komparátoru 9, a na ose pořadnice odpovídající smykové napětí cm²τ na obr. 2).
V závislosti na zhutnění půdy se získá diagram 1 pro zhutněný a diagram 2 pro sypký materiál.
U zhutněného materiálu roste smykové napětí τ zpočátku poměrně prudce ve vztahu k horizontálnímu posunutí ΔL až k hranici úměrnosti P, pak pomaleji, čímž se křivka diagramu 1 zvětšuje a dosahuje maximální výšky B, načež diagram po určité délce klesá, aby nakonec dosáhl vodorovného toku. Oblast přímkového stoupání vodorovného deformačního diagramu, ve které je nárůst smykového napětí úměrný nárůstu deformace, se považuje za oblast elastické deformace. Za hranicí P se nárůst smykového napětí snižuje podle nárůstu deformací ΔL až do nejvyššího bodu B diagramu. V této zóně materiál začíná „téct“ a je přijat jako oblast plastické deformace. Nejvyšší bod B diagramu 1 představuje maximální smykové napětí max τ a předpokládá se, že v tomto bodě dochází k lomu zeminy, tj. že bod B je bodem zlomu. Za bodem B je materiál v kapalném stavu, smyková pevnost klesá a předpokládá se, že v této zóně, kde je spojení mezi částicemi porušeno, je pouze kluzný odpor, který působí proti horizontální smykové síle. Bod G, kde se diagram 1 otáčí do horizontálního směru, je přijat jako posuvná hranice.
Smykové napětí na hranici porušení B se nazývá pevnost ve smyku nebo čistá pevnost ve smyku τf, zatímco smykové napětí na hranici kluzu G se nazývá pevnost ve skluzu τg.
Pro sypký materiál má diagram vodorovného přemístění také elastickou oblast s mezí proporcionality P, ale po proudu je plastická oblast až do meze skluzu G, tj. maximální smykové napětí se rovná mezní pevnosti, kluzu (τ=τg), za kterou je kapalný stav materiálu.
Sl.3. Smykový diagram, a) pro koherentní zeminy, b) pro nesoudržné zeminy
Smykový diagram se získá, když na osu úsečky působí normální tlak σ v kp/cm2a na ose pořadnice odpovídající pevnost ve smyku τf v kp/cm2, kde jsou obě tyto hodnoty aplikovány ve stejném měřítku (obr.3). Protože pevnost ve smyku τf zeminy roste s normálním tlakem σ, bude pro různé tlaky σ1 získat body A, B, C a D, které představují odpovídající smykové pevnosti.
Získat jednotlivé body A, B, C a D na diagramu3pro soudržné půdy (obr.3a), je převzata kluzná pevnost _τ_g. V případě jílovité zeminy však materiál začíná téci dlouho před dosažením meze smyku G a existuje tendence převzít pevnost ve smyku na hranici úměrnosti P pro stanovení soudržnosti c a úhlu vnitřního tření zeminy, ale protože je relativně malá, často se přebírá pevnost ve smyku, pro kterou je deformace ΔL na diagramu.2dvakrát větší než deformace v předchozí fázi zatěžování v aparátu. Tato síla je někde mezi hranicí P a B, tedy G (obr.2).
Spojení bodů A, B, C a D na diagramu 76a poskytuje smykový diagram, který je v úspěšných testech přímkou. Prodloužením diagramu k průsečíku s osou pořadnice pro σ = 0 se na základě Coulombova vzoru τf = c+σ tgϕ získá, že τf = c = soudržnost zeminy, zatímco sklon diagramu směrem k horizontále udává úhel vnitřního tření. Rozšířením smykového diagramu na druhou stranu osy pořadnic se získá napětí v důsledku koheze pk na ose x, kdy velikost koheze c je vyjádřena jako ekvivalent třecího odporu:
c = pk tgϕ, odkud pk = c/tgϕ
Pro nesoudržné půdy, jako je písek, diagram na obr. 3b, který prochází počátkem souřadnic, protože pro σ = 0 dostáváme τ = 0. Pokud je však písek jemnozrnný a mokrý, zobrazí se diagram podobný tomu na obr. 3a, s menší soudržností c, což představuje zdánlivou soudržnost. V tomto případě napětí pk na prodloužené ose úsečky na druhé straně počátku souřadnic představuje kapilární napětí.
Je třeba poznamenat, že stanovení soudržnosti a tření zeminy přímým smykovým testováním má několik nevýhod, z nichž nejdůležitější jsou, že porušení zeminy nastává na předem určeném smykovém povrchu a ne na povrchu nejmenšího smykového odporu, že při smyku vzorku v přístroji se smyková plocha zmenšuje v důsledku pohybu horního rámu, kdy lze sledovat pouze deformace na spodním vzorku po krátké délce, takže kluzný odpor za limitem nemůže v dostatečné míře kontrolovat lom, zejména v případě měkkých zemin, kdy jsou deformace při střihu velké atd.
Test triaxiální komprese
Test se provádí na triaxiálním přístroji, který má různé konstrukce, ale všechny jsou založeny na stejném principu, který je následující. Neporušený vzorek ve formě válečku je umístěn vertikálně na stojan a vystaven bočnímu tlaku kapalné hmoty ze všech stran a následně vertikálnímu tlaku, který se postupně zvyšuje, až dojde k lomu vzorku na povrchu nejmenšího smykového odporu. Na základě smykové pevnosti při přetržení se vypočítá soudržnost a úhel vnitřního tření zeminy.
Popis triaxiálního zařízení
Obr. 4. Triaxiální aparát
Tříosá aparatura (obr. 4) se skládá ze spodní části základní desky komory, na které spočívá stojan vzorku, a z horní části pístu pro vertikální zatížení vzorku a horní desky, která komoru uzavírá. Nejběžnější rozměry vzorku jsou průměr ϕ=36 mm, výška h=2,2-2,5_ϕ_. Průměr komory je D=135mm, výška H = 180 mm. Ze středu stojanu na vzorky začíná úzká trubka K1 pro odvod vzorku ze dna, která přijímá vodu ze vzorku přes porézní desku a odvádí ji mimo komoru do vertikální skleněné trubice C1. Pokud je test prováděn bez vypuštění vzorku, slouží tento kanál k měření tlaku vody v pórech. V bronzové základně komory je kanál K2 pro přívod kapalné hmoty za účelem naplnění komory a dosažení bočního tlaku v komoře na vzorek.
Skrze horní desku komory prochází rukojeť pístu pro vkládání vzorku. Vzorek v komoře je obklopen pryžovou membránou, která je na obou koncích prodloužena a je spojena s pístem a základnou pomocí pryžových kroužků. Uprostřed pístu je kanál K3 pro odvod vzorku z horní strany.
Boky komory jsou hermeticky uzavřeny plexisklovým válcem, který je připevněn k horní a spodní desce komory pomocí pryžových kroužků.
Komora je umístěna na pevném podkladu. Normální zatížení vzorku se provádí pomocí páky se závažími, jejichž poměr je nejčastěji 1: 10. Systém pro dosažení bočního tlaku na vzorek v komoře se skládá z láhve s kapalnou hmotou B, která se do komory přivádí pomocí trubice, manometru pro měření tlaku vzduchu a láhve se stlačeným vzduchem. Nad pístem je umístěn komparátor pro zatěžování vzorku pro měření sedání vzorku pod zatížením.
Boční tlak kapalné hmoty v komoře lze libovolně nastavit pomocí tlaku vzduchu v láhvi B, prostřednictvím ventilů V1 a V2. Tento tlak způsobuje horizontální napětí ve vzorku σ2 a σ3, která se díky kruhovému průřezu vzorku vyrovnají σ2 = σ3.
Tekutou hmotou může být destilovaná voda nebo olej, což je výhodné pro lepší utěsnění, protože voda může procházet šrouby. Kapalná hmota pod vlivem tlaku vzduchu v láhvi B naplní komoru až k ventilu V6, který se následně uzavře. Vertikální zatížení vzorku P, které se téměř bez tření přenáší na vzorek přes rukojeť pístu, děleno plochou průřezu vzorku A dává vertikální napětí σ1 = P/A
Provedení testu triaxiální komprese
Zkušební vzorek se zpracovává v samostatné aparatuře tak, že se získá váleček o průměru 36 mm, výšce 78 mm nebo 90 mm, na který jsou shora a zespodu umístěny filtrační kameny a nasazena pryžová membrána. Poté se vzorek spolu s filtračními kameny umístí na stojan v komoře, konce, pryžové membrány se přetáhnou přes stojan a nakládací píst a zajistí se pryžovými kroužky. Podle praxe některých laboratoří, např. prof. Skemptona v Londýně, se vypouštění vzorku v komoře během testu urychluje obložením boků vzorku filtračním papírem, který se umístí před natažením pryžové membrány. Když je vzorek vložen do přístroje a válec z plexiskla je upevněn v horní a spodní desce, je možné provést testy, které lze provést několika způsoby, například takto:
-
Zkoušky bez odvodnění. Při těchto zkouškách není vypouštění vzorku během provádění bočního a vertikálního testu povoleno, zatímco ventily V4 a V5 jsou uzavřeny.
-
Neodvodněné testy s konsolidací. Během aplikace bočního tlaku je vzorek vypuštěn (ventily V4 a V5 jsou otevřené), zatímco během aplikace vertikálního tlaku není drenáž povolena (V4 a V5 jsou uzavřeny).
3_) Odkapané vzorky_. Vzorek je po celou dobu testu odvodňován (ventily V4 a V5 jsou otevřené), aby došlo k úplnému zpevnění a nevznikla v pórech namáhaná voda při aplikaci vertikálního tlaku σ1. Tato zkouška trvá dlouho, zvláště u špatně propustné zeminy, protože vertikální zatížení σ1 musí být prováděno ve velkém počtu malých etap a v každé fázi je nutné čekat na zpevnění. Kromě toho lze uvedené testy provádět s nasycenými a částečně nasycenými vzorky_._
S ohledem na výše uvedené možnosti mohou být zkoušky triaxiálním tlakem provedeny v různých variantách a upraveny podle typu zeminy při zatížení.
Popsaná zařízení, procedury, jednotky, hodnoty a vzory jsou přeneseny z historického zdroje. Text není geotechnickou studií, laboratorním protokolem, projektem založení, dokladem stability svahu ani výkopovým plánem. Výběr vzorku a zkušební metody, stav odvodnění a zpevnění, podzemní voda, režim zatížení, seismické vlivy a bezpečnost výkopu musí být stanoveny pro konkrétní zeminu a stavbu podle platných předpisů s příslušnou laboratoří a autorizovaným geotechnickým odborníkem.