Vigtig ekspertbemærkning: Denne artikel er en arkivalisk pædagogisk gennemgang og er ikke en geoteknisk undersøgelse, en gyldig laboratoriestandard, en funderingsberegning eller en instruktionsmanual. De originale termer, procedurer, måleenheder, værdier, klassifikationer og referencer til “vores regler” blev overført uden at kontrollere overholdelsen af gældende standarder og regler. Jordprøver, valg af metode, fortolkning af resultater og designbeslutninger skal udføres af autoriserede geotekniske eksperter og det relevante laboratorium for en bestemt genstand og placering.
Emnet om jordsammentrykkelighed er ikke en del af det nye offentlige tilbud fra Savo Kusić. Det nuværende produktionsfokus består af trævinduer, træ-aluminiumsvinduer og skræddersyede døre. For et specifikt vindues- eller dørprojekt kan du sende anmodning om tilbud.
Grundlag for ødometertest
Kompressibiliteten af jorden bestemmes ved en kompressionstest med forhindret lateral ekspansion, som også kaldes en ødometertest eller en konsolideringstest.
Testen udføres med uforstyrrede prøver, og i nogle tilfælde med forstyrrede. I det første tilfælde udtages prøven ved at presse metalringe ind i en større, uforstyrret prøve, som derefter føres ind i apparatet sammen med ringen, efter at den overskydende prøve er afskåret og dens overflader jævnet med cylinderens kanter. I det andet tilfælde fyldes ringen med prøven i en tilstand af konsistens ved flydegrænsen, og i den tilstand indføres den i ødometeret.
Testen udføres ved hjælp af det apparat, der først blev konstrueret af Terzaghi og kaldet Ødometeret. I dag er der flere forskellige konstruktioner af dette apparat, men de er alle baseret på det samme princip, der tester kompressionen af en jordprøve under belastning med forhindret lateral ekspansion.
Ødometer: enhedsbeskrivelse
Fig. 1. Kilometertæller
Ødometer består af en metalcylinder, hvor prøven er placeret mellem to filtersten (fig. 1). Prøven indføres i apparatet i en metalring med en diameter på 7-10 cm og en højde på 1-4 cm. Belastningen P overføres til prøven via den øverste filtersten. Under den nederste filtersten er der kanaler i bunden af cylinderen til at dræne vand fra prøven ind i kapillarrøret samt til vandforsyning. Da komprimeringen af prøven sker på bekostning af porerne, fordi faste jordpartikler og vand i porerne er praktisk talt ukomprimerbare, er det nødvendigt at sikre, at vandet dræner fra prøven under testen, hvilket er muliggjort ved hjælp af en filtersten, en kanal og et kapillarrør.
På venstre side af apparatet er et vandforsyningsrør med en hane foran cylinderen, mens et kapillarrør er på højre side, med en hane bagved cylinderen. Kapillarrøret tjener også til at bestemme jordpermeabilitetskoefficienten k.
Test
Når prøven er placeret i cylinderen, og apparatet er samlet, lukkes venstre hane, vandtilførslen, og den højre hane åbnes, så vandet kan strømme ind i kapillarrøret. Derefter nærmes prøvens belastning, som påføres gradvist. Følgende belastninger påføres normalt:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2og videre op til den højeste jordbelastning, der forventes under bygningen, mest op til10kp/cm2, og med dæmninger kan det blive endnu mere20kp/cm2. Ved hvert belastningsniveau startes et stopur på tidspunktet for dets anvendelse og med bestemte tidsintervaller15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, så hver gang videre24h, indtil konsolideringen af prøven under dette belastningsniveau, aflæses den tilsvarende afregning i tusindedele af en millimeter på komparatoren og registreres i posten. Konsolidering antages at være opnået, hvis afregningen af prøven er Δh ≤0,02 mmfor tiden24time. Efter konsolidering er opnået, påføres det næste belastningsniveau, og hele proceduren gentages på samme måde og så videre indtil det endelige belastningsniveau.
Konsolideringstesten med forhindret sideudvidelse udføres med på- og aflæsning, for at bestemme jordens elastiske egenskaber. Efter at have indlæst prøven til en vis grad, læsser vi den af med samme gradvished, som vi indlæste den. Aflastning sker normalt bagefter2,0kp/cm2,4,0kp/cm2og6,0kp/cm2.
Som regel udføres testen med prøven under vand, som holdes på det venstre glasrør i højden af den øvre overflade af prøven i apparatet. Afprøvning af prøvens komprimerbarhed i nærværelse af vand udføres af denne grund, fordi testen tager lang tid, og prøven tørrer i løbet af denne tid, hvilket resulterer i, at komprimerbarheden af prøven ville være lavere end den faktiske komprimerbarhed af jorden i dens naturlige fugttilstand. Derudover kan den naturlige jordfugtighed være højere, end den var på prøvetagningstidspunktet, især når grundvandsstanden stiger, hvilket kan føre til en væsentlig afvigelse fra jordens faktiske kompressibilitet i tidsperioden med høj vandstand.
Testresultaterne anvendes på tre typer diagrammer, nemlig det relative kompressionsdiagram, ændringsdiagrammet for porøsitetskoefficienten og tidsafregningsdiagrammet.
Relativt kompressionsdiagram
Dette diagram opnås, når der påføres normalt tryk på prøven på abscisseaksen σ = P/A, hvor P er belastningen, der virker på prøven via den øvre filtersten i kp/cm2, A er tværsnitsarealet af prøven, og i apparatets relative areal, og xi. kompression Δh/h hvor Δh er afregningen af prøven under belastning Δσ under konsolidering, h prøvehøjde før belastning (fig. 2).
Fig. 2. Relativt kompressionsdiagram
Under indlæsning opnås diagram over primær kompression a.
Under aflæsning, hvis uhindret indtagelse af vand er aktiveret, så prøven forblev under vand under aflæsning, vender den tilbage til sin oprindelige tilstand, dvs. Prøven vender dog ikke tilbage til sin oprindelige tilstand, hvilket betyder, at den har gennemgået plastisk (permanent) deformation ud over elastisk. Derfor opnås i dette tilfælde svulmningsdiagrammet b under aflæsning. Men hvis testen blev udført uden at modtage vand, i stedet for et kvældningsdiagram, det såkaldte diagram over elasticitet.
Hvis prøven indlæses igen efter aflæsning, opnås det sekundære kompressionsdiagram c. Kvældningsdiagrammet og det sekundære kompressionsdiagram c danner en hystereseløkke mellem dem. I ler er hysteresesløjferne betydelige, og derfor betragtes deformationen i området for hævelse og sekundær kompression (diagrammer b og c) ikke som elastiske, men reversible, da de ikke er proportionale med belastningen i henhold til Hookes lov. Deformationer i området for primær kompression (diagram a) i den del, hvor de ikke vendte tilbage, er permanente (irreversible).
Jordkomprimeringsmodul
Fra diagrammet over relativ kompression får vi ifølge Hookes lov analogt med Jungs elasticitetsmodul E for et elastisk materiale, jordens komprimerbarhedsmodul Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
hvor Δσ er belastningstilvæksten, Δh/h er den tilsvarende relative kompression, som er taget fra det primære kompressionsdiagram a (fig. 2).
Kompressibilitetsmodulet for jorden Ms adskiller sig fra elasticitetsmodulet E for et elastisk materiale, fordi Ms ikke er konstant for et og samme materiale, men er variabelt og stiger med den normale belastning σ. Derfor kan én specifik værdi af kompressibilitetsmodulet Ms kun gives for ét smalt interval af normal jordbelastning Δσ. Hvis værdien af modulet Ms er højere, er jordens kompressibilitet lavere og omvendt. I henhold til vores funderingsbestemmelser er følgende kriterium for kompressibilitetsmodulet for jorden i dens naturlige tilstand vedtaget:
Klassifikationen nedenfor er overført fra den originale tekst, inklusive det gentagne interval 100-400 kp/cm2. Det er ikke blevet kontrolleret eller harmoniseret med gældende regler.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 ekstremt komprimerbar jord
Ms = 20 - 50 kp/cm2 meget komprimerbar jord
Ms = 50 - 100 kp/cm2 medium komprimerbar jord
Ms = 100 - 400 kp/cm2 mindre komprimerbar jord
Ms = 100 - 400 kp/cm2 let komprimerbar jord
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 let komprimerbar jord
Ms > 1000 kp/cm2 meget lav komprimerbar jord.
Jordelasticitetsmodul
På samme måde får vi jordens elasticitetsmodul E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
hvor det relative kompressionstilvækst Δh/h er taget fra jordelasticitetsdiagrammet for det tilsvarende normale tryktilvækst Δσ.
Normal konsolideret og overkonsolideret jord
Sl.3. Diagram over ændringer i porøsitetskoefficienten for den forstyrrede jordprøve
Hvis vi udfører en ødometertest med en forstyrret prøve, som vi indtastede i apparatet ved flydegrænsen, og vi plotter resultaterne af testen på diagrammet over ændringen i porøsitetskoefficienten e afhængigt af trykket σ (fig.3) konsolideringsstrømmen er repræsenteret af diagrammer 1 for primær belastning, 2til lindring, 3 for den sekundære belastning op til grænsen a for den primære belastningsforlængelse σa og 4 ud over denne grænse.
Reliefdiagram2og sekundært kompressionsdiagram3danner en hystereseløkke bag hvilken diagrammet4fortsætter i forlængelse af diagrammet1, uden at gå i stykker, som om der ikke var nogen af- og pålæsning.
Sl.4. Diagram over ændring af porøsitetskoefficient for uforstyrret jordprøve
Men hvis vi udfører ødometertesten på samme måde som før med en uforstyrret prøve taget fra en vis dybde af jorden (fig.4), diagram for sekundær belastning3vil vise ved én bestemt belastning σb et brud i punkt b, hvorefter diagrammet fortsætter4har en højere hældning. Dette brud opstod, fordi jorden, hvorfra prøven blev taget, var under en større belastning p=γt end belastningen af prøven σ i ødometeret. Den højere belastning p stammer fra vægten af de eksisterende øvre jordlag til overfladen af terrænet, som vi kalder jordtryk, eller fra belastningen af tidligere jordlag, der over tid er båret væk af erosion eller fra morænejord eller is, som vi kalder forbelastning. Fremkomsten af overkonsolidering er særligt karakteristisk for ler, hvor vi skelner mellem normalt konsolideret og overkonsolideret ler.
Normalt konsolideret ler
Normalt er konsolideret ler på mindre dybder under jordoverfladen, som ikke tidligere har været udsat for forbelastning. En prøve af dette ler, belastet i ødometeret med belastninger større end vægten af de øvre “jordtryk”-lag, viser en kontinuerlig strøm af konsolidering uden brud i det relative kompressionsdiagram eller i diagrammet for ændring af porøsitetskoefficienten. Afsætningen af dette ler under belastningen af objektet er normal, dvs. under en vis belastning falder sætningen over tid.
Overkonsolideret ler
Overkonsolideret ler er på større dybder eller har tidligere været udsat for forbelastning. En prøve af dette ler belastet i ødometeret med et tryk større end jordtrykket eller forbelastningen viser et brud på det relative kompressionsdiagram eller på porøsitetskoefficientændringsdiagrammet, det såkaldte. geologisk brud g, med en stærk retningsændring (fig.5en). Aflejringen af dette ler under strukturen er lille for belastningen under jordtrykket eller forbelastningen σ1, men bliver væsentligt større for belastninger over σ1.
Hvis det geologiske brud ikke er klart defineret, bestemmes det ved hjælp af tangenter til diagrammet (fig.5b).
Sl.5. Diagram over ændringer i porøsitetskoefficient for overkonsolideret ler
Tidsafregningsdiagram
Dette diagram, også kaldet konsolideringsdiagrammet, opnås, når, for hver belastningsgrad af prøven i ødometeret, tiden t i timer påføres abscisseaksen, og afregningen i mm til ordinataksen (fig.6a) eller i % af den samlede afregning (fig.6b).
Sl.6. Tidsafregningsdiagram
Ubundet og bundet jord opfører sig forskelligt under belastning. Løs jord, som fx sand, har store porer, hvorfra vand hurtigt presses ud under belastning, så jorden sætter sig hurtigt, hvor den største sætning sker i begyndelsen af belastningen og når den endelige sætning ved en given belastning i et relativt kort tidsinterval. Sammenhængende jorde som ler har små porer, hvorfra vand er svært at presse ud under belastning. Der er to faser i tidsprocessen med komprimeret jordafsætning. I den første fase, umiddelbart efter påføring af belastningen på jorden, da vandet ikke kan strømme ud af porerne, bliver det belastet og modtager hele den påførte belastning. I anden fase begynder det belastede porevand at skubbe ud under sin egen belastning på grund af belastningen, som gradvist overføres til de faste jordpartikler. I denne anden fase samles partiklerne, og porerne krymper. Indsynkningsprocessen fortsætter, indtil trykvandet presses ud af porerne, dvs. indtil den belastede vandtilstand i porerne ophører med at eksistere. Jordbundskonsolidering er derfor primært et hydrodynamisk problem, som afhænger af jordens permeabilitet og porøsitet. Ved ler, hvis permeabilitet er lav, kan konsolideringsprocessen tage meget lang tid, og derudover kan sætningerne være væsentligt større på grund af den højere samlede porøsitet end ved sand. På baggrund af konsolideringstesten kan afregningstidsforløbet beregnes for hele konsolideringens varighed og i enkelte faser.