Περιεχόμενο αρχειακού εμπειρογνώμονα: το άρθρο διατηρεί μια ιστορική επισκόπηση γεωτεχνικών όρων, τύπων και εργαστηριακών διαδικασιών. Δεν είναι γεωτεχνική μελέτη, σχεδιασμός επιχώματος, προδιαγραφές συμπίεσης, σχέδιο ποιοτικού ελέγχου ή υποκατάστατο του τρέχοντος προτύπου. Οι παράμετροι του εδάφους, ο εξοπλισμός, η ενέργεια συμπίεσης, τα κριτήρια αποδοχής και οι ασφαλείς μέθοδοι εργασίας καθορίζονται από εξουσιοδοτημένο γεωτεχνικό μηχανικό και διαπιστευμένο εργαστήριο με βάση το συγκεκριμένο έδαφος και αντικείμενο.
Σήμερα, ο Savo Kusić επικεντρώνεται στα ξύλινα παράθυρα, παράθυρα από ξύλο-αλουμίνιο, προσαρμοσμένα παράθυρα, πόρτα και αιτήματα για προσφορά. Αυτό το άρθρο παραμένει ως τεχνικό αρχείο και δεν αντιπροσωπεύει προσφορά γεωτεχνικού σχεδιασμού, δοκιμής ή εκτέλεσης χωματουργικών εργασιών.
Συμπίεση χαλαρού εδάφους
Η συμπίεση του χαλαρού εδάφους εξαρτάται από το μέγεθος και το σχήμα των στερεών σωματιδίων, καθώς και από τη δομή του. Στην περίπτωση του μη δεσμευμένου εδάφους, υπάρχουν ορισμένα όρια στα οποία κινούνται οι τιμές του πορώδους n και του συντελεστή πορώδους e για την πιο σπάνια και πυκνότερη δομή.
Εάν το μη δεσμευμένο υλικό στεγνώσει και χύνεται αργά σε ένα ποτήρι, έτσι ώστε να μην συμπιέζεται κατά τη διάρκεια της έκχυσης, λαμβάνεται η σπανιότερη δομή του. Αυτή η δομή αντιστοιχεί στον συντελεστή πορώδους emax, του οποίου η τιμή για την άμμο στο αρχικό κείμενο είναι εντός των ορίων:
max =0,7-1,0.
Αν το ίδιο υλικό χυθεί σε ένα ποτήρι ζέσεως σε λεπτές στρώσεις και κάθε στρώση χτυπηθεί με ξύλινο σφυρί μέχρι να σταθεροποιηθεί ο όγκος του, δηλαδή μέχρι να σταματήσει να κατακάθεται υπό το πάτημα, προκύπτει η πιο πυκνή δομή του. Αντιστοιχεί στον συντελεστή πορώδους emin, του οποίου η τιμή για την άμμο είναι:
emin = 0,45–0,65.
Η συμπίεση του αδέσμευτου εδάφους εκφράζεται με τη σχετική συμπίεση ID, ένας συντελεστής που δείχνει τον βαθμό συμπύκνωσης του εδάφους σε σχέση με την υψηλότερη συμπίεση:
όπου e είναι ο συντελεστής πορώδους του εδάφους στη φυσική κατάσταση συμπύκνωσης. Οι τελικές τιμές της σχετικής πυκνότητας είναι:
- για την πιο σπάνια δομή e = emax; ID =0;
- για την πιο πυκνή δομή e = emin; ID =1.
Το κριτήριο συμπίεσης αμμώδους εδάφους σύμφωνα με τον Terzaghi στο αρχικό κείμενο είναι:
- αραιά συμπιεσμένη άμμος: ID =0-1/3;
- μέτρια συμπιεσμένη άμμος: ID =1/3–2/3;
- πυκνά συμπιεσμένη άμμος: ID =2/3-1.
Στην περίπτωση επιχωμάτων σε δρόμους και αναχώματα, το κείμενο απαιτεί ID =2/3-1.
Αντί για την προηγούμενη φόρμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η αναλογία όγκων:
όπου V είναι ο όγκος του μη διαταραγμένου δείγματος εδάφους, Vmax είναι ο όγκος της ίδιας ποσότητας εδάφους στην κατάσταση ελάχιστης συμπύκνωσης και Vmin είναι ο όγκος της ίδιας ποσότητας εδάφους στην κατάσταση μέγιστης συμπύκνωσης.
Όριο εφαρμογής: ιστορικές ταξινομήσεις και όροι δεν επιτρέπεται να μεταφερθούν απευθείας στο έργο ή στο εργοτάξιο. Ο τύπος του εδάφους, η μέθοδος δειγματοληψίας, η κατάσταση του δείγματος, το ισχύον πρότυπο και η απαίτηση του έργου ενδέχεται να αλλάξουν τη μέθοδο και τα κριτήρια.
Συμπίεση δεσμευμένου εδάφους
Με δεσμευμένο χώμα, η συμπύκνωση δεν εξαρτάται μόνο από το μέγεθος και το σχήμα των στερεών συστατικών και τη δομή του, αλλά και από τη συνοχή. Λόγω της συνοχής, τα στερεά σωματίδια είναι κολλημένα μεταξύ τους, επομένως η συμπίεση του νερού από τους πόρους κατά τη συμπύκνωση είναι πολύ πιο δύσκολη από ό,τι με το μη δεσμευμένο έδαφος, του οποίου τα σωματίδια κινούνται πιο εύκολα υπό φορτίο.
Κατά τη συμπίεση του δεσμευμένου εδάφους, η ποσότητα του νερού έχει μεγάλη σημασία. Με συμπίεση, το νερό ωθείται έξω από τους πόρους και το πάχος του φιλμ νερού μειώνεται. Το πορώδες μειώνεται και η αντοχή σε διάτμηση και η χύδην πυκνότητα αυξάνονται. Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα, τόσο περισσότερα στερεά και λιγότεροι πόροι ανά μονάδα όγκου. Αυτή η αναλογία υιοθετήθηκε ως βάση για την αξιολόγηση της συμπίεσης του δεσμευμένου εδάφους. Ο έλεγχος συμπίεσης στο κείμενο πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ξηρό ογκομετρικό βάρος:
γd = Wd / V [N/cm3]
όπου Wd είναι το βάρος ενός πλήρως αποξηραμένου δείγματος εδάφους σε N και V είναι ο όγκος του ίδιου δείγματος σε συμπαγή κατάσταση πριν από την ξήρανση, σε cm3.
Proctor’s Trial
Το τεστ Proctor χρησιμεύει για τον προσδιορισμό της σχέσης μεταξύ της ποσότητας νερού στο έδαφος και της συμπίεσής του. Καθορίζει τη βέλτιστη υγρασία, δηλαδή την υγρασία στην οποία το συμπιεσμένο έδαφος δίνει το μέγιστο ξηρό ογκομετρικό βάρος για μια δεδομένη ενέργεια συμπύκνωσης.
Ιστορικά περιγραφόμενη συσκευή Proctor (Εικ1) αποτελείται από μεταλλικό κύλινδρο με εσωτερική διάμετρο Ø =10 cm, ύψος12 cm(εικόνα1_a_), μια συνέχεια ενός κυλίνδρου ίδιας διαμέτρου ύψους10 cm(εικόνα1_b_) και διάμετρος μεταλλικού κριού5 cm, βάρος2,5Ν, σε κυλινδρικό οδηγό ελαφρώς μεγαλύτερης διαμέτρου. Ο οδηγός είναι ανοιχτός στο κάτω άκρο και κλειστός στο πάνω άκρο, με ελαφρώς φαρδύτερο άνοιγμα για να περνάει η λαβή του κριαριού (εικόνα1_ντο_). Το κάτω άκρο του κυλίνδρου τοποθετείται σε μεγαλύτερη μεταλλική πλάκα και στερεώνεται κατά τη διάρκεια της συμπίεσης.
Το δείγμα ξηραίνεται σύμφωνα με την αρχική διαδικασία και κοσκινίζεται μέσω κόσκινου5 mmγια να αποφευχθεί η επίδραση των μεγάλων κόκκων. Στη συνέχεια αναμιγνύεται με μια ποσότητα νερού που δεν πρέπει να είναι τόσο πολύ ώστε το δείγμα να γίνει χυλό, ούτε τόσο μικρή ώστε το δείγμα να μην μπορεί να υποστεί επεξεργασία. Πρώτα, ένα στρώμα με ύψος περίπου8 cmσε μη συμπιεσμένη κατάσταση και εμβολιασμένο με25κτυπήματα ομοιόμορφα κατανεμημένα στην επιφάνεια. Η κρούση εκτελείται με ελεύθερη πτώση του σφυριού από ύψος30 cm. Εφαρμόζεται ένα νέο στρώμα πάχους8 cm, χρεώσεις με καινούργια25χτυπά και επαναλαμβάνει τη διαδικασία με το τρίτο στρώμα. Μετά την ολοκλήρωση, η προέκταση αφαιρείται, η επιφάνεια του δείγματος ευθυγραμμίζεται με την άκρη του κάτω κυλίνδρου και αφαιρείται η περίσσεια χώματος. Στη συνέχεια αφαιρείται δείγμα συμπιεσμένου εδάφους και προσδιορίζεται η πυκνότητα ξηρού όγκου γd και η περιεκτικότητα σε υγρασία w.
Εικόνα1— Το πείραμα του Proctor.
Το πείραμα επαναλαμβάνεται 5 έως 6 φορές, πάντα με φρέσκο, μη επεξεργασμένο υλικό από το ίδιο δείγμα, αλλά με διαφορετική ποσότητα νερού, προκειμένου να ληφθούν διαφορετικές τιμές για γd και w. Η υγρασία του εδάφους w εφαρμόζεται στην τετμημένη του διαγράμματος και το βάρος ξηρού όγκου γd στην τεταγμένη (εικόνα 2). Τα συνδεδεμένα σημεία δίνουν μια καμπύλη που δείχνει ότι η ξηρή χύδην πυκνότητα πρώτα αυξάνεται με την υγρασία στο μέγιστο και στη συνέχεια μειώνεται. Η υγρασία wopt που αντιστοιχεί στη μέγιστη ξηρή χύδην πυκνότητα max γd ονομάζεται βέλτιστη υγρασία. Στο κείμενο, γίνεται αποδεκτό ότι σε αυτή την υγρασία, επιτυγχάνεται η υψηλότερη συμπίεση για μια δεδομένη ενέργεια συμπίεσης. Η δοκιμή που πραγματοποιείται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται standard Proctor’s test.
Εικόνα 2 — Διάγραμμα Proctor.
Ασφάλεια και πρότυπο εργαστηρίου: Οι διαστάσεις της συσκευής, η μάζα και η πτώση του κρότου, ο αριθμός στρωμάτων και κρούσεων και η προετοιμασία του δείγματος είναι ιστορικά δεδομένα που μεταδίδονται εδώ, όχι μια αυτόνομη οδηγία. Μια έγκυρη διαδικασία πρέπει να ορίζει το κατάλληλο πρότυπο και εργαστηριακό σχέδιο. Το στέγνωμα, το κοσκίνισμα και το συμπίεση ενέχουν κινδύνους από σκόνη, αιωρούμενα σωματίδια, τσιμπήματα και τραυματισμό από πρόσκρουση. Απαιτείται κατάλληλος εξοπλισμός, προστασία και εκπαιδευμένος χειριστής.
Επίδραση του μεγέθους κόκκου πάνω από 5 mm
Στο αρχικό κείμενο, αναφέρεται ότι οι κόκκοι μεγαλύτεροι από 5 mm δεν έχουν σημαντικό αντίκτυπο εάν αποτελούν το 25% της συνολικής μάζας. Εάν υπάρχουν περισσότερα από 25%, η επιρροή τους θα πρέπει να ληφθεί υπόψη με τον υπολογισμό του ξηρού ογκομετρικού βάρους του μείγματος χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αναλογικότητας ή την τροποποιημένη δοκιμή Proctor.
Υπολογισμός με μέθοδο αναλογικότητας
Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, το ξηρό ογκομετρικό βάρος του μίγματος του εδαφικού υλικού γdm υπολογίζεται με βάση την αναλογική αναπαράσταση κόκκων μεγαλύτερου και μικρότερου μεγέθους.5 mm:
που είναι:
- γd — ξηρό ογκομετρικό βάρος του υλικού που πέρασε από το άνοιγμα του κόσκινου5 mm;
- γsc — ογκομετρικό βάρος στερεών σωματιδίων που παραμένουν στο άνοιγμα του κόσκινου5 mm;
- m — ποσοστό κατά βάρος του υλικού που παραμένει στο άνοιγμα του κόσκινου5 mmσε σχέση με ολόκληρη τη μάζα.
Τροποποιημένο τεστ Proctor
Σύμφωνα με τις εμπειρίες του US Bureau of Reclamation που αναφέρονται στο αρχικό κείμενο, εάν κόκκοι μεγαλύτεροι από5 mmαλλάζω1/3να2/3της συνολικής μάζας του εδάφους, η δοκιμή πρέπει να γίνει με τη συνολική μάζα. Δεδομένου ότι δεν είναι δυνατό να γίνει αυτό με επιτυχία σε έναν κύλινδρο διαμέτρου10 cm, χρησιμοποιείται ένας κύλινδρος μεγαλύτερης διαμέτρου στη λεγόμενη modified Proctor test. Το κείμενο περιγράφει έναν κύλινδρο διαμέτρου15,2 cmκαι ύψος23,2 cm, στην οποία η ποσότητα του δείγματος5,5Το kp γεμίζει τρεις περίπου ίσες στρώσεις με po50χτυπάει με βαρύ σφυρί4,53kp και ύψος πτώσης45,7 cm. Εάν το δείγμα περιέχει κόκκους μέχρι20 mm, η δοκιμή πραγματοποιείται με αδιατάρακτο υλικό. Αν περιέχει κόκκους μεγαλύτερους από20 mm, το ποσό των5,5kp του δείγματος κοσκινίζεται από κόσκινο20 mm, και αντικαθιστά το υπόλοιπο στο κόσκινο με υλικό ίδιου μεγέθους5-20 mm.
Εκτός από τη διαδικασία που περιγράφεται με αυτόν τον τρόπο, στο κείμενο κάθε μέθοδος απόδοσης που διαφέρει από την τυπική ονομάζεται επίσης τροποποιημένη δοκιμή Proctor.
Ενέργεια συμπίεσης
Η ενέργεια συμπίεσης του δείγματος στον κύλινδρο Proctor μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση, όπου N είναι ο αριθμός των χτυπημάτων σφύρας, h είναι το ύψος της πτώσης του σφυριού σε m, W είναι το βάρος του σφυριού σε Mp (megapond) και V είναι ο όγκος του δείγματος σε m3.
Με αύξηση της ενέργειας συμπύκνωσης, επιτυγχάνεται μεγαλύτερη συμπύκνωση του δείγματος, μειώνεται το πορώδες του, δηλαδή η ποσότητα νερού στο έδαφος και αυξάνεται το βάρος ξηρού όγκου. Για ενέργειες συμπίεσης Ε1, Ε2, Ε3και Ε4λαμβάνονται τα αντίστοιχα διαγράμματα Proctor στο σχήμα3. Όλα τα διαγράμματα αρχίζουν ασυμπτωτικά με ένα διάγραμμα κορεσμού, που ονομάζεται επίσης διάγραμμα0%των πόρων του αέρα όταν όλοι οι πόροι είναι γεμάτοι με νερό, δηλ5%των πόρων του αέρα όταν είναι95%πόροι γεμάτοι με νερό.
Εικόνα3— Διαγράμματα Proctor για διαφορετικές ενέργειες συμπίεσης.
Ένα διάγραμμα κορεσμού μπορεί να κατασκευαστεί σχεδιάζοντας την τετμημένη w = wz = n / γs(1-n), και στην τεταγμένη γd = γs(1-n), όπου n είναι το πορώδες του εδάφους και γs είναι το βάρος όγκου των στερεών σωματιδίων του δεδομένου εδάφους. Από αυτό προκύπτει ότι η ενέργεια συμπίεσης μπορεί να ρυθμιστεί για να επιτευχθεί η επιθυμητή συμπύκνωση. Για τον έλεγχο της συμπύκνωσης του φυσικού εδάφους ή ενός συμπιεσμένου αναχώματος, ο δείκτης συμπίεσης Iz υιοθετείται συχνά στο κείμενο, ο λόγος του ξηρού ογκομετρικού βάρους του δεδομένου εδάφους ή του επιχώματος γd προς το ογκομετρικό βάρος που λαμβάνεται από τον Proctor γp:
Iz = γd / γp.
Σχεδιασμός και έλεγχος στο πεδίο: η εργαστηριακή καμπύλη από μόνη της δεν επιβεβαιώνει την ποιότητα του παραγόμενου στρώματος. Η δειγματοληψία, το πάχος του στρώματος, ο τύπος και ο αριθμός διελεύσεων του μηχανήματος, η υγρασία, οι μετρήσεις πεδίου, η φέρουσα ικανότητα, η αποστράγγιση, οι παρακείμενες κατασκευές και οι υπόγειες εγκαταστάσεις πρέπει να περιλαμβάνονται στο σχέδιο μελέτης και ελέγχου. Μην πλησιάζετε την περιοχή εργασίας του κυλίνδρου ή άλλων μηχανημάτων χωρίς οργανωμένη σηματοδότηση και έλεγχο πρόσβασης.