Oluline eksperdimärkus: see artikkel on arhiiviõppe ülevaade ega ole geotehniline uuring, kehtiv laboristandard, vundamendi arvutus ega kasutusjuhend. Algsed terminid, protseduurid, mõõtühikud, väärtused, klassifikatsioonid ja viited “meie eeskirjadele” kanti üle ilma kehtivatele standarditele ja eeskirjadele vastavust kontrollimata. Pinnase testimine, meetodi valik, tulemuste tõlgendamine ja projekteerimisotsused tuleb läbi viia volitatud geotehniliste ekspertide ja konkreetse objekti ja asukoha jaoks vastava labori poolt.
Mulla kokkusurutavuse teema ei ole Savo Kusići uue avaliku pakkumise osa. Praegune tootmisfookus koosneb puitakendest, puit-alumiiniumaknadest ja tellimusel valmistatud ustest. Konkreetse akna- või ukseprojekti puhul võite saata pakkumise päring.
Edomeetri testi alus
Pulla kokkusurutavus määratakse kompressioonitestiga, millel on takistatud külgpaisumine, mida nimetatakse ka odomeetri testiks või tihendustestiks.
Katse tehakse häirimatute proovidega, mõnel juhul ka häiritud proovidega. Esimesel juhul võetakse uuritav proov metallrõngaste pressimisega suuremasse segamatusse proovi, mis seejärel pärast üleliigse proovi äralõikamist ja selle pindade silindri servadega tasandamist koos rõngaga aparaadisse söödetakse. Teisel juhul täidetakse rõngas voolavuspiiril konsistentsiga prooviga ja selles olekus sisestatakse see odomeetrisse.
Katse viiakse läbi seadmega, mille Terzaghi valmistas esmakordselt ja mida kutsuti Oedomeetriks. Tänapäeval on sellel aparatuuril mitu erinevat konstruktsiooni, kuid need kõik põhinevad samal põhimõttel, testides pinnaseproovi kokkusurumist koormuse all koos takistatud külgpaisumisega.
Edomeeter: seadme kirjeldus
Joon. 1. Odomeeter
Edomeeter koosneb metallsilindrist, milles proov asub kahe filtrikivi vahel (joonis 1). Proov sisestatakse seadmesse metallrõngas, mille läbimõõt on 7–10 cm ja kõrgus 1–4 cm. Koormus P kantakse proovile ülemise filtrikivi kaudu. Alumise filtrikivi all on silindri põhjas kanalid vee ärajuhtimiseks proovist kapillaartorusse, samuti veevarustuseks. Kuna proovi kokkupressimine toimub pooride arvelt, kuna tahked pinnaseosakesed ja vesi poorides on praktiliselt kokkusurumatud, siis tuleb katse ajal jälgida, et vesi proovist ära voolaks, mis on võimalik tänu filtrikivi, kanali ja kapillaartoru abil.
Seadme vasakul küljel on veevarustustoru, mille kraan on silindri ees, kapillaartoru aga paremal, kraaniga silindri taga. Kapillaartoru abil saab määrata ka pinnase läbilaskvusteguri k.
Testimine
Kui proov asetatakse silindrisse ja seade on kokku pandud, sulgege vasak kraan, veevarustus ja avage parem kraan, et vesi voolaks kapillaartorusse. Seejärel lähenetakse proovi koormusele, mida rakendatakse järk-järgult. Tavaliselt rakendatakse järgmisi koormusi:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2ja edasi kuni hoone all eeldatava maksimaalse pinnasekoormuseni, üldjuhul kuni10kp/cm2, ja tammidega võib seda olla veelgi rohkem20kp/cm2. Igal koormuse tasemel, selle rakendamise hetkel, käivitatakse stopper ja teatud ajavahemike järel15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, siis iga edasi24h, kuni valimi konsolideerumiseni sellel koormustasemel, loetakse komparaatoril vastav vajutus millimeetrites tuhandikes ja salvestatakse kirjesse. Eeldatakse, et konsolideerimine on saavutatud, kui valimi arveldus on Δh ≤0,02 mmajaks24tund. Pärast konsolideerimise saavutamist rakendatakse järgmine koormustase ja kogu protseduuri korratakse samal viisil ja nii edasi kuni lõpliku koormuse tasemeni.
Takistatud külgpaisumisega tihenduskatse tehakse peale- ja mahalaadimisel, et määrata pinnase elastsed omadused. Olles proovi teatud määral laadinud, laadime selle maha sama järk-järgult kui laadisime. Leevendus tehakse tavaliselt pärast2,0kp/cm2,4,0kp/cm2ja6,0kp/cm2.
Reeglina tehakse test vee all oleva prooviga, mida hoitakse vasakpoolsel klaastorul aparaadis oleva proovi ülemise pinna kõrgusel. Proovi kokkusurutavuse testimine vee juuresolekul tehakse sel põhjusel, kuna katse võtab kaua aega ja proov kuivab selle aja jooksul, mille tulemusena oleks proovi kokkusurutavus madalam kui mulla tegelik kokkusurutavus selle loomulikus niiskusseisundis. Lisaks võib mulla looduslik niiskus olla kõrgem, kui see oli proovivõtu ajal, eriti kui põhjavee tase tõuseb, mis võib kõrge veetaseme perioodil kaasa tuua olulise kõrvalekalde mulla tegelikust kokkusurutavusest.
Katsetulemusi rakendatakse kolme tüüpi diagrammidele, nimelt suhtelise tihenduse diagrammile, poorsuse koefitsiendi muutuse diagrammile ja ajalise arvelduse diagrammile.
Suhteline tihendusskeem
See diagramm saadakse siis, kui proovile rakendatakse normaalrõhku abstsissteljele σ = P/A, kus P on proovile ülemise filtrikivi kaudu mõjuv koormus ühikutes kp/cm2, A on proovi suhteline ristlõike pindala, proov ordinaatteljel ja teljel. Δh/h kus Δh on proovi ladestumine koormuse all Δσ konsolideerimise ajal, h proovi kõrgus enne laadimist (joonis 2).
Joon. 2. Suhteline tihendusskeem
Laadimise ajal saadakse esmase tihendamise diagramm a.
Mahalaadimise ajal, kui takistamatu vee sissevõtt on lubatud, nii et proov jäi mahalaadimise ajal vee alla, naaseb see algsesse olekusse, st paisub. Kuid proov ei naase oma algseisundisse, mis tähendab, et see on lisaks elastsusele läbinud plastilise (püsi)deformatsiooni. Seetõttu saadakse sel juhul mahalaadimise käigus paisumisdiagramm b. Kui aga test tehti ilma vett saamata, siis paisumisdiagrammi asemel nn elastsuse diagramm.
Kui proov laaditakse pärast mahalaadimist uuesti, saadakse sekundaarne tihendusdiagramm c. Paisumisdiagramm ja sekundaarne kokkusurumisdiagramm c moodustavad nende vahele hüstereesisilmuse. Savis on hüstereesisilmused olulised ja seetõttu ei peeta deformatsiooni turse ja sekundaarse kokkusurumise piirkonnas (skeemid b ja c) elastseks, vaid pöörduvaks, kuna need ei ole Hooke’i seaduse kohaselt proportsionaalsed koormusega. Deformatsioonid esmase kokkusurumise piirkonnas (skeem a) selles osas, kus need tagasi ei pöördunud, on püsivad (pöördumatud).
Mulla kokkusurutavuse moodul
Suhtelise kokkusurumise diagrammilt saame vastavalt Hooke’i seadusele analoogselt elastse materjali Jungi elastsusmooduliga E pinnase kokkusurumismooduli Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
kus Δσ on koormuse juurdekasv, Δh/h on vastav suhteline kokkusurumine, mis on võetud esmasest kokkusurumise diagrammist a (joonis 2).
Pullase kokkusurumismoodul Ms erineb elastse materjali elastsusmoodulist E, kuna Ms ei ole ühe ja sama materjali puhul konstantne, vaid on muutuv ja suureneb koos normaalkoormusega σ. Seetõttu saab ühe kindla kokkusurutavusmooduli väärtuse Ms anda ainult ühe kitsa normaalse pinnasekoormuse intervalli Δσ kohta. Kui mooduli Ms väärtus on suurem, on pinnase kokkusurutavus väiksem ja vastupidi. Vastavalt meie vundamendimäärustele võetakse pinnase loomulikus olekus kokkusurumismooduli jaoks kasutusele järgmine kriteerium:
Allolev klassifikatsioon on üle kantud algtekstist, sealhulgas korduv intervall 100-400 kp/cm2. Seda ei ole kontrollitud ega ühtlustatud kehtivate määrustega.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 äärmiselt kokkusurutav pinnas
Ms = 20 - 50 kp/cm2 väga kokkusurutav pinnas
Ms = 50 - 100 kp/cm2 keskmiselt kokkusurutav pinnas
Ms = 100 - 400 kp/cm2 vähem kokkusurutav pinnas
Ms = 100 - 400 kp/cm2 kergelt kokkusurutav pinnas
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 kergelt kokkusurutav pinnas
Ms > 1000 kp/cm2 väga madala kokkusurutav pinnas.
Pinnase elastsuse moodul
Samamoodi saame pinnase elastsusmooduli E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
kus suhteline survesamm Δh/h võetakse pinnase elastsuse diagrammist vastava normaalrõhu juurdekasvu Δσ. jaoks
Tavaline tihenenud ja ülekonsolideeritud pinnas
Sl.3. Riirunud pinnaseproovi poorsusteguri muutuse skeem
Kui teeme odomeetri testi häiritud prooviga, mille sisestasime aparatuuri voolavuspiiril, ja kanname katse tulemused poorsusteguri e muutuse diagrammile sõltuvalt rõhust σ (joon.3) konsolideerimisvoogu kujutatakse diagrammidega 1 esmase koormuse jaoks, 2 leevenduseks, 3 sekundaarkoormusele kuni primaarkoormuse laiendi σa piirini a ja 4 üle selle piiri.
Reljeefide diagramm2ja sekundaarne tihendusskeem3moodustavad hüstereesisilmuse, mille taga on diagramm4jätkub diagrammi laienduses1, purunemata, nagu polekski maha- ja ümberlaadimist.
Sl.4. Riibamata pinnaseproovi poorsusteguri muutuse skeem
Kui aga teeme odomeetri testi samamoodi nagu varem segamatu prooviga, mis on võetud teatud sügavusest pinnasest (joon.4), sekundaarkoormuse diagramm3näitab ühe kindla koormuse σb juures punktis b murdumist, mille järel diagramm jätkub4on kõrgema kaldega. See murd tekkis seetõttu, et pinnas, millest proov võeti, oli suurema koormuse all p=γt kui proovi koormus σ odomeetris. Suurem koormus p tuleneb olemasolevate ülemiste mullakihtide massist maastiku pinnale, mida nimetame mullasurveks, või varasemate mullakihtide aja jooksul erosiooniga kaasa kantud koormusest või moreenmullast või jääst, mida nimetame eelkoormuseks. Ülekonsolidatsiooni ilmnemine on eriti iseloomulik savile, kus eristatakse normaalselt tihenenud ja ülekonsolideeritud savi.
Tavaliselt tihendatud savi
Tavaliselt on tihendatud savi madalamal sügavusel maapinnast allpool, mis ei ole eelnevalt kokku puutunud eelkoormusega. Selle savi proov, mis on edomeetrisse laaditud koormustega, mis on suuremad kui ülemiste “pinnase rõhu” kihtide kaal, näitab pidevat tihenemisvoogu, ilma katkestusteta suhtelises survediagrammis või poorsuse koefitsiendi muutuse diagrammis. Selle savi settimine objekti koormuse all on normaalne, s.t teatud koormuse korral settimine aja jooksul väheneb.
Ülekonsolideeritud savi
Ülekonsolideeritud savi on suuremal sügavusel või seda on eelnevalt eelkoormatud. Selle savi proov, mis on edomeetrisse laetud pinnase rõhust või eelkoormusest suurema rõhuga, näitab suhtelisel survediagrammil või poorsuse koefitsiendi muutuse diagrammil murdumist, nn. geoloogiline murd g, tugeva suunamuutusega (joon.5a). Selle savi settimine konstruktsiooni all on pinnase survest ehk eelkoormusest σ allapoole jääva koormuse jaoks väike1, kuid muutub oluliselt suuremaks koormuste korral, mis on suuremad kui σ1.
Kui geoloogiline katkestus pole selgelt määratletud, määratakse see diagrammi puutujate abil (joonis 1).5b).
Sl.5. Ülekonsolideeritud savi poorsusteguri muutuste skeem
Aja arveldusskeem
See diagramm, mida nimetatakse ka konsolideerimisdiagrammiks, saadakse siis, kui iga proovi koormuse astme kohta odomeetris rakendatakse abstsissteljele aega t tundides ja ordinaatteljele vajumist millimeetrites (joonis 1).6a) või protsendina kogu asulast (joon.6b).
Sl.6. Ajaarveldusskeem
Seotud ja seotud mullad käituvad koormuse all erinevalt. Lahtised pinnased, näiteks liiv, on suurte pooridega, millest pressitakse koormuse all kiiresti vesi välja, nii et pinnas settib kiiresti, kusjuures suurim settimine toimub koormuse alguses ja jõuab lõppsetteni antud koormuse juures suhteliselt lühikese ajaintervalliga. Sidusatel muldadel, näiteks savil, on väikesed poorid, millest vett on koormuse all raske välja pigistada. Tihenenud pinnase settimise ajaprotsessis on kaks faasi. Esimeses faasis, kohe pärast pinnasele koormuse andmist, kuna vesi ei saa pooridest välja voolata, tekib see pinge ja võtab vastu kogu rakendatava koormuse. Teises etapis hakkab pingestatud pooride vesi koormuse toimel oma pinge all välja tõrjuma, mis kandub järk-järgult üle tahketele pinnaseosakestele. Selles teises faasis saavad osakesed kokku ja poorid kahanevad. Vajumisprotsess jätkub seni, kuni survevesi surutakse pooridest välja, st kuni vee pingeline olek poorides lakkab olemast. Seetõttu on pinnase tihenemine eelkõige hüdrodünaamiline probleem, mis sõltub mulla läbilaskvusest ja poorsusest. Savi puhul, mille läbilaskvus on madal, võib tihendusprotsess võtta väga kaua aega ning lisaks võivad setted olla suurema üldpoorsuse tõttu oluliselt suuremad kui liiva puhul. Konsolideerimistesti alusel saab arveldusaja kulgu arvutada kogu konsolideerimise kestuse ja üksikute faaside lõikes.