Tärkeä asiantuntijahuomautus: Tämä artikkeli on arkiston koulutuskatsaus, eikä se ole geotekninen tutkimus, voimassa oleva laboratoriostandardi, perustuslaskelma tai käyttöohje. Alkuperäiset termit, menettelyt, mittayksiköt, arvot, luokitukset ja viittaukset “sääntöihimme” siirrettiin tarkistamatta sovellettavien standardien ja määräysten noudattamista. Maaperän testaus, menetelmän valinta, tulosten tulkinta ja suunnittelupäätökset tulee tehdä valtuutettujen geoteknisten asiantuntijoiden ja tietylle kohteelle ja paikalle sopivan laboratorion toimesta.
Maan kokoonpuristuvuus ei ole osa Savo Kusićin uutta julkista tarjousta. Nykyinen tuotannon painopiste koostuu puisista ikkunoista, puu-alumiini-ikkunoista ja mittatilaustyönä tehdyistä ovista. Tietyn ikkuna- tai oviprojektin osalta voit lähettää tarjouspyyntö.
Matkamittarin testin perusteet
Maan kokoonpuristuvuus määritetään puristustestillä, jossa on estetty sivuttaislaajeneminen, jota kutsutaan myös edometritestiksi tai tiivistymistestiksi.
Testi suoritetaan häiriintymättömillä näytteillä ja joissain tapauksissa häiriintyneillä näytteillä. Ensimmäisessä tapauksessa koenäyte otetaan puristamalla metallirenkaat isompaan, häiriöttömään näytteeseen, joka syötetään sitten laitteistoon yhdessä renkaan kanssa sen jälkeen, kun ylimääräinen näyte on leikattu pois ja sen pinnat tasoitettu sylinterin reunoilla. Toisessa tapauksessa rengas täytetään näytteellä sakeudessa myötörajassa ja siinä tilassa se viedään matkamittariin.
Testi suoritetaan Terzaghin alun perin rakentamalla laitteistolla, jota kutsuttiin Oedometeriksi. Nykyään tätä laitteistoa on useita erilaisia rakenteita, mutta ne kaikki perustuvat samaan periaatteeseen testaamalla maa-ainenäytteen puristusta kuormitettuna siten, että sivuttaislaajeneminen on estetty.
Matkamittari: laitteen kuvaus
Kuva. 1. matkamittari
Edometri koostuu metallisylinteristä, jossa näyte sijaitsee kahden suodatinkiven välissä (kuva 1). Näyte syötetään laitteeseen metallirenkaassa, jonka halkaisija on 7-10 cm ja korkeus 1-4 cm. Kuorma P siirretään näytteeseen ylemmän suodatinkiven kautta. Alemman suodatinkiven alapuolella sylinterin pohjassa on kanavat veden tyhjentämiseksi näytteestä kapillaariputkeen sekä veden syöttöä varten. Koska näytteen puristus tapahtuu huokosten kustannuksella, koska kiinteät maapartikkelit ja vesi huokosissa ovat käytännössä kokoonpuristumattomia, on tarpeen varmistaa, että vesi valuu näytteestä kokeen aikana, mikä on mahdollista suodatinkiven, kanavan ja kapillaariputken avulla.
Laitteen vasemmalla puolella on vesijohto, jossa on hana sylinterin edessä, kun taas kapillaariputki on oikealla puolella, jossa hana sylinterin takana. Kapillaariputkella määritetään myös maaperän läpäisevyyskerroin k.
Testaus
Kun näyte asetetaan sylinteriin ja laite on koottu, sulje vasen hana, vedensyöttö ja avaa oikea hana, jotta vesi virtaa kapillaariputkeen. Sitten lähestytään näytteen kuormitusta, jota sovelletaan vähitellen. Yleensä käytetään seuraavia kuormia:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2ja edelleen rakennuksen alla odotettavissa olevaan enimmäismaakuormitukseen asti, yleensä enintään10kp/cm2, ja patojen kanssa se voi olla vielä enemmän20kp/cm2. Sekuntikello käynnistetään kullakin kuormitustasolla sen käyttöhetkellä ja tietyin aikavälein15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, sitten joka kerta24h, kunnes näyte on konsolidoitu tällä kuormitustasolla, vastaava painuma millimetrin tuhannesosissa luetaan vertailulaitteella ja kirjataan tietueeseen. Konsolidoinnin oletetaan saavutetun, jos otoksen selvitys on Δh ≤0,02 mmajaksi24tunnin. Kun tiivistyminen on saavutettu, käytetään seuraavaa kuormitustasoa ja koko toimenpide toistetaan samalla tavalla ja niin edelleen lopulliseen kuormitustasoon asti.
Kiinnityskoe, jossa on estetty sivuttaislaajeneminen, suoritetaan lastauksen ja purkamisen yhteydessä maaperän elastisten ominaisuuksien selvittämiseksi. Kun näyte on ladattu tietyssä määrin, puramme sen samalla asteittain kuin ladamme sen. Helpotus tehdään yleensä jälkikäteen2,0kp/cm2,4,0kp/cm2ja6,0kp/cm2.
Koe suoritetaan pääsääntöisesti näytteellä veden alla, jota pidetään vasemmassa lasiputkessa näytteen yläpinnan korkeudella laitteessa. Näytteen kokoonpuristuvuuden testaus veden läsnä ollessa tehdään tästä syystä, koska koe kestää kauan ja näyte kuivuu tänä aikana, minkä seurauksena näytteen kokoonpuristuvuus olisi pienempi kuin maan todellinen kokoonpuristuvuus sen luonnollisessa kosteustilassa. Lisäksi maaperän luonnollinen kosteus voi olla korkeampi kuin se oli näytteenottohetkellä, varsinkin pohjaveden tason noustessa, mikä voi johtaa merkittävään poikkeamaan maaperän todellisesta puristuvuudesta korkean vedenpinnan aikana.
Testituloksia sovelletaan kolmentyyppisiin kaavioihin, nimittäin suhteelliseen puristuskaavioon, huokoisuuskertoimen muutoskaavioon ja aikaselvityskaavioon.
Suhteellinen pakkauskaavio
Tämä diagrammi saadaan, kun näytteeseen kohdistetaan normaalipaine abskissa-akselilla σ = P/A, missä P on näytteeseen vaikuttava kuorma ylemmän suodatinkiven kautta kp/cm2, A on näytteen suhteellinen poikkileikkauspinta-ala, näytteen puristus ja akseli on akselilla. Δh/h jossa Δh on näytteen painuma kuormituksen alaisena Δσ konsolidoinnin aikana, h näytteen korkeus ennen lastausta (kuva 2).
Kuva. 2. Suhteellinen pakkauskaavio
Latauksen aikana saadaan primaaripakkauksen kaavio a.
Tyhjennyksen aikana, jos esteetön vedenotto on mahdollista niin, että näyte jäi purkamisen aikana veden alle, se palaa alkuperäiseen tilaan eli turpoamiseen. Näyte ei kuitenkaan palaa alkutilaansa, mikä tarkoittaa, että se on elastisuuden lisäksi käynyt läpi plastisen (pysyvän) muodonmuutoksen. Siksi tässä tapauksessa turpoamisdiagrammi b saadaan purkamisen aikana. Jos testi kuitenkin suoritettiin ilman vettä, turvotusdiagrammin sijaan käytetään ns. kimmoisuuskaavio.
Jos näyte ladataan uudelleen purkamisen jälkeen, saadaan toissijainen pakkauskaavio c. Turvotusdiagrammi ja toissijainen puristusdiagrammi c muodostavat hystereesisilmukan niiden väliin. Savessa hystereesisilmukat ovat merkittäviä ja siksi muodonmuutoksia turvotuksen ja sekundaaripuristuksen alueella (kaaviot b ja c) ei pidetä elastisena, vaan palautuvana, koska ne eivät ole verrannollisia kuormaan Hooken lain mukaan. Muodonmuutos primaarisen puristuksen alueella (kaavio a) siinä osassa, jossa ne eivät palanneet, ovat pysyviä (peruuttamattomia).
Maaperän kokoonpuristuvuusmoduuli
Suhteellisen puristuksen kaaviosta saadaan Hooken lain mukaan analogisesti Jungin kimmokerroin E elastiselle materiaalille, maan kokoonpuristuvuusmoduuli Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
jossa Δσ on kuormituksen lisäys, Δh/h on vastaava suhteellinen puristus, joka on otettu ensisijaisesta puristuskaaviosta a (kuva 2).
Maan kokoonpuristuvuuskerroin Ms eroaa elastisen materiaalin kimmomoduulista E, koska Ms ei ole vakio yhdelle ja samalle materiaalille, vaan on muuttuva ja kasvaa normaalin kuormituksen σ mukana. Siksi yksi tietty kokoonpuristuvuusmoduulin arvo Ms voidaan antaa vain yhdelle kapealle normaalin maaperän kuormituksen Δσ alueelle. Jos moduulin arvo Ms on suurempi, on maan kokoonpuristuvuus pienempi ja päinvastoin. Perustusmääräystemme mukaan maaperän luonnollisessa tilassa kokoonpuristuvuuskerroin noudattaa seuraavaa kriteeriä:
Alla oleva luokitus on siirretty alkuperäisestä tekstistä, mukaan lukien toistuva väli 100-400 kp/cm2. Sitä ei ole tarkastettu tai yhdenmukaistettu voimassa olevien määräysten kanssa.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 erittäin puristuva maa
Ms = 20 - 50 kp/cm2 erittäin puristuva maa
Ms = 50 - 100 kp/cm2 keskikokoinen kokoonpuristuva maa
Ms = 100 - 400 kp/cm2 vähemmän kokoonpuristuva maa
Ms = 100 - 400 kp/cm2 lievästi kokoonpuristuva maa
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 lievästi kokoonpuristuva maa
Ms > 1000 kp/cm2 erittäin alhainen kokoonpuristuva maaperä.
Maaperän elastisuusmoduuli
Samalla tavalla saamme maaperän kimmomoduulin E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
jossa suhteellinen puristuslisäys Δh/h otetaan maaperän kimmokaaviosta vastaavalle normaalipaineen lisäykselle Δσ.
Normaali tiivistynyt ja ylitiivistynyt maaperä
Sl.3. Kaavio häiriintyneen maanäytteen huokoisuuskertoimen muutoksista
Jos suoritamme matkamittarin kokeen häiriintyneellä näytteellä, jonka syötimme laitteeseen myötörajassa, ja piirrämme kokeen tulokset kaavioon huokoisuuskertoimen e muutoksista paineesta σ (kuva 1).3) konsolidointivirta esitetään kaavioilla 1 pääkuormalle, 2 helpotuksesta, 3 toisiokuormalle ensisijaisen kuorman laajennuksen σa rajaan a ja 4 tämän rajan yli.
Relief kaavio2ja toissijainen pakkauskaavio3muodostavat hystereesisilmukan, jonka takana kaavio4jatkuu kaavion laajennuksessa1, ilman murtumaa, ikään kuin purkamista ja uudelleenlatausta ei olisi.
Sl.4. Kaavio häiriöttömän maanäytteen huokoisuuskertoimen muutoksista
Jos kuitenkin suoritamme matkamittarin testin samalla tavalla kuin ennenkin häiriöttömällä näytteellä, joka on otettu tietystä syvyydestä maasta (kuva4), kaavio toisiokuormasta3näyttää tietyllä kuormalla σb murtuman kohdassa b, jonka jälkeen kaavio jatkuu4on korkeampi kaltevuus. Tämä murtuma johtui siitä, että maaperä, josta näyte otettiin, oli suuremman kuormituksen alainen p=γt kuin näytteen σ kuormitus matkamittarissa. Suurempi kuormitus p johtuu olemassa olevien ylempien maakerrosten painosta maaston pintaan, jota kutsumme maaperän paineeksi, tai aikaisempien maaperäkerrosten kuormituksesta, joka kuluu ajan myötä eroosion tai moreenimaaperän tai jään mukana, jota kutsumme esikuormitukseksi. Ylikonsolidoitumisen esiintyminen on erityisen ominaista savelle, jossa erotetaan normaalisti tiivistynyt ja ylitiivistynyt save.
Normaalisti tiivistynyt savi
Normaalisti tiivistynyt savi on matalammalla syvyydellä maanpinnan alapuolella, jota ei ole aiemmin alettu esikuormitukselle. Näyte tästä savesta, joka on ladattu edometriin kuormilla, jotka ovat suurempia kuin ylempien “maapainekerrosten” paino, näyttää jatkuvan lujittumisen ilman katkoksia suhteellisessa puristuskaaviossa tai huokoisuuskertoimen muutoskaaviossa. Tämän saven laskeutuminen esineen kuormituksen alla on normaalia, eli tietyllä kuormituksella laskeutuminen vähenee ajan myötä.
Ylikonsolidoitunut savi
Ylitiivistynyt savi on suuremmalla syvyydellä tai sitä on aiemmin esikuormitettu. Tämän saven näyte, joka on ladattu edometriin maapainetta tai esikuormitusta suuremmalla paineella, osoittaa murtuman suhteellisessa puristuskaaviossa tai huokoisuuskertoimen muutoskaaviossa, ns. geologinen rako g, voimakkaalla suunnanmuutoksella (kuva.5a). Tämän saven laskeutuminen rakenteen alle on pieni maapaineen tai esikuormituksen σ alapuolella olevalle kuormitukselle1, mutta tulee huomattavasti suuremmaksi kuormille, jotka ovat yli σ1.
Jos geologista murtumaa ei ole selkeästi määritelty, se määritetään käyttämällä kaavion tangentteja (kuva 1).5b).
Sl.5. Kaavio ylikonsolidoidun saven huokoisuuskertoimen muutoksista
Aikaselvityskaavio
Tämä kaavio, jota kutsutaan myös konsolidointikaavioksi, saadaan, kun kullekin näytteen kuormitusasteelle matkamittarissa sovelletaan aikaa t tunteina abskissa-akselille ja painumaa millimetreinä ordinaatta-akselille (kuva 1).6a) tai prosentteina kokonaisratkaisusta (kuva.6b).
Sl.6. Ajanselvityskaavio
Sitoutumaton ja sitoutumaton maaperä käyttäytyy eri tavalla kuormituksen alaisena. Irtomailla, kuten hiekalla, on suuret huokoset, joista vesi puristuu nopeasti pois kuormituksen alaisena, jolloin maaperä laskeutuu nopeasti, jolloin suurin laskeutuminen tapahtuu kuormituksen alussa ja saavuttaa lopullisen laskeuman tietyllä kuormituksella suhteellisen lyhyessä ajassa. Koostumuksessa, kuten savessa, on pieniä huokosia, joista vettä on vaikea puristaa pois kuormituksen alaisena. Tiivistetyn maaperän laskeutumisprosessissa on kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa välittömästi maaperän kuormituksen jälkeen, koska vesi ei voi virrata ulos huokosista, se jännittyy ja vastaanottaa koko kuormituksen. Toisessa vaiheessa kuormitettu huokosvesi alkaa työntyä ulos omassa kuormituksessaan, joka siirtyy vähitellen kiinteisiin maapartikkeleihin. Tässä toisessa vaiheessa hiukkaset kohtaavat ja huokoset kutistuvat. Vajoamisprosessi jatkuu, kunnes painevesi pakotetaan ulos huokosista, eli kunnes veden jännittynyt tila huokosissa lakkaa olemasta. Siksi maaperän lujittaminen on ensisijaisesti hydrodynaaminen ongelma, joka riippuu maaperän läpäisevyydestä ja huokoisuudesta. Savella, jonka läpäisevyys on alhainen, tiivistysprosessi voi kestää hyvin kauan, ja lisäksi laskeumat voivat olla huomattavasti suurempia suuremman kokonaishuokoisuuden vuoksi kuin hiekalla. Konsolidointitestin perusteella selvitysaikakulku voidaan laskea koko konsolidoinnin ajalle ja yksittäisissä vaiheissa.