Nota importante do experto: Este artigo é unha revisión educativa de arquivo e non é un estudo xeotécnico, un estándar de laboratorio válido, un cálculo básico ou un manual de instrucións. Os termos orixinais, procedementos, unidades de medida, valores, clasificacións e referencias á “nosa normativa” foron transferidos sen comprobar o cumprimento das normas e normativas aplicables. As probas de solo, a elección do método, a interpretación dos resultados e as decisións de deseño deben ser realizadas por expertos xeotécnicos autorizados e polo laboratorio adecuado para un obxecto e localización específicos.
O tema da compresibilidade do solo non forma parte da nova oferta pública de Savo Kusić. O foco de produción actual consiste en ventas de madeira, ventas de madeira e aluminio e portas a medida. Para un proxecto específico de fiestras ou portas, pode enviar solicitude de cotización.
Bases da proba de odómetro
A compresibilidade do solo determínase mediante un ensaio de compresión con expansión lateral impedida, que tamén se denomina proba de odómetro ou proba de consolidación.
A proba realízase con mostras non perturbadas, e nalgúns casos con alteradas. No primeiro caso, a mostra de proba tómase presionando aneis metálicos nunha mostra máis grande e non perturbada, que despois se introduce no aparello xunto co anel despois de cortar o exceso de mostra e nivelar as súas superficies cos bordos do cilindro. No segundo caso, o anel énchese coa mostra en estado de consistencia no punto de fluencia e nese estado introdúcese no edómetro.
A proba realízase utilizando o aparello que foi construído por primeira vez por Terzaghi e chamado oedómetro. Hoxe en día, existen varias construcións diferentes deste aparello, pero todos baséanse no mesmo principio, probando a compresión dunha mostra de solo baixo carga con expansión lateral impedida.
Oedómetro: descrición do dispositivo
Fig. 1. Odómetro
Oedómetro consiste nun cilindro metálico no que a mostra está situada entre dúas pedras filtrantes (fig. 1). A mostra introdúcese no aparello nun anel metálico cun diámetro de 7-10 cm e unha altura de 1-4 cm. A carga P transfírese á mostra a través da pedra filtrante superior. Debaixo da pedra do filtro inferior, hai canles na parte inferior do cilindro para drenar a auga da mostra ao tubo capilar, así como para o abastecemento de auga. Dado que a compresión da mostra faise a costa dos poros, porque as partículas sólidas do solo e a auga nos poros son practicamente incompresibles, é necesario asegurarse de que a auga drena da mostra durante a proba, o que é posible mediante unha pedra filtrante, unha canle e un tubo capilar.
No lado esquerdo do dispositivo hai un tubo de abastecemento de auga cunha billa diante do cilindro, mentres que un tubo capilar está no lado dereito, cunha billa detrás do cilindro. O tubo capilar tamén serve para determinar o coeficiente de permeabilidade do solo k.
Probas
Cando a mostra se coloque no cilindro e o aparello estea montado, pecha a billa esquerda, o abastecemento de auga e abre a billa dereita, para que a auga flúe no tubo capilar. Despois achégase a carga da mostra, que se aplica gradualmente. Adoitan aplicarse as seguintes cargas:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2e máis arriba ata a maior carga de solo esperada baixo o edificio, principalmente ata10kp/cm2, e con presas pode ser aínda máis20kp/cm2. En cada nivel de carga, no momento da súa aplicación, ponse en marcha un cronómetro e en determinados intervalos de tempo15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, despois cada máis24h, ata a consolidación da mostra baixo ese nivel de carga, lese no comparador a correspondente liquidación en milésimas de milímetro e rexístrase no rexistro. Suponse que se conseguiu a consolidación se o asentamento da mostra é Δh ≤0,02 mmpara o tempo de24hora. Despois de acadar a consolidación, aplícase o seguinte nivel de carga e repítese todo o procedemento do mesmo xeito e así sucesivamente ata o nivel final de carga.
O ensaio de consolidación con expansión lateral impedida realízase con carga e descarga, co fin de determinar as propiedades elásticas do solo. Unha vez cargada a mostra ata certo punto, descargámola coa mesma gradualidade que a cargamos. O alivio adoita facerse despois2,0kp/cm2,4,0kp/cm2e6,0kp/cm2.
Por regra xeral, a proba realízase coa mostra baixo a auga, que se suxeita no tubo de vidro esquerdo á altura da superficie superior da mostra no aparello. A proba da compresibilidade da mostra en presenza de auga faise por este motivo, porque a proba leva moito tempo e a mostra seca durante ese tempo, polo que a compresibilidade da mostra sería inferior á compresibilidade real do solo no seu estado de humidade natural. Ademais, a humidade natural do solo pode ser superior á que era no momento da toma de mostras, especialmente cando o nivel das augas subterráneas aumenta, o que pode levar a unha desviación significativa da compresibilidade real do solo durante o período de tempo de alto nivel de auga.
Os resultados das probas aplícanse a tres tipos de diagramas, a saber, o diagrama de compresión relativa, o diagrama de cambio do coeficiente de porosidade e o diagrama de asentamento temporal.
Diagrama de compresión relativa
Este diagrama obtense cando se aplica presión normal á mostra no eixe de abscisas σ = P/A, onde P é a carga que actúa sobre a mostra a través da pedra filtrante superior en kp/cm2, A é a área da sección transversal do aparello e axi é a compresión relativa do aparello da mostra. Δh/h onde Δh é o asentamento da mostra baixo carga Δσ durante a consolidación, h altura da mostra antes da carga (fig. 2).
Fig. 2. Diagrama de compresión relativa
Durante a carga, obtense diagrama de compresión primaria a.
Durante a descarga, se se habilita a toma de auga sen obstáculos, polo que a mostra permaneceu baixo a auga durante a descarga, volve ao seu estado orixinal, é dicir, inchando. Non obstante, a mostra non volve ao seu estado inicial, o que significa que sufriu unha deformación plástica (permanente) ademais de elástica. Polo tanto, neste caso, o diagrama de inchazo b obtense durante a descarga. Non obstante, se a proba se realizou sen recibir auga, en lugar dun diagrama de inchazo, o chamado diagrama de elasticidade.
Se a mostra se carga de novo despois da descarga, obtense o diagrama de compresión secundario c. O diagrama de inchazo e o diagrama de compresión secundaria c forman un bucle de histérese entre eles. En arxila, os bucles de histérese son significativos e, polo tanto, a deformación na área de inchazo e compresión secundaria (diagramas b e c) non se consideran elásticos, senón reversibles, xa que non son proporcionais á carga segundo a lei de Hooke. As deformacións na zona de compresión primaria (diagrama a) na parte onde non regresaron son permanentes (irreversibles).
Módulo de compresibilidade do solo
Do diagrama de compresión relativa, obtemos, segundo a lei de Hooke, de forma análoga ao módulo de elasticidade de Jung E para un material elástico, o módulo de compresibilidade do solo Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
onde Δσ é o incremento de carga, Δh/h é a compresión relativa correspondente, que se toma do diagrama de compresión primaria a (fig. 2).
O módulo de compresibilidade do solo Ms difire do módulo de elasticidade E dun material elástico, porque Ms non é constante para un mesmo material senón que é variable e aumenta coa carga normal σ. Polo tanto, só se pode dar un valor específico do módulo de compresibilidade Ms para un intervalo estreito de carga normal do solo Δσ. Se o valor do módulo Ms é maior, a compresibilidade do solo é menor e viceversa. Segundo a nosa normativa de fundación, adóptase o seguinte criterio para o módulo de compresibilidade do solo no seu estado natural:
A seguinte clasificación transfórmase do texto orixinal, incluíndo o intervalo repetido 100-400 kp/cm2. Non foi comprobado nin harmonizado coa normativa vixente.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 solo extremadamente comprimible
Ms = 20 - 50 kp/cm2 solo moi compresible
Ms = 50 - 100 kp/cm2 solo compresible medio
Ms = 100 - 400 kp/cm2 solo menos compresible
Ms = 100 - 400 kp/cm2 solo lixeiramente comprimible
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 solo lixeiramente comprimible
Ms > 1000 kp/cm2 solo comprimible moi baixo.
Módulo de elasticidade do solo
Do mesmo xeito, obtemos o módulo de elasticidade do solo E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
onde o incremento de compresión relativo Δh/h está tomado do diagrama de elasticidade do solo para o incremento de presión normal correspondente Δσ.
Solo normal consolidado e sobreconsolidado
Sl.3. Diagrama de cambios no coeficiente de porosidade da mostra de solo perturbada
Se realizamos unha proba de odómetro cunha mostra perturbada, que introducimos no aparello no punto de fluencia, e representamos os resultados da proba no diagrama da variación do coeficiente de porosidade e en función da presión σ (Fig.3) o fluxo de consolidación está representado por diagramas 1 para carga primaria, 2 para alivio, 3 para a carga secundaria ata o límite a da extensión de carga primaria σa e 4 máis aló dese límite.
Diagrama de relevo2e diagrama de compresión secundaria3formar un bucle de histérese detrás do cal o diagrama4continúa na extensión do diagrama1, sen romper, coma se non houbese descarga e recarga.
Sl.4. Diagrama de cambio do coeficiente de porosidade da mostra de solo non perturbado
Non obstante, se realizamos a proba do edómetro do mesmo xeito que antes cunha mostra non perturbada tomada dunha determinada profundidade do solo (fig.4), diagrama para carga secundaria3mostrará nunha carga específica σb unha fractura no punto b, despois do cal o diagrama continuará4teñen maior pendente. Esta fractura produciuse porque o solo do que se tomou a mostra estaba baixo unha carga p=γt maior que a carga da mostra σ no edómetro. A maior carga p orixínase polo peso das capas superiores do solo existentes á superficie do terreo, que chamamos presión do solo, ou pola carga das capas do solo anteriores arrastradas no tempo pola erosión ou por morrena ou xeo, que chamamos precarga. A aparición de sobreconsolidación é particularmente característica da arxila, onde distinguimos entre arxila normalmente consolidada e sobreconsolidada.
Arxila normalmente consolidada
A arxila normalmente consolidada atópase a profundidades inferiores á superficie do chan, que non estivo exposta previamente á precarga. Unha mostra desta arxila, cargada no odómetro con cargas superiores ao peso das capas superiores de “presión do solo”, amosa un fluxo continuo de consolidación, sen roturas no diagrama de compresión relativa nin no diagrama de cambio do coeficiente de porosidade. O asentamento desta arxila baixo a carga do obxecto é normal, é dicir, baixo unha determinada carga, o asentamento diminúe co paso do tempo.
Arxila sobreconsolidada
A arxila sobreconsolidada atópase a maiores profundidades ou estivo previamente exposta á precarga. Unha mostra desta arxila cargada no odómetro cunha presión superior á presión ou precarga do solo mostra unha fractura no diagrama de compresión relativa ou no diagrama de cambio de coeficiente de porosidade, o denominado. fractura xeolóxica g, cun forte cambio de dirección (fig. 5a). O asentamento desta arxila baixo a estrutura é pequeno para cargas por debaixo da presión do solo ou precarga σ1, pero faise significativamente maior para cargas superiores a σ1.
Se a rotura xeolóxica non está claramente definida, determínase utilizando tanxentes ao diagrama (fig. 5b).
Fig. 5. Diagrama de cambios no coeficiente de porosidade da arxila sobreconsolidada
Diagrama de liquidación horaria
Este diagrama, tamén chamado diagrama de consolidación, obtense cando para cada grao de carga da mostra no edómetro se aplica ao eixe de abscisas o tempo t en horas, e á ordenada o asentamento en mm (fig. 6a) ou en % do asentamento total (fig. 20⟧ SKPH) 6. eixe.
Fig. 6. Diagrama de liquidación horaria
Os solos non ligados e ligados compórtanse de forma diferente baixo carga. Os solos soltos, como a area, teñen poros grandes, dos cales a auga se espreme rapidamente baixo carga, de xeito que o chan se asenta rapidamente, producíndose o maior asentamento ao comezo da carga e chegando ao asentamento final nunha determinada carga nun intervalo de tempo relativamente curto. Os solos cohesivos, como a arxila, teñen pequenos poros dos que a auga é difícil de espremer baixo carga. Hai dúas fases no proceso temporal de asentamento do solo compactado. Na primeira fase, inmediatamente despois de aplicar a carga ao chan, xa que a auga non pode saír dos poros, tórnase estresado e recibe toda a carga aplicada. Na segunda etapa, a auga de poros estresada comeza a saír baixo o seu propio estrés debido á carga, que se transfire gradualmente ás partículas sólidas do solo. Nesta segunda fase, as partículas únense e os poros encóllense. O proceso de subsidencia continúa ata que a auga a presión é expulsada dos poros, é dicir, ata que o estado de tensión da auga nos poros deixa de existir. Polo tanto, a consolidación do solo é principalmente un problema hidrodinámico, que depende da permeabilidade e porosidade do solo. No caso da arxila, cuxa permeabilidade é baixa, o proceso de consolidación pode levar moito tempo e, ademais, os asentamentos poden ser sensiblemente maiores debido á maior porosidade global que no caso da area. A partir da proba de consolidación pódese calcular o tempo de liquidación durante toda a duración da consolidación e en fases individuais.