קביעת דחיסות הקרקע

הערת מומחה חשובה: מאמר זה הוא סקירה חינוכית ארכיונית ואינו מחקר גיאוטכני, תקן מעבדה תקף, חישוב יסוד או מדריך הוראות. התנאים המקוריים, הנהלים, יחידות המדידה, הערכים, הסיווגים וההפניות ל“תקנות שלנו” הועברו ללא בדיקת עמידה בתקנים ובתקנות החלים. בדיקות קרקע, בחירת שיטה, פרשנות תוצאות והחלטות עיצוב חייבות להתבצע על ידי מומחים גיאוטכניים מוסמכים והמעבדה המתאימה לאובייקט ולמיקום ספציפי.

הנושא של דחיסות הקרקע אינו חלק מההצעה הציבורית החדשה של סאבו קוסיץ’. מוקד הייצור הנוכחי מורכב מחלונות עץ, חלונות עץ-אלומיניום ודלתות בהתאמה אישית. עבור פרויקט חלון או דלת ספציפיים, ניתן לשלוח בקשה להצעת מחיר.

בסיס של בדיקת מד הגובה

יכולת הדחיסה של הקרקע נקבעת על ידי בדיקת דחיסה עם התפשטות רוחבית מנועה, הנקראת גם בדיקת מד אודמטר או בדיקת קונסולידציה.

הבדיקה מתבצעת עם דגימות לא מופרעות, ובמקרים מסוימים עם מופרעות. במקרה הראשון, דגימת הבדיקה נלקחת על ידי לחיצת טבעות מתכת לתוך דגימה גדולה יותר, ללא הפרעה, אשר מוזנת לתוך המנגנון יחד עם הטבעת לאחר חיתוך הדגימה העודפת ויישור המשטחים שלה עם קצוות הגליל. במקרה השני, הטבעת ממולאת בדגימה במצב של עקביות בנקודת היבול ובמצב זה היא מוכנסת למד אוד.

הבדיקה מתבצעת באמצעות המנגנון אשר נבנה לראשונה על ידי Terzaghi ונקרא Oedometer. כיום, ישנם מספר מבנים שונים של מנגנון זה, אך כולם מבוססים על אותו עיקרון, בודק את הדחיסה של דגימת אדמה תחת עומס עם התפשטות רוחבית מונעת.

מד אורך: תיאור המכשיר

איור. 1. מד מרחק

מד האדום מורכב מגליל מתכת שבו הדגימה ממוקמת בין שתי אבני סינון (איור 1). הדוגמה מוכנסת למכשיר בטבעת מתכת בקוטר של 7-10 cm וגובה של 1-4 cm. העומס P מועבר לדגימה דרך אבן הסינון העליונה. מתחת לאבן הסינון התחתונה יש תעלות בתחתית הגליל לניקוז מים מהדגימה לתוך הצינור הנימים וכן לאספקת מים. מכיוון שדחיסת הדגימה נעשית על חשבון הנקבוביות, מכיוון שחלקיקי אדמה מוצקים ומים בנקבוביות כמעט ואינם ניתנים לדחיסה, יש צורך להקפיד על ניקוז המים מהדגימה במהלך הבדיקה, המתאפשרת באמצעות אבן סינון, תעלה וצינור קפילרי.

בצדו השמאלי של המכשיר נמצא צינור אספקת מים עם ברז לפני הצילינדר, כאשר בצד ימין נמצא צינור נימי עם ברז מאחורי הגליל. הצינור הנימים משמש גם לקביעת מקדם חדירות הקרקע k.

בדיקה

כאשר הדגימה מונחת בגליל והמכשיר מורכב, סגור את הברז השמאלי, את אספקת המים, ופתח את הברז הימני, כדי שהמים יזרמו לתוך הצינור הנימים. לאחר מכן מתקרבים לעומס המדגם, אשר מוחל בהדרגה. העומסים הבאים מופעלים בדרך כלל:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2ובהמשך עד לעומס הקרקע המרבי הצפוי מתחת לבניין, בדרך כלל עד10kp/cm2, ועם סכרים זה יכול להיות אפילו יותר20kp/cm2. בכל רמת עומס, ברגע היישום שלו, מופעל שעון עצר ובמרווחי זמן מסוימים15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2ח5ח24ח, ואז כל עוד24ח, עד לאיחוד המדגם תחת רמת עומס זו, יישוב המתאים באלפי המילימטר נקרא על המשווה ונרשם ברשומה. ההנחה היא שהושג איחוד אם יישוב המדגם הוא Δh ≤0,02 mmלזמן של24שָׁעָה. לאחר השגת האיחוד, מופעלת רמת העומס הבאה וכל ההליך חוזר על עצמו באותו אופן וכך הלאה עד לרמת העומס הסופית.

בדיקת הגיבוש עם התפשטות רוחבית מנועה מתבצעת עם העמסה ופריקה, על מנת לקבוע את התכונות האלסטיות של הקרקע. לאחר טעינת הדגימה במידה מסוימת, אנו פורקים אותה באותה הדרגתיות כפי שהעלינו אותה. ההקלה נעשית בדרך כלל לאחר מכן2,0kp/cm2,4,0kp/cm2ו6,0kp/cm2.

ככלל, הבדיקה מתבצעת עם הדגימה מתחת למים, המוחזקת על צינור הזכוכית השמאלי בגובה המשטח העליון של הדגימה במכשיר. בדיקת דחיסות הדגימה בנוכחות מים נעשית מסיבה זו, כיוון שהבדיקה אורכת זמן רב והדגימה מתייבשת בזמן זה, וכתוצאה מכך כושר הדחיסה של הדגימה תהיה נמוכה מהדחיסות בפועל של הקרקע במצב הלחות הטבעי שלה. כמו כן, הלחות הטבעית של הקרקע עשויה להיות גבוהה מזו שהייתה בזמן הדגימה, במיוחד כאשר מפלס מי התהום עולה, מה שעלול להוביל לסטייה משמעותית מהדחיסות בפועל של הקרקע בתקופת הזמן של מפלס מים גבוה.

תוצאות הבדיקה מיושמות על שלושה סוגים של דיאגרמות, כלומר דיאגרמת הדחיסה היחסית, דיאגרמת שינוי מקדם הנקבוביות ותרשים יישוב הזמן.

דיאגרמת דחיסה יחסית

דיאגרמה זו מתקבלת כאשר מופעל לחץ נורמלי על המדגם על ציר האבססיס σ = P/A, כאשר P הוא העומס הפועל על המדגם דרך אבן הסינון העליונה ב-kp/cm2, A הוא חתך הרוחב של המדגם, ועל השטח היחסי של המדגם, ו-xi. דחיסה Δh/h כאשר Δh הוא יישוב המדגם בעומס Δσ במהלך איחוד, h גובה המדגם לפני הטעינה (איור 2).

איור. 2. דיאגרמת דחיסה יחסית

במהלך הטעינה, מתקבל דיאגרמה של דחיסה ראשונית a.

במהלך הפריקה, אם מופעלת צריכת מים ללא הפרעה, כך שהדגימה נשארה מתחת למים במהלך הפריקה, היא חוזרת למצבה המקורי, כלומר התנפחות. עם זאת, הדגימה אינה חוזרת למצבה ההתחלתי, מה שאומר שהיא עברה דפורמציה פלסטית (קבועה) בנוסף לאלסטית. לכן, במקרה זה, דיאגרמת הנפיחות b מתקבלת במהלך הפריקה. עם זאת, אם הבדיקה בוצעה ללא קבלת מים, במקום דיאגרמת התנפחות, מה שנקרא דיאגרמת האלסטיות.

אם המדגם נטען שוב לאחר הפריקה, מתקבל דיאגרמת הדחיסה המשני c. דיאגרמת הנפיחות ותרשים הדחיסה המשני c יוצרים ביניהם לולאת היסטרזיס. בחימר, לולאות ההיסטרזיס משמעותיות ולכן העיוות באזור הנפיחות והדחיסה המשנית (תרשימים b ו-c) אינם נחשבים אלסטיים, אלא הפיכים, מכיוון שהם אינם פרופורציונליים לעומס על פי חוק הוק. עיוותים באזור הדחיסה הראשונית (תרשים א) בחלק שבו הם לא חזרו הם קבועים (בלתי הפיכים).

מודול דחיסה של קרקע

מתרשים של דחיסה יחסית, אנו מקבלים על פי חוק הוק באנלוגי למודול האלסטיות של יונג E עבור חומר אלסטי, את מודול הדחיסה של האדמה Ms

Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

כאשר Δσ הוא תוספת העומס, Δh/h היא הדחיסה היחסית המתאימה, שנלקחה מדיאגרמת הדחיסה הראשית a (איור 2).

מודול הדחיסה של הקרקע Ms שונה ממודול האלסטיות E של חומר אלסטי, מכיוון ש_Ms_ אינו קבוע עבור חומר אחד ואותו חומר אלא משתנה ועולה עם העומס הרגיל σ. לכן, ניתן לתת ערך ספציפי אחד של מודול הדחיסה Ms רק עבור מרווח צר אחד של עומס אדמה רגיל Δσ. אם הערך של המודול Ms גבוה יותר, כושר הדחיסה של האדמה נמוך יותר ולהיפך. על פי תקנות היסוד שלנו, הקריטריון הבא עבור מודול הדחיסה של הקרקע במצבה הטבעי מאומץ:

הסיווג שלהלן מועבר מהטקסט המקורי, כולל המרווח החוזר 100-400 kp/cm2. זה לא נבדק או הותאם לתקנות הנוכחיות.

Ms = 0 - 20 kp/cm2 אדמה דחיסה במיוחד

Ms = 20 - 50 kp/cm2 אדמה דחיסה מאוד

Ms = 50 - 100 kp/cm2 אדמה בינונית דחיסה

Ms = 100 - 400 kp/cm2 אדמה פחות דחיסה

Ms = 100 - 400 kp/cm2 אדמה מעט דחיסה

Ms = 400 - 1000 kp/cm2 אדמה מעט דחיסה

Ms > 1000         kp/cm2 אדמה דחיסה נמוכה מאוד.

מודול גמישות קרקע

באותו אופן, אנו מקבלים את מודול האלסטיות של האדמה E:

E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

כאשר תוספת הדחיסה היחסית Δh/h נלקחת מתרשים גמישות הקרקע עבור תוספת הלחץ הרגילה המקבילה Δσ.

אדמה מאוחדת רגילה ומגבשת יתר

Sl.3. דיאגרמה של שינוי מקדם נקבוביות של דגימת קרקע מופרעת

אם נערוך בדיקת מד אוד עם דגימה מופרעת, אותה הכנסנו למכשיר בנקודת התפוקה, ונתווה את תוצאות הבדיקה בתרשים של השינוי במקדם הנקבוביות e בהתאם ללחץ σ (איור.3) זרימת האיחוד מיוצגת על ידי דיאגרמות 1 לעומס ראשי, 2 להקלה, 3 עבור העומס המשני עד לגבול a של הרחבת העומס הראשי σa ו-4 מעבר לגבול זה.

תרשים הקלה2ודיאגרמת דחיסה משנית3יוצרים לולאת היסטרזיס שמאחוריה התרשים4ממשיך בהרחבה של התרשים1, ללא שבר, כאילו אין פריקה וטעינה מחדש.

Sl.4. דיאגרמה של שינוי מקדם נקבוביות של דגימת קרקע לא מופרעת

עם זאת, אם נבצע את בדיקת מד הגובה באותו אופן כמו קודם עם דגימה לא מופרעת שנלקחה מעומק מסוים של האדמה (איור.4), תרשים לעומס משני3יראה בעומס ספציפי אחד σb שבר בנקודה b, ולאחר מכן התרשים ימשיך4בעלי שיפוע גבוה יותר. שבר זה התרחש מכיוון שהאדמה ממנה נלקחה הדגימה הייתה תחת עומס גדול יותר p=γt מהעומס של הדגימה σ במד האדום. העומס הגבוה יותר p מקורו ממשקל שכבות הקרקע העליונות הקיימות אל פני השטח, שאנו מכנים לחץ קרקע, או מעומס של שכבות קרקע מוקדמות יותר הנסחפות לאורך זמן על ידי שחיקה או אדמת מורנה או קרח, שאנו מכנים preload. המראה של קונסולידציה יתר אופיינית במיוחד לחימר, שם אנו מבחינים בין חימר מרוכז בדרך כלל לבין חימר מרוכז יתר על המידה.

חימר מאוחד בדרך כלל

חימר מגובש בדרך כלל נמצא בעומקים רדודים יותר מתחת לפני הקרקע, שלא נחשף בעבר לעומס מראש. דגימה של חימר זה, הטעון במד האדום בעומסים גדולים ממשקל שכבות “לחץ הקרקע” העליונות, מראה זרימה מתמשכת של קונסולידציה, ללא הפסקות בתרשים הדחיסה היחסי או בתרשים שינוי מקדם הנקבוביות. ההתיישבות של חימר זה תחת עומס החפץ היא נורמלית, כלומר תחת עומס מסוים, ההתיישבות פוחתת עם הזמן.

חימר מגובש יתר על המידה

חימר מרוכז יתר על המידה נמצא בעומקים גדולים יותר או בעבר היה נתון לטעינה מוקדמת. דגימה של חימר זה שהוטען במד האדום בלחץ הגבוה מלחץ הקרקע או העומס המוקדם מראה שבר בתרשים הדחיסה היחסי או בתרשים שינוי מקדם הנקבוביות, מה שנקרא. שבר גיאולוגי g, עם שינוי חזק בכיוון (איור.5א). ההתיישבות של חימר זה מתחת למבנה קטן לעומס מתחת ללחץ הקרקע או העומס המקדים σ1, אך הופך לגדול משמעותית עבור עומסים מעל σ1.

אם השבר הגיאולוגי אינו מוגדר בבירור, אזי הוא נקבע באמצעות משיקים לתרשים (איור 1).5ב).

Sl.5. דיאגרמה של שינויים במקדם הנקבוביות של חימר מאוחד יתר על המידה

דיאגרמת יישוב זמן

דיאגרמה זו, הנקראת גם דיאגרמת הקונסולידציה, מתקבלת כאשר עבור כל דרגת העמסה של המדגם במד האדום, הזמן t בשעות מוחל על ציר האבססיס, וההתיישבות במ“מ על ציר הסמין (איור.6א) או באחוזים מסך היישוב (איור.6ב).

Sl.6. תרשים יישוב זמן

קרקעות לא קשורות וקשורות מתנהגות בצורה שונה תחת עומס. לקרקעות רופפות, כמו חול, נקבוביות גדולות, מהן נסחטים מים במהירות החוצה בעומס, כך שהאדמה שוקעת במהירות, כאשר ההתיישבות הגדולה ביותר מתרחשת בתחילת העומס ומגיעה ליישוב הסופי בעומס נתון בפרק זמן קצר יחסית. לקרקעות מלוכדות כמו חימר יש נקבוביות קטנות שמהן קשה לסחוט מים תחת עומס. ישנם שני שלבים בתהליך הזמן של התיישבות קרקע דחוסה. בשלב הראשון, מיד לאחר הפעלת העומס על הקרקע, מכיוון שהמים אינם יכולים לזרום מהנקבוביות, הם נלחצים ומקבלים את כל העומס המופעל. בשלב השני, מי הנקבוביות הלחוצים מתחילים להידחף החוצה תחת הלחץ של עצמם עקב העומס, המועבר בהדרגה אל חלקיקי האדמה המוצקים. בשלב השני הזה, החלקיקים מתאחדים והנקבוביות מתכווצות. תהליך השקיעה נמשך עד שמי הלחץ נדחפים החוצה מהנקבוביות, כלומר עד שהמצב הלחץ של המים בנקבוביות מפסיק להתקיים. לכן, איחוד קרקע הוא בעיקר בעיה הידרודינמית, התלויה בחדירות הקרקע ובנקבוביות. במקרה של חימר, שחדירותו נמוכה, תהליך הגיבוש יכול להימשך זמן רב מאוד, ובנוסף, ההתיישבות יכולה להיות גדולה משמעותית בשל הנקבוביות הכוללת הגבוהה יותר מאשר במקרה של חול. על בסיס מבחן האיחוד ניתן לחשב את מהלך זמן ההתיישבות למשך כל משך האיחוד ובשלבים בודדים.