Fontos szakértői megjegyzés: Ez a cikk egy archív oktatási áttekintés, és nem geotechnikai tanulmány, érvényes laboratóriumi szabvány, alapozási számítás vagy használati útmutató. Az eredeti feltételeket, eljárásokat, mértékegységeket, értékeket, besorolásokat és a „szabályainkra” való hivatkozásokat a vonatkozó szabványoknak és előírásoknak való megfelelés ellenőrzése nélkül vittük át. A talajvizsgálatot, a módszer megválasztását, az eredmények értelmezését és a tervezési döntéseket felhatalmazott geotechnikai szakembereknek és az adott objektumnak és helyszínnek megfelelő laboratóriumnak kell elvégeznie.
A talaj összenyomhatósága nem része Savo Kusić új nyilvános ajánlatának. A jelenlegi gyártási fókusz a fa ablakokból, a fa-alumínium ablakokból és az egyedi gyártású ajtókból áll. Egy adott ablak- vagy ajtóprojekthez elküldheti ajánlatkérés.
A odométer vizsgálat alapja
A talaj összenyomhatóságát az oldalirányú tágulás megakadályozásával járó kompressziós teszt határozza meg, amelyet odométeres vagy konszolidációs tesztnek is neveznek.
A vizsgálatot zavartalan mintákkal, esetenként bolygatott mintákkal végezzük. Az első esetben a próbamintát úgy veszik, hogy fémgyűrűket préselnek egy nagyobb, zavartalan mintába, amelyet a felesleges minta levágása és felületeinek a henger széleivel történő egyengetése után a gyűrűvel együtt a készülékbe táplálnak. A második esetben a gyűrűt a folyáshatáron konzisztens állapotban töltik meg a mintával, és ebben az állapotban helyezik be a kilométeróra.
A tesztet a Terzaghi által először megalkotott és Ödométernek nevezett készülékkel végezzük. Manapság ennek a berendezésnek több különböző felépítése létezik, de mindegyik ugyanazon az elven alapul, és a talajminta terhelés alatti összenyomódását teszteli, megakadályozva az oldalirányú tágulást.
Kilométeróra: eszköz leírása
ábra. 1. Kilométerszámláló
Az edométer egy fémhengerből áll, amelyben a minta két szűrőkő között helyezkedik el (1 ábra). A mintát egy 7-10 cm átmérőjű és 1-4 cm magasságú fémgyűrűben helyezzük be a készülékbe. A P terhelés a felső szűrőkövön keresztül jut át a mintára. Az alsó szűrőkő alatt a henger aljában csatornák vannak a mintából a kapilláriscsőbe történő víz elvezetésére, valamint a vízellátásra. Mivel a minta összenyomása a pórusok rovására történik, mivel a pórusokban lévő szilárd talajrészecskék és a víz gyakorlatilag összenyomhatatlanok, ezért a vizsgálat során gondoskodni kell arról, hogy a víz elfolyjon a mintából, amit szűrőkő, csatorna és kapilláriscső tesz lehetővé.
A készülék bal oldalán egy vízellátó cső található a henger előtt csappal, míg a jobb oldalon egy kapilláris cső található, a henger mögött csappal. A kapilláriscső a k talajáteresztőképességi együttható meghatározására is szolgál.
Tesztelés
Amikor a mintát a hengerbe helyezzük és a készüléket összeszereljük, zárja el a bal oldali csapot, a vízellátást, és nyissa ki a jobb oldali csapot, hogy a víz a kapilláriscsőbe áramoljon. Ezután megközelítjük a minta terhelését, amelyet fokozatosan alkalmazunk. Általában a következő terheléseket alkalmazzák:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2tovább pedig az épület alatt várható maximális talajterhelésig, általában ig10kp/cm2, gátakkal pedig még több is lehet20kp/cm2. Minden terhelési szinten, annak alkalmazásának pillanatában, egy stopperóra indul, és bizonyos időközönként15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, majd minden további24h, a minta adott terhelési szint alatti konszolidációjáig a megfelelő elszámolás ezredmilliméterben leolvasásra kerül a komparátoron, és rögzítésre kerül a rekordban. Feltételezzük, hogy a konszolidáció megtörtént, ha a minta elszámolása Δh ≤0,02 mmidejére24óra. A konszolidáció elérése után a következő terhelési szint kerül alkalmazásra, és az egész eljárást ugyanúgy meg kell ismételni, és így tovább a végső terhelési szintig.
A megakadályozott oldalirányú tágulású konszolidációs vizsgálatot be- és kirakodással végezzük, a talaj rugalmassági tulajdonságainak meghatározása érdekében. A minta bizonyos mértékig történő betöltése után ugyanolyan fokozatossággal rakjuk ki, mint ahogyan beraktuk. A segélyezést általában utólag végzik2,0kp/cm2,4,0kp/cm2és6,0kp/cm2.
A vizsgálatot általában víz alatti mintával végzik, amelyet a készülékben lévő minta felső felületének magasságában a bal üvegcsőben tartanak. A minta összenyomhatóságának vizsgálatára víz jelenlétében ezért kerül sor, mert a vizsgálat hosszú időt vesz igénybe, és ezalatt a minta megszárad, aminek következtében a minta összenyomhatósága alacsonyabb lenne, mint a talaj természetes nedvességi állapotában lévő tényleges összenyomhatósága. Ezenkívül a talaj természetes nedvességtartalma magasabb lehet, mint a mintavételkor volt, különösen a talajvízszint emelkedésekor, ami a talaj tényleges összenyomhatóságától jelentős eltéréshez vezethet a magas vízállás időszakában.
A vizsgálati eredményeket háromféle diagramra alkalmazzuk, nevezetesen a relatív kompressziós diagramra, a porozitási együttható változási diagramjára és az időbeli elszámolási diagramra.
Relatív tömörítési diagram
Ezt a diagramot akkor kapjuk meg, ha normál nyomást alkalmazunk a mintára az abszcissza tengelyen σ = P/A, ahol P a mintára a felső szűrőkövön keresztül ható terhelés kp/cm-ben2, A a minta relatív keresztmetszete, a minta az ordinatus tengelyén Δh/h ahol Δh a minta terhelés alatti elhelyezkedése Δσ konszolidáció során, h minta magassága betöltés előtt (2 ábra).
ábra. 2. Relatív tömörítési diagram
Betöltés közben a rendszer megkapja az elsődleges tömörítési diagramot a.
Kirakodás közben, ha a víz akadálytalan felvételét engedélyezzük, így a minta a kirakodás során víz alatt maradt, visszaáll eredeti állapotába, azaz duzzadt. A minta azonban nem tér vissza kiindulási állapotába, ami azt jelenti, hogy a rugalmasság mellett képlékeny (tartós) deformáción is átesett. Ezért ebben az esetben a b duzzadási diagramot a kirakodás során kapjuk. Ha azonban a tesztet víz nélkül végezték el, akkor duzzadási diagram helyett az úgynevezett rugalmassági diagramot.
Ha a mintát a kirakodás után újra betöltjük, a c másodlagos tömörítési diagramot kapjuk. A duzzadási diagram és a másodlagos tömörítési diagram c hiszterézis hurkot képez közöttük. Az agyagban a hiszterézis hurkok jelentősek, ezért a deformáció a duzzadás és a másodlagos összenyomódás területén (b és c diagramok) nem tekinthető rugalmasnak, hanem megfordíthatónak, mivel a Hooke-törvény szerint nem arányos a terheléssel. A deformációk az elsődleges kompresszió területén (a diagram) azon a részen, ahol nem tértek vissza, állandóak (visszafordíthatatlanok).
Talaj összenyomhatósági modul
A relatív összenyomódás diagramjából a Hooke-törvénynek megfelelően a Jung-féle rugalmassági modulus E rugalmassági modulusával analóg módon megkapjuk a talaj összenyomhatósági modulusát Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
ahol Δσ a terhelésnövekmény, Δh/h a megfelelő relatív tömörítés, amely az a elsődleges tömörítési diagramból származik (2 ábra).
A talaj Ms összenyomhatósági modulusa eltér egy rugalmas anyag E rugalmassági modulusától, mivel az Ms nem állandó ugyanarra az anyagra, hanem változó és növekszik a normál terhelés mellett σ. Ezért a Ms összenyomhatósági modulus egy meghatározott értéke a normál talajterhelés egy szűk tartományára Δσ adható meg. Ha az Ms modul értéke nagyobb, akkor a talaj összenyomhatósága kisebb és fordítva. Alapozási előírásaink szerint a természetes állapotú talaj összenyomhatósági modulusára a következő kritériumok érvényesek:
Az alábbi besorolás az eredeti szövegből származik, beleértve a 100-400 kp/cm2 ismétlődő intervallumot. Nem ellenőrizték és nem harmonizálták a hatályos szabályozással.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 rendkívül összenyomható talaj
Ms = 20 - 50 kp/cm2 nagyon összenyomható talaj
Ms = 50 - 100 kp/cm2 közepesen összenyomható talaj
Ms = 100 - 400 kp/cm2 kevésbé összenyomható talaj
Ms = 100 - 400 kp/cm2 enyhén összenyomható talaj
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 enyhén összenyomható talaj
Ms > 1000 kp/cm2 nagyon alacsony összenyomható talaj.
Talajrugalmassági modul
Ugyanígy megkapjuk a talaj rugalmassági modulusát E:
E = Δσ / (Δh/h) \ [kp/cm2],
ahol a relatív kompressziós növekmény Δh/h a talajrugalmassági diagramból származik a megfelelő normál nyomásnövekményhez Δσ.
Normál konszolidált és túlkonszolidált talaj
Sl.3. A bolygatott talajminta porozitási együtthatójának változási diagramja
Ha egy bolygatott mintával odométeres vizsgálatot végzünk, amit a folyáshatáron bevittünk a készülékbe, és a vizsgálat eredményét a e porozitási együttható nyomástól függő változásának diagramján ábrázoljuk σ (ábra 3).3) a konszolidációs folyamatot diagramok ábrázolják 1 elsődleges terheléshez, 2 megkönnyebbülésért, 3 a másodlagos terhelésnél az elsődleges terhelés kiterjesztésének a határáig σa és 4 ezen a határon túl.
Relief diagram2és másodlagos tömörítési diagram3hiszterézis hurkot képez, amely mögött a diagram4folytatódik a diagram kiterjesztésében1, törés nélkül, mintha nem lett volna ki- és átrakodás.
Sl.4. A bolygatatlan talajminta porozitási együttható változásának diagramja
Ha azonban a kilométeres mérést a korábbiakhoz hasonlóan, a talaj bizonyos mélységéből vett háborítatlan mintával végezzük (ábra).4), diagram a másodlagos terheléshez3egy meghatározott terhelésnél σb egy törést mutat a b pontban, ami után a diagram folytatódik4nagyobb a lejtése. Ez a törés azért következett be, mert a talaj, ahonnan a mintát vették, nagyobb terhelés alatt volt p=γt, mint a σ minta terhelése a odométerben. A nagyobb p terhelés a meglévő felső talajrétegek a terep felszínére nehezedő súlyából ered, amit talajnyomásnak nevezünk, vagy a korábbi talajrétegek erózió által idővel elhordott terheléséből, illetve a moréna talajból vagy jégből, amit előterhelésnek nevezünk. A túlkonszolidáltság megjelenése különösen az agyagra jellemző, ahol megkülönböztetünk normál és túlkonszolidált agyagot.
Általában konszolidált agyag
Normális esetben a megszilárdult agyag kisebb mélységben található a talaj felszíne alatt, amely korábban nem volt kitéve előterhelésnek. Ennek az agyagnak a mintája, amelyet a nyomásmérőben a felső “talajnyomás” rétegek tömegénél nagyobb terhelésekkel töltöttek, a konszolidáció folyamatos áramlását mutatja, megszakítások nélkül a relatív összenyomódási diagramon vagy a porozitási együttható változási diagramján. Ennek az agyagnak a leülepedése a tárgy terhelése alatt normális, azaz bizonyos terhelés mellett az ülepedés idővel csökken.
Túlkonszolidált agyag
A túlkonszolidált agyag nagyobb mélységben van, vagy korábban előterhelésnek vetettük alá. Ennek az agyagnak a talajnyomásnál vagy előterhelésnél nagyobb nyomással az edométerbe terhelt mintája a relatív kompressziós diagramon vagy a porozitási együttható változás diagramján törést, ún. geológiai törés g, erős irányváltozással (ábra).5a) Ennek az agyagnak a szerkezet alatti ülepedése kicsi a talajnyomás vagy előterhelés alatti σ terheléshez1, de lényegesen nagyobb lesz σ feletti terhelés esetén1.
Ha a geológiai törés nincs egyértelműen meghatározva, akkor azt a diagram érintőivel kell meghatározni (ábra 1).5b).
Sl.5. Túlkonszolidált agyag porozitási együttható változásának diagramja
Időbeli elszámolási diagram
Ezt a diagramot, amelyet konszolidációs diagramnak is neveznek, akkor kapjuk meg, ha a minta minden egyes terhelési fokára az odométerben az abszcissza tengelyre az t időt, az ordináta tengelyére pedig a mm-ben mért beülepedést alkalmazzuk.6a) vagy a teljes település %-ában (ábra).6b).
Sl.6. Időelszámolási diagram
A kötetlen és kötött talajok eltérően viselkednek terhelés alatt. A laza talajok, például a homok nagy pórusúak, amelyekből terhelés hatására gyorsan kipréselődik a víz, így a talaj gyorsan ülepedik, a legnagyobb ülepedés a terhelés kezdetén következik be, és adott terhelésnél viszonylag rövid időintervallum alatt éri el a végső ülepedést. A kohéziós talajok, mint például az agyag, kis pórusokkal rendelkeznek, amelyekből terhelés alatt nehéz kinyomni a vizet. A kötött talaj letelepedésének időbeli folyamatában két fázis van. Az első fázisban a talaj terhelése után azonnal, mivel a víz nem tud kifolyni a pórusokból, megfeszül és megkapja a teljes terhelést. A második szakaszban a megfeszített pórusvíz a terhelés hatására saját feszültsége alatt elkezd kiszorulni, ami fokozatosan átkerül a szilárd talajszemcsékbe. Ebben a második fázisban a részecskék összeérnek, és a pórusok összezsugorodnak. A süllyedési folyamat addig tart, amíg a nyomás alatt lévő víz ki nem szorul a pórusokból, azaz a pórusokban lévő víz feszültség alatti állapota megszűnik. Ezért a talajszilárdulás elsősorban hidrodinamikai probléma, amely a talaj áteresztőképességétől és porozitásától függ. A csekély áteresztőképességű agyagnál a konszolidációs folyamat nagyon hosszú ideig tarthat, ráadásul a nagyobb összporozitás miatt lényegesen nagyobbak lehetnek az ülepedések, mint a homoknál. A konszolidációs teszt alapján az elszámolási idő lefutása a konszolidáció teljes időtartamára és egyes szakaszokban számítható.