Ákvörðun samheldni og innri núningshorns

Í dag einbeitir Savo Kusić sér að viðargluggum, viðar-ál gluggar, sérsniðnir gluggar, hurð og tilboðsbeiðnir. Þessi texti er áfram sem jarðtækniskjalasafn og er ekki tilboð í tilraunastofuprófanir, jarðtæknilega hönnun eða jarðvinnu.

Það eru nokkrar leiðir til að ákvarða þætti innri jarðvegsþols, samheldni og innri núningshorns með því að nota rannsóknarstofupróf, þar á meðal eru bein klippa prófið og þríása þjöppunarprófið frægasta.

Bein klippa reynsla

Prófunin er gerð á búnaði með rétthyrndum hluta af gerð A. Casagrandea eða á hringlaga tæki af Hvorsleva gerð. Við munum lýsa reynslunni af tækinu af rétthyrndum þversniði, sem er mest notað. Í báðum tilfellum er prófið framkvæmt með óröskuðu sýni, eða með trufluðu sýni við ávöxtunarmark, en þá hefur prófun samanburðargildi.

Búnaður til að klippa rétthyrndan hluta beint (mynd 1)

Sl.1 Hluti af beinni klippibúnaði Casagrande

Búnaðurinn samanstendur af tveimur hlutum, efri og neðri grind, þar sem sá neðri er kyrrstæður, en sá efri er hreyfanlegur og hægt að hreyfa hann á þann neðri undir áhrifum lárétta kraftsins Z, sem verkar á snertiflöt efri og neðri grindarinnar.

Jarðvegssýnið er sett í ferhyrndan stálhring, algengasta stærðin100×100×30 mm, eða þessar stærðir þegar þær eru skafarnar nákvæmlega. Síusteinar eru settir ofan og neðst á sýninu og síðan er allt sett í hringinn á tækinu sem síðan er fyllt með vatni. Búnaður fyrir lóðrétta hleðslu er settur á sýnið. Efri síusteinninn er tengdur við lóðrétt hleðslukerfi sýnisins, en sá neðri er tengdur við vatnsrásirnar, með því að halda sýninu í mettuðu ástandi meðan á prófun stendur, til að útiloka augljósa samheldni.

Til þess að útiloka núning á snertiflötum milli efri og neðri ramma, eru tæki með efri grind snúinn, með því að efri grindin hreyfist undir áhrifum lárétts klippikrafts. Að auki eru snertiflötur efri og neðri ramma húðuð með jarðolíuhlaupi. Annar 2 samanburðartæki til að skrá lóðrétta og lárétta aflögun er innifalinn í tækinu.

Framkvæma bein klippupróf

Það eru flestir2gerðir af beinu klippiprófi: hratt og hægt próf. _hraðprófið felst í því að hlaða sýninu með ákveðnum lóðréttum þrýstingi, sem venjulega nemur0,50;1,0;2,0;3,0og4,0kp/cm2, bíða eftir samþjöppun, sem gert er ráð fyrir að hafi náðst, ef landsigið á tímum kl.24klukkustundir Δh ≤0,02 mm, og þá er láréttum skurðkrafti Z, af stærðargráðu, beitt1/20eða1/40hluti af lóðrétta kraftinum P, sem eykst á hverri mínútu um sama gildi þar til jörðin brotnar. Við beitingu lárétta klippikraftsins er stöðugt fylgst með hreyfingu efri grindarinnar með því að lesa á samanburðarbúnaðinn og láréttar aflögunirnar eru skráðar í stokkinn rétt fyrir hverja nýja álag. Augnablikið, þar sem samanburðarmaðurinn sýnir skyndilega hreyfingu, er samþykkt sem brautryðjandi.

Hraðprófið er beitt á leirkenndan jarðveg, þar sem náttúruleg þétting undir nýju álagi er hæg og samsvarar þessari aðferð við að framkvæma prófið.

Slow prófið er framkvæmt á svipaðan hátt og áður með þeim eina mun að láréttur skúfkraftur eykst á lengra tímabili, sem getur verið 2, 5 og 15 mmínútur eða þar til þétting, þ.e.a.s. þar til lárétta aflögun verður algjörlega. Fylgst er með samþjöppuninni undir áhrifum lárétts krafts á samanburðartækinu 9 (mynd 1).

Hæga prófið er beitt á sandan eða rykugan jarðveg, þar sem ef um er að ræða aukningu á lárétta skurðkraftinum á stuttu millibili myndi klipping sýnisins í tækinu hraða vegna áhrifa streituvatns í svitaholunum, sem myndi ekki samsvara náttúrulegu ferli. Tímabilið eykst því með fínleika óbundinna jarðvegsagnanna, svo hægt sé að jafna vatnsþrýstinginn í jarðvegsholunum við ytri vatnsþrýstinginn. Þessi jöfnun næst með því að skilja eftir nægan tíma undir áhrifum hvers stigs lárétts álags, þannig að umframvatnið í svitaholunum sé kreist út í gegnum síusteininn.

Auk nefndra prófana er í vissum tilfellum hraðprófun án samþjöppunar undir lóðréttu álagi, þ.e.a.s. láréttum skurðarkrafti er beitt strax eftir að sýnið er komið inn í tækið og hlaðið það með lóðréttu álagi. Hins vegar er þessari framkvæmdaraðferð beitt við sérstakar aðstæður, svo sem þegar um er að ræða nýuppsetta fyllingu úr leirjarðvegi, sem hlaðið er strax eftir fyllingu án undangenginnar þjöppunar.

Ákvörðun á innri núningshorni og samheldni

Byggt á prófunarniðurstöðum er skurðspennan

τ=Z/A í kp/cm²,

sem fæst úr skúfkraftinum Z í kp við bilun og þversniðsflatarmál sýnisins A í cm². Prófið er gert með 3 til 4 búnaði sem er hlaðinn með mismunandi eðlilegum þrýstingi σ=P/A í kp/cm² þar sem P er lóðrétt álag sýnisins í kp. Eftirfarandi gildi fyrir eðlilegan þrýsting eru venjulega tekin: 1,0; 2,0; 3,0 og 4,0 kp/cm².

Mynd. 2. Skýringarmynd af láréttum aflögunum

Byggt á skýringarmynd af innri núningsþáttum, fást tvær tegundir af skýringarmyndum 1 og skýringarmynd af láréttum aflögunum (mynd 2).

Skýringarmyndin yfir lárétta aflögun er fengin með því að beita láréttri tilfærslu ΔL í mm af efri ramma tækisins á þann neðri á ásnum sem fæst með því að lesa samanburðartækið 9, og á ordinatásnum samsvarandi skurðspennu ⟦pig_τ² í kp. 2).

Það fer eftir jarðvegsþjöppun, skýringarmyndin 1 fyrir þjappað og skýringarmynd 2 fyrir laus efni fæst.

Fyrir þjappað efni eykst skurðspennan τ í upphafi frekar mikið miðað við lárétta tilfærslu ΔL upp að mörkum hlutfalls P, síðan hægar, þar sem ferill skýringarmyndarinnar 1 eykst og nær hámarkshæð B, eftir það minnkar skýringarmyndin lárétt flæði yfir ákveðinn atburð. Gert er ráð fyrir að svæði beinalínuklifurs á láréttu aflögunarmyndinni, þar sem aukning á klippiálagi er í réttu hlutfalli við aukningu á aflögun, sé svæði teygjanlegrar aflögunar. Umfram mörkin P minnkar aukning skúfspennu í samræmi við aukningu á aflögunum ΔL upp í hæsta punkt B á skýringarmyndinni. Á þessu svæði byrjar efnið að “flæða” og það er samþykkt sem svæði með plastaflögun. Hæsti punktur B á 1 skýringarmyndinni táknar hámarks skurðspennu max τ og gert er ráð fyrir að jarðvegsbrot eigi sér stað á þessum tímapunkti, þ.e. punktur B sé brotmarkið. Handan við punkt B er efnið í fljótandi ástandi, skúfstyrkurinn minnkar og gert er ráð fyrir að á þessu svæði, þar sem sambandið milli agna er rofið, sé aðeins rennamótstaða sem er á móti lárétta skurðkraftinum. Punkturinn G þar sem skýringarmyndin 1 snýr í lárétta stefnu er tekin upp sem rennamörk.

Skifspennan við brotmörk B er kölluð skurðstyrkur eða hreinn skurðstyrkur τf, en skurðspennan við uppskerumörkin G er kölluð sleðstyrkur τg.

Fyrir laus efni hefur lárétta tilfærslumyndin einnig teygjanlegt svæði með hlutfallsmörkum P, en niðurstreymis er plastsvæði upp að sleðamörkum G, þ.e.a.s. hámarks skurðspenna er jöfn mörkstyrk, renna (τ=τg), út fyrir það sem vökvaástand efnisins.

Sl.3. Skýringarmynd, a) fyrir samfelldan jarðveg, b) fyrir ósamhangandi jarðveg

Skúfmyndin fæst þegar venjulegum þrýstingi σ í kp/cm er beitt á ásnum2, og á ordinatásnum samsvarandi skurðstyrkur τf í kp/cm2, þar sem bæði þessi gildi eru notuð í sama kvarða (mynd.3). Þar sem skurðstyrkur τf jarðvegsins eykst með venjulegum þrýstingi σ mun hann fyrir mismunandi þrýsting σ1 fáðu punkta A, B, C og D, sem tákna samsvarandi skurðstyrk.

Til að fá einstaka punkta A, B, C og D á skýringarmyndinni3fyrir samfelldan jarðveg (mynd.3a), er rennistyrkurinn _τ_g tekinn upp. Hins vegar, þegar um er að ræða leirkenndan jarðveg, byrjar efnið að renna löngu áður en rennamörkum G er náð, og það er tilhneiging til að taka upp skúfstyrkinn við hlutfallsmörk P til að ákvarða samheldni c og innra núningshorn jarðvegsins, en þar sem það er tiltölulega lítið er skurðstyrkurinn sem aflögunin er oft tekin upp fyrir á skýringarmyndinni _ΔL_2tvisvar sinnum meiri en aflögunin á fyrra stigi hleðslu í tækinu. Þessi styrkur er einhvers staðar á milli landamæra P og B, það er G (mynd.2).

Tengipunktar A, B, C og D á skýringarmynd 76a gefur klippumynd, sem er bein lína í vel heppnuðum prófum. Með því að lengja skýringarmyndina að skurðpunkti með ordinatásnum, fyrir σ = 0, fæst út frá Coulomb mynstrinu τf = c+σ tgϕ að τf = c = samheldni jarðvegs, en halli skýringarmyndarinnar í átt að lárétta núningi gefur hornið. Með því að lengja skúfmyndina hinum megin við ordinatásinn, fæst streita vegna samheldni pk á abscissa ásnum, þegar stærð samheldni c er gefin upp sem jafngildi núningsviðnáms:

c = pk tgϕ, þaðan pk = c/tgϕ

Fyrir ósamræmdan jarðveg, eins og sand, er skýringarmyndin á mynd. 3b, sem fer í gegnum hnitaupprunann, þar sem fyrir σ = 0 fáum við τ = 0. Hins vegar, ef sandurinn er fínkornaður og blautur, er skýringarmynd svipað og á mynd. 3a, með minni samheldni c, sem táknar augljósa samheldni. Í því tilviki táknar spennan pk á útbreidda abscissa ásnum hinum megin við hnitaupprunann háræðaspennuna.

Tekið skal fram að ákvörðun jarðvegssamstæðu og núnings með beinni klippuprófun hefur nokkra ókosti, þar af mikilvægustu að jarðvegsbilun á sér stað á fyrirfram ákveðnu skurðfleti en ekki á yfirborði með minnsta skurðþol, að við klippingu á sýninu í tækinu minnkar klippihreyfingin á því neðri og síðan á neðri yfirborðinu. Aðeins er hægt að fylgjast með aflögun sýnisins við klippingu á stuttri lengd, þannig að renniviðnám yfir mörkin getur ekki stjórnað broti að fullu, sérstaklega ef um mjúkan jarðveg er að ræða þegar aflögun við klippingu eru miklar o.s.frv.

Þríása þjöppunarpróf

Prófunin er gerð á þríása búnaði, sem hefur mismunandi hönnun, en þau eru öll byggð á sömu meginreglunni, sem er sem hér segir. Ótruflaða sýnishornið í formi vals er sett lóðrétt á standinn og berst fyrir hliðarþrýstingi vökvamassans frá öllum hliðum og síðan fyrir lóðréttum þrýstingi, sem eykst smám saman, þar til brot á sýninu verður á yfirborði með minnsta skurðþol. Byggt á skurðstyrknum við brot er samheldni og innri núningshorn jarðvegsins reiknuð út.

Lýsing á þríása búnaði

Mynd. 4. Tríaxial tæki

Þríása búnaðurinn (mynd 4) samanstendur af neðri hluta grunnplötu hólfsins, sem sýnishornið hvílir á, og í efri hluta stimplsins fyrir lóðrétta hleðslu á sýninu og efri plötunni sem lokar hólfinu. Algengustu sýnismálin eru þvermál ϕ=36 mm, hæð h=2,2-2,5_ϕ_. Þvermál hólfsins er D=135mm, hæð H = 180 mm. Þröngt túpa K1 til að tæma sýnið frá botni byrjar frá miðju sýnishornsins, sem tekur við vatni úr sýninu í gegnum gljúpa plötu og tæmir það út fyrir hólfið í lóðrétt glerrör C1. Ef prófunin er framkvæmd án þess að tæma sýnið, þjónar þessi rás til að mæla vatnsþrýstinginn í svitaholunum. Í bronsbotni hólfsins er rás K2 til að veita vökvamassa til að fylla hólfið og ná hliðarþrýstingi í hólfinu á sýninu.

Í gegnum efri plötu hólfsins fer stimplahandfangið til að hlaða sýnið. Sýnið í hólfinu er umkringt gúmmíhimnu, sem er framlengd í báða enda og er tengd stimplinum og botninum með gúmmíhringjum. Í miðju stimplisins er rás K3 til að tæma sýnið frá efri hliðinni.

Hliðar hólfsins eru loftþéttar lokaðar með plexíglerhólki sem er festur við efri og neðri plötur hólfsins með gúmmíhringjum.

Hólfið er sett á traustan grunn. Venjuleg hleðsla sýnisins fer fram með lyftistöng með lóðum, hlutfall þeirra er oftast 1: 10. Kerfið til að ná hliðarþrýstingi á sýnið í hólfinu samanstendur af flösku með fljótandi massa B, sem er flutt inn í hólfið með röri, þrýstimæli til að mæla loftþrýsting og flösku með þrýstilofti. Samanburðarbúnaður er settur fyrir ofan stimpilinn til að hlaða sýnið til að mæla set sýnisins undir álagi.

Hægt er að stilla hliðarþrýsting vökvamassans í hólfinu að vild með því að nota loftþrýstinginn í flöskunni B, í gegnum ventlana V1 og V2. Þessi þrýstingur veldur láréttum álagi í sýninu σ2 og σ3, sem vegna hringlaga hluta sýnisins jafnast σ2 = σ3.

Vökvamassi getur verið eimað vatn eða olía, sem er æskilegt fyrir betri þéttingu, vegna þess að vatn getur farið í gegnum skrúfurnar. Undir áhrifum loftþrýstings í flösku B fyllir vökvamassi hólfið upp að loka V6 sem lokar síðan. Lóðrétt álag sýnisins P, sem er flutt nánast núningslaust yfir á sýnishornið í gegnum stimplahandfangið, deilt með þversniðsflatarmáli sýnisins A gefur lóðrétta álagið σ1 = P/A

Framkvæmir þríása þjöppunarpróf

Fyrir prófunarsýnið er það unnið í sérstökum búnaði, þannig að vals með þvermál 36 mm, hæð 78 mm eða 90 mm fæst, þar sem síusteinar eru settir að ofan og neðan og sett gúmmíhimna á. Síðan er sýnið ásamt síusteinunum sett á standinn í hólfinu, endarnir, gúmmíhimnurnar dregnar yfir standinn og hleðslustimpilinn og festar með gúmmíhringjum. Samkvæmt venju ákveðinna rannsóknarstofa, eins og prófessor Skempton í London, er tæmingu sýnisins í hólfinu á meðan á prófun stendur flýtt með því að fóðra hliðar sýnisins með síupappír sem er settur áður en gúmmíhimnan er dregin á. Þegar sýnið er komið inn í tækið og plexiglerhólkurinn er festur í efri og neðri plötuna er hægt að framkvæma prófanir sem hægt er að framkvæma á nokkra vegu, svo sem eftirfarandi:

1. Ótæmd próf. Í þessum prófunum er ekki leyfilegt að tæma sýnishornið meðan á hliðar- og lóðréttu prófun stendur á meðan lokar V4 og V5 eru lokaðir.

2. Óþreyttar prófanir með sameiningu. Við beitingu hliðarþrýstings er sýnið tæmt (ventlar V4 og V5 eru opnir), en meðan á lóðréttum þrýstingi er beitt er frárennsli ekki leyft (V4 og V5 eru lokaðar).

3_) Tæmd sýni_. Sýnið er tæmt allan prófunartímann (ventlar V4 og V5 eru opnir), þannig að algjör þétting á sér stað og ekkert streituvatn myndast í svitaholunum við beitingu lóðrétts þrýstings σ1. Þessi prófun tekur langan tíma, sérstaklega með illa gegndræpum jarðvegi, vegna þess að lóðrétt hleðsla σ1 verður að fara fram í mörgum litlum áföngum og bíða þarf eftir þéttingu á hverju stigi. Að auki er hægt að framkvæma nefnd próf með mettuðum og að hluta mettuðum sýnum_._

Miðað við möguleikana sem nefndir eru hér að ofan er hægt að framkvæma þríása þjöppunarpróf í mismunandi afbrigðum og stilla eftir tegund jarðvegs við álagsskilyrði.

Tækin, aðferðir, einingar, gildi og mynstur sem lýst er eru send frá sögulegum heimildum. Textinn er ekki jarðtæknirannsókn, rannsóknarstofubókun, grunnverkefni, sönnun um hallastöðugleika eða uppgröftur. Val á sýni og prófunaraðferð, ástand frárennslis og þéttingar, grunnvatns, álagsáhrif, jarðskjálftaáhrif og uppgröfturöryggi skal ákvarðað fyrir viðkomandi jarðveg og aðstöðu, samkvæmt gildandi reglum, með viðeigandi rannsóknarstofu og viðurkenndum jarðtæknisérfræðingi.