Jarðvegsþjöppun

Efni skjalasérfræðinga: Greinin varðveitir sögulegt yfirlit yfir jarðtæknihugtök, formúlur og verklag á rannsóknarstofu. Það er ekki jarðtæknirannsókn, fyllingarhönnun, þjöppunarforskrift, gæðaeftirlitsáætlun eða staðgengill fyrir núverandi staðal. Jarðvegsbreytur, búnaður, þjöppunarorka, viðurkenningarviðmið og örugg vinnubrögð eru ákvörðuð af viðurkenndum jarðtæknifræðingi og faggiltri rannsóknarstofu út frá tilteknum jarðvegi og hlut.

Í dag einbeitir Savo Kusić sér að viðargluggum, viðar-ál gluggar, sérsniðnir gluggar, hurð og tilboðsbeiðnir. Þessi grein er áfram sem tækniskjalasafn og felur ekki í sér tilboð um jarðtæknilega hönnun, prófun eða framkvæmd jarðvinnu.

Þjöppun á lausum jarðvegi

Þjöppun lauss jarðvegs fer eftir stærð og lögun fastra agna, sem og uppbyggingu hans. Þegar um óbundinn jarðveg er að ræða eru ákveðin mörk þar sem gildin fyrir grop n og gropstuðull e fyrir sjaldgæfustu og þéttustu mannvirkið hreyfast.

Ef óbundið efni er þurrkað og hellt hægt í bikarglas þannig að það þjappist ekki við áhellingu, fæst sjaldgæfsta uppbygging þess. Þessi uppbygging samsvarar gropstuðlinum emax, en gildi hans fyrir sand í upprunalega textanum er innan markanna:

emax =0,7-1,0.

Ef sama efni er hellt í bikarglas í þunnum lögum og hvert lag er trompað með tréhamri þar til rúmmálið er stöðugt, þ.e. þar til það hættir að setjast við þjöppun, fæst þéttasta uppbygging þess. Það samsvarar gropstuðlinum emin, en gildið fyrir sand er:

emin = 0,45–0,65.

Þjöppun óbundins jarðvegs er gefin upp með hlutfallslegri þéttingu ID, stuðli sem sýnir þéttingarstig jarðvegsins miðað við hæstu þéttingu:

þar sem e er gropstuðull jarðvegs í náttúrulegu ástandi þjöppunar. Lokagildi hlutfallslegs þéttleika eru:

• fyrir sjaldgæfustu uppbyggingu e = emax; ID =0;
• fyrir þéttustu bygginguna e = emin; ID =1.

Viðmiðunin fyrir þjöppun sandjarðvegs samkvæmt Terzaghi í upprunalega textanum er:

• lítið þjappaður sandur: ID =0-1/3;
• miðlungs þjappaður sandur: ID =1/3–2/3;
• þétt þjappaður sandur: ID =2/3-1.

Ef um er að ræða fyllingar á vegum og fyllingum þarf textinn ID =2/3-1.

Í stað fyrra forms er hægt að nota hlutfall rúmmáls:

þar sem V er rúmmál óraskaðs jarðvegssýnis, Vmax er rúmmál sama magns af jarðvegi í því ástandi sem minnst er þjöppun og Vmin er rúmmál sama magns af jarðvegi í ástandi hámarksþjöppunar.

** Notkunarmörk:** Söguleg flokkun og hugtök má ekki flytja beint á verkið eða byggingarsvæðið. Jarðvegsgerð, sýnatökuaðferð, ástand sýna, viðeigandi staðall og verkefniskröfur geta breytt aðferð og viðmiðum.

Þjöppun bundins jarðvegs

Með bundnum jarðvegi er þjöppun ekki aðeins háð stærð og lögun föstu innihaldsefna og uppbyggingu þess, heldur einnig af samheldni. Vegna samheldninnar festast fastu agnirnar saman og því er mun erfiðara að kreista vatn út úr svitaholunum við þjöppun en með óbundinn jarðveg, þar sem agnirnar hreyfast auðveldara undir álagi.

Við þjöppun bundins jarðvegs skiptir vatnsmagnið miklu máli. Með þjöppun þrýstist vatn út úr svitaholunum og þykkt vatnsfilmunnar minnkar; porosity minnkar og skúfstyrkur og rúmþyngd aukast. Því meiri sem þéttleiki er, því meira af föstum efnum og færri svitahola á rúmmálseiningu. Þetta hlutfall var lagt til grundvallar við mat á þjöppun bundins jarðvegs. Þjöppunarstýring í textanum er framkvæmd með því að nota þurr rúmmálsþyngd:

γd = Wd / V [N/cm3]

þar sem Wd er þyngd alveg þurrkaðs jarðvegssýnis í N, og V er rúmmál sama sýnis í þjöppuðu ástandi fyrir þurrkun, í cm3.

Proctor’s Trial

Proctor’s prófið þjónar til að ákvarða sambandið milli vatnsmagns í jarðvegi og þjöppunar hans. Það ákvarðar ákjósanlegur rakastig, þ.e.a.s. rakastigið sem þjappaður jarðvegur gefur hámarks þurr rúmmálsþyngd fyrir tiltekna þjöppunarorku.

Sögulega lýst búnaði Proctors (mynd1) samanstendur af málmhólk með innra þvermál Ø =10 cm, hæð12 cm(mynd1_a_), framhald af strokki með sömu hæð í þvermál10 cm(mynd1_b_) og þvermál ramma úr málmi5 cm, þyngd2,5N, í sívalur stýri með aðeins stærri þvermál. Stýringin er opin í neðri enda og lokuð í efri enda, með örlítið breiðara opi fyrir hrútshandfangið til að fara í gegnum (mynd1_c_). Neðri endinn á strokknum er settur á stærri málmplötu og festur á meðan á þjöppun stendur.

Sýnið er þurrkað samkvæmt upphaflegri aðferð og sigtað í gegnum sigti5 mmtil að forðast áhrif stórra korna. Því næst er því blandað saman við vatnsmagn sem má ekki vera svo mikið að sýnið verði gróft, né svo lítið að ekki sé hægt að vinna úr sýninu. Í fyrsta lagi lag af hæð u.þ.b8 cmí ósamræmdu ástandi og rambað með25höggum jafnt dreift yfir yfirborðið. Höggið er framkvæmt með frjálsu falli hammersins úr hæð30 cm. Nýtt lag af þykkt er sett á8 cm, hleðst með nýjum25smellir og endurtekur ferlið með þriðja lagi. Eftir að því er lokið er framlengingin fjarlægð, yfirborð sýnisins er í takt við brún neðri strokksins og umfram jarðvegur fjarlægður. Sýni af þjöppuðum jarðvegi er síðan fjarlægt og þurrmagn γd og rakainnihald w ákvarðað.

Mynd1— Tilraun Proctors.

Tilraunin er endurtekin 5 til 6 sinnum, alltaf með fersku, ómeðhöndluðu efni úr sama sýni, en með mismunandi magni af vatni, til að fá mismunandi gildi fyrir γd og w. Jarðvegsraka w er borinn á botninn á skýringarmyndinni og þurrrúmmálsþyngd γd á ordinatunni (mynd 2). Tengdu punktarnir gefa feril sem sýnir að þurrmagnsþéttleiki eykst fyrst með raka að hámarki og minnkar síðan. Raki wopt sem svarar til hámarks þurrmagnsþéttleika max γd er kallaður ákjósanlegur raki. Í textanum er viðurkennt að við þennan raka náist mesta þjöppun fyrir tiltekna þjöppunarorku. Prófið sem framkvæmt er á þennan hátt kallast standard Proctor’s test.

Mynd 2 — Proctor skýringarmynd.

Öryggi og staðall rannsóknarstofu: Stærð búnaðar, massi og fall stamps, fjöldi laga og höggs og sýnishornsundirbúningur eru söguleg gögn sem send eru hér, ekki sjálfstæð leiðbeining. Gilt verklag verður að skilgreina viðeigandi staðal og rannsóknarstofuáætlun. Þurrkun, sigtun og þjöppun hefur í för með sér áhættu vegna ryks, fljúgandi agna, klípa og höggmeiðsla; nauðsynlegur búnaður, vernd og þjálfaður stjórnandi er krafist.

Áhrif kornastærðar yfir 5 mm

Í frumtextanum er tekið fram að korn stærri en 5 mm hafi ekki teljandi áhrif ef þau eru allt að 25% af heildarmassanum. Ef það eru fleiri en 25% skal taka tillit til áhrifa þeirra með því að reikna út þurr rúmmálsþyngd blöndunnar með því að nota hlutfallsaðferðina eða breytta Proctor prófið.

Útreikningur með meðalhófsaðferð

Samkvæmt þessari aðferð er þurr rúmmálsþyngd jarðvegsefnablöndunnar γdm reiknuð út frá hlutfallslegri framsetningu yfir og undir stærð korna5 mm:

hvar er:

• γd — þurr rúmmálsþyngd efnisins sem fór í gegnum sigtiopið5 mm;
• γsc — rúmmálsþyngd fastra agna sem eru eftir á sigtiopinu5 mm;
• m — hundraðshluti miðað við þyngd af efninu sem eftir er á sigtiopinu5 mmmiðað við allan massann.

Breytt Proctor próf

Samkvæmt reynslu bandarísku landgræðslustofnunarinnar sem vitnað er í í upprunalega textanum, ef korn stærri en5 mmgera yfir1/3til2/3af heildarmassa jarðvegsins ætti að framkvæma prófunina með heildarmassanum. Þar sem það er ekki hægt að gera þetta með góðum árangri í strokki með þvermál10 cm, er notaður strokkur með stærri þvermál í svokölluðu modified Proctor prófi. Textinn lýsir strokka í þvermál15,2 cmog hæð23,2 cm, þar sem sýnishornið magn5,5kp fyllir í þrjú um það bil jöfn lög með po50slær með þungum hamri4,53kp og fallhæð45,7 cm. Ef sýnið inniheldur korn allt að20 mm, prófið er framkvæmt með óröskuðu efni. Ef það inniheldur korn stærri en20 mm, upphæð5,5kp af sýninu er sigtað í gegnum sigti af20 mm, og skiptir afganginum á sigtinu út fyrir efni af sömu stærð5-20 mm.

Til viðbótar við aðferðina sem lýst er á þennan hátt, er í textanum hvaða frammistöðuaðferð sem er frábrugðin venjulegu einnig kölluð breytt Proctor próf.

Þjöppunarorka

Þjöppunarorku sýnisins í Proctor strokknum er hægt að gefa upp með jöfnunni, þar sem N er fjöldi hamarshögganna, h er hæð hamarfallsins í m, W er þyngd hamarsins í Mp (megapond) og V er rúmmál sýnisins í m3.

Með aukningu á þjöppunarorku næst meiri þjöppun á sýninu, porosity þess, þ.e.a.s. vatnsmagn í jarðvegi, minnkar og þurrmagnsþyngd eykst. Fyrir þjöppunarorku E1, E2, E3og E4samsvarandi Proctor plots á myndinni eru fengnar3. Allar skýringarmyndir byrja einkennalaust á mettunarmynd, einnig kölluð skýringarmynd0%af loftholum þegar allar svitaholur eru fylltar af vatni, þ.e5%af loftholum þegar það er95%svitaholur fylltar af vatni.

Mynd3— Proctor skýringarmyndir fyrir mismunandi þjöppunarorku.

Hægt er að smíða mettunarmynd með því að teikna á abscissa w = wz = n / γs(1-n), og á ordinötunni γd = γs(1-n), þar sem n er grop jarðvegs og γs er rúmmálsþyngd fastra agna tiltekins jarðvegs. Af því leiðir að hægt er að stilla þjöppunarorkuna til að fá þá þjöppun sem óskað er eftir. Til að stjórna þjöppun náttúrulegs jarðvegs eða þjappaðs fyllingar, er þjöppunarstuðullinn Iz oft tekinn upp í textanum, hlutfallið milli þurr rúmmálsþyngdar tiltekins jarðvegs eða fyllingar γd og rúmmálsþyngdar sem Proctor γp fæst:

Iz = γd / γp.

Hönnun og eftirlit á vettvangi: rannsóknarstofuferillinn ein og sér staðfestir ekki gæði afleidda lagsins. Sýnataka, lagþykkt, gerð og fjöldi vélaganga, rakastig, vettvangsmælingar, burðarþol, frárennsli, aðliggjandi mannvirki og neðanjarðar mannvirki skulu koma fram í hönnunar- og eftirlitsáætlun. Ekki nálgast vinnusvæði rúllunnar eða annarra véla án skipulegra merkja og aðgangsstýringar.