Определување на кохезија и агол на внатрешно триење

Денес, Саво Кусиќ е фокусиран на дрвени прозорци, дрво-алуминиумски прозорци, прилагодени прозорци, врата и барања за понуда. Овој текст останува како геотехничка архива и не е понуда за лабораториско испитување, геотехничко проектирање или земјени работи.

Постојат неколку начини за одредување на елементите на внатрешна отпорност на почвата, кохезија и агол на внатрешно триење со помош на лабораториски тестови, меѓу кои најпознати се тестот за директно смолкнување и тестот _триаксијална компресија.

Искуство со директно смолкнување

Тестот се изведува на апарат со правоаголен пресек од типот A. Casagrandea или на кружен апарат од типот Hvorsleva. Ќе го опишеме експериментот со уредот со правоаголен пресек, кој е најшироко користен. Во двата случаи, тестот се изведува со ненарушен примерок, или со нарушен примерок на точката на попуштање, во кој случај тестот има компаративна вредност.

Апарат за директно стрижење на правоаголен пресек (сл. 1)

Сл. 1_Попречен пресек на апаратот за директно смолкнување на Казагранде_

Уредот се состои од два дела, горната и долната рамка, каде што долната е статична, додека горниот е подвижен и може да се движи на долниот под влијание на хоризонталната сила Z, која делува на рамнината на допир на горната и долната рамка.

Примерокот од почвата се става во челичен правоаголен прстен, обично со големина 100 × 100 30 mm, или оние димензии кога точно се стругаат. Камењата за филтрирање се ставаат над горниот и долниот дел од примерокот, а потоа сè се става во прстенот на апаратот, кој потоа се полни со вода. На примерокот се поставува уред за вертикално оптоварување. Горниот филтер камен е поврзан со системот за вертикално оптоварување на примерокот, додека долниот е поврзан со канали за вода, со помош на кои примерокот може да се чува во заситена состојба за време на тестот, со цел да се исклучи привидната кохезија.

За да се исклучи триењето на контактните површини помеѓу горната и долната рамка, постојат уреди со извиткана горната рамка, со помош на која горната рамка се движи под дејство на хоризонтална сила на смолкнување. Дополнително, контактните површини на горната и долната рамка се обложени со вазелин. Во уредот е вклучен уште еден 2 компаратор за регистрирање вертикални и хоризонтални деформации.

Спроведување на испитувања со директно смолкнување

Постојат главно 2 типови на испитување со директно смолкнување: брз и бавен тест. Тестот Quick се состои во оптоварување на примерокот со одреден вертикален притисок, кој обично изнесува 0,50, откако ќе се внесе во апаратот; 1,0; 2,0; 3,0 и 4,0 kp/cm2, почекајте консолидација, што се претпоставува дека е постигнато ако се смири во текот на 24 часа Δh ≤ 0,02 mm, а потоа применувајте хоризонтална сила на смолкнување Z, големина 1/20 или 1/40 дел од вертикалната сила P, која секоја минута се зголемува за истата вредност додека не се скрши земјата. При примена на хоризонталната сила на смолкнување, текот на движењето на горната рамка постојано се следи со читање на компараторот и хоризонталните деформации се запишуваат во дневникот непосредно пред секое ново оптоварување. Моментот во кој компараторот покажува ненадејно движење, се прифаќа како превртување.

Брзиот тест се применува на глинести почви, чија природна консолидација при ново оптоварување е бавна и одговара на овој метод на изведување на тестот.

Slow се изведува на сличен начин како и досега со единствена разлика што хоризонталната сила на смолкнување се зголемува во подолг временски интервал, кој може да биде 2, 5 и 15 m минути или додека не се консолидираат, т.е. Текот на консолидација под дејство на хоризонтална сила се следи на компараторот 9 (сл. 1).

Бавниот тест се применува на песочна или правлива почва, каде што во случај на зголемување на хоризонталната сила на смолкнување во краток временски интервал, стрижењето на примерокот во апаратот би се забрзало поради ефектот на напрегнатата вода во порите, што не би одговарало на природен процес. Затоа, временскиот интервал се зголемува со финоста на неврзаните почвени честички, за да се овозможи изедначување на притисокот на водата во порите на почвата со надворешниот воден притисок. Ова изедначување се постигнува со оставање доволно време под влијание на секое ниво на хоризонтално оптоварување, така што вишокот вода во порите се истиснува низ филтерскиот камен.

Покрај горенаведените испитувања, во одредени случаи се врши брз тест без консолидација при вертикално оптоварување, односно хоризонталната сила на смолкнување се применува веднаш по внесувањето на примерокот во апаратурата и оптоварувањето со вертикално оптоварување. Меѓутоа, овој начин на извршување се применува под посебни услови, како што е случајот на свежо инсталиран насип од глинена почва, кој се товари веднаш по насипот без претходно набивање.

Определување агол на внатрешно триење и кохезија

Врз основа на резултатите од тестот, се пресметува напрегањето на смолкнување

τ=Z/A во kp/cm²,

што се добива од силата на смолкнување Z во kp во моментот на дефект и површината на напречниот пресек на примерокот A во cm². Тестот се врши со апарат од 3 до 4 натоварен со различен нормален притисок σ=P/A во kp/cm² каде што P е вертикалното оптоварување на примерокот во kp. Обично се земаат следните вредности на нормални притисоци: 1,0; 2,0; 3,0 и 4,0 kp/cm².

Сл. 2. Дијаграм на хоризонтални деформации

Врз основа на дијаграмот на елементите на внатрешно триење се добиваат два типа на дијаграми 1 и дијаграм на хоризонтални деформации (сл. 2).

Дијаграмот на хоризонтални деформации се добива со примена на хоризонталното поместување ΔL во mm од горната рамка на уредот на долната на оската на апсцисата, што се добива со читање на компараторот 9, а на оската на ординатите соодветното напрегање k2cm во kfig. 2).

Во зависност од набивањето на почвата, се добива дијаграмот 1 за набиен и дијаграмот 2 за лабав материјал.

Кај набиен материјал, напрегањето на смолкнување τ се зголемува првично прилично нагло во однос на хоризонталното поместување ΔL до границата на пропорционалноста P, потоа побавно, при што кривата на дијаграмот 1 се зголемува и достигнува максимална висина B, по што дијаграмот се намалува хоризонтално до степен на проток. Зоната на праволиниско искачување на хоризонталниот дијаграм на деформација, во која зголемувањето на напрегањето на смолкнување е пропорционално на зголемувањето на деформацијата, се претпоставува дека е област на еластична деформација. Надвор од границата P, зголемувањето на напрегањето на смолкнување се намалува според зголемувањето на деформациите ΔL до највисоката точка Б на дијаграмот. Во оваа зона, материјалот почнува да „тече“ и се прифаќа како област на пластична деформација. Највисоката точка B на дијаграмот 1 го претставува максималниот напон на смолкнување max τ, и се претпоставува дека лом на почвата се јавува во оваа точка, односно дека точката B е точката на кинење. Надвор од точката Б, материјалот е во течна состојба, јакоста на смолкнување се намалува и се претпоставува дека во оваа зона, каде што е прекината врската помеѓу честичките, постои само отпор на лизгање што се спротивставува на хоризонталната сила на смолкнување. Точката G каде што дијаграмот 1 се врти во хоризонтална насока, се прифаќа како граница на лизгање.

Напрегањето на смолкнување на границата на неуспех Б се нарекува јакост на смолкнување или чиста јакост на смолкнување τf, додека напрегањето на смолкнување на границата на попуштање G се нарекува јакост на лизгање τg.

За лабавиот материјал, дијаграмот за хоризонтално поместување исто така има еластичен регион со граница на пропорционалност P, но низводно е пластичен регион до границата на лизгање G, т.е. максималното напрегање на смолкнување е еднакво на граничната јакост, лизгање (τ=τg), над која е течната состојба на материјалот.

Сл.3. Дијаграм на смолкнување, а) за кохерентни почви, б) за некохерентни почви

Дијаграмот на смолкнување се добива кога нормалниот притисок σ во kp/cm се применува на оската на апсцисата2, а на оската на ординатите соодветната јакост на смолкнување τf во kp/cm2, каде што и двете овие вредности се применуваат во иста скала (Сл.3). Бидејќи јакоста на смолкнување τf на почвата се зголемува со нормалниот притисок σ, тоа ќе за различни притисоци σ1 се добиваат точките A, B, C и D, кои ги претставуваат соодветните јакости на смолкнување.

Да се ​​добијат поединечни точки A, B, C и D на дијаграмот3за кохерентни почви (сл.3а), усвоена е јачината на лизгање _τ_g. Меѓутоа, во случај на глинеста почва, материјалот почнува да тече долго пред да се достигне лимитот на лизгање G и постои тенденција да се прифати јакоста на смолкнување на границата на пропорционалноста P за да се одреди кохезијата c и аголот на внатрешно триење на почвата, но бидејќи е релативно мала, јакоста на смолкнување за која често се усвојува деформацијата ΔL на дијаграмот2двојно поголема од деформацијата во претходната фаза на оптоварување во апаратот. Оваа јачина е некаде помеѓу границата на P и B, односно G (сл.2).

Со спојување на точките A, B, C и D на дијаграмот76и се добива дијаграм на смолкнување кој е права линија при успешни испитувања. Со проширување на дијаграмот до пресекот со оската на ординатите, за σ =0, се добива врз основа на Кулоновата шема τf = c+σ tgϕ дека τf = c = кохезија на почвата, додека наклонот на дијаграмот кон хоризонталата го дава аголот на внатрешно триење. Со продолжување на дијаграмот на смолкнување од другата страна на оската на ординатите, напрегањето поради кохезија pk се добива на оската на апсцисата, кога големината на кохезијата c се изразува како еквивалент на отпорот на триење:

c = pk tgϕ, од каде pk = c/tgϕ

За некохерентни почви, како што е песок, дијаграмот на сл. 3b, кој минува низ координатниот почеток, бидејќи за σ = 0 добиваме τ = 0. Меѓутоа, ако песокот е ситно-грануларен и влажен, дијаграм сличен на оној на сл. 3a, со помала кохезија c, што претставува привидна кохезија. Во тој случај, напрегањето pk на продолжената оска на апсцисата од другата страна на координатниот почеток го претставува капиларниот стрес.

Треба да се истакне дека определувањето на кохезијата и триењето на почвата со директно тестирање на смолкнување има неколку недостатоци, од кои најважни се тоа што фрактурата на почвата се јавува на однапред одредена површина на смолкнување, а не на површината со најмала отпорност на смолкнување, што при стрижењето на примерокот во апаратурата, пониското движење на смолкнувањето на рамката се намалува нагоре поради тоа што се намалува површината на смолкнување. деформациите на примерокот за време на стрижењето може да се следат само на кратка должина, така што отпорот на лизгање над границата на фрактура не може доволно да се контролира, особено во случај на мека почва кога деформациите за време на стрижењето се големи, итн.

Триаксијален тест за компресија

Тестот се изведува на триаксијален апарат, кој има различни конструкции, но сите се базирани на истиот принцип, кој е следен. Ненарушениот примерок во вид на валјак се поставува вертикално на држачот и се изложува на страничниот притисок на течната маса од сите страни, а потоа на вертикалниот притисок, кој постепено се зголемува, додека не дојде до фрактура на примерокот на површината со најмала отпорност на смолкнување. Врз основа на јакоста на смолкнување при прекин, се пресметуваат кохезијата и аголот на внатрешното триење на почвата.

Опис на триаксијален уред

Сл. 4. Триаксијален апарат

Тријаксијален апарат (сл. 4) се состои во долниот дел од основната плоча на комората, на која се потпира држачот за примерокот, и во горниот дел на клипот за вертикално оптоварување на примерокот и горната плоча што ја затвора комората. Најчестите димензии на примерокот се дијаметар ϕ=36 mm, висина h=2,2-2,5_ϕ_. Дијаметарот на комората е D=135mm, висина H = 180 mm. Тесна цевка K1 започнува од центарот на држачот за примерок за одводнување на примерокот од дното, кој прима вода од примерокот преку порозна плоча и ја испушта надвор од комората во вертикална стаклена цевка C1. Ако тестот се изведува без да се исцеди примерокот, овој канал служи за мерење на притисокот на водата во порите. Во бронзената основа на комората има канал K2 за довод на течна маса со цел да се наполни комората и да се постигне страничен притисок во комората на примерокот.

Низ горната плоча на комората поминува рачката на клипот за полнење на примерокот. Примерокот во комората е опкружен со гумена мембрана, која е продолжена на двата краја и се поврзува со клипот и основата со помош на гумени прстени. Во средината на клипот има канал K3 за испуштање на примерокот од горната страна.

Страните на комората се херметички затворени со цилиндар од плексиглас кој е фиксиран на горните и долните плочи на комората преку гумени прстени.

Комората се поставува на цврста основа. Нормалното полнење на примерокот се врши преку лост со тегови, чиј сооднос е најчесто 1:10. Системот за постигнување страничен притисок на примерокот во комората се состои од шише со течна маса Б, која се внесува во комората со помош на цевка, манометар за мерење на воздушен притисок и шише со компримиран воздух. Над клипот е поставен компаратор за оптоварување на примерокот за мерење на населувањето на примерокот под оптоварување.

Страничниот притисок на течната маса во комората може да се прилагоди по желба со помош на воздушниот притисок во шишето Б, преку вентилите V1 и V2. Овој притисок предизвикува хоризонтални напрегања во примерокот σ2 и σ3, кои поради кружниот пресек на примерокот се изедначени σ2 = σ3.

Течната маса може да биде дестилирана вода или масло, што се претпочита за подобро запечатување, бидејќи водата може да помине низ завртките. Под влијание на воздушниот притисок во шишето Б, течната маса ја исполнува комората до вентилот V6, кој потоа се затвора. Вертикалното оптоварување на примерокот P, кое речиси без триење се пренесува на примерокот преку рачката на клипот, поделено со површината на напречниот пресек на примерокот A го дава вертикалното напрегање σ1 = P/A

Изведување триаксијален тест за компресија

За примерокот за тестирање, тој се обработува во посебен апарат, така што се добива цилиндар со дијаметар36 mm, висина78 mmили90 mm, на кој се поставуваат филтер камења на горната и долната страна и се навлекува гумена мембрана. Потоа примерокот заедно со филтерските камења се става на држачот во комората, краевите, гумените мембрани се повлекуваат преку држачот и клипот за полнење и се прицврстуваат со гумени прстени. Според практиката на одредени лаборатории, како што е проф. Скемптон во Лондон, испуштањето на примерокот во комората за време на тестот се забрзува со обложување на страните на примерокот со филтер-хартија, која се поставува пред да се навлече гумената мембрана. Кога примерокот се внесува во апаратот и цилиндерот од плексиглас е фиксиран во горните и долните плочи, се вршат тестови, кои можат да се изведат на неколку начини, како што е следниот:

1. Неисцедени тестови. Кај овие испитувања, не е дозволено исцедување на мострата при примена на латералниот и вертикалниот тест, со затворени вентили V4 и V5.

2. Неисцедени тестови со консолидација. При примена на страничен притисок, примерокот се испушта (вентилите V4 и V5 се отворени), додека при примена на вертикален притисок не е дозволено одводнување (V4 и V5 се затворени).

3_) Исцедени тестови_. Примерокот се исцедува за целото времетраење на тестот (вентилите V4 и V5 се отворени), така што ќе дојде до целосна консолидација и не се создава напрегната вода во порите при примена на вертикален притисок σ1. Овој тест трае долго време, особено со слабо пропустлива почва, бидејќи вертикалното оптоварување σ1 мора да се изврши во голем број мали фази и мора да се чека консолидација во секоја фаза. Дополнително, споменатите тестови може да се направат со заситени и делумно заситени примероци_._

Со оглед на гореспоменатите можности, триаксијалните тестови за компресија може да се изведат во различни варијанти и да се прилагодат според типот на почвата при услови на оптоварување.

Опишаните уреди, процедури, единици, вредности и обрасци се пренесуваат од историски извор. Текстот не е геотехничка студија, лабораториски протокол, проект за темели, доказ за стабилност на косини или план за ископ. Изборот на примерокот и методот на испитување, состојбата на одводнување и консолидација, подземните води, режимот на оптоварување, сеизмичките влијанија и безбедноста при ископот мора да се определат за конкретната почва и зграда, според важечките прописи, со соодветна лабораторија и овластен геотехнички експерт.