Belangrijke opmerking van een deskundige: Dit artikel is een educatieve archiefbeoordeling en is geen geotechnisch onderzoek, een geldige laboratoriumstandaard, een funderingsberekening of een handleiding. De oorspronkelijke termen, procedures, meeteenheden, waarden, classificaties en verwijzingen naar “onze voorschriften” werden overgedragen zonder controle op de naleving van toepasselijke normen en voorschriften. Bodemonderzoek, methodekeuze, interpretatie van resultaten en ontwerpbeslissingen moeten worden uitgevoerd door geautoriseerde geotechnische experts en het juiste laboratorium voor een specifiek object en locatie.
Het onderwerp samendrukbaarheid van de bodem maakt geen deel uit van het nieuwe openbare aanbod van Savo Kusić. De huidige productiefocus bestaat uit houten ramen, hout-aluminium ramen en op maat gemaakte deuren. Voor een specifiek raam- of deurproject kunt u offerteaanvraag sturen.
Basis van de oedometertest
De samendrukbaarheid van de grond wordt bepaald door een drukproef met verhinderde zijdelingse uitzetting, ook wel oedometerproef of consolidatieproef genoemd.
De test wordt uitgevoerd met ongestoorde monsters, en in sommige gevallen met verstoorde monsters. In het eerste geval wordt het testmonster genomen door metalen ringen in een groter, ongestoord monster te drukken, dat vervolgens samen met de ring in het apparaat wordt gevoerd nadat het overtollige monster is afgesneden en de oppervlakken ervan gelijk zijn gemaakt met de randen van de cilinder. In het tweede geval wordt de ring gevuld met een monster dat op het vloeipunt in consistentie verkeert en in die toestand in de oedometer gebracht.
De test wordt uitgevoerd met behulp van het apparaat dat voor het eerst door Terzaghi werd gebouwd en de Oedometer werd genoemd. Tegenwoordig zijn er verschillende constructies van dit apparaat, maar ze zijn allemaal gebaseerd op hetzelfde principe: het testen van de compressie van een grondmonster onder belasting met voorkomen laterale uitzetting.
Oedometer: apparaatbeschrijving
Afb. 1. Kilometerteller
Oedometer bestaat uit een metalen cilinder waarin het monster zich tussen twee filterstenen bevindt (fig. 1). Het monster wordt in het apparaat gebracht in een metalen ring met een diameter van 7-10 cm en een hoogte van 1-4 cm. Via de bovenste filtersteen wordt de belasting P op het monster overgebracht. Onder de onderste filtersteen bevinden zich in de bodem van de cilinder kanalen voor het afvoeren van water uit het monster naar de capillaire buis, evenals voor de watertoevoer. Omdat het samenpersen van het monster ten koste gaat van de poriën, omdat vaste gronddeeltjes en water in de poriën vrijwel onsamendrukbaar zijn, moet ervoor worden gezorgd dat het water tijdens de proef uit het monster wegloopt. Dit wordt mogelijk gemaakt door middel van een filtersteen, een kanaal en een capillair.
Aan de linkerkant van het apparaat bevindt zich een watertoevoerleiding met een kraan voor de cilinder, terwijl aan de rechterkant een capillair buisje zit met een kraan achter de cilinder. Het capillaire buisje wordt ook gebruikt om de bodemdoorlatendheidscoëfficiënt k.
Examen
Wanneer het monster in de cilinder is geplaatst en het apparaat is gemonteerd, sluit u de linkerkraan, de watertoevoer, en opent u de rechterkraan, zodat het water in het capillaire buisje kan lopen. Vervolgens wordt de belasting van het monster benaderd, die geleidelijk wordt toegepast. Meestal worden de volgende belastingen toegepast: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 en verder tot de hoogste verwachte grondbelasting onder het gebouw, meestal tot 10 kp/cm2, en voor dammen kan dit zelfs nog hoger zijn tot 20 kp/cm2. Bij elk belastingsniveau, op het moment dat deze wordt toegepast, wordt de stopwatch gestart en op bepaalde tijdsintervallen 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, en vervolgens elke verdere 24h, tot de consolidatie van het monster onder die mate van belasting, wordt de overeenkomstige schikking in duizendsten van een millimeter op de comparator afgelezen en in het record vastgelegd. Voor consolidatie wordt aangenomen dat deze is bereikt als de zetting van het monster Δh ≤ 0,02 mm gedurende een tijd van 24 uur. Nadat consolidatie is bereikt, wordt het volgende belastingsniveau toegepast en wordt de hele procedure op dezelfde manier herhaald, enzovoort tot het uiteindelijke belastingsniveau.
Consolidatietest met verhinderde laterale uitzetting wordt uitgevoerd bij laden en lossen, om de elastische eigenschappen van de grond te bepalen. Nadat we de sample tot op zekere hoogte hebben geladen, ontladen we hem met dezelfde geleidelijkheid als waarmee we hem hebben geladen. Reliëf wordt meestal uitgevoerd na 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 en 6,0 kp/cm2.
In de regel wordt de test uitgevoerd met het monster onder water, dat op de linker glazen buis wordt gehouden ter hoogte van het bovenoppervlak van het monster in het apparaat. Het testen van de samendrukbaarheid van het monster in aanwezigheid van water wordt om deze reden gedaan, omdat de test lang duurt en het monster gedurende die tijd droogt, waardoor de samendrukbaarheid van het monster lager zou zijn dan de werkelijke samendrukbaarheid van de grond in zijn natuurlijke vochttoestand. Bovendien kan het natuurlijke bodemvocht hoger zijn dan het was op het moment van bemonstering, vooral wanneer het grondwaterpeil stijgt, wat zou kunnen leiden tot een significante afwijking van de werkelijke samendrukbaarheid van de bodem tijdens de periode van hoogwaterpeil.
De testresultaten worden toegepast op drie soorten diagrammen, namelijk het relatieve compressiediagram, het porositeitscoëfficiëntveranderingsdiagram en het tijdzettingsdiagram.
Relatief compressiediagram
Dit diagram wordt verkregen wanneer normale druk wordt uitgeoefend op het monster op de abscis-as σ = P/A, waarbij P de belasting is die op het monster inwerkt via de bovenste filtersteen in kp/cm2, A het dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster in het apparaat is, en op de ordinaat-as de relatieve compressie Δh/h is, waarbij Δh is de zetting van het monster onder belasting Δσ tijdens consolidatie, h monsterhoogte vóór belasting (fig. 2).
Afb. 2. Relatief compressiediagram
Tijdens het laden wordt diagram van primaire compressie a.
Als tijdens het lossen de ongehinderde inname van water mogelijk wordt gemaakt, zodat het monster tijdens het lossen onder water blijft, keert het terug naar de oorspronkelijke staat, d.w.z. zwelling. Het monster keert echter niet terug naar de oorspronkelijke staat, waardoor het naast elastische ook een plastische (blijvende) vervorming heeft ondergaan. Daarom wordt in dit geval tijdens het lossen het zweldiagram b verkregen. Als de test echter werd uitgevoerd zonder water te ontvangen, werd in plaats van een zwellingsdiagram het zogenaamde elasticiteitsdiagram.
Als het monster na het lossen opnieuw wordt geladen, wordt het secundaire compressiediagram c verkregen. Het zweldiagram en het secundaire compressiediagram c vormen daartussen een hysteresislus. In klei zijn de hysteresislussen aanzienlijk en daarom worden de vervormingen op het gebied van zwelling en secundaire compressie (diagrammen b en c) niet als elastisch beschouwd, maar omkeerbaar, omdat ze niet evenredig zijn aan de belasting volgens de wet van Hooke. Vervormingen in het gebied van primaire compressie (diagram a) in het deel waar ze niet terugkeerden, zijn permanent (onomkeerbaar).
Bodemcompressibiliteitsmodule
Uit het diagram van de relatieve compressie verkrijgen we volgens de wet van Hooke, analoog aan de elasticiteitsmodulus van Jung E voor een elastisch materiaal, de samendrukbaarheidsmodulus van de grond Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
waarbij Δσ de toename van de belasting is, en Δh/h de corresponderende relatieve compressie, die is overgenomen uit het primaire compressiediagram a (fig. 2).
De samendrukbaarheidsmodulus van de grond Ms verschilt van de elasticiteitsmodulus E van een elastisch materiaal, omdat Ms niet constant is voor een en hetzelfde materiaal, maar variabel is en toeneemt met de normale belasting σ. Daarom kan één specifieke waarde van de samendrukbaarheidsmodulus Ms slechts worden gegeven voor een smal interval van normale grondbelasting Δσ. Als de waarde van de module Ms hoger is, is de samendrukbaarheid van de grond lager en omgekeerd. Volgens onze funderingsvoorschriften wordt het volgende criterium voor de samendrukbaarheidsmodulus van de grond in zijn natuurlijke staat gehanteerd:
De onderstaande classificatie is overgenomen uit de originele tekst, inclusief het herhaalde interval 100-400 kp/cm2. Het is niet gecontroleerd of geharmoniseerd met de huidige regelgeving.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 extreem samendrukbare grond
Ms = 20 - 50 kp/cm2 zeer samendrukbare grond
Ms = 50 - 100 kp/cm2 middelmatig samendrukbare grond
Ms = 100 - 400 kp/cm2 minder samendrukbare grond
Ms = 100 - 400 kp/cm2 licht samendrukbare grond
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 licht samendrukbare grond
Ms > 1000 kp/cm2 zeer laag samendrukbare grond.
Bodemelasticiteitsmodule
Op dezelfde manier verkrijgen we de elasticiteitsmodulus van de grond E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
waarbij de relatieve drukverhoging Δh/h wordt overgenomen uit het bodemelasticiteitsdiagram voor de overeenkomstige normale drukverhoging Δσ.
Normale geconsolideerde en overgeconsolideerde grond
Afb. 3. Diagram van veranderingen in porositeitscoëfficiënt van verstoord bodemmonster
Als we een oedometertest uitvoeren met een verstoord monster, dat we op het vloeipunt in het apparaat hebben ingevoerd, en we de resultaten van de test uitzetten in het diagram van de verandering in de porositeitscoëfficiënt e afhankelijk van de druk σ (Fig. 3), wordt de consolidatiestroom weergegeven door diagrammen 1 voor de primaire belasting, 2 voor lossen, 3 voor de secundaire lading tot de limiet a van de primaire ladingverlenging σa en 4 daarbuiten.
Het ontlaaddiagram 2 en het secundaire compressiediagram 3 vormen een hysteresislus waarachter het diagram 4 in het verlengde van het diagram 1 voortduurt, zonder pauze, alsof er geen sprake is van lossen en herladen.
Afb. 4. Diagram van verandering van porositeitscoëfficiënt van ongestoord grondmonster
Als we de oedometertest echter op dezelfde manier uitvoeren als voorheen met een ongestoord monster genomen op een bepaalde diepte van de grond (fig. 4), zal het secundaire belastingsdiagram 3 bij een bepaalde belasting een σb breuk vertonen op punt b, waarna het diagram 4 een grotere helling zal hebben. Deze breuk ontstond omdat de grond waaruit het monster werd genomen onder een grotere belasting p=γt stond dan de belasting van het monster σ in de oedometer. De hogere belasting p komt voort uit het gewicht van de bestaande bovenste grondlagen op het oppervlak van het terrein, wat we bodemdruk noemen, of uit de belasting van eerdere grondlagen die in de loop van de tijd worden meegevoerd door erosie of uit morenegrond of ijs, wat we voorbelasting noemen. Het optreden van overconsolidatie is vooral kenmerkend voor klei, waarbij we onderscheid maken tussen normaal geconsolideerde en overgeconsolideerde klei.
Normaal geconsolideerde klei
Normaal gesproken bevindt geconsolideerde klei zich op kleinere diepten onder het grondoppervlak, dat niet eerder aan voorbelasting was blootgesteld. Een monster van deze klei, geladen in de oedometer met belastingen groter dan het gewicht van de bovenste “bodemdruk”-lagen, vertoont een continue consolidatiestroom, zonder onderbrekingen in het relatieve compressiediagram of in het porositeitscoëfficiëntveranderingsdiagram. De zetting van deze klei onder de belasting van het object is normaal, dat wil zeggen dat onder een bepaalde belasting de zetting in de loop van de tijd afneemt.
Overgeconsolideerde klei
Overgeconsolideerde klei bevindt zich op grotere diepte of was eerder blootgesteld aan voorbelasting. Een monster van deze klei, geladen in de oedometer met een druk groter dan de gronddruk of voorbelasting, vertoont een breuk in het relatieve compressiediagram of in het porositeitscoëfficiëntveranderingsdiagram, het zogenaamde. geologische breuk g, met een sterke richtingsverandering (fig. 5a). De zetting van deze klei onder de constructie is klein bij belastingen onder de bodemdruk of voorbelasting σ1, maar wordt aanzienlijk groter bij belastingen boven σ1.
Als de geologische breuk niet duidelijk gedefinieerd is, wordt deze bepaald met behulp van raaklijnen aan het diagram (fig. 5b).
Afb. 5. Diagram van veranderingen in de porositeitscoëfficiënt van overgeconsolideerde klei
Tijdverrekeningsdiagram
Dit diagram, ook wel het consolidatiediagram genoemd, wordt verkregen wanneer voor elke mate van belasting van het monster in de oedometer de tijd t in uren wordt toegepast op de abscis-as, en de zetting in mm (fig. 6a) of in % van de totale zetting (fig. 6b) op de ordinaat as.
Afb. 6. Tijdverrekeningsdiagram
Ongebonden en gebonden grond gedragen zich verschillend onder belasting. Losse gronden, zoals zand, hebben grote poriën, waaruit water onder belasting snel wordt uitgeperst, zodat de grond snel bezinkt, waarbij de grootste zetting plaatsvindt aan het begin van de belasting en de uiteindelijke zetting bij een gegeven belasting in een relatief kort tijdsinterval bereikt. Cohesieve bodems zoals klei hebben kleine poriën waaruit water onder belasting moeilijk eruit kan worden geperst. Er zijn twee fasen in het tijdsproces van verdichte bodemzetting. In de eerste fase, onmiddellijk na het aanbrengen van de belasting op de grond, raakt het water, omdat het niet uit de poriën kan stromen, onder spanning en ontvangt het de volledige uitgeoefende belasting. In de tweede fase begint het gestresste poriënwater onder zijn eigen spanning naar buiten te duwen als gevolg van de belasting, die geleidelijk wordt overgedragen op de vaste gronddeeltjes. In deze tweede fase komen de deeltjes samen en krimpen de poriën. Het verzakkingsproces gaat door totdat het water onder druk uit de poriën wordt geperst, d.w.z. totdat de gespannen toestand van het water in de poriën ophoudt te bestaan. Daarom is bodemconsolidatie in de eerste plaats een hydrodynamisch probleem, dat afhangt van de doorlaatbaarheid en porositeit van de bodem. Bij klei, waarvan de doorlaatbaarheid laag is, kan het consolidatieproces zeer lang duren en bovendien kunnen de zettingen aanzienlijk groter zijn vanwege de hogere totale porositeit dan bij zand. Op basis van de consolidatietest kan het afwikkelingstijdsverloop worden berekend voor de gehele duur van de consolidatie en in afzonderlijke fasen.