Notă importantă a expertului: Acest articol este o revizuire educațională de arhivă și nu este un studiu geotehnic, un standard de laborator valid, un calcul de bază sau un manual de instrucțiuni. Termenii, procedurile, unitățile de măsură, valorile, clasificările și referințele inițiale la „reglementările noastre” au fost transferate fără verificarea conformității cu standardele și reglementările aplicabile. Testarea solului, alegerea metodei, interpretarea rezultatelor și deciziile de proiectare trebuie efectuate de experți geotehnici autorizați și de laboratorul adecvat pentru un anumit obiect și locație.
Tema compresibilității solului nu face parte din noua ofertă publică a Savo Kusić. Actualul focus de producție constă în ferestre din lemn, ferestre din lemn-aluminiu și uși la comandă. Pentru un anumit proiect de fereastră sau ușă, puteți trimite cerere de ofertă.
Baza testului odometrului
Compresibilitatea solului este determinată printr-un test de compresie cu expansiune laterală împiedicată, care se mai numește și test odometru sau test de consolidare.
Testul se efectuează cu probe netulburate, iar în unele cazuri cu cele perturbate. În primul caz, proba de testat este prelevată prin presarea inelelor metalice într-o probă mai mare, netulburată, care este apoi introdusă în aparat împreună cu inelul după tăierea probei în exces și nivelarea suprafețelor sale cu marginile cilindrului. În al doilea caz, inelul este umplut cu proba în stare de consistență la punctul de curgere și în acea stare este introdus în odometru.
Testul se efectuează folosind aparatul care a fost mai întâi construit de Terzaghi și numit Oedometru. Astăzi, există mai multe construcții diferite ale acestui aparat, dar toate se bazează pe același principiu, testând comprimarea unei probe de sol sub sarcină cu expansiune laterală împiedicată.
Oedometru: descrierea dispozitivului
Fig. 1. Odometru
Edometrul este format dintr-un cilindru metalic în care proba se află între două pietre filtrante (fig. 1). Proba este introdusă în aparat într-un inel metalic cu un diametru de 7-10 cm și o înălțime de 1-4 cm. Sarcina P este transferată la probă prin piatra de filtrare superioară. Sub piatra de filtrare inferioară, există canale în partea de jos a cilindrului pentru drenarea apei din probă în tubul capilar, precum și pentru alimentarea cu apă. Deoarece comprimarea probei se face în detrimentul porilor, deoarece particulele solide de sol și apa din pori sunt practic incompresibile, este necesar să se asigure că apa se scurge din eșantion în timpul testului, ceea ce este posibil prin intermediul unei pietre filtrante, a unui canal și a unui tub capilar.
Pe partea stângă a dispozitivului este o conductă de alimentare cu apă cu un robinet în fața cilindrului, în timp ce un tub capilar este pe partea dreaptă, cu un robinet în spatele cilindrului. Tubul capilar servește și la determinarea coeficientului de permeabilitate a solului k.
Testare
Când proba este plasată în cilindru și aparatul este asamblat, închideți robinetul din stânga, alimentarea cu apă și deschideți robinetul din dreapta, pentru ca apa să curgă în tubul capilar. Apoi este abordată sarcina probei, care se aplică treptat. De obicei se aplică următoarele sarcini:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2și mai departe până la sarcina maximă de sol așteptată sub clădire, în general până la10kp/cm2, iar cu baraje se poate și mai mult20kp/cm2. La fiecare nivel de sarcină, în momentul aplicării acestuia, se pornește un cronometru și la anumite intervale de timp15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, apoi din ce în ce mai departe24h, până la consolidarea probei sub acel nivel de încărcare, pe comparator se citește decontarea corespunzătoare în miimi de milimetru și se înregistrează în evidență. Se presupune că consolidarea a fost realizată dacă decontarea probei este Δh ≤0,02 mmpentru vremea de24oră. După ce se realizează consolidarea, se aplică următorul nivel de încărcare și întreaga procedură se repetă în același mod și așa mai departe până la nivelul final de încărcare.
Încercarea de consolidare cu dilatare laterală împiedicată se efectuează cu încărcare și descărcare, pentru a determina proprietățile elastice ale solului. După ce am încărcat eșantionul într-o anumită măsură, îl descarcăm cu aceeași gradualitate cu care am încărcat-o. Relieful se face de obicei ulterior2,0kp/cm2,4,0kp/cm2şi6,0kp/cm2.
De regulă, testul se efectuează cu proba sub apă, care este ținută pe tubul de sticlă din stânga la înălțimea suprafeței superioare a probei din aparat. Testarea compresibilității probei în prezența apei se face din acest motiv, deoarece testul durează mult și proba se usucă în acel timp, drept urmare compresibilitatea probei ar fi mai mică decât compresibilitatea efectivă a solului în starea sa naturală de umiditate. În plus, umiditatea naturală a solului poate fi mai mare decât era la momentul prelevării probei, mai ales când nivelul apei subterane crește, ceea ce ar putea duce la o abatere semnificativă de la compresibilitatea reală a solului în perioada de timp a nivelului ridicat al apei.
Rezultatele testului sunt aplicate la trei tipuri de diagrame, și anume diagrama de compresie relativă, diagrama de modificare a coeficientului de porozitate și diagrama de decontare în timp.
Diagrama de compresie relativă
Această diagramă este obținută atunci când eșantionului se aplică presiune normală pe axa absciselor σ = P/A, unde P este sarcina care acționează asupra eșantionului prin piatra filtrantă superioară în kp/cm2, A este aria secțiunii transversale a eșantionului, iar comprimarea eșantionului în ordinea aparatului este aria relativă a aparatului. Δh/h unde Δh este tasarea probei sub sarcină Δσ în timpul consolidării, h înălțimea probei înainte de încărcare (fig. 2).
Fig. 2. Diagrama compresiei relative
În timpul încărcării, se obține diagrama compresiei primare a.
În timpul descărcării, dacă este activată aportul nestingherit de apă, astfel încât proba a rămas sub apă în timpul descărcarii, aceasta revine la starea inițială, adică umflarea. Totuși, proba nu revine la starea inițială, ceea ce înseamnă că a suferit o deformare plastică (permanentă) pe lângă elastică. Prin urmare, în acest caz, diagrama de umflare b se obține în timpul descărcarii. Totuși, dacă testul a fost efectuat fără a primi apă, în loc de o diagramă de umflare, așa-numita diagramă a elasticității.
Dacă proba este încărcată din nou după descărcare, se obține diagrama de compresie secundară c. Diagrama de umflare și diagrama de compresie secundară c formează o buclă de histerezis între ele. În argilă, buclele de histerezis sunt semnificative și, prin urmare, deformarea în zona de umflare și compresie secundară (diagramele b și c) nu sunt considerate elastice, ci reversibile, deoarece nu sunt proporționale cu sarcina conform legii lui Hooke. Deformațiile în zona de compresiune primară (diagrama a) în porțiunea în care nu au revenit sunt permanente (ireversibile).
Modul de compresibilitate a solului
Din diagrama compresiunii relative, se obține conform legii lui Hooke, în mod analog cu modulul de elasticitate al lui Jung E pentru un material elastic, modulul de compresibilitate al solului Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
unde Δσ este incrementul de sarcină, Δh/h este compresia relativă corespunzătoare, care este luată din diagrama de compresie primară a (fig. 2).
Modulul de compresibilitate al solului Ms diferă de modulul de elasticitate E al unui material elastic, deoarece Ms nu este constant pentru unul și același material, ci este variabil și crește cu sarcina normală σ. Prin urmare, o valoare specifică a modulului de compresibilitate Ms poate fi dată doar pentru un interval îngust de încărcare normală a solului Δσ. Dacă valoarea modulului Ms este mai mare, compresibilitatea solului este mai mică și invers. Conform reglementărilor noastre de fundație, se adoptă următorul criteriu pentru modulul de compresibilitate al solului în stare naturală:
Clasificarea de mai jos este preluată din textul original, inclusiv intervalul repetat 100-400 kp/cm2. Nu a fost verificat sau armonizat cu reglementările în vigoare.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 sol extrem de compresibil
Ms = 20 - 50 kp/cm2 sol foarte compresibil
Ms = 50 - 100 kp/cm2 sol mediu compresibil
Ms = 100 - 400 kp/cm2 sol mai puțin compresibil
Ms = 100 - 400 kp/cm2 sol ușor compresibil
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 sol ușor compresibil
Ms > 1000 kp/cm2 sol foarte slab compresibil.
Modul de elasticitate a solului
În același mod, obținem modulul de elasticitate al solului E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
unde incrementul relativ de compresie Δh/h este luat din diagrama elasticității solului pentru creșterea normală corespunzătoare a presiunii Δσ.
Sol normal consolidat și supraconsolidat
Sl.3. Diagrama modificării coeficientului de porozitate a probei de sol perturbate
Dacă efectuăm un test odometru cu o probă perturbată, pe care am introdus-o în aparat la punctul de curgere, și trasăm rezultatele testului pe diagrama modificării coeficientului de porozitate e în funcție de presiunea σ (Fig.3) fluxul de consolidare este reprezentat prin diagrame 1 pentru sarcina primară, 2 pentru ușurare, 3 pentru sarcina secundară până la limita a a prelungirii sarcinii primare σa și 4 dincolo de această limită.
Diagrama în relief2și diagrama de compresie secundară3formează o buclă de histerezis în spatele căreia diagrama4continuă în extensia diagramei1, fără fractură, de parcă nu ar exista descărcare și reîncărcare.
Sl.4. Diagrama modificării coeficientului de porozitate a probei de sol neperturbate
Totuși, dacă efectuăm testul odometrului în același mod ca înainte cu o probă netulburată prelevată de la o anumită adâncime a solului (fig.4), diagramă pentru sarcina secundară3va arăta la o sarcină specifică σb o fractură în punctul b, după care diagrama va continua4au o pantă mai mare. Această fractură s-a produs deoarece solul din care a fost prelevată proba a fost sub o sarcină mai mare p=γt decât încărcarea probei σ în odometru. Sarcina mai mare p provine din greutatea straturilor superioare de sol existente la suprafata terenului, pe care o numim presiunea solului, sau din sarcina straturilor anterioare de sol purtate in timp de eroziune sau de sol morenic sau gheata, pe care o numim presarcina. Aspectul supraconsolidării este caracteristic în special argilei, unde distingem între argila normal consolidată și supraconsolidată.
Argilă consolidată în mod normal
Argila consolidată în mod normal se află la adâncimi mai mici sub suprafața solului, care nu a fost anterior expusă la preîncărcare. O mostră din această argilă, încărcată în odometru cu sarcini mai mari decât greutatea straturilor superioare de „presiunea solului”, prezintă un flux continuu de consolidare, fără întreruperi în diagrama de compresie relativă sau în diagrama de modificare a coeficientului de porozitate. Depunerea acestei argile sub sarcina obiectului este normală, adică sub o anumită sarcină, depunerea scade în timp.
Argilă supraconsolidată
Argila supraconsolidată se află la adâncimi mai mari sau a fost supusă în prealabil încărcării. O mostră din această argilă încărcată în odometru cu o presiune mai mare decât presiunea sau preîncărcarea solului prezintă o fractură pe diagrama de compresie relativă sau pe diagrama de modificare a coeficientului de porozitate, așa-numita. fractura geologică g, cu o schimbare puternică de direcție (fig.5o). Asezarea acestei argile sub structura este mica pentru sarcina sub presiunea solului sau presarcina σ1, dar devine semnificativ mai mare pentru sarcinile de peste σ1.
Dacă ruptura geologică nu este clar definită, atunci se determină folosind tangente la diagramă (Fig.5b).
Sl.5. Diagrama modificărilor coeficientului de porozitate al argilei supraconsolidate
Diagrama de decontare a timpului
Această diagramă, numită și diagramă de consolidare, se obține atunci când, pentru fiecare grad de încărcare a probei în odometru, timpul t în ore este aplicat pe axa absciselor, iar tasarea în mm pe axa ordonatelor (Fig.6a) sau în % din decontarea totală (Fig.6b).
Sl.6. Diagrama de decontare a timpului
Solurile nelegate și legate se comportă diferit sub sarcină. Solurile afânate, cum ar fi nisipul, au pori mari, din care apa este stoarsă rapid sub sarcină, astfel încât solul să se așeze rapid, cea mai mare tasare având loc la începutul încărcăturii și ajungând la tasarea finală la o anumită sarcină într-un interval de timp relativ scurt. Solurile coezive, cum ar fi argila, au pori mici din care apa este greu de stoarsă sub sarcină. Există două faze în procesul de timp de tasare a solului compactat. În prima fază, imediat după aplicarea încărcăturii pe sol, deoarece apa nu poate curge din pori, devine stresată și primește întreaga sarcină aplicată. În a doua etapă, apa sub presiune din pori începe să se împingă sub propriul stres din cauza încărcăturii, care este transferată treptat la particulele solide de sol. În această a doua fază, particulele se unesc și porii se micșorează. Procesul de tasare continuă până când apa sub presiune este forțată să iasă din pori, adică până când starea tensionată a apei din pori încetează să mai existe. Prin urmare, consolidarea solului este în primul rând o problemă hidrodinamică, care depinde de permeabilitatea și porozitatea solului. În cazul argilei, a cărei permeabilitate este scăzută, procesul de consolidare poate dura foarte mult, iar în plus, tasările pot fi semnificativ mai mari datorită porozității totale mai mari decât în cazul nisipului. Pe baza testului de consolidare, cursul timpului de decontare poate fi calculat pe întreaga durată a consolidării și în faze individuale.