Përcaktimi i kohezionit dhe këndit të fërkimit të brendshëm

Sot, Savo Kusić është i fokusuar në dritaret prej druri, dritare prej druri-alumini, dritare të personalizuara, dera dhe kërkesat për kuotim. Ky tekst mbetet si arkiv gjeoteknik dhe nuk është ofertë për testime laboratorike, projektime gjeoteknike apo punime tokësore.

Ekzistojnë disa mënyra për të përcaktuar elementët e rezistencës së brendshme të tokës, kohezionit dhe këndit të fërkimit të brendshëm duke përdorur teste laboratorike, ndër të cilat testi i prerjes direkte dhe ai i ngjeshjes triaksiale janë më të famshmit.

Përvoja e prerjes së drejtpërdrejtë

Prova kryhet në një aparat me seksion drejtkëndor të tipit A. Casagrandea ose në një aparat rrethor të tipit Hvorsleva. Ne do të përshkruajmë eksperimentin me pajisjen e seksionit drejtkëndor, i cili është më i përdoruri. Në të dyja rastet, testi kryhet me një kampion të patrazuar, ose me një mostër të trazuar në pikën e rrjedhjes, me ç’rast testi ka një vlerë krahasuese.

Aparat për prerjen e drejtpërdrejtë të një seksioni drejtkëndor (fig. 1)

Fig. 1_Seksion tërthor të aparatit të prerjes direkte të Casagrande_

Aparati përbëhet nga dy pjesë, korniza e sipërme dhe e poshtme, ku pjesa e poshtme është statike, ndërsa e sipërmja është e lëvizshme dhe mund të lëvizet në pjesën e poshtme nën ndikimin e forcës horizontale Z, e cila vepron në rrafshin e kontaktit të kornizës së sipërme dhe të poshtme.

Mostra e tokës vendoset në një unazë drejtkëndëshe çeliku, zakonisht të madhësisë 100 × 100 30 mm, ose të atyre dimensioneve kur kruhet me saktësi. Gurët e filtrit vendosen në pjesën e sipërme dhe të poshtme të kampionit, dhe më pas gjithçka vendoset në unazën e aparatit, i cili më pas mbushet me ujë. Një pajisje për ngarkim vertikal vendoset në mostër. Guri i sipërm i filtrit lidhet me sistemin e ngarkimit vertikal të kampionit, ndërsa ai i poshtëm lidhet me kanalet e ujit, me anë të të cilave kampioni mund të mbahet në gjendje të ngopur gjatë provës, për të përjashtuar kohezionin e dukshëm.

Për të përjashtuar fërkimin në sipërfaqet e kontaktit ndërmjet kornizës së sipërme dhe të poshtme, ka pajisje me kornizën e sipërme të përdredhur, me anë të të cilave korniza e sipërme lëviz nën efektin e forcës prerëse horizontale. Përveç kësaj, sipërfaqet e kontaktit të kornizës së sipërme dhe të poshtme janë të veshura me vazelinë. Një tjetër krahasues 2 për regjistrimin e deformimeve vertikale dhe horizontale është përfshirë në pajisje.

Kryerja e provave me prerje direkte

Ka kryesisht lloje 2 të provës së prerjes direkte: prova _ e shpejtë_ dhe _ e ngadaltë. Testi Quick konsiston në ngarkimin e kampionit me një presion të caktuar vertikal, i cili zakonisht arrin në 0,50, pasi futet në aparat; 1,0; 2,0; 3,0 dhe 4,0 kp/cm2, prisni për konsolidim, i cili supozohet se është arritur nëse vendosja gjatë 24 orë Δh ≤ 0,02 mm, dhe më pas aplikoni forcën prerëse horizontale Z, madhësia 1/20 ose 1/40 pjesë e forcës vertikale P, e cila rritet çdo minutë me të njëjtën vlerë derisa toka të thyhet. Gjatë aplikimit të forcës prerëse horizontale, rrjedha e lëvizjes së kornizës së sipërme monitorohet vazhdimisht duke lexuar në krahasues dhe deformimet horizontale regjistrohen në log menjëherë para çdo ngarkese të re. Momenti, në të cilin krahasuesi tregon një lëvizje të papritur, është miratuar si thyerje.

Prova e shpejtë zbatohet në tokat argjilore, konsolidimi natyror i të cilave nën një ngarkesë të re është i ngadaltë dhe korrespondon me këtë metodë të kryerjes së provës.

Slow kryhet në mënyrë të ngjashme si më parë me ndryshimin e vetëm që forca prerëse horizontale rritet në një interval më të gjatë kohor, i cili mund të jetë 2, 5 dhe 15 mminuta ose derisa të konsolidohen, d.m.th. Ecuria e konsolidimit nën efektin e forcës horizontale monitorohet në krahasuesin 9 (fig. 1).

Testi i ngadalshëm zbatohet në tokë ranore ose me pluhur, ku në rast të rritjes së forcës prerëse horizontale në një interval të shkurtër kohor, prerja e kampionit në aparat do të përshpejtohej për shkak të efektit të ujit të stresuar në pore, i cili nuk do të korrespondonte me një proces natyror. Prandaj, intervali kohor rritet me imtësinë e grimcave të palidhura të tokës, në mënyrë që të mundësohet barazimi i presionit të ujit në poret e tokës me presionin e jashtëm të ujit. Ky barazim arrihet duke lënë kohë të mjaftueshme nën ndikimin e çdo niveli të ngarkesës horizontale, në mënyrë që uji i tepërt në pore të shtrydhet përmes gurit të filtrit.

Përveç provave të mësipërme, në raste të caktuara kryhet një provë e shpejtë pa konsolidim nën ngarkesë vertikale, pra forca prerëse horizontale zbatohet menjëherë pas futjes së kampionit në aparat dhe ngarkimit të saj me ngarkesë vertikale. Megjithatë, kjo metodë ekzekutimi zbatohet në kushte të veçanta, siç është rasti i një argjinature të sapo instaluar të bërë me tokë argjilore, e cila ngarkohet menjëherë pas argjinaturës pa ngjeshje paraprake.

Përcaktimi i këndit të fërkimit të brendshëm dhe kohezionit

Bazuar në rezultatet e provës, është llogaritur sforcimi i prerjes

τ=Z/A në kp/cm²,

që përftohet nga forca prerëse Z në kp në momentin e prishjes dhe sipërfaqja e prerjes tërthore të kampionit A në cm². Testi kryhet me aparate 3 deri në 4 të ngarkuara me presione normale të ndryshme σ=P/A në kp/cm² ku P është ngarkesa vertikale e kampionit në kp. Zakonisht merren vlerat e mëposhtme të presioneve normale: 1,0; 2,0; 3,0 dhe 4,0 kp/cm².

Fig. 2. Diagrami i deformimeve horizontale

Në bazë të diagramit të elementeve të fërkimit të brendshëm fitohen dy lloje diagramesh 1 dhe diagrami i deformimeve horizontale (fig. 2).

Diagrami i deformimeve horizontale përftohet duke aplikuar zhvendosjen horizontale ΔL në mm të kornizës së sipërme të pajisjes në atë të poshtme në boshtin e abshisës, e cila përftohet duke lexuar krahasuesin 9, dhe në boshtin e ordinatës sforcimi korrespondues _τ/cm në fig. 2).

Në varësi të ngjeshjes së tokës, merret diagrami 1 për të ngjeshur dhe diagrami 2 për material të lirshëm.

Për një material të ngjeshur, sforcimi i prerjes τ rritet fillimisht mjaft ashpër në lidhje me zhvendosjen horizontale ΔL deri në kufirin e proporcionalitetit P, pastaj më ngadalë, ku kurba e diagramit 1 rritet dhe arrin një lartësi maksimale B, pas së cilës diagrami arrin një ngjarje të caktuar horizontale, zvogëlohet deri në rrjedhje. Zona e ngjitjes drejtvizore të diagramit të deformimit horizontal, në të cilën rritja e stresit prerës është proporcionale me rritjen e deformimit, supozohet të jetë zona e deformimit elastik. Përtej kufirit P, rritja e sforcimit prerës zvogëlohet sipas rritjes së deformimeve ΔL deri në pikën më të lartë B të diagramit. Në këtë zonë, materiali fillon të “rrjedh” dhe ai adoptohet si një zonë e deformimit plastik. Pika më e lartë B e diagramit 1 përfaqëson stresin maksimal të prerjes max τ, dhe supozohet se thyerja e dheut ndodh në këtë pikë, d.m.th se pika B është pika e thyerjes. Përtej pikës B, materiali është në gjendje të lëngët, forca në prerje zvogëlohet dhe supozohet se në këtë zonë, ku lidhja midis grimcave është e prishur, ka vetëm rezistencë rrëshqitëse që kundërshton forcën prerëse horizontale. Pika G ku diagrami 1 kthehet në drejtimin horizontal është miratuar si kufi rrëshqitës.

Stensioni i prerjes në kufirin e prishjes B quhet qëndrueshmëri në prerje ose fortësi e pastër në prerje τf, ndërsa sforcimi në prerje në kufirin e rrjedhshmërisë G quhet qëndrueshmëria e rrëshqitjes τg.

Për materialin e lirshëm, diagrami i zhvendosjes horizontale ka gjithashtu një zonë elastike me kufi proporcionaliteti P, por në rrjedhën e poshtme është një rajon plastik deri në kufirin e rrëshqitjes G, d.m.th. stresi maksimal në prerje është i barabartë me forcën kufitare, rrëshqitje (τ=τg), përtej të cilit gjendja e lëngshme e materialit.

Sl.3. Diagrami i prerjes, a) për tokat koherente, b) për tokat jokoherente

Diagrami i prerjes fitohet kur presioni normal σ në kp/cm aplikohet në boshtin e abshisës.2, dhe në boshtin e ordinatave qëndrueshmëria përkatëse në prerje τf në kp/cm2, ku të dyja këto vlera aplikohen në të njëjtën shkallë (fig.3). Meqenëse forca e prerjes τf e tokës rritet me presionin normal σ, kjo do të jetë për presione të ndryshme σ1 merrni pikat A, B, C dhe D, të cilat përfaqësojnë forcat korresponduese të prerjes.

Për të marrë pikat individuale A, B, C dhe D në diagram3për tokat koherente (fig.3a), është miratuar forca rrëshqitëse _τ_g. Megjithatë, në rastin e tokës argjilore, materiali fillon të rrjedhë shumë përpara se të arrihet kufiri i rrëshqitjes G dhe ka një tendencë për të adoptuar rezistencën e prerjes në kufirin e proporcionalitetit P për të përcaktuar kohezionin c dhe këndin e fërkimit të brendshëm të tokës, por duke qenë se është relativisht i vogël, forca në prerje për të cilën deformimi ΔL përshtatet shpesh në diagram.2dy herë më i madh se deformimi në fazën e mëparshme të ngarkimit në aparat. Kjo forcë është diku midis kufirit të P dhe B, domethënë G (fig.2).

Duke bashkuar pikat A, B, C dhe D në diagram76dhe merret një diagram prerës, i cili është një vijë e drejtë në provat e suksesshme. Duke e shtrirë diagramin në kryqëzimin me boshtin e ordinatave, për σ =0, fitohet në bazë të modelit të Kulombit τf = c+σ tgϕ që τf = c = kohezioni i tokës, ndërsa pjerrësia e diagramit në horizontale jep këndin e fërkimit të brendshëm. Duke shtrirë diagramin e prerjes në anën tjetër të boshtit të ordinatave, sforcimi për shkak të kohezionit pk fitohet në boshtin e abshisës, kur madhësia e kohezionit c shprehet si ekuivalente e rezistencës së fërkimit:

c = pk tgϕ, prej nga pk = c/tgϕ

Për tokat jokoherente, si rëra, diagrami në fig. 3b, e cila kalon nga origjina koordinative, pasi për σ = 0 marrim τ = 0. Megjithatë, nëse rëra është e grimcuar dhe e lagësht, një diagram i ngjashëm me atë në fig. 3a, me një kohezion më të vogël c, që përfaqëson kohezionin e dukshëm. Në atë rast, sforcimi pk në boshtin e zgjatur të abshisave në anën tjetër të origjinës së koordinatave përfaqëson stresin kapilar.

Duhet theksuar se përcaktimi i kohezionit dhe fërkimit të tokës me anë të provës së prerjes direkte ka disa disavantazhe, ndër të cilat më kryesoret janë se thyerja e dheut ndodh në një sipërfaqe prerëse të paracaktuar dhe jo në sipërfaqe me rezistencën më të vogël në prerje, që gjatë prerjes së mostrës në aparat, për shkak të lëvizjes së prerjes sipërfaqja e prerjes zvogëlohet më lart për shkak të lëvizjes së prerjes. deformimet e kampionit gjatë prerjes mund të monitorohen vetëm në një gjatësi të shkurtër, kështu që rezistenca e rrëshqitjes përtej kufirit të thyerjes nuk mund të kontrollohet mjaftueshëm, veçanërisht në rastin e dheut të butë kur deformimet gjatë prerjes janë të mëdha, etj.

Testi i kompresimit triaksial

Testi kryhet në një aparat triaksial, i cili ka konstruksione të ndryshme, por të gjitha bazohen në të njëjtin parim, i cili është si më poshtë. Mostra e patrazuar në formë rul vendoset vertikalisht në bazament dhe i ekspozohet presionit anësor të masës së lëngshme nga të gjitha anët dhe më pas presionit vertikal, i cili gradualisht rritet, derisa të shkaktohet thyerja e kampionit në sipërfaqen me rezistencë më të vogël në prerje. Bazuar në forcën e prerjes në thyerje, llogaritet kohezioni dhe këndi i fërkimit të brendshëm të tokës.

Përshkrimi i pajisjes triaksiale

Fig. 4. Aparat triaksial

Aparati triaksial (fig. 4) përbëhet në pjesën e poshtme të pllakës bazë të dhomës, në të cilën mbështetet bazamenti i kampionit dhe në pjesën e sipërme të pistonit për ngarkimin vertikal të kampionit dhe në pllakën e sipërme që mbyll dhomën. Dimensionet më të zakonshme të mostrës janë diametri ϕ=36 mm, lartësia h=2,2-2,5_ϕ_. Diametri i dhomës është D=135mm, lartësia H = 180 mm. Një tub i ngushtë K1 fillon nga qendra e stendës së kampionit për kullimin e kampionit nga fundi, i cili merr ujin nga kampioni përmes një pllake poroze dhe e kullon atë jashtë dhomës në një tub vertikal qelqi C1. Nëse testi kryhet pa kullimin e kampionit, ky kanal shërben për të matur presionin e ujit në pore. Në bazën prej bronzi të dhomës ka një kanal K2 për furnizimin e masës së lëngshme në mënyrë që të mbushet dhoma dhe të arrihet presioni anësor në dhomën në kampion.

Nëpër pllakën e sipërme të dhomës kalon doreza e pistonit për ngarkimin e kampionit. Mostra në dhomë është e rrethuar nga një membranë gome, e cila zgjatet në të dy skajet dhe lidhet me pistonin dhe bazën me anë të unazave të gomës. Në mes të pistonit ka një kanal K3 për kullimin e kampionit nga ana e sipërme.

Anët e dhomës janë të mbyllura hermetikisht me një cilindër pleksiglas që është fiksuar në pllakat e sipërme dhe të poshtme të dhomës nëpërmjet unazave të gomës.

Dhoma vendoset mbi një bazë solide. Ngarkimi normal i kampionit bëhet nëpërmjet një leve me pesha, raporti i së cilës më së shpeshti është 1:10. Sistemi për arritjen e presionit anësor në kampion në dhomë përbëhet nga një shishe me masë të lëngshme B, e cila futet në dhomë me anë të një tubi, një manometri për matjen e presionit të ajrit dhe një shishe me ajër të ngjeshur. Një krahasues vendoset sipër pistonit për ngarkimin e kampionit për të matur vendosjen e kampionit nën ngarkesë.

Presioni anësor i masës së lëngshme në dhomë mund të rregullohet sipas dëshirës duke përdorur presionin e ajrit në shishen B, nëpërmjet valvulave V1 dhe V2. Ky presion shkakton sforcime horizontale në kampionin σ2 dhe σ3, të cilat për shkak të seksionit rrethor të kampionit barazohen σ2 = σ3.

Masa e lëngshme mund të jetë ujë i distiluar ose vaj, i cili preferohet për mbyllje më të mirë, sepse uji mund të kalojë nëpër vida. Nën ndikimin e presionit të ajrit në shishen B, masa e lëngshme mbush dhomën deri në valvulën V6, e cila më pas mbyllet. Ngarkesa vertikale e kampionit P, e cila transferohet pothuajse pa fërkime në kampion nëpërmjet dorezës së pistonit, e ndarë me sipërfaqen e prerjes tërthore të kampionit A jep stresin vertikal σ1 = P/A

Kryerja e testit të kompresimit triaksial

Për kampionin e provës përpunohet në aparat të veçantë, në mënyrë që të merret një rul me diametër 36 mm, lartësi 78 mm ose 90 mm, mbi të cilin vendosen gurë filtri nga lart dhe poshtë dhe vihet një membranë gome. Më pas kampioni së bashku me gurët e filtrit vendoset në stendë në dhomë, skajet, membranat e gomës tërhiqen mbi stendë dhe piston ngarkues dhe fiksohen me unaza gome. Sipas praktikës së disa laboratorëve, si Prof. Skempton në Londër, kullimi i kampionit në dhomë gjatë testimit përshpejtohet duke veshur anët e kampionit me letër filtri, e cila vendoset para se të tërhiqet membrana e gomës. Kur kampioni futet në aparat dhe cilindri pleksiglas fiksohet në pllakat e sipërme dhe të poshtme, është e mundur të kryhen teste, të cilat mund të kryhen në disa mënyra, si në vijim:

1. Teste pa drenazhim. Në këto teste nuk lejohet kullimi i kampionit gjatë aplikimit të testit anësor dhe vertikal, ndërsa valvulat V4 dhe V5 janë të mbyllura.

2. Prova të pakulluara me konsolidim. Gjatë aplikimit të presionit anësor, mostra drenohet (valvulat V4 dhe V5 janë të hapura), ndërsa gjatë aplikimit të presionit vertikal nuk lejohet kullimi (V4 dhe V5 janë të mbyllura).

3_) Testet e drenazhuara_. Mostra drenohet gjatë gjithë kohëzgjatjes së provës (valvulat V4 dhe V5 janë të hapura), në mënyrë që të ndodhë konsolidimi i plotë dhe të mos krijohet ujë i stresuar në pore gjatë aplikimit të presionit vertikal σ1. Ky provë kërkon një kohë të gjatë, veçanërisht me tokë të dobët të depërtueshme, sepse ngarkimi vertikal σ1 duhet të kryhet në një numër të madh fazash të vogla dhe duhet pritur konsolidimi në çdo fazë. Përveç kësaj, testet e përmendura mund të kryhen me mostra të ngopura dhe pjesërisht të ngopura._

Duke pasur parasysh mundësitë e lartpërmendura, testet e kompresimit triaksial mund të kryhen në variante të ndryshme dhe të rregullohen sipas llojit të dheut në kushte ngarkese.

Pajisjet, procedurat, njësitë, vlerat dhe modelet e përshkruara transmetohen nga një burim historik. Teksti nuk është një studim gjeoteknik, protokoll laboratori, projekt themeli, dëshmi e qëndrueshmërisë së shpatit apo plan gërmimi. Zgjedhja e mostrës dhe metodës së provës, gjendja e kullimit dhe konsolidimit, ujërat nëntokësore, regjimi i ngarkesës, ndikimet sizmike dhe siguria e gërmimit duhet të përcaktohen për tokën dhe ndërtesën specifike, sipas rregulloreve aktuale, me laboratorin përkatës dhe ekspertin gjeoteknik të autorizuar.