Idag är Savo Kusić fokuserad på träfönster, trä-aluminiumfönster, anpassade fönster, dörr och offertförfrågningar. Denna text finns kvar som ett geotekniskt arkiv och är inte ett erbjudande om laboratorieprovning, geoteknisk design eller markarbeten.
Det finns flera sätt att bestämma elementen för inre jordmotstånd, kohesion och vinkeln för intern friktion med hjälp av laboratorietester, bland vilka direktskjuvningstestet och triaxiellt kompressionstest är de mest kända.
Direkt skjuvning
Test utförs på en apparat med en rektangulär sektion av typ A. Casagrandea eller på en cirkulär apparat av typen Hvorsleva. Vi kommer att beskriva experimentet med enheten med rektangulär sektion, som är den mest använda. I båda fallen utförs testet med ett ostört prov, eller med ett stört prov vid flytgränsen, i vilket fall testet har ett jämförelsevärde.
Apparat för direkt klippning av en rektangulär sektion (fig. 1)
Fig. 1_Tvärsnitt av Casagrandes direktskjuvningsapparat_
Anordningen består av två delar, den övre och nedre ramen, där den nedre är statisk, medan den övre är rörlig och kan flyttas på den nedre under inverkan av horisontalkraften Z, som verkar på kontaktplanet för den övre och nedre ramen.
Jordprovet placeras i en rektangulär stålring, vanligtvis av storleken 100 × 100 × 30 mm, eller de dimensionerna när de skrapas noggrant. Filterstenar placeras över toppen och botten av provet, och sedan placeras allt i apparatens ring, som sedan fylls med vatten. En anordning för vertikal belastning placeras på provet. Den övre filterstenen är ansluten till systemet för vertikal belastning av provet, medan den nedre är ansluten till vattenkanaler, med hjälp av vilka provet kan hållas i ett mättat tillstånd under testet, för att utesluta skenbar kohesion.
För att utesluta friktion på kontaktytorna mellan den övre och nedre ramen, finns anordningar med den övre ramen vriden, med hjälp av vilka den övre ramen rör sig under inverkan av horisontell skjuvkraft. Dessutom är kontaktytorna på den övre och nedre ramen belagda med vaselin. En annan 2-komparator för att registrera vertikala och horisontella deformationer ingår i enheten.
Genomförande av direkta skjuvprover
Det finns främst 2 typer av direkta skjuvtest: snabb och långsam test. Quick-testet består i att ladda provet med ett visst vertikalt tryck, som vanligtvis uppgår till 0,50, efter att ha införts i apparaten; 1,0; 2,0; 3,0 och 4,0 kp/cm2, vänta på konsolidering, som antas ha uppnåtts om avveckling under 24 timmar Δh ≤ 0,02 mm, och sedan tillämpa horisontell skjuvkraft Z, storlek 1/20 eller 1/40 del av den vertikala kraften P, som ökar varje minut med samma värde tills marken bryter. Under appliceringen av den horisontella skjuvkraften övervakas rörelseförloppet för den övre ramen konstant genom avläsning på komparatorn och de horisontella deformationerna registreras i stocken omedelbart före varje ny last. Ögonblicket, då komparatorn visar en plötslig rörelse, antas som banbrytande.
Snabbtestet tillämpas på leriga jordar, vars naturliga konsolidering under en ny belastning är långsam och motsvarar denna metod för att utföra testet.
Slow testet utförs på liknande sätt som tidigare med den enda skillnaden att den horisontella skjuvkraften ökar i ett längre tidsintervall, vilket kan vara 2, 5 och 15 mminuter eller tills konsolidering, dvs. blir helt insignifikanta deformationer. Förloppet av konsolidering under inverkan av horisontell kraft övervakas på komparatorn 9 (fig. 1).
Det långsamma testet tillämpas på sandig eller dammig jord, där vid en ökning av den horisontella skjuvkraften under ett kort tidsintervall, skjuvningen av provet i apparaten skulle accelerera på grund av effekten av stressat vatten i porerna, vilket inte skulle motsvara en naturlig process. Därför ökar tidsintervallet med finheten hos de obundna jordpartiklarna, för att möjliggöra utjämning av vattentrycket i markens porer med det yttre vattentrycket. Denna utjämning uppnås genom att lämna tillräckligt med tid under inverkan av varje nivå av horisontell belastning, så att överskottsvattnet i porerna pressas ut genom filterstenen.
Förutom ovanstående tester utförs i vissa fall ett snabbt test utan konsolidering under vertikal belastning, dvs. den horisontella skjuvkraften appliceras omedelbart efter att provet har införts i apparaten och belastats med en vertikal belastning. Denna utförandemetod tillämpas dock under speciella förhållanden, som t.ex. fallet med en nyinstallerad banvall av lerjord, som laddas omedelbart efter invallning utan föregående packning.
Bestämning av vinkeln för inre friktion och kohesion
Baserat på testresultaten beräknas skjuvspänningen
τ=Z/A i kp/cm²,
som erhålls från skjuvkraften Z i kp vid brottögonblicket och provets tvärsnittsarea A i cm². Testet görs med apparater 3 till 4 laddade med olika normaltryck σ=P/A i kp/cm² där P är provets vertikala belastning i kp. Följande värden för normala tryck tas vanligtvis: 1,0; 2,0; 3,0 och 4,0 kp/cm².
Fig. 2. Diagram över horisontella deformationer
Baserat på diagrammet över inre friktionselement erhålls två typer av diagram 1 och ett diagram över horisontella deformationer (fig. 2).
Diagrammet för horisontella deformationer erhålls genom att applicera den horisontella förskjutningen ΔL i mm av enhetens övre ram till den nedre på abskissaxeln, vilket erhålls genom att avläsa komparatorn 9, och på ordinataaxeln motsvarande skjuvspänning ⟦pig.τ² (fig.τ²) 2).
Beroende på jordpackning erhålls diagrammet 1 för packat och diagram 2 för löst material.
För ett sammanpressat material ökar skjuvspänningen τ initialt ganska kraftigt i förhållande till horisontalförskjutningen ΔL upp till proportionalitetsgränsen P, sedan långsammare, varvid kurvan för diagrammet 1 ökar och når en maximal höjd B, varefter längddiagrammet minskar för att nå horisontellt över ett visst flöde. Zonen för rätlinjig klättring av det horisontella deformationsdiagrammet, där ökningen av skjuvspänningen är proportionell mot ökningen av deformationen, antas vara området för elastisk deformation. Bortom gränsen P minskar ökningen av skjuvspänningen i enlighet med ökningen av deformationer ΔL upp till den högsta punkten B i diagrammet. I denna zon börjar materialet “flyta” och det antas som ett område med plastisk deformation. Den högsta punkten B i 1-diagrammet representerar den maximala skjuvspänningen max τ, och det antas att jordbrott inträffar vid denna punkt, dvs att punkt B är brytpunkten. Bortom punkt B är materialet i flytande tillstånd, skjuvhållfastheten minskar, och det antas att i denna zon, där kopplingen mellan partiklarna är bruten, finns det endast glidmotstånd som motverkar den horisontella skjuvkraften. Punkten G där diagrammet 1 vänder i horisontell riktning används som glidgräns.
Skärspänningen vid brottgränsen B kallas skjuvhållfastheten eller ren skjuvhållfasthet τf, medan skjuvspänningen vid sträckgränsen G kallas glidhållfastheten τg.
För ett löst material har det horisontella förskjutningsdiagrammet även ett elastiskt område med proportionalitetsgräns P, men nedströms är ett plastområde upp till glidgränsen G, dvs den maximala skjuvspänningen är lika med gränshållfastheten, glidning (τ=τg), bortom vilken materialets flytande tillstånd.⟦SKPH1
Fig. 3. Skärningsdiagram, a) för koherenta jordar, b) för osammanhängande jordar
Skärningsdiagrammet erhålls när normaltrycket σ i kp/cm2 appliceras på abskissaxeln, och motsvarande skjuvhållfasthet τf i kp/cm2 appliceras på ordinataaxeln, varvid båda dessa värden appliceras i samma proportioner (fig. 3). Eftersom jordens skjuvhållfasthet τf ökar med normaltrycket σ, kommer för olika tryck σ1 punkterna A, B, C och D att erhållas, vilka representerar motsvarande skjuvhållfastheter.
För att få de individuella punkterna A, B, C och D på diagrammet3för sammanhängande jordar (fig.3a), antas glidhållfastheten _τ_g. Men i fallet med lerig jord börjar materialet flyta långt innan glidgränsen G nås, och det finns en tendens att anta skjuvhållfastheten vid proportionalitetsgränsen P för att bestämma kohesionen c och den inre friktionsvinkeln för jorden, men eftersom den är relativt liten, är skjuvhållfastheten för vilken deformationen ofta används ΔL på diagrammet2två gånger större än deformationen vid föregående belastningssteg i apparaten. Denna styrka är någonstans mellan gränsen för P och B, det vill säga G (fig.2).
Genom att sammanfoga punkterna A, B, C och D på diagrammet76och ett skjuvdiagram erhålls, vilket är en rät linje i framgångsrika tester. Genom att utöka diagrammet till skärningspunkten med ordinataaxeln, för σ =0, erhålls det baserat på Coulomb-mönstret τf = c+σ tgϕ att τf = c = jordkohesion, medan diagrammets lutning mot horisontalplanet ger den inre friktionsvinkeln. Genom att förlänga skjuvdiagrammet på andra sidan ordinataaxeln erhålls spänningen på grund av kohesion pk på abskissaxeln, när kohesionsstorleken c uttrycks som ekvivalent med friktionsmotstånd:
c = pk tgϕ, varifrån pk = c/tgϕ
För osammanhängande jordar, såsom sand, visas diagrammet i fig. 3b, som går genom koordinatorigin, eftersom vi för σ = 0 får τ = 0. Men om sanden är finkornig och blöt kan ett diagram liknande det i fig. 3a, med en mindre sammanhållning c, som representerar skenbar sammanhållning. I så fall representerar spänningen pk på den förlängda abskissaxeln på andra sidan av koordinatorigo kapillärspänningen.
Det bör noteras att bestämningen av jordkohesion och friktion genom direkt skjuvtest har flera nackdelar, av vilka de viktigaste är att jordbrottet sker på en förutbestämd skjuvyta och inte på ytan med minsta skjuvmotstånd, att under skjuvning av provet i apparaten minskar skjuvningsrörelsen på den nedre, sedan den nedre ytan, deformationer av provet under skjuvning kan endast övervakas över en kort längd, så att glidmotståndet bortom brottgränsen inte kan kontrolleras tillräckligt, särskilt i fallet med mjuk jord när deformationerna under skjuvning är stora etc.
Triaxiellt kompressionstest
Testen utförs på en triaxiell apparat, som har olika konstruktioner, men alla är baserade på samma princip, vilket är följande. Det ostörda provet i form av en rulle placeras vertikalt på stativet och utsätts för vätskemassans sidotryck från alla sidor och sedan för det vertikala trycket, som gradvis ökar, tills provets brott uppstår på ytan med minsta skjuvmotstånd. Baserat på skjuvhållfastheten vid brott beräknas jordens kohesion och inre friktionsvinkel.
Beskrivning av triaxial enhet
Fig. 4. Triaxial apparat
Triaxiell apparat (fig. 4) består i den nedre delen av kammarens basplatta, på vilken provställningen vilar, och i den övre delen av kolven för vertikal belastning av provet och den övre plattan som stänger kammaren. De vanligaste provdimensionerna är diameter ϕ=36 mm, höjd h=2,2-2,5_ϕ_. Kammarens diameter är D=135mm, höjd H = 180 mm. Ett smalt rör K1 börjar från mitten av provstället för att dränera provet från botten, som tar emot vatten från provet genom en porös platta och dränerar det utanför kammaren till ett vertikalt glasrör C1. Om testet utförs utan att tömma provet, tjänar denna kanal till att mäta vattentrycket i porerna. I bronsbasen av kammaren finns en kanal K2 för tillförsel av flytande massa för att fylla kammaren och uppnå sidotryck i kammaren på provet.
Genom kammarens övre platta passerar kolvens handtag för att ladda provet. Provet i kammaren är omgivet av ett gummimembran, som förlängs i båda ändar och är anslutet till kolven och basen med hjälp av gummiringar. I mitten av kolven finns en kanal K3 för att dränera provet från ovansidan.
Sidorna på kammaren är hermetiskt stängda med en plexiglascylinder som är fäst vid kammarens övre och nedre plattor via gummiringar.
Kammaren är placerad på en solid bas. Den normala laddningen av provet görs via en spak med vikter, vars förhållande oftast är 1: 10. Systemet för att uppnå sidotryck på provet i kammaren består av en flaska med flytande massa B, som förs in i kammaren med hjälp av ett rör, en manometer för att mäta lufttrycket och en flaska med tryckluft. En komparator placeras ovanför kolven för att ladda provet för att mäta sättningen av provet under belastning.
Sidotrycket för vätskemassan i kammaren kan justeras efter önskemål med hjälp av lufttrycket i flaska B, via ventilerna V1 och V2. Detta tryck orsakar horisontella spänningar i provet σ2 och σ3, som på grund av provets cirkulära sektion utjämnas σ2 = σ3.
Den flytande massan kan vara destillerat vatten eller olja, vilket är att föredra för bättre tätning, eftersom vatten kan passera genom skruvarna. Under påverkan av lufttrycket i flaska B fyller vätskemassan kammaren upp till ventil V6, som sedan stänger. Den vertikala belastningen av provet P, som överförs nästan friktionsfritt till provet via kolvhandtaget, dividerat med provets tvärsnittsarea A ger den vertikala spänningen σ1 = P/A
Genomför triaxiellt kompressionstest
För testprovet bearbetas det i en separat apparat, så att en rulle med diametern 36 mm, en höjd av 78 mm eller 90 mm erhålls, på vilken filterstenar placeras uppifrån och ned och ett gummimembran sätts på. Därefter placeras provet tillsammans med filterstenarna på stativet i kammaren, ändarna, gummimembranen dras över stativet och laddningskolven och fästs med gummiringar. Enligt praxis vid vissa laboratorier, såsom prof. Skempton i London, påskyndas dräneringen av provet i kammaren under testet genom att sidorna av provet fodras med filterpapper, som placeras innan gummimembranet dras på. När provet förs in i apparaten och plexiglascylindern är fixerad i de övre och nedre plattorna är det möjligt att utföra tester som kan utföras på flera sätt, såsom följande:
-
Odränerade tester. I dessa tester är dränering av provet inte tillåtet under tillämpningen av det laterala och vertikala testet, medan ventilerna V4 och V5 är stängda.
-
Odränerade tester med konsolidering. Under applicering av sidotryck dräneras provet (ventilerna V4 och V5 är öppna), medan under appliceringen av vertikalt tryck är dränering inte tillåten (V4 och V5 är stängda).
3_) Dränerade tester_. Provet dräneras under hela testets varaktighet (ventilerna V4 och V5 är öppna), så att fullständig konsolidering sker och inget stressat vatten skapas i porerna under appliceringen av vertikalt tryck σ1. Detta test tar lång tid, särskilt med dåligt genomsläpplig jord, eftersom den vertikala belastningen σ1 måste utföras i ett stort antal små etapper och konsolidering måste inväntas i varje etapp. Dessutom kan de nämnda testerna utföras med mättade och delvis mättade prover_._
Med tanke på de ovan nämnda möjligheterna kan triaxiala kompressionstester utföras i olika varianter och anpassas efter typ av jord under belastningsförhållanden.
De beskrivna enheterna, procedurerna, enheterna, värdena och mönstren överförs från en historisk källa. Texten är inte en geoteknisk studie, laboratorieprotokoll, grundläggningsprojekt, bevis på sluttningsstabilitet eller schaktplan. Val av prov och testmetod, tillstånd för dränering och konsolidering, grundvatten, belastningsregim, seismisk påverkan och schaktsäkerhet måste bestämmas för den specifika marken och byggnaden, enligt gällande föreskrifter, med lämpligt laboratorium och auktoriserad geoteknisk expert.