Viktig expertanmärkning: Den här artikeln är en arkiverande utbildningsöversikt och är inte en geoteknisk studie, en giltig laboratoriestandard, en grundberäkning eller en bruksanvisning. De ursprungliga termerna, procedurerna, måttenheter, värden, klassificeringar och hänvisningar till “våra föreskrifter” överfördes utan att kontrollera efterlevnaden av tillämpliga standarder och föreskrifter. Markprovning, val av metod, tolkning av resultat och projektbeslut ska utföras av auktoriserade geotekniska experter och lämpligt laboratorium för ett specifikt objekt och plats.
Ämnet markkompressibilitet är inte en del av det nya offentliga erbjudandet från Savo Kusić. Det nuvarande produktionsfokuset består av träfönster, trä-aluminiumfönster och skräddarsydda dörrar. För ett specifikt fönster- eller dörrprojekt kan du skicka begäran om offert.
Grund för vägmätartest
Markens kompressibilitet bestäms av ett kompressionstest med förhindrad lateral expansion, vilket även kallas ett vägmätartest eller ett konsolideringstest.
Testet utförs med ostörda prover, och i vissa fall med störda. I det första fallet tas testprovet genom att metallringar pressas in i ett större, ostört prov, som sedan matas in i apparaten tillsammans med ringen efter att det överflödiga provet skurits av och dess ytor jämnats ut med kanterna på cylindern. I det andra fallet fylls ringen med provet i ett tillstånd av konsistens vid sträckgränsen och i det tillståndet införs den i vägmätaren.
Testet utförs med hjälp av den apparat som först konstruerades av Terzaghi och som kallas Ödometern. Idag finns det flera olika konstruktioner av denna apparat, men de är alla baserade på samma princip, att testa komprimeringen av ett jordprov under belastning med förhindrad lateral expansion.
Ödometer: enhetsbeskrivning
Fig. 1. Odometer
Ödometer består av en metallcylinder i vilken provet är placerat mellan två filterstenar (fig. 1). Provet införs i apparaten i en metallring med en diameter på 7-10 cm och en höjd av 1-4 cm. Lasten P överförs till provet via den övre filterstenen. Under den nedre filterstenen finns det kanaler i botten av cylindern för att dränera vatten från provet in i kapillärröret, samt för vattenförsörjning. Eftersom komprimeringen av provet sker på bekostnad av porerna, eftersom fasta jordpartiklar och vatten i porerna är praktiskt taget inkompressibla, är det nödvändigt under testet att säkerställa utflödet av vatten från provet, vilket möjliggörs med hjälp av en filtersten, en kanal och ett kapillärrör.
På den vänstra sidan av enheten finns ett vattentillförselrör med en kran framför cylindern, medan ett kapillärrör är på höger sida, med en kran bakom cylindern. Kapillärröret används också för att bestämma jordpermeabilitetskoefficienten k.
Examination
När provet är placerat i cylindern och apparaten är monterad, stäng den vänstra kranen, vattentillförseln och öppna den högra kranen för att vatten ska rinna in i kapillärröret. Därefter närmar man sig provets belastning, som appliceras gradvis. Följande belastningar appliceras vanligtvis:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2och vidare upp till den högsta markbelastning som förväntas under byggnaden, mestadels upp till10kp/cm2, och med dammar kan det bli ännu mer20kp/cm2. Vid varje belastningsnivå, i det ögonblick då den appliceras, startas ett stoppur och vid vissa tidsintervall15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, sedan vartannat24h, fram till konsolideringen av provet under den belastningsnivån, läses motsvarande avräkning i tusendelar av en millimeter av på komparatorn och registreras i posten. Konsolidering antas ha uppnåtts om avräkningen av provet är Δh ≤0,02 mmför tiden för24timme. Efter att konsolidering har uppnåtts appliceras nästa belastningsnivå och hela proceduren upprepas på samma sätt och så vidare tills den slutliga belastningsnivån.
Konsolideringstestet med förhindrad lateral expansion utförs med lastning och lossning, för att bestämma jordens elastiska egenskaper. Efter att ha laddat provet till en viss grad, lossar vi det med samma gradvishet som vi laddade det. Avlastning görs vanligtvis efteråt2,0kp/cm2,4,0kp/cm2och6,0kp/cm2.
Som regel utförs testet med provet under vatten, som hålls på det vänstra glasröret i höjd med den övre ytan av provet i apparaten. Att testa provets kompressibilitet i närvaro av vatten görs av denna anledning, eftersom testet tar lång tid och provet torkar under den tiden, vilket resulterar i att provets kompressibilitet skulle vara lägre än den faktiska kompressibiliteten för jorden i dess naturliga fukttillstånd. Dessutom kan den naturliga markfuktigheten vara högre än den var vid provtagningstillfället, särskilt när grundvattennivån stiger, vilket kan leda till en betydande avvikelse från markens faktiska kompressibilitet under tidsperioden med hög vattennivå.
Testresultaten tillämpas på tre typer av diagram, nämligen det relativa kompressionsdiagrammet, diagrammet för förändring av porositetskoefficienten och tidsavräkningsdiagrammet.
Relativt kompressionsdiagram
Detta diagram erhålls när normalt tryck appliceras på provet på abskissaxeln σ = P/A, där P är belastningen som verkar på provet via den övre filterstenen i kp/cm2, A är tvärsnittsarean för a-provet, och i anordningens relativa yta, xi kompression Δh/h där Δh är sättningen av provet under belastning Δσ under konsolidering, h provhöjd före laddning (fig. 2).
Fig. 2. Relativt komprimeringsdiagram
Under laddning erhålls diagram av primär kompression a.
Under lossning, om det obehindrade intaget av vatten är aktiverat, så att provet förblev under vatten under lossningen, återgår det till sitt ursprungliga tillstånd, d.v.s. svullnad. Provet återgår dock inte till sitt ursprungliga tillstånd, vilket innebär att det har genomgått plastisk (permanent) deformation förutom elastisk. Därför erhålls i detta fall svällningsdiagrammet b under avlastning. Men om testet utfördes utan att ta emot vatten, istället för ett svällningsdiagram, det så kallade elasticitetsdiagrammet.
Om provet laddas igen efter avlastning erhålls det sekundära kompressionsdiagrammet c. Svällningsdiagrammet och det sekundära kompressionsdiagrammet c bildar en hysteresloop mellan dem. I lera är hysteresöglorna betydande och därför anses deformationen i området för svullnad och sekundär kompression (diagram b och c) inte vara elastiska, men reversibla, eftersom de inte är proportionella mot belastningen enligt Hookes lag. Deformationer i området för primär kompression (diagram a) i den del där de inte återvände är permanenta (irreversibla).
Jordkompressibilitetsmodul
Från diagrammet över relativ kompression får vi enligt Hookes lag analogt med Jungs elasticitetsmodul E för ett elastiskt material, jordens kompressibilitetsmodul Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
där Δσ är belastningsökningen, Δh/h motsvarande relativa kompression, som är hämtad från det primära kompressionsdiagrammet a (fig. 2).
Kompressibilitetsmodulen för jorden Ms skiljer sig från elasticitetsmodulen E för ett elastiskt material, eftersom Ms inte är konstant för ett och samma material utan är variabel och ökar med normalbelastningen σ. Därför kan ett specifikt värde på kompressibilitetsmodulen Ms ges endast för ett smalt intervall av normal jordbelastning Δσ. Om värdet på modulen Ms är högre är jordens kompressibilitet lägre och vice versa. Enligt våra grundbestämmelser antas följande kriterium för kompressibilitetsmodulen för marken i dess naturliga tillstånd:
Klassificeringen nedan är överförd från originaltexten, inklusive det upprepade intervallet 100-400 kp/cm2. Den har inte kontrollerats eller harmoniserats med gällande bestämmelser.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 utomordentligt komprimerbar jord
Ms = 20 - 50 kp/cm2 mycket komprimerbar jord
Ms = 50 - 100 kp/cm2 medium komprimerbar jord
Ms = 100 - 400 kp/cm2 mindre komprimerbar jord
Ms = 100 - 400 kp/cm2 lätt komprimerbar jord
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 lätt komprimerbar jord
Ms > 1000 kp/cm2 mycket låg komprimerbar jord.
Jordelasticitetsmodul
På samma sätt får vi jordens elasticitetsmodul E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
där det relativa kompressionsökningen Δh/h är hämtad från jordelasticitetsdiagrammet för motsvarande normala tryckökning Δσ.
Normal konsoliderad och överkonsoliderad jord
Sl.3. Diagram över förändringar i porositetskoefficienten för det störda jordprovet
Om vi utför ett vägmätartest med ett stört prov, som vi matade in i apparaten vid sträckgränsen, och vi plottar resultaten av testet på diagrammet över förändringen i porositetskoefficienten e beroende på trycket σ (fig.3) konsolideringsflödet representeras av diagram 1 för primär belastning, 2för lindring, 3 för den sekundära lasten upp till gränsen a för den primära lastförlängningen σa och 4 bortom den gränsen.
Reliefdiagram2och sekundärt kompressionsdiagram3bilda en hysteresloop bakom vilken diagrammet4fortsätter i förlängningen av diagrammet1, utan att gå sönder, som om det inte fanns någon lossning och omlastning.
Sl.4. Diagram över förändring av porositetskoefficient för ostört jordprov
Men om vi utför vägmätartestet på samma sätt som tidigare med ett ostört prov taget från ett visst djup av jorden (fig.4), diagram för sekundär belastning3kommer att visa vid en specifik last σb ett brott i punkt b, varefter diagrammet fortsätter4har en högre lutning. Denna spricka uppstod på grund av att jorden som provet togs från var under en större belastning p=γt än belastningen av provet σ i vägmätaren. Den högre belastningen p härrör från tyngden av de befintliga övre jordlagren till terrängytan, som vi kallar marktryck, eller från belastningen av tidigare jordlager som med tiden förts bort av erosion eller från moränjord eller is, som vi kallar förbelastning. Utseendet av överkonsolidering är särskilt karakteristiskt för lera, där vi skiljer mellan normalt konsoliderad och överkonsoliderad lera.
Normalt konsoliderad lera
Normalt konsoliderad lera finns på grundare djup under markytan, som inte tidigare varit utsatt för förbelastning. Ett prov av denna lera, laddat i vägmätaren med belastningar större än vikten av de övre “jordtrycks”-lagren, visar ett kontinuerligt flöde av konsolidering, utan avbrott i det relativa kompressionsdiagrammet eller i diagrammet för förändring av porositetskoefficienten. Bosättningen av denna lera under belastningen av föremålet är normal, d.v.s. under en viss belastning minskar sättningen med tiden.
Överkonsoliderad lera
Överkonsoliderad lera finns på större djup eller har tidigare utsatts för förbelastning. Ett prov av denna lera laddat i vägmätaren med ett tryck som är större än marktrycket eller förbelastningen visar ett brott på det relativa kompressionsdiagrammet eller på porositetskoefficientändringsdiagrammet, det sk. geologisk spricka g, med en kraftig riktningsändring (Fig.5a). Avsättningen av denna lera under strukturen är liten för belastningen under marktrycket eller förbelastningen σ1, men blir betydligt större för laster över σ1.
Om det geologiska avbrottet inte är klart definierat, bestäms det med tangenter till diagrammet (fig.5b).
Sl.5. Diagram över förändringar i porositetskoefficient för överkonsoliderad lera
Tidsavräkningsdiagram
Detta diagram, även kallat konsolideringsdiagrammet, erhålls när, för varje belastningsgrad av provet i vägmätaren, tiden t i timmar appliceras på abskissaxeln och sättningen i mm till ordinataaxeln (fig.6a) eller i % av den totala avvecklingen (fig.6b).
Sl.6. Tidsavräkningsdiagram
Obundna och bundna jordar beter sig olika under belastning. Lösa jordar, som sand, har stora porer, från vilka vatten snabbt pressas ut under belastning, så att jorden lägger sig snabbt, där den största sättningen sker i början av belastningen och når den slutliga sättningen vid en given belastning på ett relativt kort tidsintervall. Sammanhållna jordar som lera har små porer som vatten är svårt att pressa ut under belastning. Det finns två faser i tidsprocessen för packad jordsättning. I den första fasen, omedelbart efter applicering av belastningen på jorden, eftersom vattnet inte kan rinna ut ur porerna, blir det stressat och tar emot hela den applicerade belastningen. I det andra steget börjar det stressade porvattnet trycka ut under sin egen belastning på grund av belastningen, som gradvis överförs till de fasta jordpartiklarna. I denna andra fas samlas partiklarna och porerna krymper. Sänkningsprocessen fortsätter tills tryckvattnet pressas ut ur porerna, d.v.s. tills det stressade vattnet i porerna upphör att existera. Jordkonsolidering är därför i första hand ett hydrodynamiskt problem, som beror på markpermeabilitet och porositet. När det gäller lera, vars permeabilitet är låg, kan konsolideringsprocessen ta mycket lång tid, och dessutom kan sättningarna vara betydligt större på grund av den högre totala porositeten än i fallet med sand. På basis av konsolideringstestet kan beräkningen av avvecklingstidsförloppet göras under hela konsolideringens varaktighet och i enskilda faser.