Önemli uzman notu: Bu makale bir arşivsel eğitim incelemesidir ve bir jeoteknik çalışma, geçerli bir laboratuvar standardı, bir temel hesaplaması veya bir kullanım kılavuzu değildir. Orijinal şartlar, prosedürler, ölçü birimleri, değerler, sınıflandırmalar ve “düzenlemelerimiz”e yapılan atıflar, geçerli standart ve düzenlemelere uygunluk kontrol edilmeden aktarılmıştır. Zemin testi, yöntem seçimi, sonuçların yorumlanması ve tasarım kararları yetkili jeoteknik uzmanlar ve belirli bir nesne ve konum için uygun laboratuvar tarafından gerçekleştirilmelidir.
Zemin sıkıştırılabilirliği konusu Savo Kusić’in yeni halka arzının bir parçası değil. Mevcut üretim odağımız ahşap pencereler, ahşap-alüminyum pencereler ve özel yapım kapılar’dan oluşmaktadır. Belirli bir pencere veya kapı projesi için teklif talebi.
Ödometre testinin temeli
Zemin sıkıştırılabilirliği, ödometre testi veya konsolidasyon testi olarak da adlandırılan, yanal genleşmenin önlendiği bir sıkıştırma testi ile belirlenir.
Test, örselenmemiş numunelerle, bazı durumlarda ise örselenmiş numunelerle gerçekleştirilir. İlk durumda, test numunesi, metal halkaların daha büyük, bozulmamış bir numuneye bastırılmasıyla alınır; bu numune, fazla numunenin kesilmesinden ve yüzeylerinin silindirin kenarlarıyla aynı hizaya getirilmesinden sonra halkayla birlikte aparata beslenir. İkinci durumda halka, akma noktasında kıvamlı durumdaki bir numune ile doldurulur ve bu durumda ödometreye verilir.
Test, ilk kez Terzaghi tarafından yapılan ve Ödometre adı verilen aparat kullanılarak yapılmaktadır. Günümüzde bu aparatın birkaç farklı yapısı vardır, ancak hepsi aynı prensibe dayanmaktadır; yük altında yanal genleşme önlenerek toprak numunesinin sıkıştırılmasının test edilmesi.
Ödometre: cihaz açıklaması
Şek. 1. Odometre
Ödometre, numunenin iki filtre taşı arasına yerleştirildiği metal bir silindirden oluşur (şek. 1). Numune, 7-10 cm çapında ve 1-4 cm yüksekliğinde metal bir halka içerisinde aparata yerleştirilir. P yükü üst filtre taşı aracılığıyla numuneye aktarılır. Alt filtre taşının altında, numuneden suyun kılcal boruya boşaltılması ve aynı zamanda su temini için silindirin tabanında kanallar bulunmaktadır. Numunenin sıkıştırılması gözenekler pahasına yapıldığından, katı zemin parçacıkları ve gözeneklerdeki su pratik olarak sıkıştırılamaz olduğundan, test sırasında suyun numuneden tahliye edilmesini sağlamak gerekir; bu, bir filtre taşı, bir kanal ve bir kılcal boru vasıtasıyla mümkün kılınır.
Cihazın sol tarafında silindirin önünde musluklu su besleme borusu, sağ tarafında ise silindirin arkasında musluklu kılcal boru bulunmaktadır. Kılcal boru aynı zamanda toprak geçirgenlik katsayısı k’yi belirlemek için de kullanılır.
Sınav
Numune silindire yerleştirilip aparat monte edildiğinde sol musluğu yani su musluğunu kapatıp sağ musluğu açarak suyun kılcal boruya akmasını sağlayın. Daha sonra kademeli olarak uygulanan numune yüküne yaklaşılır. Genellikle aşağıdaki yükler uygulanır: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 ve ayrıca bina altında beklenen en yüksek toprak yüküne kadar, çoğunlukla 10 kp/cm2’ye kadar ve barajlar için 20 kp/cm2’ye kadar daha da fazla olabilir. Her yük seviyesinde, uygulama anında kronometre çalıştırılır ve belirli zaman aralıklarında 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, ardından her 24h, numunenin o yük derecesi altında konsolidasyonuna kadar, karşılık gelen yerleşim karşılaştırıcıda milimetrenin binde biri cinsinden okunur ve kayda kaydedilir. Konsolidasyon için, numunenin oturması 24 saat boyunca Δh ≤ 0,02 mm ise, konsolidasyona ulaşıldığı varsayılır. Konsolidasyon sağlandıktan sonra bir sonraki yük seviyesi uygulanır ve tüm prosedür aynı şekilde tekrarlanır ve bu şekilde son yük seviyesine kadar devam eder.
Zemin elastik özelliklerini belirlemek amacıyla yükleme ve boşaltma ile yanal genleşme önlenmiş konsolidasyon testi yapılır. Numuneyi belirli bir dereceye kadar yükledikten sonra, yüklediğimiz aynı kademeli olarak boşaltıyoruz. Rahatlama genellikle 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 ve 6,0 kp/cm2.
Kural olarak test, aparatta numunenin üst yüzeyi yüksekliğinde sol cam tüp üzerinde tutulan numunenin su altında tutulmasıyla gerçekleştirilir. Numunenin sıkıştırılabilirliğinin su varlığında test edilmesi bu nedenle yapılır, çünkü test uzun sürer ve numune bu süre içinde kurur, bunun sonucunda numunenin sıkıştırılabilirliği, toprağın doğal nem durumundaki gerçek sıkıştırılabilirliğinden daha düşük olur. Ayrıca, özellikle yeraltı suyu seviyesi yükseldiğinde, doğal toprak nemi numune alma sırasında olduğundan daha yüksek olabilir ve bu da su seviyesinin yüksek olduğu dönemde toprağın gerçek sıkıştırılabilirliğinden önemli bir sapmaya yol açabilir.
Test sonuçları, bağıl sıkıştırma diyagramı, gözeneklilik katsayısı değişim diyagramı ve zaman oturma diyagramı olmak üzere üç tür diyagrama uygulanır.
Bağıl sıkıştırma diyagramı
Bu diyagram, numuneye apsis ekseninde normal basınç uygulandığında elde edilir σ = P/A, burada P kp/cm cinsinden üst filtre taşı yoluyla numuneye etki eden yüktür2, A aparattaki numunenin kesit alanıdır ve ordinat ekseninde göreceli sıkıştırma Δh/h’dir Δh numunenin konsolidasyon sırasında yük altında Δσ oturması, h yüklemeden önce numune yüksekliğidir (şek. 2).
Şek. 2. Göreceli sıkıştırma diyagramı
Yükleme sırasında birincil sıkıştırma diyagramı a.
Boşaltma sırasında numunenin boşaltma sırasında suyun altında kalması için engelsiz su alımı sağlanırsa orijinal durumuna yani şişmesine geri döner. Ancak numune başlangıç durumuna dönmemektedir, bu da elastikliğin yanı sıra plastik (kalıcı) deformasyona da uğradığı anlamına gelmektedir. Dolayısıyla bu durumda boşaltma sırasında şişme diyagramı b elde edilir. Ancak test su alınmadan yapıldıysa şişme diyagramı yerine elastisite diyagramı denir.
Numune boşaltıldıktan sonra tekrar yüklenirse ikincil sıkıştırma diyagramı c elde edilir. Şişme diyagramı ve ikincil sıkıştırma diyagramı c aralarında bir histerezis döngüsü oluşturur. Kilde histerezis döngüleri önemlidir ve bu nedenle şişme ve ikincil sıkıştırma alanındaki deformasyon (b ve c diyagramları) elastik olarak kabul edilmez, ancak geri dönüşümlüdür, çünkü bunlar Hooke yasasına göre yük ile orantılı değildir. Birincil sıkışma bölgesindeki (diyagram a) geri dönmedikleri kısımdaki deformasyonlar kalıcıdır (geri döndürülemez).
Zemin sıkıştırılabilirlik modülü
Bağıl basınç diyagramından, Hooke yasasına göre elastik bir malzeme için Jung’un elastisite modülü E’ye benzer şekilde zeminin sıkıştırılabilirlik modülünü Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
burada Δσ yük artışıdır, Δh/h birincil sıkıştırma diyagramından a alınan karşılık gelen bağıl sıkıştırmadır (şek. 2).
Zemin sıkıştırılabilirlik modülü Ms elastik bir malzemenin elastisite modülünden E farklıdır çünkü Ms tek ve aynı malzeme için sabit değildir ancak değişkendir ve normal yük σ ile artar. Bu nedenle, sıkıştırılabilirlik modülünün belirli bir değeri (Ms) yalnızca dar bir normal toprak yükü aralığı (Δσ) için verilebilir. Ms modülünün değeri daha yüksekse, zeminin sıkıştırılabilirliği daha düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Kuruluş yönetmeliğimize göre zeminin doğal halindeki sıkıştırılabilirlik modülü için aşağıdaki kriter benimsenmiştir:
Aşağıdaki sınıflandırma, tekrarlanan 100-400 kp/cm2 aralığı da dahil olmak üzere orijinal metinden alınmıştır. Kontrol edilmemiş veya mevcut düzenlemelere uyumlaştırılmamıştır.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 aşırı sıkıştırılabilir toprak
Ms = 20 - 50 kp/cm2 çok sıkıştırılabilir toprak
Ms = 50 - 100 kp/cm2 orta derecede sıkıştırılabilir toprak
Ms = 100 - 400 kp/cm2 daha az sıkıştırılabilir toprak
Ms = 100 - 400 kp/cm2 hafif sıkıştırılabilir toprak
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 hafif sıkıştırılabilir toprak
Ms > 1000 kp/cm2 çok düşük sıkıştırılabilir toprak.
Zemin elastikiyeti modülü
Aynı şekilde zeminin elastisite modülünü de elde ederiz E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
burada bağıl sıkıştırma artışı Δh/h karşılık gelen normal basınç artışı için toprak elastikiyet diyagramından alınır Δσ.
Normal konsolide ve aşırı konsolide toprak
Şek. 3. Bozulmuş toprak numunesinin gözeneklilik katsayısındaki değişikliklerin şeması
Akma noktasında aparata girdiğimiz örselenmiş numune ile ödometre testi yaparsak ve test sonuçlarını σ basıncına bağlı olarak e gözeneklilik katsayısındaki değişimin diyagramına çizersek (Şekil 3), konsolidasyon akışı birincil yük için 1 diyagramlarıyla temsil edilir, 2 boşaltma için, 3 birincil yük uzantısı σa’nın a sınırına kadar olan ikincil yük için ve 4 bu sınırın ötesinde.
Boşaltma diyagramı 2 ve ikincil sıkıştırma diyagramı 3, arkasında 4 diyagramının, sanki boşaltma ve yeniden yükleme yokmuşçasına, 1 diyagramının uzantısında kesintisiz olarak devam ettiği bir histerezis döngüsü oluşturur.
Şek. 4. Örselenmemiş toprak numunesinin gözeneklilik katsayısının değişim diyagramı
Ancak, eğer ödometre testini daha önce olduğu gibi toprağın belirli bir derinliğinden alınan bozulmamış bir numuneyle yaparsak (şekil 4), ikincil yük diyagramı 3 belirli bir yükte b noktasında bir σb kırılması gösterecek ve bunun ardından 4 diyagramı daha büyük bir eğime sahip olacaktır. Bu kırılma, numunenin alındığı toprağın, ödometredeki numunenin yükünden σ daha büyük bir p=γt yükü altında olması nedeniyle meydana geldi. Daha yüksek yük p, toprak basıncı dediğimiz mevcut üst toprak katmanlarının arazi yüzeyine olan ağırlığından veya ön yük dediğimiz daha önceki toprak katmanlarının erozyon veya moren toprağı veya buz tarafından zamanla taşınan yükünden kaynaklanır. Aşırı konsolidasyon görünümü, normal konsolide ve aşırı konsolide kil arasında ayrım yaptığımız kilin özellikle karakteristik özelliğidir.
Normal konsolide kil
Normalde konsolide kil, daha önce ön yüklemeye maruz kalmayan zemin yüzeyinin altında daha sığ derinliklerde bulunur. Ödometreye üst “toprak basıncı” katmanlarının ağırlığından daha büyük yüklerle yüklenen bu kilin bir numunesi, ilgili sıkıştırma diyagramında veya gözeneklilik katsayısı değişim diyagramında kesintiler olmadan sürekli bir konsolidasyon akışı gösterir. Bu kilin cismin yükü altında oturması normaldir, yani belli bir yük altında zamanla oturması azalır.
Aşırı konsolide kil
Aşırı konsolide kil daha derinlerde veya önceden ön yüklemeye maruz kalmış. Ödometreye toprak basıncından veya ön yükten daha büyük bir basınçla yüklenen bu kilin bir numunesi, ilgili sıkıştırma diyagramında veya gözeneklilik katsayısı değişim diyagramında, buna sözde bir kırılma gösterir. yönünde güçlü bir değişiklik olan jeolojik kırık g, (şek. 5a). Bu kilin yapı altındaki oturması, toprak basıncı veya ön yük σ1 altındaki yükler için küçüktür, ancak σ1 üzerindeki yükler için önemli ölçüde daha büyük olur.
Jeolojik kırılma açıkça tanımlanmamışsa diyagrama teğetler kullanılarak belirlenir (şek. 5b).
Şek. 5. Aşırı konsolide kilin gözeneklilik katsayısındaki değişimlerin şeması
Zaman yerleşim diyagramı
Konsolidasyon diyagramı olarak da adlandırılan bu diyagram, numunenin ödometredeki her yükleme derecesi için, apsis eksenine saat cinsinden t süresi uygulandığında ve mm cinsinden (şek. 6a) veya toplam oturmanın %’si (şek. 6b) cinsinden oturma ordinatına uygulandığında elde edilir. eksen.
Şek. 6. Zaman uzlaşma diyagramı
Bağlı ve bağlı olmayan zeminler yük altında farklı davranır. Kum gibi gevşek zeminler, suyun yük altında hızla sıkıldığı geniş gözeneklere sahiptir, böylece zemin hızlı bir şekilde yerleşir; en büyük oturma yükün başlangıcında meydana gelir ve belirli bir yükte nihai oturmaya nispeten kısa bir zaman aralığında ulaşır. Kil gibi yapışkan topraklar, yük altında suyun dışarı atılmasının zor olduğu küçük gözeneklere sahiptir. Sıkıştırılmış zemin oturmasının zaman sürecinde iki aşama vardır. Birinci aşamada zemine yük uygulandıktan hemen sonra su gözeneklerden dışarı akamadığı için gerilimli hale gelir ve uygulanan yükün tamamını alır. İkinci aşamada, katı zemin parçacıklarına yavaş yavaş aktarılan yük nedeniyle, gerilim altındaki boşluk suyu kendi gerilimi altında dışarı doğru itilmeye başlar. Bu ikinci aşamada parçacıklar bir araya gelir ve gözenekler küçülür. Çökme süreci, basınçlı su gözeneklerden dışarı çıkana kadar, yani suyun gözeneklerdeki gerilimli durumu ortadan kalkana kadar devam eder. Bu nedenle toprak konsolidasyonu öncelikle toprağın geçirgenliğine ve gözenekliliğine bağlı olan hidrodinamik bir sorundur. Geçirgenliği düşük olan kil durumunda konsolidasyon süreci çok uzun zaman alabilir ve ayrıca toplam gözenekliliğin kuma göre daha yüksek olması nedeniyle oturmalar önemli ölçüde daha fazla olabilir. Konsolidasyon testine dayanarak, oturma süresi süreci, konsolidasyonun tüm süresi boyunca ve ayrı ayrı aşamalar halinde hesaplanabilir.