Lưu ý quan trọng của chuyên gia: Bài viết này là một bài đánh giá mang tính giáo dục được lưu trữ và không phải là một nghiên cứu địa kỹ thuật, một tiêu chuẩn phòng thí nghiệm hợp lệ, một bản tính toán nền móng hay một sổ tay hướng dẫn. Các điều khoản, thủ tục, đơn vị đo lường, giá trị, phân loại và tham chiếu ban đầu đến “quy định của chúng tôi” đã được chuyển giao mà không kiểm tra việc tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định hiện hành. Việc kiểm tra đất, lựa chọn phương pháp, giải thích kết quả và quyết định thiết kế phải được thực hiện bởi các chuyên gia địa kỹ thuật được ủy quyền và phòng thí nghiệm thích hợp cho một đối tượng và địa điểm cụ thể.
Chủ đề về khả năng nén của đất không nằm trong đợt chào bán công khai mới của Savo Kusić. Trọng tâm sản xuất hiện tại bao gồm cửa sổ gỗ, cửa sổ nhôm-gỗ và cửa đặt làm riêng. Đối với một dự án cửa sổ hoặc cửa ra vào cụ thể, bạn có thể gửi yêu cầu báo giá.
Cơ sở kiểm tra máy đo đường
Độ nén của đất được xác định bằng thí nghiệm nén với sự giãn nở ngang được ngăn chặn, còn được gọi là thí nghiệm đo đường hoặc thí nghiệm cố kết.
Thử nghiệm được thực hiện với các mẫu không bị xáo trộn và trong một số trường hợp với các mẫu bị xáo trộn. Trong trường hợp đầu tiên, mẫu thử được lấy bằng cách ép các vòng kim loại thành một mẫu lớn hơn, không bị xáo trộn, sau đó mẫu này được đưa vào thiết bị cùng với vòng sau khi cắt bỏ mẫu thừa và làm phẳng bề mặt của nó bằng các cạnh của hình trụ. Trong trường hợp thứ hai, vòng chứa đầy mẫu ở trạng thái nhất quán tại điểm chảy dẻo và ở trạng thái đó mẫu được đưa vào máy đo đường.
Cuộc thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị do Terzaghi chế tạo lần đầu tiên và được gọi là Oedometer. Ngày nay, có một số cấu trúc khác nhau của thiết bị này, nhưng chúng đều dựa trên cùng một nguyên tắc, thử nghiệm độ nén của mẫu đất dưới tác dụng của tải trọng với sự giãn nở ngang được ngăn chặn.
Máy đo đường: mô tả thiết bị
Hình. 1. Đồng hồ đo đường
Oedometer bao gồm một hình trụ kim loại trong đó mẫu được đặt giữa hai viên đá lọc (hình 1). Mẫu được đưa vào thiết bị trong một vòng kim loại có đường kính 7-10 cm và chiều cao 1-4 cm. Tải trọng P được truyền tới mẫu thông qua đá lọc phía trên. Bên dưới đá lọc phía dưới có các rãnh ở đáy trụ để thoát nước từ mẫu vào ống mao quản cũng như để cấp nước. Vì quá trình nén mẫu được thực hiện gây tổn hại đến các lỗ rỗng, vì các hạt đất rắn và nước trong các lỗ rỗng thực tế không thể nén được nên cần phải đảm bảo rằng nước thoát ra khỏi mẫu trong quá trình thử nghiệm, điều này có thể thực hiện được bằng đá lọc, kênh và ống mao dẫn.
Bên trái của thiết bị là ống cấp nước có vòi phía trước xi lanh, còn ống mao dẫn ở bên phải, có vòi phía sau xi lanh. Ống mao dẫn còn được dùng để xác định hệ số thấm của đất k.
Kỳ thi
Khi mẫu được đặt vào ống trụ và lắp ráp thiết bị, đóng vòi bên trái, nguồn cấp nước và mở vòi bên phải để nước chảy vào ống mao dẫn. Sau đó, tải mẫu được tiếp cận và áp dụng dần dần. Các tải sau đây thường được áp dụng: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 và cao hơn nữa cho đến tải trọng đất cao nhất dự kiến bên dưới tòa nhà, hầu hết lên tới 10 kp/cm2, và đối với đập, tải trọng đất thậm chí có thể lên tới 20 kp/cm2. Ở mỗi mức tải, tại thời điểm áp dụng, đồng hồ bấm giờ sẽ bắt đầu và ở những khoảng thời gian nhất định 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, sau đó tiếp tục 24h, cho đến khi hợp nhất mẫu dưới mức tải đó, độ lún tương ứng tính bằng phần nghìn milimét sẽ được đọc trên bộ so sánh và ghi vào hồ sơ. Để hợp nhất, giả định rằng nó đã đạt được nếu độ lún của mẫu Δh 0,02 mm trong thời gian 24 giờ. Sau khi đạt được sự cố kết, mức tải tiếp theo sẽ được áp dụng và toàn bộ quy trình được lặp lại theo cách tương tự, v.v. cho đến mức tải cuối cùng.
Thử nghiệm cố kết ngăn cản sự giãn nở ngang được thực hiện khi chất tải và dỡ tải, nhằm xác định đặc tính đàn hồi của đất. Sau khi tải mẫu đến một mức độ nhất định, chúng tôi dỡ mẫu với mức độ dần dần giống như khi chúng tôi tải mẫu. Việc giảm nhẹ thường được thực hiện sau 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 và 6,0 kp/cm2.
Theo quy định, thử nghiệm được thực hiện với mẫu dưới nước, được giữ trên ống thủy tinh bên trái ở độ cao bằng bề mặt trên của mẫu trong thiết bị. Việc kiểm tra độ nén của mẫu khi có nước được thực hiện vì lý do này, vì quá trình thử mất nhiều thời gian và mẫu khô trong thời gian đó, do đó độ nén của mẫu sẽ thấp hơn độ nén thực tế của đất ở trạng thái độ ẩm tự nhiên. Ngoài ra, độ ẩm đất tự nhiên có thể cao hơn so với thời điểm lấy mẫu, đặc biệt là khi mực nước ngầm dâng cao, điều này có thể dẫn đến sai lệch đáng kể so với độ nén thực tế của đất trong khoảng thời gian mực nước cao.
Kết quả kiểm tra được áp dụng cho 3 loại sơ đồ là sơ đồ nén tương đối, sơ đồ thay đổi hệ số xốp và sơ đồ giải quyết theo thời gian.
Sơ đồ nén tương đối
Biểu đồ này thu được khi tác dụng áp suất bình thường lên mẫu trên trục hoành σ = P/A, trong đó P là tải trọng tác dụng lên mẫu thông qua đá lọc phía trên tính bằng kp/cm2, A là diện tích mặt cắt ngang của mẫu trong thiết bị và trên trục tọa độ là độ nén tương đối Δh/h trong đó Δh là độ lún của mẫu chịu tải Δσ trong quá trình cố kết, h chiều cao mẫu trước khi tải (hình 2).
Hình. 2. Sơ đồ nén tương đối
Trong quá trình tải, thu được sơ đồ nén sơ cấp a.
Trong quá trình dỡ tải, nếu cho phép nạp nước không bị cản trở, để mẫu vẫn ở dưới nước trong khi dỡ tải, mẫu sẽ trở về trạng thái ban đầu, tức là trương nở. Tuy nhiên, mẫu không trở lại trạng thái ban đầu, điều đó có nghĩa là nó đã trải qua biến dạng dẻo (vĩnh viễn) bên cạnh tính đàn hồi. Do đó, trong trường hợp này, biểu đồ trương nở b thu được trong quá trình dỡ tải. Tuy nhiên, nếu thử nghiệm được thực hiện mà không nhận nước, thay vì biểu đồ trương nở, cái gọi là sơ đồ đàn hồi.
Nếu mẫu được nạp lại sau khi dỡ tải thì sẽ thu được sơ đồ nén thứ cấp c. Sơ đồ trương nở và sơ đồ nén thứ cấp c tạo thành một vòng trễ giữa chúng. Trong đất sét, các vòng trễ rất đáng kể và do đó biến dạng ở vùng trương nở và nén thứ cấp (sơ đồ b và c) không được coi là đàn hồi mà có thể đảo ngược, vì chúng không tỷ lệ thuận với tải trọng theo định luật Hooke. Các biến dạng ở vùng nén sơ cấp (sơ đồ a) ở phần mà chúng không trở lại là vĩnh viễn (không thể đảo ngược).
Mô-đun nén đất
Từ sơ đồ nén tương đối ta thu được theo định luật Hooke tương tự mô đun đàn hồi Jung E đối với vật liệu đàn hồi, mô đun chịu nén của đất Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
trong đó Δσ là mức tăng tải, Δh/h là độ nén tương đối tương ứng, được lấy từ sơ đồ nén chính a (hình 2).
Mô đun nén của đất Ms khác với mô đun đàn hồi E của vật liệu đàn hồi, vì Ms không phải là hằng số đối với cùng một vật liệu mà thay đổi và tăng theo tải trọng thông thường σ. Do đó, một giá trị cụ thể của mô đun nén Ms chỉ có thể được cho trong một khoảng hẹp của tải trọng đất thông thường Δσ. Nếu giá trị mô đun Ms càng cao thì khả năng chịu nén của đất càng thấp và ngược lại. Theo quy định về nền tảng của chúng tôi, tiêu chí sau đây về mô đun nén của đất ở trạng thái tự nhiên được áp dụng:
Phân loại bên dưới được chuyển từ văn bản gốc, bao gồm cả khoảng lặp lại 100-400 kp/cm2. Chưa được kiểm tra, hài hòa với các quy định hiện hành.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 đất cực kỳ nén
Ms = 20 - 50 kp/cm2 đất rất dễ nén
Ms = 50 - 100 kp/cm2 đất chịu nén trung bình
Ms = 100 - 400 kp/cm2 đất ít bị nén hơn
Ms = 100 - 400 kp/cm2 đất chịu nén nhẹ
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 đất chịu nén nhẹ
Ms > 1000 kp/cm2 đất có khả năng nén rất thấp.
Mô-đun đàn hồi của đất
Tương tự ta được mô đun đàn hồi của đất E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
trong đó mức tăng nén tương đối Δh/h được lấy từ biểu đồ độ đàn hồi của đất cho mức tăng áp suất bình thường tương ứng Δσ.
Đất cố kết thông thường và đất quá cố kết
Hình. 3. Biểu đồ thay đổi hệ số xốp của mẫu đất bị xáo trộn
Nếu chúng tôi thực hiện kiểm tra máy đo đường với một mẫu bị xáo trộn mà chúng tôi đã nhập vào thiết bị tại điểm chảy dẻo và chúng tôi vẽ kết quả của kiểm tra trên sơ đồ về sự thay đổi hệ số xốp e tùy thuộc vào áp suất σ (Hình 3), dòng cố kết được biểu thị bằng sơ đồ 1 đối với tải sơ cấp, 2 để dỡ tải, 3 cho tải thứ cấp lên đến giới hạn a của phần mở rộng tải chính σa và 4 vượt quá giới hạn đó.
Sơ đồ dỡ tải 2 và sơ đồ nén thứ cấp 3 tạo thành một vòng trễ, sau đó sơ đồ 4 tiếp tục trong phần mở rộng của sơ đồ 1, không bị gián đoạn, như thể không có quá trình dỡ tải và tải lại.
Hình. 4. Biểu đồ thay đổi hệ số xốp của mẫu đất nguyên chất
Tuy nhiên, nếu chúng ta thực hiện kiểm tra máy đo đường theo cách tương tự như trước với mẫu nguyên dạng được lấy từ một độ sâu nhất định của đất (hình 4), thì sơ đồ tải trọng thứ cấp 3 sẽ hiển thị ở một tải trọng nhất định σb điểm đứt tại điểm b, sau đó sơ đồ 4 sẽ có độ dốc lớn hơn. Vết nứt này xảy ra do đất nơi lấy mẫu chịu tải trọng p=γt lớn hơn tải trọng của mẫu σ trong máy đo đường. Tải trọng p cao hơn bắt nguồn từ trọng lượng của các lớp đất phía trên hiện có đối với bề mặt địa hình, mà chúng ta gọi là áp lực đất, hoặc từ tải trọng của các lớp đất trước đó bị cuốn đi theo thời gian do xói mòn hoặc từ băng tích hoặc băng tích, mà chúng ta gọi là tải trước. Sự xuất hiện của quá cố kết là đặc trưng đặc biệt của đất sét, nơi chúng ta phân biệt giữa đất sét cố kết thông thường và đất sét quá cố kết.
Đất sét cố kết thông thường
Đất sét cố kết thông thường nằm ở độ sâu nông hơn bên dưới bề mặt đất, vốn trước đó chưa chịu tác dụng của tải trọng trước. Một mẫu đất sét này, được nạp vào máy đo đường với tải trọng lớn hơn trọng lượng của các lớp “áp lực đất” phía trên, cho thấy dòng cố kết liên tục, không bị đứt gãy trong biểu đồ nén tương đối hoặc trong biểu đồ thay đổi hệ số xốp. Độ lún của loại đất sét này dưới tác dụng của tải trọng của vật là bình thường, tức là dưới một tải trọng nhất định độ lún giảm dần theo thời gian.
Đất sét quá cố kết
Đất sét quá cố kết ở độ sâu lớn hơn hoặc đã được tiếp xúc với tải trọng trước đó. Một mẫu đất sét này được nạp vào máy đo độ dày với áp suất lớn hơn áp suất đất hoặc tải trước cho thấy vết nứt trên biểu đồ nén tương đối hoặc trên biểu đồ thay đổi hệ số độ xốp, được gọi là. đứt gãy địa chất g, có hướng thay đổi mạnh (hình 5a). Độ lún của đất sét này dưới kết cấu là nhỏ đối với tải trọng dưới áp lực đất hoặc tải trước σ1, nhưng trở nên lớn hơn đáng kể đối với tải trọng trên σ1.
Nếu vết nứt địa chất không được xác định rõ ràng thì nó được xác định bằng cách sử dụng các đường tiếp tuyến của sơ đồ (hình 5b).
Hình. 5. Biểu đồ thay đổi hệ số xốp của đất sét quá cố kết
Sơ đồ giải quyết thời gian
Biểu đồ này, còn được gọi là sơ đồ hợp nhất, thu được khi đối với mỗi mức tải của mẫu trong máy đo đường, thời gian t tính bằng giờ được áp dụng cho trục hoành độ và độ lún tính bằng mm (hình 6a) hoặc tính bằng % của tổng độ lún (hình 6b) được áp dụng cho tọa độ trục.
Hình. 6. Sơ đồ giải quyết thời gian
Đất không liên kết và đất liên kết hoạt động khác nhau dưới tải trọng. Các loại đất rời, chẳng hạn như cát, có lỗ rỗng lớn, từ đó nước nhanh chóng bị ép ra dưới tác dụng của tải trọng, do đó đất lắng xuống nhanh chóng, với độ lún lớn nhất xảy ra khi bắt đầu tải trọng và đạt đến độ lún cuối cùng ở một tải trọng nhất định trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Các loại đất dính như đất sét có lỗ rỗng nhỏ nên nước khó thoát ra ngoài dưới tải trọng. Có hai giai đoạn trong quá trình thời gian lún của đất nén. Ở giai đoạn đầu, ngay sau khi tác dụng tải trọng lên đất, do nước không thể chảy ra khỏi các lỗ rỗng nên đất bị ứng suất và chịu toàn bộ tải trọng tác dụng. Ở giai đoạn thứ hai, nước lỗ rỗng bị ứng suất bắt đầu đẩy ra dưới ứng suất của chính nó do tải trọng truyền dần sang các hạt đất rắn. Trong giai đoạn thứ hai này, các hạt kết hợp với nhau và lỗ chân lông co lại. Quá trình sụt lún tiếp tục cho đến khi áp lực nước bị đẩy ra khỏi các lỗ rỗng, tức là cho đến khi trạng thái căng thẳng của nước trong các lỗ rỗng không còn tồn tại. Vì vậy, cố kết đất chủ yếu là một vấn đề thủy động lực, phụ thuộc vào độ thấm và độ xốp của đất. Trong trường hợp đất sét có độ thấm thấp, quá trình cố kết có thể mất nhiều thời gian và ngoài ra, độ lún có thể lớn hơn đáng kể do độ xốp tổng thể cao hơn so với trường hợp cát. Trên cơ sở thử nghiệm cố kết, thời gian lún có thể được tính toán cho toàn bộ thời gian cố kết và theo từng giai đoạn riêng lẻ.