Consolidatieproces van vervorming van bodems
Wanneer een bodemmassa wordt benadrukt, vervormt deze. Deformatie kan in de vorm van vervorming of een verandering in volume van de bodemmassa zijn. Net als bij een natuurlijke afzetting is de bodemmassa aan alle kanten ingesloten, vandaar dat de vorm verandert, dwz vervorming van de grond is niet mogelijk. De enige mogelijkheid is de verandering van volume oftewel compressie van grond.
Bij het laden, een bodem comprimeren vanwege:
(i) Compressie van vaste korrels
(ii) Compressie van poriewater en lucht
(iii) Uitdrijving van water en lucht uit de leegte van de bodemmassa. Onder typische technische belastingen, de compressie van vaste stoffen in de bodem en giet water in verwaarloosbare.
Daarom dragen de compressie voor lucht en de uitstoot van lucht en water uit de holtes het meeste bij aan de volumeverandering van de beladen grond. Deze volumeveranderingen kunnen door twee verschillende processen naar voren worden gebracht. Verdichting en consolidatie.
Verdichting:
Verdichting is het proces waarbij de gronddeeltjes dichter bij elkaar worden gepakt door mechanische middelen, dwz dynamische belasting zoals rollen, aanstampen en trillingen enz. Dit wordt bereikt door vermindering van de luchtleemte. Er is weinig of geen vermindering van het watergehalte.
consolidatie:
Consolidatie is het proces waarbij gronddeeltjes na verloop van tijd nauwer worden gepakt onder voortdurende druk, dat wil zeggen statische belasting. Het wordt voornamelijk bereikt door geleidelijke afvoer van water uit de poriën van de bodem. Consolidatie komt voor bij verzadigde of bijna verzadigde kleien of andere bodems met lage permeabiliteit.
Consolidatietest:
Om de consolidatiebevoorrading in de bodem te voorspellen, moeten we de spanningsstrek-eigenschappen (dwz de relatie tussen de effectieve druk en de lege ruimte) van de bodem kennen. Dit houdt normaal gesproken in dat het grondmonster in het laboratorium wordt geladen tot een reeks van belastingen en de overeenkomstige nederzettingen worden gemeten. Deze test staat bekend als consolidatietest. Het testapparaat wordt consolidometer genoemd.
Afbeelding 6.1 (a) en (b) tonen het vaste ringtype en de consolidatiemeting van het zwevende ringtype. Bij het vaste ringtype mag alleen de bovenste poreuze steen naar beneden bewegen, terwijl bij het zwevende ringtype zowel de bovenste als onderste poreuze stenen vrij kunnen bewegen. De permeabiliteit van het monster in elk stadium van belasting kan alleen in het type met vaste ring worden gemeten. De compressie van het monster wordt gemeten door middel van een meetklok die op de laaddop is aangebracht. Het specimen mag consolideren onder een aantal incrementen van verticale druk zoals 0, 1, 0, 2, 0, 5, 1, 2, 4, 8 en 10 kg / cm2.
De keuze van de verticale druk hangt hoofdzakelijk af van de verwachte locatiedruk, inclusief de overdruk. Een belastingsverhogingsverhouding (LIR) van een eenheid wordt gebruikt bij conventionele testen. LIR van eenheid betekent dat de belasting elke keer wordt verdubbeld. Elke drukverhoging wordt gedurende een periode van 24 uur gehandhaafd. Het monster consolideert met vrije drainage die optreedt vanaf de boven- en onderkant. Meetwaarden van de meetklokken worden genoteerd na 30 seconden, 1, 2, 4, 8, 15, 30 minuten, 1 uur, 2, 4, 8 en 24 uur.
Wanneer de consolidatie onder de laatste druk is voltooid, wordt het monster gelost en toegestaan op te zwellen. De resultaten worden gepresenteerd in een semi-log-grafiekpapier met aangebrachte druk op logschaal op abscis en overeenkomstige lege verhouding als ordinaat op lineaire schaal. De lege ruimte die overeenkomt met elke aangebrachte LIR wordt gedefinieerd als de druk die kan worden berekend uit de meetwaarden van de meetklokken en het droge gewicht van het monster wordt aan het einde van de test genomen.
Bepaling van de leeggewicht-verhouding met de drooggewichtmethode:
Deze methode is van toepassing op zowel verzadigde als gedeeltelijk verzadigde monsters.
Laat M s = droge massa van het monster aan het einde van de test
A = Oppervlakte van het monster
G = Sp. zwaartekracht van de bodem
Vervolgens wordt de equivalente dikte van de vaste bodem 'H S ' als volgt berekend:
Compressiekrommen die kunnen worden verkregen uit een consolidatietest die op een kleimonster is uitgevoerd, worden weergegeven in figuur 6.3.
Nadat het monster tot aan het drukpunt Q is geconsolideerd, laat men het monster uitzetten door drukverlagingen. Tijdens het expanderen keert het exemplaar nooit terug naar het oorspronkelijke volume vanwege een permanente compressie. Bij herladen wordt recompressiekromme RS verkregen.
Wanneer de vorige druk die correspondeert met punt 0 wordt bereikt, heeft de recompressiekromme een iets lagere leegte-verhouding. De test wordt voortgezet door de druk verder te verhogen, de resulterende curve is min of meer de verlenging van het initiële deel PQ. Figuur 6.3 (b) toont de grafiek van de effectieve druk versus de lege verhouding op semi-loggrafisch papier. De rechte delen P1 Q1 en S1 T1 aan beide zijden van 01 worden aangeduid als de maagdelijke compressiecurve.
Compressibiliteitscoëfficiënt:
De samendrukbaarheidscoëfficiënt 'a V ' wordt gedefinieerd als de afname van de lege ruimte per eenheid van toename van de druk.
waarbij e 0 en e de lege verhoudingen aan het begin en het einde van de consolidatie onder de drukverhoging Δσ 'zijn. Het negatieve teken geeft aan dat e afneemt naarmate σ toeneemt.
Compressibiliteitscoëfficiënt (m V )
[Cofficient of Volume Change]
Volumeverandering van de coëfficiënt is de verandering in volume van een grond per eenheid van aanvankelijk volume per eenheid toename van de druk. De eenheid van m v is hetzelfde als van een v
wanneer de grond zijdelings begrensd is, is de verandering in het volume evenredig aan de verandering in dikte ΔH en is het initiële volume evenredig aan de initiële dikte Ho. Daarom is eqn. (i) wordt
mv = ΔH / H 0 - 1 / Δσ
Verandering in dikte, ΔH als gevolg van drukverhoging wordt gegeven door
ΔH = - m v H o Δσ
Compressie-index (c c )
Het is de helling van het lineaire gedeelte van de e vs log σ curve en is dimensieloos.
Voor het lineaire gedeelte van de curve:
Consolidatiecoëfficiënt:
Het is de verhouding tussen de coëfficiënt van permeabiliteit en het product van de volumeveranderingscoëfficiënt met eenheidsgewicht van water. Het wordt aangeduid als cv = K / m v γ w
waarbij K = permeabiliteitscoëfficiënt
γw = eenheidsgewicht van water
C v = consolidatiecoëfficiënt
m V = volumeverandering van de coëfficiënt
Consolidatiecoëfficiënt is de aanwijzing voor het gecombineerde effect van samendrukbaarheid en permeabiliteit van grond op de snelheid van volumeverandering.
De consolidatiecoëfficiënt kan ook worden berekend op basis van de onderstaande relatie.
Tv = c v t / d 2
waarbij T v = tijdfactor die een functie is van de mate van consolidatie
t = tijd die nodig is voor consolidatie
d = Drainagepad, voor dubbele drainagetoestand d = H / 2
Aangezien Tv constant is voor een bepaalde mate van consolidatie en gegeven randvoorwaarden van het probleem in kwestie, is de tijd die nodig is om een zekere mate van consolidatie 'U' te bereiken recht evenredig met het kwadraat van zijn drainagepad en omgekeerd evenredig met de coëfficiënt van consolidatie. Voor een bepaalde grond bij een gegeven lege ruimte neemt c v toe met toenemende grootte van de consolidatiedruk.
Consolidatie van ongestoorde bodem:
Afhankelijk van de consolidatiegeschiedenis kunnen bodemafzettingen worden onderverdeeld in drie klassen:
(i) Pre-consolidatie bodem of over consolidatie bodem.
(ii) Normaal geconsolideerde bodem.
(iii) Onder geconsolideerde bodem.
(1) Pre-geconsolideerde bodem:
Van een klei wordt gezegd dat deze vooraf wordt geconsolideerd als deze altijd is onderworpen aan een druk die groter is dan de huidige overbelastingsdruk.
Een bodem kan zijn voorverstevigd door de structurele belasting die nu niet meer bestaat of door het gewicht van een weggesmolten ijskap.
(ii) Normaal geconsolideerde bodem:
De grond die nooit een effectieve druk heeft ondergaan die groter is dan de huidige overbelastingsdruk wordt normaal geconsolideerde grond genoemd. De grond wordt volledig geconsolideerd door de bestaande overbelastingsdruk.
(iii) Onder geconsolideerde bodem:
De grond die niet volledig wordt geconsolideerd door de huidige overbelastingsdruk wordt onder geconsolideerde grond genoemd.
Over Consolidation Ratio (OCR):
Het is de verhouding van de pre-consolidatiedruk tot de huidige effectieve overbeladingsdruk.
OCR = Pre-consolidatiedruk / huidige overbelastingsdruk
OCR> 1 geeft een normaal geconsolideerde klei aan.
En OCR> 1 geeft een overmatig geconsolideerde klei aan
Factoren die van invloed zijn op de consolidatie:
De factoren die van invloed zijn op de consolidatie zijn:
(a) Dikte van de kleilaag
(b) Aantal drainagebanen
(c) Coëfficiënt van permeabiliteit
(d) Consolidatiecoëfficiënt
(e) Omvang van de consolidatiedruk en de wijze van verdeling ervan over de dikte van de laag.
(f) Tijdfactor
(a) Dikte van kleilaag:
Als de dikte groter is, zal de consolidatie van de laag meer het gevolg zijn van de druk op de zelfoverbelasting.
(b) Aantal drainagebanen:
Het drainagepad vertegenwoordigt de maximale afstand die de waterdeeltjes moeten afleggen om de vrije drainagelaag te bereiken. Als de drainagebaan meer is dan de afstand van de verplaatsing van waterdeeltjes, wordt de evenredigheid verminderd en zal er op zijn beurt water uit de grondlaag komen en consolidatie veroorzaken. Vandaar dat meer het afwateringspad, des te meer de consolidatie zal zijn.
(c) Coëfficiënt van permeabiliteit:
Als de permeabiliteitscoëfficiënt van de bodem groter is, zal water gemakkelijker uit de poriën van de grond komen en dus zal de consolidatie meer zijn.
(d) Consolidatiecoëfficiënt:
De consolidatiecoëfficiënt is recht evenredig met de mate van consolidatie en dus als de consolidatiecoëfficiënt meer is, zal de consolidatie van de bodem groter zijn.
(e) Omvang van de consoliderende druk en de verdeling ervan:
Consolidatie van de bodem wordt sterk beïnvloed door de consoliderende druk en de verdeling ervan. Als de consoliderende druk groter is en het uniform wordt verdeeld over het gebied, zal de consolidatie meer zijn.
(f) Tijdfactor:
Uit de consolidatie-vergelijking ie, Tv = C v t / d 2 duidelijk dat de consolidatiecoëfficiënt (Cv) recht evenredig is met de tijdfactor (T V ). Als tijdfactor meer consolidatie meer zal zijn.
Totale afrekening:
De totale compressie van een verzadigde grondlaag gedurende een lange tijdsperiode onder statische belasting wordt totale afzetting genoemd. Het wordt aangegeven door S.
S = S i + S c + S s
S i = onmiddellijke afwikkeling
Sc = consolidatie schikking of primaire afwikkeling
Ss = secundaire afrekening
Onmiddellijke schikking:
Het is het deel van de nederzetting dat onmiddellijk na het laden plaatsvindt. Het is voornamelijk te wijten aan onmiddellijke samendrukking van de bodemlaag onder ongetrainde toestand. Onmiddellijke afwikkeling is erg klein in vergelijking met primaire afwikkeling.
Consolidation Settlement op Primary Settlement:
Het is het gedeelte van de nederzetting waarin poriënwater wordt uitgestoten uit holtes van de bodem. Dit proces veroorzaakt een afname van het volume van holtes.
Consolidatieregeling Sc kan op een van de volgende manieren worden berekend:
(i) Gebaseerd op de volumeverandering van de coëfficiënt, m v
De neerwaartse beweging van het oppervlak van de consoliderende laag wordt consolidatieplaatsing genoemd. Deze beweging is het gevolg van een afname van het volume van een verzadigde grondmassa onder de uitgeoefende belasting.
Secundaire nederzetting:
Het is te wijten aan heroriëntatie van deeltjes, kruip en afbraak van organische materialen. Het vereist geen verdrijving van poriewater. Secundaire afzetting is te verwaarlozen in zand en grind, maar kan aanzienlijk zijn in zeer plastic kleisoorten, organische vervuilingen en vullingen op sanitair niveau.
Uniforme schikking:
Als de grondmassa onder een structuur overal gelijkmatig samendrukt, is de afzetting van de structuur uniform. Het wordt aangeduid als een uniforme regeling. Vaste-lijndiagram (Fig. 6.6) toont de toestand van de structuur vóór de vereffening en de stippellijn toont de toestand na afrekening.
Als een structuur een stevige basis heeft, ondergaat het een uniforme afwikkeling.
Differentiële afrekening:
Figuur 6.8 toont een drukballon van een perfect flexibel, beladen gebied met breedte B. De waarde van de geïnduceerde verticale spanning onder de middellijn van een geladen gebied is altijd groter dan de waarde ervan op dezelfde diepte onder de rand van het belaste gebied. Vanwege dit verschil in geïnduceerde stress is de nederzetting meer in het midden dan aan de rand.
Omdat de afrekening ongelijk is, wordt dit differentiële afrekening genoemd. Differentiële schikking is het verschil in schikking tussen twee stichtingen of tussen twee punten van een enkele fundering. Het is voornamelijk te wijten aan niet-uniformiteiten in de grond, verschillen in de structurele belastingen enz.
Rate of Settlement:
Rate of settlement is de tijd waarin een percentage van de totale afwikkeling plaatsvindt.
De bezettingsgraad hangt af van de volgende factoren:
(i) Dikte van de bodemlaag
(ii) Permeabiliteit van grond
(iii) Aantal afwateringsvlakken
(iv) Omvang van de belasting.
De afwikkelingssnelheid kan worden berekend met behulp van de formule
(i) T = C v t / h 2
waar T = tijdfactor
C v = consolidatiecoëfficiënt
h = lengte van het langste afwateringspad
Verrekening als gevolg van bouwactiviteiten en verlaging van de watertabel:
Opgraving van grond induceert beweging van omringende grond in de richting van de uitgraving die de vestiging van het aan de uitgraving grenzende grondoppervlak veroorzaakt. Nederzetting kan bijna tweemaal de diepte van uitgraving rond open uitgravingen optreden. Tijdens het tunnelen kan zich een afzetting van het grondoppervlak boven de tunnel voordoen. Funderingen van de structuren die aanwezig zijn in de getroffen zone kunnen bewegen wat resulteert in kanteling van de structuren of vorming van scheuren in de structuren.
Om schade aan aangrenzende constructies te minimaliseren, selecteert de Geotectonic Engineer in charge een graafmethode die de bodembeweging minimaliseert. Voor het tunnelen worden funderingsbeschermingsmaatregelen in de vorm van het voegen van de grond uitgevoerd die de binnenwaartse beweging van de grond tijdens het tunnelen minimaliseert en de oppervlakkige afzetting vermindert.
Losse, verzadigde en grofkorrelige bodems worden gecomprimeerd door trillingen die tijdens bouwwerkzaamheden worden geproduceerd, met als gevolg een aanzienlijke verzakking van het grondoppervlak. De belangrijkste bron van constructieve trillingen zijn heien, mechanisch sleuvengraafwerk, explosieve sloop enz. Tot voor kort waren beschermingsmaatregelen gebaseerd op trillingsgeïnduceerde piekdeeltjessnelheid en het verval ervan met afstand tot de bron. Er worden nu meer rationele richtlijnen ontwikkeld.
Het verlagen van de grondwaterspiegel verhoogt het effectieve eenheidsgewicht van de grond die oorspronkelijk onder de grondwaterspiegel ligt, wat aanzienlijke verzakking kan veroorzaken, zowel in ontwaterde zone als in de onderliggende bodem. Deze toename in effectieve druk veroorzaakt afzetting in los zand. In kleigrond zal de toename van de effectieve druk tot grote neerslag leiden omdat klei zeer samendrukbaar is.
uitpuilende:
De opwaartse beweging van de grond wordt deinend genoemd. Probleem met de worm ontstaat wanneer de grond uitzet als gevolg van verlaging van de begrenzingsdruk of toename van het watergehalte. Hoge expansiekarakteristieken worden waargenomen in uitgestrekte gronden. Problemen met de heave komen vooral veel voor in droge gebieden. In dergelijke gebieden droogt de grond en krimpt tijdens het droge weer en breidt zich uit wanneer vochtigheid beschikbaar komt.
In gebieden waar de grond wordt blootgesteld aan bevriezing, is er een opwaartse beweging in de grond door de vorming van ondergronds ijs en dit fenomeen wordt frost heave genoemd.
Frost heave is voornamelijk te wijten aan de volgende redenen:
(i) Wanneer de bodem bevriest, giet gietwater ongeveer 9% in volume uit en de grond zet 4% in volume uit. Dergelijke deppen zijn redelijk uniform en veroorzaken relatief weinig schade.
(ii) Als de grondwaterspiegel hoog is, kan capillaire werking water opdringen tot in de bevroren zone waar het ijslijnen vormt, zoals weergegeven in figuur 6.11. Dit mechanisme kan grote hoeveelheden water verplaatsen en kan grondoppervlakten van 12 inch of meer produceren. Dergelijke deppen zijn zeer onregelmatig en kunnen uitgebreide schade aan civieltechnische werken veroorzaken.
Problemen met de afdichting worden vaak geassocieerd met lichte constructies zoals kleine gebouwen, wegverhardingen, dammen, overlaatpaden etc.
Kruipen:
Creep is de langzame en langzame verplaatsing van bodems op steile hellingen. De beweging is typisch in de orde van millimeters per jaar. Het treedt op vanwege door zwaartekracht geïnduceerde schuine spanningsschuivende krachten, vorstwerking, uitzetting en samentrekking van kleien. Als de schuifspanning in klei groter is dan ongeveer 70% van de schuifsterkte, begint een langzame afschuifbeweging of kruip te ontstaan.
Sommige kleien vertonen aanzienlijke kruip als de schuifspanning meer is dan ongeveer 50% van de schuifsterkte. Kruipen strekt zich uit tot diepten van 0, 3 tot 3 m, waarbij de maximale verplaatsingen optreden op het grondoppervlak. Op korte termijn is het effect van kruip in structuren onbeduidend, maar kruip op lange termijn kan aanzienlijke verstoringen veroorzaken in structuren die op dergelijke bodems zijn gebaseerd. Door kruipen gaat de grond bergafwaarts en produceert een materiaal dat inferieur is aan de oorspronkelijke grond. Dit kruipgedrag is een van de redenen dat een hogere veiligheidsfactor vereist is in kleiige gronden.
