Acta Sci. Pol. Architectura 14 (1) 2015, 15–27
www.acta.media.pl
OZNACZANIE PIONOWEGO WSPÓàCZYNNIKA KONSOLIDACJI (C
V) NAMUàÓW ORGANICZNYCH METODAMI IL I CL
Edyta Majer
1, Tomasz Biaáobrzeski
21PaĔstwowy Instytut Geologiczny – PIB, Warszawa
2Menard Polska Sp. z o.o., Warszawa
Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki badaĔ edometrycznych (IL – incremental loading) i konsolidacyjnych (CL – continuous loading) wybranych próbek namuáów glinia- stych i piaszczystych. Wyniki badaĔ wykorzystano do okreĞlenia wspóáczynnika konsolida- cji pionowej (cv). Dokonano analizy przebiegu róĪnych typów krzywych konsolidacyjnych z badaĔ IL zgodnie z podziaáem zaproponowanym przez Leonards and Girault. W pracy zaprezentowano wartoĞci otrzymanych wspóáczynników konsolidacji z badaĔ IL i CL przy wykorzystaniu trzech metod. W przypadku badaĔ edometrycznych zastosowano gra¿ czne metody: Taylora oraz poszukiwania quasi-constans odcinków. Z przeprowadzonych badaĔ CL okreĞlono cv metodą zaproponowaną przez Dobaka, odwoáującą siĊ do zaleĪnoĞci po- miĊdzy parametrem CCL oraz wzglĊdnym czasem konsolidacji TCL.
Sáowa kluczowe: grunty organiczne, wspóáczynnik konsolidacji, badania IL, badania CL
WSTĉP
W związku z ciągáym rozwojem budownictwa coraz czĊĞciej dochodzi do przypad- ków, kiedy sáabonoĞne podáoĪe wystĊpuje pod projektowanym obiektem budowlanym.
W takich sytuacjach poszukuje siĊ metod wzmocnienia podáoĪa gruntowego, które za- pewnią speánienie warunków bezpieczeĔstwa uĪytkowanego obiektu, poprawiając para- metry wytrzymaáoĞciowe. Do jednych z najstarszych metod wzmacniania gruntów na- leĪą metody konsolidacyjne z wykorzystaniem przeciąĪenia oraz drenaĪu pionowego w formie prefabrykowanych lub Īwirowo-piaskowych drenów czy kolumn Īwirowych lub kamienistych.
Adres do korespondencji – Corresponding author: Tomasz Biaáobrzeski, Menard Polska Sp. z o.o., ul. Kochanowskiego 49a, 01-864 Warszawa, e-mail: tbialobrzeski@menard.pl
© Copyright by Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2015
Przy prognozowaniu przebiegu osiadaĔ konsolidacyjnych istotnym parametrem jest wspóáczynnik konsolidacji (cv). Wyznaczenie go na podstawie badaĔ edometrycznych tra- dycyjnymi metodami gra¿ cznymi wegáug Casagrandego i Taylora moĪe stanowiü w grun- tach organicznych istotny problem interpretacyjny i prowadziü do rozbieĪnoĞci wyników.
Celem analizy byáo oznaczenie wspóáczynników konsolidacji (cv) na podstawie wy- branych próbek gruntów organicznych – namuáów, wykorzystując badania w edometrze (IL) i konsolidometrze przy ciągle rosnącym obciąĪeniu (CL) w odniesieniu do róĪnych typów krzywych konsolidacyjnych.
METODYKA
W zaleĪnoĞci od sposobu obciąĪania gruntu wyróĪnia siĊ dwa sposoby badania ĞciĞliwoĞci gruntów: skokowy (incremental loading – IL), ciągáy (continuous loading – CL). Badania typu IL, zgodnie z polską nomenklaturą, nazywane są tradycyjnie bada- niami edometrycznymi. Polegają one na etapowym obciąĪeniu próbki aĪ do momentu ustabilizowania siĊ osiadaĔ. Obecnie stosowane w laboratoriach aparatury do badaĔ IL umoĪliwiają, poza rejestracją odksztaácenia, równieĪ pomiar ciĞnienia wody w porach, np. w edometrze typu Rowe’a [Head 1986].
Od lat piĊüdziesiątych ubiegáego wieku wdraĪane i rozwijane są badania typu CL, których zaletami są miĊdzy innymi: krótki czas realizacji procedury, szeroki zakres na- prĊĪeĔ, równoczesny pomiar odksztaáceĔ i ¿ ltracji wody oraz mniejsze báĊdy pomiarowe odnoĞnie do badaĔ edometrycznych.
Na przeáomie lat szeĞüdziesiątych i siedemdziesiątych nastąpiá znaczny postĊp badaĔ CL, bowiem stworzone zostaáy nowe metody badaĔ: ze staáą prĊdkoĞcią odksztaácenia gruntu (constant rate of strain – CRS), z kontrolowanym gradientem (controlled gradient – CG), ze staáą prĊdkoĞcią obciąĪenia (constant rate of loading – CRL) [Dobak 1999].
Badania typu IL wykonano bez pomiaru ciĞnienia wody w porach gruntu, zgodnie z nastĊpującymi ĞcieĪkami etapowego przyrostu obciąĪenia: 25, 50, 75, 100, 150 kPa, 25, 50, 150, 300 kPa, 25, 50, 150, 250, 400 kPa i 25, 50, 75, 100, 150, 250, 500 kPa.
Analizowane grunty naleĪą do gruntów organicznych: namuáów gliniastych i pyla- stych. CharakterystykĊ uziarnienia i zawartoĞci czĊĞci organicznych, IĪ (metoda strat masy przy praĪeniu) próbek gruntu, na podstawie których oznaczono wspóáczynnik kon- solidacji pionowej (cv), zebrano w tabeli 1.
Na podstawie krzywych konsolidacji z badaĔ IL okreĞlono wartoĞci wspóáczynników konsolidacji, zgodnie z gra¿ czną metodą Taylora, która czĊsto uwaĪana jest za bardziej odpowiednią w stosunku do Casagrandego. Polega ona na znalezieniu punktu odpowia- dającego wspóárzĊdnym t90, h90 z wykresu h f( t), a nastĊpnie obliczeniu wartoĞci (cv) ze wzoru [Taylor 1948].
902
90 v
c T h
t (1)
gdzie: t90 – czas odczytany z krzywej konsolidacji dla stopnia konsolidacji 90%, h90 – wysokoĞü odpowiadająca 90% skonsolidowanej próbki,
T – bezwymiarowy czynnik czasu równy 0,848 dla stopnia konsolidacji 90%, zgodnie z prostokątnym rozkáadem wody w porach.
Trzeba mieü na uwadze fakt, Īe otrzymywany punkt odpowiadający t90, h90 w rze- czywistoĞci prawdopodobnie odpowiada odksztaáceniom mniejszym niĪ odksztaácenie gruntu równe 90% w związku z nieuwzglĊdnianiem konsolidacji wtórnej [m.in. Duncan 1993]. Dodatkowo istotnym problem jest wáaĞciwe przyjĊcie początku i koĔca procesu konsolidacji [Vu Cao Minh 1976, Dobak 1986]. Początkowe pomiary w trakcie bada- nia obarczone są báĊdami, wynikającymi z odksztaáceĔ wáasnych edometrów podczas przykáadania obciąĪenia. Stabilizacja osiadaĔ w czasie badania moĪe byü zaburzana mi- krowstrząsami oraz reologiczną konsolidacją wtórną, która w warunkach laboratoryjnych moĪe przechodziü w konsolidacjĊ trzeciorzĊdową.
Obliczenia cv metodą Taylora zwery¿ kowano metodą quasi-constans odcinków. Pole- ga ona na znalezieniu na wykresie przedstawiającym zaleĪnoĞü wspóáczynnika konsoli- dacji od stopnia konsolidacji dla caáego badania przedziaáu (rys. 1), w którym cv przyjmu- je quasi-staáe wartoĞci [Dobak 1986, 1999, 2000]. Wynika to z zaáoĪeĔ jednowymiarowej liniowej teorii konsolidacji Terzaghi’ego [1924], która opisana jest wzorem:
2 v 2
u c u
t z
w w
w w (2)
gdzie: u – ciĞnienie wody w porach, t – czas,
z – gáĊbokoĞü.
Tabela 1. Nazwa gruntu, uziarnienie (analiza areometryczna) i zawartoĞü czĊĞci organicznych (IĪ) [dane Menard Polska]
Table 1. Type of soil, grain size distribution (aerometric analyses) and organic matter contents (IĪ) (Menard Polska data)
Numer próbki
Soil specimens
Nazwa gruntu Soil type
ZawartoĞü frakcji gruntu
Soil fractions content ZawartoĞü czĊĞci organicznych Organic matter
contents IĪ [%]
Metoda badaĔ Method of test
IL/CL fĪ – fg
[%]
fp – fs
[%]
fʌ – fsi
[%]
fi – fc
[%]
1 Gpz (siCl) 0 20 58 22 6,28 IL
2 Gz (siCl) 0 29 46 25 5,49 IL
3 Gp (siCl) 0 23 60 17 5 IL
4 Gpz (siCl) 0 9 68 23 7,08 IL i CL
5 Pg (siSa) 1 87 8 4 2,51 IL
6 G (siCl) 0 38 46 16 8,15 IL
7 Ip (Cl) 0 2 56 42 11,33 IL i CL
8 Gp (clSi) 0 19 67 14 3,93 IL
9 Gp (siCl) 0 13 68 19 7,07 IL
10 Gpz (siCl) 0 18 61 21 6,78 IL
11 Ȇ (clSi) 0 29 62 9 4,27 CL
12 Pg (clSa) 0 85 10 5 7,22 CL
W równaniu (2) wspóáczynnik cv jest wartoĞcią staáą, wiĊc poszukiwanie na krzywej przedstawiającej zaleĪnoĞü stopnia konsolidacji U od cv, odcinków o quasi-staáych warto- Ğciach jest uzasadnione. W związku z tym, Īe w badaniach IL rejestrowano tylko zmianĊ wysokoĞci próbek, to w odniesieniu do krzywych konsolidacji przyjĊto uproszczenie, Īe rozpraszanie nadwyĪki ciĞnienia wody w porach jest ĞciĞle skorelowane z obserwowa- nym odksztaáceniem. StopieĔ konsolidacji (U) okreĞlono na podstawie liniowej teorii Te- rzaghi’ego, zgodnie z równaniem (3), przyjmując parametr T dla prostokątnego rozkáadu ciĞnienia wody w porach [Taylor 1948]:
2 2 0 2
8 1
1 exp[ (2 1) ]
2 (2 1)
N
U N N T
N S
S f
¦
(3)Z kolei wspóáczynnik konsolidacji (cv) wyznaczono ze wzoru:
TH2
cv t (4)
gdzie: H – wysokoĞü badanej próbki, t – czas.
NastĊpnie sporządzono wykres cv(U) (rys. 1), który posáuĪyá do oznaczenia odcinka odpowiedniego dla quasi-constans wartoĞci wspóáczynnika cv, któremu w omawianym przypadku odpowiada stopieĔ konsolidacji (U) od 0,15 do 0,75. Dla wybranego przedzia- áu obliczono Ğrednią geometryczną z wartoĞci cv.
Rys. 1. ZaleĪnoĞü stopnia konsolidacji (U) od wspóáczynnika konsolidacji (cv) – próbka nr 10 [dane Menard Polska]
Fig. 1. Relation between consolidation degree (U) and coef¿ cient of consolidation (cv) – speci- men no. 10 [Menard Polska data]
Badania CL prowadzone byáy na czterech próbkach. Poza odksztaáceniem w badaniu monitorowano ciĞnienie wody w porach gruntu. Skáad granulometryczny i zawartoĞü czĊ- Ğci organicznej przedstawiono w tabeli 1. W odniesieniu do próbki 11 i 12 dla przedziaáu naprĊĪeĔ 200–600 kPa, odpowiadającego ustabilizowanym warunkom badania, speánio- ny zostaá warunek na bezwymiarową prĊdkoĞü odksztaácenia ȕ < 0,01 [Lee i in. 1993].
Z kolei w przypadku badania nr 4 i 7 otrzymano zdecydowanie wiĊksze wartoĞci parame- tru ȕ: odpowiednio od 0,040 do 0,479 oraz od 0,017 do 0,641. Bezwymiarowa prĊdkoĞü odksztaácenia (ȕ) de¿ niowana jest wzorem:
2
v
H tc E 'H
' (5)
gdzie: ¨İ – róĪnica pomiĊdzy kolejnymi odksztaáceniami próbki,
¨t – róĪnica pomiĊdzy kolejnymi wartoĞciami czasu, w którym dokonywano od- czytu odksztaácenia próbki,
H – wysokoĞü próbki gruntu.
W celu oszacowania wspóáczynnika konsolidacji (cv) przy metodzie CL wykorzysta- no wzglĊdny czas konsolidacji (TCL), który de¿ niuje siĊ jako:
CL 2
( 1) v T
t t c
T t H (6)
gdzie: t – czas mierzony od początku badania,
t(T=1) – czas odpowiadający wartoĞci T = 1, co oznacza stosunek H2 do cv, H – wysokoĞü badanej próbki gruntu.
Wspóáczynnik konsolidacji okreĞlony zostaá przy wykorzystaniu zaleĪnoĞci CCL od TCL [Dobak i Kowalczyk 2008]:
2 CL
v H
c T
t (7)
Z kolei parametr CCL de¿ niuje siĊ jako:
CL u
C V (8)
gdzie: u – ciĞnienie wody w porach gruntu, ı – obciąĪenie zadawane na próbkĊ.
W ujĊciu quasi-teoretycznym wspóáczynnik konsolidacji (cv) charakteryzuje siĊ typową zmiennoĞcią, czyli początkowo prezentuje duĪe wartoĞci, a nastĊpnie w trak- cie dalszego wzrostu naprĊĪenia stabilizuje siĊ do teoretycznej quasi-liniowej postaci (rys. 2). Odcinek na osi rzĊdnej wykresu, który odpowiada wartoĞcią quasi-ustalonym, moĪna przyjmowaü jako miarodajny zakres cv.
WYNIKI
Otrzymane z badaĔ krzywe konsolidacji sklasy¿ kowano zgodnie z podziaáem przed- stawionym przez Leonards and Girault [1961] na trzy typy krzywych I, II i III. Typ I krzywych, które posiadają charakterystyczny S-owaty ksztaát (rys. 3), najdokáadniej od- powiada zaáoĪeniom teorii Terzaghi’ego. Do tego rodzaju krzywych odnoszą siĊ modele wyznaczania wspóáczynnika konsolidacji gra¿ cznymi metodami Taylora i Casagrande- go. Umownie moĪna podzieliü przebieg konsolidacji na 3 fazy: sprĊĪystą, pierwotną oraz wtórną. W pierwszej z nich dochodzi do gwaátownych osiadaĔ natychmiast po przyáoĪe- niu obciąĪenia. W drugiej ma miejsce ¿ ltracja i konsolidacja zgodna z równaniem kla- sycznej teorii konsolidacji, która zakáada, Īe wspóáczynnik konsolidacji (cv) jest staáy.
Z kolei w ostatniej fazie wystĊpują reologiczne osiadania wywoáane peázaniem szkieletu gruntowego.
Typ II krzywych opisuje grunt, którego konsolidacja pierwotna zachodzi zdecydo- wanie szybciej niĪ w przypadku typu I, natomiast wtórna konsolidacja nie jest reprezen- towana w liniowy sposób w logarytmicznej skali czasu (rys. 4). WystĊpowaü tutaj takĪe moĪe konsolidacja trzeciorzĊdowa, w której dochodzi do procesów reologicznych w trak- cie badaĔ laboratoryjnych. Przejawia siĊ ona znacznym przyspieszeniem osiadaĔ próbek w kolejnych tygodniach obciąĪania i wedáug autorów wynika z zaáamania struktury grun- tu poprzez rozbicie wiązaĔ miĊdzycząsteczkowych na okreĞlonym poziomie odksztaáceĔ [Salem i Krizek 1975]. Zjawisko to nie zostaáo stwierdzone in situ, wiĊc prawdopodobnie wystĊpuje tylko w warunkach laboratoryjnych.
Rys. 2. ZaleĪnoĞci obciąĪenia zadawanego na próbkĊ od wspóáczynnika konsolidacji – próbka nr 4 [dane Menard Polska]
Fig. 2. Relation between stress ı and coef¿ cient of consolidation for soil – specimen no. 4 [Me- nard Polska data]
W przypadku nieliniowego przebiegu konsolidacji wtórnej nie jest moĪliwe zasto- sowanie klasycznych zaáoĪeĔ Casagrandego, dlatego Dhowian i Edil [1980] rozszerzyli tĊ metodĊ, bazując na gruntach organicznych w taki sposób, aby moĪliwe byáo okreĞle- nie czasu zakoĔczenia konsolidacji pierwotnej oraz wtórnej. Metody te áączy zaáoĪenie, Īe konsolidacja wtórna zachodzi zdecydowanie wolniej niĪ pierwotna, co ma swoje od- zwierciedlenie w wystĊpowaniu tzw. punktu przegiĊcia. Punkt ten nie jest obserwowany w przypadku krzywej typu III (rys. 5), dlatego metody oparte na teorii Casagrandego nie mogą w tym przypadku byü zastosowane.
Rys. 3. Przykáady krzywych konsolidacji – typ I [dane Menard Polska]
Fig. 3. Examples of the consolidation curve’s – type I [Menard Polska data]
Rys. 4. Przykáady krzywych konsolidacji – typ II [dane Menard Polska]
Fig. 4. Examples of the consolidation curve’s – type II [Menard Polska data]
Z badaĔ gruntów organicznych otrzymano zdecydowanie wiĊkszoĞü krzywych, które odbiegają od klasycznego S-owatego modelu krzywej konsolidacyjnej, co moĪe wynikaü z tego, Īe peáne rozproszenie ciĞnienia wody w porach gruntu moĪe nastąpiü wczeĞniej niĪ otrzymany czas z obserwacji punktu przegiĊcia na krzywej konsolidacji [Robinson 1997]. Ma to swoje uzasadnienie w badaniach przeprowadzonych przez Robinsona [2003], w których autor wykazaá, Īe konsolidacja wtórna rozpoczyna siĊ podczas roz- praszania ciĞnienia wody w porach gruntu. Dlatego prostoliniowy odcinek konsolidacji pierwotnej, przyjĊty w teorii Terzaghi’ego, w gruntach organicznych nie jest linią prostą, poniewaĪ osiadania są wówczas wywoáane zarówno rozpraszaniem ciĞnienia wody w porach konsolidacji pierwotnej, jak i wtórnej [Gofar i Sutejo 2007]. W celu rozdzielenia pierwotnej i wtórnej konsolidacji Robinson [1997] zaproponowaá metodĊ wykorzystującą zarówno pomiary osiadaĔ, jak i ciĞnienia wody w porach. W związku z wykonywaniem badaĔ IL bez rejestracji ciĞnienia wody w porach i moĪliwoĞci zastosowania metody Robinsona w artykule zinterpretowano cv tylko na podstawie krzywych konsolidacji typu I i II. Zestawienie wspóáczynników konsolidacji (cv), otrzymanych przy wykorzystaniu metody Taylora [Taylor 1948] oraz quasi-constans odcinka, zebrano w tabeli 2.
Na podstawie przeprowadzonych szacunków otrzymano duĪą zbieĪnoĞü pomiĊdzy wynikami przeprowadzonymi metodą Taylora (T) w stosunku do metody poszukiwania quasi-constans odcinków na krzywej cv (U). ĝrednia geometryczna T/P wynosi 1,09.
Wyniki z badaĔ CL zobrazowano na rysunku 6, przedstawiającym zaleĪnoĞü pomiĊ- dzy parametrem CCL a naprĊĪeniem zadawanym na próbkĊ (ı).
Quasi-teoretyczny (QT) rozkáad parametru CCL w odniesieniu do ı otrzymano dla próbek nr 11 i 12 (tab. 3). CiĞnienie wody w porach w początkowej fazie szybko siĊ rozprasza, a nastĊpnie stabilizuje na niskimi poziomie CCL < 0,24 (warunek na fazĊ ustaloną – Dobak [1999]). Dla próbek nr 4 i 7 otrzymano zaburzony w stosunku do Rys. 5. Przykáady krzywych konsolidacji – typ III [dane Menard Polska]
Fig. 5. Examples of the consolidation curve’s – type III [Menard Polska data]
Tabela 2. Wspóáczynnik konsolidacji otrzymany metodą Taylora, poszukiwania, metodą staáych wartoĞci wspóáczynnika konsolidacji (cv) oraz metodą Dobaka [dane Menard Polska]
Table 2. Coef¿ cient of consolidation – Taylor method, “quasi-constans part” and Dobak’s method [Menard Polska data]
Numer próbki Soil specie-
mens
Badanie IL – Test IL Badanie CL – Test CL
ObciąĪenie Stress ı [kPa]
Metoda Taylora Taylor method
(T) cv [m2·s–1]
Metoda quasi-constans odcinka Rozkáad prostokątny Rectangular distribution
(P) cv [m2·s–1]
T/P [–]
Zakres – Range cv (Dobak)
[m2·s–1]
1 75 2,09E-07 3,15E-07 0,66 –
2 100 5,71E-08 7,99E-08 0,71 –
3 25 4,12E-08 5,11E-08 0,81 –
4 150 1,27E-07 9,04E-08 1,4 nie oznaczono
5 150 2,80E-07 1,94E-07 1,45 –
6 25 1,05E-07 1,04E-07 1,01 –
6 150 1,03E-07 9,96E-08 1,04 –
7 150 4,15E-08 3,33E-08 1,25 nie oznaczono
7 300 3,20E-08 1,81E-08 1,77 nie oznaczono
8 25 3,23E-07 3,10E-07 1,04 –
9 150 7,55E-08 8,59E-08 0,88 –
9 300 5,96E-08 3,14E-08 1,91 –
10 150 2,23E-07 2,34E-07 0,95 –
11 – – – – 1,33E-07–1,58E-07
12 – – – – 5,49E-08–2,57E-07
ĝrednia geometryczna: 1,09 –
Rys. 6. Rozkáad parametru CCL w odniesieniu do obciąĪenia ı [dane Menard Polska]
Fig. 6. Relation CCL parameters and stress ı [Menard Polska data]
quasi-teoretycznego rozkáad (ZR) dystrybucji ciĞnienia wody w porach. W początko- wym etapie wystĊpuje gwaátowny spadek parametru CCL, po czym dochodzi do niewiel- kiego wzrostu wartoĞci ciĞnienia wody w porach w stosunku do przyrostu naprĊĪenia, a nastĊpnie stabilizacja na wyĪszym poziomie CCL niĪ dla próbek nr 11 i 12. W związku z nieotrzymaniem fazy ustalonej przy wartoĞciach CCL poniĪej 0,24 krzywych konsolidacji próbki nr 1 i 2 nie interpretowano w celu oznaczenia wspóáczynnika konsolidacji (cv).
Wyniki badaĔ wspóáczynników konsolidacji CL i IL przedstawiono dla próbki nr 11 na rysunku 7, dla której z metody CL otrzymano zdecydowanie wiĊksze wartoĞci cv niĪ w przypadku badaĔ edometrycznych. Odmienny sposób przykáadania obciąĪenia w ba- daniach CL i IL sprawia, Īe nie moĪna bezpoĞrednio odnosiü wyników cv do wartoĞci stopnia konsolidacji (U) z tych dwóch metod [Dobak 1999]. W związku z powyĪszym na rysunku 7 wartoĞci cv z metody CLzaznaczono w postaci dwóch linii poziomych okre- Ğlających dolny i górny zakres wartoĞci wspóáczynnika konsolidacji, które odpowiadają quasi-constans odcinkowi wartoĞci cv w odniesieniu do przykáadanego ı (rys. 2).
PODSUMOWANIE
1. Badania edometryczne, których wyniki analizowane są w niniejszym artykule, do- wodzą, Īe nie zawsze konsolidacja gruntów przebiega zgodnie z klasycznym model Te- rzaghi’ego, któremu odpowiada S-owaty ksztaát krzywej konsolidacji H – (logt). Otrzy- mane krzywe typu II i III Ğwiadczą o duĪym wpáywie reologicznych osiadaĔ szkieletu gruntowego, które mogą przechodziü w tzw. trzeciorzĊdową konsolidacjĊ. Jest to zjawi- sko, które nie zostaáo nigdy stwierdzone w warunkach in situ.
Tabela 3. Otrzymane typy krzywych konsolidacji – badania CL i IL [dane Menard Polska]
Table 3. Curve type – IL and CL methods [Menard Polska data]
Numer próbki Sample’s
number
Nazwa gruntu Soil specimens
Typ krzywej badanie IL Curve type
IL test
Typ krzywej badanie CL Curve type CL test
1 Gpz (siCl) II –
2 Gz (siCl) II –
3 Gp (siCl) I –
4 Gpz (siCl) II ZR
5 Pg (siSa) II –
6 G (siCl) II –
7 Ip (Cl) II ZR
8 Gp (clSi) I –
9 Gp (siCl) II –
10 Gpz (siCl) II –
11 Ȇ (clSi) III QT
12 Pg (clSa) III QT
2. W związku z otrzymaniem krzywych konsolidacji (typ II, a w szczególnoĞci typ III) z badaĔ edometrycznych, odbiegających od klasycznej teorii Terzaghi’ego, zastosowa- nie metod gra¿ cznych wyznaczania wspóáczynnika konsolidacji (cv) moĪe prowadziü do trudnoĞci interpretacyjnych. Dla gruntów organicznych zaleca siĊ wykonywanie badaĔ IL z pomiarem ciĞnienia wody w porach, co pozwala zwery¿ kowaü wyniki np. metodą Robinsona.
3. Na podstawie wyników badaĔ moĪna stwierdziü, Īe wartoĞci wspóáczynników konsolidacji (cv) okreĞlonych metodami IL i CL mogą znacząco siĊ róĪniü. Otrzymano wiĊksze wartoĞci cv z badaĔ CL niĪ z badaĔ IL, co táumaczyü moĪna duĪym wpáywem re- ologicznych odksztaáceĔ szkieletu gruntowego w badaniach edometrycznych. WystĊpo- wanie krótkiej fazy konsolidacji pierwotnej w stosunku do rozlegáej w czasie konsolidacji wtórnej jest charakterystyczną cechą gruntów organicznych [Wong i in. 2009].
4. Zaobserwowano dla dwóch prób zaburzony rozkáad parametru CCL w odniesieniu do zadawanego naprĊĪenia (oznaczonego jako typ ZR), który przejawiaá siĊ stabilizacją parametru CCL przy jego duĪych wartoĞciach. Mogáo to byü efektem niedostosowania prĊdkoĞci przyrostu obciąĪenia w badaniu, czego potwierdzeniem moĪe byü niespeánie- nie dla tych prób warunku na bezwymiarową prĊdkoĞü odksztaácenia ȕ < 0,01.
5. Analiza przebiegu zmian wspóáczynnika konsolidacji w zaleĪnoĞci od stopnia kon- solidacji dla krzywych typu I i II wykazaáa wystĊpowanie odcinka o quasi-ustalonych wartoĞciach cv w trakcie przebiegu odksztaácenia, który prawdopodobnie odpowiada fa- zie konsolidacji o wiĊkszym udziale ¿ ltracyjnych niĪ reologicznych odksztaáceĔ.
6. Otrzymano stosunkowo duĪą zbieĪnoĞü wyników z metody Taylora oraz metody quasi-constans odcinków dla krzywych konsolidacji typu I i II, przy zaáoĪeniu, Īe roz- praszanie nadwyĪki ciĞnienia wody w porach (zgodnie z prostokątnym rozkáadem) jest ĞciĞle skorelowane z obserwowanym odksztaáceniem. Wynikaü to moĪe z tego, Īe me- toda Taylora w swoich tradycyjnych zaáoĪeniach odnosi siĊ do prostokątnego rozkáadu ciĞnienia wody w porach.
Rys. 7. Wyniki wspóáczynnika konsolidacji (cv) z badaĔ IL i CL – próbka nr 3 [dane Menard Polska]
Fig. 7. Results of coef¿ cient of consolidation of IL and CL test – sample’s no. 3 [Menard Polska data]
ADNOTACJA
Badania edometryczne i konsolidacyjne wykonane zostaáy na zlecenie ¿ rmy Menard Polska Sp. z o.o.
PIĝMIENNICTWO
Dhowian, A.W., Edil, T.B. (1980). Consolidation behavior of peats. Geotechnical Testing Journal, 3, 105–114.
Dobak, P. (1986). Zmiany odszktaácalnoĞci gruntów wywoáane procesami inĪyniersko-geologicz- nymi w rejonie KWB „Beáchatów”. Dysertacja doktorska. Archiwum Wydziaáu Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa.
Dobak, P. (1999). Rola czynnika ¿ ltracyjnego w badaniach jednoosiowej konsolidacji gruntów.
Studia Rozprawy Monogra¿ e, 65, PAN IGSMiE, Kraków.
Dobak, P. (2000). Metody oceny miarodajnoĞci parametrów jednoosiowej konsolidacji wyznacza- nych w badaniach laboratoryjnych. Mat. XII Konferencji Naukowej „Metody kompute- rowe w projektowaniu i analizie konstrukcji hydrotechnicznych”. Wydawnictwo Poli- techniki Krakowskiej, Kraków, 20–30.
Dobak, P., Kowalczyk, S. (2008). Consolidation parameters of Neogene green clays from Beáchatów – a study on CL test interpretation. Geologija, 50, Supplement, S20–S25.
Duncan, J.M. (1993). Limitations of conventional analysis of consolidation settlement. J. Geotech.
Engineer., 119, 9, 1333–1359.
Gofar, N., Sutejo, Y. (2007). Long term compression behavior of ¿ brous peat. Malaysian Journal of Civil Engineering, 19, 104–116.
Head, K.H. (1986). Manual of soil laboratory testing. Vol. 2: Permeability, Shear Strenght and Compressibility Test. Pentech Press, London.
Lechowicz, Z., SzymaĔski, A. (2002). Odksztaácenia i statecznoĞü nasypów na gruntach organicz- nych. Cz. II. Metodyka obliczeĔ. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
Lee, K., Choa, V., Lee, S.H., Quek, S.H. (1993). Constant rate of strain consolidation of Singapore marine clay. Geotechnique, 43, 3, 471–488.
Leonards, G.A., Girault, P. (1961). A study of the one-dimensional consolidation test. Proceeding 9th ICSMFE, Paris, 1: 116–130.
Robinson, R.G. (1997). Determination of radial coef¿ cient of consolidation by the inÀ ection point method. Geotechnique, 47(5), 1079–1081.
Robinson, R.G. (2003). A study on the beginning of secondary compression of soils. Journal o Test- ing and Evaluation, 31(5), 1–10.
Salem, A.M., Krizek, R.J. (1975). Secondary compression of maintenance dredgings. Proceedings of the Fifth Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering.
Beuenos Aires, Argentina.
Taylor, D.W. (1948). Fundamentals of soil mechanics. John Wiley & Sons, Inc., New York.
Terzaghi, K. (1924). Die theorie der hydrodynamischen spanungserscheinunten und ihr erdau- technisches anwedungsgebeit. Proc. 1st Inter. Conf. App. Mech., 1, Delft Netherlands, 288–294.
Vu Cao Minh (1976). Jednoosiowa konsolidacja gruntów z uwzglĊdnieniem peázania. Dysertacja doktorska. Archiwum Wydziaáu Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa.
Wong, L.S., Hashim, R., Ali, F.H. (2009). A Review on Hydraulic Conductivity and Compresibility of Peat. Journal of Applied Sciences, 9(19), 3207–3218.
DETERMINATION OF THE COEFFICIENT OF CONSOLIDATION (CV) BY USING IL AND CL METHODS, ON THE EXAMPLE OF THE ORGANIC SOILS
Abstract. The article presents the results of oedometer test (IL – incremental loading) and consolidation test (CL – continuous loading) on the examples of sandy and clayey organic mud, which were made to estimate the coef¿ cient of consolidation (cv). According to Le- onards and Girault classi¿ cation, the different types of consolidation curve were analyzed.
The results of cv from three methods were compared. The coef¿ cients of consolidation from IL test were determined by Taylor and “quasi-constans section” method, however cv were determined from CL test by Dobak’s method which is related with pore water pressure parameter CCL and relative time of consolidation TCL.
Key words: organic soils, coef¿ cient of consolidation, oedometer test, incremental loading test IL, continuous loading test CL
Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 28.04.2015
Cytowanie: Majer, E., Biaáobrzeski, T. (2015). Oznaczanie pionowego wspóáczynnika konsolidacji (cv) namuáów organicznych metodami IL i CL. Acta Sci. Pol., Architectura, 14 (1), 15–27.
