Nyttan med avancerade laboratoriemetoder

Transkript

1 Nyttan med avancerade laboratoriemetoder Tobias Thorén Sölve Hov Nyttan med avancerade laboratoriemetoder Varför laboratorieförsök? Schaktbarhet, stabilitetsförhållanden, långtidssättningar, bärighet, deformationer av stödkonstruktioner m m Jordart, deformationsegenskaper, packningsegenskaper, hållfasthetsegenskaper, permeabilitetsegenskaper m m Svenska Geotekniska Föreningen 1

2 Nyttan med avancerade laboratoriemetoder Många försök att välja på Som exempel hållfasthetsegenskaper och nyttan i stabilitetsberäkningar Fallkon Tryckförsök CRS Skjuvförsök Triaxialförsök Små töjningar Bender element Ringskjuvförsök Centrifug Hollow cylinder med många flera Direkta skjuvförsök utförande och tillämpning Svenska Geotekniska Föreningen 2

3 Användningsområde skjuvhållfasthet vid direkt skjuvning medelskjuvhållfasthet i en glidyta mäts rutinmässigt i fält genom vinge och CPT, och i lab med fallkonförsök skjuvförsöket simulerar direkt skjuvning mer korrekt jämfört med andra metoder ger i regel säkrare värden än rutinmetoderna = ges större vikt vid val av hållfasthetsprofil SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 5 Skjuvapparaten Typ SGI Provmått 50 mm x 20 mm Montering med gummimembran, stödringar och mellanlägg Skjuvas inom stödringar SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 6 Svenska Geotekniska Föreningen 3

4 Försökstyper, parametrar Odränerade försök (CU) fu, G (skjuvmodul) Dränerade försök (CD) c, SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 7 Utförande, odränerade försök Ingångsdata In situ-spänningar portryck rutinanalys Förkonsolideringstryck crs 1. Förbelastning till % av c, 2. Vertikal avlastning och skjuvning vid in situ-spänning 0 3. Skjuvning med antingen stegvis pålastning eller konstant deformationshastighet, ca 2 mm/dygn SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 8 Svenska Geotekniska Föreningen 4

5 Utförande dränerade försök Ingångsdata Förkonsolideringstryck Körspänning 1. Rekommendation 4 st försök utförs på samma provtagningsnivå, 30, 60, 85 och 150 % av c, 2. Skjuvbelastning med antingen stegvis pålastning eller konstant deformationshastighet, ca 2 mm/dygn SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 9 Utvärdering och redovisning, odränerade försök Utvärdering av max skjuvspänning, vid deformation 0.15 rad fu G (skjuvmodul) SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 10 Svenska Geotekniska Föreningen 5

6 Utvärdering och redovisning, dränerade försök Utvärdering av max skjuvspänning, vid deformation 0.15 rad Plottning skjuvspänning-effektivspänning Utvärdering av c och SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 11 Fördelar/nackdelar direkta skjuvförsök + simulerar direkt skjuvning + ger i regel säkra värden + inga korrektionsfaktorer (w L och OCR) + relativt billigt försök - resultatet starkt avhängigt av provkvalitet, relativ känslig för hantering - relativt krångligt att utföra - ej relevant för alla belastningsfall (anisotropi) SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 12 Svenska Geotekniska Föreningen 6

7 Triaxialförsök Användningsområde Skjuvhållfastheten vid aktiv och passiv skjuvning Triaxialförsök enda metoden att praktiskt undersöka aktiva och passiva hållfastheten Försökets utförs under relevanta spänningar i alla riktningar Ofta tillförlitligare resultat eftersom man simulerar jordens verkliga beteende Kan användas för att utvärdera parametrar till avancerade jordmodeller för FEM-beräkningar Svenska Geotekniska Föreningen 7

8 Triaxialförsöket Exempel triaxialapparat Oftast Ø 50 mm, H 100 mm Gummimembran, filterstenar, pistong, cell Förutsättningar och randvillkor 3-dimensionell axialsymmetrisk form Kan styra axiella kraften, celltrycket (radiellt) och portrycket Utdata Axialspänning Axialtöjning Radialspänning Porvattentryck Volymtöjning Bild ur SGF Rapport 2:2012 Triaxialförsök En vägledning Svenska Geotekniska Föreningen 8

9 Försökstyper Aktivt Passivt Dränerat Odränerat Avancerade försök Cykliska Specifika spänningsvägar m m Utförande Konsolideringsfas Oftast in situ effektivspänningar (oftast max ca 85 % av σ c ) Skjuvningsfas Aktivt eller passivt, dränerad eller odränerad Ingångsdata (vad beställaren behöver ta fram) Konsolideringsspänning (σ a, σ r, u) Startspänning (σ a, σ r, u) Typ av försök Svenska Geotekniska Föreningen 9

10 Varför triaxialförsök? Fördelar Ofta tillförlitliga resultat Återkonsolidera provet, kontrollera alla spänningsriktningar Olika belastningssituationer Samband spänning töjning Parametrar till avancerade jordmodeller Nackdelar Relativt dyrt (måste visa på nyttan) Krävs erfaren operatör Få laboratorier som utför försöket Utvärdering Hållfasthetsparametrar c u c och φ Deformationsegenskaper Uppskattning av σ vc och σ hc E-modul, E u och E Skjuvmodul, G Modelleringsparametrar Modified cam clay m m Svenska Geotekniska Föreningen 10

11 Exempel på nyttan av utförande av avancerade laboratoriemetoder Exempel släntstabilitet Beräkningar av stabilitet i en slänt med lera SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 22 Svenska Geotekniska Föreningen 11

12 Skjuvhållfastheter med standard -undersökningar kpa VB :20 VB :21 CPT:21A CPT:136 KV :20 KV : Vald skjuvhållfasthet Nivå Bohusgeo AB K:\Inter na pr oj ekt\labkommmi ttén\mi ni kur s GD 2015\tau_std.T au :51:19 10:52: SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 23 Säkerhetsfaktor med standard -underlag Fc= SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 24 Svenska Geotekniska Föreningen 12

13 Skjuvhållfastheter med direkta skjuvförsök kpa VB :20 VB :21 SKJ:21-sgi CPT:21A CPT:136 SKJ:21CTH KV EMP:20-dir SKJ:20-sgi KV EMP:21-dir SKJ:21-sgi KV CPT:136 :20 KV EMP:20-dir :21 EMP:21-dir KV :20 KV :21 20 Reviderat val av skjuvhållfasthet Nivå Bohusgeo AB K:\Inter na pr oj ekt\labkommmi ttén\mi ni kur s GD 2015\tau_std.T 2015\tau_di r au :14:12 11:12:20 10:52: SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 25 Säkerhetsfaktor vid nyttjande direkta skjuvförsök Fc=1.06 Anisotropi? Komplettering med triaxförsök Aktiv Passiv SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 26 Svenska Geotekniska Föreningen 13

14 Skjuvhållfasthet, anisotropi kpa VB :20 VB :21 CPT:21A SKJ:21CTH SKJ:20-sgi SKJ:21-sgi CPT:136 EMP:20-dir TRI:20-passiv EMP:20-pas EMP:21-dir TRI:21-aktiv EMP:21-akt KV EMP:20-dir EMP:21-dir KV EMP:20-pas KV EMP:21-akt :20 KV EMP:21-dir KV :20 KV : passiv direkt aktiv 10 Nivå Bohusgeo AB K:\Inter na pr oj ekt\labkommmi ttén\mi ni kur s GD 2015\tau_di 2015\tau_ani r so.t au au :12:20 11:38:32 11:38:49 11:39: SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 27 Säkerhetsfaktor, nyttjande av anisotropi Fc= SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 28 Svenska Geotekniska Föreningen 14

15 Nyttan med avancerade försök Åtgärd kan minskas eller undvikas! Win-win för ekonomi-ekologi SGF Minikurs GD 2015 Avancerade laboratoriemetoder 29 Svenska Geotekniska Föreningen 15