TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Styrkeegenskaper - Treaksialforsøk

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Bakgrunn og hensikt

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Skjærstyrke - problemstillinger Jordtrykk? Bæreevne? Nødvendig skjærstyrke? Hva påvirker?

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Teorigrunnlag - skjærstyrke

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk - innhold Bakgrunn og hensikt Skjærstyrke i jord bruddkriterier mobilisering av skjærstyrke fremstilling i spenningsstier jordens respons ved belastning Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk utstyr forsøksprosedyrer tolkning av forsøksresultater eksempler på forsøksresultater effekt av prøveforstyrrelse Spesielle treaksialforsøk ”mini-øvinger”

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Spenningsforhold i treaksialprøven skjærspenning pore skjær normalspenning normal kombinert

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulomb kriteriet tf = (s’ + a)tanf tf = c + s’tanf friksjon a = 45 + f/2 kohesjon attraksjon

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Effekt av alder på skjærstyrke OC-A, overkonsolidert aldret OC-Y, overkonsolidert ungt NC-A, normalkonsolidert aldret NC-Y, normalkonsolidert ungt

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulomb kriteriet - tilpasning til praktisk bruk Knusing Lavspennings- effekter

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mobilisering av skjærstyrke - spenningstilstander

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper In situ spenningstilstand - hviletrykk Mobilisering - hviletrykkskoeffisient Ko’ Helning kritisk plan - hviletrykkskoeffisient Ko’

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Spenningstilstanden i et jordelement - brudd-/brukstilstand tf = (s’ + a)tanf BRUK t = (s’ + a)tanr

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulombkriteriet - fremstilling i spenningsstier (s1’ - s3’)/2 = Sf(s3’ + a)

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fremstilling i spenningsstier tanf = Sf/1 + 2Sf tanr = S/1 + 2S Sf 1 S 1

(s1’ - s3’)/2 = sinf[(s1’+ s3’)/2 + a] TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fremstilling i spenningsstier sinf 1 “Middel”spenningsdiagram (s1’ - s3’)/2 = sinf[(s1’+ s3’)/2 + a]

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulombkriteriet - fremstilling i spenningsstier Aktivt forsøk sa øker sr konstant Passivt forsøk sa konstant sr øker

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fremstilling i spenningsstier Middelspenningsdiagram q - p’ plott q = M(p’ + a) M = 3(N-1)/(3+(1+b)(N-1) For b = 0 (s2’ = s3’), M = 6sinf/(3-sinf) q = (s1’ - s3’) p’ = (s1’ + s2’ + s3’)/3

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Jordarters dilatansegenskaper

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Prøvepreparering Uforstyrrede prøver Innbyggede prøver

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialutstyr Deformasjonsmåler Byrette Lastmåler Ventilblokk Luftfelle Celle m/prøve Bunnplate med treaksialcelle

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialutstyr - prinsippskisse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialutstyr - oppbygging av celle

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk - kontroll av trykkpåføring og drenasje Panel for flow and pressure control Constant-pressure cell Automated cell-pressure control

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Avanserte treaksialforsøk - eksempler på automatisk utstyr Muligheter for spenningsstikontroll, vekslende last, spesielle forsøks- prosedyrer

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Utførelse av treaksialforsøk Gjennomføring av treaksialforsøk - uforstyrrede prøver Drenert konsolideringsfase etablering av kjent spenningstilstand reparasjon av prøveforstyrrelse Skjærfase prosedyre for spenningspåføring og dreneringstilstand må velges - simulering av in situ problem aktiv (kompresjon) passive (ekstensjon) kombinert konsolidering - skjær (Ko - forsøk) spesielle lastmønstre mulig drenert, udrenert skjærfase Fremstilling av resultater volumtøyning - tid (konsolidering) spenningssti og mobiliseringsplott (skjærforsøk) A comprehensive test programme was carried out to establish a reference laboratory test profile of index, strength and deformation parameters. A full index test programme was carried out for classification and identification of the soil. Continuous loading oedoemeter tests using both the CRS- and CPR test procedures provided insight in deformation and conolidation characteristics, whereas various triaxial test procedures gave values for strength and pore pressure parameters.

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Forsøksprinsipp i treaksialforsøket

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - konsolideringsfasen Drenert konsolideringsfase Avlesing av utpresset porevann DV mot tid t Vannutpressing skal stabiliseres nær 0 Restporetrykk ur skal være stabilt nær 0 ved lukking av drenskran Volumtøyning evol = DV/Vo benyttes som kriterium for prøvekvalitet (se tabell Berre (1982))

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Variasjonsmuligheter i treaksialforsøket - skjærdel

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Variasjonsmuligheter i treaksialforsøket - faste betingelser CIDc = drenert skjær, isotrop kons. CADc = drenert skjær, anisotrop kons. CIUc = udrenert skjær, isotrop kons. CIUe = udrenert skjær, isotrop konsolidering CAUc = udrenert skjær, anisotrop kons.

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Variasjonsmuligheter i treaksialforsøket - faste betingelser CCV = konsolidert, konstant volum - ideellt udrenert

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Innflytelse av forsøksprosedyrer - deformasjonshastighet Ingen/liten påvirkning Endret styrke

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Innflytelse av forsøksprosedyrer - konsolideringsspenning Vanlig konsolideringsområde, sc’ = 0.8 - 1.2svo’

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper brudd bruk in situ

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper - fellesplott leire/silt Mobilisering av styrke

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper - fellesplott sand/grus Spenningsavhengig styrke Antatt attraksjonsfritt materiale

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper - fellesplott sand eksempel

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkning av treaksialforsøk - eksempel Oppgave: Finn skjær- styrkeparametrene fra fellesplottet Totalspenningsanalyse Udrenert skjærstyrke su (tmax) Effektivspennings- analyse attraksjon a friksjon tanf

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Eksempel på treaksialforsøk - fellesplott av spenningsstier silt Bestemmelse av effektive skjærstyrkeparametre NTNU-plott, tmax - s3’ Friksjon tanf Sf 1 Mobilisert friksjon tanr This figure summarizes the index properties of the Halsen silt. The test results reveals significant variations in water content, grain size distribution and shear strength of the material. It is noteworthy that the clay content varies significantly in the deposit, and that the sensitivity of the silt may reach quite high. The latter observation is also made in practice, where saturated silt may completely liquefy under special loading conditions. The determination of Atterberg limits was judged too uncertain due to the large content of silt and sand particles in the soil matrix. 1 Poretrykks- parametre A, D Attraksjon a -Sd

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Bruddutvikling og bruddtyper

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mobiliseringsgrad f Kritisk mobiliseringsgrad

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Janbu’s poretrykksparameter D q - p’ plott

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Janbu’s poretrykksparameter D Dilatant Langs stien Kontraktant Fra startpunkt

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater - leire Effekt av prøveforstyrrelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - typisk oppførsel for leirer Oppførsel hos leirer Bruddtøyning e = 1-3 % Vanligvis kontraktant bruddutvikling for NC - leirer Ofte dilatant bruddutvikling for (sterkt) OC - leirer Attraksjon a = 5 - 100 kPa Friksjon tanf = 0.45 - 0.65 Leire fra Heimdalsmyra CIUc/CAUc

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Resultater fra treaksialforsøk - NC-leire Troll Øst CAUc

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Resultater fra treaksialforsøk - OC-leire NTNU Idrettsbygget CIUc

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - OC-leire Åndalsnes CIUc sc’

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater - sand/silt Effekt av prøveforstyrrelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - typisk oppførsel for sand/silt Oppførsel hos silt Bruddtøyning e = 1-3 % Vanligvis plastisk/kontraktant bruddutvikling for løs, fin silt Ofte dilatant bruddutvikling for fast, grov silt Attraksjon a = 0 - 30 kPa Friksjon tanf = 0.55 - 0.75 Oppførsel hos sand Bruddtøyning e = 2-4 % Vanligvis dilatant bruddutvikling for sand, bortsett fra svært løs lagring Attraksjon a = 0 - 15 kPa Friksjon tanf = 0.55 - 0.90 CCV konstant volum, udrenert CID, drenert

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - NC grov silt, Idrettsbygget NTNU CIUc D = 0

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fin sand, Steinkjer fellestolkning CIUc

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - sand, Ekofisk CAoeUc løs CAoeUc fast Ødo-del Ødo-del

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse - leire Gardermobanen Forskjell i bruddutvikling Samme styrkeparametre Forskjellig mobilisering “forskning” “praksis”

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse - Glava leire

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse - Tiller kvikkleire Blokk 54 mm plast

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse Effekt av prøveforstyrrelse i treaksialforsøk Valg av forsøksbetingelser viktig valg av konsolideringsbetingelser spenningstilstand konsolideringstid Prøvens oppførsel i forsøket må dokumenteres vannutpressing i konsolideringsfase må rapporteres i forsøksresultatene prøvens kvalitet kan vurderes fra måleresultat og tolkning vannutpressing (volumtøyning) i konsolideringsfase bruddtøyningsprosent initiell stivhet av prøven f250 mm blokk f54 mm stål f75 mm stål f54 mm plast A comprehensive test programme was carried out to establish a reference laboratory test profile of index, strength and deformation parameters. A full index test programme was carried out for classification and identification of the soil. Continuous loading oedoemeter tests using both the CRS- and CPR test procedures provided insight in deformation and conolidation characteristics, whereas various triaxial test procedures gave values for strength and pore pressure parameters. Resultater fra Tiller kvikkleire

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Spesielle treaksialforsøk Forsøk på korte prøver h=d Ødotreaksialforsøket Sykliske treaksialforsøk

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk - korte prøver h=d Hensikt med kort prøvehøyde Oppnår jevnere mobilisering av tøyninger i prøven, unngår skjærbånd Reduserer effekt av endeflater på spennings- og deformasjonstilstand Unngår avlastningssoner i prøven Krever: Spesielt innbyggingsutstyr Idelle glatte (friksjonsløse) endeflater glassplate m/filter gummimembran med smøremidler teflon

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d glassplate med centerfilter d vanlig endeflate med filter h gummimembran

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d Tøyningsutvikling h = d prøver, Mohr Coulomb modell Skjærbånd

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d Spenningsfordeling h = d prøver, Mohr Coulomb modell Friksjon Friksjon

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - vanlige prøver h=2d Tøyningsutvikling h = 2d prøver, Mohr Coulomb modell Skjærbånd

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - vanlige prøver h=2d Spenningsfordeling h = 2d prøver, Mohr Coulomb modell Friksjon Friksjon

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d korte h = d referanse h = 2d c) b) referanse h = 2d Oversikt over spenningsstier a) NTNU - plott b) NGI - plott c) t - e plott korte h = d

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d Sammenligning mellom forsøk og analyse CIUc treaksialforsøk, h=d CIUc treaksialforsøk, h=2d FEM Plaxis, Mohr Coulomb FEM Plaxis, Hardening Soil Mohr Coulomb Hardening Soil Mohr Coulomb Prøver med h = d Hardening Soil Prøver med h = 2d

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Spesielle treaksialforsøk Forsøk på korte prøver h=d Ødotreaksialforsøket Sykliske treaksialforsøk

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - prinsippiell spenningstilstand

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - tolkning av resultater ødo-del

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - tolkning av resultater

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - tolkning av resultater

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk Spesielle treaksialforsøk Forsøk på korte prøver h=d Ødotreaksialforsøket Sykliske treaksialforsøk

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Sykliske treaksialforsøk - prinsipp for utførelse

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Sykliske treaksialforsøk - tolkning Ducu Decu

TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Eksempel - sykliske treaksialforsøk på sand Effekt av jordskjelv Liquefaction - sand “boiling”