More Related Content Similar to dokumen.tips_consolidation-of-soil-558467a7416fa.ppt (20) More from Doctor Sadaf Qasim (13) dokumen.tips_consolidation-of-soil-558467a7416fa.ppt3. SIVA Copyright©2001 3
Consolidation of Soil
التربةتصلب
الترإلى حمآلهآاالتربةعلىالمقآمة تالمنشآ تنقل
سفلهآابة
حبيبتيبرلتإعآدةعنهآينتج إجهآداتشكلعلى
التربة آت
يحدثيا مكآنهآمن احزتوا بعضهآمن تتقآرببحيث
في
التربة
”
تشكل
“
وبآلسآسال يتحركلذلك ونتيجة
المنشآ تآلي
التربة تشكلشكآلامن ًشكال يمثلوهذاسفلل
4. SIVA Copyright©2001 4
Consolidation of Soil
التربةتصلب
Types of ground movements
بةرألتتشكالت نوأعأ
*
التصلب
:
تغيربهآيحدثاإلجهآدفيلزيآدةتعرضهآعندفإنهآومشبعةنآعمةالتربةكآنتإذا
يصآحبهالحجمفي
تعندانزالتدرجةإلىالوصولإلىالمآءجوخرمع ًتدريجيآالحجمفيالتغيرويكون،ميآهجوخر
الميآه جوخروقف
.
*
الدمك
.
*
الرطوبةتغير
.
*
الجوفيةالميآهمستوىتفآعرواانخفآض
.
*
ارةرالحدرجةفيتغير
.
*
والنحرالتسرب
.
*
الزلزل
.
*
الهندسيةعمآلال
(
نفآقال
.)
5. SIVA Copyright©2001 5
Compressibility النضغآطية
The volume of soil mass is decreased under stress.
this decrease is known as Compression, and the
copacity of soil to decrease in volume under stress
is known as compressibility.
خآرجيضغطتحت الحجمي النقصهيالنضغآطية
.
نتالنضغآطيةوتحدث
النقصيجة
الحبيبآتحجمفي
(
نآدر
)
اغآترالففي النقصوكذلك ،
.
ال إليهيعولوهذا
كبرالجآنب
االجآفةالتربةفي اغآترالفمن الهواءيهربحينمآ النضغآطيةمنوالمؤثر
تهربحينمآو
المشبعةالتربةاغآترفمنالميآه
.
6. SIVA Copyright©2001 6
Mechanical modeling of the
consolidation process
piston
Water
Spring
10kg
10kg
10kg
10kg
10kg
Stop
cock Water
out Water
out Water
out
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Spring load (kg): 0 2.5 5 7.5 10
Water load (kg): 10 7.5 5 2.5 0
Consolidation %: 0 25 50 75 100
7. SIVA Copyright©2001 7
Consolidation
When soil is loaded undrained, the pore pressures
increase. Then, under site conditions, the excess pore
pressures dissipate and water leaves the soil, resulting
in consolidation settlement. This process takes time,
and the rate of settlement decreases over time.
1
eo
Time = 0+ Time =
8. SIVA Copyright©2001 8
What is Consolidation?
When a saturated clay is loaded externally,
saturated clay
GL
the water is squeezed out of the clay over a long time
(due to low permeability of the clay).
9. SIVA Copyright©2001 9
What is Consolidation?
This leads to settlements occurring over a long time,
which could be several years.
time
settlement
10. SIVA Copyright©2001 10
In granular soils…
Granular soils are freely drained, and thus the
settlement is instantaneous.
time
settlement
11. SIVA Copyright©2001 11
During consolidation…
Due to a surcharge q applied at the GL,
GL
saturated clay
q kPa
A
the stresses and pore pressures are increased at A.
u
’-
..and, they vary
with time.
12. SIVA Copyright©2001 12
During consolidation…
remains the same (=q) during consolidation.
GL
saturated clay
q kPa
A
u
’
-
u decreases (due to drainage)
u
’
q
transferring the load from water to the soil.
while ’ increases,
13. SIVA Copyright©2001 13
One Dimensional Consolidation
• drainage and deformations are vertical (none laterally)
saturated clay
GL
q kPa
• a simplification for solving consolidation problems
reasonable
simplification if the
surcharge is of
large lateral extent
water squeezed out
14. SIVA Copyright©2001 14
H -e Relation
saturated clay
GL
q kPa
saturated clay
GL
q kPa
Ho
Time = 0+
e = eo
H
Time =
e = eo - e
average vertical strain =
o
H
H
15. SIVA Copyright©2001 15
H -e Relation
Consider an element where Vs = 1 initially.
e
1
eo
Time = 0+ Time =
average vertical strain =
o
e
e
1
16. SIVA Copyright©2001 16
H -e Relation
Equating the two expressions for average
vertical strain,
o
e
e
1
o
H
H
consolidation
settlement
initial thickness of
clay layer
initial void ratio
change in void ratio
18. SIVA Copyright©2001 18
Coefficient of compressibility النضغآطية معآمل
• denoted by av
• is the ratio of change in void ratio to the
corresponding chang in stress
•الضغطفيالزيآدةلوحدةاغآترالفنسبةفيالنقصهو
volume
original
volume
in
change
Change void
Change stress
V
V
mv
no
units
a
e
e
e0
e1
ờ0 ờ1 ờ
19. SIVA Copyright©2001 19
Coefficient of volume compressibility
• denoted by mv
• is the volumetric strain per unit increase in stress
•الفعال الضغط وحدة لزيادة المقابل الحجم في التغير كمية هي
volume
original
volume
in
change
V
V
mv =
av
1+e0
20. SIVA Copyright©2001 20
Compression index Cc
النضغآطمعآمل
void
ratio
-
e
pressure kNm-2
1000
100
1.0
0.6
straight line
phase
e = e0 - Cc log10 [ / 0]
بينالعالقة رسميمكنالمعمليةالعالقةمن
e, log10
النضغآطمعآملميلهيسمىمستقيمبخطالعالقةهذهفتنتهي
cc
Cc =
-e
Log
e0-e1
log10 [ / 0]
=
22. SIVA Copyright©2001 22
اندركآزجطريقةCasagrande
سآبقمؤثرإجهآد قصىالتحديد
تيةالالخطواتفيوتتلخصبيآنيةاندراجزكآ طريقة
:
1
-
العالقة رسم
e - log
2
-
نقطةتحديد
p
للمنحنىتحدب قصىاعندهآالتي
(
انحنقطرنصف صغراعند يا
آء
.)
3
-
فقيالالخطيرسم
PQ
نقطةعند
P
وليكن عندهآللمنحنىممآسوكذلك
PT
.
4
-
اويةزالمنصفيرسم
QPT
الخطوهو
PR
.
5
-
النضغآطمنحنى امتدادمعالمنصفتقآطع
CB
نقطةيعطي
S
قصىايقآبلهآ والتي
سآبقمؤثرإجهآد
PC
.
23. SIVA Copyright©2001 23
اندركآزجطريقةCasagrande
سآبقمؤثرإجهآد قصىالتحديد
قيمةنةروبمقآ
PC
تيةالالحآلتإحدىفيالتربةتكونالحآليالمؤثر الضغطقيمةمع
:
-
التصلبعآدلطين
Normally consolidated clay
حيث
ờ0=ờPC
طينيةنربةيا
اءرعذتربةنهآاياعليهآالمؤثرالحآلي الضغطتفوقلضغوطتعرضتنالهآيسبقلم
تصلبهآيسبقلم
.
-
التصلبسآبقطين
Preconsolidated clay
حيث
ờPC>ờ0
ناسبقتربةيا
اتصلبفيتسببقد الضغطوهذا ًحآليآعليهآالمؤثر الضغطيفوقلضغطتعرضة
لتربة
.
-
-
التصلبتحتطين
underconslidsted clay
حيث
ờPC<ờ0
يا
التربةنا
وقيمة التصلباحلرمفيالتزمآ
ờPC
التصل عملية ألن نهائية تعتبر ال
ب
مستمرة مازالت
.
24. SIVA Copyright©2001 24
Coefficient of volume compressibility
Soil Type mv (cm2/kg)
Very highly compressible >0.1
highly compressible 0.1 – 0.02
Med. compressible 0.02 – 0.005
Low compressible 0.005 – 0.002
Very low compressible <0.002
25. SIVA Copyright©2001 25
Terzaghi’s theory of consolidation
للتصلباجيزترنظرية
البينيالميآه ضغطقيمةبحسآب اجيزترنظريةتعني
عندة
نتيجمعينزمنبعدالتربةفيمعين عمقعلىنقطة
ة
إضآفيلجهدالتربةتعرض
.
حسآبذلكويتبع
رضاللسطحالمقآبل والهبوطبآلتدعيمالنضغآط
.
26. SIVA Copyright©2001 26
Terzaghi’s theory of consolidation
للتصلباجيزترنظرية
اجيزتر اضآترافت
ًتمآمآ ومتجآنسة مشبعة العينةإن
.
لالنضغآطقآبلةغيرالتربة حبيبآتوكذلك الميآه
.
دارسقآنون
Darcy’s low
للتطبصآلحالتربةخالل الميآهلسريآن
يق
.
التصلب عمليةخاللثآبتيظل النفآذية معآمل
.
ثآبتيظلاغآترالفنسبةفيللتغير المقآبلالحجميالتغير
.
29. SIVA Copyright©2001 29
Consolidation Test
مقلقلةغيرالتربةمن عينةتجهز
Undisturbed
حلقةفيوتوضع
قطرهآ الختبآر
75
تفآعهآروامم
15
–
20
بين الحلقةهذهتوضع حيثمم
نآفذينحجرين
Porous Stones
يمكن كمآ مترويدرال خليةداخل
مشكلة عينآت اختبآر حيآنالبعضفي
Remoulded
التجربةوتعمل
يعمل فقط سيارالالتجآهقي العينةتشكليكون ناعلى
Porous
Plate
خآرجهوإلى العينةداخل منبآلحركة للميآهالسمآحعلى
آ
.
30. SIVA Copyright©2001 30
Consolidation Test
Double drainge
اليقآس سيارإستآتيكيحمل العينةعلىيؤثر كمآ
في هبوط
قتستغراحلرم علىالتجربةاءرإجويتم النفعآلبمقيآس العينةسمك
24
وا سآعة
48
سآعة
حمآلبآ
0.25,1,2,4,8 kg/cm2
تاروق
½, 1,2,4,8,15,30 min,1,2,4,8,24 hours
م سيارال الحملالزي حمل خراتحت التصلبعمليةفيالتجربةإتمآموبعد
واواحدة رة
النتفآخومنحنى النهآئيالمآئيالمحتوىيعينثماحلرم على
.
31. SIVA Copyright©2001 31
Consolidation Test
والجهآد اغآترالفنسبةبين العالقآتترسم الختبآرنتآئج من
e-
كمآ
تعي ويمكن سيارال والنفعآلالمؤثر اإلجهآدبين العالقآتترسم
العوامل ين
k & mv & cv
Cv = coefficient of consolidation
Mv = coefficient of volume change
K = coefficient of permeability
32. SIVA Copyright©2001 32
Consolidation Test
• simulation of 1-D field consolidation in lab.
field
GL
lab
undisturbed soil
specimen
Dia = 50-75 mm
Height = 20-30 mm
metal ring
(oedometer)
porous stone
33. SIVA Copyright©2001 33
Consolidation Test
H1
q1
eo- e1
)
1
(
1
1 o
o
e
H
H
e
eo
Ho
q2
loading in increments
2
e
allowing full consolidation before next increment
35. SIVA Copyright©2001 35
e – log v’ plot
log v’
void
ratio
loading
v’ increases &
e decreases
unloading
v’ decreases &
e increases (swelling)
- from the above data
42. SIVA Copyright©2001
Settlement computations
eo, vo’, Cc,
Cr, p’, mv
-oedometer
test
=q
q kPa
H
Two different ways to estimate the
consolidation settlement:
(a) using mv
(b) using e-log v’ plot
settlement = mv H
H
e
e
settlement
o
1
next slide
43. SIVA Copyright©2001
Settlement computations
~ computing e using e-log v’ plot
'
'
'
log
vo
vo
c
C
e
initial
vo’
eo
vo’+
e
If the clay is normally consolidated,
the entire loading path is along the VCL.
44. SIVA Copyright©2001
Settlement computations
~ computing e using e-log v’ plot
'
'
'
log
vo
vo
r
C
e
vo’
initial
eo
vo’+
If the clay is overconsolidated, and remains so by
the end of consolidation,
e
VCL
note the use of Cr
45. SIVA Copyright©2001
Settlement computations
~ computing e using e-log v’ plot
'
'
'
log
'
'
log
p
vo
c
vo
p
r C
C
e
vo’
initial
eo
vo’+
If an overconsolidated clay becomes normally
consolidated by the end of consolidation,
VCL
p’
e
47. SIVA Copyright©2001 47
One-dimensional
consolidation theory
A simple one-dimensional consolidation model consists of rectilinear
element of soil subject to vertical changes in loading and through
which vertical (only) seepage flow is taking place.
There are three variables:
1. the excess pore pressure ()
2. the depth of the element in the layer (z)
3. the time elapsed since application of the loading (t)
The total stress on the element is assumed to remain constant.
The coefficient of volume compressibility (mv) is assumed to be
constant.
The coefficient of permeability (k) for vertical flow is assumed to be
constant.
48. SIVA Copyright©2001 48
Mathematical model and equation
Consider the element of consolidating soil. In time dt:
· the seepage flow is dq
(q = A k i = A k dh/dz)
· the change in excess pressure is
51. SIVA Copyright©2001 51
Terzaghi's solution
General solution
Drainage path length
The basic equation is
(z,t) is excess pore pressure at depth z after time t.
The solution depends on the boundary conditions:
The general solution is obtained for an overall (average)
degree of consolidation using non-dimensional factors.
52. SIVA Copyright©2001 52
Terzaghi's solution
General solution
The following non-dimensional factors are used in order to obtain a
solution:
· Degree of consolidation at depth z
· Time factor
· Drainage path ratio
53. SIVA Copyright©2001 53
Terzaghi's solution
The differential equation can now
be written as:
If the excess pore pressure is
uniform with depth, the solution is:
Putting Ut = rt/r¥ = average degree
of consolidation in the layer at
time t:
54. SIVA Copyright©2001 54
Drainage path length
During consolidation water escapes from the soil to the surface or to
a permeable sub-surface layer above or below (where = 0). The rate
of consolidation depends on the longest path taken by a drop of
water. The length of this longest path is the drainage path length, d.
Typical cases are:
An open layer, a permeable layer both above and below (d = H/2)
A half-closed layer, a permeable layer either above or below (d = H)
Vertical sand drains, horizontal drainage (d = L/2)
57. SIVA Copyright©2001 57
The Root-Time method
الزمن جذر طريقة
النفعآلمقيآساءةرقبينالعالقةتوقيعوهي
dial gauge
والجذرالعينةسمك تغيرعنالمعبرة
المقآبلالتربيعي
(
بآلدقيقة
)
ـلالمقآبلالزمنيعينةرالمذكوالعالقةمن
90
%
بمقدارالمنحنيعلىيصعدالذيتصلب
1.15
الخطعن
عندالمستقيم
90
%
ذلكبعدويعينتصلب
cv
where d = drainage path length
[d = H for one-way drainage, d = H/2 for two-way
drainage]