3.1 Allmänt
På grund av hållfasthetsanisotropi och tidens inverkan på hållfastheten kan ett fixt värde på en ostörd leras odränerade skjuvhållfasthet in-situ ofta inte anges.
Anisotropin och tiden är faktorer som även inverkar på den hållfasthet som bestäms med fältvin~borr. Hållfast-beten påverkas även av störning vid applicering av ut-• rustningen i jorden, antagen spänningsfördelning vid brott samt mätfel.
Anisotropin medför att vingborrförsök med vingdon av olika format (olika H/D-kvot) kan ge skilda resultat
(om man som brukligt antar att hållfastheten utmed ett vertikal- resp horisontalplan är densamma). Tidseffekten medför att rotationshastigheten (tiden t i l l brott) in-verkar på hållfasthetsvärdets storlek.
Störningen vid utrustningens applicering i jorden medför att sådana faktorer som vingdonets utskjutningslängd (för vingborr med skyddskåpa), bladantal, diameter, perimeter-kvot, areaperimeter-kvot, väntetid och rotationshastighet är av be-tydelse. Störningen på provningsnivån kan även tänkas vara påverkad av rörelsehastigheten vid borrens och vingdonets neddrivning samt av försökstypen på närmast föregående nivå
i samma borrhål.
Antagen spänningsfördelning vid brott och kvoten mellan håll-fastheten utmed ett vertikal- resp horisontalplan är av betydelse för utvärderad skjuvhållfasthet. Vanligen antar man att brottfiguren utgörs av den cylinder som precis om-sluter vingdonet, att vertikal och horisontell skjuvhåll-fasthet är densamma och uppnås samtidigt, att spänningsför-delningen är jämn utmed brottcylinderns vertikala mantelyta
samt att spänningsfördelningen utmed brottcylinderns båda horisontella ändytor är j~mn eller triangulär. Flera fak-torer ,inverkar på i vilken utsträckning dessa antaganden uppfylls. Om jorden är anisotrop så att den vertikala och horisontella skjuvhållfastheten är olika, eller uppnås vid olika vinkelvridning, överensstämmer den verkliga spännings-fördelningen vid brott inte med den som vanligen antas.
Detta är även fallet om brottet i verkligheten sker pro-gressivt utmed den vertikala mantelytan, d v s brottet
startar framför varje vingdonsblad och sprider sig gradvis utmed hela mantelytan, eller genom torsion i vingdonet, så att brottet startar i mantelytans övre parti och sorider sig nedåt utmed mantelytan. Tendensen t i l l progressivt brott minskar med ökat bladantal genom att brottet startar på fler ställen samtidigt samt att vingdonets torsionsstyvhet ökar.
Andra faktorer som påverkar torsionsstyvheten och därmed tendensen t i l l progressivt brott är bladtjockleken, ving-donets axeldiameter (och därmed area- och perimeterkvot) samt om axeln är genomgående utmed vingdonets hela höjd eller inte.
Inverkan av progressivt brott beror även av vingdonets höjd och diameter.
Genom att man vid vingborrförsök normalt mäter vridmomentets storlek vid förlängningsstängernas överände, och inte nere vid vingdonet, kan det värde som används för utvärderingen av skjuvhållfastheten vara fel p g a friktion i utrustningen.
Följande faktorer som kan vara av betydelse vid bestämning av hållfastheten med fältvingborr behandlas mer eller mindre utförligt
i
denna rapport:a. vingdonets utskjutningslängd (för vin~borr med skyddskåpa)
b. hastigheten med vilken borrutrustningen nedpressas i jorden resp vingdonet trycks ut ur skyddskåpan ned t i l l provningsnivån
c. försökstyp på närmast föregående nivå i samma borr-hål
d. vingdonsstorlek vid konstant kvot H/D = 2 e. vingdonshöjd vid konstant diameter, D = 65 ~m f. vingdonets bladantal
g. vingdonets area- resp perimeterkvot h. vin~donets torsionsstyvhet
1. väntetid
J. rotationshastighet k. utvärderingsmetod
1. friktion i utrustningen
3.2 Utskjutningslängd
Med utskjutningslängd avses avstfndet mellan skyddskåpan och vingdonet, sedan detta skjutits ut ur kåpan ned t i l l provningsnivån. Utskjutningslängdens inverkan på utvärde-rad hållfasthet har studerats i Sverige och Norge av
CADLHJG o ODENSTAD (1950), ANDRESEN o BJERRUM (1956) sa.r·:t KALLSTENIUS (1958). Det är givet att det uppstår en störd zon omkring vingborren när denna oressas ner i jorden och det gäller att skjuta ut vingdonet så l&ngt att detta han-nar utanför den av själva borren st~rda zonen. En annan sak är att även vingdonet stör leran vid utskjutnin~en ur skyddskåpan.
Sheoring strength
3 4 S 6 :/:,,'
'l , - - - , - - - r - - - r - - - - , - - - - . - - - .
Lenqth of the shaff;
0.bl a lo7d 3:7d 417d
.c
g
11 1----+----<a--a-a---<:lc----+----l0
Borehole no:
13 <---'---~--'---'-{~)----'----1:3---1----__J
Cl
FIG • : 1·ane test results. Varying /engihs of the vane sfwft.
3 2 1
C/1.DLil'JCr o ODE~,JSTJ\D ttt.förd.e försC:k :'.~ed olik~!- ltt sl{j upp• ätta skjuvh~llfastheten ökade med ökad utskjutnings-l~ngd. FIG 3.2:2a, i pricip hämtad ur CADLING o ODENSTAD, visar medelskjuvhållfastheten, för varje utskjutningslän~d, som funktion av utskjutnin~slängden. Med hänsyn t i l l att medelvärdet för utskjutningslängden 3.17 d förmodligen är något lågt p g·a det låga hållfasthetsvärdet på 13 m djup och medelvärdet f6r utskjutningslängden 4.17 d ä r något
högt p g a det h5ga hållfasthetsvärdet på 11.5 m djup, drogs kurvan enligt FIG 3.2:2a. Trots att författarna poängterar önskvärdheten av försök med större utskjutningslängd drogs slutsatsen att inverkan av den störda zonen omkring ~edelskjuv-h~llfasthetsvärdena ~er knappast underlag för slutsatsen att störningens inverk2.n kan försummas vid länp;den 5 d.
FIG 3.2:2c visar medelskjuvhållfastheten, om samtliga värden som bedömts avvika från det väntade ej medräknats, nämligen
O,, I
-
-c,
60 I_
() 6
')
.
')• L • L 2.V rs sresultat presenterade av Cf\_J)T.Iw C '' ,_; (._j Q \j
FIG 3.2:2b, c och d visar samtliga att man ej kan dra slut-satsen att störningens inverkan kan försummas vid längden 5 d.
Försöken i ovannämnda undersökning utfördes med vingborr med d = 60 mm där utskjutningslängderna var ca 4, 10, 19
KALLSTENIUS (1958) utförde fältvingborrförsök vid Ultuna med två borrar med maximal utskjutningslängd av 1.0 resp 2.0 m. utskjutnings-längder minskade hållfastheten ånyo och antog ungefär samma värden som erhölls vid standardvingboryförsök. Som möjlig förklaring t i l l detta anger KALLSTENIUS att hållfastheten påverkas av minst två olika processer, nämligen dels den störning genom plastisk deformation som uppstår vid borrens nedpressning, och som snabbt minskar med ökat avstånd från
emellertid endast några förberedande försök utförts.
I
3,3 ~edpressningshastighet
3.3.1 Allmänt
Vid nedpressning av vingborrutrustning och vingdon sker en viss störning av leran. Störningens storlek kan tänkas bero på bl a med vilken hastighet nedpressningen äger rum. Nåsra undersökningar av nedpressningshastighetens inverkan på ut-värderad hållfasthet är inte kända av författaren. I SGI:s meddelande nr ·4 "Anvisningar för geotekniska institutets fältundersökningar11 anges att vingdonet skall nedtryckas med en jämn och kontinuerlig rörelse. Ingen rekommendation lämnas för rörelsens hastighet.
3,3.2 Försök i Upplands Väsby
Upplands Väsby, provyta II, borrhål 22, ~ar fältvingborr-försök med olika nedpressningshastighet utförts. Vid för-söken användes SGI:s rutinfältvingborrutrustning typ SGI V med vingdon H
x
D 130x
65 mm. Försöken utfördes på varje halvmeter mellan 1,5 - 12,5 m djup, utan väntetid och med normal rotationshastighet (6°/min). T~llvägagångssättet var dels snabb nedpressning av utrustningen(9 -
30 s) och snabb vid brott samt brottmoment.FIG
3.3.2:3 visar rotationsvin-keln vid brott vid stängernas överände, tid t i l l brott räk-nat från rotationens start samt beräknad rotationshastighet vid stängernas överände (utan korrektion för mätfjäderns de-formation). FIG 3.3.2:4 visar htllfasthetskvoten T 0 /T sor1.L 0
funktion av djupet för försök med snabb respektive långsru1 nedpressning.
3,3.2:2 rs6k med långsam n ress:1::c_ng av FIG 3.-5.2:1 sök T",ed s ne ssninc; c.c V t
\
utrustning och v on. rust ng och vingdon.
Tid r nedpressning: utrustning, o Tid r neclpressn utrustn
'
0vi on, c vi
'
00
. · /J,& ··
0,2 /,o •/;2.. /,~
tb: 0 1 · ' , J . t . . l
-' 1· '
---~----~ --- ,__ ; --~-;~-<( ~...,_···--···--·-·--'---••·•-·----~---___;.---·
, X
---·---- -11 --- ·· ···
!- ''f, --- ;--. -; --- ;______ J___ J___ r______ :
. ' .J. '
i \ . '. . ..
: ii
···-···...-· ·---' . . -~--~----; -·---·-·---·-·
. ...
. ' .---~ ----b- --
~l ---·--·1- - ;:\ ✓ 'i1 + :·:'.
-•!·· l • • • ; . . . . ' . .
, - 1 :
i <l: f ; : • ·
':\- --i- --'·-·-····-- 0 0 . ··--·---··---·
~ ~
-/0
FIG
3.3.2:4
Hållfasthetskvoten Tf'IT för försök med- ' 0
olika nedtryckshastighet. Snabb hastig-het: . Långsam hastighet: .
e>C!'----<11$ c- - - -()
3,3.3
SlutsatserFörsöksresultaten tyder på att nedpressningshastigheten inte har någon större inverkan p~ utvärderad skjuvhåll-fasthet v~d fältvingborrförsök i Unplands Väsby.
3.4 Försökstyp på föregående nivå
3.4.1 Allmänt
Fältvingborrförsök i Seut i Norge (FLAATE, 1966) tyder att rutinförsök i samma borrhål, där man på varannan nivå utför försök med minst
4
h väntetid, ger 10 - 20% lägre hållfasthet än 1 borrhål där enbart rutinförsök utförs.Nivåskillnaden mellan försöken var i varje borrhål 1 m.
Förekomst av 6orrutrustning och vingdon i marken under minst 4 h tycks sålunda påverka skjuvhållfastheten
i
jor-den på nästa provningsnivå, l m därunder.Som framgår av avsnitt 3.10 har försök för att bestämma väntetidens inverkan utförts i bl a Skä Edeby och Upplands Väsby. Några av de resultat som erhållits har bearbetats med syfte att belysa om någon hållfasthetsändring motsvaran-de motsvaran-den i Seut kan konstateras.
3.4.2 Försök i Sk! Edeby
Fältvingborrförsök med väntetid har utförts i provyta II vid Skå Edeby för att bestämma rotationshastighetens in-verkan på utvärderad hållfasthet. I varje borrhål var av-ståndet mellan provningsnivåerna 0.5 m. I flertalet fall utfördes försök med lång väntetid (>15 h) på varannan nivå och däremellan försök utan väntetid och med normal rota-tionshastighet. I några borrhål utfördes normala försök på flera nivåer efter varandra. Möjlighet ges därför att under-söka om försök med lång väntetid påverkar hållfastheten hes leran på nästa nivå, 0.5 m därunder.