"
I l-0...
6 65
32.5
16.25
----.
o----4.1
~
w
0
8
10
12-FIG 3.6.3:1 Hållfasthetskvot~n Tf/Tf(l30x65) vingdon av ol höjd.
_ _ _ _ _________
FIG
3.6.3:2
Rotationsvinkel Vid brott don med olika höjd.för
ving-3.6.4
?jrsök 2ed specialvin;bcrr _ /alixL:t förts n:ecl s a_rrr~o.. sorn
cl r:Iots varande försök i S1:[ Edeby, provyta II, se TAB 3.6.3:2. Mellan 2-7 m djup ökar den utvärderade skjuv-hållfastheten med minskad vingdonshöjd. Det lägsta ving-donet gav snlunda i alln-,änhet 15-20% högre v2.rden än Kalix och Upplands Väsby. Medan wedelskjuvh~llfastheten i Sk& Edeby ökade med ökad vingdonshöjd, minskade den i Kalix skjuvhållfastheten kan denna, beroende på såväl jordens scm bori-'utr·ustrcinzens egenskaper, öka elJ_er minska 1::eri
ökad vingdonshöjd.
i
3.7 Bladantal hos vingdon
3.7.l Allrr.änt
Vid vingborrförsök använder man sig allmänt av 4-bladiga vingdon. Några mer ingående undersökningar av bladanta-lets inverkan på utvärderad skjuvhållfasthet vid försök
lera synes inte ha utförts. Helenelund (1967) beskriver andra synpunkter föreslogs det 4-bladiga vingdonet som standard.
Ju fler vingdonsblad desto större är areakvoten och peri-meterkvoten och desto större blir störningen av leran vid vingdonets nedpressning. Ett ökat bladantal torde å andra sidan medför·a en jämnare spännings fördelning utmed brott-cylinderns ytor. Detta senare gäller speciellt för vingdon där flera vingdonsblad medför en påtaglig ökning av ving-donets torsionsstyvhet.
3.7.2 Förberedande försök
Som framgår av avsnitt 4.2 utfördes, i samband med
77
Vid jämförelsen av utvärderad hållfasthet, vid försök med olika antal blad, har antagits att skillnaden i storlek mellan vingdonen med dep minsta H/D-kvoten inte har någon
inverkan på hållfastheten.
I stort sett kunde följande slutsatser dras av H/D-kvoten utfördes med dels institutets standardvingdon och dels ett vingdan med 8 blad, som i övrigt överensstämde med standardvingdonet. Dvs vingdonen saknade genomgående axel, varför torsionen är betydande särskilt för det 4-bladiga blad-antalet överensstämde vingdonen med standardvingdonet, d v s de saknade genomgående axel. Sambanden mellan moment och rotationsvinkel registrerades med XY-skrivare.
Resultaten visar att vid försök med 8 blad erhålls lägre
förklaras av att inverkan av progressivt brott är större ytter-kanten. Areakvoten och perimeterkvoten för dessa vingdon var högre än för ae tidigare använda, p g a dels större blad-tjocklek och dels kraftigare vingdonsaxel.
Försök med dessa vingdon
(0
15) utfördes i provyta I med specialvingborr. Den utvärderade hållfastheten blev för samt-liga vingdon lägre än vid normala fältvingborrförsök. Ingen större skillnad i hållfasthet erhölls mellan vingdon med olika bladantal. Rotationsvinkeln vid brott blev ungeffr densamma för det 3- och 4-bladiga vingdonet (ca 2° mellan 5-12 m djup). För det 3-bladiga vingdonets del innebär detta en minskning t i l l ungefär hälften jämfört med det tidigare 3-bladiga vingdonet. Detta förklaras av ökad torsionsstyv-het. Det 3-bladiga vingdonet gav något högre värden på rest-hållfastheten än det 4-bladiga. För det 6-bladiga vingdonet föreligger ingen information beträffande rotationsvinkel och resthållfasthet. yt~er-kanten. Area- respektive perimeterkvoten för det 4-bladiga vingdonet överensstämmer med motsvarande värden för standa.rd-vingdonet.79
Försök med dessa nya vingdon (0 12) utfördes i provyta I med specialvingborr. Den utvärderade hållfastheten blev för samtliga dessa ving~on lika med eller något högre än
T (medelskjuvhållfastheten vid rutinvingborrförsök).
0
Rotationsvinkeln vid brott samt resthållfastheten ökade något med minskat antal blad hos vingdonet.
~
Försöken visar att
3-,
4- och 6-bladiga vingdan i stort sett ger samma hållfasthet vid försök i Sl:~å Edeby. Försök med ett 8-bladigt vingdan gav däremot lägre hållfasthet.Blad-·,
antalet inverkar på rotationsvinkeln vid brott, speciellt gäller detta vid försök med vingdon utan genomgående ving-donsaxel (som institutets standardvingdon)~ beroende på att torsionsstyvheten för dessa vingdan starkt beror på bladantalet. Resthållfastheten ökar med bladantalet, vilket torde hänga samman med att tendesen t i l l progressivt brott ökar när bladantalet minskar.
3.7.4
Försök i Upplands VäsbyFörsök har utförts med de i föregående avsnitt omtalade nya torsionsstyvare vingdonen, med genomgående vingdonsaxel (0 = 12 mm), med
3,
4 och 6 blad. Försöken .. utfördes med SGI:s standardvingborr, utan väntetid och med normal rotations-hastighet, 6°/min. Försök med det 4-bladiga vingdonet fördes även med specialvingborr. Någon större skillnad i ut-värderad hållfasthet föreligger inte mellan försöken med vingdon med olika antal blad. Resultaten överensstämmer re--lativt väl med (ligger möjligen något högre än) den hållfast-het som bestäms på normalt sätt, med 4-bladigt standardving-don.Försök har utförts med de i avsnitt 3.7,3 omtalade nya tor-sionsstyva vingdonen, med genom~ående vingdonsaxel (0 = 12 mm) och med 3,
4
och 6 blad. Försöken utfördes med SGI:s stan-dardvingborr, utan väntetid och med normal rotationshastig-het, 6°/min.De utvärderade skjuvhållfastheterna överensstämmer i stort med varandra.
3,7.6 Slutsatser
De försök som utförts med 3-, 4- och 6-bladiga vingdon tyder på att antalet vingdonsblad inte har någon större inverkan på utvärderad hållfasthet i Sk2 Edeby, Upplands Väsby och Vesten. Den ökade hållfasthet, som skulle kunna förväntas, vid försök med vingdon med större bladantal ( p g a jämnare spänningsfördelning), motverkas troligen av den större stör-ning av jorden som inträffar när man pressar ned ett vingdon med fler blad.
Bladantalet inverkar däremot på rotationsvinkelns storlek vid brott, så att vid fler blad inträffar brott vid en mindre rotationsvinkel. Detta gäller speciellt vid försök med ving-don uppbyggda på samma sätt som institutets standardvingving-don, d v s utan genomgående vingdonsaxel. En jämnare spänningsför-delning vid försök med vingdon med större bladantal är tro-ligen orsaken.
Resthållfastheten minskar med ökat bladantal, vilket tyder på en större tendens t i l l progressivt brott vid försök met vingdon med mindre antal blad.
3.8
Areakvot och periMeterkvot hos vingdan med samma om-sluter ovannämnda tvärsnitt. Med perimeterkvot avses kvoten·,
ne/nD, där n = antalet blad, e betecknar bladtjockleken oc~
D diametern hos den omskrivna cirkeln.
Det förefaller rimligt att anta att lerans uppmätta håll-fasthet minskar med ökad areakvot eller perimeterkvot för vingdon med givet bladantal, höjd och diameter. Tvärsnitts-areans fördelning på blad och axel torde även vara av be-tydelse. Hållfasthetsminskningen kan bero på nedbrytning av bindningar
i
leran samt på ökat partryck vid vingdonets bladtjocklek eller ökad perimeterkvot. F6r att utvärderahåll-fastheten f6r vingdon med bladtjockleken O mm avsattes i ett rätvinkligt koordinatsystem skjuvh!flfastheten som funktion av perimeterkvoten. Som framgår av FIG 3.8.1:1 6kar skjuv-hållfastheten med minskad perimeterkvot. För de flesta nivåer föll punkterna approximativt utmed en r~t linje. Genom att extrapolera denna t i l l skärning med hållfasthetsaxeln erhells he.llfastheten --rfo f6r ett 11 vingdonll med bladtjockleken O mm.
Detta värde låg för de två platserna i medeltal
15
resp lJ.%högre än det som erhölls vid rutinvingborrföi s61c De flesta 0
värdena från försöken med minsta perimeterkvoten låg emeller-tid över c.en dragna räta linjen, vilket indikerar att san-·
bandets r av upptt vid llga pe~imeterkvoter. Det extrapolerade håll sthetsvärdet är d~rför troligen 1 e
tin det som gäller för vingdon med bladtjockleken= 0 och får därför betraktas som ett minimivärde.
o.~ , - - - r - - - , - - - ,
s'-wws
o.~--~~--1---·-i---:---::----r::-,r;;-:-::1 depfä1m1
...
" 6 4 S2..5JJO 4, 70 rf,,.,11 0 2 5 ' ~ ' ' ~ ~
-o 5 lO 15
perimeter rotio -n a O, 0l~
Extrapolation of _Vane Strength for Zero Blade
FIG 3. 8 • 1: 1 Thicknesses (cu0 )
3.8.2 Försök i Edeby
.p ••
T C'
.L ,_) Edeby, provyta I, .LOrs utförts • ed special vingborr, typ
SGI VII,
med 3-,4-
och 6-blad vmed genomgående axel. Av vingdon med samma bladantal pro-vades olika typer, med värden på areakvot och peri meterkvot enligt ~AB 3.8.2:1.
TAB
3.8.2:1 Bladantal, areakvot och perimeterkvotf5r
0 vingdon
Bladant Areakvot Perimeterkvot
% af/0
3 7.0 1.18
3 10.9 1. 76
4
8.3 1.5712.5 2.35
0
,,. 10.8 2.35
6 16.2 3-53
FIG
3.8.2:1-3 visar håll sthetskvoten T~/T- 0 som funktion
8,V r 3-, 4- res_:p 6-bladig2 ngdon med olilca den areakvoten. Det framgår att den ut håll fastheten ökar med minskad area1-::vot för vingdan med samr:ia bladant
/., I,
t ' ; b
--
---)1---;
FIG 3.8.2:1 Kvoten Tf / T för 3-bladiga
torsions-0
styva vingdon. Areakvot: x, ca 7,0%;
o, ca 10.9%.
. '
'
{
- h /
0 /
' '
-0. /
3.8.2:2 Kvoten i: n / i: för 4-bladiga
torsions-1 0
styva ngdon. Areakvot: x, ca 8.3%;
Cl ' ca 12.5%.
/9 A
F'IG 3.8.2:3
torsions-styva vingdon. Areakvot: x, ca 10.8%;
0 , ca 16.2%.
I
·-
''.Jägra försök utfördes med väntetid. Hållf2sthetskvoten blev di i allmänhet högre, vid väntetider oå 17 -' - 19 h inverkan areakvoten har på hållf2sthetens förändring under • väntetiden.
Av FIG
3.8.2:~-5
framgår medelvärdet för hållfasthetskvotenTf/T , för varje vingdonstyp, som funktion av areakvot
res-0
pektive perirneterkvot. Vid försök med vingdan med samma bladantal ökar den utvärderade hållfastheten me1 minskad area- respektive perimeterkvot. Vid försök med vin~don med sarnrr1a area- eller perimeterkvot ökar h2.llfastheten med ökat bladantal, vilket kan bero på att i~verkan av progressivt sambandet erfordras att försöksserien kompletteras med ving-don med några ytterligare värden på areakvot respektive
peri-~eterkvot. Om man antar att det rätlinjiga sambandet gäller vingdon med areakvot respektive perimeterkvot lika med och mindre än de använda och extrapolerar den r8ta linjen t i l l s1'cärning med vertikalaxeln, erhiHls det värde på
hållfast·-hetskvoten som gt!ller för areakvoten = 0. Detta vEirde lig1;er
25 A 30%
högre än vid rutinförsök. ~enna skillnad är ungefär dubbelt så stor so• den LA ROCHELLE, ROY och TAVENAS (1973) erhöll vid försök på två olika platser i Canada med 4-bladiga vin~don med olika perimeterkvot, se avsnitt3.8.1.
Enbi-dragande orska härtill kan vara att perimeterkvoten för deras vingdan varierade mellan
4.3 - 12.6%,
vilket är betydligt hBgre än för de vingdan som användes i Skå Edeby. Som fran-hållits i3.8.1
antydde deras resultat att sa• bandet mellan hållfasthet (eller hållfasthetskvot) och perimeterkvot böjer av uppåt vid rägre värden på perirneterkvoten. Om detta är rHctigt och försök hade utförts med vingdan med sarrnna värde på perimeterkvoten som vid försöken i Skå Sdeby hade det extrapolerade vä~det på hållfasthetskvoten blivit högre än- ,__
.
aev angivna.
FIG 3.8.2:4 Areakvotens inverkan håll tl1ets-kvoten TIT . Antal vin~donsblad:o,
3;
0
4 . r'
x, , 1 1 8 , 0 ,
1,3
0 1,2 _____ . _ _ _ , l - - - + - - - ~ - - - 1
t---' '---..
.~
i-
1,1
0
>
~
LL.
_j
_j 1,0 & 1
-<><t:
I
1 2
3 4PERIMETERKVOT
1%
FIG
3,8.2:5
Perimeterkvotens inverkan hållfasthetskvoten.,z' TflT •An-0
tal vingdonsblad: o,
3;
x,4;
0 ' 6.
3.8.3
SlutsatserF5rsöken i Skå Edeby visar att hållfastheten 5kar med minskad areakvot resp perimeterkvot rar vingdan med samma bladantal. Vid försak med vingdan med samma area- resp peri~eterkvot 5kar h&llfastheten 0ed ökat bladantal.
3. 9 Torsionsstyvhet hos vingdon med samna bladant2.l
3,9.1
AllmäntOm ett vingdons torsionsstyvhet inte är tillfyllest inne-bär detta att under ett försök vingdonets övre del hela tiden har roterat en större vinkel än dess undre. Skill-naden i rotationsvinkel ökar med ökat moment och minskad torsionsstyvhet. Torsionen i vingdonet medför ett pro-gressivt brott. Brott inträffar tidigare i brottcylin-derns övre horisontella ändyta än i dess nedre. Utmed mantelytan startar brottet i den övre delen för att successivt fortskrida nedåt. Den htllfasthet som utvär-deras blir lägre än den verkliga. Detta torde särskilt gälla för leror med s k sprött brott, difr sambandet mellan spänning och deformation uppvisar ett tydligt raaximivärde. För jord meds k segt brott, där spänningen
omkring brott inte ändras nämnvärt ced defcrmationen, har vingdcnets torsionsstyvhet ingen nämnvärd inverkan pa 0
utvärderad hållfasthet.
3.9.2 Försök i Skå Edeby
I provyta I har försök utförts med specialvingborr med två olika 3-bladiga vingdon och två olika 6-bladiga vingdon, där de med samma bladantal hade ungefär samma area- och perimeterkvot, men olika torsionsstyvhet. Detta
V
gör det möjligt att studera vilken inverkan enbart tor-sionsstyvheten har på resultaten. Ett 3-bladigt och ett 6-bladigt vingdon var uppbyggt på samma sätt som insti-tutets standardvingdon, dvs saknade genomgående vingdons-axel. De andra vingdonen var försedda med genomgående vingdoEsaxel (0 = 12 mm) och en bladtjocklek som minskade från 1.2 rnm vid axeln t i l l 0.8 mm vid periferin. Försöken utfördes utan väntetid och med normal rotationshastighet,
/0/ . o min.
?örsöken ~ed de två 3-bladiga vingdonen gav 1 stort sett
~edan rotationsvinkeln vid brott, för det torsionssty-vare 3-bladiga vingdonet, från
.
5 m djup och ner t i l l 12 m djup endast uppgick t i l l ca 2°, ökade motsvarande vinkel vid försök med det andra 3-bladiga vingdonet mel-lan samma djup frän ca3.5°
t i l l ca6°.
Mellan de6-bladiga vingdonen var skillnaden i rotaticnsvinkel vid brott betydligt mindre. För det torsionsstyvare
ving-0
Skjuvhållfasthetens restvärde var, vid.försök med det torsionsstyvare 3-bladiga vingdonet, 10-20% lägre än vid försök med det andra vingdo~et med samma bladantal. Skill-naden i restvärde var vid f5rsök med de två 6-bladiga vingdonen mindre, men även här gav i allmänhet försök med det torsionsstyvare vingdonet lägst värde pä resthållfast-heten.
I provyta II har försök utförts med specialvingborr med två 4-bladiga vingdon, dels institutets standardvingdon, Ex: D:: 130 x
65
mm, och dels ett vingdan med samma ytter-mått men med genomgå.ende vingdonsaxel (0:: 12 mm). Ving-donen har ungefär samma area- och perimeterkvot, men olikatorsionsstyvhet, varför en jämförelse mellan result2.ten sar torsionsstyvhetens inverkan. Försöken gav
i
stort sett samma hållfasthet, ~öjligen förelåg på större djup en svag tendens t i l l något lägre värden vid försök med sta.Ddardvingdonet. Detta överensstemmer med resultaten från de tidigare beksrivna försöken med 3-bladiga ving-don i provytaI.
Rotationsvinkeln vid brott vid försöken med de 4-bladiga vingdonen framgir av FIG 3.9.2:1. Vid försöki
den glaciala leran var rotationsvinkeln klart mindre när försöken utfördes med det torsionsstyvare vingdonet.3.9.3 Försök i Upplands Väsby
Försök har utförts med specialvingborr, r.1ed dels insti-tutets 3tandardvingdon, H x D = 130 x 65 mm, och dels ett 4-bladigt torsionsstyvare vingdon, med samma ytter-m[tt filen raed genomgående vingdons2,xel (0 = 12 rrnn). Re-sultaten tyder på en något högre hållfasthet och e~
klart lägre rotationsvinkel vid brott, vid försök med det torsionsstyvare vingdonet. Medan vinkeln vid brott, för standardvingdonet mellan djupen
2.q
och 10.5 m,Försök har här utförts med institutets standardvingborr, r,ied dels standardvingdonet, H x D = 130 x 65 mm, och dels ett torsionsstyvare 4-bladigt vingdon, med genomgående vingdonsaxel (0 = 12 mm). Försöken med det senare ving-donet har i allmänhet givit något högre värden på den ut-värdera.de skjuvhållfastheten.