Samendrukkingsproef, IL en CRS
Met behulp van een samendrukkingsproef kunnen de ééndimensionale stijfheden, grensspanning en doorlatendheid of consolidatiecoëfficiënt worden bepaald. Om de ééndimensionale condities te garanderen wordt een stalen ring om een ongeroerd monster geschoven. Tijdens het uitvoeren van de proef zorgt de stalen ring voor de opsluiting van het monster, zodat tijdens de proef alleen verticale vervormingen optreden. Er worden hoge eisen gesteld aan de gladheid van de binnenzijde van de ring. Tijdens het samendrukken van het monster mag het monster geen wrijving van de ring ondervinden. Aan de boven- en onderzijde wordt een poreuze steen aangebracht. De poreuze stenen dienen goed met water verzadigd te zijn. Als er in de poreuze steen nog luchtbellen zitten zal dit het afstromen van water aanzienlijk vertragen en daarmee de metingen aanzienlijk beïnvloeden. Het geheel, monster, ring en poreuze stenen worden in een bakje met water gezet. Om uitdroging te voorkomen dient gedurende de proef het water boven de bovenste poreuze steen te staan. Tijdens het uitvoeren van de proef dient de temperatuur constant te zijn. De stijfheden, met name de kruipparameter en doorlatendheden zijn gevoelig voor temperatuur en schommelingen in temperatuur. In de ondergrond heerst over het algemeen een temperatuur van 10°C terwijl bij de meeste laboratoria de proeven onder kamertemperatuur worden uitgevoerd. NEN-EN-ISO 17892-5(), heeft omrekenfactoren om de consolidatiecoëfficiënt bepaald bij hogere temperaturen om te rekenen naar een waarde die hoort bij een lagere temperatuur. Figuur 3.7.8 toont een moderne opstelling voor het uitvoeren van een samendrukkingsproef.
[ link ]
Figuur 3.7.8, Opstelling samendrukkingsproeven, de opstelling kan zowel incremental loading, IL als constant rate of strain, CRS proeven uit voeren; bron: Deltares.
In de praktijk wordt voor proeven op klei en veen een hoogte van 19 of 20 mm aangehouden. De diameter is afhankelijk van de gebruikte boormethode waarmee het monster is gestoken. In de praktijk gebruikte waarden zijn 50 of 63 mm. De belasting wordt op het midden van het monster aangebracht. Er zijn op hoofdlijnen twee manieren waarop het monster tijdens de proef wordt belast:
- Stapsgewijze verhoging van de belasting, dit type proef wordt aangeduid met incremental loading proeven, IL.
- Constante verplaatsing, dit type proef wordt aangeduid met constant rate of strain, CRS proef
Beide typen proef worden hieronder nader toegelicht.
Incremental loading, IL proeven
Bij IL proeven wordt de belasting met een constant tijdsinterval verhoogd. Een tijdinterval van 24 uur is gebruikelijk waarbij de belasting telkens wordt verdubbeld. Het belastingsschema dient zodanig te zijn opgesteld dat uit de meetdata de stijfheidparameters van het voorbelast gedrag, het maagdelijk gedrag, de grensspanning, het kruipgedrag en de consolidatiecoëfficiënt of doorlatendheid kunnen worden bepaald. Op voorhand is de grensspanning niet bekend. De belasting van de eerste twee belastingtrappen zullen bij voorkeur kleiner zijn dan de terreinspanning en daarmee automatisch kleiner zijn dan de grensspanning. Bij het verder verhogen van de belasting wordt dan het maagdelijk gedrag gemeten.
Een monster van 20 mm hoog is over het algemeen in enkele uren uitgeconsolideerd. Het is gebruikelijk dat elke 24 uur een nieuwe belasting stap wordt aangebracht. In deze periode is de consolidatie en een deel van de seculaire samendrukking opgetreden. Dit dient overigens wel te worden gecontroleerd, voor heel slecht doorlatende klei kan het voorkomen dat een 20 mm hoog monster niet binnen 24 uur is uitgeconsolideerd. In dat geval dienen langere tijden tussen de verschillende belastingtrappen te worden aangehouden, bijvoorbeeld 48 uur.
Hoewel de monsters worden beschouwd als ongeroerde monsters zal monsterverstoring de resultaten beïnvloeden. Met name het samendrukkingsgedrag voor de grensspanning en de bepaling van de grensspanning zelf zullen door monsterverstoring worden beïnvloed. Het is dan ook gebruikelijk de stijfheden van het voorbelast gedrag te bepalen aan de hand van een ontlast – herbelast stap. De ontlast en herbelast stap dient ruim voorbij de grensspanning te worden uitgevoerd om te voorkomen dat het maagdelijk gedrag niet goed wordt gemeten. De belastingtrappen bij lage spanningen dienen nog steeds te worden uitgevoerd voor de bepaling van de grensspanning. Tot slot dient de grootte van de belastingtrappen aan te sluiten bij de belasting die in het ontwerp op het maaiveld wordt aangebracht. De uitvoering van een IL test is beschreven in NEN-EN-ISO 17892-5 ().
Constant Rate of Strain, CRS proef
Bij de Constant Rate of Strain test, CRS proef wordt een constante verplaatsingssnelheid opgelegd. Dit levert een continu spannings-rekdiagram op. Een typische reksnelheid dat in een dergelijke opstelling wordt gebruikt is 2×10-6 1/s. Dit houdt in dat een rek van ε = 0,5 wordt bereikt in bijna 3 dagen. Een CRS opstelling is verplaatsingsgestuurd, dit betekent dat belast,- ontlast,- en herbelast stappen eenvoudig zijn toe te passen. Het bepalen van de kruipterm is bij het uitvoeren van de CRS proef iets lastiger. Bij een klassieke oedometerproef blijft de belasting op het monster constant per belastingstap. De samendrukking die optreedt, na consolidatie, bij constante belasting is de kruip. Bij een vervormingsgestuurde proef echter is het lastig de belasting constant te houden. Als gevolg van de sturing zal altijd een fluctuatie in de actieve belasting aanwezig zijn. Voor het bepalen van de kruipterm kan in een CRS proef een relaxatiefase worden ingelast. Bij een relaxatiefase wordt de hoogte van het monster constant gehouden, reksnelheid = 0, en wordt de afname in de kracht gemeten die nodig is om de monsterhoogte constant te houden. Voor grondsoorten die gevoelig zijn voor kruip zal de afname sneller verlopen dan voor grondsoorten die minder gevoelig zijn voor kruip. Uit de gemeten afname volgt de waarde voor de kruipparameter. Er wordt niet verder ingegaan op de uitwerking van de meetdata van de CRS-proef.
Belangrijk is dat het monster in een stijve, gladde ring zit opgesloten. Vervolgens kan aan beide zijde van het monster de kracht op het monster worden gemeten, zodat bekend is hoe groot de bijdrage van de wrijving tussen het monster en de ring is. Daarnaast kan aan één zijde de waterspanning in het monster worden gemeten. De andere zijde is een vrij draineerde rand. Tot slot heeft de opstelling de mogelijkheid de verzadiging te verbeteren door het verhogen van de druk, dit is het aanbrengen van een back-pressure. De uitvoering van de CRS proef is beschreven in ASTM D4186().