DIN 18135-2012 Soil - Investigation and testing - Oedometer consolidation test《土壤 调查和试验 膨胀剂固结试验》.pdf

1、April 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 16DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 93.020!$y)“1866106www.din.deDDIN 18135Baugrund

2、Untersuchung von Bodenproben Eindimensionaler KompressionsversuchSoil Investigation and testing Oedometer consolidation testSol Reconnaissance et essais Essai de consolidation loedometreAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 40 SeitenDIN 18135:2012-04

3、 2 Inhalt Seite Vorwort . 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe und Symbole . 6 3.1 Begriffe 6 3.2 Symbole . 19 4 Bezeichnung 19 5 Gerte . 19 5.1 Belastungsvorrichtung 19 5.2 Kompressionsgert 20 5.2.1 Allgemeines . 20 5.2.2 Ring 21 5.2.3 Filterplatten und Kopfplatte . 22 5.

4、2.4 Filtrierpapier 22 5.2.5 Messgerte 22 5.2.6 Hilfsgerte und Werkzeuge 23 6 Probekrper . 23 6.1 Anforderungen 23 6.2 Zuschneiden der Probekrper . 23 6.2.1 Zuschneiden eines Probekrpers aus einem Entnahmezylinder 23 6.2.2 Zuschneiden des Probekrpers aus einer blockfrmigen Bodenprobe . 24 6.3 Schutz

5、vor nderung des Wassergehalts 24 6.4 Messungen am Probekrper . 24 7 Kalibrierung . 24 8 Durchfhrung 24 8.1 Standort der Versuchseinrichtung 24 8.2 Vorbereitung der Filterplatten . 25 8.3 Einbau in das Kompressionsgert 25 8.4 Belastung . 25 8.5 Wasserzugabe . 26 8.6 Untersuchung des Quellverhaltens 2

6、6 8.7 Untersuchung des Zeit-Zusammendrckungs-Verhaltens 26 8.8 Probenausbau nach Abschluss des Versuchs 27 9 Versuchsauswertung . 27 9.1 Darstellung der Versuchsergebnisse . 27 9.1.1 Angaben zur Probe und zum Versuchsablauf . 27 9.1.2 Druck-Zusammendrckungs-Diagramm 28 9.1.3 Zeit-Zusammendrckungs-Di

7、agramm 28 9.2 Ermittlung von Kennwerten . 29 9.2.1 Aus dem Druck-Zusammendrckungs-Diagramm 29 9.2.2 Aus dem Zeit-Zusammendrckungs-Diagramm 29 10 Anwendungsbeispiel 30 10.1 Versuchsbezeichnung 30 10.2 Angaben zur Probe und zum Versuchsablauf . 30 10.3 Versuchsergebnisse . 31 Literaturhinweise . 40 DI

8、N 18135:2012-04 3 Bild 1 Darstellungsweisen der Zusammendrckung . 7 Bild 2 Zeitlicher Verlauf der Zusammendrckung bei einer Laststufe . 9 Bild 3 Ermittlung des Steifemoduls . 13 Bild 4 Ermittlung von Verformungsbeiwerten im Druck (log ) - Porenzahl (e) Diagramm . 14 Bild 5 Porenwasserberdruckverteil

9、ung in einer beidseitig entwssernden Bodenprobe zu einer beliebigen Zeit t t100(u = u(t,z) fr einen ber die Probenhhe konstanten Porenwasserberdruck zur Zeit t=0 (u0= u(0, z) als Anfangsbedingung . 17 Bild 6 Zusammenhang zwischen Zeitfaktor Tvund Konsolidationsgrad U(t) fr einen ber die Probenhhe ko

10、nstanten Porenwasserberdruck als Anfangsbedingung 19 Bild 7 Kompressionsgert (schematisch) . 21 Bild 8 Beispiel: Druck-Zusammendrckungs- und Druck-Porenzahl-Kurve . 31 Bild 9 Beispiel: Druck-Porenzahl-Linie in halblogarithmischer Darstellung . 34 Bild 10 Beispiel: Steifemoduln (aus Tangente) in Abhn

11、gigkeit von der Spannung . 35 Bild 11 Zeit-Zusammendrckungs-Kurven in log. Mastab 38 Bild 12 Zeit-Zusammendrckungs-Kurven im Wurzel-Mastab . 39 Tabelle 1 Zeitfaktoren fr eindimensionale Konsolidation 18 Tabelle 2 Mindestwerte der Durchlssigkeit von Filterplatten fr verschiedene Bden . 22 Tabelle 3 B

12、eispiel: Druck-Zusammendrckungs-Verhalten 32 Tabelle 4 Beispiel: Bestimmung der Steifemoduln 32 Tabelle 5 Beispiel: Zeit-Zusammendrckungs-Verhalten 36 Tabelle 6 Beispiel: Auswertung des Zeit-Zusammendrckungs-Verhaltens 36 DIN 18135:2012-04 4 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 005-05-03

13、 AA Baugrund; Laborversuche“ des Normenaus-schusses Bauwesen (NABau) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle

14、diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 18135:2012-04 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt im Erd- und Grundbau. Diese Norm legt einen Versuch fest, um die Gre und den zeitlichen Verlauf der Zusammendrckung von Bden bei Verhinderung von seitlichen Verformungen unter stufenweiser Lastnder

15、ung und Entwsserung nur in axialer Richtung zu untersuchen. Diese Norm dient dazu, das Schwellverhalten von Bden unter den genannten Randbedingungen zu untersuchen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisun

16、gen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 18121-1, Untersuchung von Bodenproben Wassergehalt Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung DIN 18124, Baugrund, Untersuchung von Bod

17、enproben Bestimmung der Korndichte Kapillarpyknometer, Weithalspyknometer, Gaspyknometer DIN 18125-1, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Dichte des Bodens Teil 1: Laborversuche DIN 18136, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Einaxialer Druckversuch DIN 18137-1, Baugrund, Untersu

18、chung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit Teil 1: Begriffe und grundstzliche Versuchsbedingungen DIN 18137-2, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit Teil 2: Triaxialversuch DIN 18196, Erd- und Grundbau Bodenklassifikation fr bautechnische Zwecke DIN 53135, F

19、iltrierpapiere fr chemische Analysen Einteilung, Bezeichnung, Haupteigenschaften, Prfverfahren DIN EN 1997-2, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN EN 10002-3, Metallische Werkstoffe Zugversuch Teil 3: Kalibrierung der Kr

20、aftmessgerte fr die Prfung von Prfmaschinen mit einachsiger Beanspruchung DIN EN ISO 376, Metallische Werkstoffe Kalibrierung der Kraftmessgerte fr die Prfung von Prfmaschinen mit einachsiger Beanspruchung DIN EN ISO 14688-1, Geotechnische Erkundung und Untersuchung Benennung, Beschreibung und Klass

21、ifizierung von Boden Teil 1: Benennung und Beschreibung VDI/VDE/DKD 2638, Kenngren fr Kraftaufnehmer Begriffe DIN 18135:2012-04 6 3 Begriffe und Symbole Fr die Anwendung dieser Norm gelten die Begriffe nach DIN 18137-1 und die folgenden Begriffe und Symbole. 3.1 Begriffe 3.1.1 eindimensionaler Kompr

22、essionsversuch (en: oedometer test) Versuch zur Ermittlung von Verformungen bei Belastung und Entlastung einer zylindrischen Probe in Richtung ihrer Achse, wobei radiale Verformungen durch einen Ring verhindert werden 3.1.2 Primrkonsolidation (en: primary consolidation) Verringerung des Porenvolumen

23、s infolge Erhhung der effektiven Spannungen, wobei die damit einher-gehende Porenwasserstrmung durch Widerstnde im Korngerst zeitlich verzgert wird ANMERKUNG Die Primrkonsolidation wird allgemein auch Konsolidation genannt (siehe DIN 18137-1); der Vorgang der Primrkonsolidation wassergesttigter Bden

24、 kann mit hinreichender Annherung durch die Konsolidationstheorie von Terzaghi beschrieben werden. 3.1.3 Sekundrkonsolidation (auch Kriechen) (en: secondary consolidation) Volumennderung bei gleichbleibender effektiver Spannung ANMERKUNG Die Sekundrkonsolidation wird im Versuch nach der Primrkonsoli

25、dation beobachtet. 3.1.4 Zusammendrckung (en: compression) s durch die axiale Belastung seit Beginn des Versuchs hervorgerufene nderung der Probenhhe ANMERKUNG 1 hhs =0(1) Dabei ist h0die Anfangsprobenhhe; h die Hhe der Probe. Am Ende der i-ten Laststufe ist: ihh = und i0ihhs = (2) ANMERKUNG 2 Wird

26、die Probe bndig in Hhe Oberkante dometerring abgeglichen, kann fr h0die Hhe des dometerrings eingesetzt werden. DIN 18135:2012-04 7 ANMERKUNG 3 Die Zusammendrckung bei einer Laststufe ist: i1iihhs =(3) ANMERKUNG 4 Zwischen der Zusammendrckung und den nderungen der Porenzahl e und des Porenanteils n

27、gelten die Zusammenhnge nach Bild 1. a) als Hhennderung dargestellt durch h0, h, s, s b) als Porenzahlnderung dargestellt durch e0, e, e c) als nderung des Porenanteils dargestellt durch n0, n, n Bild 1 Darstellungsweisen der Zusammendrckung Zur Berechnung von Porenanteil n und Porenzahl e siehe DIN

28、 18125-1. Es werden die Volumenanteile der festen, flssigen und gasfrmigen Bestandteile des Bodens zahlenmig beschrieben (Phasenzusammensetzung). hsist die theoretische Hhe des Feststoffanteils in der Probe. Es gilt: 0000s)1(1hnehh =+= (4) 3.1.5 bezogene Zusammendrckung s auf die Anfangshhe h0bezoge

29、ne Zusammendrckung s der Probe ANMERKUNG 1 0hss = (5) nach der i-ten Laststufe gilt analog 0iihss = (6) ANMERKUNG 2 Die bezogene Zusammendrckung s wird in DIN 18136 und in DIN 18137-2 mit bezeichnet. 3.1.6 axiale Dehnung (en: axial strain) auf die momentane Hhe h bezogene nderung dh der Probenhhe DI

30、N 18135:2012-04 8 ANMERKUNG 1 11 sdsedehdhd=+= (7) ( )1ln11lnlnii0i0iseehh=+= (8) ANMERKUNG 2 Gleichung (8) folgt aus Gleichung (7) durch Integration. ANMERKUNG 3 Mit den Gleichungen (7) und (8) werden Stauchungen als positiv definiert. 3.1.7 Schwellen (en: swelling) Zunahme der Probenhhe, verursach

31、t durch Abnahme der effektiven Spannung 3.1.8 Quellen (en: swelling) Zunahme der Probenhhe durch Wasseraufnahme in die Mineralstruktur ANMERKUNG 1 Ursache knnen Wassereinlagerungen in die Tonminerale (Ton-Quellen) oder chemische Vorgnge, z. B. Anhydritquellen, sein. ANMERKUNG 2 Schwellen und Quellen

32、 lassen sich nicht getrennt messen, wenn eine Entlastung der Probe unmittelbar vor dem Beginn des Quellvorgangs stattgefunden hat. In diesem Fall werden Schwellen und Quellen nur summarisch erfasst. 3.1.9 Sackung (en: collapse) pltzliche Abnahme der Hhe einer Probe ohne nderung der ueren Belastung A

33、NMERKUNG Ursache fr Sackungen kann z. B. der Wasserzutritt bei teilgesttigten Bden oder eine Erschtterung bei locker gelagerten, nichtbindigen Bden sein. 3.1.10 Anfangszusammendrckung (en: initial compression) s0Teil der Zusammendrckung s bei einer Laststufe, der unmittelbar mit der Lastaufbringung

34、eintritt ANMERKUNG Siehe Bild 2. DIN 18135:2012-04 9 a) Zeitachse im logarithmischen Mastab b) Zeitachse im Quadratwurzel Mastab Legende 1 Anfangszusammendrckung s02 Primrzusammendrckung s1003 Sekundrzusammendrckung s4 Wendetangente im Bereich der Primrkonsolidation 5 Tangente an den linearen oder l

35、inearisierten Abschnitt im Bereich der Sekundrkonsolidation 6 Tangente an den linearen oder linearisierten Kurventeil im Bereich U 50 % der Primrkonsolidation 7 e zur Ermittlung des Kriechbeiwertes C , wenn die Zusammendrckung durch die Porenzahl dargestellt wird 8 log t zur Ermittlung des Kriechbei

36、wertes C9 die nach 4-facher Zeit (4t1) verdoppelte Zusammendrckung (2y) Bild 2 Zeitlicher Verlauf der Zusammendrckung bei einer Laststufe Zur Abgrenzung zwischen Anfangs- und Primrzusammendrckung wird die nach der Konsolidationstheorie angenherte parabelfrmige Zeit-Zusammendrckungs-Linie whrend der

37、ersten Hlfte der Primrkon-solidation benutzt. Bei einer 4-fachen Konsolidationszeit verdoppelt sich die Primrzusammendrckung (siehe Bild 2 a). Bei Auftragung der Zeit im Wurzelmastab und der Zusammendrckung im linearen Mastab ver-luft die Zeit-Zusammendrckungs-Linie anfnglich annhernd geradlinig (si

38、ehe Bild 2 b). Die beiden in DIN 18135:2012-04 10 Bild 2 dargestellten Auswertungen knnen zu unterschiedlichen Ergebnissen bei der Abgrenzung der Anfangs-, Primr- und Sekundrsetzung fhren. Mit der Auftragung der Zeit im Wurzelmastab nach Bild 2 b) lsst sich das Ende der Primrkonsolidationszeit whren

39、d des Versuchs bestimmen. Die Anfangszusammendrckung s0wird u. a. durch gerte- oder versuchsbedingte Einflsse verursacht, z. B. durch Anpassung der Probenoberflche an die Filtersteine, Anpassung der Probe an den Ring oder die Verformung des Gerts. Bei Teilsttigung kann ein Teil der Anfangszusammendr

40、ckung auch durch die Kompression der Luft im Porenraum entstehen. 3.1.11 Primrzusammendrckung (en: primary compression) s100Teil der Zusammendrckung s bei einer Laststufe, der durch die Primrkonsolidation hervorgerufen wird ANMERKUNG Die dabei verstreichende Zeit wird mit t100bezeichnet (siehe Bild

41、2). 3.1.12 Sekundrzusammendrckung (en: secondary compression) sTeil der Zusammendrckung s bei einer Laststufe, der durch die Sekundrkonsolidation hervorgerufen wird ANMERKUNG Siehe Bild 2. 3.1.13 Axialspannung (en: axial stress) auf den Probenquerschnitt A bezogene mittige und axial wirkende Druckkr

42、aft F ANMERKUNG 1 AF= (9) ANMERKUNG 2 Mit Gleichung (9) werden Druckspannungen als positiv definiert. 3.1.14 effektive Axialspannung (auch wirksame Spannung) (en: effective axial stress) Axialspannung vermindert um den Porenwasserdruck u bei einem wassergesttigten Boden ANMERKUNG 1 u= (10) DIN 18135

43、:2012-04 11 uuu +=0(11) Dabei ist u der Porenwasserberdruck; u0der hydrostatische Druck. ANMERKUNG 2 Bei der Auswertung von Versuchen in Gerten mit offenem Porenwassersystem, wie bei dem in dieser Norm beschriebenen Gert, wird u0= 0 gesetzt. ANMERKUNG 3 Beim eindimensionalen Kompressionsversuch wird

44、 als Axialspannung ausschlielich Druck auf-gebracht. Im Folgenden wird deshalb in der Regel der Begriff Druck verwendet. 3.1.15 Quelldruck (en: swell(ing) pressure) s axiale Spannung, die ein Probekrper im Kompressionsgert durch Wasserzutritt bei verhinderter axialer Dehnung entwickelt 3.1.16 effekt

45、iver berlagerungsdruck (en: effective overburden pressure) vowirksame lotrechte Spannung, der die Bodenprobe vor ihrer Entnahme in situ ausgesetzt war ANMERKUNG wwiivo hh =(12) Dabei ist idie Wichte der Schicht i; hidie Hhe der Schicht i; hwdie Hhe des Wasserspiegels ber der Probe. 3.1.17 Vorkonsoli

46、dationsspannung (en: preconsolidation pressure) paus der Auswertung des eindimensionalen Kompressionsversuchs gewonnene Spannung, die den Bereich geringerer Zusammendrckbarkeit nach oben begrenzt ANMERKUNG 1 pist in der halblogarithmischen Darstellung der Druck-Porenzahl-Linie die wirksame Vertikals

47、pannung am bergang des flachen Wiederbelastungsasts zum steileren Erstbelastungsast. Die Vorkonsolidationsspannung ent-spricht ungefhr der grten effektiven Konsolidationsspannung max nach DIN 18137-1. ANMERKUNG 2 pwird durch die Sekundrkonsolidation (Alterung) vergrert. ANMERKUNG 3 Bei manchen Bden

48、kann dieser Knick unabhngig vom Vorbelastungszustand durch Verkittungseffekte (en: cementation) bedingt sein. Dabei kennzeichnet der Knick einen Strukturzusammenbruch. Die zugehrige Spannung wird scheinbare Vorkonsolidationsspannung (en: apparent preconsolidation pressure) genannt. DIN 18135:2012-04 12 3.1.18 Steifemodul (en: oedometer modulus) EsVerformungsmodul bei eindimensionaler Zusammendrckung, ermittelt fr eine bestimmte Spannung aus der Tangente oder fr ein bestimmtes