Transcript Sjursen – Spesialforsøk

Prøvetaking -
fra valg av
utstyr til vurdering av prøvekvalitet
Prøving i laboratoriet –
spesialforsøk
21 Mai
Prøving i Laboratoriet - spesialforsøk
1. Innledning
2. Ødometerforsøk
3. Treaksialforsøk
4. Direkteskjærforsøk
5. Skjærbølgehastighetsmåling med Bender Elements
6. Prøveforstyrrelsers innvirkning på resultater fra avanserte tester
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Hvorfor kjører vi ødometerforsøk?
For å finne jordas deformasjonsegenskaper
Følgende parameter kan vi få fra et ødometerforsøk
• prekonsolideringspenningen, pc’  spenningshistorien til
jorda
• Spenningsmodulen, M  For å kalkulere setninger
• Konsolideringskoeffisienten, cv  for å finne hvor fort
setningene kommer.
• Permeabilitetskoeffisienten, k Hvor permeabel er jorda
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Eksempel fra et CRS-forsøk
pc’
Prekonsolidering
spenningen
Effective vertical stress, v’
vs axial strain, v
Coefficient of
permeability, k, vs axial
strain, v
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Spenningsmodul, M, MPa
Modul mot dybde
Kan bli brukt for beregning av
langtidssetninger for en struktur
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Metoder og utstyr
Typisk ødometerring har et areal på
20cm2 (diameter 50mm) eller 35cm2
(diameter 67mm)
20cm2 passer til prøver fra 54mm
sylindre
35cm2 passer til 72mm eller 75mm
sylindre
Vanlig høyde på ringen er 20mm.
For planlegging: ca 5cm av en sylinder
er nok materialet til et ødometerforsøk.
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Metoder og utstyr
Innbyggingsutstyr og selve
innbyggingen
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Metoder og utstyr
Ferdig montert
prøve i
ødometercelle
Prøving i Laboratoriet – Ødometerforsøk
Metoder og utstyr
•
Trinnvis ødometer (IL-ødometer)
Spenninger, eller lasten på forsøket, påføres i
trinn. Det betyr at lasten holdes konstant i et gitt
tidsrom kalt trinntid. Blir mer og mer brukt igjen.
•
Kontinuerlig ødometerforsøk
Kontinuerlig lastpåføring, mens last, poretrykk og
deformasjon registreres.
To forskjellig styringer er vanlig CRS eller CPR. CRS
prøven trykkes sammen ved en lav konstant hastighet,
CPR reguleres hastigheten slik at forholdet mellom
poretrykk og totalspenningene holdes konstant
Prøving i Laboratoriet – Treaksialforsøk
Hvorfor kjører vi treaksialforsøk?
•
For å finne jordas styrkeparametre.
•
Forsøket kan kjøres på uendelig mange forskjellige måter
Udrenert / drenert / syklisk osv.
Jeg vil bare ta for meg to typer treaksialtest. De to vanligste typene
av tester vi kjører både offshore og onshore (CAUA og CAUP)
Tester for å finne nødvendige parametere
for kapasitet av et sugeanker
F
20
18
16
14
CAUa
12
CAUp
10
8
6
Bruddfigur
2
Shear stress,  = (a-r)/2 kPa
10
4
0
-10
-20
-30
-40
-20
40
30
20
10
0
0
4
8
12
Axial strain, a, %
16
20
DSS
50
Shear stress,  = (a-r)/2 kPa
Shear stress,  = (a-r)/2 kPa
50
40
30
20
10
0
0
4
8
Shear strain, a, %
12
16
-16
-12
-8
Axial strain, a, %
-4
0
Prøving i Laboratoriet – Treaksialforsøk
Metoder og utstyr
Prøven (som er to ganger høyere enn sin diameter) blir bygget inn i en membran og
satt i en vannfylt celle.
Prøven settes så tilbake til spenningstilstanden den hadde in situ.
Etter konsolidering skjæres prøven til brudd enten aktivt eller passivt. Det vanlige er
å kjøre til brudd udrenert.
De vanligste forsøkene vi kjører er:
•
•
CAUA - anisotropt konsolidert aktiv udrenert skjæring.
CAUP - anisotropt konsolidert passiv udrenert skjæring.
Aktivt betyr at vertikallasten økes (horisontalt holdes konstant).
Passivt betyr vertikallasten minskes (horisontallasten holdes konstant).
Med dagens utstyr kan en selvfølgelig heller holde vertikallasten konstant, mens
horisontal lasten økes eller minskes (men det krever noe mer styring av et forøk).
Prøving i Laboratoriet – Treaksialforsøk
Metoder og utstyr
Montering av membran
Prøving i Laboratoriet – Treaksialforsøk
Metoder og utstyr
Prøven ferdig montert før den settes inn i
cellen
Treaksialtest CAUA
Udrenert
skjærstyrke
Shear stress
Shear stress,  = (a-r)/2 kPa
50
40
30
20
10
0
0
4
8
12
Axial
Strain

Axial strain, a, %
16
20
Treaksialtest CAUP
Shear stress,  = (a-r)/2 kPa
10
0
-10
-20
-30
-40
-20
-16
-12
-8
Axial strain, a, %
-4
0
Prøving i Laboratoriet – Direkte simpel
skjærforsøk (DSS)
Metoder og utstyr
Prøven er generelt lik en ødometertest. Men der en ødometertest bygges inn i en
stålring, bygges DSS-forsøket inn i en ståltrådforsterket membran.
Prøven settes så tilbake til spenningstilstanden den hadde in situ. For å sikre at
prøven spenner ut mot membranen blir ofte disse testene først lastet opp mot p’c
før den lastes tilbake til in situ effektiv vertiaklspenning (p0’).
Etter konsolidering kjøres prøven til brudd ved en horisontal forskyvning ved
konstant volum.
Det kreves igjen ca 5 cm uforstyrret materialet for å få nok materialet. Testen tar i
snitt tre dager.
Prøving i Laboratoriet – Direkte simpel
skjærforsøk (DSS)
Metoder og utstyr
Montering av DSS prøve
Prøving i Laboratoriet – Direkte simpel
skjærforsøk (DSS)
Metoder og utstyr
Ferdig montert
Direkte simpel skjær (DSS) test
Sample
Shear stress,  = (a-r)/2 kPa
50
Konsolidere prøven til in situ spenninger for så å
teste horisontal kapasiteten.
40
30
20
10
0
0
4
8
Shear strain, a, %
12
16
Resultater fra en serie av CAUA, CAUP og DSS tester
Det lages tre forskjellige skjærstyrkeprofiler
0
Triaxial
Extension
DSS
Triaxial
Compression
Depth,m
4
8
su,CAUp
12
Triaxial
ExtensionDSS
su,DSS
16
su,CAUp
20
0
10
20
30
Undrained shear strength, su, kPa
40
Bender element testing
Testen blir gjort for å finne skjærmodulen Gmax.
Resultater kan også brukes i sammenheng med in
situ tester.
Forskning har vist at Bender Element testing også
kan kvantifisere prøveforstyrrelse.
Kan kun henvise forskning utført av: Melissa
Landon, Don Degroot and Thomas Sheahan
Bender element testing
Testen utføres ved at det genereres en bølge
som sendes gjennom prøven. En sensor tar i
mot signalet. Tiden det tar registreres og
hastigheten kan beregnes.
Måling av Vvh –
Bender Elements
Courtesy of Prof. D.DeGroot, UMass
Prøveforstyrrelser
• Hva er det for noe?
• Hvor viktig er det?
• Kan vi kvantifisere det?
• Kan vi gjøre noe?
Resultater fra FOU på NGI de siste 15 år
Hva er prøveforstyrrelse?
Delvis eller fullstendig ødeleggelse av en prøves struktur (fortrinnsvis
leire)
• Graden av prøveforstyrrelse avhenger av flere ting:
• Jordens egenskaper (sensitiviteten, OCR, mineralogien og lignende.)
• Noen leirer er mye mer følsom for prøveforstyrrelse
•Prøvetakerutstyret
• tykkelse på sylinderen
• kuttekniv vinkel
• friksjon på innsiden av sylinderen
• Spennings avlastning
Eksempler på prøveforstyrelse
Resultater fra CRS
ødometertest
Lierstranda-leire 12,3 m
dybde
Onsøyleire
Prekonsolidering
spenningen,pc’,
Pc’
Resultater fra
blokk og
54mm
prøvetaker
Resultater fra skjæringen i CAUA tester
Udrenert skjærstyrke, su
Lierstranda
leire fra 6.1m
dybde
Onsøyleire
Resultater fra
CAUA tester
Block
samples
54 mm
samples
Klassisk eksempel fra Troll feltet i Nordsjøen
God prøve med
intakt struktur
Totalt ødelagt
struktur
Resultat CRSC ødometer test
Metoder for å identifisere prøveforstyrrelse
Visuell beskrivelse
Enaksialt trykkforsøk
X-ray
Ødometertesting
Treaksialtesting
Bender element testing (skjærbølgehastigheten)