Grovkorniga jordars mekaniska egenskaper
laboratorietester med storskalig skjuvapparat
Inom geotekniken har under en lång tid fokus legat på finkorniga jordar och deras mekaniska egenskaper. Orsaken har inte bara varit att finkorniga jordar representerar svårigheter vid byggande, till exempel i form av sättningar och tjälskador, utan också för att det inte funnits möjligheter att göra laboratorieförsök på material av grövre fraktioner på grund av laboratorieutrustningens ringa storlek. Metodiken vid laboratorieförsök av blandjordar har varit att plocka bort grövre fraktioner och enbart testa jordens finare fraktioner. Den vanliga metodiken med att enbart testa jordens finare fraktioner fungerar i regel. Men ju mindre finmaterial som finns i det undersökta materialet desto mer kan metodiken ifrågasättas. För att undvika denna problematik och testa hela materialen oavsett fraktionsindelning behövs storskaliga skjuvapparater. En stor skjuvapparat har tidigare tagits fram vid LTU för studier av bland annat gummiklipps mekaniska egenskaper. I detta examensarbete användes den storskaliga skjuvapparaten för att undersöka de mekaniska egenskaperna hos tre grovkorniga material. Materialen var en singelballast 16-32mm, ett krossmaterial från LKAB 0- 30mm, samt en blandjord (morän) 0-150mm från E.ON:s damm i Edensforsen. Materialens egenskaper bestämdes och den storskaliga skjuvapparaten utvärderades utifrån testerna. Skjuvapparaten är en direkt skjuvapparat som skalats upp. Provdiametern är hela 64cm vilket möjliggör studier grovkorniga material med partiklar upp till cirka 200mm. Små förbättringar av försöksuppställningen har genomförts under studiens gång och dessa redovisas. Ett antal tänkbara förbättringar för att minska ledtider och effektivisera försöksförfarandet inför framtida studier presenteras dessutom. Materialegenskaperna har utvärderats med stöd av Mohr-Coulombs brotteori, vilken beskrivs i teorikapitlet. Utöver detta behandlas fenomenen dilatans och kontraktans samt låsningens, portalets, kornformens och kornstorleksfördelningens inverkan på skjuvhållfasthet. Dagens etablerade metoder för skjuvhållfasthetsbestämning samt ödometertestet beskrivs. Utifrån utförda kompressionstester på singelballasten och krossmaterialet utvärderades materialens kompressionsmodul, spänningsexponent och kompressionsmodultal. För singelballasten erhölls en spänningsexponent på 0,92 samt kompressionsmodultal i storleksordningen 178-294. De motsvarande värdena för krossmaterialet var 0,72 och 0,96 respektive 31-111 (m) för ej packat och 83-107 (m) för packat prov. För blandjorden utfördes inte något kompressionstest utan spänningsexponenten och ödometermodultalet utvärderades enbart teoretiskt med utgång från d50-värde och porositet. För det ej packade provet erhölls värden på 0,76 (beta) och 102 (m). För blandjordens packade prov erhölls ett beta på 0,76 och m i storleksordningen 102-103. De uppmätta värdena på friktionsvinkeln för de undersökta materialen var 28° för singelballasten, 21,4° för krossmaterialet från LKAB samt 23° respektive 24° för blandjorden från E.ON Edensforsen. Dessa värden är lägre än de som redovisas i litteraturen men inte orimligt låga. I litteraturen anges värden på friktionsvinklarna för liknande material till 30° och uppåt. De uppmätta resultaten visar antingen på ett metodproblem relaterat till skaleffekter eller på att litteraturen överskattat friktionsvinklarna för grovkorniga material. Spänningsintervallet har betydelse för friktionsvinkeln och detta kan vara en orsak till skillnaderna. I examensarbetet studerades jordarnas beteende under relativt höga normalspänningar, 50-500kPa. Jordmaterial har som regel lägre friktionsvinkel vid höga spänningar jämfört med vad som erhålls för låga och detta kan vara orsaken till de relativt låga värden som erhållits.