Bezprzewodowy pomiar ciśnienia wody w porach gruntu w aparacie trójosiowego ściskania

• Autorzy: Witowski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.8521

Warianty tytułu

EN

Wireless measurement of water pressure in the soil pores in the triaxial compression apparatus

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aparat trójosiowego ściskania jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych w laboratoriach geotechnicznych urządzeń badawczych służących do określania parametrów charakteryzujących zachowanie się gruntów pod względem wytrzymałości i sztywności. Urządzenie to ma możliwość pomiaru szeregu kluczowych parametrów, wśród których zasadniczą rolę odgrywa pomiar siły osiowej, odkształcenia osiowego oraz ciśnienia wody porowej w gruncie. Wskazane w normie europejskiej (Eurokod 7) podejście w zakresie projektowania geotechnicznego i sprawdzania stanów granicznych wymaga korzystania z parametrów efektywnych. Tym samym ich oznaczanie w warunkach laboratoryjnych wymaga prawidłowej (w zakresie procedury nasycania) i poprawnej (w zakresie lokalizacji pomiaru) rejestracji ciśnienia wody w przestrzeni porowej gruntu w trakcie badania. Standardowo pomiar tego ostatniego parametru wykonywany jest w dolnej części próbki lub w bardziej zaawansowanej formie, w połowie wysokości próbki. To drugie podejście jest bardziej miarodajne, ale wprowadza jednak wymóg przerwania ciągłości membrany otaczającej próbkę gruntu, co może prowadzić do niekontrolowanej penetracji wody z komory do wnętrza próbki. Rozwiązaniem tej niedogodności było opracowanie autorskiego projektu czujnika objętego postępowaniem patentowym. Zapewnienie pomiaru bezpośredniego na próbce przy jednoczesnym uniknięciu potencjalnej nieszczelności było możliwe poprzez zastosowanie nowatorskiego czujnika, który mierzy ciśnienie wody w porach gruntu i w sposób bezprzewodowy przesyła wyniki na zewnątrz komory. W artykule przedstawiono opis tego rozwiązania oraz sposób integracji nowego czujnika z rejestratorem i pozostałymi komponentami zestawu aparatu „trójosiowego” ściskania. Skuteczność zaproponowanego rozwiązania wykazano poprzez przeprowadzenie pełnej kalibracji wyników uzyskiwanych z czujnika. Uzyskane wyniki wykazały skuteczności zastosowanego bezprzewodowego czujnika do bezpośredniego pomiaru ciśnienia wody w gruncie.

EN

The triaxial compression apparatus is one of the most popular research devices in geotechnical laboratories used to determine the parameters characterizing the behavior of soils in terms of strength and stiffness. This device has the ability to measure a number of key parameters, among which the measurement of axial force, axial deformation and pore water pressure in the ground plays an essential role. The approach to geotechnical design and limit state verification indicated in the European standard (Eurocode 7) requires the use of effective parameters. Thus, their determination in laboratory conditions requires correct (in terms of the saturation procedure) and correct (in terms of measurement location) recording of water pressure in the soil pore space during the test. As a standard, the measurement of the latter parameter is performed in the lower part of the sample, or in a more advanced form, in the middle of the sample’s height. The latter approach is more reliable, but it introduces a requirement to break the continuity of the membrane surrounding the soil sample, which may lead to uncontrolled penetration of water from the chamber into the sample. The solution to this inconvenience was the development of a proprietary sensor design covered by patent proceedings. Providing direct measurement on the sample while avoiding potential leakage was possible by using an innovative sensor that measures the water pressure in the soil pores and wirelessly sends the results outside the chamber. The article presents a description of this solution and the method of integrating the new sensor with the recorder and other components of the triaxial compression apparatus set. The effectiveness of the proposed solution was demonstrated by carrying out a full calibration of the results obtained from the sensor. Validation of the results was performed on several series of tests carried out on several types of soils with different filtration properties. The obtained results showed the effectiveness of the wireless sensor used for direct measurement of water pressure in the ground.

Słowa kluczowe

PL

ciśnienie wody w porach; grunt; woda porowa; pomiar bezprzewodowy; czujnik bezprzewodowy; próbka badawcza; aparat trójosiowego ściskania; test trójosiowego ściskania; badanie geotechniczne; badanie laboratoryjne

EN

pore water pressure; soil; pore water; wireless measurement; wireless sensor; test sample; triaxial apparatus; triaxial compression test; geotechnical investigation; laboratory testing

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Przegląd Budowlany
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 94, nr 7-8
• Strony: 188--192
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Witowski Marcin

• Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-6178-3852

Bibliografia

• [1] Barden L., McDermott R. J. W., Use of Free Ends in Triaxial Testing of Clays, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division 91(6)1965, str. 1-23
• [2] Bishop A., Blight W. G. E., Donald I. B., Discussion and Closure to Session 2, Research Conference on Shear Strength of Cohesive Soils, New York: American Society of Civil Engineers, 1960
• [3] Blight G. E., Shear Stress and Pore Pressure in Triaxial Testing, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division 91(6)1965, str. 25-39
• [4] European Union, 2004. EN 1997-1 2004: Eurocode 7: Geotechnical design - Part 1: General rules. Brussels: The European Union
• [5] Fourie A. B., Xiaobi D., Advantages of Midheight Pore Pressure Measurements in Undrained Triaxial Testing, Geotechnical Testing Journal 14(2)1991, str. 138-45, https://doi.org/10.1520/GTJ10555J
• [6] Head K. H., Epps R. J., Manual of Soil Laboratory Testing, Vol. III Effective Stress Tests, 3rd Edition. London: Whittles Publishing, 2014
• [7] Hight D. W., A Simple Piezometer Probe for the Routine Measurement of Pore Pressure in Triaxial Tests on Saturated Soils, Géotechnique 32(4)1982, str. 396-401, https://doi.org/10.1680/geot.1982.32.4.396
• [8] Kutter B. L., Sathialingam N. Herrmann L. R., Effects of Arching on Response Time of Miniature Pore Pressure Transducer in Clay, Geotechnical Testing Journal 13(3)1990, str. 164-7, https://doi.org/10.1520/GTJ10155J
• [9] Maguire W. M., The Undrained Strength and Stress Strain Behaviour of Brecciated Upper Lias Clay, University of London, 1975
• [10] Meilani I., Rahardjo H., Leong E., Fredlund D., Mini Suction Probe for Matric Suction Measurements, Canadian Geotechnical Journal 39(6)2002, str. 1427-1432, https://doi.org/10.1139/t02-101
• [11] Richardson A. M., The Relationship of the Effective Stress-Strain Behavior of a Saturated Clay to the Rate of Strain, Massachusets Institute of Technology, 1963
• [12] Sandroni S. S., The Strength of London Clay in Total and Effective Stress Terms, University of London, 1977
• [13] Taylor D. W., Soil Mechanics Research Program on Cylindrical Compression Testing in Cooperation with U.S. Engineering Department, In 3rd Report. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 1940
• [14] Witowski M., Small Strains Stiffness Assessment of Selected Soils, PhD thesis, Building Research Institute, Warsaw, 2020