Liiv- ja möllpinnaste nihketugevuse uurimine

Käesolev lõputöö keskendub liiv- ja möllpinnaste nihketugevuse parameetrite uurimisele laboritingimustel. Lõputöö sisulisele osale eelnes Tallinna Tehnikakõrgkooli geotehnikalaboris manuaalse- ja automaatse tööpõhimõttega nihkeseadmete töösse juurutamine. Eeltööde hulka kuulusid – teimide arvutustabelite koostamine, fraktsioneeritud liivadega katsete seeria teostamine ning laboriseadmete kontrollimine, kalibreerimine ja tundma õppimine. Töö sisulises osas katsetati TTK geotehnikalaboris Eesti kruusateede erinevatest kihtidest pärit pinnaseid. Peamine fookus oli 9 erineva pinnaseproovi nihketugevuse parameetrite määramisel otsese karpnihke-teimi abil konsolideeritud ja dreenitud tingimustel. Teimikud tihendati käsitsi, segades ahjukuivale proovile sobilik kogus vett, optimaalse veesisalduse saavutamiseks. Kõik nihketeimid teostati veeküllastunud olekus kiirusel 0,5 mm/min, rakendades samaaegselt teimikule vertikaalsurvet (100, 200 või 300 kPa). Nihketeimidele eelnes ühe tunni pikkune konsolideerumise aeg vastava vertikaalkoormuse juures. Nihketeimid teostati kooskõlas standardiga EVS-EN ISO 17892-10:2018. Katsetatud pinnased jagunesid Eesti Keskkonnauuringute Keskuse geotehnikalaboris teostatud liigitusteimide alusel peen- ja keskliivadeks ning savi- ja jämemöllideks. Möllidel määrati ka keskmine (2,3–4,9%) orgaanilise aine sisaldus kuumutuskao meetodil. Kõikide katsetatud pinnaste sisehõõrdenurgad (φ´) jäid vahemikku 33,9–40,4º ning nidusused (c´) vahemikku 0–18 kPa. Liivpinnaste sisehõõrdenurgad (φ´) olid 35,7–40,4º ning nidusused (c´) 6,2–16,3 kPa. Keskmise orgaanilise aine sisaldusega möllpinnaste sisehõõrdenurgad (φ´) jäid vahemikku 33,9–36,3º ning nidusused (c´) vahemikku 0–18 kPa. Üllatavad olid seejuures möllpinnaste head tugevusparameetrid, mis viitasid justkui tugevatele pinnastele. See võib olla seletatav pinnaseosakeste vahelise orgaanilise aine tsementeerumisega kuivamise toimel. Saab järeldada, et orgaanilise aine sisaldusega möllpinnaste nihketugevuse laboratoorsel määramisel kasutati tõenäoliselt selleks sobimatut metoodikat. Näiliselt sarnaste üldiste nihketugevuse väärtuste juures, tekib väga suur erinevus, kui vaadelda millise deformatsiooni juures maksimaalne nihkepinge on saavutatud. Liivpinnaste maksimaalne nihkepinge saavutati ~2–3% deformatsiooni juures ning möllpinnaste maksimaalne nihkepinge saavutati ~10–20% deformatsiooni juures. Teisel juhul kirjeldatud deformatsioonide suurus on teedeehituse vaatenurgast kindlasti sobimatu. Kokkuvõtlikult võib öelda, et liiv- ja möllpinnase nihketugevuse parameetrid on omavahel võrreldavad, kuid selleks tuleb kõigepealt seada täpsed eesmärgid ja piirid. Lihtsalt sisehõõrdenurga ja nidususe hindamisest ei piisa, sest nihketugevuse parameetrid võivad olla mõjutatud füüsikalistest teguritest, terastikulisest koostisest või metoodikast tulenevatest eripäradest. Antud töö oli mitmes mõttes eksperimentaalne ning töö käigus selgusid järjest uued vaatenurgad. Käsitletud temaatika hõlmab väga suurt valdkonda ning täpsemate järelduste tegemiseks tuleks teostada kindla eesmärgiga täiendavad uuringud.

The aim of this graduation thesis Assessment of Shear Strength in Silty and Sandy Soils is to determine the shear strength parameters of typical soils under gravel roads that are usually subject to removal according to road construction guidelines. The main idea is to further conclude or confirm the use of such materials in road construction. Soils assessed in this thesis are silty and sandy soils, most with high fine content and low to medium organic matter content. The method used for determination of the shear strength parameters is the direct shear test in drained and consolidated conditions. The graduation thesis is composed of three main chapters. Chapter 1 is introductory and describes shear strength in general. The chapter is subdivided into two parts. Part 1 deals with different aspects that affect shear strength parameters, including the influence of organic matter. Part 2 focuses on the tests required to investigate shear strength in laboratory conditions. Chapter 2 describes the materials and methods used in this graduation thesis and is subdivided into six parts. Chapter 3 concentrates on the results and conclusions of the thesis and is subdivided into three parts. Part 1 assesses the classification of soils used. Part 2 focuses on optimum moisture content and dry mass. Part 3 concentrates on the shear strength parameters of sandy and silty soils. Altogether 9 different sands and silts were tested. The silts also contained a medium amount (from 2.3% to 4.9% of dry mass) of organic matter. The determined internal friction angles (φ´) were between 33.9º and 40.4º and cohesion (c´) values between 0 and 18 kPa. At first the shear strength parameters suggested that none of the soils tested classified as weak soils. It is probable that the relatively high shear strength parameters of the silts tested were caused by the organic matter cementation. In further research it was concluded that the axial strains during failure should be evaluated. Even though the maximum shear stress of sands and silts was comparable, the stress-strain curves were different. The failure in sands occurred around 2-3% of axial strain, while the failure in silts occurred around 10-20% of axial strain. This confirms that silts with organic matter content should not be used in road construction as stated in various guidelines. Further research should be conducted to investigate the relationship between organic matter content and shear strength in silty soils.