Что такое компрессия и степень сжатия и чем они отличаются

При диагностике автомобиля перед покупкой опытные автовладельцы практически всегда советуют новичкам проверить компрессию. А еще существует степень сжатия – казалось бы, схожий термин, ведь компрессия – это и есть сжатие. На самом деле это совершенно разные вещи. Давайте разберемся, что есть что, а заодно поймем, что и как нужно проверять при покупке машины.

Начнем со степени сжатия. Как мы помним, поршень в цилиндре при работе двигателя движется вверх-вниз, имея две так называемых мертвых точки, верхнюю и нижнюю. Так вот, степень сжатия – это отношение между двумя объемами: полным объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке, и объемом камеры сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. То есть степень сжатия – это математическое отношение, которое показывает, во сколько раз топливовоздушная смесь (или воздух, если речь о дизеле) сжимается в цилиндре при работе мотора.

Степень сжатия – одна из базовых характеристик любого двигателя, и закладывается она на стадии проектирования. У бензиновых моторов она ниже, чем у дизельных: в среднем от 8:1 до 12:1 у первых и от 14:1 до 23:1 у вторых. Дело в том, что работа дизельного мотора предполагает самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия, а в бензиновом моторе смесь в каждом такте поджигается свечой зажигания. Однако в целом по мере развития технологий двигателестроения степень сжатия в моторах росла. Причина проста: повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД мотора, получая больше мощности при том же рабочем объеме и расходе топлива. Собственно, с ростом степени сжатия связано и применение более высокооктановых бензинов.

Таким образом, степень сжатия – это конструктивная характеристика двигателя, и она не меняется по мере его износа и старения. Степень сжатия не нужно «проверять» при покупке, а знать ее нужно в основном для того, чтобы знать, какой бензин лучше заливать в бак купленной машины.

Если степень сжатия – параметр математический и неизменный, то компрессия – характеристика изменяемая. Компрессия – это давление, создаваемое в цилиндре в конце такта сжатия, когда поршень идет от нижней мертвой точки к верхней, сжимая воздух или топливовоздушную смесь. Давление в цилиндре в момент, когда поршень достиг верхней мертвой точки – это и есть компрессия. Можно подумать, что компрессия фактически должна быть равна степени сжатия – ведь она тоже показывает разницу давления в цилиндре при двух положениях поршня – верхнем и нижнем. Однако на самом деле компрессия оказывается значительно выше. Ведь воздух при резком сжатии нагревается, что означает увеличение давления. А еще он нагревается от горячих стенок цилиндра, ведь рабочая температура двигателя гораздо выше температуры окружающей среды. Таким образом, компрессия, конечно, зависит от степени сжатия, но не равна ей. И именно компрессию замеряют при диагностике двигателя, чтобы оценить его техническое состояние.

Замер компрессии проводится с учетом перечисленных выше условий: на полностью прогретом двигателе и при полностью открытой дроссельной заслонке, отвечающей за подачу воздуха в цилиндр. Разумеется, горение топлива для замера компрессии не нужно, в цилиндре сжимается только воздух. Так что подачу топлива отключают, а свечу зажигания (или накаливания, если речь идет о дизеле) выкручивают, а на ее место вкручивают шлаг компрессометра. Компрессометр – это прибор для измерения компрессии. Он фактически представляет собой манометр, подключаемый трубкой к цилиндру и оснащенный обратным клапаном, чтобы не сбрасывать измеренное давление.

Замер компрессии позволяет оценить исправность и техническое состояние двигателя. Во-первых, после замера можно сравнить соответствие полученного результата заводским параметрам – то есть оценить компрессию в имеющемся двигателе по сравнению с новым. Во-вторых, низкий показатель компрессии означает наличие проблем с мотором, ведь он сигнализирует о том, что воздух «утекает» из камеры сгорания, а при работе мотора из нее будут прорываться раскаленные газы. Причин может быть довольно много: поршневые кольца, повреждения седел клапанов и самих клапанов, негерметичность прокладки ГБЦ и даже трещина в самом поршне. Ну а в-третьих, важна не только сама величина компрессии, но и ее равномерность во всех цилиндрах двигателя. Если компрессия в одном или нескольких цилиндрах ниже, чем в других, это говорит о неравномерном износе и наличии проблем.

Таким образом, замер компрессии – одна из простых, но эффективных методик оценки исправности и общего технического состояния двигателя. Он позволяет быстро отсеять заведомо «мертвые» моторы, имеющие проблемы с цилиндропоршевой группой, клапанами и так далее. Поэтому замер компрессии можно и нужно проводить при диагностике практически любого автомобиля перед покупкой.

Источник

Компрессионные испытания грунтов

Прочность и устойчивость любого возводимого объекта зависят от свойств грунта, на котором он строится. Именно поэтому геологи в первую очередь тщательно исследуют зону предполагаемого строительства, проводят компрессионные испытания грунтов и физико-химический анализ почв. Полученные результаты служат основой для расчета фундамента, от которого впоследствии будет зависеть надежность строящегося здания.

Цель испытания

Изучение физических, механических и химических параметров грунта – важный этап строительных работ. При этом геологи и сотрудники лабораторий ориентируются на общепринятые ГОСТ, СНиП и другую нормативную и техническую документацию, в которой указывается порядок проведения опытов и данные для ориентира.

Один из основных этапов исследования – изучение механических свойств грунтовой породы, в частности ее деформационных параметров. Для этого чаще всего используют компрессионный метод, который подразумевает воздействие на грунт высоким давлением. Это приводит к уплотнению образца, но исключает его разрушение и боковое расширение.

Метод компрессии используют на строительных площадках для определения разных механических параметров почвы, в том числе сжимаемости и деформируемости. Для этого создают условия, при котором грунт может сжиматься, но не расширяться по бокам.

При компрессионном исследовании определяют:

Полученные результаты используются для расчета начального показателя пористости почвы.

Определение сжимаемости

Грунт состоит из твердых части и пор, которые способны полностью или частично заполняться жидкостью. Как правило, на основание сооружения воздействует небольшая сила сжатия. При этом полевой шпат, кварц и другие твердые частицы меняются незначительно, поэтому их не учитывают в испытании. Большее значение здесь отводится порам, так как они склонны деформироваться под давлением.

Определение сжимаемости – один из этапов компрессионного испытания грунта. Этот параметр выступает в качестве расчетного модуля деформации почв, который нужен для определения усадки сооружения. Он помогает изучить почву и понять, можно ли ее использовать в качестве основания для возводимого сооружения. Как только под воздействием нагрузки она начинает сжиматься, запускается процесс осадки.

После проведения испытания образцы грунта распределяют по категориям:

Сжимаемость – свойство, характерное для всех видов почвы. В процессе эксплуатации она подвергается механическим нагрузкам, которые деформируют ее, сжимают исходную пористость и объем. Именно от изначального количества пор зависит склонность грунтовых пород к сжатию. На это также влияет состав, специфика нагрузки и связи в структуре почвы. Чтобы определить степень сжимаемости грунтовой породы, геологи вычисляют коэффициент бокового давления, относительного сжатия и общей деформации, а также модуль расширения, происходящего в перпендикулярной плоскости.

Таким образом, параметр сжимаемости грунта зависит от того:

При постоянном механическом воздействии изменения грунтовых пород могут быть упругими или пластическими. В первом случае нагрузка не разрушает структуру связей и оболочки, поэтому снижение компрессионной нагрузки приводит к восстановлению деформации. О пластических изменениях говорят тогда, когда разрушается скелет и связи между отдельными частицами. Как правило, на скальных породах они появляются быстрее, чем на глинистой земле.

Выделяют два вида пластических деформаций:

Испытания грунтов в лабораторных условиях или на строительной площадке помогают предупредить пластические деформации земли, на которой строится объект, и предотвратить разрушение фундамента.

Расчет величины сжатия грунта нужен не только для изучения свойств местных пород, но и для определения риска осадки здания. Для этого сотрудники строительных лабораторий используют три метода компрессионного сжатия – одноосное, двухосное и трехосное. Во всех случаях образцы подвергаются механическому воздействию. При одноосном сжатии боковое напряжение исключается, поэтому грунт может меняться в разных направлениях. Чем больше осей задействовано в эксперименте, чем больше образец ограничен в пространстве.

Определение прочности

При компрессионном испытании грунтов также определяют условия, при которых появляются трещины сдвига и отрыва. Экспериментальным путем выявили, что это происходит в местах движения слоев грунтовой породы. Чем больше в породе частиц, которые, перемещаясь, цепляются друг за друга, тем реже происходит сдвиг. У сыпучих почв сопротивление сдвигу практически отсутствует.

Глинистые породы также склоны разрушаться при сдвиге слоев. Только между их частицами возникает не сила трения, а сила сцепления, которая зависит от уплотняющего давления. Они противостоят растяжению благодаря цементационным и водно-коллоидным связям. Поэтому этот вид грунта называют связным.

Алгоритм исследования

Компрессионные испытания грунтов – лабораторное исследование, которое проводят для определения вертикального изменения грунтовых образцов. Чтобы изучить деформационные характеристики, их подвергают сложному уплотнению, при котором из пор полностью вытесняется воздух. При этом поровое пространство не разрушается. Нагрузку увеличивают по степеням, каждая из которых составляет не более 0,5 МПа (кгс/кв. см). Если в эксперименте задействованы две ветви нагружения, то давление на каждом этапе растет по 0,5 МПа (кгс/кв. см), а в обратном порядке – падает по 1,0 МПа (кгс/кв. см). Две ветви нагружения применяют в сложных ситуациях, поэтому продолжительность исследования и, соответственно, его стоимость удваивается.

Оборудование

Для постановки опыта используют одометр – компрессионный прибор, которые нагружает исследуемые пробы и помогает определить их механические свойства. Помимо одометра, лаборанты пользуются грунтовым ножом, бумажными фильтрами, бюксами, часами, часовыми индикаторами и гирями в наборе.

Взятие проб

Результаты опыта зависят от того, насколько правильно были взяты пробы грунтовой породы. Предварительно лаборанты определяют ее физические свойства, а затем выбирают и взвешивают режущее металлическое кольцо нужного диаметра. Далее алгоритм взятия пробного материала состоит из следующих этапов:

Образец пробы, взятый таким путем, не склонен к разрушению и способен сохранять свои свойства в течение всего испытания. Это позволяет получить наиболее точные результаты.

Ход работы

На следующем этапе компрессионного испытания грунт, заключенный в кольцо, переносят в цилиндрическую камеру одометра. На его дне располагаются отверстия для удаления влаги, выступающей из образца, а под ним – емкость для ее отвода. На пробу воздействуют дырчатым поршнем, который позволяет влаге и воздуху свободно выходить из пор. Давление на него оказывает центрирующий шар. Чтобы в процессе из цилиндрической камеры не выдавливались грунтовые частицы, между исследуемым образцом, стенками одометра и поршнем прокладывают фильтровальную бумагу.

Компрессионное сжатие увеличивают ступенчатым образом. На новую ступень переходят только после того, как достигнута условная стабилизация деформации. Точкой отсчета считается природная нагрузка почвы, для вычисления которой используют удельный вес и высоту используемого образца.

На каждой следующей ступени давление увеличивается на 0,5 МПа (кгс/кв. см). Обычно интервал между сменами составляет 20 мин. Конечную степень сжатия определяют путем сложения природной и проектной нагрузки. Разгрузка в обратном порядке проводится по этому же алгоритму.

Обработка результатов

По окончании компрессионного испытания грунта инженеры лаборатории разбирают одометр. Если опыт ставился в водной среде, из прибора удаляют влагу. Часть пробы отправляется в стеклянный бюкс, в котором затем определяется его конечная влажность. Результаты опыта записывают в журнал. Здесь в основном столбце указывают вертикальное давление, которым воздействовали на опытный образец, а в остальных:

Если исследованию подвергалась супесь, суглинок или засоленный песок, определяют начальное давление, если песок, органическая или глинистая почва – коэффициент консолидации.

Источник

Компрессионное испытание грунта

Компрессионные испытания — наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия — это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения (ε х =ε y =0), т.е. уплотнение образца без его разрушения.

Компрессионные испытания грунтов в лабораторных условиях проводятся в компрессионных приборах (одометрах). Конструкции их бывают различные, в зависимости от способа приложения нафузки и целей исследования. В качестве примера на рис. 5.2 показан общий вид прибора для компрессионного испытания фунта.

На компрессионное сжатие ( рис. 5.3 ) образец грунта испытывается в металлическом кольце, и на него через жесткий штамп передается сила F, вызывающая в образце сжимающее напряжение σ = F/A, где А — площадь поперечного сечения образца. Таким образом, под действием вертикальной нагрузки происходит вертикальное перемещение штампа, вызывающее осадку образца.

Рис. 5.2 Общий вид прибора для испытания грунта на компрессию

Рис. 5.3 Схема компрессионного испытания образца грунта

График зависимости относительных деформаций (ε z ) от сжимающих напряжений при компрессионном испытании показан на рис. 5.4:
(см. рис. 5.3).

Рис. 5.4. График зависимости ε z =ƒ(σ)

При испытании грунта на компрессию предварительно определяют плотность грунта р, плотность частиц грунта ps и природную влажность со грунта, по которым вычисляют начальный (до сжатия) коэффициент пористости грунта:

(5.2)

(5.3)

где ∆e i — изменение коэффициента пористости;
ΔV n — изменение объема пор образца грунта;
V s — объем твердых частиц грунта.

По значениям е, для различных напряжений строим кривую e=ƒ(P), которую назьгвают компрессионной кривой. На рис. 5.5 показаны компрессионные кривые для грунтов, не обладающих структурной прочностью.

Рис. 5.5. Компрессионные кривые (а) и зависимости изменения относительных деформаций от напряжений (б): 1 — кривая компрессии (уплотнения); 2 — кривая декомпрессии (набухания); ε 0 — относительная пластическая деформация; ε y — то же, упругая

Для оценки сжимаемости грунтов в диапазоне реальных (строительных) нагрузок компрессионную кривую можно заменить прямой линией ММ1 ( рис. 5.6 ). Уравнение этой приямой

Рис. 5.6. Расчетная схема для определения коэффициента уплотнения (сжимаемости)

(5.5.)

Коэффициент сжимаемости — расчетная характеристика деформируемости фунтов, которая используется при определении осадок сооружений. С помощью этого коэффициента можно производить качественную оценку грунта как основания зданий и сооружений:

(5.6)

Продифференцировав это выражение, получим

(5.7)

и тогда можно сформулировать закон уплотнения (компрессии): изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.

Источник

Что такое компрессионное сжатие

Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 апреля 2011 г. N 46-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 12248-2010 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2012 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12, 2012 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости полускальных, дисперсных и мерзлых грунтов при их исследовании для строительства.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия

ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 23161-78 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик просадочности

ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100 и ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 эффективное напряжение: Напряжение, действующее в скелете грунта, определяемое как разность между полным напряжением в образце грунта и поровым давлением.

3.2 поровое давление: Давление в поровой жидкости грунта.

3.3 противодавление: Внешнее давление, повышающее поровое давление в образце грунта в процессе испытания.

3.4 девиатор напряжений: Разность между главными эффективными напряжениями .

3.5 реконсолидация: Восстановление природной плотности и двухфазного состояния образца грунта, разуплотненного в результате паро-газовыделения в процессе его отбора при сохранении природной влажности.

3.6 бытовое давление : Вертикальное эффективное напряжение в массиве грунта на данной глубине от веса вышележащих слоев грунта.

3.8 сопротивление недренированному сдвигу: Максимальное касательное напряжение при нагружении грунта в условиях отсутствия дренирования.

3.9 структурная прочность грунта на сжатие: Прочность, обусловленная наличием структурных связей и характеризуемая напряжением, до которого образец грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой практически не деформируется.

3.10 коэффициент фильтрационной и вторичной консолидации: Показатели, характеризующие скорость деформации грунта при постоянном напряжении за счет фильтрации воды ( ) и ползучести грунта ( ).

3.11 ползучесть: Процесс развития деформаций грунта (сдвиговых, объемных) во времени при действии постоянного напряжения.

3.12 стадия незатухающей ползучести: Процесс деформирования грунта с постоянной или увеличивающейся скоростью при постоянном напряжении.

3.13 оттаивающий грунт: Грунт, в котором при переходе от мерзлого состояния в талое разрушаются криогенные структурные связи.

3.14 граница оттаивания: Граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе оттаивания.

3.15 приконтактный слой грунта: Тонкий (2-4 мм) слой оттаявшего грунта вблизи границы оттаивания, имеющий наибольшие влажность, разуплотнение, водопроницаемость и поровое давление.

4 Общие положения

4.1 Настоящий стандарт устанавливает следующие методы лабораторных испытаний грунтов для определения их характеристик прочности и деформируемости:

4.2 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способы изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416. Дополнительные требования приводятся в отдельных методах испытаний.

4.3 Способы отбора монолитов и подготовки образцов для испытаний должны обеспечить практически полное сохранение их структуры и влажности в соответствии с ГОСТ 12071 и ГОСТ 30416.

4.4 Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180: влажность (суммарная влажность для мерзлых грунтов), плотность, плотность частиц, влажности на границах текучести и раскатывания, гранулометрический состав грунтов по ГОСТ 12536, а также вычислены плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения (степень заполнения объема пор льдом и незамерзшей водой), число пластичности и показатель текучести (для связных дисперсных грунтов).

Дополнительные необходимые характеристики грунтов приводятся в отдельных методах испытаний настоящего стандарта.

4.6 В процессе испытаний грунтов ведут журналы, формы приведены в приложении А, а при автоматизации процесса испытаний и обработки данных с помощью компьютерных программ результаты опыта выводятся на компьютер в форме паспорта (протокола) испытания.

4.7 Отчет об испытании должен включать в себя:

— идентификацию образца (номер буровой скважины, номер пробы, номер испытания, глубину отбора, номер инженерно-геологического элемента и т.п.);

— метод подготовки образца (ненарушенный или нарушенного сложения, предварительное водонасыщение);

— начальные размеры образца;

— физические характеристики грунта;

— использованный метод испытания;

— таблицу результатов испытания (нагрузки-деформации);

Источник

Компрессионное сжатие

Исследование грунта на компрессионное сжатие выявляет способность образца уплотняться при сохранении целостности. Компрессия подразумевает сжатие почвы без возможности бокового расширения.

Компрессионные испытания помогают рассчитать осадку грунтового основания под нагрузкой сооружения, что будет учтено проектировщиками и позволит построить такое здание, которому будут не страшны усадки фундамента, а сама конструкция не будет подвержена деформации и смещению, что обеспечит ее надежность, безопасность, долговечность.

Как происходит испытание грунтов на сжатие?

Работы проводятся в грунтовой лаборатории. В ходе рабочего процесса проба грунта подвергается сжатию до того момента, пока из его пор не будет вытеснен весь воздух, но при этом образец должен оставаться цельным, не распадаться на части.

Образец насыщенного водой грунта ненарушенной структуры помещается в кольцо одометра, которое выставляется на фильтрационное дно. Устанавливается поршень с двумя отверстиями. Прибор помещается в ванночку с водой, что предупредит пересыхание почвы и исключит капиллярное давление на нее. Если грунт насыщен влагой не полностью, то прибор не заливается водой, но окружается пористым влажным материалом, что не позволит влаге испаряться из образца. Под давлением поршня происходит уплотнение образца, уменьшение его высоты.

Нагрузка ступенчато увеличивается, затем постепенно уменьшается. На каждой ступени нагрузки давление удерживается до прекращения деформационного процесса, то есть стабилизации осадки грунта. Песчаные грунты стабилизируются в считанные минуты, для глинистых может понадобиться несколько суток.

По результатам наблюдений за грунтом лаборанты строят график компрессионной кривой, проводят расчеты для определения следующих характеристик грунта:

При учете данных свойств грунта специалисты проводят расчет основания строения.

Источник