A talajok mechanikai tulajdonságai

Mechanikai alapok

Feszültségek értelmezése

Alakváltozások értelmezése e=dℓ/ℓ

Feszültségi állapot

Mechanikai állapotjellemzők és egyenletek 3 normál- és 3 nyíró-feszültség a hasáb oldalain x y z xy yz zx 3 fajlagos nyúlás és 3 szögtorzulás a hasáb deformációi x y z xy yz zx 3 eltolódás a pont elmozdulásvektorának komponensei ux uy uz.

3 egyensúlyi egyenlet 6 geometriai egyenlet 6 fizikai egyenlet Me c h a n i k a i e g y e n l e t e k 3 egyensúlyi egyenlet 6 geometriai egyenlet 6 fizikai egyenlet

Megoldás pl. egyetlen koncentrált erőre

Főfeszültségek, fősíkok

Mohr-féle feszültségábrázolás

Feszültségi és alakváltozási állapotok Térbeli feszültségi és/vagy alakváltozási állapot Síkbeli feszültségi vagy alakváltozási állapot Tengelyszimmetrikus feszültségi és/vagy alakváltozási állapot Lineáris feszültségi vagy alakváltozási állapot Hidrosztatikus feszültségi és/vagy alakváltozási állapot

Speciális feszültségi és alakváltozási állapotok Hidrosztatikus állapot Tengelyszimmetrikus állapot Speciális feszültségi és alakváltozási állapotok Lineáris feszültségi állapot Lineáris alakváltozási állapot

Anyagtani fogalmak Rugalmas viselkedés Lineárisan rugalmas viselkedés Homogén anyag Izotróp anyag Képlékeny állapot Törési állapot Törési v. képlékenységi feltétel

Rugalmasságtan Egyszerű Hooke-törvény – lineáris fesz. állapot Általános Hooke-törvény – térbeli állapot

Speciális állapotok rugalmasságtani összefüggései tengelyszimmetrikus feszültségi és lineáris alakváltozási állapot

Coulomb-féle törési feltétel

A talajok mechanikai viselkedésének sajátosságai

A talajok mechanikai sajátosságai A feszültségek sajátossága a többfázisú összetétel okán A kezdeti feszültségi állapot és a feszültségtörténet hatása A vízelvezetés és a térfogatváltozás a terhelés közben és után A feszültségek és az alakváltozások kapcsolatának sajátosságai A talajok viszkózus tulajdonságai Egyéb sajátosságok

teljes hatékony semleges feszültség feszültség feszültség a talaj a szemcse- a pórus- egészén vázon vízben

Kezdeti feszültségi állapot függőleges teljes feszültség semleges feszültség függőleges hatékony feszültség vízszintes hatékony feszültség vízszintes teljes feszültség

Nyugalmi nyomás tényezője Feszültségtörténet Előterheltségi (túlkonszolidáltsági) viszonyszám Nyugalmi nyomás tényezője NC-talajokra Jáky szerint OC-talajokra mérési adatok szerint

Terhelés-változás a talajban Kezdeti állapot feszültségei s0= s0’ +u0 t0 Terhelés okozta feszültségek Ds Dt Terhelés utáni feszültségek s = s0+ Ds t = t0+ Dt Du=? Du = 0 Du ≠ 0 u=u0 u=u0+Du=? s‘ = s0’ + Ds s’ = ?

A talaj viselkedése terhelés hatására

A terhelés alatt pórusvíznyomástöbblet nem keletkezik keletkezik nyílt rendszerű terhelés drénezett terhelés konszolidált terhelés lassú terhelés zárt rendszerű terhelés drénezetlen terhelés konszolidálatlan terhelés gyors terhelés lassú terhelés + nagy áteresztőképességű talaj pl. töltésépítés kavicstalajon gyors terhelés + kis áteresztőképességű talaj pl. silófeltöltés agyagon

KONSZOLIDÁCIÓ Tartalma Következménye a teljes feszültség növekménye hatékonnyá változik a pórusvíznyomás növekménye zérusra csökken lezajlanak az alakváltozások lezajlik a vízmozgás Következménye a talajtöréssel szembeni biztonság az építés (a terhelés) végén a legkisebb, az idővel aztán nő a nyírószilárdság időben elhúzódnak a süllyedések

A feszültségi és alakváltozási állapot hatása a feszültség-alakváltozás kapcsolatra

A nyírószilárdság csökkenése a nyírási elmozdulással Tömör homok Előterhelt agyag

A puha kötött talajok viszkózus tulajdonságai Természetbeli nyírt talajzónában (pl. lejtőben) t  0  nincs mozgás t  0  kúszás Nyírószilárdsági vizsgálatnál ds/dt nagy  a mért t nagy ds/dt  0  a mért t  0 Az alakváltozási állapottól függően a mozgás során a talaj állapota javul vagy romlik t0 és/vagy c csökkenhet – gyorsul a mozgás t0 és/vagy c növekedhet – lassul a mozgás Bingham-modell t0 t t0 fundamentális nyírószilárdság

A talajok mechanikai viselkedésének egyéb sajátosságai Telítetlen talajok → a hatékony feszültségek bizonytalanok a kapilláris hatás és a suction miatt Szerves alkotók → időben elhúzódnak az alakváltozások a szerves anyag rothadása miatt Cementáltság → kohéziót eredményez, de a törés után elveszik (rideg viselkedés) Gyenge felületek → csak reziduális nyírószilárdság működik, a korábbi mozgások miatt Inhomogenitás → a jellemző mechanikai paraméterek felvétele a térbeli változások miatt nehéz Anizotrópia → irányfüggő szilárdság a csúszólapokon, bizonytalan vízszintes feszültségek

A törési állapot leírása és vizsgálata

Coulomb féle törési feltétel

A talajok mechanikai viselkedésének sajátosságai Feszültségek a szemcsevázon és a pórusvízben Kezdeti feszültségi állapot, feszültségtörténet Konszolidáció a terhelés alatt vagy után Alakváltozások jellege és mértéke Viszkózus tulajdonságok

Talajtörési problémák vizsgálata Hatékony feszültségek analízise ez a jobb, hacsak lehet ezzel szemcsés talajban mindig, kötött talaj konszolidált állapotában, ha mérjük a víznyomást Teljes feszültségek analízise ez a bizonytalanabb, ha nem lehet a másikat kötött és átmeneti talajok terhelés közbeni és közvetlen az utáni állapota

Modellező talajvizsgálatok φ’ és c’ vagy φu és cu meghatározásakor (felvételekor) vegyük figyelembe a talaj további speciális tulajdonságait Modellező talajvizsgálatok

A vizsgálatok modellezési elve A kezdeti feszültségi állapotból kiindulva a várható feszültségváltozásokat utánozva terheljünk. Az alakváltozások jellege, mértéke feleljen a valóságban várhatónak. Az alakváltozások sebessége is feleljen meg a várható terhelési sebességnek.

A modellezési elv alkalmazási feltételei A valóságban várható terhelési viszonyok ismerete A mérnöki feladat megismerése Megfelelő talajfeltárás A talajok nyírószilárdsági jellemzőinek ismerete A viselkedés kvalitatív és kvantitatív jellemzőinek ismerete Az egyes talajfajták viselkedésének sajátosságai Általános és helyi tapasztalatok Alkalmas nyírószilárdsági vizsgálatok végrehajtása A vizsgálati eszközök és eljárások ismerete Konkrét technikai, személyi és finanszírozási lehetőségek

Laboratóriumi nyírószilárdsági vizsgálatok

Triaxiális cella

Rutinszerű triaxiális vizsgálat feldolgozása j = 23,1 c = 37,3 kPa nyírófeszültség t kPa normálfeszültség s kPa

Dobozos nyírás

Dobozos nyíróvizsgálat feldolgozása

Terepi nyíró-szilárd-sági vizsgá-latok Nyomószondázás Nyírószondázás Presszióméteres vizsgálat Nyírószondázás

Szemcsés talajok nyírószilárdsága Száraz vagy telített állapotban a hatékony feszültségek analízise alkalmazható Telített állapotban nagyon gyors, lökésszerű terhelés esetén megfolyósodás következhet be Telítetlen állapotban csekély, többnyire elhanyagolt kapilláris kohézió

Szemcsés talajok nyírószilárdsága szerkezeti ellenállás szemcsék közötti súrlódás

Szemcsés talajok nyírószilárdsága Tömörség (T) leglazább -6˚...…..+6˚ legtömörebb Szemcseméret (D) finom homok 0˚..……+6˚ durva kavics Szemeloszlás (U) U<3 -3˚..……+3˚ U>10 Szemcsealak (A) sima, gömbölyű -5˚..……+1˚ éles, érdes

Kötött talajok nyírószilárdsága Telített állapotban, szokásos terhelés mellett a teljes feszültségek analízise alkalmazható Telített állapotban lassú terheléskor, ill. konszolidáció végén a hatékony feszültségek analízise alkalmazható Telítetlen állapotban csekély súrlódási szög, jelentős kohézió

Kötött talajok nyírószilárdsága

Az alakváltozások leírása és vizsgálata

e = f ( t ; s ) e = f (t ; s=const.) e = f (t=const. ; s) Az összenyomódás időben elhúzódva és a feszültség nagyságától függően zajlik le e = f ( t ; s ) szétválasztás e = f (t ; s=const.) e = f (t=const. ; s)

Alakváltozás számítása Térbeli állapot figyelembevétele alapok széle alatt számítógépes tervezéskor azonnali összenyomódás számítására Hooke-törvény vagy bonyolultabb nem-lineáris anyagmodellek alapján Lineáris alakváltozási állapot szélesebb alapok, töltések (közepe) alatt a rutinszerű mérnöki gyakorlatban kompressziós görbe, annak linearizálásával nyert összenyomódási modulus vagy szemilogaritmikus vagy hatványösszefüggés alapján

A talajok összenyomódásának összetevői és időbeli alakulása azonnali összenyomódás konszolidációs összenyomódás másodlagos összenyomódás (kúszás)

Azonnali összenyomódás Telített talaj térfogatállandóság melletti függőleges összenyomódás az oldalirányú alakváltozás miatt számítása a Hooke-törvénnyel n=0,5 és Eu triaxiális vizsgálatból Telítetlen talaj az előbbi mellett még a levegő összenyomódása is

Konszolidációs összenyomódás a vízkiáramlás miatt késleltetett tömörödés lineáris alakváltozási állapot feltételezése Terzaghi egydimenziós konszolidációs elmélete fejlesztés bonyolultabb esetekre (lineárisan növekvő terhelés, térbeli vízáramlás, mélységgel változó alakváltozás, radiális konszolidáció)

Terzaghi: egy réteg konszolidációja

Az elméleti konszolidációs görbe

A másodlagos összenyomódás (kúszás) törvénye

a talajok összenyomódásának függése a feszültségtől t=const a talajok összenyomódásának függése a feszültségtől t=const. ésszerűen kiválasztott időtartam alatt azonnali süllyedés t0 = 0 a konszolidáció vége tc = t98 ≈ 1-3 év az építmény élettartama té ≈ 50-100 év (ha van kúszás)

Kompressziós görbe

Kompressziós görbe matematikai közelítései Linearizálás a megfelelő tartományban Szemilogaritmikus közelítés Hatványfüggvény

s‘z0 a rétegre jellemző kezdeti függőleges hatékony feszültség Dsz a rétegre jellemző függőleges feszültségnövekmény ’z0 z Dez

A kompresszió szemilogaritmikus leírása

s‘z0 a pontra jellemző kezdeti függőleges hatékony feszültség Dsz a pontra jellemző függőleges feszültségnövekmény s‘zmax a pontra jellemző valaha volt legnagyobb függőleges hatékony feszültség normálisan konszolidált talaj esetében előterhelt talaj esetében a terhelés után is előterhelt marad a talaj a terhelés során normálisan konszolidálttá válik a talaj

Az alakváltozási jellemzők meghatározása Laboratóriumi mérésekből Ödométeres vizsgálat - lineáris alakváltozási állapot modellezése ES CC CS s’zmax cv Ca a b meghatározására Triaxiális vizsgálat - térbeli állapot modellezése E m Eu (ES CC CS s’zmax cv Ca a b ) meghatározására Terepi mérésekből Terhelőlapos vizsgálat - elméleti úton közvetlenül Presszióméteres vizsgálat - elméleti úton közvetlenül Szondázások - tapasztalati alapon korrelációkkal Tapasztalati adatok alapján felvéve

ödométer

Kompressziós berendezés

Ödométeres vizsgálat Terhelési lépcsők Terhelési időtartam (10) - 50 - 100 - 200 - 400- 800 más módszerek is vannak Terhelési időtartam 24 óra 0,02 mm/óra sebesség a konszolidáció végéig