A talajok mechanikai tulajdonságai

Az előadások a következő témára: "A talajok mechanikai tulajdonságai"— Előadás másolata:

1 A talajok mechanikai tulajdonságai

2 Mechanikai alapok

3 Feszültségek értelmezése

4 Alakváltozások értelmezése
e=dℓ/ℓ

5 Feszültségi állapot

6 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.

7 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

8 Megoldás pl. egyetlen koncentrált erőre

9 Főfeszültségek, fősíkok

10 Mohr-féle feszültségábrázolás

11 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

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

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

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

15 Speciális állapotok rugalmasságtani összefüggései
tengelyszimmetrikus feszültségi és lineáris alakváltozási állapot

16 Coulomb-féle törési feltétel

17 A talajok mechanikai viselkedésének sajátosságai

18 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

19

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

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

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

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

24 A talaj viselkedése terhelés hatására

25 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

26 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

27 A feszültségi és alakváltozási állapot hatása a feszültség-alakváltozás kapcsolatra

28 A nyírószilárdság csökkenése a nyírási elmozdulással
Tömör homok Előterhelt agyag

29 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 t t t0 fundamentális nyírószilárdság

30 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

31 A törési állapot leírása és vizsgálata

32 Coulomb féle törési feltétel

33 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

34 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

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

36 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.

37 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

38 Laboratóriumi nyírószilárdsági vizsgálatok

39 Triaxiális cella

40

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

42 Dobozos nyírás

43

44 Dobozos nyíróvizsgálat feldolgozása

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

46 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

47 Szemcsés talajok nyírószilárdsága
szerkezeti ellenállás szemcsék közötti súrlódás

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

49 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

50 Kötött talajok nyírószilárdsága

51 Az alakváltozások leírása és vizsgálata

52 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)

53 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

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

55

56 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

57 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)

58 Terzaghi: egy réteg konszolidációja

59 Az elméleti konszolidációs görbe

60 A másodlagos összenyomódás (kúszás) törvénye

61 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 ≈ év (ha van kúszás)

62 Kompressziós görbe

63 Kompressziós görbe matematikai közelítései
Linearizálás a megfelelő tartományban Szemilogaritmikus közelítés Hatványfüggvény

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

65 A kompresszió szemilogaritmikus leírása

66 s‘z 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

67 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

68 ödométer

69 Kompressziós berendezés

70 Ödométeres vizsgálat Terhelési lépcsők Terhelési időtartam
(10) más módszerek is vannak Terhelési időtartam 24 óra 0,02 mm/óra sebesség a konszolidáció végéig