Smyková pevnost zemin

Transkript

1 Smyková pevnost zemin Pevnost materiálu je dána největším napětím, který materiál vydrží. Proto se napětí a pevnost udává ve stejných jednotkách nejčastěji kpa). Zeminy se nejčastěji porušují snykem. Se smykovou pevností zemin to není až tak jednoduché, zemina je třífázová, smykovou pevnost má však pouze pevná fáze. Smyková pevnost se udává pomocí totálních či efektivních parametrů.

2 Význam pevnosti ve smyku Bezpečnost jakékoli geotechnické konstrukce je závislá na pevnosti zeminy. Pokud selže základová zemina, poruší se každá konstrukce postavená na zemině. Pochopení smykové pevnosti je základem pro úspěšné řešení většiny geotechnických úloh

3 Stabilita svahů

4 Stabilita svahů

5 Porušení základů silo Transcosna, Kanada

6

7 Smyková pevnost zemin ovlivňuje návrh všech základů, opěrných konstrukcí, výkopů, náspů a svahů Smyková pevnost je určena a) Smykovými zkouškami laboratorními či in-situ b) Aproximačně na základě obsahu vody, frakce, hustoty a penetračních zkoušek

8 Tření je obecně závislé na: dilatanci a kontraktanci soudržnosti rychlosti posunu odporem výstupků proti ulomení velikostí normálového zatížení

9 Smyková pevnost zemin Je dána jejím odporem proti smykovému napětí, tj. je to velikost odporu zeminy k deformaci vyvolané souvislým posunem jejich jednotlivých zrníček Smyková pevnost zemin závisí primárně na vzájemném působení částic zemin. Porušení smykem vzniká tehdy, pokud díky napětí mezi částicemi zemin dojde k jejich posunu či koulení

10 Smyková plocha v zeminách Je idealizována jako přímka či křivka, ve skutečnosti je dána kontaktem částic zemin.

11 Smyková pevnost zemin Na smykovou pevnost zemin mohou působit dva vlivy: - soudržnost mezi částicemi zeminy (složka závislá na napětí v zemině) - úhel vnitřního tření zeminy popisující odpor proti tření (nezávislý na napětí v zemině)

12 Soudržnost zemin Soudržnost c je míra sil spojujících částice zeminy - Suchý písek nemá soudržnost - Mokrý písek má určitou soudržnost - Jíl má soudržnost

13 Úhel vnitřního tření zemin Úhel vnitřního tření zemin ϕ je mírou odporu zeminy k tření

14 Mohr Coulombova teorie porušení zeminy Tato teorie říká, že se zemina poruší kritickou kombinací normálového a smykového napětí a ne pouze normálovým či smykovým napětím

15 Coulombův vzorec smykové pevnosti τ = c + σ tgϕ σ normálové napětí τ smykové napětí c soudržnost zeminy ϕ úhel vnitřního tření zeminy

16

17 Smyková pevnost hrubozrnných zemin Počáteční pevnost τ o vlivem zaklínění pórů zanedbám Mohu zanedbat vliv vlhkosti Musím uvažovat ulehlost

18 Smyková pevnost jemnozrnných zemin Z důvodu malé propustnosti pro nasycené zeminy V praxi zjednodušení

19 Vliv času na smykovou pevnost jemnozrnných zemin

20 Vliv historie zatížení

21 Určení smykové pevnosti 1) Měříme nárůst normálového napětí v jednom směru

22 Určení smykové pevnosti 2) přímé zavedení smykového napětí

23 Laboratorní zkoušky Zásadně na neporušených vzorcích ty máme jen z jemnozrnných zemin, hrubozrnné zeminy jen v terénu Čelisťové přístroje krabicová zkouška Triaxiální smykové přístroje - pravý - nepravý Zkouška v jednoosém tlaku

24 Krabicová smyková zkouška Vzorek zeminy se poruší ve směru, který je dán konstrukcí přístroje a ne ve směru nejmenší smykové pevnosti. Je možné měřit jak vrcholové, tak i residuální parametry (při vysoké orientaci částic)

25 Schema krabicového přístroje ČSN krabice 60 x 120 mm

26 Vrcholová a reziduální pevnost A všesměrné uspořádání částic B vysoká orientace částic τ f maximální vrcholová pevnost většinou platí τ = τ f τ r reziduální pevnost ustálený odpor zemin

27 Dilatance, kontraktance

28

29 Vyhodnocení zkoušky Konsolidovaná odvodněná zkouška => efektivní parametry c ef, ϕ ef Vyrovnám pomocí MNČ přímkou a na ose pro τ odečítám c, sklon přímky určí ϕ (zásadně počítám a neodměřuji)

30 Triaxiál Přístroj, zavádějící do vzorku napětí různé velikosti v třech osách (x,y,z). Pokud je napětí v rovině (osy x,y) stejné, jedná seo tzv. nepravý triaxiál.

31 Deviátor napětí

32

33 Triaxiál pro velké vzorky

34 Vzorek ve tvaru válce se poruší ve směru, ve kterém má nejmenší pevnost, stav napjatosti ale většinou neodpovídá stavu napjatosti pod stavební konstrukcí. Úhel vnitřního tření závisí na stavu napjatosti a platí pro odpovídající stav přetvoření.

35 Vyhodnocení

36 Dráhy napětí Dráhy napětí znázorňují stav napjatosti a v souřadném systému σ,τ, spojují vrcholy Mohrových kružnic, používají se při konsolidované neodvodněné zkoušce CU

37 1 dráha napětí při nárůstu druhého hlavního napětí σ max 2 dráha napětí při poklesu menšího hlavního napětí σ min (komorového tlaku) 3 dráha napětí při poklesu menšího napětí σ min a nárůstu hlavního napětí σ max Výchozí stav je při rovnosti napětí

38 Typy zkoušek UU (unconsolidated Undrained) nekonsolidované neodvodněné také někdy Q (Quick) nasycený vzorek, voda neodtéká, po rychlém vyvození komorového tlaku σ min vzorek rychle porušíme při napětí σ max

39

40 CD (consolidated drained) Konsolidovaná odvnoněná V průběhu zkoušky ze vzorku odtéká voda (konsoliduje). Při pomalém zvětšování komorového tlaku σ min se i pomalu zvětšuje napětí σ max (druhé hlavní) až do porušení. Získáme efektivní parametry.

41

42 CU (consolidated undrained) konsolidované neodvodněné vzorek zeminy konsoliduje při komorovém tlaku σ min a při rychlém zvětšování napětí σ max (druhé hlavní napětí) se měří tlak vody v pórech zeminy u. Voda nemá možnost ze vzorku odtékat. Vyhodnocení zkoušky je přes dráhy napětí a parametry porušení dopočítám efektivní smykové parametry

43 Zkouška v jednoosém tlaku Pro měkké až tuhé soudržné zeminy Pevnost je dána soudržností c Úhel vnitřního tření ϕ = 0

44 Polní zkoušky V terénních podmínkách se používají zkoušky: - Čelistní - Vrtulkové - penetrační

45 Vrtulková zkouška Vhodná pro měkké až tuhé jemnozrnné zeminy Po zatlačení vrtulky do příslušné hloubky se moment M max při usmyknutí Vztah smykové pevnosti τ = Soudržnost je určena vztahem: d průměr, h výška vrtulky f c τ f = c = M max 2 π d d h + 2 3

46 Čelistní zkouška Univerzální, vhodná pro všechny zeminy, velikost čelistní se volí podle zrnitostního rozboru zeminy

47 Penetrační zkoušky Dynamická určuji dynamický penetrační odpor Statická vhodná pro klasifikaci, musím rozlišit typ zeminy pod kuželem se vyčerpá únosnost zeminy a zemina zplastizuje, určuji specifický penetrační odpor

48 Výsledky CPT

49 Prosedavost Prosedavost (propadnutí, kolaps) je způsobeno změnou struktury zeminy, nevyvolává ho zvětšení zatížení, popisuje se součinitelem poměrné prosedavosti i m Prosedají spraše (vlivem navlhčení se poruší vápnitý tmel) tedy S R <0,6 a n>41% hrubouzrnné zeminy pod dynamickýcm účinkem zmrzlé půdy vlivem nárůstu teploty jíly při zmenšení vlhkosti

50 Určení součinitele poměrné prosedavosti Dvojí způsob a) pomocí jedné křivky b) pomocí dvou křivek Prosedavé zeminy