Mechanika zemin II 3 Metody pro výpočet únosnosti. 1. Plastické teorémy 2. Metody mezní rovnováhy 3. Příklady jednoduchých použití

Podobné dokumenty
Mechanika zemin II 5 Zemní tlaky, opěrné konstrukce

Mechanika zemin II 1 Kritické stavy CSSM

Mechanika zemin II 4 Stabilita svahů

Mechanika zemin II 2 Chování zemin in situ; parametry pro praxi

Mechanika zemin II 7 Piloty

Mechanika zemin II 6 Plošné základy

Mechanika zemin II 8 Zhutňování. 1. Zlepšování 2. Zhutňování laboratorní křivka: hustota vs vlhkost 3. Kontrola zhutnění

STABILITA SVAHŮ staveb. inženýr optimální návrh sklonu

Smyková pevnost zemin

Mechanika zemin I 2 Základy mechaniky

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

Mechanika zemin a zakládání staveb, 2 ročník bakalářského studia. Zemní tlaky

Kontraktantní/dilatantní

Sylabus 16. Smyková pevnost zemin

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Mechanika zemin I 3 Voda v zemině

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

ZEMNÍ KONSTRUKCE. LUMÍR MIČA, ING., Ph.D. ÚSTAV GEOTECHNIKY

Smyková pevnost zemin

1 Švédská proužková metoda (Pettersonova / Felleniova metoda; 1927)

Uplatnění prostého betonu

Předpjatý beton Přednáška 9. Obsah Prvky namáhané smykem a kroucením, analýza napjatosti, dimenzování.

Mechanika zemin I 3 Voda v zemině

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Mechanika zemin I 4 Stlačitelnost

4. Napjatost v bodě tělesa

Prvky betonových konstrukcí BL01 6 přednáška. Dimenzování průřezů namáhaných posouvající silou prvky se smykovou výztuží, Podélný smyk,

STANOVENÍ PARAMETRŮ PRO NUMERICKÉ MODELY POMOCÍ KONVENČNÍCH LABORATORNÍCH ZKOUŠEK. Vybrané kapitoly z geotechniky (VKG)

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

pedagogická činnost

Návrh žebrové desky vystavené účinku požáru (řešený příklad)

Posouzení stability svahu

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

Mechanika zemin I 5 Pevnost

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

1 Analytická geometrie

16. Matematický popis napjatosti

14. přednáška. Přímka

Vyztužování zemin Prof. Ivan Vaníček International Geosynthetics Society, Česká republika

ALTERNATIVNÍ MOŽNOSTI MATEMATICKÉHO MODELOVÁNÍ STABILITY SVAHŮ SANOVANÝCH HŘEBÍKOVÁNÍM

7. CVIČENÍ. Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

Vícerozměrné úlohy pružnosti

Program cvičení z mechaniky zemin a zakládání staveb

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Stavební jámy. Pažící konstrukce Rozpěrné systémy Kotevní systémy Opěrné a zárubní zdi

Železobetonové nosníky s otvory

VZÁJEMNÉ SILOVÉ PŮSOBENÍ VODIČŮ S PROUDEM A MAGNETICKÉ POLE

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii.

Pilotové základy úvod

Co můžeme zakládat. Základy budov patky pasy. Mostní pilíře. Přehrady. desky

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

S = VODA V ZEMINĚ. w = m. Obsah vody v zemině. Zinženýrského hlediska voda při 105 o C. m w. hmotnost vody m d. hmotnost sušiny. V w.

Prvky betonových konstrukcí BL01 5. přednáška

Výpočet prefabrikované zdi Vstupní data

Analýza napjatosti PLASTICITA

PRUŽNOST A PEVNOST II

Návrh a posudek osově namáhaného nosníku podle obou MS

Mezní stavy základové půdy

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Pracovní list č. 6: Stabilita svahu. Stabilita svahu. Návrh či posouzení svahu zemního tělesa. FS s

Cvičení 1. Napjatost v bodě tělesa Hlavní napětí Mezní podmínky ve víceosé napjatosti

Výsledky úloh. 1. Úpravy výrazů + x 0, 2x 1 2 2, x Funkce. = f) a 2.8. ( ) ( ) 1.6. , klesající pro a ( 0, ) ), rostoucí pro s (, 1)

Prostý beton Pedagogická činnost Výuka bakalářských a magisterský předmětů Nosné konstrukce II

Příspěvek ke stanovení bezpečné mocnosti nadloží při protlačování ve zvodnělém horninovém prostředí

Zadání. Goniometrie a trigonometrie

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost. Napětí statické rovnice Deformace geometrické rovnice Zobecněný Hookeův zákon Příklad zemní tlak v klidu

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

b) Křehká pevnost 2. Podmínka max τ v Heigově diagramu a) Křehké pevnosti

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

Kopané, hloubené stavby

Betonové konstrukce (S)

Ztráta stability tenkých přímých prutů - vzpěr

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Druhy plošných základů

MECHANIKAPODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ KLASIFIKACE VÝPOČETNÍCH METOD STABILITY A ZATÍŽENÍ OSTĚNÍ

Návrh a posouzení plošného základu podle mezního stavu porušení ULS dle ČSN EN

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Podklady WWW. ge_id=302

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

INTERNETOVÉ ZKOUŠKY NANEČISTO - VŠE: UKÁZKOVÁ PRÁCE

Pružnost a plasticita II CD03

2. ANALYTICKÁ GEOMETRIE V PROSTORU Vektory Úlohy k samostatnému řešení... 21

RIB stavební software s.r.o. Zelený pruh 1560/99 tel.: CZ , Praha

Transkript:

Mechanika zemin II 3 Metody pro výpočet únosnosti 1. Plastické teorémy 2. Metody mezní rovnováhy 3. Příklady jednoduchých použití 1

ÚNOSNOST Mezní stav porušení (1. MS) napjatost splňuje podmínky porušení mobilizována pevnost materiálu τmax = su τmax = c' + σ' tgφ' V případě stabilitních problému (zpravidla) nezáleží na velikosti deformací logická volba τmax = σ' tgφcr' (plastický kritický stav; velké deformace) Odvodněné vs neodvodněné zatížení 2

ÚNOSNOST Mezní stav porušení (1. MS) [2] 3

ÚNOSNOST Mechanika podmínky rovnováhy podmínky kompatibility materiálové vztahy (= fyzikální = konstituční) 4

ÚNOSNOST Při stabilitní úloze předpokládáme vždy dosažení podmínky porušení, vznik smykové plochy. Splnění kompletní soustavy rovnic obtížné zjednodušená řešení: dvě metody. Buď 1. ve dvou krocích postupně splníme pouze jednu sadu rovnic buď podmínky rovnováhy, nebo kompatibility, druhou sadu vždy zanedbáme to je řešení pomocí tzv. TEORÉMŮ PLASTICKÉHO PORUŠENÍ: 1a. zanedbání rovnováhy musí dojít k porušení HORNÍ MEZ (MEZNÍHO) ZATÍŽENÍ ( upper bound ); 1b. zanedbání kompatibility nemůže dojít k porušení - DOLNÍ MEZ (MEZNÍHO) ZATÍŽENÍ ( lower bound ); Pokud jsou si obě meze rovny, jde o přesné řešení. Nebo 2. Tzv. METODY MEZNÍ ROVNOVÁHY ( limit equilibrium methods ): zvolí se libovolná geometrie mechanismu (tvar a přesná poloha smykové plochy, bez ohledu na podmínky kompatibility) na zvoleném mechanismu se uplatní podmínky rovnováhy spočte se mobilizované smykové napětí na smykových plochách hledá se tzv kritický mechanismus, kde je mobilizované smykové napětí nejvyšší. 5

Horní mez mějme (zvolme) mechanismus (soustavu smykových ploch), jenž vyhovuje podmínkám kompatibility na mechanismu se uvažuje přírůstek posunu (tzv. virtuální posun) pokud se práce vnitřních sil na virtuálních posunech rovná práci vnějších sil, systém (konstrukce) musí zkolabovat (dojde k porušení) Dolní mez Napětí (resp. vnitřní síly v zemině) jsou v rovnováze s vnějším zatížením a nepřesahují pevnost zeminy systém (konstrukce) nemůže zkolabovat (nemůže dojít k porušení) Horní mez = dolní mez = přesné řešení 6

MZ1...analýza přetvoření v 2D...: Roviny nulového protažení, plochy skluzu, úhel dilatance sin ψ = - (δεz+ δεh) / (δεz- δεh) tan ψ = - δεv / δγ směry nulových protažení: -ψ + 2 α0 = 90º α0 = β0 =45º+½ψ 7

MZ1...analýza přetvoření v 2D...: PLOCHY SKLUZU SMYKOVÉ PLOCHY Pohyb A A1 a B B1 je odkloněn o ψ od směru smykové zóny α 8

Kompatibilita Smyková plocha: stacionární vs pohybující se zemina směr pohybu δw, pod úhlem ψ 1 2 [1] tg ψ = dr / r dθ r2 / r1 = eδθ tgψ, což je rovnice logaritmické spirály, tj pro ψ 0 (odvodněná událost) smyková plocha je logaritmická spirála pro ψ=0 (neodvodněná událost) smyková plocha je kružnice zvláštním případem smykové plochy ( r1 ) je přímka, která je relevantní pro odvodněnou i neodvodněnou událost. 9

Příklady kompatibilních mechanismů pro praxi přímka, kružnice, logaritmická spirála kombinace přímek, kombinace přímek a kružnic/log. spirál 10

Nekompatibilní mechanismus 11

Kompatibilita Příklad mechanismus pro základ Podmínka kompatibility: diagram vektorů posunů uzavřen 12

Horní mez: Práce vnějších sil Neodvodněná událost: δwext = F δw + p A δw + γ V δw, kde F je zatížení silou, p je zatížení tlakem (napětím) na ploše A, γv je tíha elementu zeminy (obj. tíhy γ) Odvodněná událost: δwext = F δw + (p-u) A δw + (γ-γw) V δw, kde u je pórový tlak, γw obj. tíha vody. 13

Horní mez: Práce vnitřních sil Neodvodněná událost: δwint = τ L δw = su L δw Odvodněná událost: δwint = τ'lδl σn'lδn (τ' τ) 14

Rovnováha Příklad mechanismus pro opěrnou stěnu Podmínka rovnováhy: složkový obrázek uzavřen 15

Příklad 1 neodvodněná stabilita nepaženého výkopu Dolní mez výkop bez vody σv = γh σh = 0 Podmínka rovnováhy a dosažení podmínky pevnosti: γh = 2su Hmax, dolní = 2su / γ 16

Příklad 1 neodvodněná stabilita nepaženého výkopu Horní mez Kompatibilita: Práce vnitřních sil: δwint = τ L δw = su δw H 2 Práce vnějších sil: δwext = W δv = ½ γh2 δw / 2 δwint = δwext su δw H 2 = ½ γh2 δw / 2 Hmax,horní = 4su / γ Hmax,horní = 4su / γ 2su / γ = Hmax, dolní Přesné řešení (?) Hmax = 3,8 su / γ 17

Příklad 1 neodvodněná stabilita nepaženého výkopu - výkop plný vody Dolní mez σv = γ H σ h = γw H Podmínka rovnováhy a dosažení podmínky pevnosti: γ Hmax, dolní γw Hmax, dolní = 2su Hmax, dolní = 2su / (γ γw) 18

Příklad 1 neodvodněná stabilita nepaženého výkopu výkop bez vody Hmax = 3,8 su / γ výkop plný vody Hmax = 3,8 su / (γ γw) Význam výplachu vrtu/rýhy - úloha bentonitová suspenze při pažení Vliv (tahových) trhlin v koruně svahu (sesuvu)...výše uvedené příklady byly neodvodněné události, tj krátkodobá stabilita! 19

Příklad 2 neodvodněná únosnost základového pasu 1. Dolní mez F = Fmax, dolní = qmax,dolní plocha = qmax,dolní B 1 qmax,dolní+ γz = γz +4su qmax,dolní = 4su Fmax, dolní = qmax,dolní plocha Fmax, dolní = B qmax,dolní = 4 B su 20

Příklad 2 neodvodněná únosnost základového pasu 2. Horní mez F = Fmax,horní = qmax,horní B 1 virtuální práce vnějších sil: δwext= Fmax,horníδwf virtuální práce vnitřních sil: δw INT= ΣτiLiδwi δwext = δwint Fmax, horní = 6 B su 21

Příklad 2 neodvodněná únosnost základového pasu dolní mez: qmax,dolní = 4su horní mez: qmax,horní = 6su Přesné řešení neznáme, leží v intervalu qmax = 4su až 6su 22

Příklad 2 neodvodněná únosnost základového pasu Řešení při realističtějším mechanismu: horní mez: qmax,horní = (2+π)su dolní mez: qmax,dolní = (2+π)su qmax,horní = qmax,dolní = qmax = (2+π) su (neodvodněná únosnost základového pasu na povrchu) založení v hloubce D: qmax= (2+π) su + γ D 23

METODA MEZNÍ ROVNOVÁHY Příklad 2 neodvodněná únosnost základového pasu (MMR = LEM) Fmax =? Rovnováha na zvolené smykové ploše: Fmax ½ B= su B (2 π ½ B) Fmax = 2 π B su Další mechanismy: Minimum Fmax vyjde pro h / B = 0,58, tj pro Fmax = 5,5 Bsu 24

Příklad 3 neodvodněná stabilita svahu o sklonu α, smyková plocha rovnoběžná se svahem 25

Příklad 3 neodvodněná stabilita svahu o sklonu α, smyková plocha rovnoběžná se svahem Dolní mez σ = N / A = N / ( L 1) = W cosα / L = ( γ H L cosα ) cosα / L= γ H cos 2α τ = T / A = T / ( L 1) = W sinα / L = ( γ H L cosα ) sinα / L = γ H cosα sinα Podmínka rovnováhy a dosažení podmínky pevnosti: τ / σ = sinα / cosα = tg α τ = su tgαmax,dolní = su / (γ H cos2αmax,dolní) sinαmax,dolní cosαmax,dolní = su / (γ H) αmax,dolní= ½ arcsin (2su / (γ H)) 26

Příklad 3 neodvodněná stabilita svahu o sklonu α, smyková plocha rovnoběžná se svahem Horní mez Práce vnějších sil: δwext = W δv = γ L H cosα δw sinα Práce vnitřních sil: δwint = τ L 1 δw = su L δw δwint = δwext γ HL δw cosαmax,horní sinαmax,horní = su L δw ½ sin2αmax,horní = su / (γ H) αmax,horní= ½ arcsin (2su / (γ H)) 27

Příklad 3 neodvodněná stabilita svahu o sklonu α, smyková plocha rovnoběžná se svahem αmax,dolní = αmax,horní = ½ arcsin (2su / (γ H)) Mezní ( kritický ) sklon svahu, při němž dojde k porušení αmax = ½ arcsin (2su / (γ H)) 28

METODA MEZNÍ ROVNOVÁHY Příklad 3 neodvodněná stabilita svahu o sklonu α, smyková plocha rovnoběžná se svahem Působící síly: W = γ H L cosα T= γ H L cosα sinα Tmax= su L Stupeň stability (bezpečnosti) FS = pevnost / smykové napětí FS = su / (γ H cosα sinα) = 2su / (γ H sin2α) FS = 1 α = αmax = ½ arcsin (2su / (γ H)) POZOR v MMR zvolit další mechanismy a hledat minimum FS! v tomto případě není třeba, všechny mechanismy jsou stejné (zadána smyková plocha rovnoběžná se svahem) 29

Příklad 3 neodvodněná stabilita svahu o sklonu α, smyková plocha rovnoběžná se svahem Mezní ( kritický ) sklon svahu, při němž dojde k porušení αmax = ½ arcsin (2su / (γ H)) Pokud je su = konst., klesá FS s rostoucím H hluboká smyková plocha pro neodvodněnou stabilitu pomáhá sesouvání 30

Literatura použitá v prezentaci (odkazy u použitých obrázků) [1] Atkinson, J.H. (2007) The mechanics of soils and foundations. 2nd ed. Taylor & Francis. [2] Atkinson, J.H. (1981) Foundations and slopes. McGraw-Hill. 31

Literatura pro předmět Základní povinná Atkinson, J. H. (2007) The mechanics of soils and foundations. 2nd ed. Taylor & Francis. (několik výtisků je v knihovně geologické sekce; první vydání (1993) lze najít na i-netu) Odkaz na prezentace přednášek je na http://natur.cuni.cz/~bohac/ Rozšiřující (omezeně dostupná na oddělení IG) Terzaghi, K, Peck, R.B. and Mesri, G. (1996) Soil mechanics in engineering practice. J. Wiley & Sons. Tomlinson, M.J. (1995) Foundation design and construction. 6th ed, Longman/J. Wiley & Sons. Fleming W.G.K., Weltman A.J., Randolph, M.F. and Elson, W.K. (1994) Piling engineering. 2nd ed. Blackie A&P. 32