Přetváření zemin

Mezi nejdůležitější technické vlastnosti v mechanice zemin patří přetvárné vlastnosti – určují stlačení zeminy (sedání) tj. deformaci zeminy. Stlačitelnost je způsobena svislým napětím vneseném do zeminy Popsány deformačními parametry Zkoušky na neporušených vzorcích

Deformační charakteristiky Modul pružnosti (Youngův modul) Modul přetvárnosti Eodemetrický modul Poissonovo číslo Moduly reakce podloží

4 Modul pružnosti Budeme uvažovat zatěžování zeminy v jednom směru - svisle Platí Hookův zákon  E   napětí  poměrná deformace E.... Youngův modul

Deformační charakteristiky závislost

6 Plynulé zatěžování

7 modul pružnosti E = tg  =  pr modul přetvárnosti (základní) E def = tg  =  tečnový modul přetvárnosti E def,t = tg  t = 

závislost E oed edometrický modul přetvárnosti C, C 10 součinitel stlačitelnosti m v koeficient objemové stlačitelnosti Zakládání staveb Brno 2006

závislost a v číslo stlačitelnosti C c index stlačitelnosti C r index rekomprese

Deformační křivka jílovité zeminy Zakládání staveb Brno 2006

11 Poissonovo číslo Hornina  K0K0 žula 0,10 – 0,140,11 – 0,16 rula 0,15 – 0,300,18 – 0,43 křemence 0,10 – 0150,11 – 0,18 pískovce 0,13 – 0,170,15 – 0,21 křemité břidlice 0,10 – 0,150,11 – 0,18 jílovité břidlice 0,25 – 0,300,33 – 0,43 zvětralé jílovité břidlice 0,300,43 písky, štěrkopísky 0,33 – 0,36 0,49 – 0,56 tuhý jíl 0,40 – 0,450,57 – 0,82

Schema edometru

Edometr

Oedometer 14

Edometrický modul  ef/  e = Eoed

Pokud nahradíme deformační křivku pro určitý interval blízkých napětí  1ef -  2ef sečnou, můžeme závislost považovat za lineární Edometrický modul přetvárnosti E oed je tedy sečnový modul, platný pro určitý interval napětí  1ef -  2ef na deformační křivce  e = (  ef ):

Přibližné odvození pokud nemáme k dispozici výsledky edometrické zkoušky

Součinitel stlačitelnosti C Pokud vztah mezi efektivním napětím a poměrným stlačením zeminy znázorníme v semilogaritmickém měřítku, má tento vztah často podobu přímky. Sklon této přímky se považuje za charakteristiku deformačních vlastností zeminy při jednoosé deformaci a je charakterizován jako součinitel stlačitelnosti C:

V inženýrské praxi se občas používá pro vynesení napětí sef místo přirozeného logaritmu (základ e) logaritmus desítkový (základ 10). V tomto případě je zvykem značit součinitel stlačitelnosti s dolním indexem 10: C 10.

Rozsahy součinitele stlačitelnosti C ZeminaSoučinitel stlačitelnosti C [-] Sprašová hlína15 – 45 Jíl podle konzistence30 – 120 Hlinité zeminy60 – 150 Středně ulehlé a ulehlé písky150 – 200 Písek se štěrkem> 250

Polní zkoušky Zatěžování deskou Presiometr

Sedání

Konsolidace zemin Stlačení vrstev zeminy je způsobené změnou napětí v zemině např. vnesením vnějšího zatížení do zeminy vytěsnění vody z pórů přemístění zrn zeminy deformace zrn zeminy Zakládání staveb Brno 2006

Typy sedání okamžité sedání (počáteční) pouze smyková přetvoření, jen změna tvaru zeminy primární sedání (konsolidační) přemístěním a stlačením zrn zeminy se vytěsní voda z pórů sekundární sedání (creepové) dotvarovává se skelet zeminy za konstantního efektivního napětí Zakládán staveb Brno 2006

Sedání Celková svislá deformace (např. povrchu) vzniklá vnějším přitížením se nazývá sedání

Šikmá věž Pisa

Rovnoměrné sedání může být nepříjemné změna povrchu terénu Nerovnoměrné sedání vyvolá napětí v konstrukci zapříčiní naklonění otázka provozuschopnosti

KONEČNÉ SEDÁNÍ s– konečné (celkové) sedání s i – okamžité sedání s c – konsolidační (primární sedání) s s – sekundární sedání

OKAMŽITÉ SEDÁNÍ Způsobeno smykovým přetvořením nedochází ke změně objemu zeminy mění se tvar objemu zeminy Zemina% s i z konečného sedání Písek70 – 90 % Tuhý jíl40 – 60 % Měkký jíl10 – 25 %

KONSOLIDAČNÍ SEDÁNÍ Způsobeno normálovým a smykovým přetvořením dochází ke změně objemu zeminy přemisťování a stlačování zrn časově závislé (u nesoudržných propustných zemin rychlé) zatížení v rovnováze s odporem na kontaktu zrn voda se vytlačuje do míst menšího tlaku (vymizení pórového tlaku) zemina konsoliduje

SEKUNDÁRNÍ SEDÁNÍ Způsobeno reologickým přetvářením pevné fáze významné u kašovitých a plastických zemin

OKAMŽITÉ SEDÁNÍ – NESOUDRŽNÉ ZEMINY Výpočet je komplikován nelineární tuhostí závisející na napjatostním stavu Používají se empirické a semiempirické metody: Alpanova, Schultze a Sherifa, Terzaghiho a Pecka, Scmertmanna, Burlanda a Burbidge,Meyerhofova, dilatometrická aproximace

OKAMŽITÉ SEDÁNÍ SOUDRŽNÉ ZEMINY Pro výpočet se používá teorie pružnosti, vhodná zejména pro nasycené jíly, jílové břidlice Metody výpočtu: teorie pružnosti, Janbuova, Perlofova, Kaye a Cavagnarova

Konsolidační sedání

Konsolidace znázorněná pomocí izochrón

37 Konsolidační sedání Vrstva nasyceného jílu (S r =1) v píscích je zatížena. Předpokládáme, že voda může ze zatížené vrstvy proudit horní i spodní částí vrstvy. počátku zatížení tj. v době hned po aplikaci zatížení dojde k okamžitému sedání, tj. změně tvaru. Není zatím změna napětí pórového a efektivního. H Δσ v H ΔuvΔuv H Δσ v ’ =+ = +

38 Konsolidační sedání Čas od zatížení narůstá t > 0 Voda je volně z pórů vytlačována a přestává přenášet zatížení Pórové napětí klesá a efektivní narůstá H Δσ v H ΔuvΔuv H Δσ v ’ =+ = +

39 Konsolidační sedání V čase t = ∞ tj. na konci sedání Pórové napětí je v rovnováze (předpokládá se, že většinou vymizí) a vnesené zatížení přenášejí pouze zrna zeminy Tento proces je časově závislý a trvá týdny, měsíce či roky H Δσ v H ΔuvΔuv H Δσ v ’ =+ = +

Jednoosá stlačitelnost Z rozšířeného Hookova zákona a za předpokladu nulového bočního přetvoření platí pro svislé poměrné přetvoření normálně konsolidovaných zemin vztah:

Vliv historie zatížení normálně konsolidované zeminy překonsolidované zeminy

42 Konsolidační křivka Závislost čísla pórovitosti na logaritmu zatížení e C r = Index opětovného stlačení – rekomprese tj. sklon křivky C c = Index stlačitelnosti – tj. sklon křivky CrCr Log 

43 Překonsolidované – normálně konsolidované Překonsolidované – v minulosti byla zemina zatížena více než dnes Normálně konsolidované současníézatížení je maximální e V tomto bodu zlomu křivky se hodnota napětí nazývá překonsolidační napětí σ’ c. To je maximální napětí, které kdy bylo v zemině Log  σ’cσ’c

Vliv historie zatížení Zakládání staveb Brno 2006 normálně konsolidované zeminy překonsolidované zeminy

Stupeň překonsolidace OCR Zakládání staveb Brno 2006 OCR < 1 neskonsolidované (např. násyp) OCR = 1 normálně konsolidované OCR > 1 překonsolidované

Určení překonsolidačního napětí: Casagrande Zakládání staveb Brno 2006

Výpočet sedání Zakládání staveb Brno 2006  H : 1) f(  /  ) 2) f(  / e )

48 Normálně konsolidované zeminy σ v ’= σ c ’ ΔH = C c H / (1 + e 0 ) log [(σ v ’+ Δσ v ) / σ v ’] e Geostatická napjatost (OCR = 1) Napětí po aplikaci zatížení Log  σc’σc’

Překonsolidované zeminy  or  z  c ΔH = C r H / (1 + e 0 ) log σ c ’ / σ v ’ + C c H / (1+e 0 ) log [(σ v ’+ Δσ v ) / σ c ’] Zakládání staveb Brno 2006

50 Překonsolidované zeminy –(σ v ’+ Δσ v ) < σ c ’ ΔH = C r H / (1 + e 0 ) log [(σ v ’+ Δσ v ) / σ v ’] e Geostatické napětí Napětí po aplikaci zatížení Log  σc’σc’

Vliv historie zatížení zeminy na sedání Zakládání staveb Brno 2006

Sekundární sedání Zakládání staveb Brno 2006

Index sekundární stlačitelnosti Zakládání staveb Brno 2006

Metody výpočtu sedání ČSN Pomocí součinitele stlačitelnosti Pomocí indexu stlačitelnosti NEN (Buismann, Ladde) Soft soil model Teorie Janbu - nelineární f(  /  ) Pomocí dilatometru Zakládání staveb Brno 2006

ČSN

Strukturní pevnost

%  or