Cvrstoca Na Smicanje Tla

ČVRSTOĆA TLA NA SMICANJE Za rješenje većine inženjerskih zadaća u geotehnici, čvrstoća tla na smicanje je najvažnije svojstvo: - stabilnost kosina - granična nosivost tla (temelja) - horizontalni pritisak na potporne konstrukcije - trenje između pilota i tla

Posmična čvrstoća tla ovisi o tri osnovne komponente: - otpor koji trenje pruža klizanju između čestica - kohezija i adhezija između sitnih čestica tla - međusobno uklještenje čvrstih čestica koje sprječava deformaciju

GRANIČNO STANJE RAVNOTEŽE je stanje naprezanja pri kojem, za mali porast naprezanja, deformacije naglo počinju rasti i konačno postaju velike i bez prirasta opterećenja (NASTAJE SLOM).

Uzmimo niz uzoraka i dovedimo ih do loma, te stanje naprezanja u trenutku sloma prikažimo Mohr-ovim kružnicama.

Anvelopa se na pojedinim dijelovima aproksimira pravcem - MOHR-COULOMB-ov zakon

τ'f = c'+ σ * tgϕ' τf - čvrstoća na smicanje c - kohezija σ - normalno naprezanje na plohu sloma ϕ - kut unutarnjeg trenja materijala

Karakteristični dijagrami posmično naprezanje/deformacija:

vršna čvrstoća

ZBIVENO TLO rezidualna čvrstoća

RAHLO TLO

Oblik deformacija upućuje da parametri čvrstoće (c i ϕ) nisu konstante materijala tla već ovise o: 1. vrsti materijala 2. mineraloškom sastavu 3. granulometrijskom sastavu 4. veličini najvećeg zrna 5. porozitetu 6. predkonsolidacijskom naprezanju 7. vlažnosti

KUT UNUTARNJEG TRENJA P

f=

H

H gr. P

Hgr.→veličina sile neposredno prije ostvarenja pomaka 50

H (N)

KVARC VLAŽAN

SUH

}PORFINIT VLAŽAN KVARC SUH

P (N) 100

Utjecaj vode na koeficijent trenja kod nekih minerala

σ1 N1

S - sila smicanja

S N2 σ

3

Smicanje idealnih kugli U nekoherentnim materijalima može se pokazati da je kut prirodnog pokosa, tj. onaj kut koji još može zadržati nagib kosine u takvom materijalu, jednak kutu unutarnjeg trenja ϕ, a koji ovisi o porozitetu. U slučaju prirodnog pokosa materijal nije zbijen pa je kut prirodnog pokosa ujedno i najmanji mogući kut unutarnjeg trenja tog materijala. ϕ

LINIJ A J EDNAKE ENERGIJ E ZBIJ ANJ A

Cu =

44 42

50

D ma x 25 12 6

40 38 0.35

0.45

0.55

e0

D 60 D10

Koeficijent jednolikosti je promjenjiv u koliko raste najveće zrno, a najmanje se ne mijenja

Pokusima je dokazano da se kut trenja ϕ povećava ukoliko se povećava promjer maksimalnog zrna Dmax, a da pri tom minimalno zrno ne mijenja promjer. Pri tom dolazi do boljeg popunjavanja šupljina odnosno do smanjenja poroziteta. Zrna su tada bolje ukliještena i slabije pokretljiva. KOHEZIJA je otpor tla smicanju kada su normalna naprezanja jednaka nuli, a nastaje pod utjecajem elektrokemijskih sila između čestica, ovisi o: • veličini čestica • mineraloškom sastavu • vlažnosti • porozitetu • elektrokemijskom sastavu porne vode

Posmična čvrstoća, odnosno parametri posmične čvrstoće, mogu se u tlu odrediti laboratorijskim pokusima na uzorcima i terenskim ispitivanjima.

LABORATORIJSKI POKUSI: POKUS DIREKTNOG SMICANJA Postoje dva tipa uređaja za direktno smicanje: - sa konstantnim prirastom sile - sa konstantnim prirastom deformacije

UREĐAJ ZA DIREKTNO SMICANJE I RASTAVLJENA ĆELIJA

Izvode se najmanje tri pokusa (EC 7 traži 5 pokusa) sa različitom silom opterećenja P:

σ=

P F

τ=

H F

pokretni dio ćelije

P δ

H

ploha sloma τ

τ

τ3

σ3

ϕ

τ2

σ2

τ1

σ1

c δ NEDOSTACI: - nepoznato stanje naprezanja na plohi sloma - predodređena ploha sloma - nije moguće mjeriti porni pritisak

σ1

σ2

σ3 σ

SMICANJE U TROOSNOM UREĐAJU

σ1 = σ3 + ∆σ1 σ1' = σ1 − u σ3 ' = σ3 − u

vertikalno opterećenje P

δ pomak

∆σ1 σ3

σ3

uzorak

σ3

σ3

σ3

∆σ1 u porni pritisak

pritisak u ćeliji ventil σ1-σ3

τ σ3

3

σ32

ϕ

σ31 c δ σ1'− σ 3 ' = σ1 − σ 3

σ3

3

σ13

σ

NEKONSOLIDIRANI NEDRENIRANI POKUS (UU)

τ

ϕU=0 cU

σ'1

σ'3

σ

KONSOLIDIRANI NEDRENIRANI POKUS (CU)

τ ϕ' ϕ

c σ'3

σ3

σ1 σ

σ'1 u

σ'1 = σ1 − u σ' 3 = σ 3 − u KONSOLIDIRANI DRENIRANI POKUS (D)

u=0

⇒

σ = σ' ϕ = ϕ' c = c'

c' < c ϕ' > ϕ

TERENSKI POKUSI Statički penetrometar Vicat (1846) P A gdje je A površina poprečnog presjeka stošca na dubini prodiranja h sa slike. qc =

P

β

h

Princip džepnog penetrometra

P = π ∗ K ∗ c ∗ ( h ∗ tg β 2) 2 odnosno za β=90° : P = π ∗ K ∗ c ∗ h2

odnosno:

c=

P π ∗ K ∗ h2

Pokusima je utvrđeno da vrijedi odnos: 8≤ K∗π ≤ 12. Akose prema Terzaghi i Peck-u prihvati da je granična vrijednost trenja po plaštu penetrometra (f1) jednaka polovici vrijednosti čvrstoće sa slobodnim bočnim širenjem: F fl = l O∗h gdje je O opseg šipke penetrometra, a h visina na kojoj se ostvaruje trenje. Iz toga izlazi: q fl = u 2

c u =f 1 Ovaj izraz vrijedi za one koherentne materijale kod kojih je ϕ=0.

Standardni penetracijski pokus (SPT)

Veza između konačno popravljenog broja udaraca N SPT-a i kuta unutarnjeg trenja pjeskovitih materijala je linearna do vrijednosti N≅ 45.: ϕ=27+0.3*N Veza za broj udaraca veći od N=45 nije više linearna već poprima oblik: ϕ=17.57*N 0,22

Krilna sonda

Skica krilne sonde i moment ključa Za tako izvedeni pokus, lomna čvrstoća na smicanje se računa iz izraza: a ) τ′f =

2M d⎞ ⎛ π ∗ d2 ∗ ⎜ h + ⎟ 3⎠ ⎝

M= izmjereni moment u trenutku loma, d= promjer valjka kojeg stvore krilca prilikom rotacije, (standardno postoje tri raspona krilaca) h= visina krilaca za τ’ = c u +σ' tg ϕ u, kako je ϕ = 0, tada je τ’ = c u ,