(Microsoft PowerPoint - Mehanika tla SAIPEM-kona\350no.ppt)

$: (Microsoft PowerPoint - Mehanika tla SAIPEM-kona\350no.ppt)$
1

I. Vrkljan: SAIPEM MEDITERAN USLUGE, 2011

Osnovni elementi mehanike tla


Tekstura sedimentnih stijena

Shematski prikaz načina pakiranja zrna i načina cementacije i litifikacijeklastičnog i sedimenta

Cement naknadno izlučen u dijelupornih prostora

Matriks

Pora

Zrno (klast)

Pora ispunjena vodom

(grč.klásis-lomljenje, razbijanje)


Zrna ili klasti su detritični mineralni ili litični sastojci preostali nakon fizikalnog i kemijskog trošenja starijih stijena, koji su taloženi nakon prijenosa vodom, zrakom ili ledom. Zrna čine osnovni skelet ili konstrukciju stijene.

Matriks je sitni detritus (kod konglomerata i breča obično sitni pijesak, prah, mulj ili glina) koji je transportiran i taložen zajedno sa zrnima. U sedimentu sematriks nalazi ili u međuprostorima zrna kada su zrna u kontaktu (intergranularna poroznost), ili pak zrna plivaju u matriksu. Litifikacijom matrikspostaje čvrsto matriksno vezivo kojim se zrna povezuju u čvrstu stijenu.

Cement naknadno izlučen u dijelu pornih prostora

Matriks

Pora

Zrno (klast)



2


Cement je mineralna tvar izlučena u porama između zrna nakon njihova taloženja ali i na mjestu otoplkenih zrna. Dakle, to je postsedimentacijskisastojak. Izlučivanjem cementa-cementacijom-također se zrna povezuju-cementiraju-u čvrstu stijenu, pa cement pripada mineralnom vezivusedimentnie stijene.

Pore su slobodni prostor između zrna u kojima nema ni matriksa niti cementa. Obično su ispunjeni plinom i/ili vodom i naftom.

Cement naknadno izlučen u dijelu pornih prostora

Matriks

Pora

Zrno (klast)




Sitni

pelitni i glinovitisedmenti

Krupni

šljunci

konglomerati

breče

pijesci

Pješčenjaci

Egzogeni sedimenti(klastični)

Endogeni sedimenti(kemijski i biokemijski)

Organogeni reziduiugljen i treset

Reziduitla i boksiti

Vulkanoklastični sedimentitufovi, tufiti

Mješoviti sedimentilapori, kalcitični siltiti i

kalcitični peliti

Kataklastičnitil i tiliti

Isprani rezidui

Evaporitni

Gips

Anhidrit i soli

Neevaporitni

vapnenci

dolomiti

silicijski i fosfatnisedimenti

Precipitati

Podjela sedimentnih stijena


Tlo i stijena

Pelit(pelitni)

Clay(clayly)

Glina(glinoviti)

Lutit(lutitni)

Alevrit(alevrolitnił)

Silt(silty)

Prah(prašast ili siltozni)

Arenit(arenitni)

Psamit(psamitni)

Sand(sandy)

Pijesak(pjeskoviti)

Rudit(ruditni)

Psefit(psefitni)

Gravel(gravelly)

Šljunak(šljunkoviti)

LatinskiGrčkiEngleski

Termini za kvalitativno označavanje veličine zrna klastičnih sedimenata (Tišljar, 1987)

3


Tlo (soil) (pijesak, šljunak, glina)

Stijena (rock) (vapnanac, dolomit, granit....)

??????(ground) (tla i stijene)

σσ

ε

Jednoosna tlačna čvrstoća

σu

σu<1 MPa Tloσu>1 MPa Stijena

Granica između tla i stijena????

Tlo i stijena


SEDIMENTNE STIJENE

PJEŠČENJAK

slabovezani

Tlo i stijena


LAPOR

Tlo i stijena

4


Stijena je :� diskontunualna,� anizotropna,� nehomogena,� prirodno napregnuta.

Tlo je:� kontinum,� homogeno.

Ponašenje uzorka u laboratoriju opisuje ponašanje cijelog područja promatranja

Ponašenje uzorka u laboratoriju NE opisuje ponašanje cijelog područja promatranja

Tlo i stijena


Odnosi faza u tlu

Plin

Voda

Krute čestice

Wg≈0

Ww

Ws

Težine

W

Mg≈0

Mw

Ms

M

MaseVolumeni

V

Vg

Vw

Vs

Vv

Ukupna masa tlaM

Težina tekuće faze u tlu (voda)WsVolumen tekuće faze u tlu (voda)Vw

Težina krutih časticaWwVolumen plinske fza u tlu (zrak)Vg

Ukupna težina tlaWVolumen krutih časticaVs

Masa tekuće faze u tlu (voda)MwVolumen poraVv

Masa krutih časticaMsUkupni volumenV


Gustoća čvrstih čestica

Specific gravity of solids

Gustoća suhog tlaSpecific gravity of dry soil

StupanjsaturacijeDegree of

saturation

GustoćaSpecific gravity of mass

Koeficijentporoznosti:Void ratio

VlažnostWater content

PorozitetPorosity

Maseni odnosiVolumenski odnosi

V

Vn v=

s

v

V

Ve =

v

w

V

VS =

n

ne

−=

1 e

en

+=

1

V

MGm =

V

MG s

d=

s

s

V

MG =

s

w

s

w

W

W

M

Mw ==

eSwG =

Odnosi faza u tlu

5


JEDNOOSNA KOMPRESIJA

ε

σ

∆

∆=E

σ∆l

l0

0l

l∆=ε

σ

ε

1

2

1-Početak plastifikacije2-vršna čvrstoća

Konstitutivna jednadžba


Konstitutivnom jednadžbom definira se zakonitost promjene naprezanje i deformacija.Mehanika kontinuuma zahtjeva da svaka konstitutivna jednadžba zadovoljava određene principe. Jedan od njih je da ona bude neovisna o izabranom koordinatnom sustavu, te da s obzirom na razne koordinatne sustave bude invarijanta (konstanta opruge ista je na Zemlji, mjesecu ili rotirajućem disku)

E

σ

σσ

ε

E*εσ =

∆σ

∆εε

σ

∆

∆=E

IDEALNO ELASTIČNO PONAŠANJEHOOKE-OVO TIJELO



IDEALNO PLASTIČNO PONAŠANJE

σ

ε

σ0σ0

φσσ tgn*

0=

σn


6


Elastičan-perfektno plastičan materijalSaint Venant-ov materijal

Eσ

σ

ε

E*εσ =

∆σ

∆ε

ε

σ

∆

∆=E

0σσ =

Elastičnadeformacija Plastičan slom



ELASTOPLASTIČNO PONAŠANJE

σ

ε

E*εσ =

∆σ

∆ε

ε

σ

∆

∆=E

2

3

1

1-Idealno elasto-plastično2-Očvršćavanje (strain-hardening)3-Omekšavanje (strain softening)



Kriterij čvrstoće (strength criteria or failure criteria)

ČVRSTOĆA predstavlja stanje naprezanja pri kojem se uzorak stijene ilielement stijenske mase lomi.

KRITERIJ ČVRSTOĆE je jednadžba koja se koristi za provjeru dali će se desitilom pod djelovanjem tri glavna naprezanja koja se predviđaju na određenojlokaciji.

7


Tradicionalno:čvrstoća=f(σ1, σ2, σ3)

čvrstoća=f(ε1, ε2, ε3)

Kriterij čvrstoće (strength criteria or failure criteria)


Mohr-Coulombov kriterij čvrstoće

Za dvodimenzionalni slučaj, stijena će se slomiti kod kritične kombinacije normalnih i posmičnih naprezanja:

nµσττ += 0

σ3σ3

σ1

σ1

β

τ

σn

Kod loma2β =90+Φ

β=45+Φ/2

σσ1

σ3

σuσ

t

Jednoosno tlačenjeJednoosni vlak

2β

Φ µ=tanΦ

τ0=c

Mohrovaanvelopa

c

τ

τ0=kohezijaµ=koeficijent trenja

( ) βσστ 2sin2

131 −=

( ) ( ) βσσσσσ 2cos2

1

2

13131 −++=n

Jednadžbe za τ i σn su jednadžbe kruga u (σ- τ) prostoru

Charles AugustinCoulomb (1736-1806)

Kriterij čvrstoće


Mohr-Coulombov kriterij čvrstoće

Mohr Cuolombov-kriterij prikazuje se ravnom linijom koja tangira Mohrove krugovekoji predstavljaju kritičnu kombinaciju glavnih naprezanja (vrijednosti glavnih naprezanjau trenutku loma)

σσ1

σ3

σuσ

t

2β

Φ

c

τ

gdje je:•Φ= kut unutarnjeg trenja•c= kohezija•τ =posmično naprezanje u trenutkuloma ili posmična čvrstoća

Sve kombinacije normalnih i posmičnih naprezanja koje leže ispod ovako definiranog kriterija predstavljaustabilno stanje (neće doći do loma materijala).

c+= φστ tan

Kriterij čvrstoće

8


Stupanj prekonslidacije

Stupanj prekonsolidacije, OCR (overconsolidation ratio), je omjer najvećeg vertikalnog naprezanja u prošlosti, σp, i onoga kome jetlo izloženo u sadašnjem trenutku, σv’

OCR = σp / σv’

Normalno konsolidirana, NC (normally consolidated), su ona tla u kojima je OCR jednak 1. To su tla u kojima je proces konsolidacije dovršen, a prethodno nisu bila izložena većim opterećenjima.

Prekonsolidirana, OC (overconsolidated), su ona tla u kojima je OCR veći od 1, dakle su uglavnom prethodno bila izložena većim opterećenjima.


Efektivno naprezanje

σVoda u porama nalazi se pod tlakom (u). To je porni tlak vode.

Efektivna naprezanja se javljaju na kontaktima pojedinačnih zrna.

Uobičajeno se obilježavaju sa apostrofom, σ’ i predstavlja razliku totalnog naprezanja i pornogtlaka.

σ’= σ- u

σ

σσ - Ttotalno (ukupno) naprezanje

σ


Efektivno naprezanje

σVoda u porama nalazi se pod tlakom (u). To je porni tlak vode.

Efektivna naprezanja se javljaju na kontaktima pojedinačnih zrna.

Uobičajeno se obilježavaju sa apostrofom, σ’ i predstavlja razliku totalnog naprezanja i pornogtlaka.

σ’= σ- u

σ

σσ - Ttotalno (ukupno) naprezanje

σ

9


Posmična čvrstoća tla


Čvrstoća različitih materijala

Čelik

Vlačna čvrstoća

Beton

Tlačna čvrstoća

Tlo

Posmična čvrstoća

Prisustvo porne vodeKompleksno

ponašanje


Smicanje (čisti smik, posmik)

10


Potporni zid

Posmični lom tlaLom tla općenito uzrokuju posmična naprezanja


Potporni zid

Posmični lom tla

Površina loma

Mobilizirani posmični otpor

Lom tla općenito uzrokuju posmična naprezanja

Lom se događa kada posmično naprezanje uzduž plohe (mobilizirani posmični otpor) loma dostigne posmičnu čvrstoću.


Nasip

Temeljna stopa

Ploha loma

Mobilizirana posmična otpornost

Posmični lom tlaLom tla općenito uzrokuju

posmična naprezanja

Lom se događa kada posmično naprezanje uzduž plohe (mobilizirani posmični otpor) loma dostigne posmičnu čvrstoću.

11


Posmični lom tla

Čestice tla klize jedna preko druge uzduž plohe loma.

Ne dolazi do lomljenja pojedinačnih zrna.

Ploha loma


Mehanizam posmičnog loma

Pri lomu, posmično naprezanje uzduž plohe loma (τ)dostigne vrijednost posmične čvrstoće (τf).

στ

τ

στ

τ


φστ tanff c +=

Posmična se čvrstoća sastoji od dvije komponente: kohezije i trenja.

σf

τf

φ

τ

σ

c

σf tan φ

c kohezija

trenje

Mohr-Coulomb kriterij čvrstoće

Charles Augustin Coulomb

12


τ

σ’

'tan'' φστ += cf

c’

φ’

Anvelopa loma

Efektivna kohezija Efektivni kut

trenjaτf

σ’

u−= σσ '

u = porni tlak

vode

Mohr-Coulomb kriterij čvrstoće(u obliku efektivnih naprezanja)

τf je maksimalno posmično naprezanje koje tlo može podnijeti bez loma pod normalnim naprezanjem σ.


Što su njihove vrijednosti veće, veća je i čvrstoća.

c i φ su veličine koje određuju posmičnu čvrstoću.


Mohrovi krugovi i anvelopa loma

Y

σ1

σ3

σ1

∆σ

σ1+∆σ∆σ

Element tla se neće slomiti ako je Mohrov krug ispod anvelopeloma

Površina tlaτ

σ

Prije dodatnog opterećenja, Mohrov krug je točka ako

σ1 =σ3

13


Element tla na različitim lokacijama

Ploha loma

X X

X ~ lom

YY

Y ~ stabilno

τ

σ’

'tan'' φστ += cf



Y

σ1

σ3

σ1

∆σ

Kako se naprezanje povećava Mohrovi krugovi postaju sve veći

.. I lom se dogodi kada Mohrov krug dotakne anvelopu loma.


Površina tlaτ


Položaj plohe loma

Y

σ1

σ3

σ1

∆σ

σ1+∆σ

90+φ

φ

45 + φ/2

Ploha loma se formira pod kutem 45 + φφφφ/2prema horizontali

45 + φ/2

Y

τ

Površina tla

14


Mohrovi krugovi u obliku totalnih i efektivnih naprezanja

= X

σσσσv’

σσσσh’X

u

u+

σv’σh’

Efektivna naprezanja

uσvσh

X

σv

σh

Totalna naprezanja

ττττ

σ σ σ σ ili σσσσ’


Točka naprezanja

2

31 σσ −=p

q

p

τ

σσ3σ1

(σ1-σ3)/2

(σ1+σ3)/2

Točka naprezanja

Točka naperzanja

X

σ1

σ3

2

31 σσ +=q


Trag naprezanja

q

p

Trag naprezanja

Tokom opterećenja…

τ

σ

Trag naprezanja povezuje točke naprezanja

15


Anvelopa loma (kriterij čvrstoće)

τ

σ

q

p

c

φ

c cos φ

tan-1 (sin φ)

Lom

Trag napr.

Tokom opterećenja (posmika)…


Koriste se i druge metode kao: Izravni jednostavni posmik (directsimple shear test), kružno smicanje, laboratorijska krilna sonda, laboratorijski padajući šiljak

Određivanje posmičnih parametara tla(c, φφφφ ili c’, φφφφ’ ’)

Laboratorijska ispitivanja na neporemećenim uzorcima

Terenska ispitivanja

Najčešće korištene metode:

1. Izravnin posmik (direktno smicanje)

2. Troosni posmik (troosnoispitivanje)

1. Krilna sonda2. Džepni penetrometar3. Padajući šiljak4. Presiometar5. Statička penetracija6. Standardi pemnetracijski

pokus

(Microsoft PowerPoint - Mehanika tla SAIPEM-kona\350no.ppt)

Documents

Transcript of (Microsoft PowerPoint - Mehanika tla SAIPEM-kona\350no.ppt)