Slika 5.1 Oblici ponašanja tla pri smicanju

Transcript

1 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla ČVRSTOĆA TLA Jedna od najvažnijih inženjerskih osobina tla je svakako smičuća čvrstoća tla. Ona predstavlja najveći smičući napon koji se može naneti strukturi tla u određenom pravcu pri čemu se javljaju distorzijske deformacije koje u trenutku dostizanja maksimalnog smičućeg napona prelaze u plastične deformacije. Tada se kaže da je mobilisana sva smičuća čvrstoća tla, odnosno došlo je do loma tla. Smičuća čvrstoća tla zavisi od mnogo faktora, u najvećoj meri od trenja između pojedinih čestica tla, veličine čestica, cementnih veza između zrna tla, minerološkog sastava, promene konfiguracije skupa zrna, loma pojedinačnih zrna, njihove početne orijentacije i promene orijentacije pri deformisanju, elektrohemijskog sastava porne vode i naravno od normalnog efektivnog napona. Mogu se razlikovati tri kvalitativno različita oblika loma tla, slika 5.1. Slika 5.1 Oblici ponašanja tla pri smicanju Krto-plastični lom podrazumeva povećanje smičućeg napona do maksimalne veličine koja predstavlaj vršnu smičuću čvrstoću (τ f ), a zatim opadanje smičućeg otpora pri daljem deformisanju, do konstantne vrednosti (τ f,r ), pri velikim deformacijama. Plastični lom podrazumeva maksimalni smičući napon (τ f ) koji sa daljnjim porastom deformacija ostaje konstantan. Žilavo ponašanje podrazumeva sa porastom distorzijskih deformacija povećanje smičućeg napona ali se ne dostiže karakteristčna maksimalna vrednost u ispitanom intervalu deformacija.

2 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla 67 Kulon-Mor-Tercagijev zakon loma Ovaj linearni zakon loma prvi je predložio Kulon (1776 god.), a modifikovao Terzagi (1925 god.) koji uvodi zavisnost smičuće čvrstoće od efektivnih napona, slika 5.2. gde je: c kohezija za efektivne napone φ ugao smičuće otpornosti ( σ u) tgφ = c + σ φ τ = c + tg f Slika 5.2 Zavisnost smičuće čvrstoće od normalnog napona

3 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla Opit direktnog smicanja tla (SRPS U.B1.028;1996) Ispitivanje smičuće čvrstoće tla sprovodi se pomoću aparata za direktno smicanje, slika 5.3. Opterećenje se nanosi u dve faze: I faza: nanosi se normalna sila N koja je konstantna za jedan uzorak tokom trajanja opita. II faza: povećava se sila smicanja T do loma ili do deformacije u iznosu od 10 % do 15% širine uzorka. Slika 5.3 Šema aparata za direktno smicanje Vrednosti normalnih napona i napona smicanja izračunavaju se tako što se normalna sila i sila smicanja podele efektivnom površinom smicanja između dva okvira kutije, koja zavisi od relativnog pomeranja pri smicanju. Vrednosti normalnih napona biraju se tako da se dobiju rezultati u području napona koji su značajni za konkretan primer. Prvi uzorak se izlaže najmanjem naponu, drugi dva do tri puta većem naponu od primenjenog na prvom, a treći dva do tri puta većem naponu od primenjenog na drugom. Tipično naponi su 100, 200 i 400 kpa ali mogu se upotrebiti i druge kombinacije ukoliko postoje odgovarajući razlozi. Vrste opita: postoje tri postupka koji se, pre svega, razlikuju po uslovima dreniranja u pojedinim fazama opterećivanja: postupak sa dreniranjem u obe faze opita ili DRENIRANI opit (D-opit),,povratni ili REVERZNI drenirani opit smicanja za određivanje rezidualne čvrstoće pri smicanju (R-opit) postupak bez dreniranja u obe faze opita ili NEDRENIRANI opit (U-opit)

4 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla 69 Zadatak 6.1 Koristeći podatke standardnog laboratorijskog opita direktnog smicanja, odrediti efektivne vršne (τ f ) i rezidualne parametre čvrstoće (τ f,r ). Objekat: Brana Velebit Vrsta opita: CD Sonda/dubina: SB-1/2.5 m Brzina horiz. pomeranja v=0.05 mm/min REZULTATI OPITA DIREKTNOG SMICANJA Hor. pom. (mm) Normalni napon σ' (kn/m 2 ) σ'=100 σ'=200 σ'=300 Smičući napon τ (kn/m 2 ) Smičući napon τ (kn/m 2 ) Smičući napon τ (kn/m 2 ) Normalni napon σ (kpa) Normalni napon σ (kpa) 300

5 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla Određivanje pritisne čvrstoće (SRPS U.B1.030;1968) Ovaj opit se najčešće sprovodi na neporemećenim uzorcima vodom zasićenih sitnozrnih materijala uzetih iz terena. Uzorak cilindričnog oblika izlaže se dejstvu postepenog povećanja aksijalnog napona ( 1 ) do loma, pri čemu su bočni naponi σ 2 =σ 3 =0. Maksimalna vrednost aksijalnog napona predstavlja jednoaksijalnu čvrstoću (q u ), slika 5.4. Opit se sprovodi relativno brzo, tako da je praktično nederniran pa je smičuća čvrstoća jednaka cu= qu / 2 gde je: c u nedrenirana kohezija, a φ u =0 Slika 5.4 Opit jednoaksijalne čvrstoće tla Zadatak 6.2 Na osnovu opita jednoaksijalne kompresije tla, potrebno je nacrtati dijagram napondeformacija (σ ε) i odrediti jedoaksijalnu čvrstoću (q u ), nedrenirani modul deformacije (E u ) i nedreniranu koheziju (c u ). Na osnovu dijagrama (σ ε) prerađenog uzorka, odrediti senzitivnost (s t ). Objekat: Brana Velebit Sonda/dubina: SB-2/4.5 m Geomtrijski podaci o uzorku Visina H 0 (cm) 8.00 Prečnik D 0 (cm) 3.57 Površina A 0 (cm 2 ) 10.01? Zapremina V 0 (cm 3 ) 80.08? Faktor kalibracije K=2.73 Brzina vertikal. pomeranja v=1.5 mm/min Osnovni parametri Neto vlažna masa g Neto suva masa g Masa vode g 32.63? Vlažnost (w) % 26.05? Vlažna zapr.. težina (γ) kn/m ? Suva zapr. težina (γ d ) kn/m ?

6 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla 71 REZULTATI OPITA JEDNOAKSIJALNE KOMPRESIJE Defleksija prstena M (cm) Aksijalna sila P (kn) Skraćenje uzorka H (mm) Deformacija uzorka ε 1 (%) Aksijalni napon σ 1 (kn/m 2 ) ? ? Aksijalni napon 1 (kn/m 2 ) Aksijalna deformacija 1 (%)

7 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla Opit triaksijalne kompresijela (SRPS U.B1.029;1996) Uzorak se stavi u ćeliju triaksijalnog aparata, optereti pritiskom sa svih strana, a zatim se opterećuje povećanjem aksijalnog napona do loma, pri čemu su radijalni naponi konstantni. U toku opita pod raznim uslovima registruju se naponi i deformacije uzorka i na osnovu dobijenih podataka izračunava se čvrstoća tla pri pritisku. Triaksijalni aparat: Opterećenje se nanosi u dve faze: I faza: nanosi se svestrani napon σ 3 koja je konstantna za jedan uzorak tokom trajanja opita. II faza: povećava se aksijalni pritisak do loma ili do deformacije u iznosu od 20% širine uzorka. Vrednosti svestranih pritisaka za I fazu opita biraju se tako da se dobiju rezultati u području napona koji su značajni za konkretan primer. Prvi uzorak se izlaže najmanjem odabranom pritisku, drugi dva puta većem pritisku od primenjenog na prvom, a treći najmanje dva puta većem pritisku od primenjenog na drugom. Tipični naponi su 100, 200 i 400 kpa ali mogu se upotrebiti i druge kombinacije ukoliko postoje odgovarajući razlozi. Nakon završnog ispitivanja izmeri se masa uzorka i odredi zapreminska masa. Vrste opita: Postoje tri postupka koji se, pre svega, razlikuju po uslovima dreniranja u pojedinim fazama opterećivanja: Postupak bez dreniranja u obe faze opita ili NEDRENIRANI opit (U-opit). Postupak sa dreniranjem u obe faze opita ili DRENIRANI opit (D-opit). Postupak sa konsolidacijom u prvoj fazi i bez dreniranja u drugoj ili KONSOLIDOVANI NEDRENIRANI opit (CU-opit).

8 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla 73 Zadatak 6.3 Izvršen je CU (konsolidovan-nedreniran) opit triaksijalne kompresije na uzorku prekonsolidovane gline. Rezultati opita su dati tabelarno: Ćelijski pritisak σ 3 (kpa) kpa Aksijalni napon σ 1 (kpa) Porni pritisak u (kpa) Devijator napona q (kpa) Devijator napona q' (kpa) Srednji napon p (kpa) Srednji napon p' (kpa) kpa kpa σ1 σ q = 3 2 σ + = 2 1 σ3 p Odrediti parametre smičuće čvrstoće tla za totalne (φ cu, c cu ) i efektivne napone (φ', c') pomoću anvelope loma u (σ τ) i p-lj sistemu. Izračunati parametar pornog pritiska pri lomu (A f ) po Skemptonu. Parametar pornog pritiska po Skemptonu: uf Af = σ 1f

9 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla 74

10 MEHANIKA TLA: Čvrstoća tla 75