A talajok összenyomódásának vizsgálata

A talajok összenyomódásának vizsgálata

Amit már tudni kellene Összenyomódás Konszolidáció Normálisan konszolidált talaj Túlkonszolidált talaj Túlkonszolidáltsági arányszám,ocr

Konszolidáció az az időben lejátszódó folyamat melynek során a pórusvíz kinyomódik a talaj pórusaiból,a teljes feszültségek hatékonnyá válnak, és a térfogatváltozás lejátszódik. Előterhelési nyomás az a legnagyobb földnyomás amely egy adott talajelemet valaha terhelte Normálisan konszolidált talaj olyan talaj amely története során még soha nem kapott nagyobb terhelést, mint ami jelenleg rá ható hatékony földnyomás Túlkonszolidált talaj olyan talaj amelyre története során már hatott nagyobb nyomás, mint jelenleg rá ható földnyomás Túlkonszolidáltsági arány, OCR a talajelemre valaha hatott legnagyobb és a jelenleg ható függőleges földnyomás aránya Kompresszós index, C c, a normál kompressziós görbe, lg(σ z ) e koordinátarendszerbeli ábrázolása alapján meghatározott egyenes hajlásszöge Rekompressziós index C ur, a tehermentesítési és újraterhelési görbe átlagának, lg(σ z ) e koordinátarendszerbeli ábrázolása alapján meghatározott egyenes hajlásszöge Összenyomódási modulus, E s, az aritmetikus koordinátarendszerben ábrázolt kompressziós görbe egy adott szakaszához tartozó húr hajlásszöge. Elsődleges (konszolidációs) összenyomódás a talajok azon térfogatváltozása amely a pórusvíz pórusokból való kinyomódása következtében alakul ki Másodlagos összenyomódás (jellemzően finomszemcséjű) talajok azon térfogatváltozása amely a pórusvíz pórusokból való kinyomódása után következik be Többlet pórusvíznyomás a pillanatnyi nyugalmi víznyomáshoz viszonyított többletvíznyomás. Szivárgási úthossz a legnagyobb úthossz, amit egy vízrészecskének meg kell tennie valamely nyugalmi potenciálon lévő felületig.

Alakváltozások fajtái: Nyírási alakváltozás: γ A nyírási alakváltozás során a térfogatelem térfogata nem változik A talajok nyírásakor bekövetkező tömörödés vagy lazulás a talajok speciális viselkedéséből adódik A nyírási alakváltozás önmagában nem időfüggő, még talajok esetében sem A nyírófeszültségek és a nyírási alakváltozások között a kapcsolatot rugalmas állapotban pl. a nyírási modulus adhatja meg (lineárisan rugalmas esetben), a rugalmas és a képlékeny állapotok közötti határállapotot a nyírószilárdság Térfogati alakváltozás : ε v =ε 1 +ε 2 +ε 3 Az érintett elem fajlagos térfogatváltozását adja meg Konszolidáció (időfüggő)

A talajok összenyomódása időben elhúzódó, a terhelő feszültség nagyságától függő folyamat. Δε=f(σ,t), azaz a hézagtényező változása az idő és a terhelő feszültség függvénye Konszolidáció Δε σ =f(σ=konst,t) Kompresszió Δε t =f(σ,t=const(= ))

Térbeli állapot figyelembevétele alapok széle alatt számítógépes tervezéskor azonnali összenyomódás számítására Hooke-törvény vagy bonyolultabb nem-lineáris anyagmodellek alapján Lineáris alakváltozási állapot szélesebb alapok közepe alatt a rutinszerű mérnöki gyakorlatban kompressziós görbe, annak linearizálásával nyert összenyomódási modulus vagy szemilogaritmikus vagy hatványösszefüggés alapján Izotróp feszültségi állapot Elemvizsgálatok, modellparaméterek meghatározása

Konszolidáció

A teljes összenyomódás összetevői Azonnali összenyomódás vagy S r <1 levegő kinyomódása Konszolidáció S r =1 oldalirányú alakváltozás ΔV=0 Másodlagos összenyomódás

Azonnali összenyomódás Telített talaj térfogatállandóság melletti függőleges összenyomódás az oldalirányú alakváltozás miatt számítása a Hooke-törvénnyel µ=0,5 és E u triaxiális vizsgálatból Telítetlen talaj az előbbi mellett még a levegő összenyomódása is

Konszolidáció v s v S = f (du) u ΔV = ΔV V σ = σ' + u ε σ' ε = σ' / Ε s

Az elméleti konszolidációs görbe konszolidációs fok κ % 0 20 40 60 80 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 időtényező T κ = Δ Δh t h( t) ( ) = T k Es 1 1 = t = c 2 v ρ g H H 2 v t

Különböző perem- és kezdeti feltételekhez tartozó konszolidációs görbék A konszolidáció során a pórusvíznyomás, és az összenyomódás a mélység és az idő függvényeként változik. A folyamatot egy dimenziós feladat esetén egy első változójában (mélység) másodrendű, második változójában elsőrendű parciális differenciál egyenlettel lehet leírni (lásd a fenti ábrán) A parciális differenciál egyenlet megoldásait jelentő görbeseregből a megoldás során bekerülő integrálási állandóknak az adott perem- és kezdeti feltételekek megfelelő kiválasztásával lehet az adott problémát leíró konszolidációs görbét kiválasztani.

Konszolidáció jelensége 0 1 nap 1 hét idő t min 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 fajlagos összenyomódás εz % 5 10 15 20

0 1 nap 1 hét idő t min 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 fajlagos összenyomódás εz % 5 10 15 20 idő t min 1 nap 1 hét 1 hónap 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 0 fajlagos összenyomódás ε z % 5 10 15 20

Másodlagos összenyomódás Bingham modell: dγ τ = τ0 + B dt dε σ = σ0 + D dt σ σ0 dε = dt D Értelmezés mérési eredmények alapján ε z = ε z0 + Cα. ln t t 0 fajlagos összenyomódás ε z % idő t min 1 nap 1 hét 1 hónap 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 0 5 10 15 20

Kompresszió (t=konstans) azonnali süllyedés t 0 = 0 a konszolidáció vége t c = t 98 1-3 év az építmény élettartama (ha van kúszás) t é 50-100 év

függőleges fajlagos összenyomódás ε z % függőleges feszültség σ z kn/m 2

1,8 1,4 hézagtényező e 1,0 0,6 kezdeti feszültség újraterhelés C R ülepedési görbe C C tehermentesülés C előterhelés 0,2 10 σ 'z0 100 σ 'zmax 1000 függőleges feszültség σ kpa

Kompressziós görbe matematikai közelítései (modellek) Linearizálás a megfelelő tartományban ε z = σʹ E z s függőleges fajlagos összenyomódás ε z % Δε z függőleges feszültség σ z kn/m 2 σ z0 Δσ z E = s Δσ Δε z z

Szemilogaritmikus leírások Klasszikus: ε z C = 1+ e 0. ln σʹzo + σʹ σʹ z0 z hézagtényező e 1,8 1,4 1,0 0,6 kezdeti feszültség újraterhelés C R ülepedési görbe C C tehermentesülés C előterhelés 0,2 10 σ 'z0 100 σ 'zmax 1000 függőleges feszültség σ kpa Kritikus állapot jelölésekkel: v = 1+ e = N + λ ln p'

Hatványfüggvényes leírások: ε z = a σʹ b z E s = v p a σʹ p z a w Log-log leírások:

Vizsgálatok

Terhelési lépcsők Pl (10) - 50-100 - 200-400- 800 más módszerek is vannak Terhelési időtartam 24 óra 0,02 mm/óra sebesség a konszolidáció végéig

Az alakváltozási jellemzők meghatározása Laboratóriumi mérésekből Ödométeres vizsgálat - lineáris alakváltozási állapot modellezése E S C C C S σ zmax c v C α a b meghatározására Triaxiális vizsgálat - térbeli állapot modellezése E µ Ε u (E S C C C S σ zmax c v C α a b ) meghatározására Terepi mérésekből Terhelőlapos vizsgálat - elméleti úton közvetlenül Presszióméteres vizsgálat - elméleti úton közvetlenül Szondázásokból - tapasztalati alapon korrelációkkal Tapasztalati adatok alapján felvéve