Određivanje parametara tla

1

OdreĎivanje parametara tla(linearno-elastični-idealno-plastični model ili

“Mohr-Coulombov” model)

Antun Szavits NossanGrađevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

2009

2

Linearno elastični idealno plastični model

Parametri

Parametri elastičnih deformacija

Youngov modul ……. E’ (drenirano), E (nedrenirano)

Poissonov broj …….. n’ ……. 0,5

Parametri plastičnosti

Ploha popuštanja

Kut trenja ……….. j’ …… ju = 0

Kohezija ………… c’ ……. cu (nedrenirana

čvrstoća)

Dilatacija …… y ili D …… 0

3

Početno stanje naprezanja

Normalno konsolidirano tlo

Prekonsolidirano tlo

Kvocijent prekonsolidacije

0

0

,

,

z

v v v

h v h h

dz u

K u

0 1 sinncKsin

0 0tc

ncK K OCR

p vOCR

Nastanak prekonsolidacije:

sedimentacija i rasterećenje u geološkoj prošlosti

Sitnozrno i krupnozrno tlo

4

'v

'h

Ka

Kp

sedi

men

taci

ja, K

0nc

rast

ere

ćenje

, K

0 1:1

pA

'vA

A

OCRA(1) =

OCRA(2) = pA/ 'vA(2)

sin 0.50 0 0

0 1 sin

nc nc p

nc

K K OCR K OCR K

K'vA(1) = pA

A'vA(2)

se

dim

en

tacija

raste

reće

nje

(1)

(2)

(1)

(2)

Laboratorijski i terenski ureĎaji za

ispitivanje krutosti i čvrstoće tla

Laboratorijski klasifikacijski pokusi: Atterbergove granice (wL, wP), prirodna vlažnost

(w0), granulacija, relativna zbijenost (ID) , jednoososna čvrstoća (qa), ...

neposredna ispitivanja uzoraka tla: edometar, troosni uređaj, direktno smicanje, ...

Terenski posredno ispitivanje (uz korištenje korelacija): standardni penetracijski

pokus (broj udaraca N), statički penetracijski pokus (otpor šiljka qc), ...

neposredno ispitivanje: krilna sonda (nedrenirana čvrstoća), presiometar(otpor širenju cilindričnog otvora bušotine), probna ploča (slijeganje opterećene kružne ploče na površini tla ili u bušotini), geofizička ispitivanja (brzina širenja elastičnih valova; elastični valovi – širenje poremećaja u tlu pri vrlo malim deformacijama; brzina uzdužnih valova

, brzina posmičnih valova

5

p oed /v E s 0 /v G

6

Krutost od malih deformacija do sloma

Troosni uređaj i sekantna krutost tla

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

G0

vrlo male male velike

deformacije

posmična deformacija (%)

se

ka

ntn

i p

os

mič

ni

mo

du

l G

Terenski pokusi

SPT

CPT

DMT

MPMT

FVT

Geofizički površinska

refrakcija

SASW

cross-hole

down hole

7

8

Uteg W = 0,623 kN; visina pada H = 0,76 m; broji se broj

udaraca koji sondu-uzorkivač zabiju oko 30 cm u dno

bušotine

Teoretska energija udara je Ent =WH, stvarna energija udara, En, je

manja od teoretske zbog različitih gubitaka; kvocijent energije

definiran je kao ER = En/Ent, a standardnim se smatra ER = 0.6; kod

uređaja u Hrvatskoj su mjereni ER u rasponu od 0.6 do 0.7)

Korekcije mjerenog broja udaraca, N, na standardni, N60:

Standardni penetracijski pokus (SPT) 1

60 0.6B S R

ERN C C C N

Standardni penetracijski pokus (SPT) 2

Korekcije na standardni promjer bušotine, CB

CB = 1 za promjer bušotine od 65 do 115 mm;

Korekcija detalja uzorkivača, CS

CS = 1 za uzorkivač s košuljicom, a CS = 1.2 kad košuljice nema;

Korekcija dužine šipki u bušotini, CR

CR = 1 za dužinu šipki veću od 10 m, a CR = 0.95 za kraće šipke

Korekcija na veličinu vertikalnog efektivnog naprezanja u

tlu na mjestu sonde:

9

1 60 60( ) NN C N 1/ /N v aC p 100 kPaap

10

Statički penetracijski pokus (CPT)

Korekcija kao kod SPT

korekcija za SPT,n c N Nq q C C

Prikaz rezultata 1

Geotehnički profili, sondažni profili

11

SPT

0 200 400 600qu (kPa)

aksijalna čvrstoća

brzina posmičnih valova (down hole)brzina posmičnih valova (model)

0 20 40 60 80N (SPT)

0 200 400 600vs (m/s)

0 20 40 60 80100% frakcija

nasip

čvrsta glina

šljunak

kruta glina

0 20 40 60 80w (%)

% glina% glina+prah+pijesakgranica plastičnostiprirodna vlažnostgranica tečenja

30

25

20

15

10

5

0

du

bin

a (

m)

Prikaz rezultata 2

Sondažni profili i zbirni prikazi 2

12

Prikaz rezultata 3

Specijalizirani prikazi za izbor parametara tla

13

log 'v

ep

rmin

1

1

Cc

Cr

14

OdreĎivanje OCR 1

Sitnozrno tlo

Iz edometarskog pokusa

(Casagrande) za sitozrna tla

Iz nedrenirane čvrstoće i korelacija

iz

aksijalna čvrstoća

1,25

0,8

0,11 0, 0037 (%)

( ) ( )( )

( / 2)

u p p

u vu v u p

u p

a u a

a

c Ic

c c OCR OCRc

q c q

q

OdreĎivanje OCR 2

Iz SPT-a (vrlo grubo)

IZ CPT-a uz pomoć pritiska prekonsolidacije

- pritisak prekonsolidacije; je korigirani otpor šiljka

sonde , je mjereni tlak vode u filtarskom kamenu (piezometru) u sondi

neposredno iznad stožastog šiljka, a a je kvocijent površine stožastog šiljka koji se

dobije kalibracijom i kod kvalitetnih se uređaja kreće u rasponu od 0.75 do 0.82 za

uređaje s površinom poprečnog presjeka sonde od 10 cm2.

15

atmosf. tlak (100 kPa)0,58 ,a av

pOCR N p

0( )/ 3p t vq

p 2(1 )t cq q u a

cq 2u

OdreĎivanje OCR 3

Krupnozrno tlo

danas vrlo teško i vrlo nepouzdano

pri procjeni koeficijenta bočnog tlaka mirovanja (K0)

pretpostavlja se da je krupnozrno tlo normalno

konsolidirano; ima indikacija da je kod zbijenih

krupnozrnih tla koeficijent bočnog tlaka mirovanja veći

od onog za normalno konsolidirano tlo

16

17

Poissonov broj (drenirano stanje)

Sitnozrno tlo

Normalno konsolidirane gline i prašine

Prekonsolidirano

Krupnozrno tlo

malo podataka, ali se može pretpostaviti analogija: vrlo rahlo tlo ↔ normalno konsolidirano tlo

zbijeno tlo ↔ prekonsolidirano tlo

0

0

1 sin, raspon: 0.25 do 0.35

1 2 sinnc

ncnc

K

K

raspon: 0.1 do 0.2oc nc

oc

18

Youngov modul iz troosnog ureĎaja

Drenirano

stanje

Odnos nedreniranog i dreniranog modula

q= 1

1

1 1

E0 E50

1f

1f/2

1

Et Et – tangentni modul

E – sekantni modul

, ,2(1 ) 2(1 0.5)

3

2(1 )

E EG G G G

EE

19

Youngov modul iz edometra

Youngov i edometarski modul

Opći izraz za tangentni edometarski modul

Normalno konsolidirana glina

Prekonsolidirana glina

Iz korelacija za gline

oed

2, 3(1 )vv

v

eE

C

oed

(1 )(1 2 )

1E E

cC C

rC C

0, 009 ( (%) 10)

/ 74, / 370c L

c P r P

C w

C I C I

20

Youngov modul iz korelacija 1

Iz Cam – Clay modela za gline

Nedrenirano stanje

Drenirano stanje

0 0,8

50 0

64 (1 )(1 ln ) 6 sin/ ,

( ) 3 sin

12

uc

M e OCRE c M

C OCR

E E

2(1 )3

E E

21


Za gline i prašine iz broja udaraca N SPT-a (Stroud

1975)

Ip – indeks plastičnosti

oed oed2

(1 )(1 2 )/ ,

1aE p f N E E

Ip(%) f2

10 8

20 5

30 i više 4,5

22


Raspon za pijeske

Procjena zbijenosti pijeska iz SPT-a

Pijesak Zbijenost (ID) Tipično Piloti

Rahli 0 – 0.4 100-200 275-550

Srednji 0.4 – 0.6 200-500 550-700

Zbijeni 0.6 – 0.8 500-1000 700-1100

/ aE p

1 60( )

60D

NI

maxD

max min

e eI

e e

23


Za pijeske i šljunke (konzervativno)

(za prašinaste pijeske)

(za čiste rahle pijeske)

(za čiste zbijene pijeske)

50 60

60

60

/ 5

10

15

aE p N

N

N


Iz modula pri vrlo malim deformacijama (E0) te razlike vršnog (j’p) i kritičnog (jcv) kuta

trenja (Lee, Salgado i Cararro 2004) za pijeske i prašinaste pijeske

v

– gustoća tla

vs – brzina posmičnih valova

24

0 02

0 s

' 2 (1 ')E G

G v

p

p

p

6sin

3 sinM

j

j

25

Krutost pri vrlo malim deformacijama

Za vrlo male deformacije iz geoseizmičkih pokusa

na terenu (cross-hole, down-hole, refrakcija,

SASW, itd.)

Iz korelacija s SPT

Za deformacije u statičkim uvjetima približno

20 sG v

50 0 50 50(0, 05 0, 4) 2 (1 )G do G E G

0,770 / (1 0, 5) 120aG p N

26

Čvrstoća 1

Sitnozrna tla – nedrenirana čvrstoća

Iz troosnog pokusa ili iz aksijalne čvrstoće

Iz krilne sonde (uz korekciju)

aksijalna čvrstoća/ 2,u a ac q q

vrijeme do sloma u minutama

1.05 (%)

0.015 0.0075 log (min)

u insitu u VST

P

f

f

c c

b I

b t

t

Čvrstoća 2

Iz indeksa konzistencije

Iz indeksa plastičnosti

Iz efektivnog kuta trenja iz troosnog pokusa (tc)

27

2 01, 7 10 ,cI Lu c

L P

w wc I

w w

/ 0,11 0037 0,23 0,04u p Pc I

0/ ( )/100u p tcc

28

Čvrstoća 3

Utjecaj prekonsolidacije

Utjecaj brzine smicanja

Korelacija s SPT

1 1%/ 1/ 1,0 0,1log( / )u u satc c

1/u ac p f N

0,8/ ( / )( )u v u pc c OCR

Ip f1

10 0.080

20 0.075

30 i više 0.045

Čvrstoća 4

Korelacija s CPTom

29

/ , 7 15c vu a k

k

qc p N do

N

Čvrstoća 5

Utjecaj smjera smicanja1. CIUC 2. CK0UC 3. CK0UE

4. SS 5. DSS

1. izotropno konsolidirano nedrenirano tlačenje;

2. anizotropno konsolidirano (K0) nedrenirano tlačenje

3. anizotropno konsolidirano (K0) nedrenirano razvlačenje

4. jednostavno smicanje

5. direktno smicanje

30

15 20 25 30 35 40 45

' (0)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

c u /

' v0 (

-)

CIUC

CK0UC

SS

DSS

CK0UE

Čvrstoća 6

Sitnozrna tla – drenirana čvrstoća

Vršna ( ) samo iz laboratorijskih pokusa

smicanja

Kritična ( ) iz neposrednih mjerenja na prognječenim

uzorcima u troosnom uređaju ili procjena iz indeksa

plastičnosti (kritična kohezija uvijek je jednaka nuli)

31

sin 0,8 0,094 lncv PI

,p pc

cv

32

Čvrstoća 7

Rezidualna iz neposrednog mjerenja u uređaju za

direktno smicanja (cikličko opterećenje) ili rotacionog

direktnog smicanja ili procjenom iz težinskog postotka

sadržaja čestica gline

(čestice manje

od 0.002 mm)

33

Čvrstoća 8

Krupnozrna tla (drenirana čvrstoća; nedrenirana

rijetko zanimljiva)

Vršni efektivni kut trenja iz laboratorijskih pokusa

nepouzdan zbog nemogućnosti dobivanja

neporemećenih uzoraka

Vršni efektivni kut trenja iz SPT-a0,34

0( ) arctg 12, 2 20, 3( / )p

v a

NC

p

C = 1 (troosna kompresija), = 1,2 (troosna ekstenzija), =

= 1,1 (ravninsko stanje deformacija)

34

Čvrstoća 9

ili

Vršni efektivni kut trenja iz CPT-a

C isti kao u prethodnom izrazu za SPT

0( ) arctg 0,1 0,38 log( / ) p c v

C q

0

0,5

/( ) 17,6 11,0 log

( / )c a

p

v a

q pC

p

0 01 60' ( ) 20 15.4( )p N

Čvrstoća 10

Iz empiričkih korelacija s indeksom zbijenosti za

kvarcne pijeske (Bolton 1986)

35

Čvrstoća 11

Kritični kut trenja – iz neposrednih mjerenja u

laboratoriju ili slijedećom procjenom

R – zaobljenost (omjer prosječnog polumjera zakrivljenosti površine

zrna krupnozrnog tla i polumjera najveće kugle koja se može zrnu

opisati); kreće se od 0.1 za uglata do 0.9 za dobro zaobljena zrna

36

0 0( ) 42 17cv R

Dilatacija

U elasto-plastičnom modelu koristiti ju samo u

slučaju dreniranih analiza

Bolton 1986 (pijesci)

Rowe 1962

37

0.8p cv

sin sinsin

1 sin sinp cv

p cv

38

Zaključak Postoji niz pokusa za određivanje parametara tla; za pojedina vrste tla pogodni su

samo neki pokusi;

Ispitivanja treba prilagoditi vrsti tla i naprezanjima koja se očekuju u danom

problemu (ispitivanja prilagoditi utvrđenom problemu, a kako se saznanja

upotpunjuju, prilagoditi program istraživanja – istraživanja u više faza);

Mnogi detalji uređaja i ispitivanja mogu znatno utjecati na rezultate pa o njima

svima treba voditi računa i pažljivo ih bilježiti; po mogućnosti pokuse izvoditi po

priznatim standardima;

Sve dostupne podatke treba vrednovati i pogodno prikazati da bi se izvršila suvisla

i racionalna sinteza te mogli izabrati karakteristične vrijednosti parametara tla;

Određivanje parametara zahtjevan je i vrlo odgovoran dio rješavanja geotehničkih

problema.

Documents

Određivanje parametara tla