Teorijska mehanika tla

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Aparat za prstenato smicanje

Citation preview

  • SADRAJ1.UVOD....................................................................................................................................................22.OPENITOOUREAJUZAPRSTENASTOSMICANJE.............................................................................33.KARAKTERISTINIREZULTATIISPITIVANJAPIJESAKAUUREAJUZAPRSTENASTOSMICANJE...........43.1.Ugradnjauzorkaitestiranje..........................................................................................................43.2.Smicanjeprikonstantnomvolumenu.........................................................................................53.3.Rezultatidreniranogtesta.............................................................................................................9

    4.ZAKLJUAK..........................................................................................................................................13

  • 1.UVODOdnekolicineureajakojisekoristezaispitivanjeposminogponaanjapijesaka,poput

    ureajazadirektnosmicanjeitriaksijalnogaparata,ureajzaprstenastosmicanjejejedinikojidozvoljavasmicanjepijesakadovirtualnoneogranienihdeformacija,bezznaajnihrazlikauraspodjelinaprezanjaideformacijauodnosunapokusesmanjimvrijednostimaposminihdeformacija.Smicanjepijesakaprikojemsedostiuvelikedeformacijeodvelikogjeznaajazapraksuugraditeljstvu,jerpredvianjeponaanjatlapredstavljavanuinezaobilaznustavkuprililikomprojektiranja.

    Uovomraduopisanisupokusikojisenajeeprovode,udreniraniminedreniranimuvijetima,uaparatuzaprstenastosmicanje,kakobiseodredileznaajketla(uovomsluajupijesaka)privelikimdeformacijama.Kakobisetozornijeprikazaleprednostiiznaajkeaparatazaprstenastosmicanje,rezultatipokusausporeivanisusrezultatimapokusautriaksijalnomaparatu.

    Uzosnovnezahtjevezaureajukojemseispitujesmicanjepijesakapoputmogunostikonsolidacijeuzorkadoeljenogograniavajuegstanjaiprovoenjedreniranoginedreniranogpokusa,rotacijeosiglavnihnaprezanja,temogunostmjerenjananesenogoptereenja,prilikomsmicanjakojimsepostiuvelikedeformacijepotrebnajeispunitidodatnezahtjeve.Ureajukojemseispitujeponaanjepijesakaprivelikimdeformacijamamoradodatnoosigurati:

    1. sigurnoupravljanjesamimureajem,sobziromnainjenicudasuupitanjuvelikipomaci,2. jednolikuraspodjelunaprezanjaideformacija(nesmijedoidokoncentracije),3. mogunostugradnjedovoljnovelikoguzorka,nakojemezonasmicanjabititopreciznije

    definirana.

  • 2.OPENITOOUREAJUZAPRSTENASTOSMICANJEUzorakjeugraenizmeuvanjskogiunutarnjegprstena,azonasmicanjadefiniranajefiksacijomprstenova,odnosnovarijabilnaje(prua3moguapoloaja;nadnu,srediniivrhuuzorka).Napovriniuzorkanalazisefiksiranaploakojamjeriotpornostuzorkaprizadanomsminomnaprezanju.

    Prednostiureajaprilikommjerenjavelikihsminihdeformacijapijesaka:

    1. Mogunostsmicanjaneporemeenoguzorkadoneogranienihdeformacija.2. Mogunostoptereenjauzorkapoznatomvrijdnostisminognaprezanjanahorizontalnoj

    ravnini.3. Mogunostrotacijeosiglavnihnaprezanja.4. Mogunostkonsolidacijeuzorkaprijesmicanja.5. Promjenevolumenaoitujusesamoujednomsmjeru,tootvaramogunostpraenja

    volumskihpromjena.6. Ravninasmicanjaostajenepromjenjenaprinanoenjusminognaprezanja.7. Geometrijauzorkatakoerostajenepromjenjenatokomsmicanja(zarazlikuodtriaksijalnog

    aparata).

    Meutim,kakobiseizbjeglenepoeljnesituacijekojemogunaruititonostrezultataispitivanjapoputneuobiajeneraspodjelenaprezanjaideformacija,mogunostiistiskivanjauzorka,potekoaprilikompokuajaprovedbenedreniranogpokusaitrenjameuprstenovimakoritenjeovogureajamoguejeuzogranienja.Utjecajovihnepovoljnihimbenikaminimiziranjeugraivanjemoptimalnedimenzijeuzorka(odnosvisineiirine,oblik),prilagoavanjemoblikaprstenova,kaoimaterijalaodkojigsuproizvedeni,kojieomoguitinedreniranipokusisl.Upokuajutoveegunapreenjaaparatakojietozornijeprikazatiponaanjepijesakaprivelikimdeformacijama,usvijetuseodosnovnogureajazaprstenastosmicanje,dodanasrazvilonekolikomodificiranih,unikatnihverzijaureaja,odkojihsejedannalazinaGraevinskomfakultetuSveuilitauRijeci.

  • 3.KARAKTERISTINIREZULTATIISPITIVANJAPIJESAKAUUREAJUZAPRSTENASTOSMICANJE

    Opisanisupokusiispitivanjapijeskaudreniraniminedreniranim(konstantnivolumen)uvjetima.Uzoraknakojemsuseprovelaispitivanjajemuljeviti,dobrogranuliranipijesak,uzetsnalazitanarijeciMississippi.

    Obiljejapijeskakojikoristimouispitivanju:

    70%kvarc 21feldspar 5%karbonati minimalnikoeficjentporae=0.563imaksimalnie=1.038.

    3.1.UgradnjauzorkaitestiranjeUniformnostuzorakakojisukoriteniuispitivanjuosiguranajejednomodmetodapripreme

    uzoraka(eng.airpluviaton),kojakaoglavnipokretakoristisilugravitacije.Pijesakseugraujelijevkomkojijeprislonjennadnupostoljanakojiugraujemouzorak.Timeuvjetujemodaesticepijeskanepadajusvisine,imepostiemodajecijeliuzorakjednolikeporoznostitj.poroznostjednehrpicepijeskarazlikujesesamoza5.3%odprosjeneporoznosticijelokupnogugraenoguzorkapijeska.

    Slika1.Raspodjelaveliineesticapijeskaukoritenimuzorcima

  • Uureajzaprstenastosmicanjeugraenisupotpunosuhiuzorcipijeska,jerjedokazanodanedreniranitestitestsakonstantnimvolumenom(suhiuzorak)dajuidentinerezultate(smanjenjenormalnognaprezanjatijekomsmicanjakodtestakonstantnogvolumenajednakjepoveanjupornogtlakauvjetovanognanoenjemposminognaprezanjakodnedreniranogpokusa)doksaturiranostpijeskakoddreniranoguvjetaneigraulogu.Nakonugradnjeuzorkapijeskaizravnavasepovrinanakojinalijeeploazananoenjeoptereenjaiostalielementipotrebnizauspjenoizvoenjepokusa.Zatimseuzorkakoptereujenormalnimnaprezanjemudreniranimuvjetimadasedovededotranogstanjakonsolidacije,odnosnonormalnognaprezanjauuzorku,teseploapodignezamanjeod1mmkakobisesmanjilotrenjeizmeurotirajuebazeiprstena.Zatimsepoinjenanositiposminonaprezanje.Brzinasmicanjakojajeprimjenjenauovimistraivanjimaje18.3cm/min.Razlogvelikojbrzinismicanjajepotrebapostizanjavelikihdeformacija(ivieod10m)unutarjednogdana,tojeprihvaenojjerjedokazanojedakodpijesakaonanemautjecajanaponaanjeuzorkapijeskaprilikomsmicanja.

    Vanojerazdvojitinormalnaiposminanaprezanjakojasejavljajunavrhuuzorkaodonihkojisejavljajunamjestusmicanja,jernjihovevrijednostinisuiste.Razlograzliitostinormalnihefektivnihnaprezanjanarazliitimtokamavisineuzrokajevertikalanakomponentatrenjaizmeuuzorkaiprstenovakojujepotrebnokompenzitatidabisedobilotonoefektivnonormalnonaprezanje.Razlograzliitostiposminihnaprezanjajetrenjekojesejavljanagumenojbrtvitestogajeukupnoposminonaprezanjemanjezakomponentutrenjagumenebrtve(razlikaotporanagornjemidonjemureajuzamjerenje).

    3.2.SmicanjeprikonstantnomvolumenuNakonugradnjeuzorkapijeskagorenavedenommetodom,pomoulijevkanalijeemoplou

    zananoenjeoptereenjakojuprivrujemovijcimaimeosiguravamokonstantanvolumen.Unatouvrivanjujavljajuseminimalnipomaci(zbogpovrataelastinihdeformacija)kojeLVDToitavakaotojepokazanonaSlici2.(poetnomjerenjejepomaknutonaapscisinaoko0.2mm),nozbogmalogutjecajanaporoznostonosezanemarujetesevolumenuzimakaokonstantan.Utjecajtrenjabrtveupoetkusmicanjaiznosi4050%,nokodveihpomakaonopadanamanjeod5%sminevrstoeuzorka(Slika4.).

  • Slika

    Nefektivn

    injenicunaprezan

    Sli

    2.LVDToit

    NaSlici3.primnormalniudaseplohanjakaoneza

    ika3.Ovisno

    tanjaiomjer

    ikazanesuizmnaprezanjasmicanjakoavisnanijeu

    ostiopteree

    poroznostiz

    zmjerenevrijjimanavrhuodpijesakafpotpunostim

    enja,efektivn

    zabiljeento

    jednostioptuuzorka('n,formiraudomogue.

    nognormaln

    okomispitiva

    ereenjaeltop)inazoninjojzoniuzo

    nognaprezan

    njaprikonst

    ijaN1iN2usmicanja('orka,razlikov

    njaiposmin

    tantomvolu

    ovisnostio'n,SZ).Sobzirovatiovadva

    nihdeformac

    menu

    omna

    cija

  • P

    naprikaznaprezan

    poklapaunutarnj

    iste,ananaprezan

    Krivuljanuspore

    Prikazomuz.Kododabinjebezkomsarezultatimjikuttrenjaiaprezanjasenjanijeuvijenedolazidoenjesaned

    Slika4.S

    dijagramuran,SZiz,tompenzacijezmapriodabiiznosi=35razlikujusamekmogua,a0zbogrezidreniranimko

    Smicanjepo

    unaslici5.jaop(normalnozagumenubrunormalnih.Trebanapomoukompaovisiomogdualnevrstoompresijskim

    osminasila

    asnosevidioefektivnonbrtvu)dobivhiposminihomenutidasenzacijskim

    gunostimaioetla.Naslmpokusomk

    (naprezanje

    kolikoodabiaprezanjena

    vamounutarnhnaprezanjasilekojesunfaktorima.karakteristik

    ici5.pokuspkojiprikazuje

    )

    rrazliitihvrasminojplonjikuttrenjaanasminojanaseneusPravilanodakamaureajprikonstantneunutarnjiku

    rijednostiiohiiposminaod=25tplohiprikojsveetirivarabir,tj.procjakojegkorisnomvolumeuttrenjaod

    utjeenotoseneimarijantesuenastimo.enu=31.

  • V

    kritinogureaja

    Slik

    Velikarazlikagstanjatouzaprstenast

    ka5.dija

    aizmeuovautriaksailnomtosmicanjeu

    grama)urb)tri

    advaureajmaparatukruzoraksezbi

    eajzaprsteiaksialniapar

    aoitujeseiritinostanjeijaidostiek

    enastosmicarat

    iuveliinamedostieseskritinostanj

    anje

    asminihplsamonakonenakon100

    ohaprijedo1.3cm,dok0cmsmicanj

    stizanjakoda.

  • 3.3.ReS

    naprethvaljka(Upreko10ukljuilisluaju,limit.Slikvrijedno

    (z,U2).OvFz,Ugoto

    sutinik

    Slika6.MprimjeroMoramo

    primjerp

    zultatidrSlika6.prikahodnoodabrUP)kojeodgo0mpomakadsmopromjeprazninaomka7.prikazustiefektivnihvamjerenjaovoidentianonstantnoti

    Mjerenjeikoomjerapromoimatinaumpodtimspec

    reniranogazujeLVDTmanomuzorkuovarajusmandaomjerpranuomjerap

    mjeradosegnujeoptereenhnormalnihpokazujuda

    nomjerumjejekomispitiv

    ompjutorskimatranogupmudajeviecifinimpoe

    gtestamjerenjadobupijeska.Ovnjenjupraznazninepristuporapromatreprivremennjamjerenanaprezanja(ajenastranierenomutevanja.

    omjerdobiveparalelnomdod10mpoetnimuvjetim

    ivenatijekomvdjeLVDTbilineomjeromupikritinomranuuparalominimumoptereenji(n,top)navrhitrenjaFz,U2iestustalnogv

    entijekomddreniranomtotrebnodasema)utestus

    mtipinogteljeiznaajnemodoko15%stanjuuovoelnoodvijanitadapoinjmastanicahuprimjerkaiznosiookovolumena.K

    dreniranogsmroosnomsmepribliipribsmicanjaprst

    estadreniranepromjeneu%.Primjeujeojsituaciji.ZaomtriaksijaljerastisvedN1iN2,kaoinaposmi14%odnormakoseipred

    micanjauzorminomtestublinomkrititena.

    njaprstenasupoloajugoemodajepoausporedbulnomtestu.oktestdoseiizraunanenimzonamamalnogoptedvialo,n,SZ

    rkaprstenakuMRpijeskanomstanju

    smicanjaornjegotrebnou,Uovom

    egnesvojeaereenjaostajeu

    kaoi.(zaovaj

  • Slikaravnini

    Naslici8naprezan

    moment

    dosegnu

    Slika8

    7.Uitanamizraunatoj

    8.prikazanenjanavrhuut,momenteuvrhunac,a

    8.Momentid

    mjerenjainoizmjerenjao

    suvrijednosuzorkainaptrenja,tepozatimsesm

    dobivenimje

    ormalnanaproptereenja

    prst

    tiodgovarajposminojzoosminanapmanjujunan

    erenjemipo

    rezanjanavrdobivenihtitenaMRpij

    uihtorzijskinipridrenirarezanja.Prisnajmanjumo

    osminanapsmicanje

    rhuprimjerkijekomprimeska

    ihmjerenjaianomposmismicanjuseoguumjeru.

    prezanjanav

    a(n,top)inajeradreniran

    vrijednostipkuprstena.zonepove

    vrhuprimjer

    asmicanje(nogsminog

    posminogMjeriseukuavajudokn

    rkaopteree

    n,SZ)ugpokusa

    upnine

    nogna

  • Slika9.(a)prikazujetragovenaprezanjaizpokusaprstenastogsmicanjakojidogovarajuviestrukimkombinacijamasminihinormalnihnaprezanjaiztestadreniranogprstenastogsmicanja.

    1. Sminoinormalnonaprezanjemobiliziranouzonismicanja(SZ;'n,SZ)kojisumjerenikoritenjemjedinstvenekombinacijenormalnihitorzijskihnaprezanjaelijaunovomureajuzaprstenstosmicanje.

    2. Sminoinormalnonaprezanjemobiliziranouvrhuuzorka(top;'n,tpo)kojeebitimjerenokoritenjemkonvencionalnogureajazaprstenastosmicanje.

    3. SZi'n,tpo4. topi'n,SZ

    Zausporedbu,slika9.(b)prikazujerezultateparalelnogdreniranogtriaksialnogkompresijskogpokusaizvedenonauzorkuMRpijeskakaoikuttrenjakodtriaksialnogkompresijskogefektivnognaprezanja.

    Konstantanvolumenidreniranivelikipomakkutatrenjaefektivnognaprezanjapomouraunalakoritenjempritiskanaravninismicanja(SZ;'n,SZ)suotprilikejednaki37,dokodgovarajuikuttrenjamjerentriaksialnomkompresijomiznosioko32.Razlikaodoko5jedosljednaobjavljenimpodacimauveziizmeuravninesmicanjaikutatriaksialnogsmicanjakaotestprstenastogsmicanja(navelikimudaljenostima).Ovajsporazumpotvrujedajemobiliziranonaprezanjenaplohismicanjamorabitimjerenokadatestiramopijeskeuureajuzaprstenastosmicanje(gdjesesmicanjejavljaubaziuzorka),inemoebitiadekvatnomjerenukonvencionalnomureajuzaprstenastosmicanjekojineodvajamjerenjemzidtrenja.Neuzimajuiuobzirtesile(kojenisutipinomjereneuprstenastomaparatu)kadatestiramopijeskemoerezultirativelikimudaljenostimauvrstoamakojesusuviemale.Osimtoga,rezultatiprezentiraniovdjesugerirajudasepremjetanjemgranicatriaksialnogaparatamoeiskljuitimjerenjekritinihmjestaposminevrtoeakizarastresiteuzorke.Noviaparatzaprstenastosmicanjeinisedaedoidokritinihstanjaiuvolumnimiudreniranimuvjetima.

    Kaotosmoiprijenapomenuli,dobrodefiniranazonasmicanjarazvijenajeiudreniranimuvjetimaiuuvjetimakonstantonogvolumenaupokusuprstenastogsmicanja,promatraaseunekimpokusimaizvedenimsaPMMAvanjskimograniavajuimprstenom.Zonasmicanjaizmjerena1.3mmdebljineili14D50MRpijeska,kojajedosljednazakljucima"AlshibliandSture(2000)"(izmeuostalih)kojisuprimjetilidajetrakasmicanjaformiranazavrijemetestiranjaravninenaprezanjabilaoko13D5014D50zafinogranuliranepijeske.

  • Slika

    15.Tragovinaprezanjazzaispitivanjetri

    euzorka(a)diaksijalnipok

    dreniraniprskus

    sten(b)dren

    niranikompreesijski

  • 4.ZAKLJUAKZaispitivanjeponaanjapijesakaprivelikimdeformacijamakoristisenekolikoureajaod

    kojihsunajzastupljenijitriaksijalniaparat,aparatzadirektnosmicanjeiaparatzaprstenastosmicanje.Glavnizahtijevspomenuteaparaturejestdaprilikomdostizanjavelikihdeformacijasmicanjempotrebnanaprezanja,kaoideformacije,znaajnoneodstupajuzasluajevedreniranoginedreniranogpokusa.Aparatzaprstenastosmicanjenajboljeodgovarazadanomzahtjevuprilikomispitivanjaponaanjapijesakaprivelikimdeformacijama.Uzzadanizahtjevaparatimabrojneprednostipoputmogunostidostizanjabeskonanihposminihdeformacijabezznaajnihrazlikauraspodjelinaprezanjaideformacijaizmeuniskihivisokihdeformacijskihzahtjeva(velikiimalipomaci),sposobnostraspodjelenaprezanjanasliannainkakosetooekujeuprirodi,odravanjekonstantnograzmakaigeometrijeuzorkatokompokusaislino.

    Meutim,uzbrojneprednosti,kaoisvakiureaj,aparatzaprstenastosmicanjeimaogranienja,poputdimenzijauzorakakojemoguprouzroitinepovoljnuraspodjelunaprezanjaideformacijaiekstruzijeuzorkaprilikomsmicanja.Upravousvrhumimiziranjaspomenutihogranienja,noviaparatzaprstenastosmicanjejeproizvedennasveuilituuIllinois.Ureajomoguujeprovoenjepokusaudreniraniminedreniranimuvjetimaidimenzijeprstenovaprilagoenesunanaindaomoguavajujednolikuraspodjelunaprezanjaiprivelikimsilamaideformacijama.Takoer,mogueistiskivanjeuzorkapritakovelikomnaprezanjusprijeenojezavarenimprstenovimauzduvezanihprstenova.Usporedbomrezultataispitivanjaitijekprovedbepokusautriaksijalnomaparatuiuaparatuzaprstenastosmicanjemoemoseuvijeritiuprednostiiveutonostrezultatadobivenihispitivanjemuaparatuzaprstenastosmicanjeudreniraniminedreniranimuvjetima.

    Mogunostidostizanjabeskonanihdeformacijaureajemzaprstenastosmicanjeuvjetjezadostizanjekritinogstanjatojejojednaunizuprednostispomenutogureaja.