Sedání

Konsolidace zemin

Stlačení vrstev zeminy je způsobené změnou napětí v zemině např. vnesením vnějšího zatížení do zeminy

• vytěsnění vody z pórů• vytěsnění vody z pórů

• přemístění zrn zeminy

• deformace zrn zeminy

Zakládání staveb Brno 2006

Typy sedání

• okamžité sedání (počáteční)pouze smyková přetvoření,jen změna tvaru zeminy

• primární sedání (konsolidační)přemístěním a stlačením zrn zeminyse vytěsní voda z pórůse vytěsní voda z pórů

• sekundární sedání (creepové)dotvarovává se skelet zeminy za konstantního efektivního napětí

Zakládán staveb Brno 2006

Sedání

Celková svislá deformace (např. povrchu) vzniklá vnějším přitížením se nazývá sedání

Transcona, Kanada, obilné silo

Před naplněním sila

Po naplnění

30 m

Tuhý jíl

Měkký jíl

Vápenec

Šikmá věž Pisa

Rovnoměrné sedánímůže být nepříjemnézměna povrchu terénu

Nerovnoměrné sedánívyvolá napětí v konstrukcivyvolá napětí v konstrukcizapříčiní nakloněníotázka provozuschopnosti

P R A S K L I N A

KONEČNÉ SEDÁNÍ

s – konečné (celkové) sedání

i c ss s s s= + +s – konečné (celkové) sedání

si – okamžité sedání

sc – konsolidační (primární sedání)

ss – sekundární sedání

OKAMŽITÉ SEDÁNÍ

Způsobeno smykovým přetvořenímnedochází ke změně objemu zeminymění se tvar objemu zeminy

Zemina % si z konečného Zemina % si z konečného sedání

Písek 70 – 90 %

Tuhý jíl 40 – 60 %

Měkký jíl 10 – 25 %

KONSOLIDAČNÍ SEDÁNÍ

Způsobeno normálovým a smykovým přetvořenímdochází ke změně objemu zeminypřemisťování a stlačování zrnčasově závislé

(u nesoudržných propustných zemin rychlé)zatížení v rovnováze s odporem na kontaktu zrnzatížení v rovnováze s odporem na kontaktu zrnvoda se vytlačuje do míst menšího tlaku

(vymizení pórového tlaku)zemina konsoliduje

SEKUNDÁRNÍ SEDÁNÍ

Způsobeno reologickým přetvářením pevné fázevýznamné u kašovitých a plastických zemin

OKAMŽITÉ SEDÁNÍ – NESOUDRŽNÉ ZEMINY

Výpočet je komplikován nelineární tuhostí závisející na napjatostním stavu

Používají se empirické a semiempirickémetody: metody: Alpanova, Schultze a Sherifa, Terzaghiho a Pecka, Scmertmanna, Burlanda a Burbidge,Meyerhofova, dilatometrická aproximace

OKAMŽITÉ SEDÁNÍ SOUDRŽNÉ ZEMINY

Pro výpočet se používá teorie pružnosti, vhodná zejména pro nasycené jíly, jílové břidlice

Metody výpočtu: teorie pružnosti, Janbuova, Metody výpočtu: teorie pružnosti, Janbuova, Perlofova, Kaye a Cavagnarova

Konsolidační sedání

Konsolidační sedáníVrstva nasyceného jílu (Sr=1) v píscích je zatížena. Předpokládáme,

že voda může ze zatížené vrstvy proudit horní i spodní částí vrstvy. počátku zatížení tj. v době hned po aplikaci zatížení dojde k okamžitému sedání, tj. změně tvaru. Není zatím změna napětí pórového a efektivního.

Δσv Δuv Δσv’= +

15

H H H= +

Konsolidační sedání• Čas od zatížení narůstá t > 0• Voda je volně z pórů vytlačována a přestává přenášet zatížení• Pórové napětí klesá a efektivní narůstá

Δσv Δuv Δσv’= +

16

H H H= +

Konsolidační sedání• V čase t = ∞ tj. na konci sedání• Pórové napětí je v rovnováze (předpokládá se , že většinou

vymizí) a vnesené zatížení přenášejí pouze zrna zeminy• Tento proces je časově závislý a trvá týdny, měsíce či roky

Δσv Δuv Δσv’= +

17

H H H= +

Zkouška konsolidace v laboratoři• Konsolidační zkouška určuje deformační

charakteristiky

Hv

• Veškeré sedání je pouze v pórechHsA = VsHsA = Ws/Gsδw

Hs = Ws/AGsδw

18

HvHs = Ws/AGsδw

Hv = H – Hseo = Vv/Vs = HvA / HsA = Hv/Hs

eo = číslo pórovitosti v čase t = 0(počáteční pórovitost)

Δe = ΔH1/Hs

e1 = eo – Δee1 = číslo pórovitosti v čase t > 0

Hs

A

Jednoosá stlačitelnost

Z rozšířeného Hookova zákona a za předpokladu nulového bočního přetvoření platí pro svislé poměrné přetvoření normálně konsolidovaných zemin vztah:

221

1zef

z E

σ νεν

= − −

Edometr

Oedometer

21

Schema edometru

Deformační charakteristiky

• závislost

( )effε σ∆ = ∆

• závislost

( )efe f σ∆ = ∆

závislost

• Eoed edometrický modul přetvárnosti

• C, C10 součinitel stlačitelnosti

( )effε σ∆ = ∆

• mv koeficient objemové stlačitelnosti

Zakládání staveb Brno 2006

závislost

• av číslo stlačitelnosti

• Cc index stlačitelnosti

( )efe f σ∆ = ∆

• Cr index rekomprese

Deformační křivka jílovité zeminy ( )ln effε σ∆ =

Zakládání staveb Brno 2006

Konsolidační křivka• Závislost čísla pórovitosti na logaritmu zatížení

Cr = Index opětovného stlačení –rekomprese tj. sklon křivky

27

e

Cc = Index stlačitelnosti – tj. sklon křivky

Cr

Log σ

Deformační křivka jílovité zeminy ( )loge f σ∆ =

Zakládání staveb Brno 2006

Překonsolidované – normálně konsolidované• Překonsolidované – v minulosti byla zemina zatížena

více než dnes• Normálně konsolidované současníézatížení je

maximální

V tomto bodu zlomu křivky se hodnota napětí nazývá překonsolidační napětí σ’c . To je maximální napětí, které kdy

29

e

σ’c . To je maximální napětí, které kdy bylo v zemině

Log σ

σ’c

Vliv historie zatížení

c orσ σ=

σ σ⟩

normálně konsolidovanézeminy

Zakládání staveb Brno 2006

c orσ σ⟩

překonsolidované zeminy

Stupeň překonsolidace OCR

c

or

OCRσσ

=

OCR < 1 neskonsolidované(např. násyp)

Zakládání staveb Brno 2006

OCR = 1 normálně konsolidované

OCR > 1 překonsolidované

Určení překonsolidačního napětí: Casagrande

Zakládání staveb Brno 2006

Výpočet sedání

∆H : 1) f(σ / ε ) 2) f(σ / e )

Zakládání staveb Brno 2006

Normálně konsolidované zeminy σv’= σc’

ΔH = Cc H / (1 + e0) log [(σv’+ Δσv) / σv’]

Geostatická napjatost (OCR = 1)

34

e Napětí po aplikaci zatížení

Log σ

σc’

Překonsolidované zeminy σσσσor+ ∆σ+ ∆σ+ ∆σ+ ∆σz > σ> σ> σ> σc

ΔH = Cr H / (1 + e0) log σc’ / σv’ + CcH / (1+e0) log [(σv’+ Δσv) / σc’]

Zakládání staveb Brno 2006

Překonsolidované zeminy –(σv’+ Δσv) < σc’

ΔH = Cr H / (1 + e0) log [(σv’+ Δσv) / σv’]

Geostatické napětí

36

eNapětí po aplikaci zatížení

Log σσc’

Vliv historie zatížení zeminy na sedání

Zakládání staveb Brno 2006

Sekundární sedání

0

logp s

t

tε ε ε

= +

Zakládání staveb Brno 2006

Index sekundární stlačitelnosti

Zakládání staveb Brno 2006

Metody výpočtu sedání

• ČSN 73 1001

• Pomocí součinitele stlačitelnosti

• Pomocí indexu stlačitelnosti

• NEN (Buismann, Ladde)

• Soft soil model

• Teorie Janbu - nelineární f(σ / ε )• Teorie Janbu - nelineární f(σ / ε )

• Pomocí dilatometru

Zakládání staveb Brno 2006

ČSN 73 1001

Strukturní pevnost

% σor