Ground Mecanic

A talajmechanika a geomechanika legrégebbi, legismertebb és legismertebb ága, a geotechnikai matematikai tudományág , amely a földi detritt elméleti viselkedését tanulmányozza a bútoralakzatokra természetes eróziós erőfeszítések (földcsuszamlások stb.) Hatására, vagy a a legtöbb építési munka megépítése (földmunka, alapok, vízelvezetés stb.).

Ennek  a mechanizmusnak a "  talaja " - az agyag , homok , kavics ... és a víz különféle és változatos keverékei - folyamatos , változhatatlan, homogén, izotróp , szabad virtuális környezetek , néha nem nehézek (korlátozások nélkül) és semmi más, csak. ezek a formációk valódi anyagi modelljei : kézzelfogható, szakaszos, változó, heterogén, anizotróp, korlátozott, nehéz és ennél sokkal több. Geometriai alakjaiknak és mechanikai viselkedésüknek ezért kompatibilisnek kell lenniük a valódi geomateriális anyagok természetes alakjaival és viselkedésével, amelyeket két geológiai tudományág, a geomorfológia és a geodinamika ír le . Tehát a talajmechanika, a geomorfológia és a geodinamika a geotechnika három elválaszthatatlan, egymástól függő és egymást kiegészítő ága, amely a fejlődés és / vagy kiaknázás érdekében tanulmányozza azt a földfelszínt, amelyen közvetlen cselekvésünk lehetséges.

A through jellemző, és ezek a talajok több fizikai paraméter, méret , plaszticitás , porozitás , nedvesség , konzisztencia alapján vannak osztályozva ... amelyek meg tudják jelölni, leírni és megjósolni a földmunkáikat . Számos mechanikai paraméter, a rugalmassági modulus , a lejtőszög, a kohézió , az összenyomhatóság , az áteresztőképesség jellemzi őket. Ezek a változók a stabilitásszámítások , az elszámolások , a különböző szerkezetek vízelvezetése ... Mindezeket a többé-kevésbé független paramétereket kifejezetten in situ és / vagy laboratóriumi vizsgálatok segítségével kell mérni a vizsgált helyeken, a tervezett építmények helyén végzett szondázás során vett mintákon .

Az ő alapító munkáját háttérkitöltést mechanika, őse talajmechanikai, esszé - A kérelmet a szabályok maximis és de minimis néhány problémát a statika, kapcsolódó építészeti , Coulomb kifejezi az első geomechanikai „törvény”, mai nevén „  Coulomb törvény  ”, sajnos elfelejtett körültekintéssel:„ Ez a tézis arra szolgál, hogy meghatározza a súrlódás és a kohézió hatását a statikus "..." problémákra, amennyire a számítás és a fizika keveréke megengedi. alkalmazása a gyakorlatban ".

Amint Terzaghi és Peck francia nyelvre fordított munkájuk előszavában felidézik: „A BTP-re alkalmazott Mécanique des sols”, a talajmechanika pózolása, tanulmányozása és bármely problémájának megoldása számtalan feltételezést vet fel a formák és a viselkedés egyszerűsítésére. kritikához és " biztonsági együttható  " hozzárendeléséhez szükséges  , mert ezek csak nagyságrendek. És ez az óvatosság továbbra is érvényes: a szerkezetek egyes részeinek a talajhoz és az altalajhoz viszonyított károsodásának és balesetének többsége abból adódik, hogy a szerkezet a területre nem alkalmas, a terület geológiájának ismerete és nem a mechanikai számítás miatt. hibák: a talajmechanika bármilyen vizsgálati eredménye és / vagy számítása, amely összeegyeztethetetlen egy geológiai megfigyeléssel, elfogadhatatlan.

Történelmi áttekintés

A földdombok és támfalak stabilitásának racionális tanulmányozása a XVII .  Század végén kezdődött, amikor a növekvő tüzérség erejével szemben álló erődök védelme arra kényszerítette a katonai mérnököket, hogy egyre magasabb és vastagabb sáncokat építsenek Perreyée talajába - Vauban , Támfalak általános profilja , 1687.

Töltő mechanika

1720-ban Forest de Belidor kísérleti úton kimutatta, hogy a töltés ékének túlzott tolódása okozhatja a támfal romlását. 1727-ben Couplet meghatározta eme sík felületű ék tolóerejének empirikus kiszámítását. 1773-ban Coulomb a tolóerő ékének stabilitási állapotát asszimilálta egy olyan dőlésszög töltetéhez, amelynek lejtős síkján a tüzérségi kocsi racionalizálására törvényt hozott létre; meghatározta a töltés kohézióját és súrlódási szögét, és megállapította kapcsolataik törvényét, amelyet Coulomb törvényeként ismerünk . 1846-ban a földgátak, a csatorna- és vasúti töltések tekintetében Collin megállapította, hogy a súrlódási szögtől független kohézió a töltés tömörségétől és víztartalmától függ, és hogy a sarokfelület cikloid ív.

Ground Mecanic

A XIX .  Század folyamán a XX .  Század elejéig számos gépészmérnök - Rankine Levy Boussinesq Massau ... modellezte a talaj masszív, természetes geomateriális bútorainak tanulmányozását a töltéseken, hogy tanulmányozza a töltések és szerkezet stabilitását. alapítványok, trigonometrikus és / vagy végtelenül kis számítási módszerek kidolgozásával, amelyek többé-kevésbé különböznek aggályaik és az elméleteik felépítéséhez használt hipotézisek szerint; Coulomb törvényéből és a feszültségek állapotának grafikus ábrázolásából Mohr által egy hegyláncban tették meg , többé-kevésbé elhanyagolva a kohéziót, az "állandó" nehezen kezelhetőt és a síkot felületként tartva.

Hultin, Petterson és Fellenius Collin azon elképzeléséből adódóan, hogy a koherens talajok törésfáciesainak görbe vonalú jellege elcsúszik, a körívet csúszó vonalként alkalmazza.

A sekély alapok megengedett stresszének becslését az 1915-ös Rankine-tól az 1925-ös Terzaghig Prantdl, Fellenius, Skempton útján fokozatosan javították.

1955-ben Ménard tökéletesítette az in situ tágulási tesztet, amelyet nyomásmérő tesztnek nevezett , és ehhez elméletet és sajátos képleteket társított az alapok kiszámításához.

Számítási módszerek

A XVIII .  Századtól kezdve a mechanikai töltések és a talajmechanika egymást követõen egyre kifinomultabb számítási módszereket, elsõ grafikát és trigonometriát, valamint analitikai és numerikus módszereket alkalmaz, végül azokat, amelyeket ma már többé-kevésbé együtt használnak.

Módokon

A geológiai terepi megfigyeléseket általában figyelmen kívül hagyva a talajmechanika szondázás, in situ tesztek (penetrométer, nyomásmérő ...) és laboratóriumi ( oedométer , triaxiális teszt ...) segítségével gyűjti a terepi adatokat .

Elméletek

A klasszikus talajmechanika Coulomb törvénye alapján egy ásványi közeg változó külső erőkkel történő viselkedését modellezi, egyfázisú, szabad víz nélkül; Többé-kevésbé ügyesen fogalmazza meg a régieket a matematikai nyelvek változtatásával, az ember valahogy Terzaghi modelljéhez igazítja a kétfázisú ásványi víztartó közeg viselkedését, sokkal reálisabb.

A grafikus idő-erő-alakváltozás görbék segítségével ennek a komplex viselkedésnek a kvalitatív elemzése lehetséges, de nem elegendő egy adott eredmény eléréséhez; matematikai szempontból a viselkedés minden szakaszát - rugalmasságot, plaszticitást, szakadást - elemezni kell egy olyan elmélet segítségével, amely túl specifikus egy szokásos problémára ahhoz, hogy általánosítható legyen anélkül, hogy bonyolult és megalapozatlan fejleményekhez kellene folyamodni; így tudásunk jelenlegi állapotában, de valószínűleg lényegében a geomechanika egységes elmélete nem fogalmazható meg: a legtöbb szakember ezt gondolta (Collin, Fellenius, Terzaghi ...), de nem mindig az elméleti szakemberek ( Poncelet , Boussinesq , Caquot , ...) akik eddig ezt sikertelenül próbálták elérni, kivéve talán Ménardot a nyomásmérő elméletével, amely valójában csak az eszköz és a megfelelő számítási módszer használatára vonatkozik.

A rugalmasság elmélete Hooke törvényén alapul, az erő (C) / alakváltozás (D) arányának arányosságával, amelyet a közeg Young modulusával (E) fejez ki, konstans, ha a maximális növekvő erő elég alacsony ahhoz, hogy a törzs szigorúan szigorú legyen. reverzibilis, ha csökken: E ≈ C / D; pontosabban a nem nagyon deformálható sziklás anyagokra vonatkozik.

A konszolidáció elméletét Terzaghi javasolta; kétfázisú laza homokos agyag anyagokra vonatkozik. Saját súlyának állandó jellegű hatása vagy külső terhelés alatt az ilyen anyag az idő múlásával egyre jobban megszilárdul: üregindexe és víztartalma csökken, sűrűsége és mechanikai szilárdsága nő, áteresztőképessége csökken. A törzs pszeudoelasztikus néven ismert: a feszültség / alakváltozás arány nem állandó, mint a Young lineáris rugalmas viselkedési modulusa; függ a pórusnyomástól és annak variációitól, amelyek viszont az anyag permeabilitásától függenek; az elszámolás időtartama, de értéke nem az átjárhatóságtól függ.

A plaszticitás és a törés elmélete Coulomb törvényén alapszik; pontosabban a laza, egyfázisú homokos agyag anyagokra vonatkozik. Ezt egy lineáris képlet fejezi ki, amely lehetővé teszi egy laza geométer nyírási hibájának megjóslását a feszültség (T) és a kompresszió (N) együttes hatása alatt: T = c + N * tgφ, amelyben c (kohézió) és φ (súrlódási szög) az anyagra és annak tömörségére jellemző állandó paraméterek - valójában c és φ függ N-től, és ennek a függvénynek a reprezentatív görbéje az anyag belső görbéjének nevezett félparabola, amelyet egyenesgé alakítanak simítással. Elméleti számításokat csak tisztán dörzsölő közegekre lehet alkalmazni, amelyek kohéziója nulla, vagy tisztán koherens közegekre, amelyek súrlódási szöge nulla; alig vannak ilyen valódi geométerek.

A földalatti hidraulika elmélete Darcy törvényén alapszik  ; kimondja, hogy egy áteresztő szemcsés anyagban az V (Q / S) áramlási sebesség és az i hidraulikus gradiens (Δh / L) lineárisan összefügg empirikus és összetett állandóval, a k (V = k * i) permeabilitás, amely csak a víztartó anyagától függ.

Talajok

A geomechanika az összes természetes földanyagot háromféle „talajra”, laza, többé-kevésbé dörzsölő és / vagy műanyag talajra, valamint kemény vagy többé-kevésbé rugalmas kőzetre redukálja. A talajok laza geométerek, kavics, homok és agyag, amelyek változó mennyiségben keveredhetnek, és amelyek kohéziója gyenge; a víztartalom növelésével addig csökken, amíg el nem tűnik (cseppfolyósodás). A kőzetek kompakt és kemény földanyagok, amelyek egyszerű nyomószilárdsága nagyobb, mint néhány MPa; fizikai (hidratálás), kémiai (oldódás) és / vagy mechanikus (széttöredezés) megváltozásával csökken és / vagy eltűnik. A talaj állapota és mechanikai viselkedése lényegében víztartalmától függ; egy kőzetét, annak időjárási, repedési és repedési fokát.

A mechanikus talajközeg ásványi anyagokból, vízből és levegőből áll. Ásványi összetétele változhatatlan; víztartalma változó; a levegő hatása elhanyagolt; ásványszerkezete deformálható. Fizikai és mechanikai paraméterek jellemzik, amelyeket in situ tesztekkel és / vagy olyan mintákon mérnek, amelyek a megfelelő mechanikai elméletek alkalmazását igazoló kísérletek. Ezen tesztek többsége szabványosított.

Fizikai paraméterek

A talaj fizikai paramétereit kifejezetten olyan mintákon mérik, amelyeket az azonosítási tesztek megváltoztathattak.

Mechanikai paraméterek

A mechanikai paraméterek a lejtők, alapok stabilitásának kiszámítására szolgáló képletek változói ... Specifikusak egy elméletre, egy számítási módszerre és egy tesztre (anyag és folyamat), így számszerű összefüggéseik megállapítása nem lehetséges. ugyanarra a talajra. Ezeket kifejezetten úgynevezett „ép” mintákon mérik; soha nem.

Alkalmazások

A talajmechanikai problémák megszámlálhatatlanok, specifikusak egy-egy helyszínre, szerkezetre, helyzetre ... Számos egyszerűsítő hipotézis szükséges ezek felállításához és megoldásához; a számítások eredményei nagyságrendek.

Alkalmazási számítások

Az alkalmazásszámítások nagyon sematikus geometriai vagy numerikus formák - két dimenzió, vonal, kör, stb., Helyi adatokra épülő modelljeit alkalmazzák, kevés számban és nem túl pontosak - egyes paraméterek a talajt képviselő közeget jellemzik. (sűrűség, súrlódási szög, kohézió, permeabilitás…) - és számítási módszerek - nagyon összetett téregyenletek integrálása, amelyekből legjobb esetben csak a felületi potenciálpotenciálok ismertek. Ez kezdeti feltételeket és leegyszerűsített korlátokat szab a többé-kevésbé bonyolult, szigorúan determinisztikus számításokra, amelyeket végül egy az egyben képletekké redukálnak - egy és ugyanazon okra (erő, nyomás, kényszer stb.) Mindig szigorúan megfelel egy és ugyanaz a hatás. (elmozdulás, alakváltozás, áramlás stb.) -, amelynek matematikailag pontos eredményei csak nagyságrendek; ezért a lehető legkisebb "biztonsági együtthatóval" csökkentik őket.

A töltések és támfalak stabilitása

A természetes lejtő, a feltárás vagy a "földgát" falainak stabilitása felveti a töltés, az esetleges tartó és a vízelvezetés stabilitásának problémáját. Analitikai módszerrel megoldható a lejtő kritikus magasságának Rankine - magassága, amelyen túl az adott lejtés meredeksége instabil lehet - és / vagy a Coulomb-sarok miatt, vagy grafikusan és számszerűen a Fellenius által javított módszerrel. Püspök szeletek vagy csúszásbiztonsági együttható.

Alapok

A szerkezet alapjainak típusát - felületes (folytonos lábak, hőszigetelt talajok, tutajalapozás), félmélyek (kutak), mélyek vagy speciálisak (lehorgonyzott cölöpök, úszó cölöpök) a geológiai megfigyelések figyelembevételével (a a talaj talaja, a geométerek jellege, a felszín alatti vizek stb.) mechanikai számítások (a helyszín alakjának modellje, a talaj paramétereinek mérési módszere - laboratórium, in situ stb.) és az építési kötelezettségek (hely, építészet, szerkezet stb.).

Az alapokat valószínűleg befolyásoló mozgások rugalmas vagy konszolidációs ülepedések, duzzanatok, plasztikus repedések - billentés, lyukadás vagy csúszás; meg kell állapodni a településekkel; a duzzanat elkerülhető; elengedhetetlen a repedések elkerülése; a szerkezetek letelepedési stabilitása elsőbbséget élvez az alapjaik feltörésének kockázatával szemben.

A törésszámítások Coulomb elméletének kiterjesztésén és a Casagrande doboznál vagy a háromtengelyen mért paramétereken alapulnak: a Rankine / Prandtl módszer lehetővé teszi a felületi alapterhelés végső terhelésének kiszámítását úgy, hogy azt egy mélységi tag és egy összeg összegének tekinti. felszíni kifejezés; Terzaghi " közelítő módszert  " javasolt a  kohézió figyelembevételével. Az elszámolási számítások Terzaghi elméletén és az oedométerrel mért paramétereken alapulnak, amelyeket a Boussinesq módszer szerinti rugalmas egyensúlyra alkalmaznak.

A nyomásmérő teszt Ménard elmélete szerint a szakadás paramétere a határnyomás; az elszámolásé a nyomásmérő modulus.

A statikus és / vagy dinamikus ellenállásmérések penetrométerekkel lehetővé teszik a hangzási keresztmetszetek meghatározását, de közvetlenül nem használhatók a számítások során.


Megjegyzések és hivatkozások

  1. A szabványok szövegeit az AFNOR az interneten értékesíti a boltjában .
    • Azonosítási tesztek *
      • NF P94-049-1 és 2 - Talajok : felismerés és tesztelés - Az anyagok víztartalmának meghatározása tömeg szerint
      • NF P94-050 - Talajok: felismerés és tesztelés - Az anyagok víztartalmának meghatározása tömeg szerint - Gőzölési módszer
      • NF P94-051 - Talajok: felismerés és tesztelés - Az Atterberg határértékek meghatározása - Folyadékhatár a pohárnál - Műanyag határ a hengernél
      • NF P94-052-1 - Talajok: felismerés és tesztelés - Atterberg-határértékek meghatározása - 1. rész: likviditási határérték - Áthatolási kúpos módszer
      • NF P94-053 - Talajok: felismerés és tesztelés - A finom talajok sűrűségének meghatározása a laboratóriumban - Vágókészlet, penész és vízmerítési módszerek
      • NF P94-054 - Talajok: felismerés és tesztelés - A szilárd részecskék sűrűségének meghatározása a talajban - Víz-piknométeres módszer
      • NF P94-055 - Talajok: felismerés és tesztelés. A talaj szervesanyag-tartalmának meghatározása. Kémiai módszer
      • NF P94-056 - Talajok: felismerés és tesztelés - Részecskeméret-elemzés - Száraz rostálási módszer mosás után
      • NF P94-057 - Talajok: felismerés és tesztelés - A talaj szemcseméret-elemzése - Ülepítési módszer
      • NF P94-059 - Talajok: felismerés és tesztelés - A nem koherens talajok minimális és maximális sűrűségének meghatározása
      • NF P94-061-1 - 4 - Talajok: felismerés és tesztelés - A helyén lévő anyag sűrűségének meghatározása
    • Mechanikai laboratóriumi vizsgálatok *
      • NF P94-070 - Talajok: felismerés és tesztek - Triaxiális forradalmi eszköz tesztek - Általános - Fogalommeghatározások
      • NF P94-074 - Talajok: felismerés és tesztek - Triaxiális fordulatszámú készülékek tesztjei - Készülék - Próbadarabok előkészítése - Nem konszolidált, leeresztetlen (UU) teszt - Lazítatlan konszolidált (Cu + U) teszt a pórusnyomás mérésével - Konszolidált lecsepegtetett vizsgálat (CD)
      • NF P94-071-1 és 2 - Talajok: felismerés és tesztelés - Rectilinear box nyíró teszt (Casagrande-tól)
      • NF P94-077 - Talajok: felismerés és tesztelés - Egytengelyes tömörítési teszt (ellenállás az egyszerű tömörítéssel szemben)
      • NF P94-072 - Talajok: felismerés és tesztelés - Laboratóriumi ollómérés
    • Mechanikus vizsgálatok in situ *
      • NF P94-110-1 - Talajok: felismerés és vizsgálatok - Ménard- nyomásmérő teszt - 1. rész: teszt ciklus nélkül
      • NF P94-112 - Talajfelderítés és tesztelés - Ollóméréses teszt a helyén
      • NF P94-113 - Talajok: felismerés és tesztelés - Statikus behatolási teszt
      • NF P94-114 - Geotechnika - Talajok: felismerés és tesztelés - A típusú dinamikus behatolási teszt
      • NF P94-115 - Geotechnika - Talajok: felderítés és tesztek - Szondázás B típusú dinamikus penetrométerrel
      • NF P94-116 - Talajok: felismerés és tesztelés - A hordó behatolási tesztje (SPT, Standard behatolási teszt )
      • NF P94-130 - Talajok: felismerés és tesztelés - Szivattyúzási teszt
      • NF P94-131 - Talajok: felismerés és tesztelés - Lugeon vízteszt
      • NF P94-132 - Talajok: felismerés és tesztelés - Lefranc vízteszt

Lásd is

Bibliográfia

A cikk írásához használt dokumentum : a cikk forrásaként használt dokumentum.

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek