curs 1 fmp 2018 - · pdf file16.02.2018 asist.dr.ing. florin bejan >>> curs 2...

Click here to load reader

Post on 21-Oct-2019

21 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • CURS 1 FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ >>> 2016-2017

    FM P 2

    018

  • Mediile poroase

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 7

    Ce este mediul poros?

    Este un compozit alcătuit din solid și fluid (lichid și/sau gaz)

    𝒏 = 𝟎 𝒏 = 𝟏

    Solid pur Fluid pur

    Solid continuu

    Fluid continuu

    suspensie

    mediu poros

    impermeabil

    mediu poros permeabil

    în medii permeabile (ca pământurile) atât solidul cât

    și fluidul sunt continueFM P 2

    018

  • Medii poroase fibroase

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 8

    http://www.intechopen.com/source/html/45443/me dia/image3.png

    https://www.ndsu.edu/fileadmin/_processed_/csm_bibulous_pap er-2_04_37123f7463.gif

    LEMN

    https://www.reddit.com/r/interestingasfuck/comme nts/5uady0/wood_under_an_electron_microscope/

    HÂRTIE HÂRTIE DE FILTRU

    IZOLAȚIE DIN FIBRE DE STICLĂ

    https://ecofriend.com/wp_content/uploads/2012/07/how_can_fib erglass_insulation_help_regulate_heat_loss_mioqp.jpg

    BALOȚI DE FÂN

    FIBRE TEXTILE

    https://www.science-et-vie.com/FM P 2

    018

    http://www.intechopen.com/source/html/45443/media/image3.png https://www.ndsu.edu/fileadmin/_processed_/csm_bibulous_paper-2_04_37123f7463.gif https://www.reddit.com/r/interestingasfuck/comments/5uady0/wood_under_an_electron_microscope/ https://ecofriend.com/wp-content/uploads/2012/07/how_can_fiberglass_insulation_help_regulate_heat_loss_mioqp.jpg

  • Spume – pori deschiși și/sau închiși

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 9

    SPUME STIRENICE

    https://sc01.alicdn.com/kf/HTB1AlM5KXXXXXcVXFXXq6xXFXXXk /Expandable-Polystyrene-Boards.jpg

    SPUME POLIURETANICE

    http://clarkfoam.net/wp-content/uploads/2015/03/Polyurethane-foam.jpg

    PIATRĂ PONCE

    https://www.avril-organic.com/98- large_default/natural-pumice-stone.jpg

    BETON CELULAR AUTOCLAVIZAT

    http://www.niteragroup.com/images/products/Ytong_D700- b.jpg

    SĂPUN

    https://meticulousplumbing.com/wp-content/uploads/soap-scum.jpg

    ȘVAIȚER

    FM P 2

    018

    https://sc01.alicdn.com/kf/HTB1AlM5KXXXXXcVXFXXq6xXFXXXk/Expandable-Polystyrene-Boards.jpg http://clarkfoam.net/wp-content/uploads/2015/03/Polyurethane-foam.jpg https://www.avril-organic.com/98-large_default/natural-pumice-stone.jpg http://www.niteragroup.com/images/products/Ytong_D700-b.jpg https://meticulousplumbing.com/wp-content/uploads/soap-scum.jpg

  • Medii poroase granulare

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 10

    PĂMÂNTURI

    GRANULE DIN POLISTIREN PENTRU ÎMPACHETARE

    CEREALE ÎN SILOZURI

    MATERIALE DE CONSTRUCȚII: REFUZ DE CIUR, AGREGATE DE BALASTIERĂ, PIATRĂ CONCASATĂ

    FM P 2

    018

  • Medii poroase fracturate

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 11

    ROCI FRACTURATE

    https://c1.staticflickr.com/5/4081/4898295027_268f01648c_b.jpg

    http://www.reade.com/images/product_images/abrasives_powders_inorganic/ Pumice-Powder2.jpg

    PĂMÂNTURI CU UMFLĂRI ȘI CONTRACȚII MARI

    https://www.colourbox.com/preview/2248881-dry-soil-with-crack.jpg

    http://texturelib.com/Textures/soil/cracked/soil_cracked_0037_02_preview.jpgFM P 2

    018

    https://c1.staticflickr.com/5/4081/4898295027_268f01648c_b.jpg http://www.reade.com/images/product_images/abrasives_powders_inorganic/Pumice-Powder2.jpg https://www.colourbox.com/preview/2248881-dry-soil-with-crack.jpg http://texturelib.com/Textures/soil/cracked/soil_cracked_0037_02_preview.jpg

  • Cum determinăm porozitatea

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 12

    SATURARE, USCARE, CALCUL

    - =

    PROBLEME:

    - nu se evaluează porii izolați

    - nu putem fi siguri că toți porii sunt saturați

    - nu putem fi siguri că toți porii sunt uscați

    ALTE METODE ?

    - Strivire

    - Analiză imagistică

    FM P 2

    018

  • Ce este un por?

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 13

    Poros implică pori

    Spațiul porilor este în mod

    normal multi-conectat: fiecare

    por se leagă de alții

    O descriere completă a spațiului

    porilor trebuie să aibă o

    componentă geometrică

    (dimensiunea) și topologică

    (conectivitatea)

    FM P 2

    018

  • Ce informații ne dă n

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 14

    Nu așa de multe cât credem: sunt multe feluri de porozități

    POROZITATEA TOTALĂ

    POROZITATEA

    IZOLATĂ

    POROZITATEA

    CONECTATĂ

    PARTEA DE

    CURGERE

    FUNDĂTURI

    Cum se evaluează porozitatea determină ce se măsoară.FM P 2

    018

  • Mediile poroase

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 15

    Un mediu poros este un solid cu goluri

    distribuite mai mult sau mai puțin uniform în

    corpul respectiv.

    Caracteristica de bază a acestui mediu este

    porozitatea. Porozitatea p a unui material este definită ca raportul dintre volumul porilor 𝑉𝑣 și volumul corpului 𝑉t, p = 𝑉𝑣/𝑉t. Deoarece partea rămasă 𝑉𝑠 din volumul total al materialului este sub forma unui „schelet” solid atunci

    1 − p = 𝑉𝑠/𝑉t

    Spre exemplu, porozitatea unui material poros

    cu schelet format din particule sferice cu

    diametrul 𝑑𝑝 poate fi aflată cu relația

    𝑝 = 1 − 𝑁𝑝 ∙ 𝜋 ∙ 𝑑𝑝

    3

    6

    unde 𝑁𝑝 este numărul de particule pe unitatea

    de volum. Aceste sfere pot fi aranjate în diferite

    moduri. Aranjamentul cubic al sferelor de

    aceleași dimensiuni este caracterizat de o

    porozitate de 0,476, în timp ce un aranjament

    rombic, mai dens reduce porozitatea la 0,259

    (teoretic, aceasta este porozitatea minimă

    pentru sfere nedeformabile uniforme). În

    general, porozitatea reală este estimată

    utilizând în funcție de densitate 𝜌𝛴 = 𝜌𝑠(1 − 𝑝) sau 𝑝 = 1(𝜌𝛴/𝜌𝑠), unde 𝜌Σ și 𝜌s sunt densitățile mediului și respectiv a materialului solid ce

    formează scheletul.

    a) Aranjare cubică b) Aranjare rombică

    FM P 2

    018

  • Fizica Mediilor Poroase

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CURS 1 >>> FIZICA MEDIILOR POROASE >>> MASTER INGINERIE GEOTEHNICĂ 16

    Stadiul actual

    Fizica mediilor poroase este fizica amestecurilor de constituenți solizi și fluizi

    imiscibili. Relevanța sa în societate are ecou în

    numeroase discipline inginerești precum

    ingineria geotehnică, biomecanică, ingineria

    agronomică, știința materialelor, hidrologie etc.

    Este de asemenea, baza multor discipline

    științifice de la hidrogeologie la pneumologie.

    Se poate vorbi despre un punct de pornire al

    studiului mediilor poroase ca fiind anul 1794 când Reinhard Woltman a introdus conceptul fracțiuni volumetrice când încerca să înțeleagă

    nămolul. În 1856, Henry Darcy a publicat concluziile privind curgerea apei prin coloane

    de nisip și astfel a luat naștere prima lege

    constitutivă. Wyckoff și Botset au propus în 1936 generalizarea abordării lui Darcy pentru rezolvarea problemelor ce implică curgerea

    simultană a mai multor fluide imiscibile printr-o

    matrice rigidă.

    Această teorie atribuie o permeabilitate relativă

    fiecărui fluid, deci o lege constitutivă pentru

    fiecare tip de fluid. Rămâne până în prezent

    cadrul standard de rezolvare a mișcării a două

    sau mai multe fluide imiscibile într-o matrice

    rigidă poroasă, chiar dacă au existat multe

    încercări de a se merge mai departe.

    Când constituentul solid nu este rigid, forțele

    din fazele solide și fluide se influențează

    reciproc. Von Terzaghi a realizat importanța

    forțelor capilare într-un astfel de sistem în anii

    1930. La mijlocul anilor 1950 Biot a dezvoltat teoria mediilor poroelastice. Teoria Biot rămâne actuală pentru rezolvarea problemelor

    de interacțiune matrice-fluid când deformațiile

    în faza solidă rămân mici. Pentru deformații

    mari (e.g. când faza solidă nu este consolidată)

    nu există încă o teorie.FM P 2

    018

  • Fizica Mediilor Poroase

    16.02.2018 ASIST.DR.ING. FLORIN BEJAN >>> CU