View
218
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
1
1. Uvod
Sastav tla i njegove karakteristike za razliku od drugih inženjerskih materijala
( metala, drva, betona) potrebno je prethodno istražiti na terenu gdje je
predviđena gradnja. Ispitivanje na terenu trebalo bi omogućiti dobivanje onih
podataka o tlu koji nam određuju njegovo prostiranje, sastav, kvalitetu,
fizikalno-mehanička svojstva, klasifikaciju i sl.
Ispitivanje se može izvesti u nekoliko etapa i podjelu na sljedeća istraživanja:
1. Prethodna: obuhvaća geološku, hidrogeološku i inženjersko geološku prospekciju
terena, prikupljanje podataka iz geotehničkog katastra i drugih korisnih informacija,
koje mogu poslužiti pri riješavanju postavljenog zadatka. Cilj im je ustanoviti da li
je teren pogodan za planiranu gradnju, okvirnu kvalitetu i sastav tla,razinu
podzemne vode i sl.
2. Glavna: cilj im je što preciznije utvrditi sastav tla, fizikalne karakteristike
pojedinih slojeva, njihovu klasifikaciju, indeksne pokazatelje, parametre čvrstoće
pojedinih slojeva, stišljivost i sl. Poznavajući ove čimbenike možemo sigurno i
ekonomično planirati predviđene faze gradnje.
3. Kontrolna: trebaju dopuniti saznanja glavnih istraživanja s ciljem racionalnog
izvođenja radova u tlu.
Glavna istraživanja tla zasnovana su na poznavanju njegovih fizikalnih karakteristika
koje se određuju laboratorijskim ispitivanjima i izražavaju brojčanim vrijednostima.
Nastanak tla
Uslijed temperaturnih promjena, djelovanja vode, vjetra,bilja,ljudske
djelatnosti,stijena se razgrađuje u sitne elemente. Razlikujemo mehaničku i kemijsku
razgradnju. Nakon razgradnje usitnjeni, rastopljeni ili drukčije promijenjeni materijali
ostaju na mjestu ili se transportiraju. Tlo je produkt svih tih procesa pa je stoga
različitog mineraloškog i granulometrijskog sastava.
2
RAZLIKUJEMO:
Sedimentna tla su tla čije se čestice, nastale razgradnjom stijene, nošene vodom,
vjetrom, ledom, organizmima, talože na novo mjesto, pri čemu dolazi do daljnjeg
trošenja, otapanja, sortiranja…
Rezidualna tla čini materijal nastao razgradnjom stijene koji nije odnesen.
Tla kao građevni materijal za izradu nasipa i brana. Nasipi nastaju ugradnjom;
materijal se vadi, prenosi do željenog mjesta i ugrađuje se, sa ili bez zbijanja.
Čvrste čestice tla
Ponašanje tla kao stišljivost, čvrstoća, propusnost, poroznost, bitno je uvjetovano
veličinom i oblikom čvrstih čestica. Prema USCS-u, odnosno jedinstvenom sustavu
klasifikacije tla, tlo dijelimo na dvije glavne skupine:
1. KRUPNOZRNATO ( NEKOHERENTNO, NEVEZANO )
2. SITNOZRNATO ( KOHERENTNO, VEZANO) TLO
Krupnozrnata tla su šljunak (oznaka G) i pijesak (oznaka S), a sitnozrnata su
glina (oznaka C), prah (oznaka M), te organsko tlo (oznaka O) i treset (oznaka P ).
Granica između koherentnih i nekoherentnih tla je vidljiva granica, najmanje zrno
vidljivo je golim okom 0,06 mm, te je prikazana u tablici 1.1.
Tablica1.1 odnos između veličina čestica za koherentna i nekoherentna tla
Udio čestica određene krupnoće u određenoj masi tla određuje se granulometrijskom
analizom količine tla. Tako nastaje granulometrijska krivulja koja se uobičajeno ucrtava
u granulometrijski dijagram (slika1.2.).
3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0
01
0,0
10
0,1
00
1,0
00
10,0
00
100
,000
Promjer zrna D [mm]
Ma
seni
po
sto
tak
zrn
a m
anj
ih o
d D
[%]
0,00
2
0,00
6
0,0
2
0,0
6
0,2
0,6 2 6
20
60
PRAH PIJESAK
GLI
NA
KA
ME
N
sitni sitnisitni krupnisrednjisrednjisrednji krupnikrupni
ŠLJUNAK
Slika 1.2. Granulometrijski dijagram dobivan laboratorijskim ispitivanjem
2.Općenito o klasifikaciji tla i posmičnoj čvrstoći
2.1.Klasifikacija sitnozrnatog tla
Za klasifikaciju sitnozrnatog tla služe Atterbergpove granice. To je niz
empirijskih, laboratorijskih pokusa oblikovanih za potrebe određivanja ponašanja glina
pri određenoj vlažnosti. Atterberg je svojevremeno odredio čitav niz takvih granica od
kojih su se za upotrebu zadržale samo neke. Njih je kasnije doradio i standardizirao za
upotrebu A. Cassagrande. Ovi pokusi u postojećim standardima nazivaju se
klasifikacijski pokusi, a rezultati pokusa su granica tečenja, granica plastičnosti, granica
stezanja i indeksni pokazatelji. Temelje se na određivanju vlažnosti uzoraka u trenutku
kada se uzorak počinje ponašati na standardom određeni način.
Fizikalne karakteristike glinovitih tla mijenjaju se sadržajem vode. Suho
glinovito tlo može biti potpuno čvrsto. S porastom vode u njemu ono postaje najprije
polučvrsto, zatim plastično te prelazi u žitko stanje. Količina vode pri kojoj se održavaju
te promjene u glini ovisi o granulometrijskom sastavu, o sadržaju koloidnih čestica i o
vrstama minerala gline što ih sadrži.
4
Na snovi rezultata dugotrajnih opažanja i empirijskih pokusa definirano je stanje
plastičnosti glinovitih materijala i granice između tih stanja, određene količinom vlage u
trenutku kad materijal ima granična svojstva. Stanja plastičnosti granice među njima
'prikazane su na slici( 2.1).uz izražen sadržaj vlage na osi apscisa.
Slika 2.1. Stanje plastičnosti glinovitih materijala
2.2.Općenito o psmičnoj čvrstoči tla
Optereti li se tlo u njemu će nastati određeno stanje naprezanja koje se mijenja
od točke do točke. Naprezanje koje djeluje na bilo koji element presjeka tla može se
rastaviti na normalno i posmično naprezanje.
Posmična čvrstoća predstavlja najveći posmični napon koji se može nanijeti
strukturi tla u određenom pravcu. Posmične napone prima samo skelet čvrstih čestica.
Naponi se prenose preko sila na kontaktima susjednih zrna. Posmični lom nastaje pri
relativnim pomacima između zrna po nekoj va ravnini s-s koja prolazi između zrna.
Karakteristični oblici zavisnosti deformacija smicanja ili relativnih posmičnih
pomaka δ u funkciji posmičnih napona τ prikazani su na slici (2.2.) gdje se vide tri
različita oblika loma:
Slika 2.2. Krto- plastično, plastično i žilavo ponašanje tla pri smicanju
5
Krto- plastični lom podrazumijeva povećanje posmičnog napona do maksimalne
veličine, koja predstavlja vršnu posmičnu čvrstoću, a zatim opadanje posmičnog otpora
pri daljnjim deformacijama do konstantne vrijednosti.
Vršna čvrstoća je maksimalna vrijednost napona smicanja, a rezidualna čvrstoća
ili čvrstoća pri velikim deformacijama, dostiže se uz opadanje čvrstoće od točke F do
točke R i ostaje konstanta nakon dostizanja određene veličine deformacija i pri daljnjim
deformacijama.
Kada porastom deformacija posmični napon dostigne maksimalnu vrijednost, a
zatim sa daljnjim deformacijama ovaj napon ostaje konstantan, radi se o plastičnom
lomu. Pri takvom lomu kmoji je karakterističan za rastresita i srednje zbijena tla,
materijal obično ne mijenja mnogo volumen.
U određenim okolnostima tlo može pokazivati i tzv. žilavo ponašanje, kada se
porastom distorzijskih deformacija povećava posmični napon i ne dostiže se
karakteristična maksimalna vrijednost u ispitanom intervalu deformacija.
Oblik ponašanja zavisi od vrste, stanja tla i od nivoa normalnih napona. Jedan
materijal određene zbijenosti može pokazati cjelokupan niz oblika ponašanja od krto-
plastičnog, preko plastičnog, ka žilavom obliku loma pri porastu nivoa normalnih
napona pri lomu.
6
3.Klasifikacijski testovi
3.1.Atterbergove granice
Ovo laboratorijsko ispitivanje provodi se u svrhu određivanja konzistentnih
granica koherentnog tla, odnosno granica tečenja i plastičnosti. Granica tečenja ( Wl)
definirana je kao postotak sadržaja vlage u tlu koje se spaja u posudici. Tlo je potrebno
prethodno dobro homogenizirati, njime napuniti posudicu i posebnim nožem urezati
brazdu široku 2mm. Standardna granica tečenja dobije se kada posudica udara u
postolje visine od 1cm, dva udarca u sekundi kod dvadeset i petog udarca.
Atterberg je definirao sedam granica konzistencije za klasifikaciju sitnozrnatog
tla. Međutim danas se u inženjerstvu najčešće koriste samo dvije, granica tečenja i
granica plastičnosti. Treće granice, granice stezanja koriste se samo povremeno. Sadržaj
vlage kod granice tečenja definiran je na granici gdje tlo prelazi iz plastičnog u tekuće
stanje, a kod granice plastičnosti gdje tlo prelazi iz polučvrstog u plastično stanje.
Granica stezanja određena je sadržajem vlage pri kojem se postignuti volumen uzorka
ne smanjuje daljnjim sušenjem.
Oprema za utvrđivanje Atterbergovih granica je aparat za ispitivanje granice
tečenja, sito otvora 0,5mm, nožić za urezivanje brazde, posudice za tlo, nožić za
punjenje, boca štrcalica sa destiliranom vodom, vaga i sušionik. (slika 3.1.1.)
Slika 3.1.1. Oprema za određivanje Atterbergerovih granica
7
3.1.1.Granica tečenja
1. Tlo se protisne kroz sito od 0,5mm da se uklone mogući kamenčići i pomiješa
sa određenom količinom destilirane vode sve dok se ne dobije glatka masa.
Prekrije se celofanom da se spriječi gubitak vlage.
2. Izvažu se prazne posudice te se njihova masa i broj zapišu u odgovarajuću
tablicu( tablica 3.1.2.) .
Tablica 3.1.2. prikaz načina upisivanja podataka za granicu tečenja
3. Provjeri se visina pada posude na postolje, koja mora odgovarati visini pada
od 10mm. Visina noža za urezivanje je također 10 mm, a širina dijela za
urezivanje je 2 mm. Potrebno je odrediti pravilnu brzinu okretanja ručice tako
da posuda pada točno dva puta u sekundi.
4. Određena količina prethodno homogeniziranog tla stavi se u posudu, dobro se
pritisne da se eliminiraju svi mjehurići zraka i raširi se po posudi. Pripremljen
uzorak mora biti horizontalan, a njegova dubina 10mm na najdubljem dijelu
posude. (slika 3.1.3.)
8
Slika 3.1.3. Horizontalno postavljen uzorak u posudi
5. Nožem za udubljenje pažljivo se usječe brazda duž sredine uzorka kao što je
prikazano na slici 3.1.4. Nož je uvijek potrebno držati okomito u odnosu na
dno posude dok se urezuje brazda. Treba se posvetiti posebna pažnja da bi se
spriječilo klizanje tla iz posude. Tako je tlo podijeljeno u dvije polovice.
(slika 3.1.4.)
Slika3.1.4. Podjela uzorka na dva djela pomoću nožića za urezivanje brazde
9
6. Provjeri se da je postolje Cassagrandeovog aparata ispod posude očišćeno od
tla kao i sami vanjski dio posude aparata. Uključi se ručica aparature tako da
udara točno dva udarca u sekundi i istodobno se broji broj udaraca posude u
postolje aparata,dok se dvije polovice uzoraka ne spoje po dužini od 13mm.
Ukoliko broj udaraca prođe 50, tada se ide na korak broj 8 i ne zapisuje broj
udaraca, u suprotnom se broj udaraca zapisuje u tablicu.(slika3.1.5.)
Slika 3.1.5. Spojeni uzorak na dužini od 13mm pri određenom broju udaraca
7. Uzme se uzorak, koristeći laboratorijsku žicu, od jednog kraja posude do
drugog. Uzeti uzorak mora sadržavati tlo s obje strane brazde gdje je tlo došlo
u kontakt. Stavi se u posudicu, važe, masa upisuje u tablicu i stavlja u sušionik
na sušenje najmanje 16h.
8. Cijeli uzorak tla ponovo se promiješa i doda mala količina destilirane vode da
bi se povećala vlažnost.
9. Postupak se ponavlja više puta tako da se kod svakog ispitivanja dobije manji
broj udaraca. Jedno ispitivanje mora biti u razmaku od 25-30 udaraca, drugu
20-30, treće 15-20 udaraca.
10
3.1.2.Granica plastičnosti
1. Izvažu se prazne posudice sa poklopcima i unese njihova masa i broj u
tablicu (tablica 3.1.6.)
Tablica 3.1.6.Prikaz načina upisivanja podataka za granicu plastičnosti
2. Uzorak tla se pomiješa sa destiliranom vodom tako da se tlo može rolati u
valjčiće.
3. Tlo se oblikuje u valjčić i rola se dlanovima. Koristi se određeni pritisak
sa 90 poteza u minuti da se dobije valjčić ujednačenog promjera. Valjčić
mora biti promjera 3,0mm za što su potrebne dvije minute (slika 3.1.7.)
4. Kada se dosegne odgovarajući promjer na valjčiću moraju biti vidljive
dijagonalne pukotine. U slučaju da pojave pukotina na valjčiću nema,
postupak rolanja se ponavlja.
5. Valjčići se stave u posudu i stavljaju se u sušionik.
6. Postupak se ponavlja barem još jednom ili više puta
Slika 3.1.7. Primjer valjčića za dobivanje granice plastičnosti
11
3.2. Granulometrijski sastav
Granulometrijski sastav raspodjela čestica tla po veličini, izražena u postotku
mase. Smatramo ga vrlo važnom osobinom materijala tla, pa ćemo o tome ovdje nešto
više reći. Tlo je skupina čestica (zrnaca) različitog oblika i veličine. Prema veličini zrna
svrstavamo tla u skupine (klasificiramo ih) u: pijeske i šljunke (krupnozrnati materijali),
te prahove i gline (sitnozrnati materijali). Sadržaj i veličina zrna određuje se tako da se
uzorak materijala tla prosijava kroz sita različite veličine okca i dobiju ostaci na sitima
koji se važu i tako odrede razredi promjera zrna izraženi u masama. Možemo sada
izreći nešto točniju definiciju granulometrijskog sastava:
Granulometrijski sastav tla definiran je sadržajem zrna različite veličine u
određenoj količini tla izraženoj u postotku mase ispitivanog tla.
Klasifikacija materijala tla, prema granulometrijskom sastavu, po raznim
normama, prikazana je u tablici 2.3-1. Već se samo na temelju granulometrijskog
sastava mogu odrediti neke fizikalne karakteristike tla, a za njegovu primjenu u
geotehničkim zahvatima, kao primjerice :
- vodopropusnost;
- stišljivost;
- visina kapilarnog dizanja;
- filtarska svojstva;
- osjetljivost na smrzavanje;
- nosivost;
- podložnost eroziji,
- uporabljivost određene mehanizacije itd.
12
Osnovni koraci u određivanju granulometrijskog sastava su:
- odabiranje reprezentativnog uzorka,
- dispergiranje agregata na konačne čestice,
Postupci za određivanje granulometrijskog sastava su:
a) sijanje – za čestice veće od 0,06 mm;
b) areometriranje (sedimentiranje čestica u vodi) – za čestice manje od 0,06 mm;
c) kombinirana analiza – ako materijal sadrži i krupne i sitne frakcije.
3.2.1. Sijanje
Provodi se suhim ili mokrim postupkom. Za sijanje se koristi niz sita
standardnih dimenzija, čiji se otvori smanjuju na svakom slijedećem situ (odozgo prema
dolje),(slika3.1.9.).
Suhi postupak: Uzme se određena količina materijala, uzorak (veličina uzorka
ovisi o vrsti materijala i veličini zrna). Uzorak se usipa na najgrublje sito u nizu sita
(koja su postavljena jedno iznad drugog) u tresilicu. Sita s uzorkom se tresu 10 do 15
min. Nakon toga se važe ostatak na svakom situ: m1, m2, ... mn, te materijal koji je
prošao kroz najfinije sito mp (uhvaćen u zdjelu na dnu). Kroz sito s najvećim otvorima
mora proći sav materijal (kako bi se znalo koje je maksimalno zrno).
13
Slika 3.1.8.Prikaz ucrtavanja rezultata laboratorijskih pokusa sijanja i areometriranja u
granulometrijski dijagram.
Slika 3.1.9. Sita za određivanje granulometrijskog sastava
14
3.2.2.Aerometriranje
Areometriranje je metoda određivanja granulometrijskog sastava tla za materijal
koji sadrži zrna manja od 0,06 mm (prah, glina). Budući da tako sitne čestice nije
moguće sijati (nisu vidljive prostim okom), veličina i postotak pojedinih frakcija
određuju se indirektno, mjerenjem gustoće suspenzije u određenim vremenskim
intervalima, primjenjujući tzv. Stockesov zakon.
Stockes-ovim zakonom se definira brzina padanja zrnaca u mirnoj tekućini koja
je to veća što su čestice krupnije. Drugim riječima, ako u vodu nasipamo malu količinu
materijala koji se sastoji od čestica različite veličine, krupnije čestice padat će brže, a
sitnije sporije.
Ako zamislimo da imamo neku posudu u kojoj te čestice padaju i ako na putu
padanja čestica možemo postaviti «vrata» na nekoj dubini u kojoj možemo mjeriti
vrijeme u kojemu je čestica potonula, od površine do te dubine, možemo, prema
Stockes-ovom zakonu, odrediti njezin promjer.
Međutim, budući da su čestice nevidljive prostim okom, mi njihov prolaz
moramo mjeriti posredno. To činimo mjerenjem gustoće suspenzije na vratima. Naime,
ako imamo više čestica različitog promjera, onda će kroz ta vrata proći prvo grupa
krupnih čestica, a slijedit će je grupe čestica manjih promjera. Te grupe čestica treba
zamisliti kao «rešetke» u čijim su čvorovima čestice. Sve rešetke kreću istovremeno (jer
su sve čestice prije pokusa jednoliko raspodijeljene u suspenziji), ali one s većim zrnima
padaju brže, a s manjim, sporije. Ako na vratima imamo uređaj za mjerenje gustoće, taj
će registrirati promjenu gustoće suspenzije tek kad zadnja čestica iz krupne rešetke
prođe mimo njega.
Ako možemo registrirati promjenu mase (ili gustoće) uzorka, zbog čestica koje
su prošle kroz vrata, u odnosu na početnu masu uzorka, dobit ćemo vezu promjene mase
(kao kod sijanja ostataka na sitima) i promjera pripadajuće grupe čestica. Opisani
postupak provodi se u pokusu areometriranja u laboratoriju za mehaniku tla.
U tom se pokusu za mjerenje prolaza čestica koristi u gustoćama umjereni
plovak koji se zove areometar. Areometar (još ga nazivaju i hidrometar) mjeri gustoću
na dubini gdje pluta njegovo težište. Gustoća suspenzije se očitava na vratu areometra,
na mjestu gdje vrat areometra izviruje iz vode (skala u jedinicama gustoće).
15
Slika 3.1.10. Prikaz ucrtavanja rezultata laboratorijskih pokusa areometriranja u
granulometrijski dijagram.
Pokus teče tako da se u menzuru od 1 l nalije destilirana voda (1 l) i naspe
materijal tla, koji se dobro natopi i dispergira u vodi pomoću miješalice. Vodi je dodan
antikoagulans da spriječi koagulaciju, tj. nakupljanje manjih čestica u veće. Količina
materijala tla ovisi o veličini čestica; 25 g za glinu, 100 g za prah. Čestice tla padaju u
suspenziji i talože se na dnu. Prije nego što padnu na dno prođu pored težišta areometra
koje predstavlja «vrata» pri prolasku pored kojih se registrira promjena gustoće
suspenzije, što se očita na vratu.
16
4.1. Određivanje posmične čvrstoće tla
4.1.1.Opis ispitivanja, odabir brzine posmika
Kohezija (c) – kohezija je svojstvo sitnozrnatih tla koja zbog toga nazivamo
koherentnim. Kako se smanjuje veličina čestica tla, tako se povećava njihov broj u
jedinici volumena pri jednakom koeficijentu pora. Dakle što su čestice manje, bit ce
dominantnije i djelovanje Van der Waalsovih sila i električnih sila s obzirom na
gravitacijske sile među česticama. Zbog ukupnog učinka opisanih utjecaja nastaju u
aglomeracijama jako sitnih čestica s malim međusobnim razmakom sile, koje izazivaju
otpore trenja na kontaktima čestica. Kohezija je dakle otpor tla na smicanje kada su
normalna naprezanja jednaka nuli. Ona uvjetuje čvrstoću tla. Kohezija nije konstantna,
već ovisi o vlažnosti.
Posmična čvrstoća koherentnog tla računa se prema Mohr-Coulomb-ovom
izrazu(slika 4.1.):
Slika 4.1. Mohr-Coulonova anvelopa sloma tla
Budući da nekoherentna tla nemaju koheziju anvelopa sloma teoretski je
prikazana pravcem i može se pisati(slika4.2.):
17
Gdje je: G- geometrija zrna i struktura zrna
f- koeficijent trenja među zrnima
Slika 4.2. Odnos normalnog i posmičnog naprezanja za nekoherentni materijal
U nekoherentnim materijalima može se pokazati da je kut prirodnog pokosa, tj.
onaj kut koji još može zadržati nagib kosine u takvom materijalu, jednak kutu
unutrašnjeg trenja, a koji ovisi o porozitetu.
Pokus direktnog smicanja
1. Uređaj sa stalnim prirastom sile- prirast horizontalne sile je konstantan. Krivulja
ima takav oblik da se ne uočava pad sile. Kriterij za određivanje čvrstoće na
smicanje je, da za jednaki prirast sile, deformacija toliko poraste da bude dvostruko
veća od deformacije nastale za prethodni odsječak porasta sile(slika4.3.).
Slika 4.3. kriterij sloma za uređaj sa stalnim prirastom sile
18
2. Uređaj sa stalnim prirastom deformacije- pomičnom dijelu kutije dodaje se stalni
prirast deformacije, a mjeri se prirast sile(slika 4.4).
Slika 4.4. Kriterij sloma za uređaj sa stalnim prirastom deformacije
Uređaj za direktno smicanje sastoji se od dvostruke kutije kvadratnog oblika,
kojoj je jedan dio pokretan, a drugi dio nepokretan. Horizontalna deformacija uzorka
postiže se pomoću elektromotora, čiji se broj okretaja bitno smanjuje preko reduktora.
Vertikalno opterećenje postiže se pomoću utega ili pneumatskog sustava. Smicanje se
može vršiti brzinom minimalno 0,00001 mm do maksimalno10 mm u minuti. Potrebna
očitanja vrše se pomoću računala(slika4.5.shematski prikaz direktnog smicanja).
Ispitivanje se provodi na najmanje tri uzorka, svaki pri različitom vertikalnom
opterećenju.
Slika4.5. Shematski pokus direktnog smicanja
19
Prije početka pokusa uzorci se konsolidiraju 24 sata, a veličine vertikalnog
opterećenja biraju se tako da se dobiju rezultati u području napona koji su bitni za
konkretan slučaj. Tipično vertikalno opterećenje je 50, 100, 200 i 400 kPa.
Razlikujemo pokuse po načinu dreniranja:
1. DRENIRANI ili SPORI- postupak sa dreniranjem u obje faze pokusa za
određivanje vršne čvrstoće tla za efektivne napone.
2. NEDRENIRANI ili BRZI- postupak bez dreniranja u obje faze pokusa.
Služi za mjerenje nedrenirane čvrstoče koja se izražava preko totalnih
naprezanja.
3. POVRATNI ili REVERSNI- pokus smicanja za određivanje rezidualne
posmične čvrstoće za efektivne nepone.
4.1.1.Drenirani ili CD pokus direktnog smicanja
Prva faza pokusa sastoji se od konsolidacije uzoraka normalnim opterećenjem. U
drugoj fazi se postepeno i relativno polako povećava posmični napon do loma. Da bi se
sa dovoljnom točnošću za praktične potrebe totalni naponi bili jednaki efektivnim
naponima, brzina pomaka određuje se tako da se lom uzorka dostiže nakon nekog
vremena. Potrebno vrijeme do loma određuje se na osnovi rezultata mjerenja slijeganja
uzorka u procesu konsolidacije.
Slika 4.5. određivanje trajanja posmika do sloma uzorka
20
f
f
tv
δ=
Brzina posmika određuje se prema izrazu:
gdje je:
δf = horizontalna deformacija do sloma
tf = vrijeme do sloma
Vršna drenirana posmična čvrstoća pri smicanju može se opisati linearnom
anvelopom napona loma u funkciji normalnog napona koji je od praktičnog
interesa(slika4.6.).
Slika 4.6. Pomaci i naponi kod pokusa direktnog smicanja
4.1.2. Nedrenirani ili UU pokus
Tijekom izvođenja UU pokusa izoliraju se porozni keramički filteri tankim
metalnim pločama u kontaktu sa uzorkom da bi se onemogućilo dreniranje. Brzina
nanošenja posmičnog naprezanja do loma uzorka treba odgovarati ukupnom trajanju
pokusa od nekoliko minuta, bez obzira na način nanošenja posmičnih naprezanja.
Ispitivanja na djelomično zasićenim glinama daju zakrivljenu anvelopu napona loma
koja se može aproksimirati klasičnom linearnom zavisnošću samo u nekom unaprijed
usvojenom intervalu totalnih normalnih napona ili nekom nelinearnom zavisnošću.
21
4.1.3. Povratni ili reversni pokus
Ovaj pokus služi za mjerenje rezidualne čvrstoće nakon velikih deformacija,
može se izvoditi na neporemećenim i poremećenim uzorcima. Pokus se izvodi
isključivo aparatima sa stalnim porastom deformacije.
Nakon dostizanja relativnih posmičnih pomaka, ne većih od 10% smicanje
dužine uzorka, obično oko 5mm, posmik se zaustavlja, okviri se vračaju polako u
početni položaj prije početka posmičnog opterećenja. Ovaj postupak ponavlja se sve
dok nakon par ponovljenih ispitivanja posmična čvrstoća dalje ne opada(slika4.7.).
Slika 4.7. Dijagram reverznog pokusa direktnog smicanja
Rezidualna čvrstoća može se aproksimirati linearnom zavisnošću u određenom
intervalu, pri čemu je rezidualna kohezija stvarno jednaka nuli.
22
5. PRAKTIČNI RAD
U ovom dijelu rada, određivane su geomehaničke karakteristike tla određenim
laboratorijskim ispitivanjima prema normiranim postupcima. Od velike je važnosti da
uzorci u laboratoriju budu ispitani pod uvjetima približno onakvim pod kojima se tlo
nalazi u prirodi.
Uzorci se u laboratorij dopremaju kao neporemećeni i poremećeni.
Neporemećeni uzorak mora sadržavati porozitet, vlažnost i teksturu materijala iz kojeg
je izvađen. Neporemećeni uzorci dopremaju se u laboratorij u cilindrima pomoću kojih
su izvađeni.
Na poremećenim uzorcima vrše se laboratorijska ispitivanja za klasifikaciju tla i
ispitivanja zbijenosti.
Određivanje parametara posmične čvrstoće tla provedena su u geotehničkom
laboratoriju na neporemećenim uzorcima. Lokacije su sljedeće: Osijek (tri uzorka),
Bisag, Komletinci, Horvati, Pleternica, D. Bistra, Kneginec, Sv. Nedjelja.
Približne lokacije ispitivanih uzoraka prikazane su na slici 5.1..
Slika 5.1. prikaz lokacija uzoraka za ispitivanje
23
Uzorci su odabrani tako da pokrivaju širok raspon vrijednosti indeksa
plastičnosti( Ip. 14 - 50 %) što je obuhvaćalo materijale klasificirane kao anorganske
gline niske plastičnosti (CL) do anorganske gline visoke plastičnosti (CH)s različitim
sadržajem pijeska.
Na uzorcima je određivana vlažnost, granica tečenja, granulometrijski sastav i
posmična čvrstoća. Kohezija i kut unutrašnjeg trenja, koji zajedno čine posmičnu
čvrstoću, određivani su metodom izravnog posmika u kutijastom aparatu s
kontroliranom deformacijom. Brzina posmika određena je na ranije opisan način. Iz
rezultata mjerenja izračunavani su parametri vršne posmične čvrstoće koherentnog tla.
Za temu ovog završnog rada posebno su važni indeks plastičnosti i vršni kut
unutrašnjeg trenja tla. Njihove vrijednosti, s obzirom na lokaciju ispitivanih uzoraka,
prikazane su u tablici 5.2..
Tablica 5.2. Vrijednosti vršnog kuta unutrašnjeg trenja i indeksa plastičnosti
Do sada je u svijetu objavljeno mnogo radova raznih autora koji su se bavili
proučavanjem odnosa između indeksa plastičnosti i kuta unutrašnjeg trenja koherentnog
tla. Svi oni potvrđuju da između njih postoji snažna korelacijska veza. Kao primjer,
navodi se istraživanje koje su proveli Ortolan i Mihalinec od 1996. do 2007. godine.
Njihov rad rezultirao je dijagramom zavisnosti kuta unutrašnjeg trenja o vrijednosti
indeksa plastičnosti. Dijagram je prikazan na slici 5.3..
Lokacija I P [%] ϕ [°]ϕ [°]ϕ [°]ϕ [°] USC klasifikacija
Osijek 14,2 32,6 CL
Osijek 15,29 31,3 CL
Bisag 17,58 29,3 CL s pijeskom
Komletinci 20,88 28,2 CL
Osijek 23,75 26,8 CL
Horvati 30,81 24,7 CH s pijeskom
Pleternica 34,96 22,9 CH pjeskovita
D. Bistra 37,62 22,5 CH
Kneginec 40,81 21,3 CH
Sv.Nedelja 49,61 18,3 CH
24
088,60)(496,10 +−= xLny
Slika 5.3. Korelacija kuta unutrašnjeg trenja s indeksom plastičnosti (Ortolan i Mihalinec, 1996-2007.)
Rezultati ispitivanja provedeni u okviru ovog završnog rada također su statistički
obrađivani, s namjerom da se pronađe čvrsta korelacijska zavisnost između indeksa
plastičnosti i vršnog kuta unutrašnjeg trenja. Najbolji rezultati zavisnosti postignuti su
primjenom korelacijske veze logaritamskog tipa. Veza se može prikazati slijedećim
izrazom:
Pri tomu je postignut koeficijent determinacije R = 0,99 odnosno koeficijent korelacije
r = 0,99. Njihove vrijednosti potvrđuju jaku korelacijsku vezu odnosno međusobnu
zavisnost između indeksa plastičnosti i vršnog kuta unutrašnjeg trenja.
Dijagram korelacije indeksa plastičnosti s kutom unutrašnjeg trenja prikazan je
na slici 5.4..
25
Korelacija indeksa plasti čnosti s kutom unutarnjeg trenja
y = -10,496Ln(x) + 60,088R2 = 0,99
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60
Indeks plasti čnosti [%]
Kut
unu
tarn
jeg
tren
ja [°
]
Slika
5.4.
Korelacija indeksa plastičnosti s vršnim kutom unutrašnjeg trenja
Uspoređujući rezultate ovog rada s rezultatima istraživanja navedenih autora,
zamjetno je dobro poklapanje korelacijskih vrijednosti vršnog kuta unutrašnjeg trenja u
odnosu na indeks plastičnosti. Usporedba rezultata prikazana je u Tablici 5.3.
Tablica 5.3 Usporedba rezultata mjerenja s mjerenjima drugih autora
Uzorak br. USC klasifikacija Indeks
plastičnosti IP [%]
Vršni kut unutrašnjeg trenja ϕ [°]
Vlastita ispitivanja Ortolan & Mihalinec
(1996. - 2007.)
1 CL 14,20 32,6 31,9
2 CL 15,29 31,3 31,5
3 CL s pijeskom 17,58 29,3 30,5
4 CL 20,88 28,2 29,0
5 CL 23,75 26,8 27,6
6 CH s pijeskom 30,81 24,7 24,6
7 CH pjeskovita 34,96 22,9 23,2
8 CH 37,62 22,5 22,5
9 CH 40,81 21,3 21,8
10 CH 49,61 18,3 20,7
26
6. Zaključak
Posmična čvrstoća tla jedna je od najvažnijih fizikalno-mehaničkih
karakteristika tla. Nju čine kohezija i kut unutrašnjeg trenja. U ovom završnom radu
pokazali smo čvrstu zavisnost vršnog kuta unutrašnjeg trenja s indeksom plastičnosti, tj
potvrdili dobivene rezultate stručnjaka koji su se još od prije bavili tim proučavanjem.
Rezultati mjerenja u ovom završnom radu dobro se poklapaju s rezultatima koje su
dobili stručnjaci poput Ortolana i Mihalineca u svojim istraživanjima.
7 . Literatura
1. Najdanović, N (1962). Mehanika tla, Rudarsko- geološki i Građevinski fakultet
2. Marić, Lisac, Szavits-Nossan (1998) Geotechnical Hazards
3. Percel, B (1982): Osnovna mehanika tla i temeljenje građevina
4. Nonveiller,E (1979): Mehanika tla i temeljenje
5. Roje-Bonacci, T (2003): Mehanika tla
6. www.geoengineer.org, Soil Mechanichs Laoratory
27
8. Sažetak
Autor: Danijel Filipović
Naslov: Korelacija kuta unutrašnjeg trenja s indeksom plastičnosti
Tekst sažetka:
Posmična čvrstoća tla je vrijednost posmičnog naprezanja pri slomu duž klizne
plohe u tlu. Mjerenja posmične čvrstoće su izvršena u geotehničkom laboratoriju prema
normi BS 1377-7:1990, na uređaju za izravni posmik s kontroliranom deformacijom. U
svrhu dokazivanja čvrste korelacijske veze između vršnog kuta unutrašnjeg trenja s
indeksom plastičnosti, ispitano je nekoliko uzoraka koherentnog tla različitog indeksa
plastičnosti, izračunatog na temelju granice tečenja i granice plastičnosti. Uzorci za
ispitivanje uzeti su s više lokacija u sjeverozapadnom i istočnom dijelu Hrvatske.
Provedena ispitivanja i rezultati mjerenja u ovom završnom radu potvrđuju ispitivanja
koja su već ranije izvršili poznati stručnjaci poput Ortolana i Mihalineca. Interpretacija
rezultata jasno potvrđuje predviđenu korelacijsku zavisnost između indeksa plastičnosti
i kuta unutrašnjeg trenja i pokazuje da se ti rezultati mjerenja dobro poklapaju s
rezultatima ispitivanja drugih autora , što je bio i cilj ovog završnog rada.
Ključne riječi:
- izravni posmik
- korelacija
- posmična čvrstoća tla
- indeks plastičnosti
- kut unutrašnjeg trenja
28
Prilozi:
U prilozima nalaze se rezultati svih mjerenja koja su se vršila prilikom ispitivanja uzoraka u
geotehničkom laboratoriju. Ta mjerenja su pokazatelji rezultata koji se poklapaju sa
istraživanjima stručnjaka poput Ortolana i Mihalineca što je bio i cilj ovog završnog rada.
Recommended