NEDELJA 07 - 23.03-29.03.2020 - KONSOLIDACIJA TLA - … · 1 Predavanja iz mehanike tla Školska 2019/20 KONSOLIDACIJA TLA Radna nedelja 7 (23.03.2020. –29.03.2020.) M. Maksimović:

1

Predavanja iz mehanike tla

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJA TLA

Radna nedelja 7 (23.03.2020. – 29.03.2020.)

M. Maksimović: MEHANIKA TLAPoglavlje 4Strane: 110, 123‐147

2


a

Školska 2019/20

PRINCIP EFEKTIVNIH NAPONA

Princip efektivnih napona je najvažniji fundamentalni princip mehanike tla

Terzaghi (1936)

Stav I Efektivni normalni napon σn ' jednak je razlici totalnog normalnog

napona σn i pornog pritiska u, ili σn ' = σn ‐u.

/ / / /

/ / /1 1 2 2 3 3

x x y y z z u u u

u u u

PODSEĆANJE (Predavanje 3)

3


a

Školska 2019/20


A

N =

P = N + u A

P N u i l i u

A A


4


a

Školska 2019/20

Stav II Svi merljivi efekti promene napona, kao što su promene zapremine,

promene oblika i promena smičuće čvrstoće zavise isključivo od efektivnih

napona.

Dva osnovna oblika ponašanja tla od interesa za prenošenje opterećenja i

napona, čvrstoća i stišljivost, zavise od efektivnih normalnih napona:

promena zapremine = f1 ( σ )

smičuća čvrstoća = f2 ( σ )




a

Školska 2019/20

DEFORMACIJE U TLU

Deformacija, opisana glavnim specifičnim deformacijama, se može podeliti na:

• deformaciju promene zapremine (volumetrijska deformacija)

• deformaciju promene oblika (distorzijska deformacija)

Deformacije elementa tla se mogu se podeliti na dve grupe i to:

• deformacije usled promene efektivnih ili totalnih napona

• deformacije usled promene uslova sredine, bez značajnije promeneopterećenja.


5


a

Školska 2019/20

Neposredno posle nanošenja napona, tokom vremena, dolazi do opadanja pornih pritisaka, povećanja efektivnih napona i smanjena zapremine tla na račun istisnute vode iz pora i do sleganja kao posledice smanjenja zapremine.

KONSOLIDACIJA

6


a

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJA

Proces opadanja pornih pritisaka, povećavanja efektivnih napona i smanjenja zapremine tla je KONSOLIDACIJA.

U tom procesu se naponi pornih pritisaka prenose na skelet tla.

Sleganje nastalo usled promene zapremine tla naziva se konsolidacionim sleganjem.

Brzina promene zapremine ili razvoj promene zapremine u vremenu zavisiće, između ostalog i od vodopropusnosti tla, odnosno od vremena potrebnog za evakuaciju određene količine vode iz elementa tla.

7


a

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJA – mehanički model

Model se sastoji od elastične opruge koja je potopljena u cilindričan sud sa vodom. Voda i

opruga su potpuno zatvorene klipom koji savršeno zaptiva sud po svom obimu, pri čemu se

pretpostavlja da nema trenja na kontaktu između konture klipa i zidova suda. Klip je snabdeven

ventilom koji je, na početku posmatranja procesa, zatvoren. Kada se na klip nanese centrična

sila, poveća se pritisak u vodi. Pošto je pretpostavljeno da je voda praktično nestišljiva u

poređenju sa krutošću opruge, klip se ne pomera i celokupno opterećenje se prenosi na vodu

preko pritiska Δu, dok opruga ostaje neopterećena. Ako bi se izraz konsolidacija mogao

upotrebiti za oprugu, moglo bi se reći da ona nije konsolidovana pri nanetom opterećenju. Kada

se zatim ventil otvori, voda u obliku mlaza ističe kroz otvor i zbog smanjivanja količine vode u

prostoru koji klip ograničava, klip se pomera na niže. Brzina ovog pomeranja zavisi od brzine

isticanja vode, odnosno od veličine otvora. Ako se za otvor može upotrebiti izraz koji odgovara

vodopropusnosti tla, tada bi vrlo mali otvor simulirao nisku vodopropusnost tla. Pri isticanju vode

klip se pomera naniže, opruga se skraćuje i pri tome prima sve veći deo nanetog opterećenja,

dok pritisak u vodi opada. Povećavanje sile u opruzi je analogno povećanju efektivnih napona u

tlu, a smanjenje pritiska u vodi odgovara opadanju pornog pritiska. Nakon dovoljno dugog

vremena klip dolazi u nov stabilni položaj, pritisak vode na klip postaje jednak nuli i celokupno

naneto opterećenje prima opruga. Koristeći izraz konsolidacija za oprugu, sada se može reći da

je ona konsolidovana pod nanetim opterećenjem. Veličina pomeranja na kraju ovog procesa

zavisi od krutosti opruge. Krutost opruge predstavlja stišljivost skeleta tla. Ukoliko je opruga

mekša, predstavljajući stišljivije tlo, utoliko će pomeranje, odnosno sleganje klipa biti veće, pa je

potrebno istisnuti i veću količinu vode, te će i vreme potrebno da se proces završi, biti duže.

Prema tome, proces između dva položaja klipa će trajati duže ukoliko je otvor za isticanje vode

manji (manja vodopropusnost tla) i ukoliko je opruga gipkija (deformabilnije, mekše tlo).

8


a

Školska 2019/20

OSNOVNE JEDNAČINE KRETANJA VODE KROZ TLO

Darsijev zakon za homogeno anizotropno tlo se može napisati u sledećem obliku:

x x x x xx xx dy dz ( ) dy dzqq dqk i k i di

y y y y yy yy dx dz ( ) dx dzqq dqk i k i di

z z z z zz z z dx dy ( ) dx dyq q dqk i k i di

9


a

Školska 2019/20

OSNOVNE JEDNAČINE KRETANJA VODE KROZ TLO

Jednačina kontinuiteta:

2 2 2

2 2 2x y z

h h h dx dy dzdidi di

x y z

2 2 2

22 2x y z

h h h dx dy dz = 0k k k

x zy

ix = h /x iy = h /y iz = h /z

Ukupni dotok vode u element tla mora biti jednakkoličini vode koja iz elementa istekne

x y z x x y y z z+ + = ( + ) + ( + ) + ( + )q q q q dq q dq q dq

x x y y z z dy dz + dx dz + dx dy = 0k di k di k di

Diferencijalna jednačina filtracije

10


a

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJA

Ukoliko element tla menja zapreminu za εvu vremenu dt, tako da se ona može opisati gradijentom dεv /dt, jednačina kontinuiteta je:

Diferencijalna jednačina konsolidacije

2 2 2

22 2v

x y z

dh h h dx dy dz k k k

x z dty

11


a

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJA

Matematička teorija ovog, u opštem slučaju trodimenzionog problema, je veomasložena čak i uz pretpostavku idealno elastičnog skeleta tla

Rešenje ‐ Terzaghi (1925)

Rešenje podrazumeva:

• tlo je zasićeno

• zrna i voda su nedeformablini

• promena zapremine nastaje samo na račun istisnute vode

• važi Darsijev zakon filtracije

• priraštaj napona je jednak nanetom opterećenju

• opterećenje je naneto odjednom

• deformacije su samo vertikalne

• proces filtracije se odvija isključivo u pravcu upravno na sloj

12


a

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJAv

w

dh k u k i k

dz z

2v

2w

dk u

z dt

/v

vzd

m dt t

vv

d u m

dt t

2

v 2w

u k um

t z

2 2

v2 2v w

u k u u c

t m z z

vv

v w w

k Mkc

m

Terzaghi (1925)

u = γw h

2 2 2

22 2v

x y z

dh h h dx dy dz k k k

x z dty

Koeficijent konsolidacije

Hidrostatički pritisak pre nanošenja opterećenja

specijalan slučajjednodimenzionogkretanja vode

Izohrona [cm2/sec]

13


a

Školska 2019/20

KONSOLIDACIJA

Ako je priraštaj napona Δp nanetodjednom, granični uslovi su sledeći:

• u vremenu t = 0 priraštaj naponaprima samo voda, tako da je inicijalnipriraštaj pornog natpritiska Δu = ui =Δp,

• dreniranje omogućeno na gornjoj idonjoj granici sloja, na njima nemapornog natpritiska, tj. za svako t > 0imamo da je u = 0 za z = 0 i za z = 2 H.

Rešenje diferencijalne jednačine u = u(z,t)opisuje raspodelu veličine pornognatpritiska po visini sloja u vremenu uobliku:

2( , ) sin

2v(- )i N T

n=0

u N zu t z = e

N H

Izohrona

14


a

Školska 2019/20

2( , ) sin

2v(- )i N T

n=0

u N zu t z = e

N H

ui početna veličina pornog pritiska ikonstanta tj. ui = Δp

n ceo broj

N = ( 2n + 1 )/2

Tv vremenski faktor, broj bezdimenzija

vv 2

dr

c tT =

H

KONSOLIDACIJA

15


a

Školska 2019/20

2v0.6 60% / 4za U < tj. U < T U

v0.6 60% 0.9332 log 1 0.0851za U tj. U > T U

/

vv

( )zcs(t) = s U(t) = D U T

M

U=U(t)=U(Tv)

Prosečni stepen konsolidacije:

KONSOLIDACIJA

sc ‐ konsolidaciono sleganje sloja pripotpunoj disipaciji pornihnatpritisaka generisanih nanetimopterećenjem

Važi pod pretpostavkom da je opterećenje naneto odjednom ida zatim ostaje konstantno!!!

Prosečan stepen konsolidacije definiše se odnosom površine dijagrama efektivnih

napona, koja je definisana izohronom, i površine dijagrama efektivnih napona pri

potpunoj konsolidaciji koja će se, bar teoretski, dogoditi u beskonačnom vremenu.

Međutim, površine dijagrama efektivnih napona pri potpunoj konsolidaciji, površina

dijagrama totalnih napona i površina dijagrama početnih veličina pornih pritisaka ui, su

međusobno jednake. Prosečni stepen konsolidacije U=U(t)=U(Tv) se može dobiti

integrisanjem, a konačan rezultat je prikazan dijagramom i tabelom karakterističnih

vrednosti. Prosečan stepen konsolidacije U(Tv ) asimptotski teži jedinici kada vreme teži

beskonačnosti. Za praktične potrebe obično se uzima da je do potpune konsolidacije

došlo kada je Tv > 3. Umesto dijagrama ili tabele, vremenski faktor se, u zavisnosti od

nivoa prosečnog stepena konsolidacije, može izračunati i koristeći približne izraze.

16


a

Školska 2019/20

KOREKCIJA PRI POSTEPENOM NANOŠENJU OPTEREĆENJA

:gt t ( ) ( ) ( )2g

c

ts t s t U t

:gt t ( ) ( ) ( )2c

g

t ts t s t U

t

U praksi se najčešće opterećenje objekta na tlo ne nanosi odjednom, već tokom nekog

vremena koje odgovara trajanju građenja objekta. Na početku se tlo rasterećuje

izvođenjem iskopa za temelje tako da dolazi do bubrenja gline. Do znatnijeg sleganja ne

dolazi dok naneto opterećenje ne postane veće od ranijeg opterećenja sopstvenom

težinom iskopanog tla. Približno rešenje, za korigovanje krive sleganja pri trenutnom

opterećivanju radi unošenja uticaja postepenog nanošenja opterećenja, dao je Terzaghi.

Metoda je aproksimativna, empirijska, izvedena intuitivno i ne može se matematički

dokazati, ali je dovoljno tačna za praktične potrebe.

Prvo se nacrta dijagram sleganja pod pretpostavkom da je opterećenje naneto trenutno,

odjednom u vremenskoj nuli neto promene opterećenja. Za neko izabrano vreme t < tg(tačka 1) povuče se vertikalna linija, a zatim povuče i vertikala za vremenski presek t/2

(tačka 2) do linije sleganja pod pretpostavkom o trenutnom nanošenju opterećenja

(tačka 3), a zatim povuče horizontala do vremenskog preseka tg (tačka 4). Spajanjem

koordinatnog početka sa tačkom 4 u preseku sa vertikalom kroz tačku 1 dobija se

veličina sleganja u vremenu t (tačka 5). Ovaj postupak se ponovi za nekoliko tačaka u

intervalu t < tg da bi se dobila korigovana kriva sleganja u ovom vremenskom intervalu.

Za vreme t > tg korigovana kriva sleganja se dobija jednostavnim horizontalnim

pomeranjem krive sleganja pri trenutnom opterećivanju za vremenski interval tg /2.

17


a

Školska 2019/20

ODREÐIVANJE KOEFICIJENTA KONSOLIDACIJE cvMETODA KVADRATNOG KORENA

(metoda Taylor‐a)

2

v90

0.848 drHc

t [cm2/sec]

Teorijska kriva je praktično prava linija do oko 60% konsolidacije, dok je za 90%

konsolidacije apscisa AC = 1.15 AB, gde je AB na produžetku prave linije. Ova osobina se

koristi za određivanje tačke na eksperimentalnoj krivoj kojoj odgovara 90% konsolidacije.

Tačka D koja odgovara U = 0 dobija se produženjem prave do preseka sa ordinatom za

vreme jednako nuli. Ova tačka predstavlja "korigovanu nulu", koja se može malo

razlikovati od stvarne za veličinu inicijalnog sleganja nastalog kompresijom manje

količine vazduha u porama uzorka. Povlači se prava linija DC tako da je vrednost apscise

1.15 puta odgovarajuće apscise linearnog dela eksperimentalne krive. Presek linije DC sa

eksperimentalnom krivom dobija se tačka C1 kojoj odgovara U = 90 % tako da se može

očitati veličina √t90.

18


a

Školska 2019/20

ODREÐIVANJE KOEFICIJENTA KONSOLIDACIJE cvLOGARITAMSKA METODA(metoda Casagrande‐a)

2

v50

0.197 drHc

t [cm2/sec]

Na teorijskoj krivoj presek prikazane tangente i asimptote se nalazi na 100 % konsolida‐

cije. Presek odgovarajućih linija na eksperimentalnoj krivoj služi za određivanje iznosa

potpune konsolidacije. S obzirom da se vremenska nula u polulogaritamskom dijagramu

nalazi beskonačno levo, za određivanje korigovane nule, koja odgovara ordinati tačke D,

koristi se činjenica da je početni deo krive približno paraboličan. Na tom delu krive

obeleži se razlika ordinata između dve tačke sa vremenima čiji je odnos 1 : 4, zatim se

rastojanje jednako ovoj razlici nanese na više da bi se dobila korigovana nula. Pošto su

locirane veličine deformacija za 0 % i 100 % primarne konsolidacije, lako se očita vreme

potrebno za 50 % konsolidacije koje odgovara vremenskom faktoru Tv = 0.197

19


a

Školska 2019/20

Karakteristične vrednosti koeficijenta konsolidacije cv

Granica tečenja Primarana Rekompresijakompresija i rasterećenje

LL = 30 % cv = 5 ∙ 10‐3 cm2/sec cv = 4 ∙ 10

‐2 cm2/sec

LL = 60 % cv = 1 ∙ 10‐3 cm2/sec cv = 3 ∙ 10

‐3 cm2/sec

20


a

Školska 2019/20

SEKUNDARNA KOMPRESIJA (SEKUNDARNA KONSOLIDACIJA)

2 1 2 1log log log /e t t t t

α koeficijent brzine sekundarne kompresije,

t1 vreme kraja primarne konsolidacije koja odgovara koeficijentu poroznosti ef

t2 bilo koje drugo vreme t2 > t1

Kao što je ranije rečeno, nakon praktično potpune disipacije pornih pritisaka i završetka

procesa primarne konsolidacije, komprimovanje tla ne prestaje. Smanjenje zapremine se

nastavlja veoma polako, sve manjom i manjom brzinom. Priroda razvoja deformacije se

može identifikovati u polu‐logaritamskom dijagramu u obliku jedne (a po nekad i dve

prave linije). Jednostavniji je prikaz jednom linijom tako da se promena koeficijenta, za

svaku poroznost manju od ef,može opisati izrazom gore.

21


a

Školska 2019/20

SEKUNDARNA KOMPRESIJA (SEKUNDARNA KONSOLIDACIJA)

Sekundarna kompresija (ili sekundarna konsolidacija) je posledicaplastične reorijentacije zrna usled izmenjenog nivoa napona,progresivnog loma veza između zrna kao i progresivnog lomapojedinačnih zrna.

Proces sekundarne kompresije se odvija istovremeno sa primarnomkonsolidacijom, ali tek po završetku primarne konsolidacije postaje jasnouočljiv.

Koeficijent sekundarne kompresije:

Cα = α /(1 + ef )

2 1log /z C t t

22


a

Školska 2019/20

DEFORMACIJE BEZ ZNATNE PROMENE NAPONA

Do sada su razmatrane promene zapremine tla usled dejstva napona.

Postoje okolnosti pri kojima dolazi do deformacija i bez znatne promeneopterećenja ili efektivnih napona, već usled promene uslova sredine ili nekihdrugih fizičkih uticaja, pa se takva tla, ponekad, nazivaju specijalna tla.

Često su takve pojave karakteristične za delimično zasićena tla (kolapsibilna iekspanzivna tla) tj. kada ukupna zapremina pora nije ispunjena samo vodom većima i vazduha.

Razmotrićemo:

1. METASTABILNA ili KOLAPSIBILNA TLA

2. EKSPANZIVNA TLA

3. UTICAJ MRAZA NA TLO

23


a

Školska 2019/20

DEFORMACIJE BEZ ZNATNE PROMENE NAPONA Metastabilna ili kolapsibilna tla

Delimično zasićena tla sa zapreminskom težinom manjom od oko 16 kN/m3

mogu imati sklonost ka strukturnom kolapsu

Lako cementirana tla, od kojih je u našim uslovima najrasprostranjeniji tip les,mogu imati nestabilnu strukturu pri provlažavanju.

Les je eolski sediment veoma rasprostranjen u Evropi, Aziji i Severnoj Americi ipokriva oko 10% kopnene površine planete zemlje. U našoj zemlji les pokrivavelike delove površina Panonije i oboda nizije.

Lesne terase se strmim, praktično vertikalnim odsecima, izdvajaju od nižihpodručja.

Predominantno učešće prašinaste frakcije, tipično svetlo mrke do žute boje sapromenljivim sadržajem peskovitih i glinovitih frakcija.

Zrna prašine i peska su slabo vezana glinenim ili karbonatnim vezivom.

Standardni identifikacioni opiti bi pokazali da je to, prema AC klasifikaciji,najčešće, nisko do srednje plastična glina CL‐CI

24


a

Školska 2019/20


Les deponovan u vodi, tzv. barski les, nema kolapsibilne osobine, često se nazivalesnom ilovačom.

Međutim, ako je les deponovan u suvoj sredini, poroznost mu je često veomavelika, što se ogleda u niskoj zapreminskoj težini koja se može kretati u relativnoširokim granicama

Posebno su kritična tla kod kojih je γd < 13 kN/m2.

25


a

Školska 2019/20


Tipično ponašanje uzorka lesa u edometru:

Za deformacije εc > 1% les ima metastabilnu strukturu

Tipično ponašanje uzorka lesa u edometru prikazano je na Slici. Sa relativno malom

prirodnom vlažnošću uzorak pokazuje malu do umerenu stišljivost u području normalnih

napona do 100‐200 kPa. Kada se pri takvom nivou napona u kutiju edometra doda voda,

dolazi do relativno velikog sleganja uzorka zbog omekšavanja glinenog veziva između

zrna i njihovog relativnog pomeranja ka stabilnijoj, zbijenijoj konfiguraciji. Za deformacije

εc > 1% kaže se da les ima metastabilnu strukturu i da zbog toga pri vlaženju dolazi do

strukturnog kolapsa granularnog skeleta uz smanjenje zapremine. Sleganje usled tako

nastale deformacije može imati veoma štetne posledice po građevinske objekte

26


a

Školska 2019/20


Karakteristična oštećenja zgrada na lesu

Objekat na kolapsibilnom tlu se može i više godina ponašati sasvim zadovoljavajuće, da

bi odjednom u slučaju provlažavanja tla ispod objekta usled incidentnog procurivanja

vodovodnih ili kanalizacionih instalacija došlo do lokalnog sleganja od desetak ili više

desetina centimetara, sa veoma štetnim posledicama u vidu pojave pukotina ili rotacije

objekta. Do lokalnog sleganja može doći i na tek završenim objektima ukoliko voda sa

krovnih i drugih površina nije kontrolisano evakuisana tako da ne prodire u tlo u

području temelja. Kondenzacija vode na cevima instalacija u podrumskim prostorijama,

uz nedovoljnu izolaciju poda, može takođe dovesti do postepenog dopunskog sleganja

temelja. Međutim, u nekim slučajevima do povećavanja sleganja može doći polako i

postepeno, kao posledica kondenzacije i akumulacije vlage ispod objekta.

27


a

Školska 2019/20


Zaštitne mere podrazumevaju:

• Kontrolisano odvođenje atmosferskih voda sa krovnih idrugih površina

• Pažljiva izrada i kontrola izvođenja vodovodnih ikanalizacionih instalacija u području objekta uzeventualne posebne zaštitne mere

• U slučaju većih opterećenja, pribegava se i dubokomtemeljenju na šipovima, prenošenjem opterećenja nadublje, stabilnije slojeve.

28


a

Školska 2019/20

DEFORMACIJE BEZ ZNATNE PROMENE NAPONA Ekspanzivna tla

Delimično zasićene tvrde visokoplastične gline mogu biti veoma prekonsolidovane sušenjem (desikacijom).

Ukoliko se na uzorak takvog tla, u edometru pri relativno niskom nivou napona, deluje jednostavnim dodavanjem vode, dolazi do bubrenja ‐ povećanja zapremine

Za takvo ekspanzivno ponašanje je najčešće i najviše odgovoran montmorijonit

29


a

Školska 2019/20


Ekstremni klimatski faktori značajni za pojavu bubrenja tla

Praktične štete na objektima su znatno češće u područjima koja odlikuju dva izrazitorazličita godišnja razdoblja sa suvom sezonom i visokim temperaturama, nakon čegadolazi do vlažne sezone sa padom temperature i povećanjem vlažnosti vazduha ipadavinama

30


a

Školska 2019/20


U prirodnom terenu dolazi do cikličnog sušenja i vlaženja u aktivnoj zoni, u površinskom sloju tla koji u ekstremnim uslovima može dosezati dubinu i do 15 metara, a veličine dizanja i spuštanja površine terena čak i do 30 cm.

31


a

Školska 2019/20


Ukoliko se objekat izgradi u toku suve sezone, svojom osnovom onemogućava izmenu vlage sa okolinom, tako da se vremenom, usled migracije vode u okolini objekta vlaga počinje povećavati, tlo ispod objekta počinje da bubri i delovi objekta se počinju izdizati, izazivajući znatna oštećenja.

Centralni deo površine pokrivene objektom izložen je najvećem izdizanju, dok pomeranja perifernih delova, koji su izloženi sezonskim promenama temperature i vlažnosti, mogu imati oscilatoran karakter.

32


a

Školska 2019/20


Oštećenjima usled bubrenja tla su izložene lakše građevine, prizemni objekti, kolovozne konstrukcije saobraćajnica i obloge kanala za navodnjavanje.

U ekstremnim uslovima deformacije konture kanala za navodnjavanje izvedenih u takvom tlu ali i u ekspanzivnoj steni (glinci) mogu biti alarmantne u relativno kratkom vremenu nakon puštanja vode u nov izgrađen kanal.

Ekspanzivno tlo, ukoliko postoji na lokaciji predviđenoj za građenje, treba identifikovati tokom istražnih radova kako bi se mogle preduzeti odgovarajuće mere predostrožnosti i zaštite, kako u projektu, tako i u načinu izvođenja objekta.

33


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Usled zamrzavanja površinskog sloja tla može doći do izdizanja njegove površine, pričemu nakon povišenja temperature u proleće, takva mesta ostaju veoma meka iraskvašena.

Ova pojava može izazvati velika oštećenja na kolovoznim konstrukcijama, oblogamakanala i plitkim temeljima.

Ukupna promena zapremine tla, zavisno odporoznosti, može biti približno između 2.5% i 5%, što bi u našim klimatskim uslovima izazvaloizdizanje površine tla od 2 do 4 cm, a ukrupnozrnom tlu, šljunku ili pesku može biti imanje jer se pri zamrzavanju izvesna količinavode može istisnuti iz pora.

U određenim okolnostima, mogu se zapaziti iznatno veće promene zapremine praćeneizdizanjima i od po 50 cm, što znači da jemehanizam ove pojave znatno složeniji odopisanog

34


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Ukoliko se uzorak postepenozamrzava na gornjem kraju iako nema dotoka vode, znatandeo zamrznute vode će seakumulirati u gornjem deluuzorka u obliku tankih ledenihslojeva i sočiva (Slika 1)

U najmanjim porama voda mrzne na temperaturi koja je manja od nule (oko ‐50C) tako da u donjempodručju zamrznutog sloja voda biva zamrznuta samo u krupnijim porama, a u sitnijim porama vodaostaje u tečnom stanju, što omogućava migraciju vode ka zoni u kojoj već postoje kristali leda.

Ukoliko je sistem otvoren (Slika 2) postoji zona iz koje se voda može penjati kapilarnim efektima, kristalileda rastu i formiraju ledena sočiva ili slojeve leda

Rezultat je značajan porast količine vode u zoni zamrzavanja, segregacija vode u ledena sočiva i pojavabubrenja tla koja u umerenom klimatskom pojasu najčešće iznosi i do 15 cm.

Takva pojava je moguća samo u sitnozrnom tlu.

Međutim, ukoliko postoji sloj krupnozrnog tla na izvesnoj dubini, tako da je kapilarno penjanjesprečeno, (Slika 3), uzorak pri zamrzavanju se ponaša kao da je potpuno izolovan od dotoka vode.

35


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Proces odmrzavanja izaziva veće i važne nepovoljne uticaje na temelje objekata ipovršinske konstrukcije u mnogim područjima

Zamrznuto tlo je veoma tvrdo i čvrsto, ali kada se formirana ledena sočiva istope kadvreme otopli, tlo postaje prezasićeno i prelazi u stanje tečne ili žitke konsistencije, takoda ne može da primi veća opterećenja.

Ako se to dogodi u podlozi kolovozne konstrukcije, ova zona se izuzetno deformiše inastaju "udarne rupe".

36


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Nepovoljno dejstvo mraza se ispoljava u sledećim slučajevima:

1. Tlo mora biti zasićeno ili blisko zasićenom stanju. Delimično zasićenotlo se takođe smrzava, ali se led formira u obliku relativno ravnomernoraspoređenih kristala od kojih svaki može da zauzme uvećanuzapreminu na račun zapremine pora ispunjenih vazduhom.

2. Tlo mora da bude sitnozrno. U pogledu uticaja mraza najopasnija onatla koja imaju relativno visok sadržaj prašinastih frakcija! Takva tlasadrže sistem malih pora, ali istovremeno i vodopropusnost nije sasvimmala.

3. Temperaturni gradijent bi trebao da bude relativno mali. Temperaturnigradijent opisuje promenu temperature sa dubinom. Ukoliko jegradijent veliki zona zamrzavanja je relativno plitka a bubrenje malo

37


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Jedan od merodavnih klimatskih pokazatelja je indeks mraza koji se definiše kaozbir proizvoda između prosečne dnevne temperature manje od nule i broja dana,što je integral ilustrovan na idealizovanom sinusnom dijagramu prikazanom na slici

srI Т t Indeks mraza:

Dubina zone zamrzavanja:

z A I A=3‐10 (5)jug Srbije 50‐70 cmcentralna Srbija 70‐90 cmVojvodina 90‐100 cm

Prosečna vrednost iz tri najhladnije zime u periodu od 30godina ili najhladnija zima poslednjih 10 godina

38


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Za ocenu osetljivosti tla na dejstvo mraza postoje različiti kriterijumi zasnovani nagranulometrijskom sastavu. Jedan od najpoznatijih je Casagrande‐ov kriterijum (1932)

Tla podložna nepovoljnom delovanju mraza:

• jednolična (U) tla (d60/d10≤5) ako sadrže više od 10 % zrna sitnijih od 0.02 mm.

• dobro graduirana (W) tla (d60/d10≥15) ako sadrže preko 3% zrna sitnijih od 0.02 mm.

39


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Kategorija Osetljivost Vrsta tla

G1 Neosetljivo tlo ‐ Šljunak sa 10% zrna sitnijih od 0.02mm

G2 Malo osetljivo tlo‐ Šljunak sa 10‐20% zrna sitnijih od 0.02mm‐ Pesak sa 3‐15% zrna sitnijih od 0.02 mm

G3 Srednje osetljivo tlo‐ Šljunak sa >20% zrna sitnijih od 0.02mm‐ Pesak sa >15% zrna sitnijih od 0.02mm‐ Glina sa Ip>12%

G4 Vrlo osetljivo tlo‐ Prašina ili prašinasti pesak sa >15% zrnasitnijih od 0.02mm

‐ Glina sa Ip12%

Osetljivost tla na dejstvo mraza prema SRPS U.E1.012:1981

40


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Sile usled širenja zasićenog tla pri zamrzavanju su veoma velike. Pritisci u slučajusprečenih deformacija u ekstremnim okolnostima mogu dostići veličine do 1 MPa,tako da sopstvena težina konstrukcije ne može da spreči pojave izdizanja

Horizontalni pritisci pri zamrzavanju tla u zaleđu potporne konstrukcije izazivajunjihovo nepovratno translaciono i rotaciono pomeranje

Naponi smicanja na vertikalnim kontaktima tla sa konstrukcijom u aktivnom sloju prizamrzavanju mogu izazvati izdizanje konstrukcije tako da se ispod temeljne površineili baze šipa u nesmrznutom tlu stvori šupljina

41


a

Školska 2019/20

UTICAJ MRAZA NA TLO

Zaleđe potpornih konstrukcija se zapunjava krupnozrnim tlom koje nije osetljivona dejstvo mraza.

Zaštitne mere podrazumevaju temeljenje objekata na dubinama većim od dubinedejstva mraza koja se u našem podneblju kreće do oko 0.8‐1.0 m (štoorijentaciono ogovara indeksu mraza od oko ‐300).

U nekim okolnostima primenjuje se i prekidanje kapilarnog penjanjaugrađivanjem tamponskog sloja od krupnozrnog vodopropusnog materijala.

42


a

Školska 2019/20

HVALA NA PAŽNJI

43

Documents

NEDELJA 07 - 23.03-29.03.2020 - KONSOLIDACIJA TLA - … · 1 Predavanja iz mehanike tla Školska 2019/20 KONSOLIDACIJA TLA Radna nedelja 7 (23.03.2020. –29.03.2020.) M. Maksimović: