Opažanje građevina

Ivan Vrkljan

17 Opažanja geotehničkih građevina

Opažanje geotehničkih građevina tijekom građenja i eksploatacije nema

istraživačku svrhu već je to alat kojim se geotehničari služe. Zbog toga su geotehnička opažanja sastavni dio projektiranja. Prikazani su principi i načini mjerenja koji se najčešće koriste u postupku opažanja ponašanja

tunela i drugih podzemnih prostora

17-Opazanja geotehnickih gradevina.doc

Inženjerska mehanika stijena 2

17 Opažanja geotehničkih građevina

17.1 Uvod.................................................................................................................................3 17.2 Opažanja i Eurokod 7.........................................................................................................4 17.3 Tehnike opažanja tijekom građenja i eksploatacije tunela .....................................................5

17.3.1 Mjerenje pomaka .......................................................................................................6 17.3.1.1 Mjerenje pomaka konture iskopa (konvergencija) ....................................................7 17.3.1.2 Mjerenje pomaka unutar stijenske mase.................................................................11

17.4 Piezometarska mjerenja....................................................................................................20 17.5 Opažanja naprezanja u mlaznom betonu i betonskoj oblozi.................................................22 17.6 Opažanje sidara ...............................................................................................................23 17.7 Rječnik ...........................................................................................................................26 17.8 Literatura ........................................................................................................................27 17.9 Prilozi .............................................................................................................................29

17.9.1 Mjerna nesigurnost ..................................................................................................29

17 Opažanja geotehničkih građevina 3

17.1 Uvod Svaki geotehnički projekt je u nekom stupnju hipotetski i svaka aktivnost u ili na stijenskoj masi i tlu povezana je s rizikom i iznenađenjima. Ovo je posljedica činjenice da su geotehničke konstrukcije izgrađene od prirodnih materijala koji su nastali različitim procesima. Rijetko je kada rezultat ovih procesa jednoličan materijal. Prirodni materijala (tlo i stijenska masa) su nehomogeni, anizotropni i prirodno napregnuti. Nemogućnost da se istražnim radovima, bez obzira na njihov opseg, utvrde svi značajna svojstva i stanja prirodnih materijala, za posljedicu ima mnoge pretpostavke na kojima se temelji projekt i na osnovi kojih se odabire oprema i tehnologija građenja. Jasno je da se pretpostavljena svojstva i stanja medija mogu značajno razlikovati od stvarnog stanja u prirodi. Terenska promatranja (field observations), uključujući i kvantitativna mjerenja mjernim uređajima, omogućavaju geotehničkom inženjeru da usprkos ograničenjima može projektirati sigurne i efikasne građevine a izvođaču da može raditi sigurno i ekonomično. Zato terenska mjerenja neusporedivo više znače geotehničarima u odnosu na druge projektante koji rade s umjetnim materijalima, čija su svojstva i stanja definirana projektom a tijekom gradnje se samo kontrolira zadovoljavanje postavljenih zahtjeva. Zato geotehničar, za razliku od drugih projektanata, mora dobro poznavati principe i tehnike mjerenja. Za geotehničare je instrumentacija alat za rad a ne samo jedna od komponenti istraživanja. U našoj se praksi ustalio izraz-opažanje za ono što u engleskoj literaturi nalazimo kao-monitoring i field observation. Ralph B. Peck u predgovoru Dunicliffove knjige iznosi neka razmišljanja o problematici opažanja koja se često zanemaruju: (Dunnicliff, 1993, str. vii).

• Čovječje oči su najbolji instrument za opažanje ponašanja geotehničke građevine, • Rezultatima mjerenje moraju biti pridružene točne informacije o stanju iskopa i

ugrađenoj podgradi jer inače rezultat mjerenja nema smisla, • Treba ocijeniti koje uređaje koristiti i bolje je koristiti čim jednostavnije (ako se pomaci

mogu vidjeti okom ne treba koristiti mikrometar), • Treba motivirati ispitivača da u teškim uvjetima napravi kvalitetnu ugradnju opreme i

izvrši mjerenja. Ladanyi (1982), kao glavne probleme mehanike stijena ističe sljedeće: • nemogućnost direktnog mjerenja osnovnih svojstava stijenske mase, • efekt vremena, • modeliranje.


Osnovna svojstva stijenske mase nije moguće direktno mjeriti zbog ograničavajućih faktora mjerila, (scale efects), vremena i novca. Ladanyi nudi i odgovor na pitanje-što činiti u ovakvoj situaciji. "Ne možemo mjeriti, ali ako dovoljno pažljivo promatramo, razvijamo koncepcijske modele, radimo povratne analize, utvrđujemo okvire i klasifikacijske sisteme neprestano promatramo i poboljšavamo ih tijekom dovoljno dugog perioda, možemo se nadati da ćemo eventualno moći utvrditi ova svojstva stijenske mase dovoljno točno za potrebe projektiranja. 17.2 Opažanja i Eurokod 7 Osnovu filozofije projektiranja prema graničnim stanjima koja je opisana u Eurokodu 1 (EC1) i prihvaćena u Eurokodu 7 (EC7), je da treba razmotriti sve moguće modele sloma konstrukcije te, za svaku projektnu situaciju, treba provjeriti da relevantno granično stanje neće biti dostignuto. Pri projektiranju po graničnim stanjima, granična stanja nosivosti i granična stanja upotrebljivosti se razmatraju odvojeno. U praksi se često zna iz iskustva koje granično stanje je relevantno. Klizanje tla je vjerojatno najuobičajenije granično stanje nosivosti i prekomjerno slijeganje temelja je najuobičajenije granično stanje upotrebljivosti. Za svaku geotehničku projektnu situaciju treba potvrditi da relevantno granično stanje nije premašeno. Ovaj zahtjev može se postići (ENV 1997-1:1994): • upotrebom proračuna, • usvajanjem propisanih mjera, • modelskim ispitivanjima i probnim opterećenjima, • metodom opažanja. Ova četiri pristupa mogu se koristiti u kombinaciji. U praksi će iskustvo često pokazati koja vrsta graničnih stanja je mjerodavna za projektiranje, a izbjegavanje ostalih graničnih stanja može biti potvrđeno grubim provjerama. Rezultati opažanja geotehničkih građevina koriste se za:

• potvrdit da relevantno granično stanje nije premašeno, • dobivanja parametara tla i stijena povratnim analizama.

Da bi metoda opažanja dala očekivane rezultate, moraju biti zadovoljena sljedeća četiri zahtjeva i to prije početka gradnje:

• moraju se uspostaviti prihvatljive granice ponašanja,

• mora se ocijeniti raspon mogućeg ponašanja i pokazati da postoji prihvatljiva vjerojatnost da će ponašanje biti unutar prihvatljivih granica,

• mora se načiniti plan praćenja ponašanja, koji će pokazati je li ponašanje unutar prihvatljivih granica; praćenjem se to mora jasno pokazati i to dovoljno rano te u dovoljno kratkim vremenskim razmacima da bude moguće uspješno poduzimati uvjetovane mjere,

• vrijeme odziva uređaja i postupci za analizu rezultata moraju biti dovoljno brzi u odnosu na mogući razvitak događaja u sustavu,

• mora se načiniti plan uvjetovanih mjera, koje se mogu usvojiti ako praćenje pokaže da je ponašanje izvan prihvatljivih granica.


Tijekom gradnje praćenje se mora provoditi prema planu, a ako zatreba mora se provesti i daljnje ili zamjenjujuće praćenje. Rezultati praćenja moraju se ocjenjivati u odgovarajućim fazama gradnje, a ako zatreba moraju se provesti i planirane uvjetovane mjere. 17.3 Tehnike opažanja tijekom građenja i eksploatacije tunela Geotehničko instrumentiranje nije samo odabir mjernih uređaja već opsežan inženjerski proces koji počinje s definiranjem svrhe i završava s implementacijom podataka. Svaki korak u ovom procesu je kritičan za uspjeh ili promašaj cjelokupnog programa. Postupak izgradnje tunela koji se stalno prilagođava napredovanju može se ostvariti kombiniranjem proračunskih metoda, empirijskog načina projektiranja i neposredne interpretacije mjerenja in situ. Pri tome se terenska mjerenja deformacija masiva te deformacija i naprezanja u podgradi stalno koriste za potvrdu projekta ili njegovu promjenu. Početne dionice s intenzivnom instrumentacijom daju ulazne podatke za taj postupak. Interpretacija izmjerenih vrijednosti daje uvid u ponašanje masiva kao reakciju na napredovanje tunela. Za primjenu ovog postupka treba ispuniti sljedeće uvjete:

• mora postojati mogućnost mijenjanja metoda iskopa i osiguranja uzduž osi tunela, • investitor i izvođač moraju unaprijed ugovoriti odredbe koje dopuštaju modifikaciju projekta

tunela, • terenska mjerenja moraju biti interpretirana po konceptu koji povezuje mjerenja i kriterije

projekta, • interpretacija posebne instrumentirane dionice tunela mora biti korištena za zaključke o drugim

dionicama; prijenos iskustava ograničen je na dionice s usporedivim geotehničkim i drugim okolnostima,

• mjerenja in situ treba predvidjeti po cijeloj dužini tunela da bi se provjerila ispravnost usvojenih pretpostavki.

Opažanja svake geotehničke građevine mogu se podijeliti u dvije velike skupine:

• Opažanja medija u kojem je građevina izvedena (tlo, stijena, voda, plinovi iz podzemlja) • Opažanje elemenata za stabilizaciju iskopa (mlazni beton ,sidra, betonska obloga i slično)

Kada se govori o podzemnim prostorima najčešće se vrše opažanja prikazana na slici XXX.:


Slika XXX Različite tehnike opažanja u podzemnim prostorima 17.3.1 Mjerenje pomaka Svaka geotehnička konstrukcija izaziva promjenu naprezanja u tlu ili stijeni bez obzira radi li se o temeljenju građevina, površinskim zasijecanjima ili podzemnim iskopima. Promjenu naprezanja izazvat će i unutarnji tlak u hidrotehničkim tunelima pod tlakom, plin pod tlakom u podzemnim skladištima, bubrenje stijena, promjene temperature i slično. Vidljiva posljedica promjene naprezanja su pomaci na konturama iskopa ili kontakta građevina i tla odnosno pomaci u dubini stijenske mase do koje promjena naprezanja doseže. Može se reći da se zona promjene naprezanja deformira. U engleskome se jeziku za pojam-deformacija, koriste dva izraza s bitno različitim značenjem:

• Deformacija (deformation) se definira kao promjena oblika (ekspanzija, sažimanje (contraction) ili neki drugi oblik distorzije (distortion)). Obično se dešava kao odgovor na djelovanje opterećenja ili naprezanja ali može biti i posljedica promjene temperature ili vlažnosti (bubrenje ili skupljanje (swelling or shrinkage). Deformacija (deformation) se mjeri u jedinicama duljine (m) ali se obično izražava kao neimenovani broj i tada se zove deformacija (strain).

• Deformacija (strain) predstavlja odnos promjene duljine nekog elementa i njegove originalne duljine u određenom pravcu.

Svi uređaji za mjerenje promjene oblika i veličine prostora zahvaćenog promjenom naprezanja, uvijek mjere pomak (displacement, deformation).

• pomak (displacement) – promjena pozicije materijalne točke. Iz izmjerenih pomaka mogu se izračunati deformacije (strain) u željenim pravcima. Deformabilnost (deformability) se može opisati kao lakoća kojom se stijena može deformirati. Krutost (stiffness) se može opisati kao otpor deformiranju.

Najčešće tehnike opažanja u podzemnim prostorima 1-mjerenje pomaka konture iskopa distometrima 2-mjerenje pomaka konture iskopa geodetskim metodama 3-mjernje pomaka u stijenskoj masi ekstenzometrima 4-mjernje naprezanja uzduž sidra (meassuring anchor) 5-mjerenje sile na glavi sidra (total anchor force) 6-mjerenje radijalnih i tangencijalnih naprezanja u mlaznom

betonu i u betonskoj oblozi 7-mjerenje kontaktnih naprezanja između obloge is tijenske

mase 8-piezometarska mjerenja

1 2

3

4

5

6

7

8


Kada se govori o mjerenjima pomaka u podzemnim prostorima, treba razlikovati:

• mjerenje pomaka konture iskopa, • mjerenje pomaka unutar stijenske mase

17.3.1.1 Mjerenje pomaka konture iskopa (konvergencija) Pomaci stijenske mase su najočitiji na konturi iskopa. Ovi se pomaci nazivaju radijalnim pomacima jer su najizraženiji u radijalnom pravcu u odnosu na konturu iskopa. Za njihovo mjerenje se koriste dvije tehnike:

• mjerenje promjene razmaka dviju točaka na konturi iskopa, • određivanje vektora pomaka točke na konturi iskopa.

Kod obje su tehnike mjerne točke grupirane u odabranim poprečnim profilima, te se na taj način dobije slika deformiranog poprečnog profila. Mjerenje promjene razmaka dviju točaka na konturi iskopa Kod ovog se mjerenja na konturi iskopa ugradi više repera u odabranom poprečnom profilu. Između pojedinih repera se postavlja mjerna traka ili žica sa uređajem za precizno mjerenje promjene razmaka repera. Treba naglasiti da za ova mjerenja nije bitna udaljenost repera (razmak) već samo njegova promjena. Prvo mjerenje je uvijek nulto i očitanje na instrumentu ne predstavlja neku fizikalnu veličinu. Ukoliko je između prvog (nultog) i drugog mjerenja došlo do pomaka repera, instrument će kod drugog mjerenja pokazati neku drugu vrijednost. Razlika prvog i drugog čitanja, predstavlja promjenu razmaka repera u mm (razlučivost mjernih uređaja je obično 0,01 mm). Kod ovih je mjerenja bitno da se mjerna traka ili žica uvijek napinje istom silom. Mjerenjem promjene razmaka u više pravaca, može se izračunati vektor pomaka u ravnini poprečnog presjeka. Žica ili traka rade se od materijala koji ne mijenjaju duljinu pri promjeni temperature (npr. invar). Prednosti ovog načina mjerenja:

• jednostavna za izvođenje i ne traže posebnu obučenost operatera, • niska cijena opreme.

Nedostaci:

• tijekom mjerenja prekida se promet tunelom, • ventilacija i propuh mogu stvarati poteškoće kod mjerenja,


Slika XXX Distometar tvrtke Solexperts (prospekt tvrtke Solexperts)


Slika XXX Distometar s trakom (prospekt tvrtke Slope indicator) Određivanje vektora pomaka točke na konturi iskopa Za ova se mjerenja koriste geodetski instrumenti kojim se precizno mjeri promjene položaja geodetskih markica ugrađenih po konturi iskopa. Kako danas geodetski instrumenti imaju vlastitu memoriju, spajanjem na računalo dobiju se dijagrami pomaka pojedine markice s vremenom.

Slika XXX Motorizirana totalna stanica Leica TCA 1800; Robotizirana totalna stanica u tunelu Motorizirana totalna stanica može izvesti automatska mjerenja u x.y, i z pravcu, sa relativno visokom točnošću: ∆z < 0.5 mm; ∆y, ∆y < 1.0 mm na udaljenosti od 150 m.


Prikaz rezultata mjerenja Rezultati mjerenja se redovito prikazuju na dijagramima: pomak-vrijeme. Dok se mjerenja vrše, treba voditi evidenciju svih događanja koja mogu imati utjecaj na izmjerenu veličinu kao što su:

• iskop nove faze, • ugradnja podgrade (mlazni beton, sidra i slično), • potres.

Slike XXX Praćenje promjene radijalnih pomaka tijekom vremena

Vrijeme

1 2 3 4 5 6

1

u2

2

u3

3

u1

4

u4

u1

u2

u3

u4

Iskop prve faze prouzročit će radijalne pomake konture iskopa

Ugradnjom podgrade smanjit će se brzina prirasta pomaka

Iskop druge faze prouzročit će nova pomjeranja konture prema praznom prostoru tunela

Ugradnjom novih elemenata podgrade, radijalni pomak će dostignuti konačnu vrijednost

5. Potres može prouzročiti jednokratni pomak konture

6. Konačan radijalni

pomak prije ugradnje sekundarne betonske obloge

u5 u6

Rad

ijaln

i pom

ak (u

)


17.3.1.2 Mjerenje pomaka unutar stijenske mase Za mjerenje pomaka unutar stijenske mase koriste se:

• ekstenzometri • inklinometri

I jedni i drugi uređaji mjere unutar bušotine ali je princip mjerenja bitno različit. Ekstenzometri uvijek mjere promjenu razmaka dviju točaka u pravcu bušotine a inklinometri mjere pomake normalne na os cijevi kroz koju prolaze. Samo ime (ekstenzometar) upućuje da su namijenjeni prvenstveno za mjerenje povećanja razmaka dviju točaka (extension). Naziv ekstenzometar potiče iz vremena kada su se oni koristili isključivo za mjerenja pomaka unutar građevina gdje se stvarno mogu izmjeriti samo izduženja. Međutim, kada ekstenzometar koristimo za opažanja slijeganja ispod temelja, oni bi se trebali zvati kompresometrima (compressometers). Ovaj naziv nikada nije zaživio u inženjerskoj praksi. Terzaghi ih je nazivao faundations gauges. Danas se obično nazivaju osjetilima slijeganja (settlement gauges). Ime inklinometra upućuje da se sa njim mjeri nagib-inklinacija. Prema konstrukciji i principu mjerenja, razlikuju se:

• štapni ekstenzometri (rod extensometers), • žičani ekstenzometri (wire extensometers), • ekstenzometri kod kojih se koristi prenosiva mjerna sonda za mjerenje razmaka fiksnih

točaka (probe extensometers). Bez obzira o kom se tipu ekstenzometra radi, mjerenja se uvijek izvode u cijevima koje u ugrađene u prethodno izbušenu bušotinu. Prostor između cijevi i stijenske mase se injektira cementno-bentonitnom injekcijskom smjesom, odgovarajuće konzistencije i čvrstoće nakon stvrdnjavanja. Ekstenzometarska mjerenja (izuzev jednostrukog ekstenzometra) pripadaju skupini tzv. linijskih mjerenja (linewise measurement). Točkasta mjerenja (pointwise measurement) dobiju se upotrebom jednostrukog ekstenzometra.


Štapni ekstenzometri Štapni ekstenzometar (rod extensometer) se sastoji od jedne ili više ekstenzometarskih šipki i isto toliko mjerila pomaka. Jedan kraj ekstenzometarske šipka fiksira se u bušotini na željenoj dubini a drugi kraj je na ušću bušotine. Svaki pomak točke u kojoj je šipka fiksirana prenijet će se na ušće bušotine. Ako izmjerimo pomak kraja šipke u odnosu na ušće bušotine izmjerilo smo zapravo pomak fiksne točke u odnosu na ušće bušotine. Šipke se obično umeću u PVC cijevi koje ih štite od eventualnog zarušavanja bušotine. Princip rada jednostrukog ekstenzometara prikazuju slika XXX a trostrukog slika XXX. Jasno je da ekstenzometri mogu biti i dvostruki, četverostruki i.t.d. Slika XXX Princip rada jednostrukog ekstenzometra

uA A

A

uA

Bušotina

Šipka

Fiksna točka

Bušotina

Šipka


Slika XXX Princip rada trostrukog ekstenzometra Slika XXX Ekstenzometri ugrađeni s površine terena sa ciljem mjerenja pomaka tla u zoni iskopa tunela

uA

A

A

B

C

A

B

C

uB

uC


Slika XXX Moderna komunikacija projektanta s podacima koje ekstenzometri mjere (prospekt tvrtke Solexperts) Klizni deformetar (probe extensometer) Radi na principu mjerenja promjene razmaka fiksnih točaka u cijevi koja je ugrađena u stijensku masu (tlo). Ovim načinom mjerenja dobije se slika o deformacijama tla na mjernoj bazi koja odgovara razmaku fiksnih točaka (obično 1 m). Cijev u kojoj će se vršiti mjerenja sastoji se od segmenata duljine 1 m i spojeva. Spojevi su posebne konstrukcije i oni predstavljaju ujedno i mjernu točku. Spojevi i cijev imaju teleskopsku vezu kako bi se cijev prilagodila pomacima u tlu. Nakon što se formira potrebna duljina, cijev se ugrađuje u bušotinu. Prostor između cijevi i tla se injektira cementno bentonitnom suspenzijom. Mjerna sonda spušta se u bušotinu na metalnim šipkama izmjeri razmak između dva susjedna spoja (meassuring marks). Slična sonda, ali puno preciznija, komercijalno se naziva sliding micrometar. (mjerno područje = 10 mm; osjetljivost uređaja izražena preko deformacije: 1*10-6.


Kombinacijom deformetra i inklinometra u jednoj sondi dobiven je uređaj koji se komercijalno zove trivec sonda. Slika XXX Princip mjerenja kliznim deformetrom

1-Fiksni element (spoj cijevi) (meassuring mark)

2-Injekcijska smjesa 3-Sonda (probe) 4- Fiksna točka 5-plastična cijev Prva i druga skica prikazuju umetanje sonde između fiksnih elemenata i prvo mjerenje. Treća skica prikazuje mjerenje nakon što se gornja fiksna točka pomaknula za iznos ∆L u odnosu na prvo mjerenje.


Slika XXX Princip rada kliznog deformetra (prospekt tvrtke Solexperts)

Sliding deformeter (prospekt tvrtke Solexperts) Deformetarska se mjerenja obavljaju u PVC cijevima koje u sebi, na razmacima od 1m, imaju fiksne elemente (measuring marks). Cijevi se ugrađuju u bušotinu a prostor između bušotine i stijenske mase se injektira cementno bentonitnom injekcijskom smjesom. Mjerna sonda se spušta u bušotinu i mjeri promjenu razmaka fiksnih elemenata. Oblik sonde i fiksnih elemenata je takav da sonda u određenom položaju može proći kroz ovaj element. Gornje slike prikazuju način spuštanja sonde i njenu poziciju u trenutku mjerenja.


Slika XXX Mjerenje TRIVEC sondom (Frodl; prospekt tvrtke Solexperts)


Inklinometri Inklinometar (inclinometer, slope inclinometer, probe inclinometer, slope indicator) je uređaj koji mjeri pomake normalne na os cijevi kroz koju prolazi. Uređaj sadrži senzor koji mjeri otklon njegove osi od vertikale. Inklinometarska se cijev ugrađuje u bušotinu a prostor između cijevi i stijene se injektira cementno-bentonitnom injekcijskom smjesom. Inklinometri se proizvode kao vertikalni za mjerenja u približno vertikalnim cijevima i horizontalni kada se cijev postavlja vodoravno. Slika XXX Inklinometar mjeri otklon cijevi od vertikale (prospekt tvrtke Slope indicator); Tipičan rezultat osam mjerenja nakon što je obavljeno nulto (sa nultim ukupno 9 mjerenja).

interval mjerenja (L)

otklon L*sinθ

Kut naginjanja

inklinometarska ciejv

Kabel s kojim se inklinometar spušta i povlači iz bušotine

inklinometarska buušotina

Inklinometarska mjerenja vrlo će precizno identificirati kliznu plohu (klizno područje)


Slika XXX kabel. sonda i kolut za spuštanje i povlačenje kabela na kojem visi sonda (prospekt tvrtke Slope indicator)


17.4 Piezometarska mjerenja Treba razlikovati nivo podzemne vode (ground water level) i piezometarski nivo (piezometric level, piezometric elevetion). Nivo podzemne vode je gornja površina podzemne vodene mase na kojoj vlada atmosferski tlak. Tlak porne vode je tlak koji vlada u nekoj točki u tlu ili stijeni. Piezometarski nivo je nivo vodenog stupca koji odgovara tlaku porne vode u zoni u kojoj je mjerenje izvršeno. Pretpostavimo da se tlo sastoji od slojeva različite vodopropusnosti, u ovom slučaju od pjeskovitih slojeva između kojih se nalazi slabo vodopropusna glina koja se može smatrati hidrogeološkim izolatorom. Nivo podzemne vode i piezometarski nivo se mogu mjeriti različitim tehnikama. Ovaj će se slučaj ilustrirati uporabom najjednostavnijih mjerila koji se sastoje od plastične ili metalne cijevi umetnute u bušotinu. Uvedena je pretpostavka da je cijev idealno injektirana vodonepropusnom injekcijskom smjesom na dijelovima koji nisu perforirani. To znači da voda u cijev može ući samo na njenom perforiranom dijelu. Ovo znači da se u slučajevima B i C, voda između pojedinih slojeva ne može teći uz cijev iz jednog u drugi sloj. Slučaj A Ako se cijev kojom želimo izmjeriti tlak porne vode nalazi u vrlo propusnom materijalu (pijesak, šljunak), nivo vode u cijevi će se izjednačiti s nivoom podzemne vode. U ovom slučaju nije bitno jeli cijev perforirana po cijeloj duljini ili samo na jednom dijelu.

pijesak

glina

NPV

sloj 1

sloj 2

Pretpostavka: Cijev je u bušotini dobro injketirana i može u sebe primiti vodu samo na perforiranom dijelu.

A B C piezometarski nivo


Slučajevi B i C U glinovitom, slabo vodopropusnom tlu nalaze se proslojci koji u porama sadrže vodu pod tlakom (pore water pressure). Tlakovi vode odgovaraju visini vodenog stupca koji doseže iznad nivoa podzemne vode. U ovom slučaju govorimo o arteškoj vodi (artesian aquifer). Cijev kojom mjerimo tlak porne vode u ograničenoj zoni (perforirana je samo u zoni u kojoj želimo izmjeriti porni tlak) nazivamo piezometrima (piezometers). Nivo koji voda dostigne u cijevi naziva se piezometarskim nivoom. Cijevi prikazane na slici XXX uglavnom se koriste za mjerenje nivoa podzemne vode i piezometarskog nivoa u jače vodopropusnim tlima (pijesak i šljunak). U slabo vodopropusnim tlima količina vode koja ulazi u cijev može biti tako mala da mjerenje na ovaj način praktički nije moguće. U ovim se slučajevima koriste električne piezometarske sonde kod kojih je osjetilo tlaka male površine te brzo reagira na svaku promjenu pornog tlaka. Izmjereni podaci o tlaku vode na poziciji sonde, prosljeđuju se električnim kablovima na površinu do računala ili logera. Slika XXX Piezometar s promjenjivim senzorima (Solexperts PiezoPress, Retrievable porewater pressure

sensor)

piezometarska cijev

Unutarnja cijev (promjenjiva)

kabel senzora

senzor tlakasenzor tlaka (promjenjiv)

piezometarski filter

Detalj

Solexperts PiezoPress, Retrievable porewater pressure sensor) Prednost ovog sustava je što se piezometarske sonde (senzor tlaka) mogu zamijeniti u slučaju njihovog kvara, što nije rijedak slučaj kod dugotrajnih mjerenja.


17.5 Opažanja naprezanja u mlaznom betonu i betonskoj oblozi Ćelije se sastoje od čeličnih limova zavarenih po rubovima tako da čine mali jastuk. Obično se ugrađuju u paru za mjerenje naprezanja u dva okomita pravca. Ćelije se ispune deareiranim fluidom i spoje s mjerilom tlaka tako da u ćeliji i cijevima nema ni najmanja količina zraka. Nekada se kao tekućina koristila živa, danas se korištenje žive izbjegava iz ekoloških razloga. Nakon stvrdnjavanja betona, ćelije se dovedu pod tlak. Svaka daljnja promjena naprezanja u betonu, izazvat će skupljanje ili razdvajanje čeličnih ploča koje čine ćeliju, što će biti izmjereno električnim mjerilima tlaka. Isti se tip ćelija koristi u mlaznom betonu (primarna podgrada) i u betonskoj oblozi (sekundarna podgrada) Slike XXX Ćelije za mjerenje radijalnih i tangencijalnih naprezanja u mlaznom betonu; Ćelija model 4850 (Geokon)

Žica za fiksiranje ćelije

mjerna ćelija Veza na mjerni uređaj

mlazni beton

Varena čelična mreža (armatura)

Stijena

Instaliranje ćelija u mlaznom betonu primarne

Prenosivi uređaj za očitavanje podataka


17.6 Opažanje sidara Pri opažanju sidara obično se vrši:

• Mjerenje sile na glavi sidra (total anchor force) • Mjerenje naprezanja uzduž sidra (meassuring anchor)

Mjerenje sile na glavi sidra (total anchor force) Svrha ovog mjerenja je da se utvrdi sila kojom stijenska masa na konturi iskopa djeluje na glavu sidra (podložnu pločicu i navrtku). Mjerilo sile umetne se između navrtke i posebnog elementa koji je prilagođen obliku mjerila sile. Tijekom vremena očitava se sila koju sidro preuzima na sebe. Slika XXX (prospekt tvrtke Slope indicator) Mjerenje naprezanja uzduž sidra (meassuring anchor) Mjerno sidro je posebne konstrukcije a služi za mjerenje naprezanja u sidrenoj šipki tijekom djelovanja sidra. Ponekad probno sidro ima oblik cijevi u koju se ugradi višepozicioni mini ekstenzometar (4-9 fiksnih točaka). Određivanje čvrstoće sidra ISRM-a (1974) zahtjeva da se ispitivanja sidara (tzv. pull out test) izvodi na terenu dok ne bude ispunjen jedan od slijedeća dva kriterija: (a) izvlačenje sidra u iznosu od 40 mm ili (b) dostizanje sile koja odgovara granici F-p0,2. Ukoliko se sidro izvlači, onda se sila kod pomaka od 40 mm označi kao «čvrstoća sidra». Ako se pomak od 40 mm ne može dostići, sila izvlačenja se povećava do vrijednosti sile koja odgovara granici F-p0,2 čelične šipke. U ovom slučaju se «čvrstoća sidra» definira na ovaj način:«čvrstoća sidra je nepoznata ali je veća od dostignute sile tijekom pokusa» (vidi slike XXX.i XXX.).

navrtka

mjerilo sile

podložne pločice

sidrena šipka

Betonska obloga

podloška


Slika XXX Definicija čvrstoće sidra (sidrena šipka+mort+stijena) kada se sidro izvlači iz bušotine (čvrstoća sidra manja od čvrstoće sidrene šipke) Slika XXX Definicija čvrstoće sidra (sidrena šipka+mort+stijena) kada se sidro ne izvlači iz bušotine (čvrstoća sidra veća od čvrstoće sidrenene šipke)

F-p0,2 Granica razvlačenja pri trajnoj istezljivosti 0,2% (tensile yield point; yield bolt load (termin u SM ISRM, 1974))

Fm Sila loma čelika (breaking load; ultimate bolt load (termin u SM-ISRM,1974))

pomak (mm)

Sila

čup

anja

(kN

)

40

Čvrstoća sidra=A Anchor strength

A

Naponsko-deformacijska

pomak (mm)

Sila

čup

anja

(kN

)

40

Naponsko-deformacijska

Naponsko-deformacijska krivulja sidra (sidrena

Čvrstoća sidra je nepoznata ali je veća od «B»

Fm Sila loma čelika (breaking load)

F-p0,2 Granica razvlačenja pri trajnoj istezljivosti 0,2% (tensile yield point)


Zatezanje sidra na terenu na silu koja je gotovo identična sili loma čelične šipke nedopustivo je iz slijedećih razloga:

• Lom sidrene šipke tijekom ovog ispitivanja vrlo je opasan za ispitivače a redovito dovodi do oštećenja mjerne opreme.

• Postupak preporučen od strane ISRM-a ne predviđa lom sidrene šipke, zato i zahtjeva da se tijekom ispitivanja ne prelazi granicu F-p0,2. Podrazumijeva se da se svojstva čelika ispituju u laboratoriju a da se na terenu ispituje cijeli sklop: sidrena šipka+mort+stijena.

Slika XXX Rezultat ispitivanja vlačne čvrstoće sidrene šipke jednog sidra (IGH-Zagreb)

Fm=542,2/537,7

F-p0,2=302/297 Fm=Sila loma (breaking load) F-p0,2=Sila pri granici razvlačenja

pri trajnoj istezljivosti (tensile yield point)


17.7 Rječnik ISRM (1975) biaxial state of stress State of stress in which one of the three principal stresses are zero compressive stress Normal stress tending to shorten the body in the direction in which it acts displacement a change in position of a material point. (ISRM) hydrostatic pressure A state of stress in which all the principal stresses are equal (and there is no shear stress) inelastic deformation The portion of deformation under stress that is not annulled by removal of stress linear (normal) strain The change in length per unit of length in a given direction

plane stress/strain A state of stress/strain in a solid body in which all stress/strain components normal to a certain plane are zero

principal stress/strain The stress/strain normal to one of three mutually perpendicular planes on which the shear stresses/ strains at a point in a body are zero

progressive failure Formation and development of localized fractures which, after additional stress increase eventually form a continuous rupture surface and thus lead to failure after steady deterioration of the rock

secondary state of stress The resulting state of stress in the rock around man-made excavations or structures shear force A force directed parallel to the surface element across which it acts shear plane A plane along which failure of material occurs by shearing

shear strain The change in shape, expressed by the relative change of the right angles at the corner of what was in the undeformed state an infinitessimally small rectangle or cube

strain The change in length per unit of length in a given direction.

strain ellipsoid The representation of the strain in the form of an ellipsoid into which a sphere of unit radius deforms and whose axes are the principal axes of strain

strain/stress rate Rate of change of strain/stress with time stress Force acting across a given surface element, divided by the area of the element

stress ellipsoid

The representation of the state of stress in the form of an ellipsoid whose semi-axes are proportional to the magnitudes of the principal stresses and lie in the principal directions. The coordinates of a point P on this ellipsoid are proportional to the magnitudes of the respective components of the stress across the plane normal to the direction OP, where O is the centre of the ellipsoid

stress/strain field The ensemble of stress/strain states defined at all points of an elastic solid

stress/strain tensor The second order tensor whose diagonal elements consist of the normal stress/strain components with respect to a given set of coordinate axes and whose off-diagonal elements consist of the corresponding shear stress/strain components

triaxial compression Compression caused by the application of normal stresses in three perpendicular directions

triaxial state of stress State of stress in which none of the three principal stresses are zero

phreatic line

the trace of the phreatic surface in any selected plane of reference. phreatic line—see line of seepage. phreatic surface—see free water elevation. phreatic water—see free water. piezometer—a device used to measure head at a point in the subsurface. D 5269

piezometric line (equipotential line) line along which water will rise to the same elevation in piezometric tubes.

piezometric surface The surface at which water will stand in a series of piezometers. An imaginary surface that everywhere coincides with the static level of the water in the aquifer. (ISRM)

free water (gravitational water) (ground water) (phreatic water)

water that is free to move through a soil or rock mass under the influence of gravity

free water elevation (water table) (ground Elevations at which the pressure in the water is zero with respect to the atmospheric pressure.


water surface) (free water surface) (ground water elevation)—

piezometer An open or closed tube or other device installed downward from the ground surface and used to measure the level to which the water from a given aquifer will rise under its full head

Metrologija-Znanost o mjerenju Mjerna metoda-Smislen niz postupaka, opisanih prema rodu, koji se upotrebljavaju za provođenje

mjerenja Mjerni postupak-Skup postupaka, opisanih prema vrsti, koji se upotrebljava za provođenje pojedinih

mjerenja u skladu s određenom metodom. Mjerna veličina-Posebna veličina podvrgnuta mjerenju Mjerna točnost-Usko slaganje između kojeg mjernog rezultata i istinite vrijednosti mjerene veličine

(točnost je kvalitativan pojam; naziv preciznost ne smije se upotrebljavati umjesto točnosti) Ponovljivost (obnovljivost)-Usko slaganje između rezultata uzastopnih mjerenja iste mjerene veličine

izvedenih u istim mjernim uvjetima Mjerna nesigurnost-Parametar pridružen rezultatu kojeg mjerenja koji opisuje rasipanje vrijednosti koje

bi se razumno mogle pripisati mjerenoj veličini Mjerna pogreška-Mjerni rezultat minus istinita vrijednost mjerene veličine (kako se istinita vrijednost ne

može odrediti, u praksi se upotrebljava dogovorena istinita vrijednost Mjerilo, mjerni instrument-Uređaj namijenjen za izvedbu mjerenja, samostalno ili u vezi s dodatnim

uređajima Osjetilo-Element mjerila ili mjernog lanca koji je izravno izložen djelovanju mjerene veličine Kalibracija-Postupak utvrđivanja položaja oznaka na ljestvici mjerila (u određenim slučajevima samo

glavnih oznaka) u odnosu na odgovarajuće vrijednosti mjerenih veličina (ne treba brkati kalibraciju i umjeravanje)

Osjetljivost-Promjena odziva mjerila podijeljena s odgovarajućom promjenom poticaja Razlučivanje (pokaznog uređaja)-Najmanja razlika između pokazivanja pokaznog uređaja koja se može

jasno zamijetiti Točnost mjerila (accuracy of measuring instruments)-Sposobnost mjerila da daje odzive bliske istinitoj

vrijednosti (točnost je kvalitativan pojam) Razred točnosti (accuracy class)-razred mjerila koja zadovoljavaju određene metrologijske zahtjeve

kojima je svrha održavanje pogrešaka u navedenim granicama (razred točnosti obično se označuje dogovorenim brojem ili znakom, a naziva se kazalom razreda)

Pogreška (pokazivanja mjerila) (repeatibility of measuring isntruments)-Pokazivanje mjerila manje istinita vrijednost odgovarajuće ulazne veličine

Ponovljivost (mjerila)-Sposobnost mjerila da daje veoma slična pokazivanja kod ponovljenih mjerenja iste mjerene veličine u istim mjernim uvjetima

Mjerni etalon-Tvarna mjera, mjerilo, referencijska tvar ili mjerni sustav namijenjen za određivanje, ostvarivanje, čuvanje ili obnavljanje jedinice jedne ili više vrijednosti kakve veličine da bi mogli poslužiti kao referencija

Umjeravanje (calibartion)-Skup postupaka kojima se u određenim uvjetima uspostavlja odnos između vrijednosti veličina koje pokazuje neko mjerilo ili mjerni sustav ili vrijednosti koje prikazuje neka tvarna mjera ili neka referencijska tvar i odgovarajuće vrijednosti ostvarenih etalonima

17.8 Literatura ASTM D 653 – 02 Standard Terminology Relating to Soil, Rock, and Contained Fluids Burland J.B., Standing J.R. and Jardine F.M. (2001) “Building Response to Tunnelling” Case

Dunnicliff, J., 1993, Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance, John Wiley & Sons 577 p. ENV 1991-1 :1994, Basis of Design and Actions on Structures


ENV 1997-1 :1994, Geotechnical Design, Part 1: General Rules

ENV 1997-2, 1999, Geotechnical Design, Part 2: Geotechnical design assisted by laboratory testing

ENV 1997-3, 1999, Geotechnical Design, Part 3: Geotechnical design assisted by field testing

Frodl, H., High-precision Ground Settlement & Movement Measurement with TRIVEC Geokon, Geotechnical instrumentation, Instruction Manual Model 4850, NATM style VW concrete stress

cell

GIF-Prospekt tvrtke (Geotechniches Ingenieurburo Prof. Fecker &Partners GmbH.

Hudec, M., Prager, A., (1992) Konstruktivni projekt tunela, Građevinar, Zagreb (Prijevod Smjernica Međunarodne tunelske asocijacije: ITA Guidelines for the Design of Tunnels,1988)

Hudson, J.A., (1989), Rock Mechanics Principles in Engineering Practice, CIRIA, 72 p. Kavvadas, M., J. Monitoring and modelling ground deformations during tunnelling, Proceedings, 11th

FIG Symposium on Deformation Measurements, Santorini, Greece, 2003.

Kovári, K., Lunardi, P., On the observational method in tunnelling

Ladanyi, B., (1982), Issues in Rock Mechanics: Personal View, Proc 23rd US Symposium on Rock Mechanics, Berkley, California.

Naterop, D., Urs R, Web-based data visualisation for tunnel and deep excavation monitoring

Orr, T.L.L.; Farrell, E. R., 1999, Geotechnical Design to Eurocode 7, Springer-Verlag London Limited, 166 p. publishers, London.

Studies from construction of the Jubilee Line Extension, London. Thomas Telford

Thut, A., Slope Displacement: Geotechnical Measurement and Monitoring (Solexperts publikacija)

Schubert W., Grossauer, K., 2004, Evaluation and Interpretation of Displacements in Tunnels 14th International Conference on Engineering Surveying Zürich, 15. – 19. März 2004 Ingenieurvermessung 2004.

Suggested Methods ISRM

ISRM, Terminology, 1975 (English, German, French)

Suggested Methods for Rock Anchorage Testing, 1985 April

Suggested Method for Blast Vibration Monitoring, 1992 March

Suggested Methods for Rockbolt Testing, 1974 March

Suggested Methods for Monitoring Rock Movements Using Borehole Extensometers, 1977 November

Suggested Methods for Monitoring Rock Movements Using Inclinometers and Tiltmeters, 1977 December

Suggested Methods for Surface Monitoring of Movements across Discontinuities, 1984 October

Suggested Methods for Rock Stress Determination, 1987 February

Suggested Method for in Situ Stress Measurement Using the Compact Conical-Ended Borehole Overcoring (CCBO) Technique, 1999 April

Suggested Methods for Rock Stress Estimation – Part 1: Strategy for Rock Stress Estimation, 2003 October


Suggested Methods for Rock Stress Estimation – Part 2: Overcoring Methods, 2003 October

Suggested Methods for Rock Stress Estimation – Part 3: Hydraulic Fracturing(HF) and/or hydraulic testing of pre-existing fractures (HTPF), 2003 October

Suggested Methods for Rock Stress Estimation – Part 4: Quality Control of Rock Stress Estimation, 2003 October

17.9 Prilozi 17.9.1 Mjerna nesigurnost Nije problem kupiti uređaj i umjeriti ga u najboljim laboratorijima. To može svatko. Mjerni rezultat treba znati stvoriti a njega nema bez mjerne nesigurnosti. To ne može svatko. Poznavanje mjerne nesigurnosti rezultata ispitivanja izuzetno je važno za laboratorij, klijente i institucije koje koriste ove rezultate u komparativne svrhe. Kompetentan laboratorij mora poznavati karakteristike svojih ispitnih metoda i nesigurnost koja prati dobiveni rezultat. Mjerna nesigurnost izuzetno je važna mjera kvalitete rezultata ili metode ispitivanja. Druge takve mjere su obnovljivost (reproducibility), ponovljivost (repeatability) i.t.d. [6] Norma HRN EN ISO/IEC 17025:2000. [3] zahtjeva od akreditiranih laboratorija da za sve svoje mjerne procese koji utječu na ispitni rezultat procjeni mjernu nesigurnost. Ovaj je zahtjev za umjerne laboratorije bio iskazan i u normi EN 45001, a donošenjem norme [3] zahtjevi iz EAL-ovih uputa postaju obvezni i za ispitne laboratorije (EAL-European Cooperation for Accreditation) [7]. S obveznom primjenom norme HRN EN ISO/IEC 17025:2000. [3] (31.12.2002.), akreditirani laboratoriji su preuzeli obvezu iskazivanja mjerne nesigurnosti. Kako je mjerna nesigurnost bila novina za većinu ispitnih laboratorija, DZNM-NSO (Državni Zavod za Normizaciju i Mjeriteljstvo-Nacionalna Služba za Ovlašćivanje), definirao je kriterije koji ispitnim laboratorijima pružaju dovoljno vremena za izobrazbu osoblja, te razvoj i uspostavu postupaka za procjenu mjerne nesigurnosti ispitnih postupaka. Prema ovim kriterijima, ispitni laboratorij bio je obvezan sačiniti plan izrade i primjene vlastitih postupaka za procjenu mjerne nesigurnosti a s primjenom plana moralo se početi 01.01.2003. Prema normi HRN EN ISO/IEC 17025:2000., ispitni laboratoriji moraju iskazati mjernu nesigurnost rezultata ispitivanja u izvještaju u sljedećim situacijama:

• kada je to specificirano metodom ispitivanja, • kada to zatraži Naručitelj ispitivanja i/ili • kada bi interpretacija rezultata ispitivanja mogla biti ugrožena nedostatkom

poznavanja nesigurnosti (slučaj kada rezultati moraju biti uspoređeni s drugim rezultatima ili vrijednostima iz specifikacija).

Međunarodna organizacija za normizaciju (ISO) izdala je Upute za iskazivanje mjerne nesigurnosti (the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, “GUM”) [8]. “GUM” se prepoznaje kao osnovni dokument na koji se pozivaju sve upute i preporuke za proračun i


iskazivanje mjerne nesigurnosti. Iako je “GUM” namijenjen mjeriteljstvu primjenjiv je i u ispitivanju premda postoje bitne razlike između mjeriteljskih i ispitnih postupaka. Mjerni je rezultat uvijek samo procjena prave vrijednosti mjerne veličine, koja ostaje nepoznata. Prema međunarodnom dogovoru, mjerni se rezultat iskazuje najboljom procjenom mjerne vrijednosti, kojoj se mora pridijeliti mjerna nesigurnost Jednoznačnost svjetski usklađenog iskazivanja mjernih rezultata omogućuje jasnoću dogovora u trgovinskim, napose međunarodnim, ugovorima. Pri tome “jednoznačnost” znači: razumljivost iskaza, mogućnost provjere te da obje strane jednako tumače rezultate [7]. Mjerna nesigurnost, prema definiciji u VIM-u [9], je parametar pridružen mjernom rezultatu, koji označuje rasipanje vrijednosti, koje se smije razborito pripisati mjerenoj veličini. Parametar može biti npr. standardno odstupanje ili njegov višekratnik odnosno poluširina raspona vrijednosti određene razine pouzdanosti. Slika 3 Rezultat mjerenja i mjerna nesigurnost Za opisivanje nekog postupka mjerenja i pripadajuće mu mjerne nesigurnosti koriste se kvalitativni pojmovi: točnost, istinitost i preciznost. Točnost je mjera podudaranja nekog mjernog rezultata s istinitom vrijednošću. Kad je na raspolaganju više mjernih rezultata, podudaranje srednje vrijednosti tih rezultata s istinitom vrijednošću je istinitost, a međusobno podudaranje pojedinačnih vrijednosti je preciznost. Različite kombinacije istinitih i neistinitih rezultata s preciznim i nepreciznim rezultatima slikovito su prikazane na slici 4.

Mjerna pogreška

Korekcija

Nepoznata sustavna pogreška

Slučajna pogreška Sustavna pogreška

Poznata sustavna pogreška

Preostala pogreška

MJERNA NESIGURNOST REZULTAT MJERENJA


Slika 4. Prikaz pojmova istinitost i preciznost. Sredina mete je (nepoznata) istinita vrijednost Slika XXX Odnos granične vrijednosti, izmjerene srednje vrijednosti i mjerne nesigurnosti [1] Zakon o normizaciji, NN 55/96. [2] HR EN 45 001:1989 Opći kriteriji za rad ispitnih laboratorija [3] Norma HRN EN ISO/IEC 17 025: 2000, Opći zahtjevi za osposobljenost ispitnih i mjeriteljskih laboratorija

(ISO/IEC 17025:1999; EN ISO/IEC 17025:2000). [4] Zakon o akreditaciji, NN 158, 7.10.2003. [5] Pravila za ovlašćivanje ispitnih i umjernih laboratorija, Državni zavod za normizacju i mjeriteljstvo, Nacionalna

služba za ovlašćivanje, Zagreb, travanj 2002. [6] ILAC-G17:2002, Introducing the Concept of Uncertainty of Measurement in Testing in Association with the

Application of the Standard ISO/IEC 17025, November 2002. [7] Boršić, M., Gašljević, V., Procjena mjerne nesigurnosti, Seminar i raspravljaonica, Fakultet elektrotehnike i

računarstva, Zagreb, 12. prosinca 2000.

Granična vrijednost (Na primjer: Zahtijevana čvrstoća sidra)

100 kN

150 kN

50 kN A B C D A - Rezultat mjerenja neosporno zadovoljava

propisanu graničnu vrijednost B i C – Srednja vrijednost je blizu granične vrijednosti

ali je zbog mjerne nesigurnosti nemoguće izreći neosporan sud

D – Rezultat mjerenja neosporno ne zadovoljava propisanu graničnu vrijednost

Neistinito ali precizno

Istinito ali neprecizno

Istinito i precizno

Neistinito i neprecizno

bias bias=0 bias=0 bias


[8] Upute za iskazivanje mjerne nesigurnosti, prijevod na hrvatskom DZNM, 1995. (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML. International Organization for Standardization, Printed in Switzerland, ISBN 92-67-10188-9, First Edition, 1993. Corrected and reprinted 1995.).

[9] BIPM/IEC/IFCC/ISO/IUPAC/IUPAP/OIML: International vocabulary of basic and general terms in metrology, 1993. (skraćenica VIM).

[10] EA-4/16, EA guidelines on the expression of uncertainty in quantitative testing, December 2003, rev00. [11] Kavur, B., 2004., Procjena mjerne nesigurnosti pri ispitivanju tla i stijena u geotehnici, Saopćenja savjetovanja:

Hrvatska normizacija i srodne djelatnosti, Tehničko usklađivanje na putu prema Europskoj uniji, Brijuni, 17-19. lipnja 2004.

Documents

Opažanje građevina