33
I SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET VALENTINA VALENT SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA ŠLJUNČANIM PILOTIMA ZAVRŠNI RAD VARAŽDIN, 2012.

SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

I

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

GEOTEHNIČKI FAKULTET

VALENTINA VALENT

SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU

BONIFIKACIJE TLA ŠLJUNČANIM PILOTIMA

ZAVRŠNI RAD

VARAŽDIN, 2012.

Page 2: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

II

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

GEOTEHNIČKI FAKULTET

ZAVRŠNI RAD

SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU

BONIFIKACIJE TLA ŠLJUNČANIM PILOTIMA

KANDIDAT: MENTOR:

VALENTINA VALENT doc.dr.sc. STJEPAN STRELEC dipl. ing.

VARAŽDIN, 2012.

Page 3: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

III

SADRŽAJ

1. UVOD ........................................................................................................................ 1

2. POBOLJŠANJE SVOJSTAVA TLA ........................................................................ 3

2.1 RAZLIČITE METODE POBOLJŠANJA ......................................................... 3

2.1.1 MEHANIČKO POBOLJŠANJE ................................................................ 4

2.1.2 HIDRAULIČKO POBOLJŠANJE ............................................................. 5

2.1.3 POBOLJŠANJE PRETHODNIM OPTEREĆENJEM ............................... 5

2.1.4 POBOLJŠANJE POSTUPCIMA ZAMJENE ............................................ 6

2.1.5 STABILIZACIJA TLA PLITKIH SLOJEVA ............................................ 7

2.1.6 NOVE MOGUĆNOSTI U POBOLJŠANJU TEMELJNOG TLA ............ 7

3. POBOLJŠANJE TLA ŠLJUNČANIM PILOTIMA ............................................... 10

4. ANALIZA PRIMJENE SEIZMIČKIH METODA ZA OCJENU BONIFIKACIJE ..

................................................................................................................................. 13

4.1 ANALIZA PROBNOG POLJA REFRAKCIJSKOM TOMOGRAFIJOM .... 16

6. ZAKLJUČAK .......................................................................................................... 27

7. POPIS LITERATURE ............................................................................................. 29

8. SAŽETAK ............................................................................................................... 30

Page 4: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

1

1. UVOD

Općenito se tlo opisuje kao rastresiti sloj površinskog dijela Zemlje, sastavljen od krute,

tekuće i plinovite faze (tlo kao trofazni sustav) koji je često i biološki aktivan. Taj je sloj

različit od svoje litološke podloge prema morfološkim, mehaničko-fizičkim, kemijskim

i biološkim značajkama te je određen dubinom dosega procesa trošenja i premještanja

čestica i mineralnih tvari. U tla se ubrajaju: prah, glina, pijesak i šljunak.

Tlo nastaje trošenjem stijena (mehaničko-tektonske sile, abrazija, led, vegetacija,

karbonizacija, kemijska-oksidacija, desilifikacija), transportom sitnijih fragmenata

(gravitacija i gibanje, zraka, vode i leda) te, taloženjem transportiranih fragmenata i

čestica.

Kao geotehnički konstruktivni materijali, tla su vrlo često nehomogena i nelinearno

elastična. Vrlo su raznolikog sastava i formiraju slojeve i proslojke različitih svojstava

koje je potrebno istražiti na terenu na kojem se predviđa gradnja.

Za izvedbu težih i složenijih građevina i zahvata te kvalitetno i ekonomično

projektiranje temeljnih konstrukcija, potrebno je pouzdano predviđanje pomaka i

deformacija temeljnog tla, deformacija tla, odnosno određivanje nosivosti, stišljivosti i

slijeganja.

Ponekad temeljno tlo ne ispunjava zahtjeve nosivosti i potrebne kvalitete geotehničkog

materijala. Kada se s raspoloživim materijalom tla ne mogu postići propisani uvjeti

nosivosti i stišljivosti (materijal je izvan propisanih granica sastava, izvan optimalne

vlažnosti, nezadovoljavajućih geomehaničkih karakteristika), problem se s inženjerskog

stajališta rješava na više načina. Najčešće se tlo nezadovoljavajućih svojstava

djelomično ili potpuno uklanja ili zamjenjuje s odgovarajućim slojem zrnatog kamenog

materijala.

Page 5: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

2

Ako zamjena materijala ne dolazi u obzir zato što nema kvalitetnijeg materijala u blizini

ili ukoliko zamjena općenito nije ekonomična, primjenjuju se različiti postupci

poboljšavanja fizičko-mehaničkih svojstava tla.

Postupci poboljšavanja svojstava tla u svrhu povećanja njegove nosivosti ili smanjenja

stišljivosti, odnosno u svrhu omogućavanja uporabe takvih materijala za izradu

pojedinih dijelova ili cijele geotehničke konstrukcije, se općenito smatraju postupcima

stabilizacije tla. Neka se tla mogu jednostavnim postupkom zbijanja dovesti u stanje

koje im daje potrebnu mehaničku stabilnost i otpornost prema djelovanju atmosferilija.

Mnoga druga tla se mogu dodatkom malih količina visokovrijednih materijala ili vapna

poboljšati i time dobiti tražena stabilnost.

Međutim, bez obzira na uvjete i zahtjeve stabilizacije, najčešće pitanje koje se postavlja

tijekom i nakon primijenjenog postupka je doseg, odnosno dubina poboljšanja i razina

povećanja krutosti tla. Zbog toga je bonifikacija tla šljunčanim pilotima koja se

obrađuje u ovom radu posebno zanimljiva, već i zbog toga što ne postoje

standardizirani i normirani postupci kontrole nakon ugradnje pilota. Primjena

seizmičkih metoda kontrole je dobila svoju priliku, jer su dosadašnja znanstvena

istraživanja i praksa potvrdila nedvosmislenu povezanost promjene brzine seizmičkih

valova u tlu u odnosu na krutost, odnosno posmičnu čvrstoću tla .

Page 6: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

3

2. POBOLJŠANJE SVOJSTAVA TLA

Poboljšanje svojstava tla i stijena obuhvaća razne tehnike koje se provode radi

poboljšanja geotehničkih svojstava da bi se omogućila izgradnja različitih objekata.

Obzirom da su nezahtjevne tzv. 'dobre' lokacije za izgradnju već uglavnom iskorištene,

javila se potreba za gradnjom na lokacijama koje nisu povoljne. To je potaknulo i razvoj

metoda poboljšanja mehaničkih svojstava tla i stijena. Pri izgradnji objekata na

geotehnički nepovoljnim lokacijama najčešće se nalazi na probleme vezane uz

nedovoljnu čvrstoću, te kao posljedicu toga nedopušteno velike deformacije ili slom

materijala, odnosno na probleme koji nastaju zbog prisutnosti vode u tlu.

2.1 RAZLIČITE METODE POBOLJŠANJA

Tehnike poboljšanja mogu biti privremene ili trajne. U prvom slučaju efekti poboljšanja

svojstava traju relativno kratko (obično samo u fazi izgradnje objekata, npr.

zamrzavanje tla, sniženje razine podzemne vode), dok se u drugom slučaju efekti

zadržavaju kroz dulji vremenski period (npr. injektiranje, armiranje, dinamičko

zbijanje).

Osnovni koncepti poboljšanja svojstava tla su: dreniranje, zbijanje (povećanje gustoće),

cementiranje (povezivanje čestica npr. kod injektiranja), armiranje (geosintetici, sidra),

sušenje, promjene temperature. Prije odabira tehnike poboljšanja svojstava tla i stijena

trebaju se provesti istražni radovi da bi se utvrdile vrste i položaj različitih materijala,

kao i njihova svojstva.

Page 7: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

4

Metode i tehnike poboljšanja svojstava tla i stijena mogu se općenito svrstati u četiri

skupine:

1. Mehaničko poboljšanje:

1) Tehnike plitkog zbijanja,

2) Tehnike dubokog zbijanja,

3) Hidromehaničko zbijanje.

2. Hidrauličko poboljšanje:

1) Površinsko odvodnjavanje,

2) Drenaža.

3. Fizičko i kemijsko poboljšanje:

1) Stabilizacija uz upotrebu smjesa,

2) Injektiranje,

3) Tehnike smrzavanja.

4. Poboljšanje upotrebom dodataka.

1) Armirano tlo,

2) Upotreba geosintetika.

2.1.1 MEHANIČKO POBOLJŠANJE

Mehaničko poboljšanje se odnosi na povećanje gustoće djelovanjem neke vanjske sile.

Najčešće se govori o metodama zbijanja, pri čemu osim metoda površinskog zbijanja

postoje i metode dubinskog zbijanja. Mehaničkim zbijanjem se postiže povećanje

posmične čvrstoće, povećanje nosivosti, poboljšanje stabilnosti kosina, smanjenje

stišljivosti i slijeganja, smanjenje propusnosti, smanjenje potencijala likvefakcije i

kontrola bujanja. Metode zbijanja primjenjuju se pri izgradnji cesta, zračnih luka,

marina, brana, nasipa, te za pripremu temeljnog tla, zasipa iza potpornih konstrukcija,…

Page 8: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

5

2.1.2 HIDRAULIČKO POBOLJŠANJE

Poznato je da na stabilnost raznih geotehničkih konstrukcija načinjenih u tlu ili od tla

voda ima značajan utjecaj. Promjene pornih pritisaka uzrokuju promjenu efektivnih

naprezanja u tlu, te kao posljedicu toga promjenu čvrstoće i stabilnosti.

Metodama hidrauličkog poboljšanja obuhvaća se snižavanje razine podzemne vode,

preusmjeravanje toka vode ili smanjenje vlažnosti materijala. U krupnozrnatim

materijalima snižavanje razine podzemne vode postiže se gravitacijskom drenažom uz

korištenje drenažnih jama, kanala i bunara. U sitnozrnatim tlima gravitacijska drenaža je

prespora i neefikasna, pa se kombinira snižavanje razine podzemne vode s prethodnom

konsolidacijom uzrokovanom opterećenjem ili elektroosmozom. U novije vrijeme

dreniranje se provodi i upotrebom geotekstila i drugih geosintetika. Osim tradicionalno

prihvaćenih metoda dreniranja, za kontrolu utjecaja vode koriste se i drugi inženjerski

zahvati i konstrukcije kao npr. dijafragme, zagatne stijene, geomembrane.

2.1.3 POBOLJŠANJE PRETHODNIM OPTEREĆENJEM

Poboljšanje tla prethodnim opterećenjem je jedna od najstarijih i najčešće korištenih

metoda poboljšanja. Predopterećenjem se povećava nosivost i smanjuje stišljivost

mekih tala. Kod nekoherentnih tala predopterećenje uzrokuje povećanje gustoće, dok

kod koherentnih tala uzrokuje prethodnu konsolidaciju. Postiže se izgradnjom nasipa

koji predstavlja privremeno opterećenje na mjestu buduće izgradnje. Prethodno

opterećenje može biti jednako ili čak veće od onog kojeg će uzrokovati planirani objekt

(radno opterećenja). Proces se dodatno može ubrzati izgradnjom vertikalnih drenova i

horizontalnih drenažnih tepiha. Efekti predopterećenja mogući su samo u slučaju kada

je ono veće od naprezanja prethodne konsolidacije. Za ubrzavanje procesa konsolidacije

može se koristiti i predopterećenje vakuumom, te elektroosmoza. Iako je metoda

predopterećenja primjenjiva u svim vrstama tla, najbolji rezultati se postižu u mekom,

koherentnom tlu, stišljivom prahu, organskim glinama i tresetu. Ova se metoda koristi

prilikom izgradnje zgrada, nasipa, prometnica i drugih objekata sa svrhom poboljšanja

temeljnog tla.

Page 9: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

6

2.1.4 POBOLJŠANJE POSTUPCIMA ZAMJENE

Postupci razmjene se međusobno bitno razlikuju, kada je razina podzemne vode duboko

ispod temeljne plohe od onih kada je razina podzemne vode neposredno ispod temeljne

plohe ili čak na površini.

Postupci zamjene mogu biti:

1. zamjena betonom i produbljeno temeljenje: provodi se kada je voda duboko

ispod kote temeljenja.

2. zamjena nasipom tražene zbijenosti iznad razine podzemne vode: provodi se

tako da se ugrađuje sloj tražene kakvoće kojim se postiže veća zbijenost

ugrađenih slojeva, od one koju ima prirodno tlo. Povećava se kut unutrašnjeg

trenja ugrađenog materijala čime se postiže veća nosivost.

3. zamjena tla nasipom kod visoke razine podzemne vode: provodi se kod žitkog i

slabo nosivog tla na močvarnim i muljevitim terenima. Krupni kamen se pritišće

vibriranjem u mulj sa ili bez ograničenja u tlocrtu.

Većina metoda poboljšanja svojstava temeljnog tla djeluje između ostalog i na

smanjenje mogućnosti pojave likvefakcije. Likvefakcija se javlja u rahlim, vodom

zasićenim pijescima uskog granulometrijskog sastava, u trenutku promjene stanja

naprezanja uzrokovanog potresom. Ciklička promjena stanja naprezanja izaziva

potresanje tla, koje gubi čvrstoću na smicanje, te se ponaša kao viskozna tekućina. Kao

mjera poboljšanja temeljnog tla radi sprečavanja pojave likvefakcije koriste se šljunčani

stupovi (piloti).

Tlo se može stabilizirati dodacima (aditivima), miješanjem prirodnog tla s različitim

dodacima i vodom. Krupnozrnatim tlima lošeg granulometrijskog sastava mogu se

dodavati zrnati dodaci tla u onom području granulometrijske krivulje u kojem tih čestica

nedostaje pa se tako poboljšava granulometrijski sastav. Tlu se mogu dodavati veziva.

Vapno i cement su klasični dodaci, dok se u novije doba koriste sintetički materijali,

Page 10: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

7

ulja, bitumen, kao i najrazličitiji industrijski ostaci (pepeo i šljaka iz termoelektrana,

leteći pepeo, ugljena prašina, cementna prašina). Suvremeni dodaci služe kao vezivo, ali

se neki od njih koriste i kao punilo (filer).

2.1.5 STABILIZACIJA POVRŠINSKIH SLOJEVA TLA

Postoje dvije mogućnosti izvedbe plitke, površinske stabilizacije tla:

1. Rijanje prirodne površine tla s dodavanjem sredstva za stabilizaciju. Nakon toga

se ponovnim rijanjem miješa tlo s dodatkom i konačno zbija valjanjem bez ili sa

vibriranjem, ovisno o vrsti tla. Na ovaj se način mogu stabilizirati samo

relativno tanki, površinski slojevi tla.

2. Stabilizirana se podloga pripravi van prostora ugradbe i ugrađuje se slično kao i

zamjensko tlo,odnosno u slojevima uz valjanje, bez ili s vibriranjem, ovisno o

vrsti tla.

Dodaci za stabilizaciju su vapno, koje se koristi kod glinovito-prašinastog tla, cement

kod nekoherentnog tla, ili njihova kombinacija.

2.1.6 NOVE MOGUĆNOSTI U POBOLJŠANJU TEMELJNOG TLA

Nove metode koje se koriste za poboljšanje tla:

1. Dubinsko miješanje tla s dodacima,

2. Dubinsko zbijanje tla s površine,

3. Dubinsko zbijanje tla sondama i vibroflotacija,

4. Zbijanje tla miniranjem,

5. Upravljanje procesom konsolidacije,

6. Šljunčani stupovi (piloti).

Page 11: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

8

Današnja tehnologija omogućava dodavanje veziva i njihovo miješanje s tlom i u

dubokim slojevima. Ovakvo poboljšanje tla se izvodi rotacijom pribora radi

zarahljivanja tla do potrebne dubine. Zatim se kroz središnju cijev pod pritiskom

ubacuje vezivno sredstvo pri čemu, pribor ubrzano rotira i miješa tlo i vezivo uz

istovremeno programirano podizanje (Slika 1.).

Slika 1.Miješanje s tlom u dubokim slojevima.

Dinamička stabilizacija s površine se izvodi tako da uteg velike mase slobodno pada na

temeljno tlo. Uz dinamičko zbijanje tla utegom, u nastale udubine se nasipava

pripremljeni agregat.

Dinamička stabilizacija vibriranjem ispod površine i vibroflotacija je učinkovitiji način

poboljšanja tla od zbijanja s površine. Može se izvoditi bez ili sa dodavanjem

nekoheretnog tla u podtemeljno tlo. Postupak se temelji na pobudi čestica nevezanog

tla, koje se premještaju iz rahlog u zbijeniji položaj. Na taj se način postiže veća

relativna zbijenost ( ) i poboljšavaju fizičko-mehanička svojstva tla. Vrlo je koristan

za tla sklona likvefakciji. Relativno je jeftin i vremenski brz.

Page 12: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

9

Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu

bušotine u koje se ugradi eksploziv, a zatim se prostor prekrije određenom količinom

šljunka tako da nakon eksplozije šljunak utone u novonastali prostor. Tehnologija je

usavršena tako da se danas koristi u dva pravca: miniranje s površine i miniranje u

bušotini. Miniranjem se pobuđuju potresni valovi unutar mase tla. Oni izazivaju

flotaciju čestica. Koristi se za površinsko i dubinsko zbijanje rahlih, nekoherentnih tala,

najčešće rahlih pijesaka sklonih likvefakciji.

Page 13: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

10

3. POBOLJŠANJE TLA ŠLJUNČANIM PILOTIMA

Ugradnja šljunčanih stupova, pilota je odavno poznati način poboljšanja podtemeljnog

tla. Izvodi se nekom od tehnika za izvođenje pilota, s tim da se umjesto betona u tlo

ugrađuje šljunak. Nove tehnologije znatno su proširile mogućnosti izvedbe šljunčanih

pilota kao i njihovu učinkovitost. Danas se izvode vibriranjem, uz koje se podtemeljno

tlo zbija i bitno se poboljšavaju mehanička svojstva tla. Ovako zbijeno tlo ima povećanu

čvrstoću na smicanje čime je povećana nosivost, smanjeno slijeganje, ubrzano

dreniranje, a smanjena je i opasnost od likvefakcije. Ugradnja šljunčanih stupova je bila

jedna od prvih mjera za ublažavanje posljedica likvefakcije, (Slika 2).

Slika 2.Šljunčani stupovi ublažuju posljedice likvefakcije.

Šljunčani stupovi imaju dvostruki učinak. Kada se izvode vibriranjem u okolno tlo, tada

imaju učinak zbijanja. U tu se svrhu primjenjuju u rahlim nekoherentnim tlima i u

mekim, koherentnim tlima. Prilikom potresa, šljunčani stupovi otežavaju nastanak

likvefakcije u tlu koje je tome sklono. Jedan od razloga je različita, odnosno veća

krutost šljunčanih stupova i okolnog tla. Šljunčani stupovi djeluju drenirajuće i trenutno

mijenjaju sliku pornih pritisaka u korist povećanja efektivnih naprezanja u okolnom tlu

(pospješivanje konsolidacije).

Page 14: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

11

Kod tehnika izvođenja bitno je da se postigne:

1. Zbijanje okolnog tla

2. Punjenje nastalog prostora nekoherentnim tlom veće propusnosti od okolnog tla

Važno je da se agregat ugrađuje usporedno s dubinskim vibriranjem. Na taj se način

zbija okolno tlo, ali se zbija i ugrađeni kameni agregat pa se postižu značajni učinci

poboljšanja, (Slika 3).

Slika 3. Izvedba šljunčanog pilota.

Šljunčani piloti se izvode dubinskim vibracijskim zbijanjem, dubinskim zbijanjem

ugrađenog šljunka ili kamenog drobljenca i vibracijsko zbijanje cementiranog punjenja.

Mogu se izvoditi punjenjem odozgo, tako da se prvo vibrira tlo i stvara otvor u tlu,

ubacuje šljunak i popunjuje otvor, zatim se taj šljunak vibrira i zbija (slika 4.).Sljedeći

način izvođenja šljunčanih pilota je zbijanje uvibriranim šljunčanim stupovima bez i s

dodatkom savitljivih drenova, (Slika 5).

Page 15: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

12

Novija istraživanja u SAD-u se baziraju na području primjene više metoda poboljšanja

temeljnog tla istovremeno. Istražuju razvoj numeričkih modela za simulaciju i

proučavanje povećava gustoće tla prilikom ugradnje šljunčanih stupova i postupaka

dinamičkog zbijanja, određivanje parametara kojim se utvrđuje gustoća tla po završetku

postupaka stabilizacije pri oba postupka i razvoj uputa za projektiranje povećanja

gustoće tla korištenjem navedenih postupaka.

Slika 4. Shema izvođenja šljunčanog stupa punjenog odozgo: 1 vibriranje i stvaranje

otvora, 2 ubacivanje šljunka, 3 vibriranje šljunka, 4 gotovi stup.

Slika 5. Raspored šljunčanih stupova: a) klasični raspored šljunčanih stupova,

b) raspored šljunčanih stupova sa savitljivim drenovima.

Page 16: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

13

4. ANALIZA PRIMJENE SEIZMIČKIH METODA ZA OCJENU

BONIFIKACIJE

Ispitivanja poboljšanog, odnosno sa šljunkom spregnutog tla se izvode geofizičkim

metodama jer se u temeljnom tlu očekuju vrlo male deformacije pod radnim

opterećenjem konstrukcije. Najbolje seizmičke metode za ocjenu bonifikacije su

spektralne analize površinskih valova, SASW metoda i višekanalna analiza površinskih

valova, MASW metoda, kojima se izvodi seizmičko sondiranje ili profiliranje.

Analizom se određuje stupanj prosječnog poboljšanja krutosnih svojstava temeljnog tla.

Spektralnom analizom površinskih valova se može uspješno i pouzdano provesti

ispitivanje kojim će se obuhvatiti veći volumen poboljšanog tla i odrediti kontrole

kvalitete poboljšanja krutosti tla šljunčanim pilotima. Postupak se odvija na površini

terena. Površinski valovi generiraju se mehaničkim vertikalnim impulsom na površini

terena. Vertikalni senzori, geofoni, postavljaju se na unaprijed definiranim razmacima i

mjere brzinu nadolazećeg vala. Primljeni signal se transformira iz vremenske u

frekventnu domenu i na transformiranom signalu se provodi daljnja spektralna analiza.

Korištenjem spektralnih funkcija se određuju disperzivne karakteristike ulaznog vala.

Iskorištavanjem disperzivne karakteristike ulaznog vala se povratnom analizom

dobivaju krutosti slojeva uslojenog tla.

Višekanalna analiza površinskih valova se razvila na već široko korištenoj metodi

SASW. MASW je metoda koja je preuzela pristup sa više prijamnika (24 ili više).

Prijamnici prikupljaju podatke i rade disperzijsku analizu da bi dobili brzinu posmičnih

valova po dubini. Proces generiranja profila brzina posmičnih valova se sastoji od

prikupljanja podataka površinskih valova na terenu, obrade podataka da se dobije

disperzijska krivulja (dijagram odnosa frekvencije i fazne brzine) i inverzije ili izračuna

brzine širenja posmičnih valova iz Reyleigh-ovih valova. Postoje dvije vrste MASW

metode po načinu prikupljanja podataka na terenu: aktivna i pasivna.

Page 17: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

14

Kod aktivne metode, kao izvor seizmičkog vala se koristi neki aktivni izvor (čekić).

Maksimalna dubina istraživanja ovisi o vrsti izvora seizmičkog vala, zapravo o najvećoj

valnoj duljini generiranih površinskih valova koji pak ovisi o udarnoj snazi seizmičkog

izvora, (kreće u rasponu od 10 do 30 m). Uglavnom, sa većom udarnom snagom izvora

postižu se veće valne duljine, a time se povećava i maksimalna moguća dubina

istraživanja. Prilikom različitih geotehničkih problema MASW se može koristiti u

raznim oblicima, ovisno o problemu i to u: jednoj dimenziji (1D), sondiranje, dvije

dimenzije (2D), tomografija i u tri dimenzije (3D) ili modeliranje stvarnosti.

Krutosna svojstva poboljšanog tla se iz rezultata istraživanja uspoređuju s

pretpostavljenim rezultatima kod projektiranja. Stupanj poboljšanja se u takvim

geofizičkim istraživanjima definira kao omjer modula posmika tla prije i modula

posmika tla poslije zahvata.

Brzine posmičnih valova naprezanja su vrlo osjetljive kod primijene mehaničkih

svojstava, pa je poboljšanje mehaničkih svojstava tla razlučivo čak i ako se zanemare

razlike u gustoćama kompozita i osnovnog tla. Prema tome je kod vrlo malih

deformacija odnos krutosti i posmične deformacije konstantan.

Materijal u tlu se ponaša linearno-elastično pa su rezultati seizmičkih metoda značajni, a

promjena krutosti je proporcionalna kvadratu brzine. U principu, takva osjetljivost je

prisutna i kod posmičnih S valova i kod kompresijskih P valova, pa bi se analiza

promjene mehaničkih svojstava mogla provesti i obzirom na modul kompresijskih

valova. Prema tome, na površini se uvijek može registrirati skup valova naprezanja koji

čine površinski (Rayleighevi, R i Loveovi, L) valovi te volumni (kompresijski, P i

posmični, S) valovi izazvani dinamičkim opterećenjem koje se prenosi kroz tlo u obliku

seizmičkog pulsa. Brzine valova su neposredno vezane uz dinamičke module

elastičnosti (Youngov modul E, modul kompresije K i modul posmika G) pa se spektar

valova nastoji razdijeliti na pojedine vrste prema načinu generiranja, vrsti senzora ili

načinu snimanja.

Page 18: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

15

U primjeni seizmičkih metoda s površine je bitno postizanje što veće gustoće izvora i

senzora uz što dulji profil i duljinu snimanja. Zbog velikih količina snimljenih podataka

i složenih metoda interpretacije standardizirala su seizmička ispitivanja do dubine 30 m.

Kompresijsko generiranje seizmičkog impulsa i senzori koji očitavaju te impulse su se

pokazali zadovoljavajući za specifične zahtjeve. Na kraju je uz dovoljnu gustoću parova

izvor-senzor moguće analizirati seizmički profil metodom višekanalne analize

površinskih valova MASW ili klasičnom P refrakcijskom tomografijom.

Geotehnički parametri za projektiranje se mogu procijeniti seizmičkim metodama iako

su dimenzije pilota obzirom na granična stanja preporučena u Eurokodu 7. Metode za

procjenu su podijeljene na laboratorijske i terenske, odnosno na statičke i dinamičke.

Maksimalne vrijednosti modula posmika se mogu odrediti iz rezultata seizmičke

refrakcije i bušotinskih seizmičkih metoda (Up, Down i Cross-Hole). Uz mjerenje

seizmičke brzine kompresijskih i posmičnih valova moguće je odrediti maksimalne

vrijednosti modula posmika, modula elastičnosti i modula kompresije. Međutim,

pretpostavlja se da se takva istraživanja izvode isključivo za parametriziranje temeljnog

tla, a da se kontrola kvalitete poboljšanja provodi na ugrađenom pilotu. U konačnici se

može pretpostaviti da će rezultati mjerenja potvrditi očekivanja da analiza vrijednosti

može dati smislenu i inženjerski dimenzioniranu procjenu geotehničkih svojstava tla.

Nezaobilazni u istraživanju geotehničkih svojstava su penetracijski pokusi

geomehaničkog sondiranja (SPT i CPT), koji su razvijeni s namjerom osiguranja

korektnog broja udaraca standardnog penetracijskog pokusa u tlima sa značajnim

sadržajem šljunka. Zbog sličnosti u primjeni CPT i Down-Hole metoda i podudarnosti u

dobivenom profilu vrijednosti brzina kompresijskih i posmičnih valova povećano je

zanimanje za seizmičkim metodama u geotehnici. Teorija širenja valova naprezanja se

stoga potvrđuje kao relevantna veza seizmičkih metoda i klasičnih geomehaničkih

pokusa.

Page 19: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

16

Širenje kompresijskih valova se primjenjuje za analizu cjelovitosti pilota pri malim ili

većim deformacijama izazvanim dugotrajnim dinamičkim opterećenjima. Analiza

širenja kompresijskih valova se pokazala korisnom u ispitivanju promjena dimenzija

izvedenog pilota, osobito poprečnog presjeka. Uz to je moguće uočiti strukturne

promjene koje nastaju pojavom šupljina u tijelu pilota. Međutim, svrha ugradnje

šljunčanih stupova jest promjena, poboljšanje mehaničkih svojstava u određenom tlu

koje treba prihvatiti projektirana opterećenja. Analize mjere poboljšanja tla su

usredotočene na razlike u brzinama P valova kroz probno i kontrolno polje (profil), a

klasični pojam pilota se djelomično gubi.

4.1 ANALIZA PROBNOG POLJA REFRAKCIJSKOM TOMOGRAFIJOM

Kada bi pretpostavke za teoretsku analizu širenja valova naprezanja u kompozitnom tlu

koje ima vrlo male deformacije bile zadovoljene, tada ne bi postojale fizikalne prepreke

za jasno opisivanje promjene mehaničkih svojstava kompresijskih valova. Ni podzemna

voda ne može utjecati na seizmičku interpretaciju, jer je geotehnički profil poznat pa se

može reinterpretirati prema stvarnom stanju.

Smatra se da je koncept analize cjeloviti ako rezultati pokusnog ispitivanja potvrdi

pretpostavke koje su izvedene iz modela i interpretacije. Zbog toga je izvedeno

testiranje poboljšanje tla na probnom polju metodom dubinskog zbijanja šljunka radi

temeljenja poslovnog objekta (KTC Krapina, listopad 2007). Probno polje je činio 21

pilot duljine 7 m, promjera 0.8 m s ekvidistantnim međurazmakom od 1.1m. Polje je

bilo postavljeno duž cijelog projektiranog profila temelja.

Prema podacima geotehničkih istražnih radova u zoni probnog polja i laboratorijskih

ispitivanja složen je geotehnički model tla. Glinoviti pijesak se prostirao do dubine

bušenja od 8.0 m. Površinski sloj je izgrađen od smeđeg pijeska sa primjesama gline

niske plastičnosti, lako gnječive konzistencije. Podsloj je građen od sivo-smeđeg pijeska

sa organskim primjesama gdje je glina bila žitke do lako gnječive konzistencije.

Page 20: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

17

Podzemna voda se nalazi na dubini od 1.5 m. Nakon geostatičkih analiza su dobivene

vrijednosti: zapreminska težina 19 kN/m3, kut unutrašnjeg trenja 31

0 i kohezija 5

kN/m2. Broj udarca standardnog penetracijskog pokusa je uglavnom bio 4-7 m.

U analizi se nastojalo da se rezultati kompresijske refrakcijske tomografije na slijepo

potvrde rezultate geotehničkih istražnih radova i promjene kontrolnih parametara rada

vibratora. Ovisno o proizvođaču opreme može se pratiti opterećenje sustava P[MPa] ili

jakost struje I[A] po dubini H[m] i vremenu t[s]. Obzirom na specifičnosti svake

pojedine lokacije, rezultati ugradnje pilota se ne mogu dovoljno predvidjeti. Zbog toga

se izvodi serija pilota u probnom polju kao dio standardne procedure određivanja

režima rada. Učinak poboljšanja se nastoji normalizirati s unaprijed definiranim

režimom rada stroja prema iskustvenom protokolu.

Za primjer 1/4 – 2/4 – 1/4 , (Slika 6).

Slika 6. Općeniti izgled protokola 1-2-1 tijekom ugradnje šljunčanih pilota u

dijagramu t-P(I)-H prikazuje crtkana krivulja.

Odnos P(I)-H je posredan po vremenu t pa ostale krivulje protokola prikazuju neke

moguće ishode ugradnje obzirom na volumen i zbijenost.

Page 21: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

18

Omjeri 1/4 i 2/4 se odnose na razinu opterećenja, odnosno energije raspodijeljene po

dubini. U donjoj četvrtini energija ugradnje eksponencijalno raste, u srednjem dijelu se

smanjuje, blago pada sve do posljednje, gornje četvrtine. U završnom dijelu ponovno

raste energija ili opterećenje, ali se ne doseže razina iz početnog dijela.

Za analizu kontrole tijekom konstrukcije šljunčanih pilota strojem Pennie, izdvojeni su

vibrogrami za dvije grupe susjednih pilota. (Slika 7 i Slika 8). Međusobne odnose u

pojedinoj grupi pilota prikazuje Slika 9 i Slika 10. Kada bi se razmatrali izdvojeni

vibrogrami iz probnog polja uvidjela bi se činjenica da se režimi susjednih pilota

značajno razlikuju prema raspodijeli opterećenja po dubini i vremenu. U grupama

postoje razlike u ukupnom vremenu ugradnje stoga se ne mogu promjene opterećenja

vizualno uspoređivati. Vidljivo je da se unutar grupe vrijeme ugradnje pojedinih pilota

razlikuje za više od 4 minute, što znači da je volumen pilota povećan za 14-28% (2

minute za 0.5-1 m pilota). Porast vremena u pojedinoj grupi također odražava i porast

ukupno utrošene energije. Kod pilota grupe 6-7-8 razlike su raspodijeljene na

dvostruko veće vremenske razlike. Porast utrošene energije slijedi porast prosječnog

opterećenja stroja i vremena ugradnje. Prema tome se pretpostavlja da je nagib lokalne

referentne plohe povećanja krutosti osnovnog tla u profilu ispod obje grupe u istom

smjeru.

Izravna usporedba vibrograma dvaju pilota nije prikladna, jer se vremenska skala može

drastično razlikovati. To ukazuje da je protokol ugradnje unaprijed vrlo složen.

Page 22: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

19

Slika 7. Protokol ugradnje ili vibrigrami za pilote 6-7-8. Vibrogrami za pilote 6 i 7

pokazuju varijacije na H=2.5 m. blagi porast prosječnog opterećenja stroja uz

smanjenje energije može ukazati na lokalno povoljan utjecaj na zbijenost materijala

(inverzija uz pilot 7).

Page 23: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

20

Slika 8. Protokoli ugradnje ili vibrigrami za pilote 12-14-15. Promijene režima na

dubini 5 m su očekivane kao i za pilote 6-7-8, ali je za pilote 13-14 ta promjena

vidljiva i do 1 m dublje. Kod njih je zanimljivo područje na dubinama 3-4 m u kojem

je ugradnja šljunka trajala značajno dulje (10 minuta za 2 m duljine pilota). Mali

porast prosječnog opterećenog opterećenja stroja uz osjetno smanjenje energije može

ukazivati na lokalno povoljan utjecaj na zbijenost materijala.

Page 24: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

21

Slika 9. Usporedba vibrograma grupe pilota 6-7-8 s obzirom na njihovo ukupno

vrijeme ugradnje. Osim u površinskoj zoni, zapisi su slični pa se rezultati mogu

promatrati relativno prema vremenu ugradnje. Najbolji rezultati se mogu očekivati

u zoni pilota 8 koje se najbrže ugradio.

Slika 10. Usporedba vibrograma grupe pilota 13-14-15 s obzirom na njihovo ukupno

vrijeme ugradnje. Pošto su vremena ugradnje različita i zapisi su dosta rasipani, teško

je procijeniti ostvarenje ugradnje.

Page 25: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

22

Dijagrami protokola nisu dovoljni za konačnu kvalitetnu ocjenu pošto razlike

mehaničkih svojstava poboljšavanog tla mogu promijeniti izgled i oblik krivulje

ugradnje, u odnosu prema probnom kriteriju graničnog tlaka. Budući da se očekuju

znatne varijacije volumena i zbijenosti ugrađenog materijala, promijene gustoće i

elastičnih konstanti prije i poslije zahvata moraju biti dovoljno razlikovne u profiliranju

kompresijskim valovima.

Uz prosječne gustoće glinovitog pijeska u probnom polju od 1949 kg/m3 i zbijenog

šljunka u tijelu pilota od 2160 kg/m3, očekivala se promjena gustoće seizmičkog medija

od približno 11%. Uz poznatu geometriju šljunčanih pilota udio zastupljenosti pilota po

metru je bio približno 42%. Prema tome se može odrediti promjena gustoće probnog

polja ugradnjom pilota od oko 5%. Time se određuje utjecaj kojim promjena gustoće

utječe na promjenu brzine tijekom seizmičkog profiliranja, a mjera promjene je iznos

prosječne korekcije seizmičkih brzina zbog promjene gustoće. Korekcija od 2.2% znači

da na ostatak od 98% promjene brzine utječe promjena mehaničkih svojstava seizmičke

sredine.

Dobra pretpostavka je da u analizi promjene mehaničkih svojstava sustava pilot-tlo

treba biti vidljiva interakcija pilot-tlo u odnosu na inicijalna svojstva. Radi toga je

provedeno seizmičko profiliranje kompresijskim valovima duž kontrolnog profila p1-1 i

po uzdužnoj osi probnog polja, profil P1'-1'. Kontrolni profil je bio translatiran za 1.5 m

u odnosu na pravac 1'-1' probnog profila, (Slika 11).

Za plitku refrakciju od 10 Hz su se koristili standardni P geofoni. Profili su bili

pokriveni s 12 geofona postavljenih na međusobno jednakom razmaku od 2 m, a

vertikalni seizmički poremećaj je iniciran čekićem mase 10 kg u 7 točaka.

Na probnom profilu 1'-1' je radi usporedbe bio postavljen niz od 12 geofona istih

tehničkih značajki zbog čega je bilo moguće istovremeno registrirati nailaske

kompresijskih i posmičnih valova iz istog izvora. Posmični val koji se širi u ravnini

presjeka je SV polarizirani val i val koji se širi okomito je SH val. Brzine tih valova

pokazuju veće amplitude i frekvencije, a i lakše ih je generirati posebno u bušotini pa su

analize brzina dio standardnog protokola u Cross-Hole tomografiji. U teoriji nema

Page 26: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

23

razlike između vrijednosti brzina, ali na terenu se one mogu pokazati zbog anizotropnog

stanja naprezanja.

Na slikama 12,13 i 14 se vide tomografski profili P1-1, P1'-1' i S1'-1'. Na profilu P1'-1'

su uočljivi pravci poboljšanja i istaknuta je težnja promjeni mehaničkih svojstava pošto

se prema geotehničkom profilu očekivao sub-horizontalni presjek u osnovnom tlu.

Kontrolni profil P1-1 je to potvrdio i na njemu se mogu prepoznati dvije zone prema

brzinama 500 i 1500 m/s. U lijevom dijelu profila je granica površinske zone na dubini

od 2 m, dok je u desnom dijelu na 3 m. Takva granica odgovara i razini podzemne vode

jer je centralna kota površine tijekom izvođenja probnog polja podignuta za 0.5-1.0 m.

Utjecaj vode na brzine p valova u glinovitim pijescima nije primijećen, pa se i dalje

može pretpostavljati da brzine ovise o promjenama gustoće i mehaničkih svojstava.

Šljunčane strukture pilota su bile vidljive u granicama 1400-1700 m/s upravo radi toga.

Na profilu S1'-1' su primjetne zone poboljšanja kao i na profilu P1'-1', ali su blaže

istaknute. Promjene su uočene na dubinama od 5 m ispod konturnih grupa pilota i u

središnjem dijelu presjeka. Presjek P1-1 kao kontrolni seizmički presjek se iskoristio i

za kontrolnu senzitivnosti polja brzine P valova u polju pilota i izvan njega. Poboljšanje

je trebalo biti vidljivo odnosom brzina kada se uspoređuju bliski presjeci koji bi mogli

biti pod utjecajem izvedenih pilota. Ta poboljšanja je moguće strukturirati izravnom

usporedbom polja brzina kompresijskog vala (VP) iz presjeka P1'-1' i P1-1. (Slika 15).

Uvjet je da su dimenzije interpretiranog polja brzina jednake.

Prikaz Poissonovog koeficijenta na probnom polju je zanimljiv kada su se odredile P i S

brzine. Ako se vrijednosti P i S brzina odnose na isti dio realnog volumena seizmičkog

medija, prema teoriji elastičnosti se može izravno odrediti vrijednost Poissonovog

koeficijenta. Putanje prijenosa kompresijskog i posmičnog poremećaja u geomediju se

ne generiraju na isti način, pa je očekivano da interval vrijednosti koeficijenta bude veći

od intervala (0,0,5). Takvim prikazom se želi potvrditi oblici, zone i položaji promjena

mehaničkih svojstava, a ne i bezuvjetno njegove vrijednosti. Zone značajnih promjena

se iznimno dobro preklapaju s promjenama brzina kompresijskih valova. (Slika 16).

Page 27: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

24

1

16

71

67

175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175

6401270200670 570

60 606

060

16

71

67

16

71

67

16

71

67

60

23

22

21 20 123456

40

41

789101112131415161718

72

73

19

15

0

1

54

55

60

Probni profil 1-1

Kontrolni profil 1´-1´

Slika 11. Situacija s položajem probnog profila duž linije šljunčanih pilota i s

položajem kontrolnog profila za usporedbu.

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

1.75 m

1

1.5 m

0 5 10 15 20 25 300

500

700

900

110

0

130

0

150

0

170

0

190

0

210

0

230

0

250

0

1

-8

-6

-4

-2

0

-7

-5

-3

-1

Profil P 1-1

Du

bin

a [

m]

Duljina [m]

VP [m/s]

Slika 12. Tomografski prikaz brzine kompresijskih valova (VP) duž kontrolnog

profila P1-1. Ispod kontrolne grupe 6-7-8 granica brzine 1500 m/s je strmija u odnosu

na grupu 13-14-15.

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

1.75 m

1

1.5 m

0 5 10 15 20 25

1

-8

-6

-4

-2

0

-7

-5

-3

-1

Profil P 1´-1´

Dub

ina

[m]

Duljina [m]

VP [m/s]

Pravci

poboljšanja

Slika 13. Tomografski prikaz brzine kompresijskih valova (VP) duž probnog profila

P1'-1'. Pravci porasta brzine (poboljšanja) slijede oblik granice 1500 m/s.

Page 28: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

25

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

1.75 m

1

1.5 m

0 5 10 15 20 25

1

-8

-6

-4

-2

0

-7

-5

-3

-1

Profil S 1´-1´

Du

bin

a [

m]

Duljina [m]

VS [m/s]

Pravci

poboljšanja

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

Slika 14. Tomografski prikaz brzine posmičnih valova (VS) duž probnog profila S1'-

1'. Pravci porasta brzine (poboljšanja) su preneseni s profila brzina kompresijskih

valova. Konture promjene brzine posmičnih valova su blaže i rjeđe, pa su pravci

poboljšanja zbog tendencije lateralnog uslojavanja brzina djelomično pomaknuti.

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

1.9 m

1

1.5 m

0 5 10 15 20 25

1

-8

-6

-4

-2

0

-7

-5

-3

-1

Omjer brzina VP profila P 1´-1´ i P 1-1

Dub

ina

[m]

Duljina [m]

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

0.35 * [1]

Slika 15. Konturni prikaz omjera interpretiranih brzina P valova duž probnog i

kontrolnog profila (P1'-1'/P1-1). Polje vrijednosti je omjer brzina referentnih ćelija

tomografskog presjeka. Položaj i oblik konture se dobro slaže s tomografskim

presjekom P1'-1' što pokazuju pravci poboljšanja (točkaste linije).

Page 29: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

26

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

1.9 m

1

1.5 m

0 5 10 15 20 25

1

-8

-6

-4

-2

0

-7

-5

-3

-1

Odnos Poissonovog koeficijenta i omjera P brzina na profilima 1´-1´ i 1-1

Dub

ina

[m]

Duljina [m]

Slika 16. Promjene Poissonovog koeficijenta probnog polja (bijele konture) prikazane

na matrici omjera brzina kompresijskih valova probnog i kontrolnog profila. Pozicije

i oblici kontura se preklapaju sa zonama poboljšanja utvrđenih na temelju usporedbe

brzina kompresijskih valova.

Page 30: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

27

5. ZAKLJUČAK

Svrha ugradnje šljunčanih stupova jest promjena, poboljšanje mehaničkih svojstava u

određenom tlu koje treba prihvatiti projektirana opterećenja. Analize mjere poboljšanja

tla su usredotočene na razlike u brzinama P valova kroz probno i kontrolno polje

(profil), a klasični pojam pilota se djelomično gubi.

Tu su priliku dobile seizmičke metode koje se primjenjuju za određivanje bonifikacija

tla. Dosadašnja istraživanja i praksa su potvrdila promijene brzine seizmičkih valova u

tlu u odnosu na krutost, odnosno posmičnu čvrstoću.

Primjena seizmičkih metoda kontrole, analiza promjena brzina kompresijskih valova

kod metode dubinskog zbijanja ugradnjom šljunčanih pilota se pokazala uspješnom i

opravdanom. Relativni odnos promjene stanja prije i poslije zahvata, odnosno

promijene mehaničkih svojstava tla se može odrediti po položaju i pružanju. Prema

raspodijeli oblika brzina probnog i kontrolnog profila po dubini može se vidjeti najbolja

potvrda ovog koncepta, (Slika 17). Da bi se moglo sažeto utvrditi utjecaj poboljšanja

duž čitavog probnog polja vrijednost matrice omjera brzina, čije konture prikazuje Slika

15, su uređene u vektor vrijednosti po dubini. Omjer promjena se dobro poklapa s

krivuljama protokola rada stroja.

Uz jasno kvantificiranje promjene omjera po duljini pilota može se ustanoviti razina i

domet poboljšanja ispod vrha pilota. Kvadrat omjera pokazuje još jednu konstantnu

elastičnosti modul kompresijskog vala koji se može usvojiti kao mjera poboljšanja.

U Hrvatskoj su uglavnom dobro poznate metode stabilizacije, ali samo u akademskim

krugovima. Izvođači najčešće koriste tehnologije koje imaju na raspolaganju. Nisu ni

pripremljeni ni spremni izvoditi konstrukcije prema opservacijskoj metodi projektiranja.

Tijekom izvedbe se mijenja projekt i izvedba ovisno o rezultatu mjerenja mehaničkim

svojstvima tla i stijena. Kontrole poboljšanja šljunčanim pilotima su nedefinirane pa ih

izvođači ni ne primjenjuju, osim kada investitor od njih to traži.

Page 31: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

28

5000

10000

15000

20000

1 2 3 4 5

Omjer brzina P valova: P 1´-1´/P 1-1 [1]

54321

1

2

3

4

0

6

7

8

9

5

Dub

ina

[m]

10

Slika 17. Raspodjela omjera brzina kompresijskih valova tomografskih interpretacija

duž probnog polja i kontrolnog profila (P1'-1'/P1-1) po dubini.

Page 32: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

29

6. POPIS LITERATURE

1. Gazdek, M., Strelec S. i Jeđud, B. (2011): Kontrola poboljšanja tla

kompresijskim valovima, Interna skripta, Geotehnički fakuntet Varaždin,

Sveučilište u Zagrebu

2. Kovačević Zelić, B. (2006): Poboljšanje svojstava tla i stijena, Interna skripta,

Rudarsko geološko naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu

3. Roje-Bonacci, T. (2010): Poboljšanje svojstava temeljnog tla, Interna skripta,

Građevinsko-arhitektonski fakultet, Sveučilište u Splitu

4. Jurić-Kaćunić, D. (2006): Monitoring poboljšanja tla mlaznim injektiranjem u

tunelu Sveti Kuzam, Interna skripta, Građevinski fakultet Zagreb, Sveučilište u

Zagrebu

5. Strelec, S. (2011): Podpovršinski istražni radovi, Interna skripta, Geotehnički

fakultet Varaždin, Sveučilište u Zagrebu

6. Gotić, R, Kovačević M.S., Jurić-Kaćunuć D. (2006): Poslovni object “Zagreb

Tower”: Poboljšanje tla, Szavits-Nossan, V., Kovačević, M. (ur.), Priopćenje s

4. Savjetovanja Hrvatskog geotehničkog društva: Ojačanje tla i stijena, Zagreb:

Hrvatsko geotehničko društvo, Opatija, 2006 (pp. 375-380).

Page 33: SEIZMIČKE METODE ZA KONTROLU BONIFIKACIJE TLA … · Zbijanje i zamjena tla miniranjem je postupak koji se sastoji u tome da se u tlu izvedu bušotine u koje se ugradi eksploziv,

30

7. SAŽETAK

Valentina Valent

„Seizmičke metode za kontrolu bonifikacije tla šljunčanim pilotima“

Svrha bonifikacije tla šljunčanih pilota je općenito poboljšanje mehaničkih svojstava tla.

Povećavanje njegove nosivosti ili smanjenja stišljivosti, odnosno omogućavanje

uporabe takvih materijala za izradu pojedinih dijelova su ciljevi postupaka stabilizacije

tla. Neka tla se mogu poboljšati najjednostavnijim postupkom zbijanja i poprimiti

potrebnu mehaničku stabilnost i otpornost, a mnoga tla se poboljšavaju dodacima

visokovrijednih materijala ili vapna.

Promjene volumena i zbijenosti ugrađenog šljunka uzrokuju promjene gustoće i

elastičnih svojstava tla prije i poslije zahvata, i dovoljno su razlikovne za njihovo

profiliranje kompresijskim valovima refrakcijskom tomografijom. Analiza mjere

poboljšanja tla je usmjerena na razlike brzina kompresijskih valova kroz izvedeno

probno i kontrolno polje šljunčanih pilota. Relativni odnos promjene stanja prije i

poslije ugradnje se može definirati po položaju i pružanju, a vektorom vrijednosti

omjera brzina u profilima se kvantificira utjecaj poboljšanja po dubini duž čitavog polja.

Oblik promjena se dobro poklapa s krivuljama protokola rada stroja.

Ključne riječi:

o poboljšanje tla

o kontrola poboljšanja

o brzina kompresijskog vala

o refrakcijska tomografija

o seizmički valovi