Arhivski stručni sadržaj: članak čuva istorijski prikaz geotehničkih pojmova, formula i laboratorijskih postupaka. Nije geotehnički elaborat, projekat nasipa, specifikacija zbijanja, plan kontrole kvaliteta niti zamena za važeći standard. Parametre tla, opremu, energiju zbijanja, kriterijume prihvatanja i bezbedan način rada određuju ovlašćeni geotehnički inženjer i akreditovana laboratorija na osnovu konkretnog tla i objekta.
Savo Kusić danas je usmeren na drvene prozore, drvo-aluminijumske prozore, prozore po meri, vrata i zahteve za ponudu. Ovaj članak ostaje kao tehnički arhiv i ne predstavlja ponudu geotehničkog projektovanja, ispitivanja ili izvođenja zemljanih radova.
Zbijenost nevezanog tla
Zbijenost nevezanog tla zavisi od veličine i oblika čvrstih čestica, kao i od njegove strukture. Kod nevezanog tla postoje određene granice u kojima se kreću vrednosti poroznosti n i koeficijenta poroznosti e za najređu i najgušću strukturu.
Ako se nevezani materijal osuši i polako sipa u menzuru tako da se pri sipanju ne zbija, dobija se njegova najređa struktura. Ovoj strukturi odgovara koeficijent poroznosti emax, čija se vrednost za pesak u izvornom tekstu kreće u granicama:
emax = 0,7–1,0.
Ako se isti materijal sipa u menzuru u tankim slojevima i svaki sloj nabije drvenim maljem do stalnosti zapremine, odnosno dok pod nabijanjem ne prestane da se sleže, dobija se njegova najgušća struktura. Njoj odgovara koeficijent poroznosti emin, čija je vrednost za pesak:
emin = 0,45–0,65.
Zbijenost nevezanog tla izražava se relativnom zbijenošću ID, koeficijentom koji pokazuje stepen zbijenosti tla u odnosu na najveću zbijenost:
gde je e koeficijent poroznosti tla u prirodnom stanju zbijenosti. Krajnje vrednosti relativne zbijenosti su:
- za najređu strukturu e = emax; ID = 0;
- za najgušću strukturu e = emin; ID = 1.
Kriterijum za zbijenost peskovitog tla prema Terzaghiu u izvornom tekstu glasi:
- retko zbijeni pesak: ID = 0–1/3;
- srednje zbijeni pesak: ID = 1/3–2/3;
- gusto zbijeni pesak: ID = 2/3–1.
Kod nasipa na putevima i nasutih brana u tekstu se zahteva ID = 2/3–1.
Umesto prethodnog obrasca može se koristiti odnos zapremina:
gde je V zapremina neporemećenog uzorka tla, Vmax zapremina iste količine tla u stanju najmanje zbijenosti, a Vmin zapremina iste količine tla u stanju najveće zbijenosti.
Granica primene: istorijske klasifikacije i izrazi ne smeju se neposredno preneti na projekat ili gradilište. Vrsta tla, način uzorkovanja, stanje uzorka, važeći standard i zahtev projekta mogu promeniti metod i kriterijum.
Zbijenost vezanog tla
Kod vezanog tla zbijenost ne zavisi samo od veličine i oblika čvrstih sastojaka i njegove strukture, već i od kohezije. Usled kohezije čvrste čestice su slepljene, pa je istiskivanje vode iz pora pri zbijanju mnogo teže nego kod nevezanog tla, čije se čestice lakše pomeraju pod opterećenjem.
Pri zbijanju vezanog tla količina vode ima veliki značaj. Nabijanjem se voda istiskuje iz pora i smanjuje debljina vodenog filma; smanjuje se poroznost, a povećavaju čvrstoća smicanja i zapreminska težina. Što je zapreminska težina veća, u jedinici zapremine ima više čvrstih sastojaka, a manje pora. Ovaj odnos usvojen je kao osnova za ocenu zbijenosti vezanog tla. Kontrola zbijenosti u tekstu se vrši pomoću suve zapreminske težine:
γd = Wd / V [N/cm3]
gde je Wd težina potpuno isušenog uzorka tla u N, a V zapremina istog uzorka u stanju zbijenosti pre sušenja, u cm3.
Proktorov opit
Proktorov opit služi za određivanje odnosa između količine vode u tlu i njegove zbijenosti. Njime se određuje optimalna vlažnost, odnosno vlažnost pri kojoj zbijeno tlo daje maksimalnu suvu zapreminsku težinu za datu energiju zbijanja.
Istorijski opisani Proktorov aparat (slika 1) sastoji se od metalnog cilindra unutrašnjeg prečnika Ø = 10 cm, visine 12 cm (slika 1_a_), nastavka cilindra istog prečnika visine 10 cm (slika 1_b_) i metalnog nabijača prečnika 5 cm, težine 2,5 N, u cilindričnoj vođici nešto većeg prečnika. Vođica je na donjem kraju otvorena, a na gornjem zatvorena, sa nešto širim otvorom za prolaz drške nabijača (slika 1_c_). Cilindar se donjim krajem postavlja na veću metalnu ploču i učvršćuje tokom nabijanja.
Uzorak se prema izvornom postupku osuši i proseje kroz sito otvora 5 mm da bi se izbegao uticaj velikih zrna. Zatim se meša sa količinom vode koja ne sme biti tolika da uzorak postane kašast, niti toliko mala da se uzorak ne može obrađivati. U cilindar sa nastavkom najpre se stavlja sloj visine oko 8 cm u nezbijenom stanju i nabija sa 25 udara ravnomerno raspoređenih po površini. Udar se izvodi slobodnim padom malja sa visine 30 cm. Nanosi se novi sloj debljine 8 cm, nabija sa novih 25 udara i postupak ponavlja sa trećim slojem. Po završetku se nastavak skida, površina uzorka poravnava sa ivicom donjeg cilindra, a višak zemlje uklanja. Uzorak nabijenog tla zatim se vadi i određuju se njegova suva zapreminska težina γd i vlažnost w.
Slika 1 — Proktorov opit.
Opit se ponavlja 5 do 6 puta, uvek sa svežim, neobrađenim materijalom iz istog uzorka, ali sa različitom količinom vode, kako bi se dobile različite vrednosti za γd i w. Na apscisu dijagrama nanosi se vlažnost tla w, a na ordinatu suva zapreminska težina γd (slika 2). Povezane tačke daju krivu koja pokazuje da suva zapreminska težina najpre raste sa vlažnošću do maksimuma, a zatim opada. Vlažnost wopt koja odgovara najvećoj suvoj zapreminskoj težini max γd naziva se optimalna vlažnost. U tekstu se usvaja da se pri toj vlažnosti postiže najveća zbijenost za datu energiju nabijanja. Ovako izveden opit naziva se standardni Proktorov opit.
Slika 2 — Proktorov dijagram.
Laboratorijska bezbednost i standard: dimenzije aparata, masa i pad nabijača, broj slojeva i udara i priprema uzorka ovde su istorijski preneti podaci, a ne samostalno uputstvo. Važeći postupak mora definisati odgovarajući standard i laboratorijski plan. Sušenje, prosejavanje i nabijanje nose rizike od prašine, letećih čestica, priklještenja i povrede udarnim alatom; potrebni su odgovarajuća oprema, zaštita i obučen operater.
Uticaj zrna veličine preko 5 mm
U izvornom tekstu navodi se da zrna veličine preko 5 mm nemaju znatniji uticaj ako čine do 25% ukupne mase. Ako ih ima više od 25%, njihov uticaj treba uzeti u obzir proračunom suve zapreminske težine mešavine po metodi proporcionalnosti ili modifikovanim Proktorovim opitom.
Proračun metodom proporcionalnosti
Po ovoj metodi suva zapreminska težina mešavine materijala tla γdm izračunava se na osnovu proporcionalne zastupljenosti zrna veličine preko i ispod 5 mm:
gde je:
- γd — suva zapreminska težina materijala koji je prošao kroz sito otvora 5 mm;
- γsc — zapreminska težina čvrstih čestica zaostalih na situ otvora 5 mm;
- m — težinski procenat materijala zaostalog na situ otvora 5 mm u odnosu na celu masu.
Modifikovani Proktorov opit
Prema iskustvima američkog Bureau of Reclamation navedenim u izvornom tekstu, ako zrna veća od 5 mm čine preko 1/3 do 2/3 ukupne mase tla, opit treba izvršiti sa ukupnom masom. Pošto to nije moguće uspešno uraditi u cilindru prečnika 10 cm, koristi se cilindar većeg prečnika u takozvanom modifikovanom Proktorovom opitu. Tekst opisuje cilindar prečnika 15,2 cm i visine 23,2 cm, u kojem se uzorak količine 5,5 kp nabija u tri približno jednaka sloja sa po 50 udara maljem težine 4,53 kp i visine pada 45,7 cm. Ako uzorak sadrži zrna do 20 mm, opit se vrši sa neporemećenim materijalom. Ako sadrži zrna krupnija od 20 mm, količina od 5,5 kp uzorka prosejava se kroz sito od 20 mm, a ostatak na situ zamenjuje materijalom veličine 5–20 mm.
Pored ovako opisanog postupka, u tekstu se svaki način izvođenja koji se razlikuje od standardnog takođe naziva modifikovanim Proktorovim opitom.
Energija zbijanja
Energija zbijanja uzorka u Proktorovom cilindru može se izraziti jednačinom, gde je N broj udara maljem, h visina pada malja u m, W težina malja u Mp (megapond), a V zapremina uzorka u m3.
Sa povećanjem energije zbijanja postiže se veća zbijenost uzorka, smanjuje njegova poroznost, odnosno količina vode u tlu, a povećava suva zapreminska težina. Za energije zbijanja E1, E2, E3 i E4 dobijaju se odgovarajući Proktorovi dijagrami na slici 3. Svi dijagrami asimptotski tangiraju dijagram zasićenja, koji se naziva i dijagram 0% vazdušnih pora kada su sve pore ispunjene vodom, odnosno 5% vazdušnih pora kada je 95% pora ispunjeno vodom.
Slika 3 — Proktorovi dijagrami za različite energije zbijanja.
Dijagram zasićenja može se konstruisati ako se na apscisu nanosi w = wz = n / γs(1-n), a na ordinatu γd = γs(1-n), gde je n poroznost tla, a γs zapreminska težina čvrstih čestica datog tla. Iz toga proizlazi da se energija zbijanja može podesiti tako da se dobije željena zbijenost. Za kontrolu zbijenosti prirodnog tla ili zbijenog nasipa u tekstu se često usvaja indeks zbijanja Iz, odnos suve zapreminske težine datog tla ili nasipa γd prema zapreminskoj težini dobijenoj po Proktoru γp:
Iz = γd / γp.
Projektovanje i kontrola na terenu: laboratorijska kriva sama ne potvrđuje kvalitet izvedenog sloja. Uzorkovanje, debljina sloja, vrsta i broj prolaza mašine, vlažnost, terenska merenja, nosivost, drenaža, susedni objekti i podzemne instalacije moraju biti obuhvaćeni projektom i planom kontrole. Ne prilaziti radnoj zoni valjka ili druge mehanizacije bez organizovane signalizacije i kontrole pristupa.