Danas je Savo Kusić fokusiran na drvene prozore, drvo-aluminijum prozori, prilagođeni prozori, vrata i zahtjevi za ponudu. Ovaj tekst ostaje kao geotehnička arhiva i nije ponuda za laboratorijska ispitivanja, geotehničko projektovanje ili zemljane radove.
Postoji nekoliko načina za određivanje elemenata unutrašnjeg otpora tla, kohezije i kuta unutrašnjeg trenja pomoću laboratorijskih ispitivanja, među kojima su najpoznatiji direktni smični test i _triaksijalni kompresijski test.
Iskustvo direktnog smicanja
Ispitivanje se provodi na aparatu s pravokutnim presjekom tipa A. Casagrandea ili na kružnom aparatu tipa Hvorsleva. Opisaćemo eksperiment sa uređajem pravougaonog preseka, koji je najčešće korišćen. U oba slučaja, ispitivanje se izvodi sa neporemećenim uzorkom, ili sa poremećenim uzorkom na tački popuštanja, u kom slučaju test ima uporednu vrednost.
Aparat za direktno sečenje pravougaonog preseka (sl. 1)
Sl. 1_Poprečni presjek Casagrandeovog aparata za direktno smicanje_
Uređaj se sastoji iz dva dela, gornjeg i donjeg okvira, pri čemu je donji statičan, dok je gornji pomičan i može se pomerati na donji pod uticajem horizontalne sile Z, koja deluje na ravni kontakta gornjeg i donjeg okvira.
Uzorak tla se stavlja u čelični pravougaoni prsten, obično veličine 100 × 100 × 30 mm, ili tih dimenzija kada se precizno struže. Na vrh i dno uzorka se postavljaju filterske kamenice, a zatim se sve stavlja u prsten aparata koji se zatim puni vodom. Na uzorak se postavlja uređaj za vertikalno opterećenje. Gornji filterski kamen je povezan sa sistemom vertikalnog opterećenja uzorka, dok je donji povezan sa vodenim kanalima, pomoću kojih se uzorak može održavati u zasićenom stanju tokom ispitivanja, kako bi se isključila prividna kohezija.
Da bi se isključilo trenje na kontaktnim površinama između gornjeg i donjeg okvira, postoje uređaji sa uvrnutim gornjim okvirom, pomoću kojih se gornji okvir pomiče pod dejstvom horizontalne sile smicanja. Dodatno, kontaktne površine gornjeg i donjeg okvira premazane su vazelinom. U uređaj je uključen još jedan 2 komparator za registrovanje vertikalnih i horizontalnih deformacija.
Provođenje direktnih testova smicanja
Postoje uglavnom 2 vrste direktnog testa smicanja: brzi i spor test. Quick test se sastoji u opterećivanju uzorka određenim vertikalnim pritiskom, koji obično iznosi 0,50, nakon uvođenja u aparat; 1,0; 2,0; 3,0 i 4,0 kp/cm2, sačekajte konsolidaciju, za koju se pretpostavlja da je postignuta ako je slijeganje postignuto tokom 24 sati Δh ≤ 0,02 mm, a zatim primijenite horizontalnu posmičnu silu Z 1/20 ili 1/40 dio vertikalne sile P, koja se povećava svake minute za istu vrijednost dok se tlo ne slomi. Prilikom primjene horizontalne sile smicanja, tok kretanja gornjeg okvira se konstantno prati očitavanjem na komparatoru i horizontalne deformacije se bilježe u dnevnik neposredno prije svakog novog opterećenja. Trenutak u kojem komparator pokazuje iznenadno kretanje se usvaja kao prelom temelja.
Brzi test se primjenjuje na glinovitim zemljištima, čija je prirodna konsolidacija pod novim opterećenjem spora i odgovara ovom načinu izvođenja ispitivanja.
Slow test se izvodi na sličan način kao i ranije sa jedinom razlikom što horizontalna sila smicanja raste u dužem vremenskom intervalu, koji može biti 2, 5 i 15 mminuta ili dok konsolidacija ne postane potpuno horizontalna, tj. dok ne postane potpuno horizontalna designacija. Tok konsolidacije pod dejstvom horizontalne sile prati se na komparatoru 9 (sl. 1).
Sporo test se primjenjuje na pjeskovitom ili prašnjavom tlu, gdje bi se u slučaju povećanja horizontalne sile smicanja u kratkom vremenskom intervalu, smicanje uzorka u aparatu ubrzalo uslijed djelovanja napregnute vode u porama, što ne bi odgovaralo prirodnom procesu. Stoga se vremenski interval povećava sa finoćom nevezanih čestica tla, kako bi se omogućilo izjednačavanje pritiska vode u porama tla sa vanjskim pritiskom vode. Ovo izjednačavanje se postiže ostavljanjem dovoljno vremena pod uticajem svakog nivoa horizontalnog opterećenja, tako da se višak vode u porama istiskuje kroz filter kamen.
Pored gore navedenih ispitivanja, u određenim slučajevima se izvodi brzi test bez konsolidacije pod vertikalnim opterećenjem, tj. horizontalna posmična sila se primjenjuje odmah nakon unošenja uzorka u aparat i opterećenja vertikalnim opterećenjem. Međutim, ovaj način izvođenja se primjenjuje pod posebnim uslovima, kao što je slučaj tek postavljenog nasipa od glinenog tla, koji se utovaruje odmah nakon nasipa bez prethodnog zbijanja.
Određivanje ugla unutrašnjeg trenja i kohezije
Na osnovu rezultata ispitivanja izračunava se posmično naprezanje
τ=Z/A u kp/cm²,
koji se dobija iz sile smicanja Z u kp u trenutku loma i površine poprečnog presjeka uzorka A u cm². Test se radi sa aparatom 3 do 4 opterećenim različitim normalnim pritiskom σ=P/A u kp/cm² gdje je P vertikalno opterećenje uzorka u kp. Obično se uzimaju sljedeće vrijednosti normalnih pritisaka: 1,0; 2,0; 3,0 i 4,0 kp/cm².
Sl. 2. Dijagram horizontalnih deformacija
Na osnovu dijagrama elemenata unutrašnjeg trenja dobijaju se dva tipa dijagrama 1 i dijagram horizontalnih deformacija (sl. 2).
Diagram horizontalnih deformacija se dobija primjenom horizontalnog pomaka ΔL u mm gornjeg okvira uređaja na donji na osi apscise, što se dobija očitanjem komparatora 9, a na ordinatnoj osi odgovarajućeg posmičnog naprezanja u ksp/τ 2).
U zavisnosti od zbijenosti tla dobija se dijagram 1 za zbijeni i dijagram 2 za rastresiti materijal.
Za zbijeni materijal, posmično naprezanje τ raste u početku prilično naglo u odnosu na horizontalni pomak ΔL do granice proporcionalnosti P, zatim sporije, pri čemu se kriva dijagrama 1 povećava i dostiže maksimalnu visinu B, nakon čega se dijagramska dužina smanjuje do određenog događaja dijagrama. Zona pravolinijskog penjanja dijagrama horizontalne deformacije, u kojoj je povećanje posmičnog naprezanja proporcionalno povećanju deformacije, pretpostavlja se područjem elastične deformacije. Iza granice P, povećanje posmičnog naprezanja opada u skladu s povećanjem deformacija ΔL do najviše točke B dijagrama. U ovoj zoni materijal počinje da “teče” i usvaja se kao područje plastične deformacije. Najviša tačka B dijagrama 1 predstavlja maksimalno posmično naprezanje max τ, a pretpostavlja se da se u ovoj tački javlja lom tla, odnosno ta tačka B je tačka loma. Iza tačke B materijal je u tekućem stanju, smična čvrstoća opada, a pretpostavlja se da u ovoj zoni, gdje je veza između čestica prekinuta, postoji samo otpor klizanja koji se suprotstavlja horizontalnoj posmičnoj sili. Tačka G u kojoj dijagram 1 skreće u horizontalni smjer je usvojena kao klizna granica.
Smični napon na granici sloma B naziva se posmična čvrstoća ili čista posmična čvrstoća τf, dok se posmično naprezanje na granici popuštanja G naziva čvrstoća klizanja τg.
Za rastresiti materijal, dijagram horizontalnog pomaka također ima elastično područje s granicom proporcionalnosti P, ali nizvodno je plastično područje do granice klizanja G, tj. maksimalno naprezanje smicanja je jednako graničnoj čvrstoći, klizanju (τ=τg), iznad koje je tečno stanje materijala.
Sl.3. Diagram smicanja, a) za koherentna tla, b) za nekoherentna tla
Dijagram smicanja se dobija kada se normalni pritisak σ u kp/cm primeni na osu apscise2, a na osi ordinate odgovarajuća posmična čvrstoća τf u kp/cm2, pri čemu se obje ove vrijednosti primjenjuju u istoj skali (sl.3). Budući da se smična čvrstoća tla τf povećava s normalnim pritiskom σ, ona će za različite pritiske σ1 dobiju točke A, B, C i D, koje predstavljaju odgovarajuće posmične čvrstoće.
Dobiti pojedinačne tačke A, B, C i D na dijagramu3za koherentna tla (sl.3a) usvojena je snaga klizanja τ_g. Međutim, u slučaju glinovitog tla, materijal počinje teći mnogo prije nego što se dostigne granica klizanja G, i postoji tendencija da se usvoji čvrstoća na smicanje na granici proporcionalnosti P kako bi se odredila kohezija c i ugao unutrašnjeg trenja tla, ali budući da je relativno mali, čvrstoća na smicanje za koju se deformacija L često usvaja na dijagramu _Δ2dvostruko veća od deformacije u prethodnoj fazi opterećenja u aparatu. Ova snaga je negdje između granice P i B, odnosno G (sl.2).
Spajanjem tačaka A, B, C i D na dijagramu76i dobije se dijagram smicanja, koji je prava linija u uspješnim ispitivanjima. Proširenjem dijagrama do sjecišta s ordinatnom osom, za σ =0, dobija se na osnovu Coulombovog uzorka τf = c+σ tgϕ da je τf = c = kohezija tla, dok nagib dijagrama prema horizontali daje kut unutrašnjeg trenja. Proširenjem dijagrama smicanja na drugu stranu ordinatne ose, na osi apscise dobija se napon zbog kohezije pk, kada je veličina kohezije c izražena kao ekvivalent otpora trenja:
c = pk tgϕ, odakle je pk = c/tgϕ
Za nekoherentna tla, kao što je pijesak, dijagram na sl. 3b, koji prolazi kroz koordinatni početak, pošto za σ = 0 dobijamo τ = 0. Međutim, ako je pijesak sitnozrnat i mokar, dijagram sličan onom na sl. 3a, sa manjom kohezijom c, koja predstavlja prividnu koheziju. U tom slučaju, napon pk na proširenoj apscisa osi na drugoj strani koordinatnog početka predstavlja kapilarni napon.
Treba napomenuti da određivanje kohezije i trenja tla ispitivanjem direktnog smicanja ima nekoliko nedostataka, od kojih su najvažniji to što se lom tla događa na unaprijed određenoj posmičnoj površini, a ne na površini najmanjeg otpora na smicanje, da prilikom smicanja uzorka u aparatu, do smicanja uzorka u aparatu, dolazi do smanjenja posmičnog pomaka na donjoj površini okvira. deformacije uzorka tokom smicanja mogu se pratiti samo na kratkoj dužini, tako da se otpor klizanja iznad granice loma ne može dovoljno kontrolisati, posebno u slučaju mekog tla kada su deformacije tokom smicanja velike, itd.
Triaksijalni test kompresije
Test se izvodi na triaksijalnom aparatu, koji ima različite konstrukcije, ali se svi zasnivaju na istom principu, a to je kako slijedi. Neporemećeni uzorak u obliku valjka postavlja se okomito na postolje i izlaže bočnom pritisku tečne mase sa svih strana, a zatim vertikalnom pritisku, koji se postepeno povećava, sve dok ne dođe do loma uzorka na površini najmanjeg smicanja. Na osnovu otpornosti na smicanje pri prekidu, izračunavaju se kohezija i ugao unutrašnjeg trenja tla.
Opis triaksijalnog uređaja
Sl. 4. Triaksijalni aparat
Triaksijalni aparat (sl. 4) se sastoji u donjem dijelu osnovne ploče komore, na koju se oslanja postolje za uzorke, te u gornjem dijelu klipa za vertikalno opterećenje uzorka i gornje ploče koja zatvara komoru. Najčešće dimenzije uzorka su prečnik ϕ=36 mm, visina h=2,2-2,5_ϕ_. Prečnik komore je D=135mm, visina H = 180 mm. Uska cijev K1 počinje od centra stalka za uzorke za drenažu uzorka sa dna, koja prima vodu iz uzorka kroz poroznu ploču i odvodi je izvan komore u vertikalnu staklenu cijev C1. Ako se ispitivanje izvodi bez dreniranja uzorka, ovaj kanal služi za mjerenje pritiska vode u porama. U bronzanoj bazi komore nalazi se kanal K2 za dovod tečne mase kako bi se komora napunila i postigao bočni pritisak u komori na uzorak.
Kroz gornju ploču komore prolazi ručka klipa za punjenje uzorka. Uzorak u komori je okružen gumenom membranom, koja je na oba kraja produžena i povezana je sa klipom i bazom pomoću gumenih prstenova. U sredini klipa nalazi se kanal K3 za odvod uzorka sa gornje strane.
Bočne strane komore su hermetički zatvorene cilindrom od pleksiglasa koji je pričvršćen za gornju i donju ploču komore preko gumenih prstenova.
Komora je postavljena na čvrstu podlogu. Normalno punjenje uzorka vrši se preko poluge sa utezima, čiji je odnos najčešće 1: 10. Sistem za postizanje bočnog pritiska na uzorak u komori sastoji se od boce tečne mase B koja se u komoru dovodi pomoću cevi, manometra za merenje pritiska vazduha i boce sa komprimovanim vazduhom. Iznad klipa se postavlja komparator za punjenje uzorka radi mjerenja slijeganja uzorka pod opterećenjem.
Bočni pritisak tečne mase u komori može se podesiti po želji pomoću pritiska vazduha u boci B, preko ventila V1 i V2. Ovaj pritisak izaziva horizontalna naprezanja u uzorku σ2 i σ3, koja se zbog kružnog preseka uzorka izjednačavaju σ2 = σ3.
Tečna masa može biti destilovana voda ili ulje, što je poželjno za bolje zaptivanje, jer voda može proći kroz šrafove. Pod uticajem pritiska vazduha u boci B tečna masa ispunjava komoru do ventila V6, koji se zatim zatvara. Vertikalno opterećenje uzorka P, koje se gotovo bez trenja prenosi na uzorak preko drške klipa, podijeljeno s površinom poprečnog presjeka uzorka A daje vertikalni napon σ1 = P/A
Izvođenje testa triaksijalne kompresije
Za ispitni uzorak se obrađuje u posebnom aparatu, tako da se dobije valjak prečnika 36 mm, visine 78 mm ili 90 mm, na koji se odozgo i odozdo postavljaju filterske kamenice i stavlja gumena membrana. Zatim se uzorak zajedno sa filterskim kamenjem postavlja na postolje u komori, krajevi, gumene membrane se navlače preko postolja i utovarnog klipa i učvršćuju gumenim prstenovima. Prema praksi pojedinih laboratorija, poput prof. Skemptona u Londonu, dreniranje uzorka u komori tokom ispitivanja ubrzava se oblaganjem stranica uzorka filter papirom, koji se postavlja prije nego što se navuče gumena membrana. Kada se uzorak unese u aparat i cilindar od pleksiglasa fiksira u gornju i donju ploču, moguće je izvršiti ispitivanja koja se mogu izvesti na nekoliko načina, kao što su:
-
Testovi bez dreniranja. U ovim testovima, dreniranje uzorka nije dozvoljeno tokom primjene bočnog i vertikalnog testa, dok su ventili V4 i V5 zatvoreni.
-
Nedrenirani testovi sa konsolidacijom. Prilikom primene bočnog pritiska uzorak se drenira (ventili V4 i V5 su otvoreni), dok tokom primene vertikalnog pritiska drenaža nije dozvoljena (V4 i V5 su zatvoreni).
3_) Isušeni testovi_. Uzorak se drenira tokom celog trajanja ispitivanja (ventili V4 i V5 su otvoreni), tako da dolazi do potpune konsolidacije i da se ne stvara napregnuta voda u porama tokom primene vertikalnog pritiska σ1. Ovo ispitivanje traje dugo, posebno kod slabo propusnog tla, jer se vertikalno opterećenje σ1 mora izvoditi u velikom broju malih faza i sačekati konsolidaciju u svakoj fazi. Osim toga, pomenuti testovi se mogu izvesti sa zasićenim i djelomično zasićenim uzorcima_._
S obzirom na gore navedene mogućnosti, triaksijalna ispitivanja kompresije se mogu izvoditi u različitim varijantama i prilagođavati prema vrsti tla pod uslovima opterećenja.
Opisani uređaji, procedure, jedinice, vrijednosti i obrasci se prenose iz istorijskog izvora. Tekst nije geotehnička studija, laboratorijski protokol, projekat temelja, dokaz stabilnosti kosine ili plan iskopa. Izbor uzorka i metode ispitivanja, stanje drenaže i konsolidacije, podzemne vode, režim opterećenja, seizmički uticaji i sigurnost iskopa moraju se utvrditi za konkretno tlo i objekat, prema važećim propisima, uz odgovarajuću laboratoriju i ovlaštenog geotehničkog stručnjaka.