Važna stručna napomena: Ovaj članak je arhivski obrazovni pregled i nije geotehnička studija, važeći laboratorijski standard, proračun temelja ili uputstvo za upotrebu. Originalni termini, procedure, mjerne jedinice, vrijednosti, klasifikacije i reference na “naše propise” preneseni su bez provjere usklađenosti sa važećim standardima i propisima. Ispitivanje tla, izbor metode, interpretaciju rezultata i projektne odluke moraju izvršiti ovlašteni geotehnički stručnjaci i odgovarajuća laboratorija za određeni objekt i lokaciju.
Tema stišljivosti tla nije dio nove javne ponude Save Kusića. Trenutni fokus proizvodnje se sastoji od drveni prozori, drveni-aluminijski prozori i vrata po mjeri. Za određeni projekat prozora ili vrata, možete poslati zahtjev za ponudu.
Osnova testa edometra
Kompresibilnost tla se utvrđuje testom kompresije sa spriječenim bočnim širenjem, koji se također naziva edometarski test ili test konsolidacije.
Test se izvodi sa neporemećenim uzorcima, au nekim slučajevima i sa poremećenim. U prvom slučaju, ispitni uzorak se uzima utiskivanjem metalnih prstenova u veći, neometani uzorak, koji se zatim ubacuje u aparat zajedno s prstenom nakon što se odsiječe višak uzorka i poravna njegove površine s rubovima cilindra. U drugom slučaju, prsten se puni uzorkom u stanju konzistencije na tački tečenja i u tom stanju se uvodi u edometar.
Test se izvodi pomoću aparata koji je prvi konstruirao Terzaghi i koji se zove Oedometar. Danas postoji nekoliko različitih konstrukcija ovog aparata, ali se sve zasnivaju na istom principu, testiranju kompresije uzorka tla pod opterećenjem uz spriječeno bočno širenje.
Oedometar: opis uređaja
Sl. 1. Odometar
Oedometar se sastoji od metalnog cilindra u kojem se uzorak nalazi između dva filtera (sl. 1). Uzorak se unosi u aparat u metalnom prstenu prečnika 7-10 cm i visine 1-4 cm. Opterećenje P se prenosi na uzorak preko gornjeg filterskog kamena. Ispod donjeg kamena filtera nalaze se kanali na dnu cilindra za odvod vode iz uzorka u kapilarnu cijev, kao i za dovod vode. Budući da se kompresija uzorka vrši na račun pora, jer su čvrste čestice tla i voda u porama praktično nestišljive, potrebno je prilikom ispitivanja osigurati otjecanje vode iz uzorka, što je omogućeno pomoću filterskog kamena, kanala i kapilarne cijevi.
Na lijevoj strani uređaja nalazi se cijev za dovod vode sa slavinom ispred cilindra, dok je kapilarna cijev na desnoj strani, sa slavinom iza cilindra. Kapilarna cijev se također koristi za određivanje koeficijenta propusnosti tla k.
Ispit
Kada se uzorak stavi u cilindar i aparat sklopi, zatvorite lijevu slavinu, dovod vode i otvorite desnu slavinu, da voda teče u kapilarnu cijev. Zatim se pristupa opterećenju uzorka, koje se primjenjuje postepeno. Obično se primjenjuju sljedeća opterećenja:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2i dalje do najvećeg očekivanog opterećenja tla ispod zgrade, uglavnom do10kp/cm2, a sa branama može i više20kp/cm2. Na svakom nivou opterećenja, u trenutku njegove primjene, pokreće se štoperica i to u određenim vremenskim intervalima15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2h5h24h, zatim svaki put dalje24h, do konsolidacije uzorka pod tim nivoom opterećenja, na komparatoru se očitava odgovarajuće slijeganje u hiljaditim dijelovima milimetra i upisuje u zapisnik. Pretpostavlja se da je konsolidacija postignuta ako je slijeganje uzorka Δh ≤0,02 mmza vrijeme od24sat. Nakon što je konsolidacija postignuta, primjenjuje se sljedeći nivo opterećenja i cijeli postupak se ponavlja na isti način i tako do konačnog nivoa opterećenja.
Ispitivanje konsolidacije sa spriječenim bočnim širenjem provodi se uz opterećenje i rasterećenje, kako bi se utvrdila elastična svojstva tla. Nakon što smo uzorak opteretili do određenog stepena, rasterećemo ga istom postupnošću kao što smo ga učitavali. Reljef se obično radi naknadno2,0kp/cm2,4,0kp/cm2i6,0kp/cm2.
Ispitivanje se po pravilu izvodi sa uzorkom pod vodom, koji se drži na lijevoj staklenoj cijevi u visini gornje površine uzorka u aparatu. Ispitivanje stišljivosti uzorka u prisustvu vode se radi iz tog razloga, jer ispitivanje traje dugo i uzorak se za to vrijeme suši, zbog čega bi stišljivost uzorka bila manja od stvarne stišljivosti tla u prirodnom stanju vlage. Osim toga, prirodna vlažnost tla može biti veća nego što je bila u vrijeme uzorkovanja, posebno kada se nivo podzemne vode podigne, što bi moglo dovesti do značajnog odstupanja od stvarne stišljivosti tla tokom vremenskog perioda visokog vodostaja.
Rezultati testa se primjenjuju na tri tipa dijagrama, naime dijagram relativne kompresije, dijagram promjene koeficijenta poroznosti i dijagram vremenskog slijeganja.
Dijagram relativne kompresije
Ovaj dijagram se dobija kada se na uzorak primijeni normalan pritisak na osi apscise σ = P/A, gdje je P opterećenje koje djeluje na uzorak preko gornjeg filterskog kamena u kp/cm2, A je površina poprečnog presjeka uzorka, a kompresija na xi je relativna površina uzorka u Δh/h gdje je Δh slijeganje uzorka pod opterećenjem Δσ tokom konsolidacije, h visina uzorka prije opterećenja (sl. 2).
Sl. 2. Dijagram relativne kompresije
Tokom opterećenja dobija se dijagram primarne kompresije a.
U toku istovara, ako je omogućen nesmetan unos vode, tako da je uzorak ostao pod vodom tokom istovara, vraća se u prvobitno stanje, odnosno bubrenje. Međutim, uzorak se ne vraća u početno stanje, što znači da je osim elastične prošao i plastičnu (trajnu) deformaciju. Stoga se u ovom slučaju dijagram bubrenja b dobija tokom istovara. Međutim, ako je test obavljen bez primanja vode, umjesto dijagrama bubrenja koristi se takozvani dijagram elastičnosti.
Ako se uzorak ponovo učita nakon pražnjenja, dobija se dijagram sekundarne kompresije c. Dijagram bubrenja i dijagram sekundarne kompresije c formiraju histereznu petlju između njih. U glini su histerezne petlje značajne i stoga se deformacije u području bubrenja i sekundarne kompresije (dijagrami b i c) ne smatraju elastičnim, već reverzibilnim, jer nisu proporcionalne opterećenju prema Hookeovom zakonu. Deformacije u području primarne kompresije (dijagram a) u dijelu gdje se nisu vratile su trajne (nepovratne).
Modul kompresije tla
Iz dijagrama relativne kompresije dobijamo prema Hookeovom zakonu analogno Jungovom modulu elastičnosti E za elastični materijal, modul stišljivosti tla Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
gdje je Δσ prirast opterećenja, Δh/h odgovarajuća relativna kompresija, koja je uzeta iz dijagrama primarne kompresije a (sl. 2).
Modul stišljivosti tla Ms razlikuje se od modula elastičnosti E elastičnog materijala, jer Ms nije konstantan za jedan te isti materijal već je promjenjiv i raste s normalnim opterećenjem σ. Stoga se jedna specifična vrijednost modula stišljivosti Ms može dati samo za jedan uski interval normalnog opterećenja tla Δσ. Ako je vrijednost modula Ms veća, stišljivost tla je manja i obrnuto. Prema našim temeljnim propisima usvojen je sljedeći kriterij za modul stišljivosti tla u njegovom prirodnom stanju:
Klasifikacija u nastavku je prenesena iz originalnog teksta, uključujući ponovljeni interval 100-400 kp/cm2. Nije provjereno niti usklađeno sa važećim propisima.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 izvanredno stišljivo tlo
Ms = 20 - 50 kp/cm2 veoma stišljivo tlo
Ms = 50 - 100 kp/cm2 srednje stišljivo tlo
Ms = 100 - 400 kp/cm2 manje stisljivo tlo
Ms = 100 - 400 kp/cm2 blago stisljivo tlo
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 blago stisljivo tlo
Ms > 1000 kp/cm2 vrlo nisko stišljivo tlo.
Modul elastičnosti tla
Na isti način dobijamo modul elastičnosti tla E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
gdje je relativni prirast kompresije Δh/h uzet iz dijagrama elastičnosti tla za odgovarajući normalni prirast pritiska Δσ.
Normalno konsolidovano i prekomerno konsolidovano tlo
Sl.3. Dijagram promjene koeficijenta poroznosti poremećenog uzorka tla
Ako izvršimo edometarski test sa poremećenim uzorkom, koji smo uneli u aparat na granici tečenja, a rezultate testa iscrtamo na dijagramu promene koeficijenta poroznosti e u zavisnosti od pritiska σ (Sl.3) tok konsolidacije je predstavljen dijagramima 1 za primarno opterećenje, 2 za olakšanje, 3 za sekundarno opterećenje do granice a primarnog proširenja opterećenja σa i 4 preko te granice.
Dijagram reljefa2i dijagram sekundarne kompresije3formiraju histereznu petlju iza koje se nalazi dijagram4nastavlja u produžetku dijagrama1, bez lomljenja, kao da nije bilo istovara i pretovara.
Sl.4. Dijagram promjene koeficijenta poroznosti neporemećenog uzorka tla
Međutim, ako edometarski test izvršimo na isti način kao i ranije sa neometanim uzorkom uzetim sa određene dubine tla (sl.4), dijagram za sekundarno opterećenje3će pokazati pri jednom specifičnom opterećenju σb lom u tački b, nakon čega će se dijagram nastaviti4imaju veći nagib. Do ovog loma je došlo jer je tlo iz kojeg je uzet uzorak bilo pod većim opterećenjem p=γt od opterećenja uzorka σ u edometru. Veće opterećenje p potiče od težine postojećih gornjih slojeva tla na površinu terena, što nazivamo tlakom tla, ili od opterećenja ranijih slojeva tla odnesenih tokom vremena erozijom ili od morenskog tla ili leda, što nazivamo predopterećenjem. Pojava prekomjerne konsolidacije posebno je karakteristična za glinu, gdje razlikujemo normalno konsolidovanu i prekomjerno konsolidovanu glinu.
Normalno konsolidovana glina
Normalno konsolidovana glina je na manjim dubinama ispod površine tla, koja prethodno nije bila izložena predopterećenju. Uzorak ove gline, nabijen u edometar opterećenjima većim od težine gornjih slojeva “pritiska tla”, pokazuje kontinuirani tok konsolidacije, bez prekida u dijagramu relativne kompresije ili u dijagramu promjene koeficijenta poroznosti. Slijeganje ove gline pod opterećenjem objekta je normalno, tj. pod određenim opterećenjem slijeganje se vremenom smanjuje.
Previše konsolidovana glina
Previše konsolidovana glina je na većim dubinama ili je prethodno bila izložena predopterećenju. Uzorak ove gline nabijen u edometar s pritiskom većim od pritiska tla ili predopterećenja pokazuje lom na dijagramu relativne kompresije ili na dijagramu promjene koeficijenta poroznosti, tzv. geološka pukotina g, sa jakom promjenom smjera (sl. 5a). Slijeganje ove gline ispod konstrukcije je malo za opterećenja ispod pritiska tla ili predopterećenja σ1, ali postaje znatno veće za opterećenja iznad σ1.
Ako geološka pukotina nije jasno definisana, onda se ona određuje pomoću tangenta na dijagram (sl. 5b).
Sl.5. Diagram promjene koeficijenta poroznosti prekomjerno konsolidirane gline
Dijagram vremenskog poravnanja
Ovaj dijagram, koji se naziva i dijagram konsolidacije, dobija se kada se za svaki stepen opterećenja uzorka u edometru vrijeme t u satima primijeni na osu apscise, a slijeganje u mm na osu ordinate (Sl.6a) ili u % ukupnog obračuna (Sl.6b).
Sl.6. Vremenski dijagram poravnanja
Nevezana i vezana tla se različito ponašaju pod opterećenjem. Rastresita tla, kao što je pijesak, imaju velike pore, iz kojih se pod opterećenjem brzo istiskuje voda, tako da se tlo brzo slegne, pri čemu se najveće slijeganje javlja na početku opterećenja i dostiže konačno slijeganje pri datom opterećenju u relativno kratkom vremenskom intervalu. Kohezivna tla poput gline imaju male pore iz kojih je teško istisnuti vodu pod opterećenjem. Postoje dvije faze u vremenskom procesu slijeganja zbijenog tla. U prvoj fazi, odmah nakon primjene opterećenja na tlo, budući da voda ne može istjecati iz pora, ono postaje pod stresom i prima cjelokupno primijenjeno opterećenje. U drugoj fazi, napregnuta pora voda počinje istiskivati pod vlastitim naprezanjem uslijed opterećenja, koje se postupno prenosi na čvrste čestice tla. U ovoj drugoj fazi, čestice se spajaju i pore se skupljaju. Proces slijeganja se nastavlja sve dok se voda pod pritiskom ne istisne iz pora, odnosno dok ne prestane napregnuto stanje vode u porama. Stoga je konsolidacija tla prvenstveno hidrodinamički problem, koji ovisi o propusnosti i poroznosti tla. U slučaju gline čija je propusnost niska, proces konsolidacije može potrajati jako dugo, a osim toga, slijeganja mogu biti znatno veća zbog veće ukupne poroznosti nego u slučaju pijeska. Na osnovu testa konsolidacije može se izvršiti proračun vremenskog toka poravnanja za cijelo vrijeme trajanja komasacije i u pojedinim fazama.