Danas je Savo Kusić fokusiran na drvene prozore, drvo-aluminijske prozore, prozore po narudžbi, vrata i zahtjeve za ponude. Ovaj tekst ostaje kao geotehnička arhiva i nije ponuda laboratorijskih ispitivanja, geotehničkog projektiranja ili zemljanih radova.
Postoji nekoliko načina za određivanje elemenata unutarnjeg otpora tla, kohezije i kuta unutarnjeg trenja pomoću laboratorijskih eksperimenata, među kojima su najpoznatiji testovi izravnog smicanja i triaksijalne kompresije.
Izravno iskustvo smicanja
Ispitivanje se provodi na aparatu s pravokutnim presjekom tipa A. Casagrandea ili na kružnom aparatu tipa Hvorsleva. Opisat ćemo pokus s uređajem pravokutnog presjeka koji se najviše koristi. U oba slučaja ispitivanje se provodi s neporemećenim uzorkom ili s poremećenim uzorkom na granici tečenja, u kojem slučaju ispitivanje ima usporednu vrijednost.
Uređaj za izravno rezanje pravokutnog presjeka (sl. 1)
Sl. 1_Poprečni presjek Casagrandeovog aparata za izravno smicanje_
Uređaj se sastoji od dva dijela, gornjeg i donjeg okvira, pri čemu je donji statičan, dok je gornji pomičan i može se pomicati na donjem pod utjecajem horizontalne sile Z, koja djeluje na ravninu kontakta gornjeg i donjeg okvira.
Uzorak tla stavlja se u čelični pravokutni prsten, obično veličine 100 × 100 × 30 mm, ili tih dimenzija kada se točno struže. Preko vrha i dna uzorka postavljaju se filter kamenčići, a potom se sve stavlja u prsten aparata koji se zatim puni vodom. Na uzorak se postavlja uređaj za vertikalno opterećenje. Gornji filtarski kamen povezan je sa sustavom vertikalnog opterećenja uzorka, dok je donji povezan s vodenim kanalima, pomoću kojih se uzorak može održavati u zasićenom stanju tijekom testa, kako bi se isključila prividna kohezija.
Kako bi se isključilo trenje na kontaktnim površinama između gornjeg i donjeg okvira, postoje uređaji s uvrnutim gornjim okvirom, pomoću kojih se gornji okvir pomiče pod djelovanjem horizontalne sile smicanja. Osim toga, dodirne površine gornjeg i donjeg okvira obložene su vazelinom. Još jedan komparator 2 za registraciju vertikalnih i horizontalnih deformacija uključen je u uređaj.
Izravni test smicanja
Postoje uglavnom 2 vrste izravnih testova smicanja: brzo i sporo ispitivanje. Brzi test sastoji se od opterećenja uzorka određenim vertikalnim tlakom, koji obično iznosi 0,50, nakon unošenja u aparaturu; 1,0; 2,0; 3,0 i 4,0 kp/cm2, pričekajte konsolidaciju, za koju se pretpostavlja da je postignuta ako se slijeganje tijekom 24 sati Δh ≤ 0,02 mm, a zatim primijenite horizontalnu posmičnu silu Z, vel. 1/20 ili 1/40 dio okomite sile P, koja se svake minute povećava za istu vrijednost dok tlo ne pukne. Tijekom djelovanja horizontalne posmične sile stalno se prati tijek kretanja gornjeg okvira očitavanjem na komparatoru, a horizontalne deformacije se bilježe u dnevnik neposredno prije svakog novog opterećenja. Trenutak u kojem komparator pokazuje iznenadni pokret prihvaća se kao prijelomni.
Brzi test primjenjuje se na glinastim tlima, čija je prirodna konsolidacija pod novim opterećenjem spora i odgovara ovom načinu izvođenja testa.
Slow test se izvodi na sličan način kao i prethodni s tom razlikom da horizontalna posmična sila raste u duljem vremenskom intervalu, koji može biti 2, 5 i 15 mminuta ili do konsolidacije, odnosno dok horizontalne deformacije ne postanu potpuno beznačajne. Tijek konsolidacije pod djelovanjem horizontalne sile prati se na komparatoru 9 (sl. 1).
Spori test primjenjuje se na pjeskovitom ili prašnjavom tlu, gdje bi se u slučaju povećanja horizontalne smične sile u kratkom vremenskom intervalu ubrzalo smicanje uzorka u aparaturi zbog utjecaja napregnute vode u porama, što ne bi odgovaralo prirodnom procesu. Stoga se vremenski interval povećava s usitnjavanjem nevezanih čestica tla, kako bi se omogućilo izjednačavanje tlaka vode u porama tla s vanjskim tlakom vode. Ovo izjednačavanje se postiže ostavljanjem dovoljno vremena pod utjecajem svake razine horizontalnog opterećenja, kako bi se višak vode u porama istisnuo kroz filter kamen.
Uz gore navedena ispitivanja, u određenim slučajevima provodi se brzi test bez konsolidacije pod vertikalnim opterećenjem, tj. horizontalna posmična sila se primjenjuje odmah nakon unošenja uzorka u aparat i njegovog opterećenja vertikalnim opterećenjem. Međutim, ovaj način izvođenja primjenjuje se u posebnim uvjetima, kao što je slučaj svježe postavljenog nasipa od glinene zemlje, koji se opterećuje neposredno nakon nasipanja bez prethodnog zbijanja.
Određivanje kuta unutarnjeg trenja i kohezije
Na temelju rezultata ispitivanja izračunava se smično naprezanje
τ=Z/A u kp/cm²,
koji se dobiva iz posmične sile Z u kp u trenutku sloma i površine poprečnog presjeka uzorka A u cm². Ispitivanje se provodi s aparatom od 3 do 4 koji je opterećen različitim normalnim tlakom σ=P/A u kp/cm² gdje je P okomito opterećenje uzorka u kp. Obično se uzimaju sljedeće vrijednosti normalnih tlakova: 1,0; 2,0; 3,0 i 4,0 kp/cm².
Sl. 2. Dijagram horizontalnih deformacija
Na temelju dijagrama elemenata unutarnjeg trenja dobivene su dvije vrste dijagrama 1 i dijagram horizontalnih deformacija (sl. 2).
Dijagram horizontalnih deformacija dobiva se primjenom horizontalnog pomaka ΔL u mm gornjeg okvira uređaja na donji na apscisnoj osi, koji se dobije očitavanjem komparatora 9, a na ordinatnoj osi odgovarajućeg posmičnog naprezanja τ u kp/cm² (sl. 2).
Ovisno o zbijenosti tla dobiva se dijagram 1 za zbijeni i dijagram 2 za rastresit materijal.
Za zbijeni materijal, posmično naprezanje τ u početku raste prilično oštro u odnosu na horizontalni pomak ΔL do granice proporcionalnosti P, zatim sporije, pri čemu krivulja dijagrama 1 raste i doseže maksimalnu visinu B, nakon čega se dijagram smanjuje kroz određenu duljinu, da bi na kraju dosegao horizontalno strujanje. Zona pravocrtnog penjanja dijagrama horizontalne deformacije, u kojoj je povećanje posmičnih naprezanja proporcionalno povećanju deformacije, pretpostavlja se područjem elastične deformacije. Iza granice P porast posmičnih naprezanja opada sukladno porastu deformacija ΔL do najviše točke B dijagrama. U ovoj zoni materijal počinje “teći” i ona se usvaja kao područje plastične deformacije. Najviša točka B dijagrama 1 predstavlja maksimalno posmično naprezanje max τ, te se pretpostavlja da u ovoj točki dolazi do loma tla, odnosno da je točka B točka loma. Iza točke B materijal je u tekućem stanju, posmična čvrstoća opada, te se pretpostavlja da u toj zoni, gdje je veza između čestica prekinuta, postoji samo otpor klizanju koji se suprotstavlja horizontalnoj posmičnoj sili. Točka G u kojoj dijagram 1 skreće u vodoravni smjer usvojena je kao klizna granica.
Smično naprezanje na granici sloma B naziva se posmična čvrstoća ili čista posmična čvrstoća τf, dok se smično naprezanje na granici tečenja G naziva čvrstoća klizanja τg.
Za rastresit materijal, horizontalni dijagram pomaka također ima elastično područje s granicom proporcionalnosti P, ali nizvodno je plastično područje do granice klizanja G, tj. maksimalno smično naprezanje jednako je granici čvrstoće, klizanja (τ=τg), iza koje je tekuće stanje materijala.
Sl. 3. Dijagram smicanja, a) za koherentna tla, b) za nekoherentna tla
Dijagram smicanja dobiva se kada se normalni tlak σ u kp/cm2 primijeni na apscisnu os, a odgovarajuća posmična čvrstoća τf u kp/cm2 na ordinatnu os, pri čemu se obje ove vrijednosti primjenjuju u istom omjeru (sl. 3). Budući da smična čvrstoća τf tla raste s normalnim tlakom σ, za različite pritiske σ1 dobit će se točke A, B, C i D koje predstavljaju odgovarajuće smične čvrstoće.
Da bi se dobile pojedinačne točke A, B, C i D na dijagramu 3 za koherentna tla (sl. 3a), usvojena je čvrstoća klizanja _τ_g. Međutim, u slučaju glinastog tla, materijal počinje teći mnogo prije nego što se dosegne granica klizanja G i postoji tendencija usvajanja čvrstoće na smicanje na granici proporcionalnosti P za određivanje kohezije c i kuta unutarnjeg trenja tla, ali budući da je ona relativno mala, često se usvaja čvrstoća na smicanje za koju je deformacija ΔL na dijagramu 2 dvostruko veća. deformacija na prethodnoj razini opterećenja u aparatu. Ova snaga je negdje između granice P i B, odnosno G (sl. 2).
Spajanje točaka A, B, C i D na dijagramu 76a daje dijagram smicanja, koji je ravna linija u uspješnim testovima. Proširenjem dijagrama do sjecišta s osi ordinata, za σ = 0, dobiva se na temelju Coulombovog uzorka τf = c+σ tgϕ da je τf = c = kohezija tla, dok nagib dijagrama prema horizontali daje kut unutarnjeg trenja. Proširenjem dijagrama smicanja s druge strane ordinatne osi, naprezanje uslijed kohezije pk dobiva se na apscisnoj osi, kada se veličina kohezije c izražava 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, jer za σ = 0 dobivamo τ = 0. Međutim, ako je pijesak sitnozrnat i mokar, dijagram sličan onom na sl. 3a, s manjom kohezijom c, što predstavlja prividnu koheziju. U tom slučaju, naprezanje pk na produženoj apscisnoj osi s druge strane koordinatnog ishodišta predstavlja kapilarno naprezanje.
Treba napomenuti da određivanje kohezije i trenja tla izravnim testom smicanja ima nekoliko nedostataka, od kojih su najvažniji da se lom tla događa na unaprijed određenoj površini smicanja, a ne na površini najmanjeg otpora na smicanje, da se tijekom smicanja uzorka u aparatu površina smicanja smanjuje zbog pomicanja gornjeg okvira na donjem, zatim da se deformacije uzorak tijekom smicanja može se pratiti samo na kratkoj duljini, tako da se otpor klizanja iznad granice loma ne može dovoljno kontrolirati, posebno u slučaju mekog tla kada su deformacije tijekom smicanja velike, itd.
Test triaksijalne kompresije
Ispitivanje se izvodi na troosnom aparatu, koji ima različite konstrukcije, ali se svi temelje na istom principu, a to je kako slijedi. Neporemećeni uzorak u obliku valjka postavlja se okomito na stalak i izlaže bočnom pritisku tekuće mase sa svih strana, a zatim vertikalnom pritisku koji postupno raste, sve dok se ne izazove lom uzorka na površini najmanjeg otpora na smicanje. Na temelju smične čvrstoće na prekid izračunavaju se kohezija i kut unutarnjeg trenja tla.
Opis triaksijalnog uređaja
Sl. 4. Triaksijalni aparat
Triaksijalni aparat (sl. 4) sastoji se u donjem dijelu temeljne ploče komore, na koju se oslanja stalak za uzorak, au gornjem dijelu klip za okomito opterećenje uzorka i gornja ploča koja zatvara komoru. Najčešće dimenzije uzorka su promjer ϕ=36 mm, visina h=2,2-2,5_ϕ_. Promjer komore je D=135mm, visina H = 180 mm. Uska cijev K1 počinje od središta stalka za uzorke za odvod uzorka s dna, koja prima vodu iz uzorka kroz poroznu ploču i odvodi je izvan komore u okomitu staklenu cijev C1. Ako se ispitivanje izvodi bez dreniranja uzorka, ovaj kanal služi za mjerenje tlaka vode u porama. U brončanoj bazi komore nalazi se kanal K2 za dovod tekuće mase u svrhu punjenja komore i postizanja bočnog pritiska u komori na uzorak.
Kroz gornju ploču komore prolazi ručka klipa za punjenje uzorka. Uzorak u komori obavijen je gumenom membranom koja je na oba kraja proširena i gumenim prstenovima je spojena na klip i bazu. U sredini klipa nalazi se kanal K3 za odvod uzorka s gornje strane.
Bočne strane komore su hermetički zatvorene cilindrom od pleksiglasa koji je fiksiran na gornju i donju ploču komore preko gumenih prstenova.
Komora je postavljena na čvrstu podlogu. Normalno opterećenje uzorka vrši se preko poluge s utezima čiji je omjer najčešće 1: 10. Sustav za postizanje bočnog tlaka na uzorak u komori sastoji se od boce s tekućom masom B, koja se pomoću cijevi dovodi u komoru, manometra za mjerenje tlaka zraka i boce sa komprimiranim zrakom. Komparator je postavljen iznad klipa za punjenje uzorka za mjerenje slijeganja uzorka pod opterećenjem.
Bočni tlak tekuće mase u komori može se podesiti po želji pomoću tlaka zraka u boci B, preko ventila V1 i V2. Taj pritisak uzrokuje horizontalna naprezanja u uzorku σ2 i σ3, koja su zbog kružnog presjeka uzorka izjednačena σ2 = σ3.
Tekuća masa može biti destilirana voda ili ulje, što je poželjno radi boljeg brtvljenja, jer voda može proći kroz vijke. Pod utjecajem tlaka zraka u boci B tekuća 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 okomito naprezanje σ1 = P/A
Izvođenje testa troosne kompresije
Uzorak za ispitivanje se obrađuje u posebnom aparatu, tako da se dobije valjak promjera 36 mm, visine 78 mm ili 90 mm, na koji se s gornje i donje strane postavlja filter kamenje i stavlja gumena membrana. Zatim se uzorak zajedno s filtarskim kamenčićima postavlja na postolje u komori, krajevi, gumene membrane se navlače preko stalka i klipa za punjenje i učvršćuju gumenim prstenovima. Prema praksi pojedinih laboratorija, poput prof. Skemptona u Londonu, dreniranje uzorka u komori tijekom testa ubrzava se oblaganjem stranica uzorka filter papirom koji se postavlja prije navlačenja gumene membrane. Kada se uzorak unese u aparat i cilindar od pleksiglasa učvrsti u gornjoj i donjoj ploči, moguće je provesti testove koji se mogu izvesti na nekoliko načina, kao što su sljedeći:
-
Nedrenirani testovi. U ovim testovima, dreniranje uzorka nije dopušteno tijekom primjene bočnog i okomitog testa, dok su ventili V4 i V5 zatvoreni.
-
Nedrenirani testovi s konsolidacijom. Tijekom primjene bočnog tlaka uzorak se drenira (ventili V4 i V5 su otvoreni), dok tijekom primjene vertikalnog tlaka drenaža nije dopuštena (V4 i V5 su zatvoreni).
3_) Iscijeđeni testovi_. Uzorak se isušuje tijekom cijelog trajanja testa (ventili V4 i V5 su otvoreni), tako da se tijekom primjene vertikalnog tlaka σ1 dogodi potpuna konsolidacija i da se u porama ne stvara voda pod stresom. Ovo ispitivanje traje dugo, posebno kod slabo propusnog tla, jer se vertikalno opterećenje σ1 mora izvoditi u velikom broju malih faza i u svakoj fazi treba čekati konsolidaciju. Osim toga, spomenuta ispitivanja mogu se provesti s zasićenim i djelomično zasićenim uzorcima_._
S obzirom na gore navedene mogućnosti, testovi troosne kompresije mogu se izvoditi u različitim varijantama i prilagođavati prema vrsti tla pod uvjetima opterećenja.
Opisani uređaji, postupci, jedinice, vrijednosti i obrasci prenose se iz povijesnog izvora. Tekst nije geotehnički elaborat, laboratorijski protokol, projekt temeljenja, dokaz stabilnosti kosine ili plan iskopa. Izbor uzorka i metode ispitivanja, stanje drenaže i konsolidacije, podzemne vode, režim opterećenja, seizmički utjecaji i sigurnost iskopa moraju se za konkretno tlo i građevinu, prema važećim propisima, utvrditi s odgovarajućim laboratorijem i ovlaštenim geotehničkim stručnjakom.