Važna stručna napomena: Ovaj je članak arhivski obrazovni pregled i nije geotehnička studija, važeći laboratorijski standard, izračun temelja ili priručnik s uputama. Izvorni uvjeti, postupci, mjerne jedinice, vrijednosti, klasifikacije i reference na “naše propise” preneseni su bez provjere usklađenosti s važećim standardima i propisima. Ispitivanje tla, izbor metode, interpretaciju rezultata i projektne odluke moraju provoditi ovlašteni geotehničari i odgovarajući laboratorij za konkretan objekt i lokaciju.
Tema stišljivosti tla nije dio nove javne ponude Save Kusića. Trenutačni fokus proizvodnje sastoji se od drvenih prozora, drveno-aluminijskih prozora i vrata po narudžbi. Za određeni projekt prozora ili vrata možete poslati zahtjev za ponudu.
Osnova testa edometra
Stlačivost tla određuje se testom kompresije sa spriječenim bočnim širenjem, koji se također naziva test edometrom ili testom konsolidacije.
Ispitivanje se provodi s neporemećenim uzorcima, au nekim slučajevima i s poremećenima. U prvom slučaju, ispitni uzorak se uzima utiskivanjem metalnih prstenova u veći, neporemećeni uzorak, koji se zatim zajedno s prstenom unosi u aparaturu nakon što se odsiječe višak uzorka i njegove površine poravnaju s rubovima cilindra. U drugom slučaju, prsten se puni uzorkom u stanju konzistencije na granici tečenja iu tom stanju se unosi 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 sve se temelje na istom principu, testiranju kompresije uzorka tla pod opterećenjem sa spriječenim bočnim širenjem.
Edometar: opis uređaja
Sl. 1. Odometar
Oedometar se sastoji od metalnog cilindra u kojem se uzorak nalazi između dva filtarska kamena (sl. 1). Uzorak se unosi u aparat u metalnom prstenu promjera 7-10 cm i visine 1-4 cm. Opterećenje P prenosi se na uzorak preko gornjeg filterskog kamena. Ispod donjeg filtarskog kamena na dnu cilindra nalaze se kanali za odvod vode iz uzorka u kapilarnu cijev, kao i za dovod vode. Budući da se kompresija uzorka vrši na račun pora, jer su čestice krutog tla i voda u porama praktički nestlačive, potrebno je tijekom ispitivanja osigurati otjecanje vode iz uzorka, što je omogućeno pomoću filter kamena, kanala i kapilarne cijevi.
Sa lijeve strane uređaja je cijev za dovod vode sa slavinom ispred cilindra, dok je kapilarna cijev sa desne strane sa slavinom iza cilindra. Kapilarna cijev se također koristi za određivanje koeficijenta propusnosti tla k.
Ispit
Kada je uzorak stavljen u cilindar i aparat sastavljen, zatvorite lijevu slavinu, dovod vode, i otvorite desnu slavinu, da voda teče u kapilarnu cijev. Zatim se pristupa opterećenju uzorka koje se primjenjuje postupno. Obično se primjenjuju sljedeća opterećenja: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 i dalje do najvećeg opterećenja tla koje se očekuje ispod zgrade, uglavnom do 10 kp/cm2, a za brane može biti i više do 20 kp/cm2. Na svakoj razini opterećenja, u trenutku njegove primjene, pokreće se štoperica iu određenim vremenskim intervalima 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, zatim svaki daljnji 24h, do konsolidacije uzorka pod tom razinom opterećenja, na komparatoru se očitava odgovarajuće slijeganje u tisućinkama milimetra i bilježi u zapisnik. Za konsolidaciju se pretpostavlja da je postignuta ako je taloženje uzorka Δh ≤ 0,02 mm za vrijeme od 24 sati. Nakon što se postigne konsolidacija, primjenjuje se sljedeća razina opterećenja i cijeli postupak se ponavlja na isti način i tako dalje do konačne razine opterećenja.
Ispitivanje konsolidacije sa spriječenim bočnim rastezanjem izvodi se uz opterećenje i rasterećenje, kako bi se utvrdila elastična svojstva tla. Nakon što smo uzorak opteretili do određenog stupnja, rasterećujemo ga istom postupnošću kojom smo ga opterećivali. Olakšanje se obično vrši nakon 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 i 6,0 kp/cm2.
Ispitivanje se u pravilu izvodi s uzorkom pod vodom koji se drži na lijevoj staklenoj cijevi u visini gornje površine uzorka u aparatu. Ispitivanje stlačivosti uzorka u prisutnosti vode radi se iz tog razloga, jer ispitivanje traje dugo i za to vrijeme se uzorak suši, zbog čega bi stlačivost uzorka bila manja od stvarne stlačivosti tla u prirodnom stanju vlažnosti. Osim toga, prirodna vlažnost tla može biti viša nego što je bila u vrijeme uzorkovanja, posebno kada se razina podzemne vode podigne, što može dovesti do značajnog odstupanja od stvarne kompresibilnosti tla u vremenskom razdoblju visokog vodostaja.
Rezultati ispitivanja primjenjuju se na tri vrste dijagrama, naime dijagram relativne kompresije, dijagram promjene koeficijenta poroznosti i dijagram vremena slijeganja.
Dijagram relativne kompresije
Ovaj dijagram se dobiva kada se normalni tlak primijeni na uzorak na apscisnoj osi σ = P/A, gdje je P opterećenje koje djeluje na uzorak preko gornjeg filtarskog kamena u kp/cm2, A je površina poprečnog presjeka uzorka u aparatu, a na ordinatnoj osi je relativna kompresija Δh/h gdje je Δh slijeganje uzorka pod opterećenjem Δσ tijekom konsolidacije, h visina uzorka prije opterećenja (sl. 2).
Sl. 2. Dijagram relativne kompresije
Prilikom opterećenja dobiva se dijagram primarne kompresije a.
Prilikom istovara, ako je omogućen nesmetan unos vode, tako da je uzorak ostao pod vodom tijekom istovara, vraća se u prvobitno stanje, odnosno bubri. Međutim, uzorak se ne vraća u početno stanje, što znači da je osim elastične doživio i plastičnu (trajnu) deformaciju. Stoga se u ovom slučaju tijekom rasterećenja dobiva dijagram bubrenja b. Međutim, ako je ispitivanje provedeno bez primanja vode, umjesto dijagrama bubrenja koristi se tzv. dijagram elastičnosti.
Ako se uzorak ponovno napuni nakon pražnjenja, dobiva se dijagram sekundarne kompresije c. Dijagram bubrenja i dijagram sekundarne kompresije c čine petlju histereze 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, budući da nisu proporcionalne opterećenju prema Hookeovom zakonu. Deformacije u području primarne kompresije (dijagram a) u dijelu gdje se nisu vratile su trajne (ireverzibilne).
Modul kompresivnosti tla
Iz dijagrama relativne kompresije dobivamo 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 preuzeta iz primarnog dijagrama kompresije a (sl. 2).
Modul stlačivosti 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 određena vrijednost modula stišljivosti Ms može dati samo za jedan uski interval normalnog opterećenja tla Δσ. Što je vrijednost modula Ms veća, stišljivost tla je manja i obrnuto. Prema našim propisima o temeljenju, usvojen je sljedeći kriterij za modul stišljivosti tla u njegovom prirodnom stanju:
Klasifikacija u nastavku prenesena je iz izvornog teksta, uključujući ponovljeni interval 100-400 kp/cm2. Nije provjeren niti usklađen s važećim propisima.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 izvanredno stišljivo tlo
Ms = 20 - 50 kp/cm2 vrlo stišljivo tlo
Ms = 50 - 100 kp/cm2 srednje stišljivo tlo
Ms = 100 - 400 kp/cm2 manje stlačivo tlo
Ms = 100 - 400 kp/cm2 blago stlačivo tlo
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 blago stlačivo tlo
Ms > 1000 kp/cm2 tlo vrlo slabo stisljivo.
Modul elastičnosti tla
Na isti način dobivamo 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 tlaka Δσ.
Normalno konsolidirano i prekomjerno konsolidirano tlo
Sl. 3. Dijagram promjene koeficijenta poroznosti poremećenog uzorka tla
Ako izvedemo edometarski test s poremećenim uzorkom, koji smo unijeli u aparaturu na granici tečenja, i rezultate testa unesemo u dijagram promjene koeficijenta poroznosti e ovisno o tlaku σ (slika 3), tok konsolidacije prikazujemo dijagramima 1 za primarno opterećenje, 2 za rasterećenje, 3 za sekundarno opterećenje do granice a proširenja primarnog opterećenja σa i 4 iznad te granice.
Dijagram rasterećenja 2 i sekundarni dijagram kompresije 3 čine histereznu petlju iza koje se dijagram 4 nastavlja u produžetku dijagrama 1, bez prekida, kao da nije bilo rasterećenja i ponovnog opterećenja.
Sl. 4. Dijagram promjene koeficijenta poroznosti neporemećenog uzorka tla
Međutim, ako provedemo ispitivanje edometra na isti način kao prije s neporemećenim uzorkom uzetim iz određene dubine tla (sl. 4), dijagram za sekundarno opterećenje 3 pokazat će pri određenom opterećenju σb prekid u točki b, nakon čega će dijagram 4 imati 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 potječe od težine postojećih gornjih slojeva tla na površinu terena, što nazivamo tlakom tla, ili od opterećenja ranijih slojeva tla odnesenih tijekom vremena erozijom ili od moranskog tla ili leda, što nazivamo predopterećenje. Pojava prekomjerne konsolidacije osobito je karakteristična za glinu, gdje razlikujemo normalno konsolidiranu i prekomjernu glinu.
Normalno konsolidirana glina
Normalno konsolidirana glina nalazi se na manjim dubinama ispod površine zemlje, koja prethodno nije bila izložena predopterećenju. Uzorak ove gline, opterećen u edometru s opterećenjem većim od težine gornjih slojeva “pritiska tla”, pokazuje kontinuirani tok konsolidacije, bez prekida u dijagramu relativnog sabijanja ili u dijagramu promjene koeficijenta poroznosti. Slijeganje ove gline pod opterećenjem predmeta je normalno, tj. pod određenim opterećenjem slijeganje se s vremenom smanjuje.
Prekonsolidirana glina
Prekonsolidirana glina nalazi se na većim dubinama ili je prethodno bila izložena predopterećenju. Uzorak ove gline opterećen u edometru tlakom većim od tlaka tla ili predopterećenja pokazuje lom na dijagramu relativnog sabijanja ili na dijagramu promjene koeficijenta poroznosti, tzv. geološki prijelom g, s jakom promjenom smjera (sl. 5a). Slijeganje ove gline ispod konstrukcije je malo za opterećenja ispod tlaka tla ili predopterećenja σ1, ali postaje znatno veće za opterećenja iznad σ1.
Ako geološki prijelom nije jasno definiran, tada se utvrđuje pomoću tangenti na dijagram (sl. 5b).
Sl. 5. Dijagram promjena koeficijenta poroznosti prekonsolidirane gline
Dijagram vremenskog poravnanja
Ovaj dijagram, koji se naziva i dijagram konsolidacije, dobiva se kada se za svaki stupanj opterećenja uzorka u edometru, vrijeme t u satima primijeni na os apscise, a slijeganje u mm (sl. 6a) ili u % ukupnog slijeganja (sl. 6b) na ordinatu os.
Sl. 6. Dijagram obračuna vremena
Nevezana i vezana tla različito se ponašaju pod opterećenjem. Rahla tla, poput pijeska, imaju velike pore, iz kojih se pod opterećenjem brzo istiskuje voda, tako da se tlo brzo slijega, a najveće slijeganje događa se na početku opterećenja, a konačno slijeganje pri zadanom opterećenju postiže u relativno kratkom vremenskom intervalu. Kohezivna tla poput gline imaju male pore iz kojih se pod opterećenjem teško istiskuje voda. U vremenskom procesu slijeganja zbijenog tla razlikuju se dvije faze. U prvoj fazi, neposredno nakon primjene opterećenja na tlo, budući da voda ne može otjecati iz pora, ono se napreže i prima cjelokupno 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 traje sve dok se tlačna voda 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 trajati vrlo dugo, a osim toga, slijeganja mogu biti znatno veća zbog veće ukupne poroznosti nego u slučaju pijeska. Na temelju testa komasacije može se napraviti izračun vremenskog tijeka slijeganja za cijelo vrijeme trajanja komasacije iu pojedinim fazama.