Arhivski stručni sadržaj: članak čuva povijesni pregled geotehničkih pojmova, formula i laboratorijskih postupaka. To nije geotehnička studija, projekt nasipa, specifikacija zbijanja, plan kontrole kvalitete niti zamjena za trenutni standard. Parametre tla, opremu, energiju zbijanja, kriterije prihvatljivosti i sigurne metode rada utvrđuje ovlašteni inženjer geotehnike i ovlašteni laboratorij na temelju konkretnog tla i objekta.
Savo Kusić danas je fokusiran na drvene prozore, drvo-aluminijske prozore, prozore po narudžbi, vrata i zahtjeve za ponudu. Ovaj članak ostaje kao tehnička arhiva i ne predstavlja ponudu geotehničkog projektiranja, ispitivanja ili izvođenja zemljanih radova.
Zbijanje rastresitog tla
Zbijenost rastresitog tla ovisi o veličini i obliku čvrstih čestica, kao i o njihovoj strukturi. U slučaju nevezanog tla postoje određene granice u kojima se kreću vrijednosti poroznosti n i koeficijenta poroznosti e za najrjeđu i najgušću strukturu.
Ako se nevezani materijal osuši i polagano sipa u čašu da se ne zbije tijekom lijevanja, dobiva se njegova najrjeđa struktura. Ova struktura odgovara koeficijentu poroznosti emax, čija je vrijednost za pijesak u izvornom tekstu unutar granica:
emax = 0,7–1,0.
Ako se isti materijal sipa u čašu u tankim slojevima i svaki sloj se nabija drvenim batićem dok volumen ne bude konstantan, tj. dok se ne prestane taložiti pod nabijanjem, dobije se njegova najgušća struktura. Odgovara koeficijentu poroznosti emin, čija je vrijednost za pijesak:
emin = 0,45–0,65.
Zbijenost nevezanog tla izražava se relativnom zbijenošću ID, koeficijentom koji pokazuje stupanj zbijenosti tla u odnosu na najveću zbijenost:
gdje je e koeficijent poroznosti tla u prirodnom stanju zbijenosti. Konačne vrijednosti relativne gustoće su:
- za najrjeđu strukturu e = emax; ID = 0;
- za najgušću strukturu e = emin; ID = 1.
Kriterij zbijenosti pjeskovitog tla prema Terzaghiju u izvornom tekstu glasi:
- rijetko zbijeni pijesak: ID = 0–1/3;
- srednje zbijeni pijesak: ID = 1/3–2/3;
- gusto zbijeni pijesak: ID = 2/3–1.
U slučaju nasipa na cestama i nasipa, tekst zahtijeva ID = 2/3–1.
Umjesto prethodnog oblika može se koristiti omjer volumena:
gdje je V volumen neporemećenog uzorka tla, Vmax volumen iste količine tla u stanju najmanje zbijenosti, a Vmin volumen iste količine tla u stanju najveće zbijenosti.
Ograničenje primjene: povijesne klasifikacije i pojmovi ne smiju se izravno prenijeti na projekt ili gradilište. Vrsta tla, metoda uzorkovanja, stanje uzorka, primjenjivi standard i projektni zahtjev mogu promijeniti metodu i kriterije.
Zbijanje vezanog tla
Kod vezanog tla zbijanje ne ovisi samo o veličini i obliku krutih sastojaka i njihovoj strukturi, već i o koheziji. Čvrste čestice su zbog kohezije slijepljene, pa je istiskivanje vode iz pora tijekom zbijanja mnogo teže nego kod nevezane zemlje, čije se čestice pod opterećenjem lakše pomiču.
Kod zbijanja vezanog tla količina vode je od velike važnosti. Nabijanjem se voda istiskuje iz pora i smanjuje se debljina vodenog filma; poroznost se smanjuje, a smična čvrstoća i nasipna gustoća povećavaju. Što je veća gustoća, to je više čvrstih tvari i manje pora po jedinici volumena. Ovaj omjer je usvojen kao osnova za ocjenu zbijenosti vezanog tla. Kontrola zbijenosti u tekstu se vrši pomoću suhe volumetrijske težine:
γd = Wd / V [N/cm3]
gdje je Wd težina potpuno osušenog uzorka tla u N, a V volumen istog uzorka u zbijenom stanju prije sušenja, u cm3.
Proctorovo suđenje
Proctorov test služi za određivanje odnosa između količine vode u tlu i njegove zbijenosti. Određuje optimalnu vlažnost, tj. vlažnost pri kojoj zbijeno tlo daje maksimalnu suhu volumetrijsku težinu za danu energiju zbijanja.
Povijesno opisani Proctorov aparat (slika 1) sastoji se od metalnog cilindra unutarnjeg promjera Ø = 10 cm, visine 12 cm (slika 1_a_), produžetka cilindra istog promjera i visine 10 cm (slika 1_b_) i metalni nabijač promjera 5 cm, težine 2,5 N, u cilindričnoj vodilici nešto većeg promjera. Vodilica je na donjem kraju otvorena, a na gornjem zatvorena, s malo širim otvorom kroz koji prolazi drška ovna (slika 1_c_). Donji kraj cilindra postavlja se na veću metalnu ploču i fiksira tijekom nabijanja.
Uzorak se suši u skladu s originalnom procedurom i prosijava kroz otvor sita 5 mm kako bi se izbjegao utjecaj velikih zrna. Zatim se miješa s količinom vode koja ne smije biti tolika da uzorak postane kašast, niti toliko mala da se uzorak ne može obraditi. Najprije se sloj visine oko 8 cm postavlja u cilindar s nastavkom u nekompaktnom stanju i zbija udarcima 25 ravnomjerno raspoređenim po površini. Udarac se izvodi slobodnim padom bata s visine 30 cm. Nanosi se novi sloj debljine 8 cm, nabija se novi 25 i postupak se ponavlja s trećim slojem. Nakon završetka, nastavak se uklanja, površina uzorka se poravnava s rubom donjeg cilindra i uklanja se višak zemlje. Zatim se uklanja uzorak zbijenog tla i određuju se njegova suha zapreminska gustoća γd i sadržaj vlage w.
Slika 1 — Proctorov eksperiment
Pokus se ponavlja 5 do 6 puta, uvijek sa svježim, netretiranim materijalom iz istog uzorka, ali s drugom količinom vode, kako bi se dobile različite vrijednosti za γd i w. Vlažnost tla w nanesena je na apscisu dijagrama, a suha volumetrijska težina γd na ordinatu (slika 2). Povezane točke daju krivulju koja pokazuje da se gustoća suhe mase prvo povećava s vlagom do maksimuma, a zatim opada. Vlažnost wopt koja odgovara najvećoj suhoj nasipnoj gustoći max γd naziva se optimalna vlažnost. U tekstu je prihvaćeno da se pri ovoj vlažnosti postiže najveće zbijanje za zadanu energiju zbijanja. Test izveden na ovaj način naziva se standardni Proctorov test.
Slika 2 — Proctorov dijagram.
Laboratorijska sigurnost i standard: Dimenzije aparata, masa i pad nabijača, broj slojeva i udaraca te priprema uzorka povijesni su podaci koji se ovdje prenose, a ne samostalna uputa. Valjani postupak mora definirati odgovarajući standard i laboratorijski plan. Sušenje, prosijavanje i nabijanje nose rizike od prašine, letećih čestica, priklještenja i ozljeda od udarca; potrebna je odgovarajuća oprema, zaštita i obučeni operater.
Učinak veličine zrna preko 5 mm
U izvornom tekstu se navodi da zrna veća od 5 mm nemaju značajan utjecaj ako čine do 25% ukupne mase. Ako ih ima više od 25%, njihov utjecaj treba uzeti u obzir izračunavanjem suhe volumetrijske težine mješavine pomoću metode proporcionalnosti ili modificiranog Proctorovog testa.
Izračun metodom proporcionalnosti
Prema ovoj metodi, suha volumetrijska težina mješavine materijala tla γdm izračunava se na temelju proporcionalne zastupljenosti zrna iznad i ispod 5 mm:
gdje je:
- γd — suha volumetrijska težina materijala koji je prošao kroz otvorno sito 5 mm;
- γsc — volumetrijska težina krutih čestica preostalih na otvoru sita 5 mm;
- m — težinski postotak materijala koji ostaje na otvoru sita 5 mm u odnosu na cjelokupnu masu.
Modificirani Proctorov test
Prema iskustvima US Bureau of Reclamation citiranim u izvornom tekstu, ako zrna veća od 5 mm čine više od 1/3 do 2/3 ukupne mase tla, ispitivanje treba izvesti s ukupnom masom. Budući da to nije moguće uspješno izvesti u cilindru promjera 10 cm, cilindar većeg promjera koristi se u takozvanom modificiranom Proctorovom eksperimentu. Tekst opisuje cilindar promjera 15,2 cm i visine 23,2 cm, u kojem je uzorak količine 5,5 kp zbijen u tri približno jednaka sloja sa 50 svakim udarcem čekića težine 4,53 kp i visine pada 45,7 cm. Ako uzorak sadrži zrna do 20 mm, ispitivanje se izvodi s neporemećenim materijalom. Ako sadrži zrna veća od 20 mm, količina od 5,5 kp uzorka prosijava se kroz sito 20 mm, a ostatak na situ se zamjenjuje materijalom veličine 5–20 mm.
Pored ovako opisanog postupka, u tekstu se svaka metoda izvedbe koja se razlikuje od standardne naziva i modificiranim Proctorovim testom.
Energija zbijanja
Energija zbijanja uzorka u Proctorovom cilindru može se izraziti jednadžbom, gdje je N broj udaraca čekića, h visina pada čekića u m, W težina čekića u Mp (megapond), a V volumen uzorka u m3.
S porastom energije zbijanja postiže se veća zbijenost uzorka, smanjuje se njegova poroznost, odnosno količina vode u tlu, a povećava se suha volumna masa. Za energije zbijanja E1, E2, E3 i E4 odgovarajući Proctorovi dijagrami dobiveni su na slici 3. Svi dijagrami asimptotski aproksimiraju dijagram zasićenja, koji se također naziva dijagram 0% zračnih pora kada su sve pore ispunjene vodom, ili 5% zračnih pora kada su 95% pore ispunjene vodom.
Slika 3 — Proctorovi dijagrami za različite energije zbijanja.
Dijagram zasićenja može se konstruirati ako se w = wz = n / γs(1-n) primijeni na apscisu, a γd = γs(1-n) na ordinatu, gdje je n tlo poroznost, a γs volumna težina krutih čestica danog tla. Iz toga slijedi da se energija zbijanja može prilagoditi kako bi se postigla željena zbijenost. Za kontrolu zbijenosti prirodnog tla ili zbijenog nasipa, u tekstu se često usvaja indeks zbijenosti Iz, omjer suhe volumetrijske težine danog tla ili nasipa γd i volumetrijske težine dobiven od strane Proctora γp:
Iz = γd / γp.
Dizajn i kontrola na terenu: sama laboratorijska krivulja ne potvrđuje kvalitetu izvedenog sloja. Uzimanje uzoraka, debljina sloja, vrsta i broj prolaza stroja, vlažnost, terenska mjerenja, nosivost, drenaža, susjedne građevine i podzemne instalacije moraju biti uključeni u plan projektiranja i kontrole. Ne približavajte se radnom području valjka ili drugih strojeva bez organizirane signalizacije i kontrole pristupa.