Danes je Savo Kusić osredotočen na lesena okna, les-alu okna, okna po meri, vrata in prošnje za ponudbe. To besedilo ostane kot geotehnični arhiv in ni ponudba za laboratorijska testiranja, geotehnično projektiranje ali zemeljska dela.
Obstaja več načinov za določanje elementov notranjega upora tal, kohezije in kota notranjega trenja z uporabo laboratorijskih poskusov, med katerimi sta najbolj znana preskusa direktnega striga in triosne kompresije.
Izkušnja neposrednega striženja
Preizkus se izvaja na napravi s pravokotnim prerezom tipa A. Casagrandea ali na krožnem aparatu tipa Hvorsleva. Opisali bomo poskus z napravo pravokotnega preseka, ki je najbolj razširjena. V obeh primerih se preskus izvaja z nemotenim vzorcem ali z motenim vzorcem na meji tečenja, v tem primeru ima preizkus primerjalno vrednost.
Aparat za direktno striženje pravokotnega odseka (slika 1)
Sl. 1_Prerez Casagrandejevega aparata za direktno striženje_
Naprava je sestavljena iz dveh delov, zgornjega in spodnjega okvirja, pri čemer je spodnji statičen, zgornji pa je gibljiv in se lahko premika po spodnjem pod vplivom horizontalne sile Z, ki deluje na stično ravnino zgornjega in spodnjega okvirja.
Vzorec zemlje se postavi v jeklen pravokoten obroč, običajno velikosti 100 × 100 × 30 mm ali teh dimenzij, ko se natančno postrga. Na zgornji in spodnji del vzorca se položijo filtrirni kamni, nato pa se vse skupaj položi v obroč aparata, ki se nato napolni z vodo. Na vzorec se namesti naprava za navpično obremenitev. Zgornji filtrski kamen je povezan s sistemom navpične obremenitve vzorca, spodnji pa z vodnimi kanali, s pomočjo katerih lahko vzorec med testom vzdržujemo v nasičenem stanju, da se izključi navidezna kohezija.
Da bi izključili trenje na kontaktnih površinah med zgornjim in spodnjim okvirjem, obstajajo naprave z zgornjim okvirjem zasukano, s pomočjo katerih se zgornji okvir premika pod vplivom horizontalne strižne sile. Poleg tega so stične površine zgornjega in spodnjega okvirja prevlečene z vazelinom. V napravo je vključen še en primerjalnik 2 za registracijo vertikalnih in horizontalnih deformacij.
Preizkus neposrednega striga
Obstajajo predvsem vrste 2 preskusa neposrednega striženja: hiter in počasen preskus. Hitri test je sestavljen iz obremenitve vzorca z določenim navpičnim pritiskom, ki običajno znaša 0,50, potem ko je vstavljen v aparat; 1,0; 2,0; 3,0 in 4,0 kp/cm2, počakajte na konsolidacijo, za katero se domneva, da je bila dosežena, če se usede v 24 urah Δh ≤ 0,02 mm, in nato uporabite vodoravno strižno silo Z, velikost 1/20 ali 1/40 del navpične sile P, ki narašča vsako minuto za isto vrednost, dokler se tla ne zlomijo. Med delovanjem horizontalne strižne sile se potek gibanja zgornjega okvirja stalno spremlja z odčitavanjem na komparatorju in se vodoravne deformacije beležijo v dnevnik neposredno pred vsako novo obremenitvijo. Trenutek, v katerem primerjalnik pokaže nenaden premik, je sprejet kot prelomen.
Hitri test se uporablja na ilovnatih tleh, katerih naravna konsolidacija ob novi obremenitvi je počasna in ustreza tej metodi izvedbe testa.
Počasen test se izvaja na podoben način kot prejšnji s to razliko, da horizontalna strižna sila narašča v daljšem časovnem intervalu, ki je lahko 2, 5 in 15 mminutah oziroma do konsolidacije, torej dokler horizontalne deformacije ne postanejo popolnoma nepomembne. Potek konsolidacije pod vplivom horizontalne sile spremljamo na komparatorju 9 (slika 1).
Počasni test se uporablja za peščeno ali prašno zemljo, kjer bi se v primeru povečanja horizontalne strižne sile v kratkem časovnem intervalu striženje vzorca v aparatu pospešilo zaradi vpliva obremenjene vode v porah, kar ne bi ustrezalo naravnemu procesu. Zato se časovni interval povečuje z drobnostjo nevezanih zemeljskih delcev, da se omogoči izenačitev vodnega tlaka v talnih porah z zunanjim vodnim pritiskom. To izravnavo dosežemo tako, da pustimo dovolj časa pod vplivom vsake ravni horizontalne obremenitve, tako da se odvečna voda v porah iztisne skozi filtrirni kamen.
Poleg omenjenih testov se v določenih primerih izvede hitri test brez konsolidacije pod vertikalno obremenitvijo, to je horizontalna strižna sila, ki se izvaja takoj po vnosu vzorca v aparat in obremenitvi z vertikalno obremenitvijo. Vendar se ta način izvedbe uporablja v posebnih pogojih, kot je primer sveže vgrajenega nasipa iz ilovnate zemlje, ki se obteži takoj po nasipu brez predhodnega zbijanja.
Določitev kota notranjega trenja in kohezije
Na podlagi rezultatov preskusa se izračuna strižna napetost
τ=Z/A v kp/cm²,
, ki se izračuna iz strižne sile Z v kp v trenutku porušitve in površine prečnega prereza vzorca A v cm². Preskus se opravi z napravami od 3 do 4, obremenjenimi z različnim normalnim tlakom σ=P/A v kp/cm², kjer je P navpična obremenitev vzorca v kp. Običajno se vzamejo naslednje vrednosti normalnih tlakov: 1,0; 2,0; 3,0 in 4,0 kp/cm².
Sl. 2. Diagram horizontalnih deformacij
Na osnovi diagrama notranjih tornih elementov dobimo dve vrsti diagramov 1 in diagram horizontalnih deformacij (slika 2).
Diagram vodoravnih deformacij dobimo tako, da na abscisni osi nanesemo vodoravni pomik ΔL v mm zgornjega okvirja naprave na spodnjega, ki ga dobimo z odčitavanjem primerjalnika 9, na ordinatni osi pa pripadajočo strižno napetost τ v kp/cm² (sl. 2).
Glede na zbitost tal dobimo diagram 1 za zbit in diagram 2 za sipek material.
Pri stisnjenem materialu se strižna napetost τ glede na horizontalni pomik ΔL na začetku precej močno poveča do meje sorazmernosti P, nato pa počasneje, pri čemer se krivulja diagrama 1 poveča in doseže največjo višino B, nato pa diagram v določeni dolžini pada, da na koncu doseže vodoravni tok. Območje premočrtnega plezanja diagrama horizontalne deformacije, v katerem je povečanje strižne napetosti sorazmerno s povečanjem deformacije, se predpostavlja kot območje elastične deformacije. Za mejo P se porast strižne napetosti zmanjšuje glede na porast deformacij ΔL do najvišje točke B diagrama. V tem območju začne material “teči” in se sprejme kot območje plastične deformacije. Najvišja točka B diagrama 1 predstavlja največjo strižno napetost max τ in predpostavlja se, da na tej točki pride do loma tal, tj. da je točka B prelomna točka. Za točko B je material v tekočem stanju, strižna trdnost se zmanjša in predpostavlja se, da v tem območju, kjer je povezava med delci prekinjena, obstaja samo drsni upor, ki nasprotuje horizontalni strižni sili. Točka G, kjer se diagram 1 obrne v vodoravno smer, je sprejeta kot drsna meja.
Strižna napetost na meji porušitve B se imenuje strižna trdnost ali čista strižna trdnost τf, medtem ko se strižna napetost na meji tečenja G imenuje zdrsna trdnost τg.
Za ohlapen material ima diagram vodoravnega premika tudi elastično območje s sorazmernostno mejo P, toda navzdol je plastično območje do meje zdrsa G, tj. največja strižna napetost je enaka mejni trdnosti drsenja (τ=τg), nad katero je tekoče stanje materiala.
Sl. 3. Strižni diagram, a) za koherentna tla, b) za nekoherentna tla
Strižni diagram dobimo, ko normalni tlak σ v kp/cm2 uporabimo na abscisni osi in ustrezno strižno trdnost τf v kp/cm2 na ordinatno os, pri čemer se obe vrednosti uporabita v istem merilu (slika 3). Ker strižna trdnost τf tal narašča z normalnim tlakom σ, bodo za različne pritiske σ1 pridobljene točke A, B, C in D, ki predstavljajo ustrezne strižne trdnosti.
Za pridobitev določenih točk A, B, C in D na diagramu 3 za koherentna tla (slika 3a) je sprejeta drsna trdnost _τ_g. Vendar pa v primeru ilovnatih tal material začne teči dolgo preden je dosežena meja zdrsa G, in obstaja težnja po sprejetju strižne trdnosti na meji sorazmernosti P za določitev kohezije c in kota notranjega trenja tal, a ker je razmeroma majhna, se pogosto sprejme strižna trdnost, za katero je deformacija ΔL na diagramu 2 dvakrat večja. deformacija na prejšnji stopnji obremenitve v aparatu. Ta moč je nekje med mejo P in B, to je G (slika 2).
Povezovanje točk A, B, C in D na diagramu 76a daje strižni diagram, ki je pri uspešnih preskusih ravna črta. Z razširitvijo diagrama do presečišča z ordinatno osjo za σ = 0 dobimo na osnovi Coulombovega vzorca τf = c+σ tgϕ, da je τf = c = kohezija tal, medtem ko naklon diagrama proti horizontali podaja kot notranjega trenja. Z razširitvijo strižnega diagrama na drugo stran ordinatne osi dobimo napetost zaradi kohezije pk na abscisni osi, ko je velikost kohezije c izražena kot ekvivalent tornega upora:
c = pk tgϕ, od koder je pk = c/tgϕ
Za nekoherentna tla, kot je pesek, diagram na sl. 3b, ki gre skozi koordinatno izhodišče, saj za σ = 0 dobimo τ = 0. Če pa je pesek drobnozrnat in moker, se prikaže diagram, podoben tistemu na sl. 3a, z manjšo kohezijo c, ki predstavlja navidezno kohezijo. V tem primeru napetost pk na podaljšani abscisni osi na drugi strani koordinatnega izhodišča predstavlja kapilarno napetost.
Upoštevati je treba, da ima določanje kohezije in trenja tal z neposrednim strižnim testiranjem več slabosti, med katerimi so najpomembnejše, da pride do porušitve tal na vnaprej določeni strižni površini in ne na površini najmanjšega strižnega upora, da se med striženjem vzorca v aparatu strižna površina zmanjša zaradi premikanja zgornjega okvirja na spodnjega, nato pa, da se deformacije vzorec med striženjem je mogoče spremljati le na kratki dolžini, tako da drsni upor nad mejo ne more v zadostni meri nadzorovati loma, zlasti v primeru mehke zemlje, ko so deformacije med striženjem velike itd.
Triaksialni kompresijski preizkus
Test se izvaja na triosni napravi, ki ima različne konstrukcije, vendar vse temeljijo na istem principu, ki je naslednji. Nemoten vzorec v obliki valja postavimo navpično na stojalo in izpostavimo bočnemu pritisku tekoče mase z vseh strani in nato navpičnemu pritisku, ki postopoma narašča, dokler ne pride do loma vzorca na površini najmanjšega strižnega upora. Na podlagi strižne trdnosti pri pretrganju se izračunata kohezija in kot notranjega trenja tal.
Opis triosne naprave
Sl. 4. Triaksialni aparat
Triosni aparat (sl. 4) je sestavljen iz spodnjega dela osnovne plošče komore, na kateri sloni stojalo za vzorec, v zgornjem delu pa bata za navpično nalaganje vzorca in zgornje plošče, ki zapira komoro. Najpogostejše mere vzorca so premer ϕ=36 mm, višina h=2,2-2,5_ϕ_. Premer komore je D=135mm, višina H = 180 mm. Ozka cev K1 za odvajanje vzorca z dna se začne od sredine stojala za vzorce, ki sprejema vodo iz vzorca skozi porozno ploščo in jo odvaja zunaj komore v navpično stekleno cev C1. Če se preskus izvede brez odvajanja vzorca, ta kanal služi za merjenje vodnega tlaka v porah. V bronastem dnu komore je kanal K2 za dovod tekoče mase za polnjenje komore in doseganje bočnega pritiska v komori na vzorec.
Skozi zgornjo ploščo komore poteka ročaj bata za nalaganje vzorca. Vzorec v komori je obdan z gumijasto membrano, ki je na obeh koncih podaljšana in je z gumijastimi obroči povezana z batom in podstavkom. V sredini bata je kanal K3 za odvajanje vzorca z zgornje strani.
Strani komore so hermetično zaprte s cilindrom iz pleksi stekla, ki je pritrjen na zgornjo in spodnjo ploščo komore preko gumijastih obročkov.
Komora je postavljena na trdno podlago. Običajna obremenitev vzorca poteka preko vzvoda z utežmi, katerih razmerje je največkrat 1: 10. Sistem za doseganje bočnega pritiska na vzorec v komori je sestavljen iz steklenice s tekočo maso B, ki jo s pomočjo cevi dovajamo v komoro, manometra za merjenje zračnega tlaka in steklenice s stisnjenim zrakom. Primerjalnik je nameščen nad batom za nalaganje vzorca za merjenje posedanja vzorca pod obremenitvijo.
Bočni tlak tekoče mase v komori je mogoče poljubno nastaviti z uporabo zračnega tlaka v steklenici B, preko ventilov V1 in V2. Ta pritisk povzroči vodoravne napetosti v vzorcu σ2 in σ3, ki se zaradi krožnega prereza vzorca izenačijo σ2 = σ3.
Tekoča masa je lahko destilirana voda ali olje, kar je prednostno zaradi boljšega tesnjenja, saj lahko voda prehaja skozi vijake. Pod vplivom zračnega tlaka v steklenici B tekoča masa napolni komoro do ventila V6, ki se nato zapre. Navpična obremenitev vzorca P, ki se skoraj brez trenja prenese na vzorec prek ročaja bata, deljena s površino prečnega prereza vzorca A, daje navpično napetost σ1 = P/A
Izvajanje preskusa triosne kompresije
Za testni vzorec se obdela v posebnem aparatu, tako da se dobi valj premera 36 mm, višine 78 mm ali 90 mm, na katerega se z zgornje in spodnje strani namestijo filtrirni kamni in natakne gumijasta membrana. Nato vzorec skupaj s filtrirnimi kamni postavimo na stojalo v komoro, konce, gumijaste membrane potegnemo čez stojalo in nakladalni bat ter pritrdimo z gumijastimi obroči. Po praksi nekaterih laboratorijev, kot je prof. Skempton v Londonu, odtekanje vzorca v komori med testom pospešimo tako, da stranice vzorca obložimo s filtrirnim papirjem, ki ga položimo, preden navlečemo gumijasto membrano. Ko je vzorec vstavljen v aparat in je valj iz pleksi stekla pritrjen na zgornjo in spodnjo ploščo, je možno izvajati teste, ki jih je mogoče izvesti na več načinov, kot je naslednji:
-
Nedrenirani testi. Pri teh preskusih drenaža vzorca ni dovoljena med izvajanjem bočnega in navpičnega preskusa, medtem ko sta ventila V4 in V5 zaprta.
-
Neizčrpani testi s konsolidacijo. Med delovanjem bočnega tlaka se vzorec izprazni (ventila V4 in V5 sta odprta), med delovanjem navpičnega tlaka pa drenaža ni dovoljena (V4 in V5 sta zaprta).
3_) Odcejeni vzorci_. Vzorec se odvaja ves čas trajanja preskusa (ventila V4 in V5 sta odprta), tako da pride do popolne konsolidacije in da se med uporabo navpičnega tlaka σ1 v porah ne ustvari obremenjena voda. Ta preizkus traja dolgo časa, še posebej pri slabo prepustnih tleh, saj je treba vertikalno obremenitev σ1 izvajati v velikem številu majhnih stopenj in je treba na vsaki stopnji čakati na utrjevanje. Poleg tega se omenjeni testi lahko izvajajo z nasičenimi in delno nasičenimi vzorci_._
Glede na prej omenjene možnosti se lahko triosni kompresijski preizkusi izvajajo v različnih variantah in prilagajajo glede na vrsto tal pod pogoji obremenitve.
Opisane naprave, postopki, enote, vrednosti in vzorci so preneseni iz zgodovinskega vira. Besedilo ni geotehnična študija, laboratorijski protokol, projekt temeljenja, dokaz stabilnosti pobočja ali načrt izkopa. Izbira vzorca in preskusne metode, stanje drenaže in utrjenosti, podtalnica, režim obremenitve, potresni vplivi in varnost izkopa morajo biti za konkretna tla in objekt po veljavnih predpisih določeni z ustreznim laboratorijem in pooblaščenim geotehničnim strokovnjakom.