Arhivske strokovne vsebine: članek ohranja zgodovinski pregled geotehničnih konceptov, formul in laboratorijskih postopkov. To ni geotehnična študija, načrt nasipa, specifikacija zbijanja, načrt nadzora kakovosti ali nadomestek za trenutni standard. Parametre tal, opremo, energijo zbijanja, kriterije sprejemljivosti in varne metode dela določita pooblaščeni inženir geotehnike in akreditirani laboratorij na podlagi konkretnih tal in objekta.
Savo Kusić se danes osredotoča na lesena okna, les-alu okna, okna po meri, vrata in prošnje za ponudbe. Ta članek ostane kot tehnični arhiv in ne predstavlja ponudbe geotehničnega projektiranja, testiranja ali izvedbe zemeljskih del.
Zbijanje rahle zemlje
Zbitost zrahljane zemlje je odvisna od velikosti in oblike trdnih delcev ter njihove strukture. V primeru nevezane zemlje obstajajo določene meje, v katerih se gibljejo vrednosti poroznosti n in koeficienta poroznosti e za najredkejšo in najgostejšo strukturo.
Če nevezano snov posušimo in jo počasi vlijemo v čašo, da se med prelivanjem ne zbije, dobimo njeno najredkejšo strukturo. Ta struktura ustreza koeficientu poroznosti emax, katerega vrednost za pesek v izvirnem besedilu je v mejah:
emax = 0,7–1,0.
Če isti material zlijemo v čašo v tankih plasteh in vsako plast nabijamo z lesenim kladivom, dokler prostornina ni konstantna, tj. Ustreza koeficientu poroznosti emin, katerega vrednost za pesek je:
emin = 0,45–0,65.
Zbitost nevezanih tal je izražena z relativno zbitostjo ID, koeficientom, ki kaže stopnjo zbitosti tal glede na največjo zbitost:
kjer je e koeficient poroznosti tal v naravnem stanju zbitosti. Končne vrednosti relativne gostote so:
- za najredkejšo strukturo e = emax; ID = 0;
- za najgostejšo strukturo e = emin; ID = 1.
Kriterij zbitosti peščenih tal po Terzaghiju se v izvirnem besedilu glasi:
- redko zbit pesek: ID = 0–1/3;
- srednje zbit pesek: ID = 1/3–2/3;
- gosto zbit pesek: ID = 2/3–1.
Pri nasipih na cestah in brežinah besedilo zahteva ID = 2/3–1.
Namesto prejšnje oblike se lahko uporabi prostorninsko razmerje:
kjer je V prostornina nemotenega vzorca prsti, Vmax prostornina enake količine prsti v stanju najmanjše zbitosti in Vmin prostornina enake količine prsti v stanju največje zbitosti.
Omejitev uporabe: zgodovinskih klasifikacij in izrazov ni dovoljeno neposredno prenesti na projekt ali gradbišče. Vrsta tal, metoda vzorčenja, stanje vzorca, veljavni standard in projektne zahteve lahko spremenijo metodo in merila.
Zbijanje vezane zemlje
Pri vezani prsti zbijanje ni odvisno samo od velikosti in oblike trdnih sestavin ter njihove strukture, ampak tudi od kohezije. Trdni delci so zaradi kohezije zlepljeni, zato je iztiskanje vode iz por med zbijanjem veliko težje kot pri nevezani zemljini, katere delci se pod obremenitvijo lažje premikajo.
Pri zbijanju vezane zemlje je količina vode velikega pomena. Z nabijanjem iztisnemo vodo iz por in zmanjšamo debelino vodnega filma; poroznost se zmanjša, strižna trdnost in nasipna gostota pa se povečata. Večja kot je gostota, več trdnih delcev in manj por na enoto volumna. To razmerje je bilo sprejeto kot osnova za oceno zbitosti vezane zemlje. Nadzor stiskanja v besedilu se izvaja s suho volumetrično težo:
γd = Wd / V [N/cm3]
kjer je Wd teža popolnoma posušenega vzorca zemlje v N, V pa je prostornina istega vzorca v stisnjenem stanju pred sušenjem, v cm3.
Proctorjevo sojenje
Proctorjev test služi za ugotavljanje razmerja med količino vode v zemlji in njeno zbitostjo. Določa optimalno vlažnost, tj. vlažnost, pri kateri stisnjena tla dajejo največjo suho volumetrično težo za dano energijo stiskanja.
Zgodovinsko opisan Proctorjev aparat (slika 1) je sestavljen iz kovinskega valja z notranjim premerom Ø = 10 cm, višine 12 cm (slika 1_a_), podaljška valja enakega premera in višine 10 cm (slika 1_b_) in kovinski nabijač s premerom 5 cm, težo 2,5 N, v cilindričnem vodilu z nekoliko večjim premerom. Vodilo je na spodnjem koncu odprto, na zgornjem pa zaprto, z nekoliko širšo odprtino za prehod ročaja ovna (slika 1_c_). Spodnji konec cilindra je nameščen na večjo kovinsko ploščo in pritrjen med nabijanjem.
Vzorec se posuši po prvotnem postopku in preseje skozi odprtino sita 5 mm, da se prepreči vpliv velikih zrn. Nato se zmeša s količino vode, ki ne sme biti tolikšna, da vzorec postane kašast, niti tako majhna, da vzorca ni mogoče predelati. Najprej se v valj s podaljškom položi plast višine približno 8 cm v nezgoščenem stanju in stisne s pihanji 25, enakomerno porazdeljenimi po površini. Udarec se izvede s prostim padom kladiva z višine 30 cm. Nanese se nov sloj debeline 8 cm, nabije se z novimi luknjači 25 in se postopek ponovi s tretjim slojem. Po končanem podaljšku odstranimo, površino vzorca poravnamo z robom spodnjega valja in odstranimo odvečno zemljo. Vzorec stisnjene zemlje se nato odstrani in določita se njegova suha nasipna gostota γd in vsebnost vlage w.
Slika 1 — Proctorjev poskus
Poskus se ponovi 5 do 6-krat, vedno s svežim, neobdelanim materialom iz istega vzorca, vendar z drugačno količino vode, da dobimo različne vrednosti za γd in w. Vlažnost tal w je nanesena na absciso diagrama, suha volumetrična teža γd pa na ordinato (slika 2). Povezane točke dajejo krivuljo, ki kaže, da se suha nasipna gostota najprej poveča z vlago do maksimuma in nato zmanjša. Vlažnost wopt, ki ustreza največji suhi nasipni gostoti max γd, se imenuje optimalna vlažnost. V besedilu je sprejeto, da je pri tej vlažnosti doseženo največje zbijanje za dano energijo zbijanja. Tako izvedeni test se imenuje standardni Proctorjev test.
Slika 2 — Proctorjev diagram.
Laboratorijska varnost in standard: Mere aparature, masa in padec nabijača, število plasti in udarcev ter priprava vzorca so tukaj preneseni zgodovinski podatki in ne samostojna navodila. Veljaven postopek mora določati ustrezen standard in laboratorijski načrt. Pri sušenju, sejanju in nabijanju obstaja tveganje zaradi prahu, letečih delcev, ščipanja in poškodb zaradi udarcev; potrebna je ustrezna oprema, zaščita in usposobljen operater.
Učinek velikosti zrn nad 5 mm
V izvirnem besedilu je navedeno, da zrna, večja od 5 mm, nimajo pomembnega vpliva, če predstavljajo do 25% celotne mase. Če jih je več kot 25%, je treba njihov vpliv upoštevati z izračunom suhe volumetrične teže mešanice z uporabo sorazmerne metode ali modificiranega Proctorjevega testa.
Izračun po sorazmerni metodi
V skladu s to metodo se suha volumetrična teža mešanice talnega materiala γdm izračuna na podlagi sorazmerne zastopanosti zrn nad in pod 5 mm:
kje je:
- γd — suha volumetrična teža materiala, ki je šel skozi odprtino sito 5 mm;
- γsc — volumetrična teža trdnih delcev, ki ostanejo na odprtini zaslona 5 mm;
- m — utežni odstotek materiala, ki ostane na odprtini sita 5 mm glede na celotno maso.
Modificiran Proctorjev test
Glede na izkušnje ameriškega urada za melioracijo, navedene v izvirnem besedilu, če zrna, večja od 5 mm, predstavljajo več kot 1/3 do 2/3 celotne mase tal, je treba preskus opraviti izvede s skupno maso. Ker tega ni mogoče uspešno izvesti v valju s premerom 10 cm, se v tako imenovanem modificiranem Proctorjevem poskusu uporabi valj z večjim premerom. Besedilo opisuje valj s premerom 15,2 cm in višino 23,2 cm, v katerem je vzorec 5,5 kp stisnjen v tri približno enake plasti z 50 manjšimi udarci, vsak s težo 4,53 kp in višino padca 45,7 cm. Če vzorec vsebuje zrna do 20 mm, se preskus izvede z nemotenim materialom. Če vsebuje zrna, večja od 20 mm, se količina 5,5 kp vzorca preseje skozi sito 20 mm, preostanek na situ pa se nadomesti z materialom velikosti 5–20 mm.
Poleg tako opisanega postopka se v besedilu vsak način izvedbe, ki se razlikuje od standardnega, imenuje tudi modificirani Proctorjev test.
Energija stiskanja
Energijo stiskanja vzorca v Proctorjevem valju lahko izrazimo z enačbo, kjer je N število udarcev kladiva, h višina kladiva v m, W teža kladiva v Mp (megapond) in V prostornina vzorca v m3.
S povečanjem energije zbijanja dosežemo večjo zbitost vzorca, zmanjša se njegova poroznost, to je količina vode v tleh, poveča pa se suha prostorninska teža. Za energije zbijanja E1, E2, E3 in E4 so ustrezni Proctorjevi diagrami prikazani na sliki 3. Vsi diagrami asimptotično približujejo diagram nasičenosti, ki se imenuje tudi diagram 0% zračnih por, ko so vse pore napolnjene z vodo, ali 5% zračnih por, ko so 95% pore napolnjene z vodo.
Slika 3 — Proctorjevi diagrami za različne energije stiskanja.
Diagram nasičenosti je mogoče sestaviti, če je w = wz = n / γs(1-n) na abscisi in γd = γs(1-n) na ordinati, kjer je n prst poroznost in γs prostorninska teža trdnih delcev dane zemlje. Iz tega sledi, da se lahko energija zbijanja prilagaja, da se doseže želeno zbijanje. Za nadzor zbitosti naravne zemlje ali zbitega nasipa se v besedilu pogosto uporablja indeks zbitosti Iz, razmerje med suho volumetrično težo dane zemlje ali nasipa γd in prostorninsko težo, ki jo je pridobil Proctor γp:
Iz = γd / γp.
Načrtovanje in kontrola na terenu: sama laboratorijska krivulja ne potrjuje kakovosti izpeljane plasti. Odvzem vzorcev, debelina sloja, vrsta in število strojnih prehodov, vlažnost, meritve na terenu, nosilnost, drenaža, sosednji objekti in podzemne instalacije morajo biti vključeni v načrt načrtovanja in nadzora. Ne približujte se delovnemu območju valjarja ali drugih strojev brez organizirane signalizacije in nadzora dostopa.