MEHANIKA TLA RGGF 2014
1. Opisati postanak tla, razliku izmeu tla i stijena, podjela
tla prema krupnoi zrna, prema karakteru nastanka u odnosu na
autotohnu stijenu-tlo. Opisati hemijske i mehanike procese koji se
odvijaju prilikom razaranja autotohne stijene, transporta i
taloenja estica.U procesu pretvaranja vrstih stijena u tlo, od
postanka Zemlje na materijal u njenoj kori djeluju faktori koji
izazivaju: Mehaniko raspadanje prvobitnih sitjena, Hemijsko
razaranje, Transport razorenih estica, Faktori sedimentacije.
Tlo se sastoji od estica razliite krupnoe i meuprostora tj.
pora. Pore u tlu mogu biti ispunjene vodom ili zrakom.Za razliku od
stijena, prema krupnoi zrna tla se dijele na: -Glina (d 2m) nastaje
u mirnim vodama-Praina (2m 0.06mm) ejl, kriljac-Pijesak (0.06mm -
2mm) - pjeari-ljunak (2mm 63mm) konglomerat, breaPrema karakteru
nastanka u odnosu na autotohnu stijenu-tlo imamo etri pokrivaa
(sedimenta) i to: Eluvijalni nastaje raspadanjem osnovne stijene
uticajem atmosferilija Deluvijalni nastaje procjeivanjem vode i
kratkim transportom Aluvijalni nastaje rijenim transportom
(taloenje estica iz vodenog taloga) Koluvijalni nastaje klizanjem
(klasini transport)-moe sadrati odlomke stijene i neko drugo ranije
nastalo tlo Proluvijalni mjeavina i prelaz izmeu aluvijalno
deluvijalnog i aluvijalnog tla, nastaje brzim vodotocima najee u
podnoiju padina.
Glavna razlika izmeu tla i stijene je ta da tlo predstavlja
tanki dio povrine zemljine kore dok je stijena takozvani
konsolidirani materijal koji je nastao kristalizacijom iz magme,
taloenjem iz vodenih otopina te metamorfozom ve postojeih
magmatskih i sedimentnih stijena pod uticajem visokog pritiska i
temperature. Iz ovoga proizilazi zakljuak da je tlo nastalo na raun
troenja stijena.
Temperaturne promjene, smjenjivanje godinjih doba, dugorone
klimatske promjene utiu na promjenu zapremine stijenskih masiva, a
kad se to onemogui nastaju unutranji otpori koji stvaraju sitne ili
vee pukotine. Led je vaan inilac u razaranju stijena. Zapremina
leda je 11% vea od zapremine vode, pa smrzavanje vode u pukotinama
stijena izaziva znatne sile, koje dalje proiruju i produbljuju
pukotine i pridonose da se masiv ubrzano razara. Raspadnute estice
zahvaene snagom tekue vode ili vjetra, utiu na daljnje usitnjavanje
i troenje stijena. Vegetacija je znaajan faktor koji ubrzava
razaranje stijena. Ona izaziva sile nastale rastom korijenja
biljaka i stabala u postojeim manjim pukotinama. Bilo kako da su
spori hemijski procesi koji pri tome nastaju, oni u toku dugih
geolokih razdoblja vrlo snano djeluju. To su:Oksidacija nastaje
djelovanjem kiseonika i ozona iz vazduha,Karbonacija je uinak
ugljine kiseline otopljene u vodi,Hidratacija nastaje kada se voda
u procesu raspadanja hemijski vee,Desilikacija otapanje i ispiranje
SiO2 iz stijena.
Glavni transportni faktori su: gravitacija, voda, vjetar i led.
Gravitacija pomie fragmente stijena, razliite veliine, s vieg na
nii potencijalni nivo. Za vrijeme transporta vodom, taloenjem
nastaju tzv. aluvijalna tla. Eoloka tla nastaju nanoenjem vrstih
estica tla vjetrom. Veliina estica zavisi od snage strujanja, a na
mjestu taloenja su gotovo sve jednake pa nastaje jednozrnasti
sediment tj. Les i Dina. Les se sastoji od vrstih estica tla. Dine
su pokretni breuljci od nevezanog pijeska naneenog vjetrom.
Gleerska tla nastaju transportovanjem vrstih estica ledom. Na
mjestima gdje prestaje djelovati transport razloenih estica nastaju
sedimenti od krupnijih ili sitnijih estica.Osobine taloenog
materijala zavise od vrsta matinih stijena od kojih su nastali
sedimenti, od uslova u kojima je taloenje nastalo i od uticaja
kojima je takav sediment bio podvrgnut.Razni uticaji kao to su:
erozija, jaki pritisci, topljenje ledenjaka i razni hemijski
procesi koji izazivaju cementaciju nevezanih sedimenata,
doprinijeli su nastanku konglomerata, brea, pjeara, kriljaca i
laporaca.
2. struktura tla. Nain pakovanja estica tla. Sile koje djeluju
meu zrnima tla.Pod strukturom tla podrazumijeva se raspored vrstih
estica u zemljinoj masi. Osnovna struktura tla je granulometrijski
sastav. Uglavnom razlikujemo dvije vrste taloenog tla: Od krupnih
estica (ljunak, pijesak) Od sitnih estica (prah, koloidi)
a) najrjei raspored b) najgui raspored c) gust raspored s
esticama razliitog promjeraA- jednorodna veliina zrna, najree
pakovanaB- jednorodna veliina zrna, najgue pakovanaC- zrna razliite
veliine (to je materijal vie nejednorodan to se bolje pakuje)
Pri taloenju krupnih estica dominiraju gravitacione sile dok kod
taloenja u vodi osim gravitacionih postoje jo i molekularne sile.
Te su sile zanemarive prema teini krupnih estica. One su istog reda
veliine kao gravitacione sile u grupama jako sitnih estica, pa
bitno utiu na pokretljivost estica i na njihov raspored u nastalom
talogu. Kod tla je uobiajena i pahuljiasta struktura tj, estice se
nadovezuju jedna na drug. Ovakvi sedimenti su rijetki, pore su
ispunjene vodom, a tlo je jako stiljivo.
Konsolidacija predstavlja pritisak na tlo da se dobije to bolji
materijal.Za tlo se kae da je trofazni sistem: vrste estice,Voda,
Vazduh.
Glina ima pahuljastu strukturu. Zbog svoje strukture daje veliki
sadraj vode. Na 1g gline dobivamo znatno veu vodu nego na 1g
pijeska.Zrna pijeska 0,0002 m2/g Zrna gline 50-800 m2/g -Povrine
zrna3. Vlanost tla i stepen zasienosti. Definisati vlanost. Kako se
odreuje. Prosjene vrijednosti. Kako se odreuje stepen zasienosti.
Podjela prema zasienosti.Vlanost tla je odnos tene vode sadrane u
tlu prema teini njegovih vrstih sastojaka. Prema koliini vode u tlu
razlikujemo tri sluaja: Tlo potpuno zasieno vodom, Tlo djelimino
zasieno vodom i Tlo potpuno suho.Stepen zasienosti nekad se izraava
odnosom izmeu zapremine vode sadrane u porama (Vw) i zapremine pora
(Vp) obrascem, odnosno stvarne vlage u tlu i vlage koju moe da
primi:
Stepen zasienosti se kree od 0 do 1. Za potpuno zasieno tlo Sr=
1, djelimino zasieno 0-1, i suho tlo Sr=0. Odreivanje vlanosti tla
vri se laboratorijskom metodom suenjem uzorka u elektrinoj sunici i
terenskom metodom suenjem na otvorenoj vatri. Laboratorijska
metoda
Izmjeri se masa vlanog uzorka koji se zatim sui u sunici na 105C
do stalnosti masemw- prirodno vlaan uzorak ms- suha masa
uzorkaTerenska metodaOva metoda se uglavnom primjenjuje za
pjeskovita i ljunkovita tla. Tlo se sui na azbestnoj ploi do stalne
teine, zatim se obavi proraun kao i u laboratoriskoj metodi.Sadraj
vlage za naa tla:
Gline 20- 40%, Praine 20-30%, Pijesak 10-20%, ljunak 5-15%,
Organska glina >50%, Organsko tlo do 400%17
4. Zapreminska teina tla. Nain odreivanja. Prosjene
vrijednosti.
-prirodna masa tla V- prirodna zapreminaZa odreivanje zapremine
teine tla postoji vie naina od kojih su najznaajniji: postupak sa
cilindrom, postupak sa potapanjem uzorka u vodu i postupak sa
potapanjem uzorka u ivu.Postupak sa cilindrom sastoji se u
utiskivanju metalnog cilindra pod pritiskom, poznate zapremine
(najmanje 3-5 puita vei od krupnoe zrna za adekvatan rezultat), u
neporemeeno odnosno vjetaki zbijeno tlo. Tako da se potpuno ispuni
zemljanom masom. Potom se povrina uzorka izravna noem sa gornjom i
donjom ivicom cilindra i izvaga. Najmanje 2 uzorka se
odreuju.Zapreminska teina je odnos razlike teine uzorka sa
cilindrom i teine cilindra, kroz zapreminu cilindra.
Postupak sa potapanjem uzorka u vodu se zasniva na fizikoj
osobini da je zapremina potopljenog tijela u vodu jednaka zapremini
istisnute vode. Primjenjuje se samo za vezano tlo.
Iz neporemeenog tla uzima se uzorak nepravilnog oblika i na vagi
se izmjeri njegova masa (G) u prirodnom stanju. Zatim se uzorak
obavije istopljenim parafinom debljine 1 2 mm koji ne smije biti
previe zagrijan, onda se uzorak ponovo izvaga zajedno sa parafinom
i dobije masa (G'). Iz poznate mase parafina (G'-G) odredi se
zapremina: gdje je p jedinina masa parafina [g/cm3]Parafinom
obavijeni uzorak objesi se o vagu tankim svilenim koncem. Vaga se
dovede u ravnoteu a pod uzorak se podvue sud sa destilovanom vodom,
tako da cijeli uzorak bude potopljen u vodu. Poto je usljed
prividnog gubitka teine uzorka u vodi, ravnotea na vagi poremeena,
ona se ponovo uspostavi skidanjem tegova, tako da se dobije masa
uzorka sa parafinom potopljenog u vodu (G''). Razlika masa uzorka
sa parafinom u nepotopljenom i potopljenom stanju daje masu
istisnute vode. Ako je jedinina masa vode w=1.0 [g/cm3], zapremina
istisnute vode je: . Zapreminska masa tla je , gdje je A-
temperaturni koeficijent.
Odreivanje zapreminske mase tla potapanjem uzorka u vodu
Prosjene vrijednosti: Glinovito tlo 17 20 [kN/m3] Praina 17 19
[kN/m3] Pijesak 16 20 [kN/m3] ljunak 15 21 [kN/m3] Organska glina
16 17 [kN/m3] Tvdro tlo 21 25 [kN/m3]- prisustvo tekih elemenata i
tekih minerala
5. Specifina teina tla. Nain odreivanja. Prosjene
vrijednostiOdreivanje specifine teine tla se vri na poremeenom
uzorku pomou piknometra-staklene boice tano poznate zapremine i
teine. Na temperaturi od 20C, vaganjem se izmjeri 30g uzorka i masa
piknometra sa vodom. Potom se stavi da kuha kako bi se istitsli svi
mjehuri iz uzorka i vode. Kad se ohladi, piknometar se napuni vodom
do vrha, pri emu se viak vode istisne kroz kapilarnu cjevicu i
ponovo se izvaga. Zapremina uzorka jednaka je teini vode koju je on
istisnuo iz piknometra, pri emu je zapremina istisnute vode:
Gdje je: - teina piknometra; - teina piknometra sa vodom; -teina
piknometra i uzorka punog vode nakon kuhanja
Laboratorijski procesi se iskljuivo rade na neporemeenim
uzorcima.Specifinu zapreminu dobijamo po obrascu:
Za razne vrste tla ona se kree u relativno uskim granicama, od
26 do 28 kN/m3. Nie vrijednosti mogu imati tla s mnogo organskih
primjesa i neke bentonitske gline.
6. Poroznost tla (Nain odreivanja; prosjene
vrijednosti)Odreivanje poroznosti i koeficijenta poroznosti vri se
na neporemeenom uzorku poznate zapremine, koji se dobije
utiskivanjem cilindra u neporemeeno tlo. Nakon suenja uzorka na
temperaturi od 105 oC do stalne teine odredi se teina uzorka u
suhom stanju, iz poznate teine suhog uzorka i specifine teine
materijala izraunava se:
Gdje je : md masa suhog uzorka tla md=m
Postoje dvije vrste poroznosti:1. meuzrnska (intergranuirana)2.
pukotinskaKoeficijent poroznosti dobija se na osnovu obrasca:
Poroznost za naa tla: ljunak 20-40 Pijesak 30-40 Glina 30-45
Organska tla >50 Poroznost tla je relativno visoka u odnosu na
stijene
7. Konzistencija i granice konzistencije tla (Nain odreivanja;
prosjene vrijednosti)Pod konzistencijom tla podrazumijeva se
agregatno stanje tla u zavisnosti od sadraja vode. U pogledu
konzistencije postoji bitna razlika izmeu koherentnih i
nekoherentnih tala. Konzistencija ljunka ne zavisi od sadrine vode,
dok za koherentna tla (glina, prah), konzistencija zavisi od
koliine vode koju tlo sadri.Po granici konzistencije (odnosno po
sadraju vlage) tlo je podijeljeno na:
Gdje je: WL granica teenja Wp granica plastinosti Ws granica
skupljanjaGranica teenja (Wl)Wl (LL) % - Granica teenja je
konzistencija na prelazu izmeu plastinog i tenog stanja, a izraava
se sadrajem vode te faze.Za odreivanje granice teenja slui
Casagrandeova treskalica. To je ureaj sastavljen od zdjelice koja
se okretanjem ruke moe dii na visinu od 1 cm s koje slobodno pada i
udara od podlogu. U zdjelici se razmae uzorak tla i u njega razree
prorez pomou posebnog noa. Tada se okree ruka brzinom 2 udarca po
sekundi dok se prorez ne sastavi na duini od 1 cm. Opit se ponavlja
sa uzorcima kojima se postepeno dadaje sve vie vode, i svaki put se
zabiljei broj udaraza potreban da se prorez na dnu posude zatvori
na duini od 1 cm. Nakon toga se rezultati unose u polulogaritamski
dijagram dobiemo take ijim se spajanjem dobija kosa prava linija na
kojoj se taka za 25 udaraca usvaja kao granica teenja.
Granica teenja za naa tla:
WL = 20-70 WL > 50 (visokoplastino tlo) Za odreivanje granice
plastinosti nije potrebna aparatura. Opit se vri na uzorku tla koji
se pripremi u mekom plastinom stanju i skupi lopticu 2-3 cm . Zatim
se uzorak valja dlanom na podlozi od nekog upijajueg materijala u
valjii promjera 3 sve dok se ne ponu kidati i pucati. Tada se za
izlomljene valjie odreuje sadraj vlage. . Koliina vode izraena u
procentima suhe teine uzorka, odgovara granici plastinosti (Wp). Za
naa tla granica plastinosti je: Wp = 16 - 30 Granica skupljanja
odreena je vlanou pri kojoj se postignuta zapremina uzorka ne
smanjuje daljim suenjem. Opit se obavlja na uzorku koji je
prethodno pripremljen sa destilovanom vodom tako da njegova
konzistencija bude priblino na granici teenja, kada su sve pore
zasiene vodom. Od pripremljenog materijala naini se loptica koja se
prvo sui na vazduhu, a zatim u sunici na temperaturi od 105 [oC].
Odmah na poetku izmjere se masa G1 i zapremina V1. Uzorak se zatim
dalje sui na vazduhu pa u sunici. Postupak se ponavlja sve do
postizanja stalne zapremine. Nakon toga uzorak se i dalje sui bez
mjerenja zapremine, sve do postizanja stalne mase. Zatim se podacu
unose u dijagram, gdje se obino dibja linija sa otrim prelomom u
oblasti granice skupljanja. U prelomnoj taci dobija se vlanost (W)
koja odgovara granici skupljanja (Ws).
Prosjene vrijednosti za naa tla:
Tlo dobrog kvaliteta Ws < 5 Tlo srednjeg kvaliteta Ws 5 - 10
Tlo loeg kvaliteta Ws > 10 Tlo vrlo loeg kvaliteta Ws >
15
8. Granulometrijski sastav tla. Nain odreivanja. Podjela tla
prema granulometrijskom sastavu.Podjela tla po granulometrijskom
sastavu:- glina < 0,002 mm --> sitozrno tlo- prasina 0,002
0,06 mm --> sitozrno tlo- Pijesak 0,06 2,00 mm --> krupnozrno
tlo- Sljunak 2,00 60,00 mm --> krupnozrno tlo- kamen 60,00 mm
--> krupnozrno tlo
Za krupnozrna tla granulometrijski sastav se odreuje sitovnom
metodom, gdjhe se u sito ubacuje 100% sadraj tla koji zavisi od
krupnoe zrna: za sitni i srednji pijesak do 300g, za krupni pijesak
i sitni ljunak od 0.3 do 2 kg, za krupni ljunak od 2 do 10 kg.
Uzorak se osui na temperature od 100 do 110C do stalne teine, zatim
se izvaga i stavi u sito koje se stavlja na aparat za vibriranje
gdje se uzorak prosijava 10-15 min. Poslije prosijavanja izvaga se
ostatak na svakom situ ija suma mora odgovarati poetnoj masi
uzorka.
Sito je inace kruznog, poprecnog presjeka. Za sitozrna tla
granulometrijski sastav odreuje se metodom aerometrisanja. Uzorak
se sui na temp od 100 do 110 C do konst teine. Uzima se 30-5g g
uzorka za glinovita tla, 50 -80 za prainasta tla. Odvaga se
potrebna masa uzorka stavi u staklenu au i pusti da prenoi.
Pripremljenu uzorak slijedei dan procijediti kroz sito 0.09 mm i,
uz djelovanje destilovane vode i vodenog stakla, izmijeati u
menzuri od 1000 cm3. Odmah poslije toga najkasnije 30 min treba
poeti aerometrisanje. Prvo itanje na aerometru se izvri poslije 15
sekundi zatim poslije 1 i 2 minute. Na oko 4.5 minuta od poetka
aerometrisanja, aerometer se ponovo polako stavi u suspenziju i u
petoj minuti izvri sljedee itanje. Isti postupak se ponavlja
poslije 15, 45, 2.5, 12, i 24 sata. Prilikom aerometrisanja treba
mjeriti i temperature suspenzije.
-masa suhog uzorka-specifina masaR- itanje na aerometru
NA APCISI JE LOGARITAMSKA RASPODJELA. DIJAGRAM SE RADI ZA OBA
POSTUPKA MJERENJA TJ. I ZA SITOVNU ANALIZU I ZA ANALIZU
AEROMETRISANJA.
9. Klasifikacija tla. Indeks koherentnog tla. Casagrandeov
dijagram plastinosti. Osnovne grupe I podgrupe tla prema
klasifikaciji.
U indeks koherentnog tla ubrajaju se:
1- Indeks plastinosti (ip)2- Indeks teenja (il)3- Indeks
ilavosti (it)4- Indeks konzistencije (ic)
Indeks plastinosti predstavlja razliku izmeu granice teenja i
granice plastinosti.
Kod nas se uobiajeno kree od 20-60% u nekim ekstremnim
sluajevima i preko 60%Pokazuje koja je koliina vode potrebna da
neko koherentno tlo pree iz plastinog u teno stanje.Indeks tecenja
predstavlja odnos vika vode u tlu preko granice plasticnosti.
Indeks ilavosti je odnos izmeu indeksa plastinosti i indeksa
teenja.Indeks konzistencije je odnost razlike granice teenja i
prirodne vlanosti prema razlici granice teenja i granice
plastinosti.
Ic= 0-0.25- loe tlo Ic= 0.75 1 relativno dobro tlo
Cassagrandov dijagram plastinosti slui za klasifikaciju tla koja
odgovara vlanosti na granici teenja i indeksu plastinosti.
Cassagrandov dijagram ima dvije zone: prva zona iznad linije A take
glinovitog materijala, dok he ispod linije A druga zona, tj tacke
prainastih materijala i organskih glina.
Na osnovu dijagrama sitnozrna tla grupiemo u sljedee
skupine:
CH- glina neorganska visoke plastinostiCl- lina neorganska
srednje plastinostiCL- lina neorganska niske plastinostiOH-
organske gline visoke plastinostiOI- organske gline srednje
plastinostiOL- organske gline niske plastinostiMH- praina visoke
plastinostiMI- praina srednje plastinostiML- praina niske
plastinostiSF- sitnozrni pijesak prainastSC- sitnozrni pijesak
glinovit
Klasifikacija tlaSva tla grupiemo u grupe radi prepoznavanja
kvaliteta tog tla. AC- klasifikacija (Casagrandeova):-Sve vrste tla
se dijele u dvije grupe: krupnozrnasto ili nekoherentno tlo
sitnozrnasto ili koherentno tloUz to se razlikuje i pet osnovnih
grupa: ljunak, promjer zrna 60-2 mm G (gravel) pijesak, promjer
zrna 2 0,006 mm S (sand) praina, promjer zrna 0,006 0,002 mm M
(marl) glina, promjer zrna (GW, GU, GP, GF, GC)Praine --> (ML,
MI, MH)Pijesak --> (SW, SU, SP, SF, SC)Glina --> (CL, CI,
CH)Treset --> (PT)Organsko tlo --> (OL, OI, OH)
L low, I intermediate, H- high
10. Voda u tlu (porijeklo vode u tlu, kruni tok vode u tlu,
pojam vodopropusnog i vodoneporpusnog tla, pojam o pojavi vode i
statickoj visini vode (ppv i npv), piezometer, kapilarna voda i
dizajn)Voda se pojavuljuje u tlu kao nevezana ili vezana voda za
estice tla. Nevezanu vodu moemo odstraniti suenjem dok je vezana
voda nepokretna i ne moe se lako ostraniti. Svako tlo u svojim
porama sadri veu ili manju koliinu vode. Apsolutno suhog tla u naim
predjelima gotovo da i nema. Prirodno je tlo trofazni mehaniki
sistem koji se sastoji od: estica tla (vrsta faza), vode u porama
(tena faza), vazduha u porama (plinska faza)Voda u tlo moe doi iz
razliitih izvora.
Vodopropusnim tlom se smatra ono tlo koje ima sposobnosti
proputanja i upijanja vode, vodopropusno tlo moe biti ljunkoviti
pjeskovito i sl.Voda koja se nalazi meu zrnima zadrana
meumolekularnim silama izmeu vode i tla naziva se adheziona voda.
Voda svojim adhezionim silama vee estice tla i stvara prividnu
koheziju.Ukoliko ispod zemljine kore poslije nekog pjeskovitg tla
voda nailazi na glinu, zbog samog svjostva gline, voda da bi prola
dalje u unutranjost mora promijeniti svoj tok jer u ovom sluaju
sama glina predstavlja vodoneporpusno tlo. Pojavom podzemne vode
smatrama ono mjesto pod zemljinom korom gdje se sakuplja voda koja
se nalazi u porama i pukotinama tla i stijena. NPV ili nivo
podzemne vode je ravnina na kojoj je hidrostatski pritisak jednak
nuli a do njega se voda podie u tlu kroz otvorene pukutone i pore.
NPV obino slijedi povrinu terena a reguliran je uvjetima
pohranjivanja
Piezometar je ureaj koji slui za mjerenje i praenje NPV. Sastoji
se od posude vrstih stijena u kojoj je na dnu smjetene posudica sa
ivom. U ivu su utaknuti manometar. Kojim se odreuje pritisak i
otvor zatvorene staklene posude napunjene tekuinom kojoj ispitujemo
rast i pad niova
ADHEZIJA
a- nivo temeljne vodeb- nivo zatvorenih kapilarac- nivo
otvorenih kapilaraKapliarna voda se die u uskim cjevicama pomou
adhezionih sila i pod negativnim je hidrostatskim pritiskom.
Kapliarnost je pojava podizanja nivoa tenosti u cijevi malog
promjera na temelju adhezionih sila izmeu materijala od kog je
napravljena cijevica i same tekuine. Osnovni faktori koji definiu
nivo kapilarnog dizanja su povrinska napetost tekuine i adhezione
sile izmeu staklene cijevi i tekuine. Pore u tlu su nepravilno
rasporeene i spojene kanalima raznih oblika i veliina, pa se u
kapilarno djelovanje pojavljuje ovisno o veliini pora i njihovoj
povezanosti. Najei efekti kapilarnog djelovanja u tlu su prividna
kohezija pijeska i poveana vrstoa prosuenog koherentnog tla i
djelovanje mraza u tlu male propusnosti.11.Vodopropusnost tla
(Darsijev zakon, odredjivanje vodopropusnosti, prosjecne
vrijednosti)Darci je utvrdio da ako kanal koji spaja dva suda
ispunimo tlom, te u jednom sudu odravamo konstantan nivo vode, u
drugom sudu se voda nikada nece popeti do nivoa vode u prvom. Neka
je razlika nivoa vode u sudovima h, a duina kanala ispunjenog tlom
L, onda je brzina proticanja vode kroz porozan materijal:
gdje je: V-brzina proticanja vode (cm/s) k- koeficijent
propusnosti koji zavisi od osobine tla (cm/s) i- hidraulicni
gradient l- duina presjeka proticanja (cm)
to je vea duina l imali bi smo vei pad Brzinu moemo dobiti i
mjerenjem protoka:
Q- koliina vode (cm3)t- vrijeme (s)A- povrina poprenog presjeka
kroz koji voda tee (cm2)Moemo povezati Darcyev zakon i ovu jednainu
pa e biti:
pa je protok:
Iz ovoga se vidi da sa porastom hidraulikog gradijenta raste i
protok. Darcyev zakon vrijedi samo za laminarna kretanja vode, tj.
za mirna kretanja, bez turbulencije i za male brzine. Moe se uzeti
da voda prelazi u turbulentno strujanja kada su pore tla >0.5
mm.Odredjivanje vodopropusnosti se dijeli na: Labaratorijsko: sa
konstantnim pritiskom vode I sa padajucim pritiskom vode terenska
metodaMetod sa konstantnim pritiskomUzorak tla ugradi se u cilindar
odreenog presjeka A. Na gornjem i donjem kraju uzorak je zatien
filterskom ploicom. Duina uzorka je l. Kroz donji filter dovodi se
voda preko preliva koji odrava stalnu visinu na ulazu. Voda izlazi
iz uzorka kroz gornji filter opet preko preliva kojim se odrava
nivo na izlazu gdje se mjeri protok pomou graduirane menzure.
Postupak se zasniva na principu da se najprije proputa voda kroz
uzorak i ostavi da ispuni sve pore. Zatim se kroz neko vrijeme t
mjeri protok Q. Za to se vrijeme odrava stalna razlika h izmeu
gornjeg i donjeg vodotoka.
Primjenjujemo Darcyev zakon za dobijanje koeficijenta
vodopropusnosti:
Opit se koristi za sitnozrna tla, gline i praine.Metod sa
opadajuim pritiskomZa mjerenje propusnosti uz promjenjiv pritisak,
uzorak se ugrauje u cilindar izmeu dva porozna filtera. Kroz donji
filter ulazi voda iz vertikalne cijevi, a na gornjem filteru izlazi
preko preliva.
U diferencijalnom intervalu vremena (dt) visina vode u cijevi
snizit e se za (dH), a uzorak e za to vrijeme propustiti koliinu
vode:
Crtica ispred A znai da je itanje dH negativno, tj. da voda u
vertikalnoj cijevi opada sa vremenom.Uvrtavanjem vrijednosti iz
Darcyeve jednaine ( ) i znajui da je brzina
dobijamo:
Integrisanjem lijeve strane jednaine od t=0 do t=t i sa desne
strane od H=H1 do H=H2 dobijamo:
za gline je do cm/sza praine do cm/sza pijeskove do za ljunak
12.Efektivni i neutralni naponi (Opisati pojam jednih i drugih
napona i ukupnih napona, nacin odredjivanja)?Ako se na dno posude
stavi uzorak tla i optereti, cjelokupno optereenje ove mase primie
vrste estice tla. Specifini pritisak na povrsinu uzorka izazvace
slijeganje uzorka i smanjenje njegove poroznosti, a samim tim i
promjene drugih fizikih osobina tla. Ako se uzorak u sudu optereti
vodom do visine h s tim da je ona ispunila sve pore uzorka,
pritisak vodenog stuba iznad uzorka nece prouzrokovati slijeganje
uzorka, smanjenje njegove poroznosti, niti ce izazvati vidljive
promjene i drugih fizikih osobina uzorka. Ovi opiti dovode do
zakljuka da se napon pritiska u zasienom tlu sastoji iz dva dijela
i to:-efektivni napon (bitan za geotehnine propraune)
- zapreminska teina (suha)-neutralni napon
- zapreminska teina vode
Efektivni napon prenosi se preko dodirnih povrina izmedju vstih
estica tla, a neutralni napon se prenosi kroz vodu u porama. Ako je
donji dio suda ispunjen zasicenim uzorkom tla, a iznad povrine
uzorka vodom, onda ce ukupni napon ma u kojoj taki uzorka biti:
U sluaju sa podzemnim vodama:
- zapreminska teina zasienog tla- zapreminska teina nezasienog
tla
zapreminska teina potopljenog tla
U sluaju da nema podzemnih voda ili je relativno niska:
13.Proticanje vode kroz tlo (Opisati pojavu proticanja vode,
piezometarske visine i nivoe, ekvipotencijal i strujnice, brzina
proticanja vode, freatska povrsina vode, filtraciona mreza)?Tlo je
propusno i kroz pore tee voda ukoliko postoji razlika potencijala
vode u razlicitim takama u tlu. Brzina proticanja vode kroz tlo
povrsine presjeka A okomito na smjer toka moe se izraziti preko
koliine vode Q protekle u nekom vremenu t na sledei nain:
To je prividna brzina jer voda tece samo kroz pore, pa je
efektivna brzina:
Brzina proticanja vode kroz tlo na odreenim duinama e dostii
brzinu v=0
Piezometarski nivo je nivo vodenog stupca koji odgovara pritisku
porne vode u zoni u kojoj je mjerenje izvreno. Piezometarska visina
predstavlja potencijal pritiska vode. Na slici je prikazano
priticanje vode kroz tlo, koje se mjeri sa dva piezometra. Za
proraun se koristi referentna povrina. Neka je strujanje
stacionarno, tlo homogeno a pritisak u svakoj taci ovisan samo o
visinskom poloaju.
h1 i h2 piezometarski nivio (to moemo snimiti na terenu)z1 i z2
geodetske visinehp1 i hp2 piezometarske visineh- hidraulika
visinaNa skici vodo struji ka prvom piezometru pa ka drugom. Na
gornjem i na donjem piezometru pritisci e biti:
Ekvipotencijale su linije sa istim potencijalom ili
potencijalnom visinom(piezometarskim nivoima). Strujnice su linije
sa istim intenzitetom brzina, odnosno brzine su konstantne.
Ekvipotencijale i strujni kanal predstavljaju filtracionu mrezu.
Freatska povrsina vode se smatra vodom temeljicom tj. onom vodom
koja potpuno ispunjava supljine.
=const
14. Naponi i deformacije tla (Vertikalni i horizontalni naponi,
normalni i tangencijalni naponi, Mohrov krug napona, odnos izmedju
napona i deformacija, stvarno ponasanje tla)?Naponi opsteg smjera
sastoje se od dvije osnovne komponente normalnog napona () i
tangencijalnog ili napona smicanja ( ). Normalni naponi su naponi
pozitivni kad djeluju kao pritisak, obrnuto od onoga u teorijskoj
mehanici gdje su zatetni naponi pozitivni. Pozitivni su
tangencijalni naponi koji skrecu rezultantu napona na ravni u
smjeru kretanja kazaljke na satu i obrnuto.
, -, --normalni naponi za ose x, y i z gdje su naponi po osi x
horizontalni, y- vertikalnin-tangencijalni napon
Najvei mogui naponi u elementu su: - glavni naponi; - glavni
smiui naponi Odredjivanje normalnih i tangencijalnih napona moze se
raditi i pomou Mohrovih krugova napona na sledei nain: Prvo se
nacrta koordinatni sistem i onda se na horizontalnoj osi nanesu
velicine horizontalnog i vertikalnog napona. Zatim se odredi
srednji napon i nanese na horizontalnu osu a nakon toga se opie
krug. Za odredjivanje napona u nekoj ravni pod uglom treba iz
sredita kruga pavui pravac pod uglom () mjereno od smjera veeg
napona. Na taj nacin dobiva se presjena taka krunice i prava.
Projekcije ove take na apcisu odredjuje veliinu normalnog napona, a
ordinata veliinu tangencijalnog napona.
Elastine karakteristike tla mogu se definisati sa modulom
elestinosti i Poissonovim koeficijentom. U elementu tla izloenom
djelovanju razliitim glavnim naponima u tri smjera osim aksijalnim
deformacija nastaju i distorzione deformacije zbog djelovanja
tangecionalnih napona na raznim povrinama.
E-modul elastinosti G- modul klizanja
- koeficijent bonog dejstva najee kod tala- ugao unutranjeg
trenjaPored to naponi zavise od vlastite teine tla , zavise i od
drugih tijela na povrini.
Nivo podzemnih voda takoer utie na promjenu napona u dubini:
-zapreminska teina vode
Stvarno tlo bitno se razlikuje od modula eleasticnih tijela.
Deformacije stvarnog tla nisu linearno zavisne od promjene napona.
Nisu elasticne, pa nakon rasterecenja ostaju trajne. Odnos izmedju
napona i deformacija realnog tla drugaciji su od onih za elasticno
izotropno tijelo. Razlikuju se dva osnovna slucaja: Naponi izazvani
opterecenjem znatno su manji od napona loma Naponi izazvani
opterecenjem blizu su naponima loma U prvom slucaju, gdje su radni
naponi izrazito manji od onih koji prouzrokuju lom tla, koriste se
parametri za elasticna tla. U drugom slucaju se aproksimira tlo
modelom za idealno plasticna tla. 15. Naponi uslijed povrinskog
optereenja ( kruka napona; Steinbrenerova metoda i Newmarkova
metoda za odreivanje napona uslijed povrinskog optereenja ) ?
Steinbrenerova metoda je zasnovana na Boussinesgovom matematikom
rjeenju i primjenjuje se za optereenje povrine oblika kvadrata,
pravougaonika i trake. Steinbrener je posmatrao pravougaonu
povrinu, optereenu ravnomijernim optereenjem i sveo problem
odreivanja napona u dubini , ispod ma bilo koje take. U tom smislu
podijelio je optereeni pravougaonik na 4 manja pravougaonika ija je
zajednika ugaona taka G. Napon u dubini ispod posmatrane take
dobija se ako se saberu uticaji svih dijelova podijeljenog
pravougaonika. Za svaki od podijeljenih pravougaonika odredi se
uticajelementarne povrine na dubini ispod take. Brzi raun napona
ispod optereene povrine moemo sprovesti pomou Steinbrenerovog
dijagrama.
Uticajni parametri:Po (kN/ m2); a/b ; z/b; Iz= z/Po
Newmark je proirio metodu za odreivanje napona z za krunu plou i
na optereenje povrine bilo kojeg oblika. Dijagram se crta na
slijedei nain: prvo usvajamo duinu AB koja predstavlja dubinu Z i u
toj razmjeri opiemo 9 koncentrinih krugova, poluprenika r dobivenog
tabelarno i povuemo 20 radijalnih linija pod uglom 18o. Da bismo
odredili naprezanje ispod proizvoljne take N neke nepravilne
povrine na dubini Z potrebno je da tu povrinu nacrtamo na providnoj
hartiji, u istoj razmjeri u kojoj je nacrtana dubina Z =AB. Bilo
koja taka za koju se odreuje napon dovede se u centar kruga.
Nepotpuno prekrivene elemente povrine ocjenjuju se prema veliini
elementarne povrine koju pokrivaju u (%) i unese u broj n.
Naprezanje na dubini Z dobija se kada se broj n pomnoi sa z tj:
Kruka napona predstavlja napone koji se odvijaju ispod povrine
tla, pod nekim optereenjima. Ti naponi su pod uglom i ba zbog tog
ugla i imaju krukolik oblik. Idui dublje u tlo naponi slabe.
z1= 0,9P z2= 0,8P z3= 0,7P z4= 0,6P -naponi se smanjuju
dubinom
16. vrstoa tla ( vrstoa na smicanje;Mohr-Columbov uslov loma;
kohezija; ugao unutranjeg trenja)?vrstoa na smicanje se moe
definisati kao naprezanje na smicanje u ravni loma, u trenutku
loma. Ukoliko se smicanje dogaa du jedne jasno definisane povrine
ravan se direktno moe sagledati. Ukoliko se smicanje dogaa
istovremeno du vie ravni, ravan loma nije definisana i lom tla se
karakterie maksimalnim glavnim naponom. Lom u tlu nastaje kada
krunica naponskog stanja tangira karakteristinu anvelopu
materijala, odnosno graninu liniju vrstoe. vrstoa tla bitno je
uvjetovana veliinom i oblikom vrstih estica. Prema jedinstvenom
sustavu klasifikacije tla, tlo dijelimo u dvije glavne skupine:1.
Krupnozrnasto (nekoherentno, nevezano) tlo, to su pijesak i
ljunak2. Sitnozrnasto (koherentno, vezano) tlo , to su gline i
praineDva osnovna parametra vrstoe na smicanje su kohezija c (
kN/m2) i ugao unutranjeg trenja () , koji zavisi od vrste
materijala, mineralokog sastava, granulometrijskog sastava i
koeficijenta pora.Kohezija predstavlja meumolekularnu silu, zbog
postojanja vode u sitnozrnim tlima.Kohezija je svojstvo sitnozrnog
tla kojeg zbog toga nazivamo koherentnim. Kako se smanjuje veliina
estica, poveaje se njihov broj u jedinici zapremine pri jednakom
koeficijentu pora. to su manje estice, dominantnije je i djelovanje
Van der Waalsovih i elektrinih sila s obzirom na gravitacijske sile
izmeu njih. Kohezija je dakle otpor tla na smicanje kada su
normalna naprezanja jednaka nuli. Ona uvjetuje vrstou tla. Kohezija
nije konstantna ve ovisi o vlanosti. Kohezija sitno zrnastih
materijala zavisi od mnogo faktora, od kojih su najvaniji: veliina
estice i njihov mineraloki sastav, krarakteristini granulometrijski
sastav i granice konzistencije; meusobni razmak susjednih estica,
karakteriziran koeficijent pora; elektrohemijski sastav porne
vode.
Ugao unutranjeg trenja na smicanje nije konstantan, ali se vrlo
esto moe takvim smatrati. Sama pojava pornog pritiska moe mijenjati
otpornost na smicanje pri brzom optereenju vee zapremine tla. Ugao
vrstoe tla na smicanje zavisi od slijedeih faktora: veliine vrstoe
tla; oblika estica tla, gustoe tla, sadraja vode u tlu. Ugao
unutranjeg trenja je vei to su vee estice tla, to je oblik estica
tla nepravilniji i otrijih ivica i to je manji sadtaj vode.
Lom u tlu nastaje kada krunica naponskog stanja tangira graninu
liniju vrstoe materijala. Granina linija vrstoe je najee blago
zakrivljena ali se u praksi najee zamjenjuje pravcem koji je izraen
Coulombovim zakonom:
Proraun vrstoe na smicanje kod nedreniranih uslova , sa
podzemnim vodama e biti:
gdje je: , - parametri vrstoe za nedrenirane uslove u- neutralni
napon
17. Stiljivost ( edometarski opit;modul stiljivosti;prosjene
vrijednosti;dijagram relativne kompresije;slijeganje temelja;
slijeganje uslijed promjene nivoa podzemnih voda;vremenski tok
slijeganja konsolidacija)?Stiljivost je deformisanje tla, nastaje
kao posljedica restruktuiranja slabo vezanog tla. Graevina smjetena
na jako stiljivo tlo vjerovatno e biti oteena usljed slijeganja,
koje je posljedica smanjenja zapremine tla usljed nanoenja statikog
optereenja.Ova promjena zapremine dogaa se zbog promjene zapremine
pora, rjee se moe dogoditi i zbog promjene zapremine vrstih
estica.
Neposredno posle nanoenja napona, tokom vremena dolazi do
opadanja pornih pritisaka ,poveanja efektivnih napona i smanjenja
zapremine tla na raun istisnute vode iz pora i do slijeganja kao
posljedice smanjenja zapremine tla. Ovaj proces opadanja pornih
pritisaka, poveanja efektivnih napona i smanjenja zapremine tla
naziva se KONSOLIDACIJA.
Promjene napona, deformacija i pornog pritiska, nastele u tlu
pod uticajem optereenja na povrini, u nekoj zadanoj dubini moemo
izraunati u raznim takama polja. Budui da su dodatni naponi i porni
pritisci razliiti u razliitim poljima, nastat e razlika potencijala
i gradijent pornog pritiska, to izaziva kretanje vode u skladu sa
Darcyevim zakonom. Postepeni protok vode iz zone poveanog pornog
pritiska, prema granicama podruija sa manjim pornim pritiskom
omoguuje da se porni pritisak i zapremina pora smanje, pa u toku
procesa rastereenja pornog pritiska rastu efektivni naponi i
podruije se slijee. Ovaj proces migracije vode naziva se
konsolidacija. Zbog pada pornog pritiska, postepeno se smanjuju
gradijenti a time i brzina toka i brzina smanjenja zapremine pora,
pa i proces slijeganja vremenom postaje sporiji. Slijeganje se
obiljeava slovom S [m, cm] i predstavlja pomijeranje na
povrini.
Dilatacije e biti:
Promjena napona spram deformacije naziva se modul
stiljivosti.
Modul stiljivosti (Mv) razlikuje se od modula elastinosti (E)
elastinog materijala, jer modul stiljivosti nije konstantan za isti
materijal, ve je promjenjiv i raste sa normalnim optereenjem
.Dijagram relativne kompresije se dobije tako to se na apscisu
nanase normalni napon koji odgovara optereenju, a na ordinatu
relativna kompresija.Stiljivost tla se odreuje opitom pritiska sa
sprijeenim bonim irenjem koji se jo zove endometarski opit.Pri
optereenju se dobija dijagram primarne kompresije a. Pri
rastereenju dijegram bubrenja b (plastine deformacije). Ukoliko se
pri rastereenju vri ponovno optereenje, dobija se dijagram
sekundarne kompresije c.
Za graevinske objekte, ukupno dozvoljeno slijeganje je
maksimalno 5 cm, ne vie.Edometar je sprava u kojoj se mjeri
promjena visine niskog cilindrinog uzorka tla, odgovarajueg prenika
uz porast optereenja. Uzorak je na poroznoj ploici velike
propusnosti u udubljenju metane podloge aparata. Iznad uzorka je
takoe porozna ploica i na njoj je metalna ploa koja prenosi i
raspodjeljuje optereenje. Donja porozna ploica i prostor u kojem
ona lei spojeni su, sa staklenom cijevi u kojij se nalazi voda.
Izmeu gornje porozne ploice se nalije voda koja se moe prelijevati
preko kratke cijevi. Kad je nivo vode u staklenoj cijevi jednak
nivou vode iznad gornje porozne ploe, u uzorku nema hidraulinog
gradijenta, pa voda protie kroz uzorak. Optereenje se prenosi na
gornju metalnu plou centrino, preko eline kugle i ureaja za prenos
sile. Po postignutoj konsolidaciji, nanosi se slijedei stepen
optereenja i cio postupak se ponavlja sve do krajnjeg stepena
optereenja.
Stiljivost se kree :100-300 (kN/m2) veoma stiljiva tla; 300-600
(kN/m2) stiljiva tla; 600- 1200 (kN/m2) slabo stiljiva tla;
>1200 (kN/m2) neznatno stiljiva tlaPri trajnom snienju nivoa
podzemne vode sa NPV1 na NPV2 poveava se zapreminska teina tla,
koja vie nee biti pod uzgonom u oblasti snienja. Prirataj napona (
predstavlja povrinu dijagrama napona bcf. Usljed prirataja napona
dolazi do slijeganja H- debljina sloja usljed snienog nivoa vode
-zapreminska teina tla usljed snienja NPV -zapreminska teina tla
potopljenog u voduMv- modul stiljivosti
17. Odreivanje vrstoe na smicanje. Laboratorijski postupci.
Dijagram napon-deformacija. Anvelopa loma. Vrna i rezidualna
vrstoa. Uticajni parametri na vrstou tla.Da bi utvrdili vrstou na
smicanje moramo odrediti dva osnovna parametra a to su ugao
unutranjeg trenja i koheziju.vrstoa na smicanje se ispituje
laboratorijski i to:1. triaksijalna vrstoa tla2. vrstoa tla na
smicanje po dirigovanim plohama.
Triaksijalna ispitivanja se vre pod uslovima to slinijim onim
koji djeluju na tlo u prirodi. Obavljaju se pomou triaksijalnih
aparata gdje se uzorak cilindrinog oblika obavijen gumenom opnom
optereuje bonim naponom a potom se nanosi vertikalno optereenje sve
do loma. Tako se dobije par vrijednosti napona koji su vladali u
trenutku loma. Ispitujui vie uzoraka istog materijala pod razliitim
bonim pritiscima dobit e se vie Mohrovih naponskih krugova, to
omoguuje konstrukciju pravca (anvelope) koji karakterie uslov loma.
Potrebna su najmanje tri Mohrova kruga za odreivanje vrstoe.
Ovaj opit je dosta skup i spor. Ima osjetljivu ugradnju i
pripremu uzorka. Ureaji su dosta skupi. Radi se samo za specijalne
objekte (objekte jako skupocijene investicije).
Opit sa smicanjem po dirigovanim plohama se vri pomou aparata
koji se sastoji od donjeg nepominog dijela i gornjeg pokretnog koji
se moe pomijerati pod dejstvom horizontalne sile. Uzorak se stavi u
kalup gdje je obuhvaen filterskim kamenom sa zubcima, gdje su zubci
okrenuti u pravcu djelovanja horizontalne sile da bi se uspostavila
dobra veza sa uzorkom i sprijei klizanje na dodirnim povrinama.
Prije nego to se primjeni smiua sila, u uzorku vladaju glavni
naponi, na gornjoj i donjoj povrini zbog privrenja. Uzorak se
ispituje na vie kalupa sa razluitim optereenjima preko poklopaca
koji iznose: za prvi kalup 10, drugi 20, trei 30, etvrti 40
N/cm2.
Dobivene vrijednosti parova () koji su vladali u ravnima
smicanja u trenutku loma, unosimo u koordinatni sistem i dobivamo
onoliko taaka koliko je opita izvedeno. Prava koja spaja ove take
(ili se vri aproksimacija) daje ugao unutranjeg trenja i
koheziju.
Nedostatak ovoga opita je to se uzorak vrlo brzo drenira, pa
daje neku lanu predstavu o vrstoi, odnosno daje veu vrstou.
Vrna vrstoca je najveca cvrstoca tla, deava se na manjim
deformacijama, pri slomu. Pad vrstocenakon sloma je kod nekih
materijala znaajan, a da se pri tom ne poveca znaajno
deformacija.Kada se tlo smie do velikih deformacija, odnosno kada
je pokret u masi tla u prirodi tako velik da proizvodi
preslagivanje estica gline tada se njegova otpornost bitno smanjuje
i parametri vrstoce tla za taj slucaj zovu se REZIDUALNI PARAMETRI
(c=0, = r).Rezidualni parametri koriste se u raunu stabilnosti
kosina na mjestima umirenih ili aktivnihklizita. Postoje dvije
vrste opita a to su:-opit sa kontrolisanim naponom (pjeskovita,
ljunkovita tla)- opit sa kontrolisanom deformacijom (glinovita
tla)Metoda suhog pijeska je odreivanje ugla unutranjeg trenja,
sipanjem pijeska na kamaru gdje se pravi kupa. Ugao pod kojim
pijesak ostaje stabilan je ugao unutranjeg trenja. Kohezija je
jednaka nuli.CPT- conus penetration test (in situ)Opit tee tako to
se standardni teg teine 63.5 kg pusti da padne na nakovanj sa
standardne visine 76.2 cm i time ga zabije u tlo. Nakovanj je
privren na buae ipke. Zabijanje se provodi sve dok uzorkiva ne
prodre u tlo standardnih 46 cm. Pri tome se broji broj udaraca o
nakovanj potrebnih da uzorkiva prodre za svaku treinu od ovih 46
cm. Rezultat pokusa je zbroj udaraca N potrebnih za prodiranje
druge dvije treine (30.6 cm) razmaka od 46 cm.SPt-standard
penetration testOvo je najrairenije terensko ispitivanje.
Prvenstveno se koristi za nekoherentna pjeskovita tla. Izvodi se u
buotini. Cilindar, standardnih dimenzija se postavlja na dno
(prethodno oiene) buotine, a preko buaih ipki je spojen s povrinom.
Na najvioj je ipki nakovanj na koji pada malj od 63,5 kg s visine
od 76 cm. Mjeri se broj udaraca N da cilindar ue u tlo.
Uticajni parametri na vrstou tla su ugao unutranjeg trenja (ugao
trenja izmeu estica materijala) i kohezija (privlana sila izmeu
istih materijala, karakteristina za sitnozrnaste materijale, ovisi
o granulometrijskom sastavu i plastinosti materijala, koeficijentu
pora i elektrohemijskom sastavu porne vode). Voda takoer utie na
vrstou, u kombinaciji hidrofobnih minerala voda djeluje kao mazivo
pa se koeficijent trenja smanjuje, a poveava kod hidrofilnih
minerala.
19. Aktivni pritisak tla. Rankinovo stanje ravnoteeStanje
mirovanja je stanje u kome je horizontalna deformacija sprijeena.
Openito, gdje je vertikalno naprezanje , a horizontalno gdje zovemo
koeficijent mirovanja. Koeficijent mirovanja se mijenja sa razvojem
optereenja ili rastereenja. Za normalno konsolidirana tla
primjenjuje se najee Jaki-eva empirijska relacija . Pri
rastereenju, tj. za prekonsolidirana tla, raste. (uvod za aktivni i
pasivni pritisak)Ako se tlo podvrgne postepenom horizontalnom
rastezanju, doi e i do postepenog smanjenja horizontalnih
deformacija od poetne vrijednosti do konane vrijednosti , kod koje
Mohrov krug dodirne pravac tangencijalne vrstoe. U ovom stanju
naprezanja doi e u ravni pod uglom od do izjednaenja tangencijalnog
naprezanja i tangencijalne vrstoe materijala. Uzorak je tada u
graninom stanju ravnotee (Rankinovo stanje ravnotee), koje se
naziva i plastino stanje ravnotee.
Granino stanje plastine ravnotee izazvano rastezanjem tla uz
odgovarajue smanjenje horizontalnog naprezanja sa na , naziva se
aktivno stanje, budui da tlo svojom teinom aktivno doprinosi
horizontalnom naprezanju. Aktivni pritisak je onaj pritisak kojim
tlo djeluje na podgradnu konstrukciju.
- koeficijent aktivnog pritiska tlaRankineo-va teorija. Uvijeti:
teren iza zida je horizontalan i protee se dovoljno daleko, zid je
vertikalan, zadnja povrina zida je glatka, zid rotira oko donje
unutranje take prema vani.
Postoje dvije varijante odreivanja aktivnog pritiska, to su za
nekoherentno i koherentno tlo.Nekoherentno tlo (c=0, 0, )
Koherentno tlo (c
Aktivna sila na potpornu konstrukciju:
20. Pasivni pritisak tla. Rankinovo stanje ravnoteeAko se tlo
postupno podvrgne horizontalnom zbijanju, kod kojeg horizontalno
naprezanje postepeno raste od poetne vrijednosti , do konane
vrijednosti , pri kojoj Mohrov krug dodiruje pravac smiue vrstoe,
uzorak e doi u stanje granine ravnotee. U ovom stanju naprezanja
doi e u ravni pod uglom od do izjednaenja tangencijalnog naprezanja
i tangencijalne vrstoe materijala (linije loma su pod blaom
krivininom nego kod aktivnog pritiska). Granino stanje plastine
ravnotee, izazvano horizontalnim zbijanjem tla uz odgovarajue
poveanje horizontalnog naprezanja sa poetne vrijednosti na graninu
vrijednost , naziva se pasivno stanje, budui da se tlo svojom masom
(teinom) suprotstavlja horizontalnom zbijanju.
Pritisak tla na podupornu konstrukciju u uvjetima horizontalnog
zbijanja do sloma zovemo pasivnim otporom (pritiskom), i moemo
odrediti vertikalnim naprezanjem i koeficijentom pasivnog otpora.
Nastaje kada zid vri pritisak na tlo (horizontalno zbijanje tla), u
kom sluaju dolazi do izdizanja tla iza zida.
- koeficijent pasivnog pritiska tla
Za nekoherentno tlo (c=0) Pp je:
Za koherentno tlo (c
Potporni zid se kontrolira na: prevrtanje (Racuna se s momentom
sila oko noice zida; trai se faktor sigurnosti barem 1.5), klizanje
(Racuna se s otporom protiv klizanja na stopi zida; faktor
sigurnsti barem 2), nosivost tla ispod stope zida (Sve sile se
koriste da se odredi naponsko stanje na stopi zida u kontaktu s
temeljnim tlom; pogodno je da je rezultantna sila u srednjoj
trecini irine stope.
21. Stabilnost kosina. Definicija faktora sigurnosti. Zakonske
regulativeKosine se mogu podijelitu na:-prirodne kosine (padine)-
vjetake kosine ( nasipi, temeljne jame, zasjeci, radne kosine,
zavrne kosine pov kopova)Kako prirodne tako i vjetake kosine imaju
svoje potencijalne klizne ravni gdje moe doi do klizanja.
Elementi kosine:
Klizanje moe nastati kao rezultat prirodnih promjena u ambijentu
kosine (promjena reima strujanja podzemne vode, erozija, djelovanje
potresa) ili kao rezultat ljudskih aktivnosti (uklanjanje raslinja
i pozitivnog djelovanja korijenja, izvedba zasjeka i usjeka
ucestogradnji, dodavanje optereenja na kosinu izgradnjom
objekata-nasipa ceste, zgrada,odlagalita otpada).Interes
geomehanike je da procijeni i analizira opasnost od klizanja ,
odnosno da racionalno i djelotvorno sanira nastalo klizanje. Prema
stabilnosti kosine mogu biti: stabilne, uslovno stabilne,
nestabilne. Stabilnost kosina definiemo sa faktorom sigurnosti
(Fs). Faktor sigurnosti dobivamo odnosom otpornih i aktivnih sila
koje djeluju na kosinu.
Aktivne sile su: teina kliznog tijela (G), vanjsko optereenje
objektom (P), potres, sile od vode, neutralni napon ili porni
pritisak (u)Otporne sile: kohezija (c), potporni zid, ankeri,
unutranje trenje Fs 1 kosina je nestabilna Po mogunosti se trai Fs
> 1,5
Ako je kosina za postojee uvjete nestabilna nastaje kliziteVrste
klinih povrina: 1) planarna 2) cilindrina ili kruna 3)
nepravilna
Iznad noino klizanje- relativno strma kosina, dobra vrstoa tla.
Noino klizanje- nagib neto blai ali loa vrstoa. Podnoino klizanje-
loe tlo u noici kosine.Elementi klizita:
Prema brzini : brza klizita (5-150 cm/dan), srednje brza
(5mm-5cm/dan), spora (1) dabi garantovao stabilnost vertikalnog
zasjeka, moe u isto vrijeme biti nesiguran za optereenje pri lomu,
ili za prevelik nagib kosine. Zbog toga se u geomehanici mora
izabrati preciznija definicija za faktor sigurnosti. U tu svrhu
razmatreemo mehanizam na koji djeluje normalna (N) i tangencijalna
(T) sila. Minimalna sila T se moe prikazati u 2 sluaja:
Sluaj 1:Tijelo je prilijepljeno za plou to rezultira poveanje
kohezionih sila na dodirnoj povrini tijela. vrstoa smicanja ima
koheziju c>c*, a sila koja je potrebna da bi pokrenula tijelo T=
c* A, i analogno sa ranijim primjerima:
A- dodirna povrina (cm2) c- kohezija (N/cm2)Sluaj 2:Povrina ploe
je hrapava i koeficijent trenja izmeu tijela i ploe je . Tada je ,
pa je:
Faktor sigurnosti moe se smatrati mobiliziranom otpornou pri
smicanju u odnosu na istu otpornost u mehanizmu loma.
U sluaju kada imamo koheziju i trenje , ukupan otpor klizanju je
, pa je:
U mehanici tla i stijena vrstoa materijala je izraena sa dva
parametra, kohezijom (c) i uglom unutranjeg trenja (). Mohr
comumbovim uslovom loma specificirano je: Ako predstavimo da je
onda je:
c, - karakteristike materijala dobivene ispitivanjem; ,-
karekteristike materijala neposredno pred lom
22. vedska ili Felleniusova metoda analize stabilnosti
kosinaUslov za rjeavanje stabilnosti kosina kod ove metode je
uspostavljanje ravnotenog stanja izmeu unutranjih i spoljanjih sila
u ravni klizanja. Za jednainu ravnotee usvaja se:.Prema ovoj
jednaini, klizanje e nastati u sluaju kada unutranji otpor kohezije
i ugao unutranjeg trenja nisu dovoljni da se suprotstave smiuem
naprezanju. U ovakvim sluajevima dolazi do klizanja du neke klizne
ravni u unutranjosti kosine. Kod ispitivanja stabilnosti kosina po
ovoj metodi, ogranieni dio stijenske mase se podijeli na lamele
irine n, izuzev posljednje, ija irina moe biti vea ili manja od
irine n. Za duinu dijela mase koja se ispituje usvaja se da iznosi
1 (m). Poznavajui povrinu lamela, kao i zapreminsku masu
materijala, mogue je izraunati teinu svake lamele.
Pod pretpostavkom da teina svake prizme djeluje u taki koja
predstavlja projekciju teine lamele i koja se nalazi u samoj
kliznoj ravni, tada e se razlaganjem teine dobiti dvije komponente,
normalna i tangencijalna. Tangencijalna komponenta tei da pomjeri
lamelu na nie, i djeluje kao smiua sila. Otpor materijala koji se
suprotstavlja, predstavljen je dejstvom smiue sile i to otporom
trenja , s otporom kohezije gdje je c-kohezija, a l-duina luka
posmatrane lamele.
Pa e otpor biti: Momenat aktivnih sila e biti: a Reaktivnih: U
ovom sluaju, meusobni uticaj lamela nije uzet u obzir jer se usvaja
da su sile koje djeluju na vertikalnim stranama meusobno jednake.
Stabilnost kosina se izraava pomou faktora sigurnosti koji
predstavlja odnos izmeu sume unutranjih otpora i spoljanjih sila i
izraava se:
Za odreivanje stabilnosti kosina po ovoj metodi usvaja se za
krunu ravan kruni luk sa centrom u taki O, koji se konstruie prema
tabelarnim podacima. Za odreivanje faktora sigurnosti potrebno je
uraditi vei broj analiza sa razliitim krunim ravninama i za
razliite centre rotacije. Nakon odreivanja faktora sigurnosti za
svaku proizvoljnu ravan, njihove vrijednosti se prenose uspravno na
centre O1, O2, O3... koji se nalaze na pravcu OO. Spajanjem
dobivenih taaka dobija se kriva faktora sigurnosti iji minimum
odreuje centar kritine klizne ravni.
Faktor sigurnosti prema Fellenusu kree se u granicama izmeu
1.5