ODREĐIVANJE PARAMETARA ČVRSTOĆE SMICANJA · Web viewKod nekoherentnog tla je gravitacija glavni čimbenik koji utječe na formiranje strukture tla. Kod koheretnih tala uz gravitaciju

SVEUČILIŠTE U ZAGREBUGEOTEHNIČKI FAKULTET

BRANIMIR BIŠKUP

ODREĐIVANJE PARAMETARA ČVRSTOĆE SMICANJA

ZAVRŠNI RAD

VARAŽDIN, 2012.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBUGEOTEHNIČKI FAKULTET

ZAVRŠNI RAD

ODREĐIVANJE PARAMETARA ČVRSTOĆE SMICANJA

KANDIDAT:BRANIMIR BIŠKUP

MENTOR:Doc. dr. sc. Stjepan Strelec

VARAŽDIN, 2012.

SADRŽAJ

1. UVOD...........................................................................................................1

2. OPĆI DIO......................................................................................................3

2.1 OSNOVNA SVOJSTVA TLA......................................................................4

2.1.1 Trokomponenti karakter tla..................................................................4

2.1.2 Struktura tla.........................................................................................6

2.2 KLASIFIKACIJA TLA..................................................................................7

2.4 POSMIČNA ČVRSTOĆA TLA.................................................................13

2.3.1 Određivanje posmične čvrstoće.........................................................15

3. LABORATORIJSKA ISPITIVANJA.............................................................19

3.1 OBRADA I PRIPREMA UZORKA............................................................20

3.1.1 Atterbergove granice.........................................................................20

3.1.2Određivanje gustoće čvrstih čestica tla...............................................24

3.1.2 Određivanje granulometrijskog sastava i klasifikacija........................26

3.1.3 Sijanje................................................................................................27

3.1.3 Areometriranje...................................................................................29

3.2. UGRADNJA UZORKA............................................................................30

3.3 POKUS IZRAVNOG POSMIKA...............................................................31

4. REZULTATI LABORATORIJSKIH ISPITIVANJA.......................................35

4.1 PRILOG...................................................................................................40

5. ZAKLJUČAK...............................................................................................87

6. POPIS LITERATURE.................................................................................90

7. POPIS SLIKA I TABLICA............................................................................92

8. SAŽETAK...................................................................................................93

1. UVOD

Tlo je materijal koji se sastoji od tri komponente: čvrstih čestica(pijesak,

glina, šljunak...), zatim tekuće(voda...) i plinovite(zrak...) faze u porama između

čestica. Današnje mogućnosti izračunjavanja i mjerenja daju nam raznolikost

kod biranja načinja ispitivanja, uvid u ponašanje tla pod raznim uvijetima i zašto.

Kod deformiranja tla u geotehnici jedan od problema je formiranje klize plohe i

klizanja jednog dijela tla. Stoga proizlazi da je jedno od najvažnijih inženjerskih

svojstava posmična čvrstoća tla.

Posmična čvrstoća je vrijednost posmičnog naprezanja u trenutku sloma,

duž klizne plohe unutar mase tla. Vrlo je važnorazlikovati vršnu i rezidualnu

posmičnu čvrstoću tla. Za potrebe projektiranja vršna čvrstoća je značajna

samo u slučajevima malih deformacija, kada je naprezanje znatno manje od

onog koje bi izazvalo slom u tlu. U slučajevima kada se očekuje da bi posmično

naprezanje moglo doseći vršnu posmičnu čvrstoću mjerodavna je vrijednost

rezidualne posmične čvrstoće kako bi se spriječila pojava progresivnog sloma u

tlu.

Posmična čvrstoća tla u laboratoriju se određuje u uređaju za izravni

posmik. Kod ispitivanja treba se odlučiti je li za problem odlučujuća vršna ili

rezidualna čvrstoća, zatim, koja je brzina posmika i slično.

Cilj ovog završnog rada je određivanje parametara čvrstoće smicanja u

uređaju za izravni posmik, prikaz ostalih parametara koji se dobivaju na temelju

rezultata ovog pokusa.

ODREĐIVANJE PARAMETARA ČVRSTIĆE SMICANJA Branimir Biškup

2. OPĆI DIO

6


U općem dijeluzavršnog rada biti će obrađena i prikazana osnovna svojstva

tla poput trofaznog karaktera i strukture tla, objasnit će se postupak klasifikacije

tla, te posmična čvrstoća. Poznavanje ovih teoretskih poglavlja iz mehanike tla

neophodno je kako bi se razumio praktični dio rada.

2.1 OSNOVNA SVOJSTVA TLA

Tlo je nastalo kao rezultat triju procesa:

- raspadanje stijena(može biti mehanička i kemijska),

- transport produkata raspadanja(voda, vjetar, gravitacija...) i

- sedimentacija transportiranih čestica(veličina čestica, ioni u vodi)

Konačni proizvod nakon procesa sedimentacije pojavljuje se tlo.

2.1.1 Trokomponenti karakter tla

Uzimajući u obzir način sedimentacije čestica tlajasno je da se ono

sastoji od čestica različite krupnoće i međuprostora – pora. Pore su u tlu

ispunjene plinom i/ili tekućinom. Plin je najčešće zrak, a tekućina je redovito

voda, ali može biti i nafta ili slično. Iz tog razloga govori se o trokomponentnom

karakteru tla. Radi jednostavnijeg definiranja odnosa između komponenta uvodi

se „model tla“ prikazan na Slici 2.1 pomoću kojeg se kvantificiraju jedinični

odnosi volumena i masa u uzorku tla prikazani u Tablici 2.1. Oznake, indeksi i

kratice koje se ovdje navode preuzeti su iz Eurokoda 7.

7

Vw

plin

m

ms

mw

mg

V

Vv

Vs

Vg

tekućina

čestice tla


UZORAK TLA MODEL TLA

pore volumeni mase

Slika 2.1 Model tla

Tumač oznaka sa Slike2.1 V – ukupni volumen uzorka, [cmᶟ] Vv

– volumen pora, [cmᶟ]Vs– volumen čvrstih čestica, [cmᶟ] Vg– volumen plina,

[cmᶟ] Vw– volumen vode, [cmᶟ] m – ukupna masa uzorka, [g]mg–

masa plina ≈ 0 mw– masa vode, [g] ms– masa čvrstih čestica,

[g]

Na temelju ovog modela tla definirani su sljedeći volumenski i maseni odnosi:

Tablica 2.1. Volumenski i maseni odnosi

Relativni porozitet , [%] n=V v

V (2.1)

Koeficijent pora, [1] e=V vV s (2.2)

Vlažnost, [%] w=mwms (2.3)

Stupanj zasićenosti, [%] Sr=V w

V v (2.4)

Gustoća čestica tla, [g/cmᶟ] ρ s=msV s (2.5)

Gustoća suhog tla, [g/cmᶟ] ρd=ρ s ·(1 n)(2.6)

Gustoća tla, [g/cmᶟ] ρ=mV (2.7)

8

prelazi u


Gustoća vode, [g/cmᶟ] ρw=mwV w (2.8)

2.1.2 Struktura tla

Struktura tla(mikrostruktura) je raspored čvrstih čestica u tlu, a koristi se za

opisivanje geometrije i veza između zrna i pora među njima, pri čemu se

razlikujudvije grupe:

- nekoherentna ili krupnozrnata i

- koherentna ili sitnozrnata

Strukture koherentnih(Slika 2.2 a,b,c) i nekoherentnih(Slika 2.2 d,e,f) materijala

tla međusobno se bitno razlikuju. Kod nekoherentnog tla je gravitacija glavni

čimbenik koji utječe na formiranje strukture tla. Kod koheretnih tala uz

gravitaciju važan utjecaj imaju i molekularne sile.Uzmimo da su zrna

krupnozrnatog tla kuglice pravilnog oblika i iste veličine (uniformni pijesak).

Zrna se mogu posložiti tako da je svako zrno točno iznad onog ispod njega pa

bi se formirala struktura s maksimalnim koeficijentom poroznosti (n=0,48), kao

što je prikazano na Slici 2.2 a. Ako se zrna slože tako da ona gornja budu u

udubinama između zrna u donjem redu, koeficijent poroznosti bio bi daleko

manji od prijašnjeg primjera(n=0,26), Slika 2.2 b.Treći slučaj je da se u zbijenu

strukturu u prazne pore dodaju manja zrna, tako dobijemo vrlo gustu

strukturu(n˂0,26), Slika 2.2 b. U ovom je slučaju poroznost najmanja (n˂0,26).

a) rahlab) zbijenac) vrlo gusta

9


d) saćasta e) pahuljasta f) složena

Slika 2.2 Struktura tla

Maksimalni koeficijent pora za promatrano tlo označava se saemax, a minimalni

saemin. Prirodno tlo koje se sastoji od zrna različitih veličina, obično ima

manjevrijednosti graničnih poroznosti i manji raspon između njih. Za prirodne ili

laboratorijski pripremljene uzorke pijeska,emin i emax najviše zavise od

zaobljenosti zrna R i koeficijenta jednoličnosti CU.

2.2KLASIFIKACIJATLA

Za klasifikaciju tla potrebno je poznavati raspodjelu veličina čvrstih

čestica tj. granulometrijski sastavi Atterbergove granice. Granulometrijski

sastav tla određuje se sijanjem, suhim ili mokrim, na nizu sita standardnih

veličina otvora, te vaganjem ostataka na svakom situ i onoga što je prošlo kroz

najfinije sito. Za čestice manje od 0,06mm granulometrijski sastav se određuje

areometriranjem.

Slika 2.3 Granulometrijski dijagram

10


Granulometrijski sastav uobičajeno se prikazuje granulometrijskim dijagramom;postotkom mase ili težine prolaza kroz sito, tj. udjelom čvrstih

čestica koji su manji od date dimenzije. Pri tome se na apscisi redovito

prikazuje veličina zrna, u logaritamskom mjerilu, a na ordinati postotak prolaza.

(Slika 2.3 Granulometrijski dijagram)

Klasifikacija tla je postupak svrstavanja materijala tla u grupe sličnih

svojstava. U ovom završnom radu korištena je USCS klasifikacija (Unified Soil

Classification System) prema BS-u (British Standard), prikazana uTablici 2.3

USCS klasifikacija tla.

Za karakterizaciju granulometrijskog sastava tla definiraju se dva koeficijenta:

- koeficijent jednoličnosti

Cu=D60

D10 (2.9)

- koeficijent zakrivljenosti

C c=(D30)

2

D10 ∙D60

(2.10)

Karakteristični promjeri zrna D10, D30 i D60 određuju se tako da se u

granulometrijskom dijagramu povuče horizontalna linija na odgovarajućim

postocima (10%, 30% i 60%) te se očitaju vrijednosti promjera zrna u

milimetrima. Ako je koeficijent jednoličnosti Cu jednak 1 znači da su sva zrna

jednakog promjera, ako su pak u uzorku promjeri zrna u širokom rasponu,Cu je

jako velik. Dakle, što je koeficijent jednoličnosti veći to je materijal manje

jednoličan.

Za klasifikaciju sitnozrnatog tla služe Atterbergove granice; niz

empirijskih, laboratorijskih pokusa oblikovanih za potrebe određivanja

ponašanja glina pri određenoj vlažnosti. Atterberg je svojevremeno odredio

11


čitav niz takvih granica od kojih su se za upotrebu zadržale samo neke. Njih je

kasnije doradio i standardizirao za upotrebu A. Cassagrande. Ovi pokusi u

postojećim standardima nazivaju se klasifikacijski pokusi, a rezultati pokusa su

granica tečenja, granica plastičnosti, granica stezanja i indeksni pokazatelji.

Služe da se na indirektan način pobliže definiraju svojstva glinovitih komponenti

tla.

Granice plastičnih stanja su:

Granica stezanja (shrinkage limit) - oznaka ws

Granicu stezanja definira vlažnost na prijelazu iz polučvrstog u čvrsto

konzistentno stanje, tj. određena je sadržajem vlažnosti pri kojemu se postignuti

volumen uzorka ne smanjuje daljnjim sušenjem.

Granica plastičnosti (plasticity limit) - oznaka wp,

Granica plastičnosti definirana je sadržajem vode na prijelazu iz plastičnog u

polučvrsto konzistentno stanje tla.

Granica tečenja (liquid limit) - oznaka wL,

Granica tečenja je mjera potencijalne kohezivnosti tla, a definirana je sadržajem

vode (vlažnosti) na prijelazu koherentnog tla iz tekućeg u plastično konzistentno

stanje. Što su čestice tla sitnije, potrebno je više vode da se postigne njihova

određena međusobna pokretljivost, a time i vlažnost kojom se definira granica

tečenja. Visoka vrijednost granice tečenja je prema tome pokazatelj

sitnozrnatosti tla.

Poznavanjem gore spomenutih granica koherentan materijal možemo

klasificirati u određene skupine prema plastičnosti. Za klasificiranje materijala

prema plastičnosti, potrebno je odrediti indeksne pokazatelje, kao što su indeks

plastičnosti, indeks konzistencije, te indeks tečenja.

Indeks plastičnosti - razlika sadržaja vlage između granice tečenja i

granice plastičnosti

IP=wL−wP (2.11)

12


gdje je: wL- granica tečenja, wp - granica plastičnosti

Što je indeks plastičnosti veći, to je veća stabilnost koherentnog materijala kod

promjene sadržaja vode. Veći indeks plastičnosti ukazuje na veću žilavost i

čvrstoću materijala u suhom stanju.

Indeks konzistencije - njime se određuje stanje konzistencije za

koherentne vrste tla

IC=wL−wI P

(2.12)

gdje je: wL - granica tečenja, w - prirodna vlažnost, P - indeks plastičnosti

Kada je indeks konzistencije jednak nuli (Ic = 0), tada je materijal u

konzistentnom stanju na granici tečenja, a kad je jednak jedan (Ic = 1), tada je

materijal u konzistentnom stanju na granici plastičnosti.

Indeks tečenja - u praksi se samo ponekad koristi

I L=w−wPIP

(2.13)

gdje je: w - prirodna vlažnost, wp - granica plastičnosti,IP - indeks plastičnosti

Indeks tečenja je alternativni pokazatelj konzistentnog stanja koji se ponekad

koristi umjesto indeksa konzistencije. Ukoliko je indeks tečenja negativan,

vlažnost tla je manja od granice plastičnosti i zato je tlo u polučvrstom ili

čvrstom stanju.

Arthur Casagrande (1947)utvrdio je da povezujući indeks plastičnosti (IP)

i granicu tečenja (wL) za pojedine koherentne vrste materijala, nastaje

grupiranje materijala u pojedinim zonama. Na taj način je dobio dijagram koji je

nazvao dijagram plastičnosti.

13


Fizikalne karakteristike glinovitih tla mijenjaju se sadržajem vode. Suho

glinovito tlo može biti potpuno čvrsto. S porastom vode u njemu ono postaje

najprije polučvrsto, zatim plastično te prelazi u žitko stanje. Količina vode pri

kojoj se održavaju te promjene u glini ovisi o granulometrijskom sastavu, o

sadržaju koloidnih čestica i o vrstama minerala gline što ih sadrži.

Slika 2.4. Stanje plastičnosti glinovitih materijala

Na osnovi rezultata dugotrajnih opažanja i empirijskih pokusa definirano

je stanje plastičnosti glinovitih materijala i granice između tih stanja, određene

količinom vlage u trenutku kad materijal ima granična svojstva. Stanja

plastičnosti granice među njima prikazane su na slici( 2.4.).uz izražen sadržaj

vlage na osi apscisa.

14


Tablica 2.3. USCS klasifikacija tla

Glavna podjela Grupa simbola Uobičajeni nazivi

Klasifikacijski kriterij za krupnozrna tla

Kru

pnoz

rnat

a tla

(viš

e od

pol

ovic

e m

ater

ijala

s z

rnim

a ve

ćim

od

0, 0

6 m

m)

Šlju

nak

(viš

e od

pol

ovic

e kr

upni

h fra

kcija

s

zrni

ma

veći

m o

d 2

mm

)

Čis

ti šl

juna

k (m

alo

ili

ništ

a si

tnih

čes

tica) GW

dobro granulirani šljunci,mješavina šljunka i pijeska,malo ili ništa sitnih čestica

Cu=D60/D10>4Cc=1<D30

2/(D10 x D60) <3

GPslabo granulirani šljunci,

mješavina šljunka i pijeska,malo ili ništa sitnih čestica

Sve gradacije koje ne zadovoljavaju kriterije za GW

Šlju

nak

sa s

itnim

če

stic

ama

(zna

tna

količ

ina

sitn

ijih

čest

ica)

GM prašinasti šljunci,mješavina šljunka, pijeska i praha

Attebergove granice ispod A-linije ili Ip<4

Poviše A-linije sa 4<Ip<7 su

granični slučajevi koji zahtijevaju uporabu dvojnih simbola

GCglinoviti šljunci,

mješavina šljunka, pijeska i mulja

Attebergove granice iznad A-linije ili Ip>7

Pije

sak

(viš

e od

pol

ovic

e kr

upni

h fra

kcija

s

zrni

ma

man

jim o

d 2

mm

)

Čis

ti pi

jesa

k (m

alo

ili n

išta

si

tnih

čes

tica)

SW dobro granulirani pijesci,šljunkoviti pijesci,

malo ili ništa sitnih čestica

Cu=D60/D10>6Cc=1<D30

2/(D10 x D60)<3

SP slabo granulirani pijesci,sljunkoviti pijesci,

malo ili ništa sitnih čestica

Sve gradacije koje ne zadovoljavaju kriterije za SW

Pije

sak

sa s

itnim

čes

ticam

a (z

natn

a ko

ličin

a si

tniji

h če

stic

a)

SM prašinasti pijesci,mješavina pijeska i praha

Attebergove granice ispod A-linije ili Ip<4

Iscrtane granice u zoni vrijednosti s 4<Ip<7 su granični

slučajevi koji zahtijevaju uporabu dvojnih simbola

SCglinoviti pijesci,

mješavina pijeska i praha

Attebergove granice iznad A-linije ili Ip>7

Sitn

ozrn

ata

tla (

više

od

50%

zrn

a m

anja

od

0,06

mm

: D50

˂0,0

6mm

))

Pra

šine

i gl

ine

nisk

e pl

astič

nost

i (w

L˃50

) Neorganske prašine, prašinast

ili glinovitisitni pijesci, niske

plastičnosti

ML

- odrediti postotke pijeska i šljunka iz granulometrijske krivulje- u ovisnosti o postotcima sitnih čestica (frakcije <0.06 mm), krupnozrnata tla su

klasificirana:- Manje od 5% : GW, GP, SW, SP

- Od 5% do 12% : granični slučajevikoji zahtjevaju uporabu dvojnih simbola

Neorganske gline, prašinaste gline, pjeskovite gline, niske plastičnosti

CL

Organske prašine, organske

prašinaste gline, niske plastičnosti

OL

Pra

šine

i gl

ine

viso

ke

plas

tično

sti (

wL˃

50) Neorganske prašine visoke

plastičnosti

MH

Neorgasnke gline visoke plastičnosti

CH

15


Organske gline visoke plastičnosti

OH

2.4POSMIČNA ČVRSTOĆA TLA

Sva tla će se slomiti prilikom smicanja. Posmična čvrstoća je kombinacija

kohezije i kuta unutarnjeg trenja. Kohezija (c) je posljedica veze između čestica;

značajna je u glinama, dok je nema u čistim pijescima i šljuncima. Kut

unutarnjeg trenja (φ) je posljedica trenja među česticama; viši je u šljuncima i

pijescima nego u glinama i prahu.

Pod pojmom čvrstoća u području geotehnike općenito se podrazumijeva

posmična čvrstoća zbog toga što do slučaja sloma kod građevina izgrađenih od

zemljanih materijala, te ostalih objekata temeljenih na tlu, dolazi prekoračenjem

posmične čvrstoće tla.Posmična čvrstoća je vrijednost posmičnog naprezanja,

pri lomu, duž klizne površine unutar mase tla.

Dovoljno dobar opis ponašanja tla pruža Coulomb-ov zakon čvrstoće koji

u totalnim naprezanjima ima sljedeći oblik:

τf = c + σn·tgφ (2.14)

U jednadžbi 2.13 je:

- τf posmična čvrstoća u trenutku sloma

16


- σntotalno normalno naprezanje na plohi sloma

- c kohezija određena za totalna naprezanja

- φ kut unutarnjeg trenja određen za totalna naprezanja

Do sloma u tlu dolazi kada Mohr-ova kružnica naprezanja dodirne

anvelopu sloma opisanu jednadžbom 2.14, kao što je grafički prikazano na Slici

2.5. uobičajeno se Coulomb-ov zakon čvrstoće naziva još i Mohr – Coulomb-ov

zakon posmične čvrstoće.

Slika 2.5. Mohr – Coulomb-ov zakon čvrstoće (Matešić, 2006)

Anvelopa sloma određena je s dva parametra čvrstoće koje nazivamo

kohezija (c) i kut unutarnjeg trenja (φ). Oni nisu konstante materijala, već ovise

o nizu čimbenika: vrsti materijala, stanju materijala (naprezanju

prekonsolidacije,vlažnosti i relativnom porozitetu), veličini naprezanja te o

načinu i brzini nanošenja opterećenja.

Tangens kuta unutarnjeg trenja je gradijentanvelope sloma. Kut

unutarnjeg trenja je parametar koji je karakterističan za sve materijale tla, manji

za sitnozrnate, a veći za krupnozrnate. Kohezija je otpor tla na smicanje kada

su normalna naprezanja jednaka nuli, karakteristična je za sitnozrnata tla, dok

je za krupnozrnata tla jednaka nuli.

Oblici zavisnosti relativne posmičnedeformacijeδ u funkciji posmičnih

naprezanja τ prikazani su na Slici 2.6., gdje se vide tri različita mehanizma

sloma:

17


Slika 2.6.Ponašanje tla pri smicanju (Maksimović, 2005)

Krto – plastični(Slika 2.6.a) slom podrazumijeva povećanje posmičnog

naprezanja do maksimalne veličineτf, koja predstavlja vršnu posmičnu čvrstoću,

a zatim opadanje posmičnog naprezanja pri daljnjim deformacijama, do

rezidualne čvrstoćeτf,r pri velikim deformacijama. Maksimalna vrijednost

naprezanja je vršna čvrstoća (točka F), a rezidualna čvrstoća (točka R) ili

čvrstoća pri velikim deformacijama, dostiže se uz opadanje čvrstoće od točke F

do točke R i ostaje konstantna nakon dostizanja određene veličine deformacija i

pri daljnjim deformacijama.Ovakav mehanizam sloma karakterističan je za

dobro zbijena tla.

Ukoliko porastom deformacija posmično naprezanje dosegne

maksimalnu vrijednost τf, a zatim sa daljnjim deformacijama ovo naprezanje

ostaje konstantnoτf=τf,r, radi se o plastičnom slomu (Slika 2.6.b). Ovakav

mehanizam sloma karakterističan je za rastresita tla.

U nekim okolnostima tlo može pokazivati i žilavo ponašanje (Slika 2.6.c)

gdje se porastom posmične deformacije povećava posmično naprezanje, te se

ne dostiže karakteristična maksimalna vrijednost u ispitanom intervalu

deformacija.

2.3.1 Određivanje posmične čvrstoće

Posmična čvrstoća može se odrediti u laboratoriju i na terenu. Najčešće

korišteni uređaj za ispitivanje posmične čvrstoće u laboratoriju je uređaj za

izravni posmik. Osim tog uređaja koristi se i triaksijalni uređaj koji je složeniji za

18


rukovanje, ali ima znatno bolje mogućnosti od uređaja za izravni posmik. Tako

na primjer, u uređaju za izravni posmik nije moguće mjeriti porni tlak pa nije

moguće razlikovati totalna i efektivna naprezanja; geometrija uređaja nameće

plohu smicanja tj. zonu smicanja; kutija u kojoj se smiče uzorak ima trenje

između okvira koje utječe na konačne parametre tla… Unatoč tim nedostacima,

uređaj za izravan posmik daje zadovoljavajuće rezultate za potrebe

projektiranja.

Osnovni princip pokusa izravnogposmika je sljedeći:

- Uzorak se optereti normalnim naprezanjem nanošenjem vertikalne

sile.

- Horizontalnom silom izazivaju se posmična naprezanja po sredini

uzorka.

Uređaj za izravni posmik shematski je prikazan na Slici 2.7. (direct shear

apparatus). Jednostavan je i često korišten laboratorijski uređaj koji se sastoji

se od dvodijelne ćelije kvadratnog presjeka razdijeljene horizontalno u koju se

ugrađuje uzorak između poroznih pločica. Poklopac tijesno klizi u gornji dio

kutije i preko njega se nanosi vertikalno opterećenje.

Pokus se odvija u dvije faze:

- konsolidacija (traje sve dok se ne završi primarna konsolidacija

uzorka)

- smicanje (počinje nakon završetka faze konsolidacije, a vrši se tako

da se gornji i donji dio ćelije pomiču horizontalno jedan u odnosu na

drugi, unaprijed definiranom brzinom smicanja)

Postoji dvije osnovne vrste uređaja za izravni posmik. To su uređaj sa

stalnim prirastom deformacije tj. sa konstantnom brzinom smicanja i uređaj sa

stalnim prirastom sile (koji se više ne koristi). Obzirom na to postoje i različiti

kriteriji sloma, tj. kriteriji za određivanje posmične čvrstoće. Kod oba uređaja

uzorak se prethodno konsolidira pod određenim vertikalnim naprezanjem, a

koje ovisi o potrebi konkretnog zadatka.

19


Slika 2.7. Uređaji za izravni posmik

Rezultati mjerenja prikazuju se kao relacija između ostvarenog

posmičnog naprezanja i odgovarajućeg pomaka između dva dijela ćelije.

Posmično i normalno naprezanje u plohi na spoju dijelova ćelije suτ= T/A i σ =

N/A, gdje je A površina uzorka u ravnini dodira dviju dijelova ćelije, T

horizontalna sila, a N vertikalna sila.

Rezultati pokusa izravnog posmika reflektiraju se u totalnim

naprezanjima koji su jednaki efektivnim kod pokusa s dovoljno sporom

deformacijom, te prethodnom konsolidacijom i obostranim dreniranjem uzoraka.

S promjenom normalnog naprezanja mijenja se i razvoj posmičnih

naprezanja pri smicanju. Uobičajeno je da se iz jednog materijala izvedu tri

ispitivanja pod tri različita vertikalna opterećenja (svako sljedeće je dvostruko

veće od prethodnog) kako bismo mogli pouzdano odrediti parametre posmične

čvrstoće tla (Slika 2.8.).

20


Slika 2.8. Prikaz rezultata pokusa izravnog posmika

Najzanimljivije su granične vrijednosti posmičnog naprezanja:

- vršna čvrstoća tla kao najveća vrijednost posmičnog naprezanja kada

nas zanimaju relativno male deformacije i

- rezidualna čvrstoća tla kao naprezanje koje odgovara velikim

deformacijama.

Slika 2.9. Uzorak nakon ispitivanja

21


3. LABORATORIJSKA ISPITIVANJA

22


U ovom poglavlju bit će detaljno prikazana i opisana sva laboratorijska

ispitivanja koja su provedena u praktičnom dijelu ovog rada.

3.1 OBRADA I PRIPREMA UZORKA

Prije pokusa izravnog posmika na uzorku se trebaju napraviti dodatni

pokusi da bi se dobile potrebne informacije za izračun i obradu podataka

dobivenih posmikom:

- Atterbergove granice(granice tečenjai granice plastičnosti)

- određivanje gustoće čestica tla ρs,

- određivanje granulometrijskog sastava(areometriranje), klasifikacija i

- određivanje trenutne vlažnosti uzorka(provodi se zasebno kod svakog

pokusa)

3.1.1 Atterbergove granice

Ovo laboratorijsko ispitivanje provodi se u svrhu određivanja

konzistentnih granica koherentnog tla, odnosno granica tečenja i plastičnosti.

Granica tečenja ( Wl) definirana je kao postotak sadržaja vlage u tlu koje se

spaja u posudici. Tlo je potrebno prethodno dobro homogenizirati, njime

napuniti posudicu i posebnim nožem urezati brazdu široku 2mm. Standardna

granica tečenja dobije se kada posudica udara u postolje visine od 1cm, dva

udarca u sekundi kod dvadeset i petog udarca.

Atterberg je definirao sedam granica konzistencije za klasifikaciju

sitnozrnatog tla. Međutim danas se u inženjerstvu najčešće koriste samo dvije,

granica tečenja i granica plastičnosti. Treće granice, granice stezanja koriste se

samo povremeno. Sadržaj vlage kod granice tečenja definiran je na granici gdje

tlo prelazi iz plastičnog u tekuće stanje, a kod granice plastičnosti gdje tlo

prelazi iz polučvrstog u plastično stanje. Granica stezanja određena je

sadržajem vlage pri kojem se postignuti volumen uzorka ne smanjuje daljnjim

sušenjem.

23


Oprema za utvrđivanje Atterbergovih granica je aparat za ispitivanje

granice tečenja, sito otvora 0,5mm, nožić za urezivanje brazde, posudice za tlo,

nožić za punjenje, boca štrcalica sa destiliranom vodom, vaga i sušionik. (slika

3.1.)

Slika 3.1. Oprema za određivanje Atterbergerovih granica

Određivanje Atterbergovih granica se svodi na dva pokusa:

a) granica tečenja i

b) granica plastičnosti

a) Granica tečenja

Tlo se protisne kroz sito od 0,5mm da se uklone mogući kamenčići i

pomiješa sa određenom količinom destilirane vode sve dok se ne dobije glatka

masa. Prekrije se celofanom da se spriječi gubitak vlage. Izmjeri se masa

prazne posudice te se njihova masa i broj zapišu u odgovarajuću tablicu(tablica

3.1.) .

24


Tablica 3.1. Prikaz načina upisivanja podataka za granicu tečenja

Provjeri se visina pada posude na postolje, koja mora odgovarati visini

pada od 10mm. Visina noža za urezivanje je također 10 mm, a širina dijela za

urezivanje je 2 mm. Potrebno je odrediti pravilnu brzinu okretanja ručice tako da

posuda pada točno dva puta u sekundi.Određena količina prethodno

homogeniziranog tla stavi se u posudu, dobro se pritisne da se eliminiraju svi

mjehurići zraka i raširi se po posudi. Pripremljen uzorak mora biti horizontalan,

a njegova dubina 10mm na najdubljem dijelu posude. (slika 3.2.)Nožem za

udubljenje pažljivo se usječe brazda duž sredine uzorka (kao što je prikazano

na slici 3.4.). Nož je uvijek potrebno držati okomito u odnosu na dno posude

dok se urezuje brazda. Treba se posvetiti posebna pažnja da bi se spriječilo

klizanje tla iz posude. Tako je tlo podijeljeno u dvije polovice(slika 3.3.).

Slika 3.2.

Horizontalno postavljen

uzorak u posudi

Slika3.3.

Urezivanje brazde

Slika 3.4.

Spojeni uzorak na dužini

od 13mm nakon

određenog broja udaraca

Provjeri se da je postolje Cassagrandeovog aparata ispod posude

očišćeno od tla kao i sami vanjski dio posude aparata. Uključi se ručica

aparature tako da udara točno dva udarca u sekundi i istodobno se broji broj

25


udaraca posude u postolje aparata,dok se dvije polovice uzoraka ne spoje po

dužini od 13mm. Ukoliko broj udaraca prođe 50, tada se ide na korak broj 8 i ne

zapisuje broj udaraca, u suprotnom se broj udaraca zapisuje u tablicu

(slika3.4.). Uzme se uzorak, koristeći laboratorijsku žicu, od jednog kraja

posude do drugog. Uzeti uzorak mora sadržavati tlo s obje strane brazde gdje

je tlo došlo u kontakt. Stavi se u posudicu, važe, masa upisuje u tablicu i stavlja

u sušionik na sušenje najmanje 16h.Cijeli uzorak tla ponovo se promiješa i doda

mala količina destilirane vode da bi se povećala vlažnost.

Postupak se ponavlja više puta tako da se kod svakog ispitivanja dobije

manji broj udaraca. Jedno ispitivanje mora biti u razmaku od 25-30 udaraca,

drugo 20-30 i treće 15-20 udaraca.

b) Granica plastičnosti

Izvažu se prazne posudice sa poklopcima i unese njihova masa i broj u

tablicu (tablica 3.2.). U uzorak tla se doda destilirana voda tako da možemo tlo

izrolati u valjčiće. Tlo se oblikuje u valjčić i rola se dlanovima. Koristi se skoro

bez pritisaka da se dobije valjčić ujednačenog promjera. Valjčić mora biti

promjera 3,0mm za što su potrebne oko dvije minute (slika 3.5.)

Tablica 3.2.Prikaz načina upisivanja podataka za granicu plastičnosti

26


Kada se dosegne odgovarajući promjer na valjčiću moraju biti vidljive

pukotine. U slučaju da pojave pukotina na valjčiću nema(previše vlage),

postupak rolanja se ponavlja. Valjčići u posudi stavljaju se u sušionik(pritom se

pazi da gotovi valjčići u procesu ne gube vlagu).

Slika 3.5. Primjer valjčića za dobivanje granice plastičnosti

3.1.2Određivanje gustoće čvrstih čestica tla

Gustoća čestica tla ili specifična gustoća određena je prema normi ASTM

D854.

Opis postupka: pokus se provodi pomoću piknometara tipa Gay-Lyssac.

To je staklena bočica s brušenim šupljim čepom sadržaja obično 100 cm³ točno

poznatog volumena. Vaganjem se izmjeri masa mu male količine suhog uzorka i

masamp piknometra s vodom na temperaturi od 20º. Zatim se uzorak naspe u

piknometar u koji dolijemo vodu (približno dvije trećine volumena) i on se stavi u

pješčanu kupelj koja se zagrije i uzrokuje kuhanje uzorka u piknometru. To se

radi kako bi se sa svih čestica i iz vode uklonio zrak, tj. da se pore popune

vodom. Kad se piknometar s uzorkom ohladi, napuni se vodom do vrha i

ponovno važe (masa piknometra s uzorkom u vodi mp+u). Volumen

uzorkaVutada dobijemo kao odnos istisnute mase vode iz piknometra i gustoće

vode (ρw).

27


V u=mu+m p+mp+u

ρw (3.1)

Iz uvjeta da je Vu=Vs, a mu=ms, slijedi da je gustoća uzorka jednaka njegovoj

masi podijeljenoj s volumenom:

ρ s=msV s (3.2)

gdje je: ms - masa čvrstih čestica tla

Vs - obujam čvrstih čestica tla

ρs – gustoća čvrstih čestica tla

U ovom ispitivanju vrlo je bitno koristiti preciznu vagu jer se radi s vrlo malim

masama.

Redoslijed provođenja pokusa prikazan je na Slici 3.6.:

a) b) c) d)

e) f) g) h)

Slika 3.6. Određivanje gustoće čvrstih čestica

a) suhi uzorak, b) sipanje uzorka u piknometar, c) vaganje suhog uzorka u

piknometru, d) dolijevanje vode u piknometar, e) piknometri s uzorkom i

vodom do 2/3 volumena, f) kuhanje uzoraka u pješčanoj kupelji, g)

punjenje piknometra do vrha vodom, h) vaganje piknometra s uzorkom i

vodom

28


3.1.2 Određivanje granulometrijskog sastava i klasifikacija

Kako bi se uzorak mogao klasificirati potrebno je poznavati njegov

granulometrijski sastav. Granulometrijski sastav raspodjela čestica tla po

veličini(Tablica 3.3.) izražena u postotku mase. Smatramo ga vrlo važnom

osobinom materijala tla. Tlo je skupina čestica (zrna) različitog oblika i veličine.

Prema veličini zrna svrstavamo tla u skupine : pijesak i šljunak (krupnozrnati

materijali), te prah i glina (sitnozrnati materijali). Sadržaj i veličina zrna određuje

se tako da se uzorakmaterijala tla prosijava kroz sita različite veličine otvora.

Nakon 15 minuta se svako sito posebno važe.Rezultati vaganja se upišu u

tablicu i primjenom odgovarajućeg računskog postupka se iz mase pretvore u

postotke koji se ucrtavaju na granulometrijski dijagram. Možemo sada izreći

nešto točniju definiciju granulometrijskog sastava:

Granulometrijski sastav tladefiniran je sadržajem zrna različite veličine u

određenoj količini tla izraženoj u postotku mase ispitivanog tla.

Već se samo na temelju granulometrijskog sastava mogu odrediti neke

fizikalne karakteristike tla, a za njegovu primjenu u geotehničkim zahvatima,

kao primjerice: vodopropusnost, visina kapilarnog dizanja,filtarska svojstva,

osjetljivost na smrzavanje, podložnost eroziji, uporabljivost određene

mehanizacije, itd.

Osnovni koraci u određivanju granulometrijskog sastava su:

- odabiranje reprezentativnog uzorka,

- odabiranje metode ispitivanja s obzirom na vrstu materijala.

Postupci za određivanje granulometrijskog sastava su:

a) sijanje – za čestice veće od 0,06 mm;

b) areometriranje(sedimentiranje čestica u vodi) za čestice manje od 0,06mm;

c) kombinirana analiza – ako materijal sadrži i krupne i sitne frakcije.

29


Tablica 3.3. Vrste materijala prema veličini čestica (ISO – Međunarodna organizacija za standardizaciju, USCS – Američki propisi)

Opis Nominalni promjer [mm]

USCSK

RU

PNO

ZRN

ATA

TLA

više od 60 više od 6075mm

60 – 20

20 – 6

6 – 2

KRUPAN 60 – 20

SREDNJI 20 – 6

SITAN 6 – 24,75mm

2 – 0,6

0,6 – 0,2

0,2 – 0,06

KRUPAN 2 – 0,6

SREDNJI 0,6 – 0,2

SITAN 0,2 – 0,060,075mm

SITN

OZR

NA

TA

TLA

0,06 – 0,02

0,02 – 0,006

KRUPAN 0,06 – 0,02

SREDNJI 0,02 – 0,006

SITAN 0,006 – 0,002

GLINA Manje od 0,002

3.1.3 Sijanje

Provodi se suhim ili mokrim postupkom. Za sijanje se koristi niz sita

standardnih dimenzija, čiji se otvori smanjuju na svakom slijedećem situ

(odozgo prema dolje),(slika3.8.).

Suhi postupak: Uzme se određena količina materijala, uzorak (veličina

uzorka ovisi o vrsti materijala iveličini zrna). Uzorak se usipa na najgrublje sito u

nizu sita (koja su postavljena jedno iznaddrugog) u tresilicu. Sita s uzorkom se

tresu 10 do 15 min. Nakon toga se važe ostatak na svakomsitu: m1, m2, ... mn,

te materijal koji je prošao kroz najfinije sito mp (uhvaćen u zdjelu na dnu).Kroz

sito s najvećim otvorima mora proći sav materijal (kako bi se znalo koje je

maksimalnozrno).

30


Slika 3.7.Prikaz ucrtavanja rezultata laboratorijskih pokusa sijanja i

areometriranja u granulometrijski dijagram.

Slika 3.8. Sita za određivanje granulometrijskog sastava

31


3.1.3 Areometriranje

Areometriranje je metoda određivanja granulometrijskog sastava tla za

materijal koji sadrži zrna manja od 0,06 mm (prah, glina). Budući da tako sitne

čestice nije moguće sijati (nisu vidljive prostim okom), veličina i postotak

pojedinih frakcija određuju se indirektno, mjerenjem gustoće suspenzije u

određenim vremenskim intervalima, primjenjujući tzv. Stockesov zakon.

Stockes-ovim zakonom se definira brzina padanja zrnaca u mirnoj

tekućini koja je to veća što su čestice krupnije. Drugim riječima, ako u vodu

nasipamo malu količinu materijala koji se sastoji od čestica različite veličine,

krupnije čestice padat će brže, a sitnije sporije.

Slika 3.9. Areometri

Ako zamislimo da imamo neku posudu u kojoj te čestice padaju i ako na

putu padanja čestica možemo postaviti «vrata» na nekoj dubini u kojoj možemo

mjeriti vrijeme u kojemu je čestica potonula, od površine do te dubine, možemo,

prema Stockes-ovom zakonu, odrediti njezin promjer.

Međutim, budući da su čestice nevidljive prostim okom, mi njihov prolaz

moramo mjeriti posredno. To činimo mjerenjem gustoće suspenzije na vratima.

Naime, ako imamo više čestica različitog promjera, onda će kroz ta vrata proći

prvo grupa krupnih čestica, a slijedit će je grupe čestica manjih promjera. Te

grupe čestica treba zamisliti kao «rešetke» u čijim su čvorovima čestice. Sve

rešetke kreću istovremeno (jer su sve čestice prije pokusa jednoliko

raspodijeljene u suspenziji), ali one s većim zrnima padaju brže, a s manjim,

32


sporije. Ako na vratima imamo uređaj za mjerenje gustoće, taj će registrirati

promjenu gustoće suspenzije tek kad zadnja čestica iz krupne rešetke prođe

mimo njega.

Ako možemo registrirati promjenu mase (ili gustoće) uzorka, zbog čestica

koje su prošle kroz vrata, u odnosu na početnu masu uzorka, dobit ćemo vezu

promjene mase (kao kod sijanja ostataka na sitima) i promjera pripadajuće

grupe čestica. Opisani postupak provodi se u pokusu areometriranja u

laboratoriju za mehaniku tla. U tom se pokusu za mjerenje prolaza čestica

koristi u gustoćama umjereni plovak koji se zove areometar. Areometar (još ga

nazivaju i hidrometar) mjeri gustoću na dubini gdje pluta njegovo težište.

Gustoća suspenzije se očitava na vratu areometra, na mjestu gdje vrat

areometra izviruje iz vode (skala u jedinicama gustoće).

3.2. UGRADNJA UZORKA

U uređaju za izravni posmik ispitana su ukupno dvanaest uzoraka,šest

za UU-test i šest za CD-test.Uzorci su uzeti iz različite vrste tla : visokoplastični

(CH) i niskoplastični (CL).

Slika 3.10. Neporemećeni uzorak

Uzorke za ispitavnje, takozvane kockice, smo labaratorijskim aparatom

izrezali iz neporemećenog uzorka pritom pazeći da ne poremetimo uzorak. Za

svaku vrstu tla (visokoplastičnu i niskoplastičnu) smo uzeli šest uzoraka; tri za

UU-test i tri za CD-test. Nakon što se uzorak pripremio, omotan je plastičnom

vrećicom da ne gubi vlagu. Time pokušavamo proizvesti stvarno stanje tla pa su

time rezultati točniji. Kad imamo spremne uzorke oni se ugrađuju u uređaj za

izravni posmik.

33


3.3 POKUS IZRAVNOG POSMIKA

Nakon što je uzorak ugrađen u uređaj za izravni pokus kao što je to

opisano u prethodnom poglavlju, započeto je provođenje samog pokusa

izravnog posmika.

Kratki opis uređaja na kojem su provedena ispitivanja: uređaj se sastoji

od nosećeg okvira, pogonske jedinice u kojoj se nalazi motor koji pokreće cijeli

sustav, jarma sa polugom koji služi za nanošenje vertikalnog opterećenja,

kadice za ćeliju s probnim tijelom i mjerni instrumenti. Na cijelom sustavu

postoje tri mjerna instrumenta (transducera). To su: vertikalni transducer (za

mjerenje vertikalne deformacije – slijeganja), horizontalni transducer (za

mjerenje horizontalne deformacije – pomaka) i transducer za mjerenje sile. Svi

mjerni instrumenti spojeni su na jedinicu za primanje podataka (Autonomus

Data Acquisition Unit) koja je spojena s računalom. Na računalu je moguće

neprestano praćenje trenutnog stanja deformacija i naprezanja u uzorku tijekom

cijelog pokusa.

Kod ispitivanja izravnim posmikomizvedena su dva od trinačina ispitivanja:

a)CD pokus,

b)UU pokus i

c)Povratni ili reverzni pokus

34


a) Drenirani ili CD pokus izravnog posmika

Prije početka smicanja uzorci se konsolidiranju kroz 24 sata,a veličine

vertikalnog opterećenja biraju se tako da se dobiju rezultati u području napona

koji su bitni za konkretan slučaj. U načelu, prvi se uzorak izlaže najmanjem

opterećenju koje približno odgovara geološkom, drugi sa dvostruko većim

opterećenjem nego na prvom uzorku, a treći sa dvostruko većim opterećenjem

nego na drugom uzorku. Za ovaj pokus se koristilo normalno opterećenje

od54.5, 109, 218 kPa.Iznos vertikalnog opterećenja ovisi o tome zašto se pokus

izvodi. CD pokus je dreniran, konsolidiran,a brzina posmika se izračunava iz

vremena trajanja primarne konsolidacije i pretpostavljene horizontalne

deformacije kod koje se postiže vršno posmično naprezanje.

Prva faza CD pokusa, koji se izvodi sa ugrađenim filterskim pločama,

sastoji se od konsolidacije uzorka normalnim opterećenjem.

U drugoj fazi se postepeno i relativno polako povećava posmični napon

do loma (Slika 3.11.). Brzina posmika je tako mala da ne dolazi do povećanja

pornog tlaka u uzorku tjekom ispitivanja.

Slika 3.11. Faza posmika kod dreniranog uzorka

35


b) Nedrenirani i nekonsolidirani ili UU pokus izravnogposmika

Tijekom izvođenja UU pokusa filteri se izoliraju tankim neperforiranim

metalnim pločama koje su u kontaktu sa uzorkom da bi se onemogućilo

dreniranje uzorka pri nanošenju napona u fazi opterećivanja. Za brzinu posmika

uzeli smo puno veću brzinu nego kod CD pokusa (kod CD pokusa je bila

0,03mm/min do 0,05mm/min, a kod UU pokusa je brzina bila 1,0mm/min).

Uzorak smo stavili u uređaj bez dreniranja i konsolidiranja, te je vrijeme

izvođenja pokusa bilo znatno kraće u usporedbi sa CD pokusom.

Rezultati ispitivanja ove vrste daju parametre posmične čvrstoće u

nedreniranim uvjetima te za totalne napone. Ispitivanja na djelomično zasićenim

glinama daju zakrivljenu anvelopu napona loma koja se može aproksimirati sa ,

klasičnom linearnom zavisnošću samo u nekom unaprijed usvojenom intervalu

totalnih normalnih napona ili, alternativno, nekom nelinearnom zavisnošću, pri

čemu jeφ> 0. Izgled uzorka nakon posmika vidljiv je na Slici 3.12.

Slika 3.12. Uzorak poslje UU pokusa

36


c) Povratni ili reverzni pokusizravnogposmika (nije izvođen)

Ovaj pokus služi za mjerenje rezidualne čvrstoće nakon velikih

deformacija, a može se izvoditi na neporemećenim, prerađenim, poremećenim

uzorcima ili prethodno presječenim uzorcima po ravnini smicanja, kao i na

uzorcima koji sadrže ravninu smicanja uzetih iz terena, najčešće klizišta. Pokus

se izvodi isključivo aparatima sa stalnim porastom deformacije i u dreniranim

uvjetima. Ovom pokusu najčešće se podvrgavaju uzorci tla koji sadrže

sitnozrnate frakcije, minerale glina koji imaju pločast oblik.

Prije početka izvođenja prve faze pokusa, faze konsolidacije, koja je

identična CD pokusu, ukoliko je uzorak neporemećen ili prerađen, može se

presjeći po ravnini smicanja tankom zategnutom žicom. Zatim se pažljivo ručno

pomakne naprijed-nazad, kako bi se pospješio proces reorijentacije mineralnih

zrna u ravnini loma. Druga faza podrazumijeva prvi ciklus smicanja identičan

CD pokusu.

Nakon dostizanja relativnih posmičnih pomaka, ne većih od oko 10%

posmične dužine uzorka u svakom ciklusu, obično oko 6 mm, posmik se

zaustavlja, okviri se vraćaju polako u početni položaj prije početka posmičnog

opterećenja. Pričeka se vrijeme za ponovnu konsolidaciju i nakon toga ponovo

polako smiče brzinom od oko 0,003 do 0,010 mm/min.Ponavlja se sve dok

nakon par ponovljenih ciklusa ispitivanja (obično 4 do 7) posmična čvrstoća

dalje ne opada (Slika 3.13.).

Slika 3.13. Prikaz rezultata reversnog pokusa posmika

37


4. REZULTATI LABORATORIJSKIH ISPITIVANJA

38


Nakon izvršenih mjerenja provedena je obrada rezultata primjenom

odgovarajućih računskih postupaka pri čemu se izračunavala vršna vrijednost

posmičnog naprezanja i pripadajući kut unutarnjeg trenja. Nakon toga izvedena

je interpretacija obrađenih podataka u obliku tablica i grafičkih prikaza.

Rezultati ispitivanja su interpretiraniza nisko (CL) i visoko (CH) plastičnu

glinu za svaku vrstu pokusa (UU i CD) i skupno prikazani u tablici 4.1.

Slika 4.1. i Slika 4.2. prikazuju grafički prikaz rezultata provedenih

ispitivanja za svaku vrstu gline i svaku vrstu pokusa.

39


Tablica 4.1..Skupno izvješće rezultata dobivenih pokusom izravnog posmika

Vrsta

ispitivanja

Oznakauzorka

Normalnonaprezanje

[kPa]

Vršna posmičnačvrstoća [kPa]

Horizontalna deformacija pri

vršnoj čvrstoći[mm]

Brzina posmika[mm/min]

Visina uzorkanakon

ispitivanja

Ukupna horizontalna

deformacija[mm]

Kohezija

Kutunutarnjeg

trenja

Uzorak

UU

A 54,50 118,60 3,381 1,0000 20,31 10,161 108,23

10,21

B 109,00 127,10 2,767 1,0000 19,79 9,529CL C 218,00 147,70 1,810 1,0000 19,48 9,811

CD

A 54,50 48,00 1,200 0,0500 19,38 9,590 14,68

30,01

B 109,00 74,80 1,498 0,0500 19,41 10,051 C 218,00 141,50 2,098 0,0500 18,99 9,447

UU

A 54,50 65,50 3,208 1,0000 19,86 10,185 56,43

9,38

B 109,00 74,30 3,634 1,0000 19,21 10,124CH C 218,00 92,40 3,688 1,0000 19,22 10,052

CD

A 54,50 42,60 2,398 0,0300 19,62 9,590 19,35

24,48

B 109,00 72,70 3,899 0,0300 19,30 10,049 C 218,00 119,20 3,894 0,0300 19,06 9,586

40


Slika 4.1. Grafički prikaz rezultata izravnog posmika a) CD pokus i b) UU pokus sa visokoplastičnom glinom (CH)

41

σ1

σ2

σ3

σ3

σ2

σ1


Slika 4.2. Grafički prikaz rezultata izravnog posmika a) CD pokus i b) UU pokus sa niskoplastičnom glinom (CL)

42

σ1


4.1 PRILOG

U nastavku su priloženi rezultati laboratorijskih ispitivanja.

43


5. ZAKLJUČAK

44


Parametri posmične čvrstoće nisu konstantne vrijednosti tla već ovise o

nizu faktora kao što su, između ostalog, vlažnost, vertikalno opterećenje,

zbijenost i zasićenost. Pokazalo se da na vrijednosti parametara posmične

čvrstoće utječe i načini njihovog određivanja u laboratoriju.

U ovom radu promatran je utjecaj brzine posmika i način konsolidiranja i

dreniranja koherentnog tla na parametre posmične čvrstoće. Za ispitivanje je

korištena anorganska glina niske (CL) i visoke (CH) plastičnosti. Sva ispitivanja

provedena su prema normi BS 1377. Uzorci su prethodno klasificirani prema

USCS-u pomoću Atterbergovih granica i granulometrijskog sastava.

Jedna serija obje vrste uzoraka tla ispitivana je primjenom UU izravnog

posmika, dok je druga serija uzoraka ispitivana primjerom CD izravnog

posmika. Iz rezultata mjerenja izračunavana je vršna posmična čvrstoća, te

pripadajuća kohezija i kut unutarnjeg trenja.

Analizom rezultata ispitivanja potvrđene su već poznate spoznaje da

promjene parametara posmične čvrstoće ovise o načinu provođenja

laboratorijskih ispitivanja. Generalno se može zaključiti da UU način određivanja

posmične čvrstoće daje veće vrijednosti nedrenirane kohezije bez udjela kuta

unutarnjeg trenja ukoliko je uzorak potpuno zasićen ili s malim udjelom kuta

unutarnjeg trenja ukoliko je uzorak djelomično zasićen (utjecaj porasta pornog

tlaka za vrijeme brzog razvoja posmične deformacije). Primjena CD pokusa

posmika daje manje vrijednosti drenirane kohezije i veći kut unutarnjeg trenja

(praktički nema utjecaja pornog tlaka za vrijeme sporog razvoja posmične

deformacije). U obzir treba uzeti i vrijednosti efektivnih vertikalnih opterećenja

tijekom ispitivanja. Pri UU načinu ispitivanja ona su vrlo mala (utjecaj povećanja

pornog tlaka) dok su u CD posmiku efektivna naprezanja jednaka totalnim

(utjecaj pornog tlaka je zanemareno mali ili nikakav).

Izvršenim ispitivanjima željelo se ukazati na nužan oprez prilikom odabira

parametara posmične čvrstoće u projektantske svrhe budući se potvrdilo da se

kohezija i kut unutarnjeg trenja istog tla mogu značajno razlikovati obzirom na

uvjete i način provođenja laboratorijskih ispitivanja koja se moraju prilagoditi

stanju tla in-situ.

45


Rezultati ispitivanja sumarno su prikazani na Slici 3.12.

46


40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 2400

20

40

60

80

100

120

140

160

Parametri posmične čvrstoće tla

Normalno naprezanje [kN/m2]

Posm

ično

nap

reza

nje

[kN/

m2]

Slika 5.1.Parametri posmične čvrstoće tla

47

UU-CL

CD-CLCD-CH

UU-CH


6. POPIS LITERATURE

48


BS 1377: Part 7:1990 British Standard Methods of test for Soil for Civil

engineering purposes, Part 7: Shear strength tests

HRS CEN ISO/TS 17892-4 Geotehničko istraživanje i ispitvanje –

Laboratorijsko ispitivanje tla – 4. dio: Određivanje granulometrijskog sastava

Kalinski, M (2006): Soil Mechanics Lab Manual, John Wiley & Sons, New York

Kvasnička, P. (2007): Mehanika tla, Rudarsko geološko naftni fakultet

Sveučilišta u Zagrebu, preuzeto (18.08.2009) sa www.rgn.hr

Matešić, L. (2006): Geotehničko inženjerstvo, Građevinski fakultet Sveučilišta u

Rijeci, preuzeto (18.08.2009) sa www.gradri.hr

NAVFAC, Soil Mechanics (DM 7.1), Naval Facilites Engineering Command,

Alexandria, 1982, 355 p.

Roje – Bonacci, T. (2007): Mehanika tla, Građevinski fakultet Sveučilišta u

Splitu, Split

Zlatović, S. (2003): Uvod u mehaniku tla, Tehničko veleučilište u Zagrebu,

preuzeto (02.03.2007) sa www.tvz.hr

Maksimović, M. M. (2005): Mehanika tla, Građevinska knjiga, Beograd

49

http://www.tvz.hr/

http://www.gradri.hr/

http://www.rgn.hr/


7. POPIS SLIKA I TABLICA

Slika 2.1 Model tla 5

Slika 2.2. Struktura tla 6

Slika 2.3. Granulometrijski dijagram 7

Slika 2.4. Stanje plastičnosti glinovitih materijala 11

Slika 2.5. Mohr – Coulomb-ov zakon čvrstoće 14

Slika 2.6. Ponašanje tla pri smicanju 14

Slika 2.7. Uređaj za izravni posmik 17

Slika 2.8. Prikaz rezultata pokusa izravnog posmika 18

Slika 2.9. Uzorak nakon ispitavanja 18

Slika 3.1. Oprema za određivanje Atterbergerovih granica 21

Slika 3.2. Horizontalno postavljen uzorak u posudi 22

Slika 3.3. Urezivanje brazde 22

Slika 3.4. Spojeni uzorak na dužini od 13mm 22

Slika 3.5. Primjer valjčića za dobivanje granice plastičnosti 24

Slika 3.6. Određivanje gustoće čvrstih čestica 25

Slika 3.7. Prikaz ucrtavanja rezultata laboratorijskih pokusa sijanja i areometriranja u

granulometrijski dijagram. 28

Slika 3.8. Sita za određivanje granulometrijskog sastava 28

Slika 3.9. Areometri 29

Slika 3.10. Neporemećeni uzorak 30

Slika 3.11. Faza posmika kod dreniranog uzorka 32

Slika 3.12. Uzorak poslje UU pokusa 33

Slika 3.13Prikaz rezultata reversnog pokusa posmika 34

Slika 4.1.Grafički prikaz rezultata izravnog posmika sa visokoplastičnom glinom (CH) 37

Slika 4.2. Grafički prikaz rezultata izravnog posmika sa niskoplastičnom glinom (CL) 38

Slika 5.1. Parametri posmične čvrstoće tla88

Tablica 2.1. Volumenski i maseni odnosi 5

Tablica 2.2. USCS klasifikacija tla 12

Tablica 3.1.Prikaz načina upisivanja podataka za granicu tečenja 22

Tablica 3.2.Prikaz načina upisivanja podataka za granicu plastičnosti 23

Tablica 3.3.Vrste materijala prema veličini čestica 27

Tablica 4.1. Skupno izvješće rezultata dobivenih pokusom izravnog posmika 36

50


8. SAŽETAK

51


IME I PREZIME:Branimir Biškup

NASLOV RADA:Određivanje parametara čvrstoće smicanja

TEKST SAŽETKA:

U ovom završnom radu analiziran je utjecaj načina laboratorijskog određivanja parametara posmične čvrstoće. Ispitivanje je provedeno na uzorcima anorganske gline niske i visoke plastičnosti. Klasifikacija uzoraka izvršena je prema USCS-u primjenom klasifikacijskih ispitivanja koja su sadržavala određivanje granulometrijskog sastava i Atterbergovih granica. Provedeni su pokusi izravnim posmikom UU i CD tipa na uređaju s kontrolianom deformacijom. Utvrđeno je da na istim uzorcima tla UU vrsta pokusa daje parametre posmične čvrstoće s većim udjelom nedrenirane kohezije i manjim vrijednostima kuta unutarnjeg trenja. Primjenom CD pokusa pokazalo se da raste udio kuta unutrašnjeg trenja, a smanjuje se vrijednost drenirane kohezije. Do ovih promjena došlo je zbog različitog načina konsolidiranja i dreniranja, te brzine posmika.

KLJUČNE RIJEČI:

- izravni posmik

- drenirani i nedrenirani način ispitivanja

- kohezija

- kut unutarnjeg trenja

52

ODREĐIVANJE PARAMETARA ČVRSTOĆE SMICANJA · Web viewKod nekoherentnog tla je gravitacija glavni čimbenik koji utječe na formiranje strukture tla. Kod koheretnih tala uz gravitaciju

Documents