3

I Uvod, postanak, vrste i metode istraivanja tla

3. Istrani radovi i uzimanje uzoraka tla

23. ISTRANI RADOVI I UZIMANJE UZORAKA TLA

Za rjeavanje problematike temeljenja razliitih objekata, u raznim vrstama tla, potrebno je prethodno definisati geotehnike podloge i osobine tla za razmatrani lokalitet. Osobine tla odreuju se laboratorijskim ispitivanjem uzoraka tla i ispitivanjem tla "in situ" koristei iskustva i saznanja sa ispitivanja materijala slinih osobina. Za laboratorijska ispitivanja uzimaju se poremeeni ili neporemeeni uzorci tla prema posebno sainjenom programu istraivanja.

3.1. METODE IZVOENJA ISTRANIH RADOVA

zavisi o karakteru objekta i geotehnikoj sloenosti terena i uslovima graenja. Istrani radovi treba da prue sliku o geomehanikim, hidrolokim, ininjersko-geolokim i drugim osobinama tla na osnovu kojih e se moi provesti racionalno projektovanje. Geomehaniki istrani radovi mogu biti veoma skupi zbog ega se provodi sistematsko istraivanje tla polazei od optih na detaljnija ispitivanja. Tlo se obino ispituje po etapama i ovisno o znaaju, potrebi i obimu provode se sve ili samo neke od etapa.

Sve vrste istranih radova i ispitivanja mogu se podijeliti na:

(a) rekognosciranje terena i prikupljanje podataka;

(b) posredna ispitivanja;

(c) istrani radovi u tlu sa uzimanjem uzoraka;

(d) ispitivanje osobina tla "in situ";

(e) osmatranje tla i objekta.

Za sve ove radove potrebno je prethodno sainiti program ispitivanja, sa obimom radova, a nakon provedenih ispitivanja dati prikaz rezultata istranih radova sa svim prilozima, zapisnicima o ispitivanju i drugim neophodnim podacima. U ovom poglavlju obradit e se prve tri faze istraivanja, dok e zadnje dvije biti razmatrane u posebnom poglavlju.

Radi opteg uvida u vrste, obim i mogue faze izvoenja istranih radova, dat je u tabeli 3.1. uobiajen plan aktivnosti za geotehniko projektovanje.

Plan aktivnosti na istraivanju za geotehniko

projektovanje (Ivi, Grubi, 1992).

Tabela 3.1.

3.2. REKOGNOSCIRANJE TERENA I PRIKUPLJANJE PODATAKA

Prije ispitivanja terena na kome e se objekat podizati potrebno je prethodno prikupiti postojee podloge i tehnike podatke o terenu i objektima. Ovdje se prvenstveno misli na geodetske, geoloke, hidroloke, hidrogeoloke, seizmike i druge podloge, koje umnogome mogu pomoi pri rjeavanju postavljenog zadatka.

Povrinski pregled podruja obuhvata prouavanje postojeih podataka o geolokim prilikama, rijenim tokovima, o podzemnim vodama, o ispitivanjima provedenim na susjednim podrujima, te prikupljanje i svih drugih informacija o tlu koje mogu dati iri uvid u stanje i problematiku razmatranog podruja.

Preliminarnim uvidom terena dobit e se opta slika o morfologiji podruja i sastavu tla na povrini iz postojeih zasjeka, jaruga, erodiranih pokosa, ve izvedenih objekata itd. Registrovanje podataka o nainu izgradnje postojeih objekata, njihovim moguim oteenjima u vezi s temeljenjem, o vegetaciji, opasnosti od plavljenja, nanoenja materijala, klizanja terena, o izvorima i njihovoj izdanosti itd. moe korisno posluiti za usmjeravanje daljnjih ispitivanja i optoj pogodnosti terena za izgradnju.

Geoloka, inenjersko geoloka, hidrogeoloka i hidroloka istrai-vanja mogu biti od velike koristi, te je potrebno prije izrade programa ispitivanja razmotriti geoloki nain i uslove nastanka tla tog podruja. Geolokom opservacijom dobije se uvid u vrstu stijena, prostiranje nevezanih sedimenata, tektonske prilike, genezu, strukturne i druge meusobne odnose. Hidrogeolokom i hidrolokom interpretacijom moe se dobiti predstava o vrsti, nastanku i pravcima kretanja podzemnih voda, izvorinih zona, karstifikaciji (skraenosti) i dr. Sve ovo moe dobro da poslui za preliminarni izbor lokacije objekta kao i da se pravilno usmjere i odaberu po obimu istrani radovi, te ocijeni problematika koja moe da uslijedi na tom podruju.

Geodetske podloge su neophodne za obradu povrinskog pregleda, geolokih studija i svih daljnjih ispitivanja, te ih je potrebno sainiti ukoliko ve ne postoje za to podruje. U posljednje vrijeme praktikuje se avionsko snimanje, te se morfologija terena sa svim horizontalnim i visinskim podacima u raznim razmjerama dobije relativno brzo. Aerofotogrametrijski snimci u boji i infracrveni snimci, te stereo parovi avionskog snimka daju dobar uvid u razne detalje na samom terenu (kao promjenu sastava tla i vegetacije, reljef terena, tokove vode i sl.) zbog ega se sve vie koriste za dobivanje podloga neophodnih za izuavanje tla.

Pored ovih podataka potrebno je prikupiti i druge elemente, to ovisi o karakteru objekta kao to su klimatski uslovi, seizminost, meteoroloki uslovi, opta stabilnost podruja, plavnost, odvodnja ili regulacija i sl. Svi ovi i drugi preliminarni rezultati posluit e za optu ocjenu pogodnosti podruja i izradu programa ispitivanja koji u osnovi treba da sadri:

svrhu ispitivanja i problematiku na koju rezultati ispitivanja treba da daju odgovor;

metode ispitivanja za rjeavanje uoenih problema;

lokacije istranih radova;

obim i zadatak svake vrste ispitivanja;

koliine i vrijednost planiranih ispitivanja.

Povrinsko prouavanje ne moe dati promjenu sastava tla po dubini. Radi ovoga se koriste druge istraivake dubinske metode koje se izvode poslije ove veoma korisne prve faze rada.

3.3. POSREDNA I DIREKTNA ISTRAIVANJA TERENA

Posrednim istraivanjem tla sa povrine moe se dobiti poloaj, debljina i sastav pojedinih slojeva. Ova ispitivanja mogu posluiti za izradu programa detaljnih direktnih ispitivanja ili daljnjih geofizikih ispitivanja.

Geofizikim metodama mjere se razlike u odreenim geofizikim osobinama u odnosu na poznatu homogenu sredinu, a zatim se iz ovih razlika procjenjuje sastav tla. Obim geofizike djelatnosti na dananjem stepenu razvoja nauke i tehnike je veoma irok. Primijenjena geofizika u graevinarstvu, nazvana jo i inenjerska geofizika, najue je vezana za probleme geomehanike.

U graevinarstvu se primjenjuju slijedee metode za odreivanje geofizikih konstanti tla: (i) geoelektrine, (ii) geoseizmike, (iii) radioaktivne, kao i razne vrste karotaa u buotinama. Ostale geofizike metode kao to su: gravimetrijske, geotermalne, magnetometrijske, radiometrijske i dr. imaju manju primjenu u graevinskoj praksi. Ovim ispitivanjima mjere se elektrine, seizmike i radioaktivne konstante i primjenjuju se kod jednostavnijih geotehnikih odnosa i u kombinaciji sa drugim vrstama ispitivanja.

3.3.1. GEOELEKTRINA METODA

Ova metoda ima kod nas najiru primjenu, a zasnovana je na mjerenju elektrinog otpora u tlu. Princip se sastoji u slijedeem (sl.3.1-a): u tlo se pobiju dvije elektrode E1 i E2 na koje se pusti da djeluje istosmjerna struja iz baterije B, ija se jakost I (A) mjeri pomou ampermetra, A. U vie se taaka po profilima pobiju, na razliitim razmacima, sonde S1 i S2 koje su meusobno povezane za voltmetar V. Voltmetrom se mjeri razlika napona-potencijal E(V) izmeu sondi. Elektrini otpor tla R dobije se prema izrazu:

(3.1.)

Razmak izmeu elektrode i sondi postepeno se poveava od 2,0 do 50,0 m. Ukoliko je odstojanje vee, utoliko je vea dubina djelovanja elektrine struje, te se na taj nain mogu izraunati promjene materijala sa dubinom, a mjerenjem na vie profila moe se ustanoviti prostiranje slojeva materijala jednakih elektrinih osobina.

Elektrini otpor se mijenja promjenom slojeva, a naroito pri pojavi podzemne vode i stijene. Radi toga se ova geofizika ispitivanja uspjeno primjenjuju kod odreivanja nivoa vode i dubine do stijene ili promjene sloja. Uspjena interpretacija mogua je samo ako su jednostavni geotehniki odnosi.

Elektrina provodljivost ne ovisi samo o vrsti tla ve i o njegovoj strukturi, koliini vode u porama i njegovog sastava.

Debljina sloja dobije se iz dijagrama ovisnosti razmaka sondi (a) i ukupnih otpora ((R). Na prelomu ovoga pravca ovisnosti dobije se dubina prvog sloja (D).

U tabeli 3.2. date su geoelektrine karakteristike nekih materijala u tlu (Nonveiller, 1981).

Specifini otpor za materijale u tlu

Tabela 3.2.

Vrsta materijalaSpecifini otpor R (m (ohm m)

suhovlano

ljunak 50(5.00040(600

Pijesak 50(2.000 30(200

Glina 100(30.000 1(200

Granit 100(30.000-

Karbonatne stijene malo ispucale3.000(20.000-

Ispucale stijene sa glinovitom ispunom500(10.000100(2.000

Laporovite stijene-1.000(5.000

Sl. 3.1. ema geoelektrinog snimanja sa sondama S1 i S2 i elektrodama E1 i E2 (a), te polje potencijala u homogenoj sredini (b).

Ova metoda specifinog elektrinog otpora primjenjuje se u vidu: (i) geoelektrinog sondiranja i (ii) geoelektrinog profilisanja. Geoelektrino sondiranje zasniva se na principu da se simetrino poveava rastojanje izmeu elektroda (E1, E2) ne mijenjajui poloaj centra elektrodnog sistema. Na ovaj nain ispituje se promjena otpornosti po dubini ispod jedne take, jer se poveanjem rastojanja elektroda zahvaa sve vea dubina.

Metodom geoelektrinog profilisanja (kartiranja) ispituje se tlo na nain da raspored i razmak elektroda ostaje isti, a itav sistem elektroda pomie se uzdu odabranog profila. Dobivene veliine otpora nanose se na takama u centru elektroda i dobije se dijagram geoelektrinog profilisanja. Najee se koriste obadvije metode zajedno i za vei broj taaka du profila crtaju izoome (izolinije) jednake specifine otpornosti (sl. 3.1.b).

3.3.2. SEIZMIKA ISPITIVANJA

Postoji vie metoda seizmikog ispitivanja tla, a najvie se koristi na povrini: (i) refrakciona seizmika, (ii) mikroseizmika. Brzina irenja longitudinalnih talasa vl u odreenoj sredini ovisi o gustoi medija (, dinamikom modulu elastinosti Edyn i Poasonovom (Poisson) koeficijentu (, ili Poasonovom broju m, tj.:

; ili . (3.2.)

Veza poprenih (smiuih) talasa (vs) i dinamikih svojstava tla (Edyn i ( ) moe se dobiti iz izraza:

,

(3.3.)

gdje je:

dinamiki modul smicanja. (3.4.)

Ovako dobivene brzine mogu posluiti za ispitivanje razlika u razliitim slojevima tla. Princip rada sastoji se u tome da se na jednom mjestu udarom ili malom eksplozijom izazovu udarni valovi, a na raznim udaljenostima od izvora mjeri se vrijeme reflektovanja signala na geofonu (detektoru), (sl. 3.2.). Registruju se direktni, reflektirani i refrakcijski talasi. Iz vremena putovanja talasa do geofona, postavljenih na razliitim udaljenostima od izvora, mogu se proraunavati debljine slojeva razliite gustoe, odnosno razliitog sastava materijala u tlu. Kada se za izvor irenja talasa koristi eksploziv, postavlja se vie geofona istovremeno, a kod udara geofon i registrator mogu biti zajedniki, pa se dobiva uvijek samo po jedan podatak.

Sl. 3.2. Seizmiko sondiranje terena sa tri sloja razliitih osobina i to sa putanjama talasa do geofona (a) i hodogram brzina (b).

Ova se metoda uspjeno primjenjuje za ispitivanje strukturne grae tla na veim dubinama sa povrine i iz buotina. Tlo je obino sa dubinom gue, te refrakcioni talasi stiu prije do geofona iz daljnjih zona, ve iz viih povrinskih zona pomou direktnih talasa. Na HE Salakovac ispitana je dubina nanosa do stijene kao i vrsta nanosa pomou mikroseizmikih talasa, jer se radilo o relativno malim dubinama.

Ovaj se princip uspjeno primjenjuje i na istranim buotinama (cross hole) tako da se na jednoj buotini po dubini vri otpucavanje, a na drugim se po obimu postave geofoni za registrovanje. Na ovaj nain mogu se dobiti dinamiki moduli elastinosti Edyn. Ovaj princip "prozraivanja" moe se primijeniti i izmeu galerija i buotina, izmeu galerija, ili izmeu terena i buotina.

3.3.3. RADIOAKTIVNO ISPITIVANJE

Radioaktivna metoda primjenjuje se u posljednje vrijeme za mjerenje vlanosti i gustoe neporemeenog tla i kontrolu izrade nasipa. Metoda je prikladna za ispitivanje nevezanog tla (ljunka i pijeska), iz kojeg ne postoji mogunost da se izvadi neporemeen uzorak tla. Ispitivanja se obavljaju brzo, ali su skupa i specijalistika, jer je potrebno struno osoblje i posebne mjere zatite od zraenja. Rezultati su manje tani od laboratorijskih mjerenja, ali su za praksu prihvatljivi. Mjerenja se mogu obaviti na povrini terena i u buotinama namijenjenim za uzimanje uzoraka.

Ova metoda bazira se na vodikovim atomima koji u vodi usporavaju neutrone visoke energije i pretvaraju ih u spore neutrone, a njihov broj ovisi o koliini vodikovih atoma u podruju ispitivanja. Mjerei impulse sporih neutrona moe se uz pomo badarene krive zakljuiti o koliini vlage u tlu. Izvor neutrona je obino radioaktivni americij 241/berilij. Vanjske elektronske ljuske atoma minerala tla apsorbuju ( (gama) zrake koje do njih dospiju. Koliina rasutog ( zraenja registruje se impulsima na Geigerovu (Gajgerovu) brojau, a to je mjera gustoe tla koja se uz komparaciju badarene krive moe izraziti gustoom, odnosno zapreminskom masom tla.

Postoje i druge metode i principi kojima se mogu odrediti izvjesne osobine tla na povrini i u buotini kao to su: elektro i radioaktivni karota (prirodna radioaktivnost i gama-gama karota), buotinska TV kamera, akustini karota, buotinski dilatometar i dr.

Prednost ovih geofizikih metoda je u tome to se relativno brzo moe doi do podataka o sastavu tla na velikim podrujima i to su jeftine. Koriste se za preliminarna ispitivanja veih podruja na kojima e se provoditi daljnja detaljnija ispitivanja drugim pouzdanijim metodama. Obino se primjenjuju u kombinaciji sa drugim nainima ispitivanja.

3.3.4. SONDANI ISKOPI

U direktne metode za ispitivanje tla po dubini svrstavaju se sondani iskopi i sondana buenja.

Kod sondanih iskopa razlikujemo: (i) sondane jame, (ii) sondana okna ili bunari, (iii) potkopi ili tolne, (iv) zasjeci i (v) rovovi. Koji e se vid sonde primijeniti, ovisi o dubini sondiranja, vrsti i morfologiji tla.

Ovaj nain istraivanja ima vie prednosti u odnosu na indirektne metode, jer direktno dobijamo uvid u sastav tla i poloaj slojeva. Iz njih se prema potrebi mogu uzimati poremeeni i neporemeeni uzorci tla, a kod nekoherentnih materijala neposredno moemo ispitati stiljivost i odrediti prirodnu zbijenost tla. Meutim, kopanje sondi je obino dugotrajan, a ponekad i neekonomian posao. Najee se poslije nekoliko metara naie na podzemnu vodu, te je potrebno njeno ispumpavanje. Osim toga, na veim dubinama od jednog do dva metra potrebna su razupiranja da se ne bi uruio materijal i ugrozio ivot radnika.

Sondane jame koriste se za ispitivanje tla na manjim dubinama, najee do 4,0 - 5,0 m i iznad nivoa podzemne vode. Obino se ne koriste kod temeljenja veih graevinskih objekata, jer su potrebna ispitivanja do veih dubina, izuzev kod laganih i plitko temeljenih objekata. Jame su irine u dnu 0,70 - 1,00 m sa tri vertikalne (ili u nagibu) strane i etvrtom stepenastom, s koje se vade neporemeeni uzorci (sl.3.3.). U sondanim jamama moe se direktno ispitati stiljivost pomou krune ploe, CBR opit, jedinina teina tla ili stijene i drugo.

Sl.3.3. Uzduni (a) i popreni (b) presjek pravougaone sondane jame.

Sondane jame su pogodne za otkrivanje i ispitivanje pozajmita materijala za zemljane radove, te za ispitivanje nalazita graevinskog materijala i industrijskih sirovina. Zavisno od dubine i vrste materijala, iskop u sondanoj jami vri se razupiranjem bokova jame ili bez razupiranja. U rastresitim pokrivaima obavezno je razupiranje za dubine vee od 1,5 m, to se obino regulie uslovima higijensko tehnike zatite na radu.

Sondani bunari ili okna mogu imati kvadratni ili okrugli oblik, a rade se u koherentnom ili u nekoherentnom materijalu za dubine vee od 4,0 m. Bone stijenke razuprte su pomou ramova na razmaku od oko 1,0 m i osigurane oplatom. Sondani bunari imaju promjer ili stranicu kvadrata 1,5-2,0 m (sl. 3.4.-a). Podzemna voda odstranjuje se posudama ako je priliv vode malen ili pumpama ako je priliv vei. Uzorci se vade iz dobro iskopanog i poravnatog dna, gdje materijal iskopom jo nije poremeen.

U nekoherentnim materijalima uporedo sa iskopom vri se pobijanje talpi uz okvire koji ih razupiru (sl. 3.4.-b). Bunari se kopaju i do veih dubina, do 15,0 m, ali je rad skup i dugotrajan, pa buenje tu ima prednost. Ipak, bunar daje direktan uvid u slojevitost, kvalitet i sastav tla u neporemeenom stanju, a mogu se izvriti i odreena ispitivanja "in situ" u bunaru. Pri iskopu pod vodom i na veim dubinama, u prainastim i pjeskovitim materijalima, treba voditi rauna da ne doe do hidraulikog sloma dna, do koga moe doi i pri malim koliinama procjednih voda.

Sondani bunari se primjenjuju i na veim dubinama od 15,0 m ako je potrebno dobiti precizne podatke o inenjersko geolokim i geotehnikim osobinama tla i ako treba ispitati "in situ" odreene lanove geotehnikog profila. Tako je npr. u profilu brane Hidroelektrane Rama izvren iskop bunara i do 30,0 m dubine radi utvrivanja zbijenosti i deformacionih osobina osuline na raznim dubinama.

Sl. 3.4. Sondani bunar sa oplatom od dasaka (a), pobijenih daski (b) i potkop (c).

Potkopi (tolne) su obino dimenzija 2,0x2,0 m razuprti i obloeni daskama i kopaju se za otkrivanje tla u horizontalnom smjeru (sl. 3.4-c). Oni omoguuju potpun vizuelan kontinualan uvid u tlo, te vaenje malih i velikih neporemeenih i poremeenih uzoraka tla. Posebno su pogodni za izvoenje "in situ" opita smicanja ili stiljivosti u velikoj razmjeri. (sl. 3.5-a). Potkopi se obino primjenjuju kod padina koje su strmije od 30 stepeni, jer u blaim padinama zahtijevaju dug predusjek.

Na HE Salakovac izvedena su tri potkopa dimenzija 3,0/3,0 m u diluvijalnom materijalu i stijeni, a tri u stijeni duine do 80,0 m. U njima su provedena predviena geotehnika ispitivanja stijenskog masiva, vodopropusnost diluvijalne terase, kao i vizuelni uvid u stepen njene zaptivenosti nakon injektiranja (sl.2.9).

Raskopi (rovovi) se primjenjuju za uvid u tlo, na veoj duini, koji se esto izvode mehanizovano (sl.3.5.-b).

Zasjeci se kopaju na padinama i predstavljaju najracionalniji oblik za utvrivanje vrste tla u profilu i za uzimanje uzoraka (sl.3.5.-c).

Sl.3.5. Potkop (a), raskop (b) i zasjek (c) u aluviju i stijenskom masivu gdje je: raskop, zasjek (1), aluvijalni nanos (2), ispucali uslojeni stijenski masiv (3), ilovaa i laporovita glina (4), lapor (5) uzimanje uzoraka (6), ispitivanje deformacionih mehanikih i smiuih osobina (7), geofizike metode ispitivanja (8), buotine (9).

3.3.5. SONDANE BUOTINE

Danas se za sondana buenja koristi veliki broj raznovrsnih ureaja podeenih vrsti materijala i dubini buenja. Ovaj nain istraivanja ima iroku primjenu, jer se buenjem dospijeva na vee dubine, pojava podzemne vode ne utjee znatno na rad, a izvodi se brzo i moe se primijeniti u gotovo svim tlima. Buenje moe da bude rotaciono i udarno. Kod rotacionog buenja alatka prodire u tlo pomou rotacije i pritiska, a kod udarnog buenje se obavlja udarom. Razlikujemo runo i mainsko buenje. Preteno se koriste ureaji na mainski pogon, ali se za manje dubine od oko 20-30 m mogu koristiti i rune naprave.

(a) Runo buenje se obavlja pomou tronoca sa vitlom, etverougaonih ipki za okretanje svrdla debljine 24 40 mm i duine obino 3,0 m, sa ruicom za okretanje, te raznih veliina i oblika svrdla i oblonih cijevi (sl.3.6.).

Za razliite vrste tla upotrebljavaju se razliita svrdla kojima se bui rupa i vade uzorci tla. Svrdla postepeno razrahljuju materijal, zahvaaju ga i izvlae iz buotine, te na taj nain produbljuju buotinu. Kada je upotrijebljeni alat prodro toliko duboko ispod dna buotine da je ispunjen materijalom, pribor se izvlai na povrinu i isprazni. Ovim se nainom dobiju poremeeni uzorci tla, koji slue za klasifikaciju tla i izradu geotehnikih profila.

Uobiajena svrdla su: (i) kaikasta sa i bez proreza, (ii) tanjirasta, (iii) kupasta, (iv) spiralna, (v) dlijetasta, (vi) kutijasta, zatim (vii) apa za pijesak i sitan ljunak, (viii) sanduasto svrdlo i druga (sl.3.6.-b-j).

Sl.3.6. Garnitura za runo buenje sa tronocem, vitlom, cijevima, ipkama i svrdlom u buotini (a), te raznim svrdlima za buenje: kaikastim sa prorezom (b) i bez proreza (c), tanjirastim (d), kupastim (e), spiralnim (f), dlijetastim (g), kutijastim (h), u obliku ape za sitan ljunak i pijesak (i) i sanduastim (j).

Kaikasto svrdlo sa prorezom ili bez njega cilindrinog je oblika sa elinim sjeivom na donjem kraju i na prorezu, a upotrebljava se za buenje u tvrdoj glini i ilovai, odnosno bez proreza koristi se u mekoj i tronoj glini i ilovai.

Tanjirasto svrdlo ima sjeivo koje se obavija i iri oko osovine svrdla, odozdo prema gore, a na tanjirima se zadrava uzorak. Upotrebljava se za buenje u mehkoj glini ili ilovai.

Kupasto svrdlo donjim dijelom bui tlo, a uzorak se puni odozgo u kupasti sud. Koristi se za rastresita pjeskovito-ljunkovita tla.

Spiralno svrdlo je u obliku spirale po cijeloj duini. Na spiralama se zadrava materijal pri okretanju u vrstim naslagama ljunka, pijeska, ilovae i gline.

Dlijeta se koriste za buenje komada kamenja, stijene i krupnozrnatog nanosa, a ovisno o vrstoi stijene oblici sjeiva su razliiti.

Kutijasto svrdlo upotrebljava se prilikom uzimanja uzoraka iz mulja, rastresitih prainastih i pjeskovitih materijala ispod nivoa vode. Na donjem dijelu je elino sjeivo, a na gornjem kutija u koju ulazi uzorak kroz otvor snabdjeven poklopcem ili ventilom.

apa, kao i sanduasto svrdlo, koristi se za pijesak i ljunak.

Kaika u buotini djeluje kao klip tako da u fazi dizanja nastaje vakuum i hidrauliki gradijent zbog ega se u sluaju rada u pijesku voda sa pijeskom die prema ustima buotine. Ovu pojavu buai nazivaju "ivi-tekui pijesak", pa se mogu izvui pogreni zakljuci o stvarnim osobinama tla.

Sl.3.7. ematski prikaz rotacione builice sa vaenjem jezgra (a), sa jednostrukom (b) i dvostrukom (c) jezgrenom cijevi, gdje je: saonino postolje (1), pogonski motor (2), vitlo (3), toranj (4), ispirna glava (5), buae ipke (6), potisno crijevo (7), hidraulika rotaciona glava (8), postolje za odvijanje ipke (9), zidovi buotine (10), jezgrena cijev (11), voica prenika buotine (12), dra jezgra (13), hvata za kidanje i dizanje jezgra (14), krunica (15), ostatak pri kidanju jezgra (16), buaa ipka (17), jezgrena cijev (18), unutarnja cijev (19), vanjska cijev (20), diza jezgra (21), sjeivo jezgra (22), stijenski masiv (23).

Uruavanje buotina u loem tlu spreava se zatitnim elinim cijevima, odnosno oblonim kolonama. Promjer buotine moe biti izmeu 60 i 150 mm, te su oblone kolone za 5 10 mm veeg prenika od svrdla. Cijevi su duine 1 3 m i nabijaju se posebnim maljem, a spajaju nastavcima. Prva donja ipka je na donjem kraju zaotrena radi lakeg pobijanja u tlo. Efekat runog buenja iznosi 5,0 7,0 m za osam sati, to ovisi o vrsti tla.

b) Mainsko rotaciono buenje izvodi se u tlu i stijenskom masivu pomou posebnih builica koje se sastoje od tornja, posebnog motora i vitla za buenje sa rotacionom glavom koja se kree i utiskuje buake ipke i krunice za buenje (sl.3.7.-a). U mekim materijalima buenje se izvodi svrdlima u obliku ribljeg repa ili sa nazubljenom krunom, a za tvrde materijale koriste se krune obloene tvrdim metalom ili dijamantne krunice (sl.3.8.). Iz tla jezgro se vadi jezgrenom cijevi ili pomou dvostruke srne cijevi (sl.3.7.-b-c). Ovo vaenje jezgra u tvrdim materijalima moe biti i neporemeeno.

Sl. 3.8. Krunice za buenje: prstenaste nazubljene tankostijene Widia krunice ( 46-146 mm (I), isto kao (I) samo debelostijene (II), pune troperne Widia krunice sa otvorom za dovod zraka ili isplake (III), proirena krunica (IV), krina Widia krunica za udarno rotaciono buenje (V), dijamantske krunice za duplu i obinu srnu (VI).

Uruavanje buotine spreava se zacjevljivanjem buotine cijevima duine 3,0 m, a u nekim materijalima, radi poveanja specifine mase, koristi se isplaka od suspenzije gline sa dodacima ili bez njih.

Za rotaciono buenje koristi se buenje sa punom krunom, svrdlom, kontinualnim jezgrovanjem i ispiranjem. Nekada se koristi i udarno buenje za pomone svrhe i na bazi ispranog materijala se identifikuje tlo, to je nepouzdano.

U praksi se najee primjenjuje sondano runo ili mainsko buenje sa vaenjem jezgra. U tom sluaju u tlo se rotacijom utiskuje cijev, koja na donjem kraju ima specijalnu krunicu za buenje, a na gornjem kraju je preko elinih ipki privrena za stroj kojim se izazivaju rotacije. Na taj nain se iz tla isijeca cilindrino jezgro kontinuirano po cijeloj dubini buotine, koje ostaje unutar cijevi i zajedno se s njim izvlai na povrinu. Dobiveno jezgro je praktiki neporemeeno i najee dovoljno za identifikaciju tla i slojeva kao i za uzimanje uzoraka za ispitivanje. Ovakav nain daje zadovoljavajue rezultate u koherentnom tlu i u pijesku iznad nivoa podzemne vode. U pjeskovitim materijalima ispod nivoa podzemne vode primjenjuju se specijalni cilindri sa ventilom koji spreava ispadanje jezgra.

Pomou svrdla raznih oblika (sl.3.6.) dobije se u koherentnom tlu u veoj mjeri poremeen uzorak. Ipak, za manje dubine (do 10,0 m) mogu se pomou svrdla postii zadovoljavajui rezultati.

Sl.3.9. Podruje naprezanja u vieslojnom tlu, za irine temelja b1 i b2, sa graninom linijom naprezanja veom od 5% prosjenog pritiska na tlo (a) i tlocrt bliskih temelja sa oznakama za proraun potrebne dubine sondiranja (b).

(c) Dubina buenja za ispitivanje tla, odnosno masiva, ovisi od niza faktora, kao to su: (i) vrsta tla, njegova heterogenost i raspodjela slojeva po dubini, (ii) osjetljivost objekta na slijeganje, njegov znaaj i veliina, (iii) oblik, veliina i nain temeljenja, (iv) optereenje tla ispod temelja, (v) raspoloivost geotehnikih i drugih podataka o tlu, itd.

Pri ocjenjivanju nosivosti slojeva tla i dubine buenja treba imati u vidu raspodjelu naprezanja u tlu. Na slici 3.9.-a data je granina linija naprezanja vea od 5% prosjenih pritisaka na tlo za dvije irine objekta u dvoslojnom materijalu. Stiljivost sloja 2 gotovo nee imati uticaja na slijeganje temelja irine b1, a on e se znatno stisnuti pod uticajem temelja irine b2. Zbog toga dubina i prostor koji moramo obuhvatiti ispitivanjem ovisi o karakteristikama objekta, ali i od intenziteta i vrste optereenja.

Ne moe se dati opte pravilo za broj, dubinu i raspored buotina ili sondanih iskopa. U svakom konkretnom sluaju potrebno je svestrano sagledavanje svih okolnosti mjerodavnih za definisanje dubine ispitivanja.

Prema prije koritenom Pravilniku o tehnikim normativima za projektovanje i izvoenje radova na temeljenju graevinskih objekata (1974), bili su definisani izvjesni elementi za dubine sondiranja, kao npr.:

(a) Dubina ispitivanja terena (D) odreuje se za objekte visokogradnje po obrascu:

D=0,01 ( p ( Bo (m),

(3.5.)

gdje je:

p - prosjeno specifino optereenje tla (kN/m2);

Bo - irina objekta mjerena pri dnu temelja (m).

(b) Dubina sondiranja prema obrascu 3.5. ne vai ako je razmak temelja izmeu dva susjedna temelja irine B1 i B2 (Sl.3.9.-b):

> 2 (B1 + B2),

(3.6.)

kao i kod usamljenih zidova i stubova.

U ovom posljednjem sluaju dubina ispitivanja odreuje se izrazom:

D = 2B, ako je specifino optereenje tla temelja p < 100 kN/m2, odnosno;

D = 0,02 . p . B, ako je specifino optereenje tla temelja p > 100 kN/m2, gdje je B irina najireg temelja izraena u metrima.

(c) Ako je odnos duine temelja (L) prema njegovoj irini (B) manji od 2:1, dubina ispitivanja terena smanjuje se za 20%.

(d) Ako se prema prethodnim izrazima dobije dubina ispitivanja manja od 6,0 m, ispitivanje tog terena mora se izvriti do dubine od 6,0 m, izuzev ako se doe do nosivog sloja na dubini manjoj od 6,0 m.

(e) Dubina ispitivanja terena rauna se uvijek od dna temelja (Sl.3.9.-b).

(f) Ako su povrine temelja, specifino optereenje i osjetljivost objekta, odnosno njegovog dijela, na neravnomjerno slijeganje znaajni, kao i kada nosivost tla opada sa dubinom, tlo se sondira na veim dubinama.

Za ispitivanje stabilnosti kosina kod graenja saobraajnica, brana, odlagalita i sl., dubina ispitivanja mora biti vea, jer se radi o specifinim objektima i optereenjima.

Broj sondi nije posebno propisan. Za male i lahke graevine uzima se jedna, ali za vee etiri (u etiri ugla), pet ili vie njih. Ako se slojevi izmeu dvije susjedne buotine gube, izmeu njih se bue nove. Obino se bui na odstojanjima od oko 20,0 40,0 m, s tim da se nakon njihovih buenja odlui o potrebi daljnjih buotina.

Eurokod 7 (Eurocode 7) detaljnije opisuje razmak izmeu istranih taaka i njihovih dubina, koji trebaju da se odabiru na bazi informacija o geolokom sastavu, uslovima tla, oblika i veliine gradilita, vrsti konstrukcije i geotehnikoj kategoriji. Kod nasipa minimalna dubina ispitivanja treba da bude ograniena na sloj u kojem je raspodjela napona manja od 10% od ukupnog slijeganja. Razmak izmeu istranih taaka treba da bude normalno izmeu 100,0 200,0 m.

Ako se tedi u istranim radovima, tete mogu biti u velikim trokovima zbog pretjeranog uzimanja koeficijenata sigurnosti temelja i konstrukcije, u poveanim trokovima graenja za sluaj naknadnog ispitivanja zbog promjene naina temeljenja i u tetama zbog slijeganja i oteenja objekta.

3.4. UZIMANJE UZORAKA TLA I STIJENA

Radi ispitivanja fiziko-mehanikih osobina tla i kamena, kao i radi identifikacije, uzimaju se na razne naine odgovarajui uzorci.

Uzimanje uzoraka tla vri se runo ili mainski iz sondanih jama, potkopa, bunara, tolni, zasjeka i buotina. Uzorci se vade poremeeni i neporemeeni.

Vaenje poremeenih uzoraka vri se kontinualno iz sondanih buotina, na osnovu ega se dobiju podaci o mjestu promjene slojeva i vrsti materijala du cijele buotine. Za vrijeme buenja odmah se vri klasifikacija jezgra i podaci se unose u odgovarajue formulare izvjetaja o buenju.

Vaenje jezgra tla vri se uvrtanjem sonde uz istovremeno pritiskivanje ruice ili udarom na nain da se sonda podigne do 1,0 m i naglo pusti da proizvede udar na tlo.

Poremeeni uzorci pakuju se u sanduke sa pregradama uz oznaku svakog uzorka, broja buotine i dubine vaenja uzoraka.

Uzimanje neporemeenih uzoraka vri se iz sondanih iskopa i iz sondanih buotina pomou posebnih metalnih cilindara razliitih konstrukcija.

Neporemeen uzorak mora zadrati vlanost, poroznost, zbijenost, teksturu materijala i druge osobine, kako bi se dobili to pouzdaniji podaci o tlu iz kojeg su uzeti uzorci.

Ovim uslovima najlake se moe udovoljiti vaenjem uzoraka runo iz sondanih iskopa, bilo da se odsijeca cijeli vei blok ili uzorak, runo ili pomou cilindra. Uzorci se uzimaju takoer direktno sa objekata izvedenih od zemljanih materijala.

Svako vaenje uzoraka izaziva u izvjesnoj mjeri poremeaj tla i dovodi do promjene strukture uzorka u domenu zasijecanja. (sl. 3.12.).

3.4.1. RUNO UZIMANJE UZORAKA

Runo uzimanje uzorka zahtijeva paljiv i postepen rad na odsijecanju uzorka runim alatom, kao to je to prikazano na slici 3.10.-a i b. U sondanim iskopima runo uzimanje uzorka obavlja se i pomou metalnog cilindra sa sjeivom (sl. 3.10.-d), iz neporemeenih stepenica ili dna sondane jame.

Pripremljen uzorak stavlja se u sanduk, zatim se odsijee posljednja strana uzorka, premae parafinom, ili obloi drugim izolacionim folijama, zapakuje se i sa oznakama i zapisnikom dostavlja laboratoriji za ispitivanje (sl.3.10.-c). Danas postoje i posebni mali kontejneri za pakovanje i transport uzoraka tla.

Sl.3.10. Postepeno runo isijecanje neporemeenog uzorka tla: sa dna sondane jame (a) i sa bokova (b), sa zavrnim odsijecanjem i pakovanjem u sanduke (c), kao i uzimanje neporemeenog uzorka tla pomou metalnog cilindra sa sjeivom (d).

3.4.2. MEHANIKO UZIMANJE UZORAKA

Mehanike naprave i strojevi koriste se za vaenje neporemeenih uzoraka tla iz sondanih buotina, pomou cilindra koji se sastoji od cijevi u sredini, noa na donjem i glave na gornjem kraju (sl. 3.11.-a). Cilindar se runo (sl. 3.6.-a) ili mainski (sl. 3.7.) preko noa mehaniki utiskuje u tlo, a uzorak, ulazei u cilindar, potiskuje zrak i vodu koji se isputaju na poseban ventil u glavi cilindra. Prilikom prodiranja cilindra u tlo i ulaska uzorka u cijev ventil se otvara tako da ne dolazi do pojave pritiska usljed vode i vazduha, te ne dolazi do poremeaja uzorka pod pritiskom. Kada se cijev ispuni, ventil se automatski zatvara, jer se pritisci izjednauju. Uzorak u cilindru vadi se izvan buotine pomou buakih ipki.

Cijev cilindra moe biti od jednog dijela ili je uzduno podijeljen na dvije polutke radi lakeg vaenja uzorka. Rade se cilindri sa dvostrukom cijevi, pri emu je vanjska metalna, a unutarnja plastina. Iz osjetljivog materijala vade se uzorci pomou cilindra sa tankim stijenkama od specijalnog elika (sl. 3.11.-b).

Utiskivanjem cilindra izaziva se stanovit poremeaj tla, jer je utisnuti volumen cilindra vei od prostora za uzorak (sl.3.12.). U prvoj fazi nastupa rastresanje materijala, pa je visina utisnutog dijela (h) manja od formirane duine uzorka (l), tj. h/l < 1.

Kada se cilindar ispuni do vee visine, onda se uzorak sabije, jer djeluju sile trenja po obodu stijenke cilindra i uzorka tako da je ukupna duina uzorka (L) obino manja od dubine zabijanja (H), tj. H/L > 1.

Radi dobivanja uzoraka sa to manjim poremeajem dimenzije cilindra i noa moraju odgovarati odreenim zahtjevima i biti u propisanim tolerancijama.

Poremeaji pri utiskivanju cilindra bit e zadovoljavajui ako je odnos povrina (sl. 3.11.-a):

(3.7.)

unutar granica 10% < Ca > 15% u prvom i manje od 10% u drugom sluaju. Vanjski prenik noa (Dv) vei je od unutarnjeg prenika noa (Dn), usljed ega dolazi do deformacije tla pri utiskivanju noa u tlo (sl.3.11.-a). Smanjenje ovoga odnosa postie se izradom tankostijenih cilindara od elika velike otpornosti (sl.3.11.-b).

Odnos unutarnjih prenika cijevi (Du) i noa Dn predstavljen je izrazom:

(%) ,

(3.8.)

koji treba da se kree u granicama izmeu 0 < Cu < 5% za cilindar male duine i 5% < Cu < 15% za cilindar vee duine.

Prilikom utiskivanja cilindra pojavi se trenje uzorka o zid cijevi ija veliina ovisi o razlici unutarnjih prenika cijevi (Du) i noa (Dn). Ako je ovaj odnos previe malen, trenje uzorka o stijenke je preveliko i previe e se zbiti, a ako je odnos prevelik, uzorak e se previe rairiti, to utie na njegovu neporemeenost.

Sl.3.11. Cilindri za vaenje neporemeenih uzoraka sa debelim dvodijelnim stijenkama (a) i tankostijenim stijenkama (b), pri emu je: glava sa ventilom (1), dvodijelna cijev za uzorak (2) i no za rezanje (3).

Odnos spoljnih prenika noa i cijevi (C0) dat je izrazom (Sl.3.11.-a):

(%)

(3.9.)

i treba da se kree za mehko tlo C0 = 0, a za vrsto C0 < 3%.

Pri utiskivanju cilindra u tlo nastaje otpor tla na vanjskoj cijevi i on je najvei ako je vanjski dijametar cijevi (Dc) jednak vanjskom dijametru noa (Dv). Radi smanjenja ovoga uticaja dovoljno je da Dc bude neto manji od Dv.

Odnos duina uspostavljen je preko koeficijenata jezgrovanja Cr (sl.3.12.-d) slijedeim odnosom:

,

(3.10.)

Sl.3.12. Deformacije tla izazvane utiskivanjem cilindra za vaenje neporemeenih uzoraka: cilindar na dnu buotine (a), rastresanje materijala (b), zbijanje u konanoj fazi (c), koeficijent jezgrovanja uzorka (d) i poremeaj tla ispod noa (e), (Nonveiller, 1981).

i ne bi trebao prei vrijednost od (1-2) Cu, odnosno (10% od jedinice.

Duina neporemeenog uzorka usvaja se da iznosi:

2Du ( L ( 5Du za nekoherentno tlo;

3Du ( L ( 10Du za koherentno tlo.

Prilikom sputanja cilindra kroz nezacijevljenu buotinu otvoren cilindar moe da sa strana nakupi poremeeni dio materijala. Da bi se ovo izbjeglo, konstruisan je cilindar sa klipom (sl.3.13.), koji je uvren uz no dolje dok se cilindar sputa. Kada se pone uzimati uzorak, oslobodi se klip i cijev cilindra se utiskuje dok se ne napuni. Poslije se klip fiksira i izvlai uzorak, koji se zadrava pomou vakuuma. Osterberg je konstruisao ovaj tip cilindra tako da se cijev utiskuje hidrauliki oko klipa koji je nepokretan (sl.3.13.), ime je eliminisan sloen mehanizam za fiksiranje i oslobaanje klipa.

Sl.3.13. Cilindar za neporemeene uzorke s klipom tipa Osterberg: klip u cilindru za uzorak (1), cilindar za uzorak (2), vanjski cilindar (3), uplja ipka za buenje (4), klip s cilindrom (5), uplja ipka za vaenje cilindra (6), otvor u ipki za izbacivanje vode (7), glava ureaja sa otvorima za hidrodinamiko potiskivanje cilindra (8), otvor za izbacivanje vode (9), cilindar sputen na dno buotine (10) (a), faza hidraulikog utiskivanja cilindra (b); cilindar za uzorak utisnut do kraja, voda za potiskivanje klipa izlazi kroz otvore 7 i 9 (c), (Nonveiller, 1981).

uplja ipka klipa na donjoj granici hoda ima otvor kroz koji izlazi tekuina kada doe u krajnji poloaj, te se ovim automatski iskljuuje mogunost zbijanja uzorka, kada bi se cijev utisnula due od njegove unutarnje duine, to se deava kod prethodnih tipova.

Iz nekoherentnog tla teko se mogu uzeti neporemeeni uzorci, te se ovi obini cilindri ne mogu koristiti, jer se stvara turbulencija u vodi i postepeno ispiranje i ispadanje uzorka iz cilindra. Bishop je konstruisao ureaj za vaenje uzoraka pijeska gdje se uz pomo zvona i isplake utiskuje tankostijeni cilindar u pjeano tlo (sl.3.14.).

Tankostijeni cilindar utiskuje se sa dna buotine u posebnom zvonu u koje se on uvue kada se uzorak vadi. Buenje se vri uz pomo bentonitske isplake, kako bi se smanjila turbulencija i postepeno ispiranje pijeska. Posebnim vodom dovodi se zrak u zvono usljed ega se na dnu vlanog uzorka, kroz koji je prodrla i bentonitska isplaka, stvara mala kohezija, koja osigurava dovoljnu vrstou da se uzorak zadri u cilindru za vrijeme izvlaenja. Uzorak pijeska je gotovo nemogue ugraditi u aparate neporemeen, ali daje dosta dovoljan podatak o poroznosti materijala.

Sl.3.14. Cilindar sa zvonom za vaenje neporemeenih uzoraka pijeska (Nonveiller, 1979).

Po pravilu se neporemeeni uzorci tla skupa sa cilindrima otpremaju u laboratoriju na ispitivanje, a iznimno se mogu vaditi i pakovati na sljedei nain:

uzorci meke konzistencije u cilindrima koji su koriteni za voenje, s tim da se na njihove krajeve uvrste ili navuku posebni gumeni ili elini epovi i zaliju parafinom, a

uzorci vre konzistencije izvade se iz dvodijelnog cilindra, omotaju gazom i urone u parafin. Tako parafinirani uzorci pakuju se u limene sanduke ili male kontejnere, obloene vlanom pilovinom, da bi se sprijeilo oteenje osjetljive opne od parafina. Ovo treba izbjegavati i bolje je transportovati uzorke u cilindrima. Uzorci i kutije moraju biti numerisane i popraene zapisnicima o mjestu uzimanja, broju buotine, dubini uzorka i sl., to je sve registrovano u dnevniku buenja.

3.4.3. JEZGRA STIJENSKOG MASIVA

Pored buenja sa punim krunicama najee se kod istranog buenja koriste prstenaste krunice (sl.3.8.), radi vaenja jezgra (uzorka) iz buotine. Krunicu za buenje nosi jezgrena cijev, koja se navija na donji kraj buaih ipki (sl.3.7.-b). Jezgrena cijev (srna) duga je 1,0 6,0 m, a najee oko 3,0 m, a ona se nakon punjenja jezgra izvlai iz buotine.

Sl.3.15. Jezgro dobiveno kod buenja stijenskog masiva u dolomitiskim krenjacima na hidroelektrani Salakovac.Postoje jednostruke sa jednom i dvostruke sa dvije cijevi (unutarnja i vanjska). Vie se koristi dupla jezgrena cijev, jer ne oteuje uzorak to je veoma vano kod slabo vezanih materijala. Voda ili isplaka u ovomu sluaju cirkulira izmeu dvije cijevi.

Promjeri buotina su standardizovani i kreu se od 36 do 146 mm, u kome sluaju su jezgra od 22 do 132 mm promjera (tankostijeni cilindar), odnosno od 34 do 120 mm (debelostijeni cilindar), (Goodman, 1976).

Izvaeno jezgro se slae u sanduke po dubini (sl. 3.15.) na kojima se vre: geoloka, inenjersko-geoloka, geotehnika i druga ispitivanja i interpretacija.

Iako se na ovaj nain dobije jezgro, oteana je rekonstrukcija veliine, karaktera i pravca pruanja diskontinuiteta, koji su veoma znaajni za mehaniko ponaanje stijenskog masiva. Radi ovoga se u posljednje vrijeme vade tzv. integralna jezgra na nain da se najprije izbui rupa u sredini uzorka i ugradi zacementirana eljezna ipka.

Pored uobiajene interpretacije jezgra, vri se i njegovo kvantitativno opisivanje putem metode: kvaliteta stijenskog masiva (Rock Quality Designation RQD), (Lama i Vutukuri, 1978). Ovaj metod zasnovan je na duini vrstog jezgra veeg od 10 cm, tj.:

100 %(3.11.)

Na bazi ovog RQD faktora vri se stepenovanje kvaliteta masiva od vrlo slabog do odlinog kvaliteta.

duina cjeline jezgra vea od 10 cm

duine buenja

EMBED CorelDraw.Graphic.8

B

B

A

A

(a)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

parafin

parafin

aov

80Mehanika tla

79Mehanika tla

_1006427068.unknown

_1006428613.unknown

_1006428646.unknown

_1014444276.unknown

_1006428884.unknown

_1006428632.unknown

_1006427072.unknown

_1006427048.unknown

_1006427055.unknown

_1006409981.unknown

_1006409585.unknown