GS P4 Struktura Zbijenost Opiti - University of Belgrade...Postupak ispitivanja je sličan postupku za određivanje Ms Tri ciklusa: opterećenje, rasterećenje i ponovno opterećenje

10/14/2019

1

Univerzitet u Beogradu GRAĐEVINSKI FAKULTETKATEDRA ZA GRAĐEVINSKU GEOTEHNIKU

GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICAŠkolska 2019/20

GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICA

4. ZBIJENOST TLA



4. Zbijenost tla

SADRŽAJ:

1. Struktura tla

2. Zbijenost tla

3. Proktorov opit

4. CBR opit

5. Opit pločom

6. Uslovi kvaliteta materijala

7. Kriterijumi zbijenosti

8. Kontrolna ispitivanja



4. Zbijenost tla

STRUKTURA TLA Mineralna zrna, voda i vazduh mogu biti raspoređeni na mnogo raznih načina formirajući

materijal koji poznajemo kao tlo. Predstavlja necementirani skup granularnog (zrnastog)materijala mineralnog i organskog porekla.

Pojam struktura, ili tačnije mikro‐struktura, koristi se da opiše geometriju i vezu skupa zrna ipora između njih.

Strukturu krupnozrnog tla čine kompaktna zrna a mogu se predstaviti kuglicama ili sličnimpravilnim oblicima

emax

Vmax

γd, min

emin

Vmin

γd, max

Granične poroznosti(određuju se laboratorijski)



4. Zbijenost tla

Zavisnost između stanja poroznosti datog tla i njegovih graničnih poroznostise opisuje pokazateljem koji se naziva relativna zbijenost Dr:

STRUKTURA TLA

max

max min

( )re eD x 100 %

ee

max min

minmax

( )d d dr

d d d

D x 100 %

Umesto pokazatelja Dr koji se izražava u procentima može se koristiti iindeks zbijenosti Id:

min

max min

d d d

d d

I

Pokazatelj relativne zbijenosti se koristi isključivo za krupnozrna tla koja sadržemanje od 15% sitnozrnih frakcija!

10/14/2019

2



4. Zbijenost tla

STRUKTURA TLA Relativna zbijenost se u terenskim uslovima procenjuje standardnim penetracionim

opitima SPT i opitima statičke penetracije CPT. Empirijska korelacija relativne zbijenostisa rezultatima statičkog penetracionog opita prikazana je na Slici:

Orijentaciona zavisnostizmeđu penetracioneotpornosti, vertikalnog efektivnog napona irelativne zbijenosti peska

Mehaničko ponašanje krupnozrnih materijala u znatnoj meri zavisi od relativnezbijenosti. Ukoliko je veća relativna zbijenost manja je deformabilnost, većasmičuća čvrstoća, a manja vodopropusnost.



4. Zbijenost tla

STRUKTURA TLA

Kvalitativni opis zbijenosti dat je u Tabeli gde se u koloni (a) nalazi opis koji dajuLambe i Whitman (1969), a u koloni (b) je opis po Meyerhofu (1956):

Relativna zbijenost (%) Opis ( a ) ( b ) Veoma rastresito 0 - 15 0 - 20 Rastresito 15 - 35 20 - 40 Srednje zbijeno 35 - 65 40 - 60 Zbijeno 65 - 85 60 - 80 Jako zbijeno 85 - 100 80 -100



4. Zbijenost tla

Struktura sitnozrnog tla sa znatnim učešćem gline uslovljena je oblikom veomamalih pločastih zrna i pratećim površinskim efektima. Karakteristične struktureprikazane su na Slici:

STRUKTURA TLA

Flokulacija je postupak okupljanja koaguliranih čestica



4. Zbijenost tla

ZBIJENOST TLA

U primeni tla kao građevinskog materijala za izradu nasipa, zapunjavanje prirodnihdepresija i u raznim drugim okolnostima nastaje potreba da se materijal iskopa,prenosi i ugradi nasipanjem.

Da bi se poboljšale karakteristike nasutog materijala on se podvrgava zbijanju.

Zbijanje je postupak kojim se povećava gustina, tj. zapreminska težina tla, zrna sepakuju bliže jedno drugom uz smanjivanje zapremine vazduha, ali se na ovaj načinnajčešće ne menja znatno zapremina vode u tlu.

10/14/2019

3



4. Zbijenost tla

ZBIJENOST TLA

Razastiranje

Zbijanje



4. Zbijenost tla

ZBIJENOST TLA

Ukoliko je veća zbijenost, veća će biti smičuća čvrstoća i manja defomabilnosttla.

Stanje zbijenosti se opisuje jediničnom težinom tla u suvom stanju. Ako jezapreminska težina vlažnog tla γ i vlažnost w, zapreminska težina u suvomstanju je:

1d w

Zapreminska težina u suvom stanju γd dobijena zbijanjem zavisi od vlažnostiw iprimenjene energije zbijanja

Za datu energiju zbijanja postoji OPTIMALNA VLAŽNOST koja odgovara maksimalnojzbijenosti



4. Zbijenost tla

ZBIJENOST TLA – Proktorov opit

Zavisnost vlažnosti i suve zapreminske težine određuje se standardizovanimlaboratorijskim opitima:

1. Standardni Proktorov opit

2. Modifikovani Proktorov opit

Standard SRPS ЕN 13286‐2:2012 Nevezane i hidrauličkim vezivom vezane mešavine– Deo 2: Metode ispitivanja za laboratorijsku referentnu zapreminsku masu i sadržajvode – Zbijanje po Proktoru

Određivanje odnosa vlažnosti i suve zapreminske mase SRPS U.B1.038:1997–povučen



4. Zbijenost tla

SRPS ЕN 13286‐2:2012 – Proktorov opit

Tlo se zbija nabijanjem u cilindričnom kalupu primenomodređene energije zbijanja.

Za materijale dmax≤63 mm

U zavisnosti od veličine zrna u materijalu se određuje se veličina kalupa i količina uzorka


10/14/2019

4



4. Zbijenost tla

SRPS ЕN 13286‐2:2012 – Proktorov opit Standardna i modifikovana energija zbijanja se postižu u skladu sa podacima u Tabeli:

Opit brojudaraca

brojslojeva

masa malja(kg)

visinapada(cm)

energijazbijanja(kJ/m3)

zapreminacilindra(cm3)

Standardni 3 x 25 3 2.5 30.5 590 950

Modifikovani 5 x 25 5 4.5 46.0 2671 950

Mehanika tla:




4. Zbijenost tla

SRPS ЕN 13286‐2:2012 – Proktorov opit




4. Zbijenost tla




4. Zbijenost tla

Nakon zbijanja po jednom od navedenih postupaka odredi se zapreminska težina γ ivlažnostw.

Za dato tlo postupak se ponavlja najmanje pet puta sa različitim vlažnostima. Iz dobijenih podataka se računa zapreminska težina u suvom stanju γd Na dijagram se nanosi γd u funkciji vlažnosti w i dobija kriva prikazana na Slici

Pokazatelj koji služi kao kriterijum za postignut efekat zbijanja ‐stepen zbijenosti:

max

d

d

RC

(·100) [%]


10/14/2019

5



4. Zbijenost tla

Zavisnost između energije zbijanja, zbijenosti i optimalnih vlažnosti je kvalitativnoprikazana na Slici

Kod dobro graduiranih peskova išljunkova (SW, GW) povećanjezbijenosti je reda veličine od 3%do 5%,

Kod visokoplastičnih glina iprašina (CH i MH) povećanjezbijenosti može iznositi 10% do15%.




4. Zbijenost tla

Postupak zbijanja tla različitim mehaničkim sredstvima predstavlja jedan od najjednostavnijihnačina, ali ne i jedini način za poboljšanje karakteristika tla.

Proktorov opit ima za cilj da ispita pogodnost tj. uslove najpovoljnijeg ugrađivanja tla!!!

Krive zbijanja za različite tipove tla




4. Zbijenost tla

ZBIJENOST TLA – CBR opit

CBR – Kalifornijski Indeks Nosivosti (California Bearing Ratio)

Standard SRPS ЕN 13286‐47:2012 Nevezane i hidrauličkim vezivom vezane mešavine – Deo 47: Metode ispitivanja za određivanje kalifornijskog indeksa nosivosti, neposrednog indeksa nosivosti i linearnog bubrenja

CBR opit je opit za ocenu kvaliteta tla, odnosno krutosti tla!!!

Naročito bitno za ocenu krutosti/nosivosti POSTELJICE!!!

Postoje laboratorijski i terenski CBR opiti

Određuje se kvalitet prirodnog ili zbijenog materijala u odnosu na nosivostzbijenog, dobro graduiranog drobljenog kamena (čiji je CBR=100%)!

Za materijale dmax≤22.4 mm



4. Zbijenost tla


1. Materijal se zbija u standardnomcilindru pri optimalnoj vlažnosti do maksimalne zbijenosti po Proktoru

2. Optereti se prstenastim tegovima(opterećenje mora da odgovaraopterećenju kolovozne konstrukcije

3. Potapanje u vodu i praćenje bubrenja 4 dana

4. Postavljanje na presu

10/14/2019

6



4. Zbijenost tla


5. Klip prečnika 50 mm se utiskuje u uzorak brzinom 1,27 mm/min.

6. Beleži se sila pri utiskivanju klipa i dubina utiskivanja

7. Formira se dijagram zavisnosti sile i pomeranja (dubine utiskivanja)

KLIP

KLIP

Tegovi

KalupUzorak

Komparater ‐ pomeranja

Sila



4. Zbijenost tla


8. Vrši se korekcija početka zavisnosti sila‐pomeranje ako nije bio obezbeđen kontakt uzorka i opreme

9. Za dubinu utiskivanja od 2.5 mm i 5.0 mm se vrši očitavanje sile

10. Računa se CBR vrednost:

CBR1=P2.5mm13.2 kN · 100 %

CBR2=P5.0mm20 kN · 100 %

Novi koordinatni početak

P2.5mm

P5.0mm

Vrednosti sile 13.2 kN i 20 kN su referentne vrednosti (za dobro graduirani drobljeni kamen)

Veća vrednost predstavlja CBR vrednost ispitanog materijala!

Y – sila (otpor tla)X – dubina utiskivanja



4. Zbijenost tla


Terenski CBR opit



4. Zbijenost tla


Sitnozrno tlo min CBR=5‐7% Pesak min CBR=8‐12% Šljunak min CBR≥15% CBR< 3% potrebna je stabilizacija tla

10/14/2019

7



4. Zbijenost tla


CBR vrednosti za pojedine vrste tla:



4. Zbijenost tla

OPIT KRUŽNOM PLOČOM ‐ Modul stišljivosti

Kontrola kvaliteta zbijenog materijala (posteljica, nasip, slojevi gornjeg stroja)!!!

Švajcarska metoda

SRPS U.B1.046:1969 Geomehanička ispitivanja ‐Određivanje modula stišljivosti metodom kružne ploče

Pokazatelj ‐ Modul stišljivosti Ms (parametar deformabilnosti)

Podloga se opterećuje kružnom pločom i meri se sleganje (komparaterima)

Prečnik ploče Dpl=16 cm ili Dpl=30 cm Prečnik zrna materijala dmax≤(1/3‐1/5)Dpl

Dubina rasprostiranja značajnihnapona

Zp≈2Dpl

DplKontrateret



4. Zbijenost tla

1. Početno (nulto) opterećenje iznosi 20 kPa da bi se ostvario dobar kontakt i komparateri se postavljaju na nulu

2. Prvo opterećenje iznosi 50 kPa

3. Beleži se sleganje tla do završene konsolidacije

4. Nanosi se sledeća stepenica opterećenja od 50 kPa i postupak merenja sleganja se ponavlja

Maksimalno opterećenje:‐ 250 kPa za posteljicu‐ 450 kPa za noseći sloj (gornji stroj)‐ 550 kPa za gotov put bez zastora




4. Zbijenost tla

Ms= · Dpl

Određivanje Modula stišljivosti Ms (Mv)


10/14/2019

8



4. Zbijenost tla

OPIT KRUŽNOM PLOČOM ‐ Modul deformacije

Kontrola kvaliteta zbijenog materijala (posteljica, nasip, slojevi gornjeg stroja)!!!

SRPS U.B1.047:1997 Geomehanička ispitivanja ‐ Određivanje modula deformacije pomoću opterećenja kružnom pločom

DIN 18134 (Nemačka metoda)

Pokazatelji ‐ Moduli deformacije Ev1 i Ev2

Prečnik ploče Dpl=30, (45), 60 cm

dmax≤ 16 mm ploča Dpl=30 cm

dmax≤ 63 mm ploča Dpl=60 cm

Ako se koristi ploča Dpl=60 cm na nju se postavljaju i ploče od 45 cm i 30 cm



4. Zbijenost tla


Postupak ispitivanja je sličan postupku za određivanje Ms

Tri ciklusa: opterećenje, rasterećenje i ponovno opterećenje

1. Opterećenje i rasterećenje se nanose u stupnjevima

2. Opterećenje se nanosi najmanje u 6 inkremenata sa vremenskim intervalom od 2 min do dostizanja sleganja od 5‐7 mm

3. Rasterećenje se vrši u tri koraka: 0.5Pmax ‐ 0.25Pmax ‐ 0

4. Ponovno opterećenje5. Crtamo dijagram zavisnosti napona i sleganja

Ev1 0.75ΔPΔs1

Dpl Ev2 0.75ΔPΔs2

Dpl

Prvo opterećenje Drugo opterećenje (elastične deformacije)



4. Zbijenost tla


Za ploču prečnika 30 cm opterećivanje se vrši do s=5 mm ili do Pmax=0.5 MPa

Za ploču prečnika 60 cm opterećivanje se vrši do s=7 mm ili do Pmax=0.25 Mpa

Za gline i prašine Ev1/Ev2≤2

Za pesak i šljunak Ev1/Ev2≤2.2



4. Zbijenost tla

OPIT KRUŽNOM PLOČOM – Koeficijent posteljice

Određuje se koeficijent reakcije podloge Ks kojim se izražava elastična reakcija tla pod površinskim opterećenjem

Ks=Napon / Sleganje [MN/m3]

Westergard‐ova metoda

Prečnik ploče Dpl=76 cm

Ks0.07 MPaΔs m Ks

P MPa0.0012 m

ili

Opseg:

1 MN/m3 ≤ Ks ≤ 50 MN/m3

Za krutost posteljice

Ks ≥ 20 MN/m3

10/14/2019

9



4. Zbijenost tla

OPIT KRUŽNOM PLOČOM – Dinamički opit

Dinamički opit pločom sa padajućim tegom omogućava jednostavnije i brže ispitivanje i trenutno dobijanje rezultata (Dpl=30 cm)

Nije potreban kontrateret

Ispitivanje moguće na manje pristupačnim lokacijama



4. Zbijenost tla

OPIT KRUŽNOM PLOČOM – Dinamički opit

1. Kruta čelična ploča prečnika 30 cm opterećuje se udarom tega mase 10 kg

2. Teg (ručno izdignut) sa kalibrisane visine slobodno pada niz vođicu na opruge

3. Ostvaruje se najveći pritisak na tlo p = 100 kPa

4. Elektronski uređaj meri sleganje s

5. Opit se ponavlja tri puta – srednja vrednost

6. Zona uticaja – dubina dejstva je 2Dpl

Ed 0.75ΔPΔs Dpl 0.75

0.1Δs 300

22.5Δs mm

MPa

Veza sa Ev2: Ev2=(1.3‐1.6) Ed C, MEv2=(2.0‐2.3) Ed S, G



4. Zbijenost tla

Povratni modul Mr Povratni modul (The Resilient Modulus) MR (dinamički

modul elastičnosti) je mera krutosti posteljice Predstavlja odnos napona i deformacija pri veoma

brzom cikličnom opterećenju! Određuje se u laboratoriji triaksijalnim opitom Primenjuje se veoma brzo aksijalno ciklično opterećenje

pri konstantnoj magnitudi i konstantnom trajanju ciklusa Simulacija saobraćajnog opterećenja



4. Zbijenost tla

Povratni modul Mr

Rezultati opita:

Korelacija sa CBR vrednošću:

10/14/2019

10



4. Zbijenost tla

KORELACIJE POKAZATELJA NOSIVOSTI I DEFORMABILNOSTI TLA



4. Zbijenost tla

KORELACIJE POKAZATELJA NOSIVOSTI I DEFORMABILNOSTI TLA



4. Zbijenost tla

Ostali opiti za određivanje nosivosti/krutosti podloge:

1. Dinamički konusni penetrometar DCP (Dynamic cone penetrometer) – dobra korelacija sa CBR vrednostima

2. Nuklearna sonda (Troxler)

3. Sonda na bazi prostiranja elektromagnetnih talasa

Troxler

DCP



4. Zbijenost tla

Opiti za kontrolu zapreminske težine tla:

1. Metoda sa kalibrisanim peskom (približno ista veličina zrna – teško se zbija –slična suva zapreminska težina u rastresitom i zbijenom stanju)

2. Nuklearna sonda (Troxler) za određivanje vlažnosti i zapreminske težine

10/14/2019

11



4. Zbijenost tla

USLOVI KVALITETA MATERIJALA

SRPS U.E1.010:1981 – Zemljani radovi na izgradnji puteva

Materijali za izgradnju nasipa moraju ispunjavati sledeće uslove:

wL < 65%, Ip < 30%

Proktorov broj Pb=0‐0.2 Pb

γd ≥ 15.0 kN/m3 za nasipe visine do 3 m

γd ≥ 15.5 kN/m3 za nasipe više od 3 m

Cu=d60/d10 ≥ 9

Sadržaj organskih materija < 6%

Vlažnost pri ugrađivanju |wopt‐w|≤ 2%, wopt < 25%

Za krupnozrno i kamenito tlo: dmax=40 cm u nasipu i dmax=10 cm u završnom sloju nasipa



4. Zbijenost tla

USLOVI KVALITETA MATERIJALA

SRPS U.E8.010:1981 – Nosivost i ravnost na nivou posteljice

Materijali za izradu posteljice moraju ispunjavati sledeće uslove:

γd, max ≥ 16.0 kN/m3

wL < 50%, Ip < 20%

Bubrenje posle 4 dana natapanja u CBR opitu < 3%

Cu=d60/d10 ≥ 9 (≥ 4 za drobljeni kameni materijal)

Sadržaj organskih materija < 6%

Vlažnost pri ugrađivanju |wopt‐w| ≤ 2%

CBR ≥ 3%

Za mešovito tlo: dmax=150 mm



4. Zbijenost tla

KRITERIJUMI ZBIJENOSTI PODTLA


Prirodni teren RC %

Od sitnozrnog tla Projektovani nasip

≤ 2 m 97

> 2 m 95

Usek 100

Od krupnozrnog i mešovitog tla

Projektovani nasip

≤ 2 m 100

> 2 m 95

Usek 100



4. Zbijenost tla

KRITERIJUMI ZBIJENOSTI NASIPA


Položaj sloja u nasipu Materijal od koga je nasip

Ms[MPa]

Ev2[MPa]

RC %

Nasip visine preko 2 m za slojeve nadubini većoj od 2 m ispod planuma (donji deo nasipa)

Sitnozrno tlo

20

95

Krupnozrno i mešovito tlo

35 95

Nasip visine do 2 m i gornjih 2m za nasipe preko 2m

Sitnozrno tlo 100

Krupnozrno i mešovito tlo

40 100

10/14/2019

12



4. Zbijenost tla

KRITERIJUMI ZBIJENOSTI POSTELJICE

Vrsta materijala RC %

Ms[MPa]

Ev2[MPa]

Sitnozrno tlo i sitnozrni pesak 100 20 30

Mešani kameni i zemljani materijal (glinoviti šljunak, glinovita drobina, lapor, glinoviti škriljci i sl.)

100 30 45

Kameni materijal (kamena drobina, šljunak i sl.)

100 40 60




4. Zbijenost tla

KONTROLNA ISPITIVANJA


Na mestima na kojima se vrši kontrola zbijenosti mora se izvršiti i ispitivanjegranulometrijskog sastava i vlažnosti, a za sitnozrni materijal i određivanje optimalnevlažnosti.

Minimalna kontrolna ispitivanja koja se moraju vršiti u toku izrade nasipa su:

Ispitivanje zapreminske težine i vlažnosti na svakih 2000 m2 nasutih slojeva

Ispitivanje zapreminske težine i vlažnosti na svakih 1000 m2 posteljice

Ispitivanje granulometrijskog sastava na svakih 4000 m2 nasutih slojeva

Ispitivanje granulometrijskog sastava na svakih 200 m2 posteljice

Određivanje modula deformacije za planum donjeg stroja na svakih 200 m puta



4. Zbijenost tla


KONTROLNA ISPITIVANJA

Obim kontrolnih ispitivanja u vreme građenja i minimalni broj potrebnih opita određujuse u zavisnosti od kategorije puta, načina izvršenja radova, vremenskih uslova i dr.

Postignuta zbijenost i vlažnost ugrađenog materijala posteljice kontroliše se merenjemzapreminske mase i vlažnosti ili opitom pločom i to:

Na svakih 50 m puta (tekuća ispitivanja)

Na svakih 200 m puta (kontrolna ispitivanja)



4. Zbijenost tla

REKAPITULACIJA Ukoliko je veća zbijenost manja je deformabilnost, veća smičuća čvrstoća (veća nosivost),

a manja vodopropusnost. Pokazatelji zbijenosti:

Relativna zbijenost DrStepen zbijenosti RC(Zapreminska težina / suva zapreminska težina)

Uslovi najpovoljnijeg ugrađivanja tla – Proktorov opit Za ocenu kvaliteta tla ‐ krutosti/nosivosti

CBR opit – CBR vrednost % (laboratorijski i terenski)Opit pločom (terenski):

Statički SRPS – MsStatički DIN – Ev1 i Ev2Statički SRPS – KsDinamički – Ed

Određivanje povratnog modula Mr (laboratorijski)Opit sa dinamičkim konusnim penetrometrom – DCP (terenski)Opit sa nuklearnom sondom (Troxler) (terenski)Opit na bazi prostiranja elektromagnetnih talasa (terenski)

Za određivanje zapreminske težineOpit sa kalibrisanim peskom Opit sa nuklearnom sondom (Troxler) ‐ zaprem. težina i vlažnost

Documents

GS P4 Struktura Zbijenost Opiti - University of Belgrade...Postupak ispitivanja je sličan postupku za određivanje Ms Tri ciklusa: opterećenje, rasterećenje i ponovno opterećenje