PRIMJENA NEDESTRUKTIVNIH METODA NA ISPITIVANJE … · da sama geomehanička ispitivanja nisu dovoljna da bi se sa sigurnošću utvrdila pogodnost tla temeljenje.Nakon ovoga su primjenjene

Geotehnika - e časopis Društva za geotehniku u Bosni i Hercegovini ISSN Broj 1, 2015

33

PRIMJENA NEDESTRUKTIVNIH METODA NA ISPITIVANJE TEMELJNOG TLA OBJEKT BABILON TUZLA

Ph.D Eldar Husejnagić, dipl. inž.rud. University of Tuzla, Faculty of Mining, Geology and Civil Engineering Ass.Prof.Nikica Vidović, dipl.inž.geoteh., Univerzity of Tuzla, Faculty of Mining, Geology and Civil Engineering Ass.Prof. Indira Sarajlić. Dip.inž.geol., University of Tuzla, Faculty of Mining, Geology and Civil Enginering Mersed Forčaković, student University of Tuzla, Faculty of Mining, Geology and Civil Enginering Sažetak Nedestruktivne metode, zasnovane na geofizičkim metodama sondiranja i skeniranja, intenzivno se primenjuju pri terenskim ispitivanjima integriteta tla kod problema temeljenja zadnjih 10-tak godina. Brzi razvoj digitalne mjerne tehnike, numeričke računarske simulacije i prostornog modeliranja rezultata merenja , omogućili su napredak i sve širu primenu kompleksnih nedestruktivnih metoda pri ispitivanju sastava podzemlja. Mehanika tla, kao nauka je po obimu radova davno prevaziđena novijim,naprednijim metodama među kojima su nedestruktivne geofizičke metode.Geofizika je skup metoda mjerenja fizikalnih parametara radi određivanja globalnih svojstava planeta Zemlje. Ključne riječi: Nedestruktivne metode, geofizika, mehanika

APPLYNCE OF NON DESTRUCTIVE METHODS ON EXAMINING FUNDATION GROUND OBJECT BABILON TUZLA

Summary: Non destructive methods,based od geophysical methods of scanning are intensivly applyed on field reserch of ground on fundating problems in last 10 years.Fast development of digital measuring techniques,numeral computer simulation and spatial modeling of measuring results,made possible advancing and wider applynce of complex non destructive methods for examining compounds of underground. Soil mechanics,as science is by range of measurment outdated by newer,more advanced methods amongst all by non destructive geophysical methods.Geophysics is a class of methods for measuring phsycal parameters for determining global caracteristics of planet Earth. Key words: non destructive methods,geophysics,soil mechanics


34

1. UVOD

Puni potencijal nedestuktivnih metoda u inženjerskim istraživanjima tek treba da bude oslobođen. Mnoge dostupne metode nam daju važne informacije vezane za tlo i njegove karakteristike, varijacije u sadržaju i strukturi. Njihova osnovna prednost je to što omogućava podatke tla koje ne mogu biti dobivene direktnim metodama prije svega zbog obimnosti radova i njihove cijene. Kad se govori o vremenu i novcu, treba spomenuti i studiju izvodljivosti, prema kojoj se vrši izbor najpogodnije istražne metoda, a koja se podrazumijeva prije samog izbora metode i koja u pravilu zahtjeva poznavanje općih principa i iskustvo.

Pokazano je da klasičnim ispitivanjima ne može da se prodre u najkritičniji dio temeljnog tla u zemlji

(Eurokod 8 zahtjevana dubina 30 m) ispita se samo mali broj reprezentativnih uzoraka. Primjenom nedestruktivnih geofizičkih metoda pokazano je kako se određuje prostorni raspored i dubina pojedinih tipova materijala (indirektnim pristupom određuju se inženjerske karakteristike materijala). Metode na terenu se izvode brzo, a ispitivanja se izvode sa površine terena i značajno umanjuju vrijeme istraživanja.

Općenito, želja je, da se inženjersko-geofizičke metode promovišu kao pogodne praktične istražne

metode u geotehnici, te da se integrišu u sam proces istražnih radova kao nužan alat pri izradi geotehničkog modela.

2. PRIMJER KLASIČNIH I NEDESTRUKTIVNIH METODA ISPITIVANJA

U sklopu geološko-geotehničkih istražnih radova na objektu „Babilon“ izvedena su geofizička istraživanja sa ciljem definiranja sastava podzemlja na istraživanoj lokaciji. Istraživanja su obuhvatila inženjersko-geofizička mjerenja u svrhu izradede taljnog geotehničkog modela i kategorizacije tla prema Eurokodu-8. Rezultati istraživanja bit će iskorišteni kao ulazni parametric kod projektiranja ponovljenog temeljenja pomenutog objekta.

Cilj geofizičkih mjerenja je da se utvrdi dubina do osnovne stijene te odredi fizičko-mehaničke karakteristike osnovne stjenske mase i slojeva iznad. Interpretacija rezultata omogućit će i klasifikaciju istraživanog tla prema Eurocode-8. Ukupno je snimljeno tri seizmička profila, slika 1.

Predmetni objekat na kojem su vršena ispitivanja je objekat „Babilon“ Tuzla. Geomehanički elaborat je urađen u cilju određivanja geomehaničkih karakteristika temeljnog tla.

Ispitivanja su se sastojala od: • Terenskih radova • Geomehaničkih labaratorijskih ispitivanja • Proračuna dozvoljene nosivosti i slijeganja • Opšte ocjene stabilnosti i podobnosti predmetne lokacije

Slika 1. i 2. Objekat Babilon


35

Izvedeno je 5 bušotina koje su nosile oznake B-1 do B-5. U toku izrade bušotina registrovana je pojava

podzemne vode na svim bušotinama na dubini oko 4.60 m od površine terena. Ukupna dubina bušenja je oko 7 metara.

Istražnim radovima je utvrđeno da zalijeganje sljedećih materijala: • Nasip od tucanika • Nasip od sljake i uglja crn i mekani • Žuto-smeđa glina prašinasta, tvrda • Žuto-smeđi pijesak sitan, malo zbijen • Krupni pijesak i šljunak zaglinjen, dobro zbijen

Za ove materijale su određeni sljedeći parametri: zapreminska težina, vlažnost, poroznost, modul

stišljivosti, kohezija i ugao unutrašnjeg trenja. Ispitana je stišljivost, parametri otpornosti na smicanje, proračun dozvoljene nosivnosti i proračun

slijeganja. Zabilježeno stanje na terenu nedugo nakon montiranja objekta:

Slika 2. Pukotine na objektu

Koji razlozi su doveli do ovog stanja propadanja i naginjanja cijelog objekta? Geomanički elaborat je izrađen u skladu sa propisima. Odgovor treba tražiti u nepotpunosti geomehaničkih ispitivanja. Upravo zato što Eurokod zahtjeva ispitivanje tla do dubine 30 m, postavlja se pitanje jesu li provedena ispitivanja do dubine 7 metara i izbliza dovoljna za razumjevanje karakteristika temeljnog tla. Primjer objekta „Babilon“ upućuje na to da sama geomehanička ispitivanja nisu dovoljna da bi se sa sigurnošću utvrdila pogodnost tla temeljenje.Nakon ovoga su primjenjene nedestruktivne metode (seizmička refrakcija P i S talasa, Delta-T-V-metoda, MASW).

3. METODE PLITKE SEIZMIČKE REFRAKCIJE

U području istraživanja izvedena su mjerenja seizmičke refrakcije P i S talasa. Ukupno je snimljeno tri seizmička profila. Seizmičko snimanje izvedeno je 24-kanalnim seizmografom te vertikalnim (P-talasi), odnosno horizontalnim (S-talasi) geofonima. Podaci su obrađeni Delta-t-v-metodom.

3.1. DELTA-T-V-metoda

Delta-t-v-metoda je postupak inverznog modeliranja (Gebrande i Miller, 1985). Temelji se na pretpostavci da se brzina blago mijenja s porastom dubine . Za razliku od klasičnih metoda obrade, Delta-t-v ne


36

polazi od pretpostavke da su prvi nailasci dodjeljeni hipotetskim, matematički idealiziranim refraktorima

(Rohdewald, 1999). Prvi nailasci sortirani su za svaku zajedničku središnju točku, CMP (eng. Common Mid Point) te se na taj način smanjuje utjecaj pogreške očitavanja prvih nailazaka na seizmičkim snimkama i geometrije.

Parametri seizmičkih mjerenja odabrani su sukladno teoretskim postavkama Delta-t-v-metode te provedenim testiranjima na terenu, a sa ciljem dobivanja krajnjeg rezultata koji će biti u skladu s traženom dubinom zahvata od približno 30 metara i zadovoljavajućom rezolucijom.

Prikupljeni podaci terenskih istražnih geofizičko-seizmičih radova obrađeni su prema Delta-t-v-metodi. Za prikaz rezultata korištena je Kriging metoda interpolacije. Rezultati obrade prikazani su u obliku dubinskih seizmičkih presjeka, slika 3i 4. Na interpretiranim 2D profilima prikazana je promjena brzine P-talasa, odnosno S-talasa po dubini. Sukladno vrijednostima brzine izvedena je uvjetna klasifikacija stjenske mase:

Tabela 1. - Klasifikacijatlapremabrzinama P i S-talasa

BRZINA ŠIRENJA UZDUŽNOG P-TALASA (m/s)

BRZINA ŠIRENJA POPREČNOG S-TALASA (m/s)

VRSTA I STANJE TLA/STIJENE

<500 < 160 NASIP

500 – 700 160 - 400 PIJESAK, ŠLJUNAK,GLINA

700 - 1400 700 - 540 PIJESAK, ŠLJUNAK DOBROZBIJEN SATURIRANI VODOM

Koristeći klasifikaciju (tabela 1.) na svakom profilu može se interpretirati promjena u vrsti i kvaliteti tla

ili stjenske mase s dubinom. Prateći granice navedene u tablici, može se zaključiti da je dubina do osnovne stijene/tla na svim interpretiranim profilima tri do deset metara.


37

Slika 3. Dubinski seizmički presjek metoda seizmičke refrakcije Delta-T-V P- talasi Profil I, II i III


38

Slika 4. Dubinski seizmički presjek metoda seizmičke refrakcije Delta-T-V S-talasi Profil I, II i III


39

Slika 5. 2D model modula smicanja Profil I , II i III


40

Slika 6. 2D model dinamičkog Poissonovog koeficijenta Profil I , II i III


41

3.2. Reuzltati

Rezultati obrade prikazani su i u obliku 2D modela modula smicanja i dinamičkog Poissonovog koeficijenta. Na interpretiranim 2D profilima prikazana je promjena modula smicanja, odnosno Poissonovog koeficijenta po dubini, slika 5 i 6.

4. MASW –METODA

MASW (eng. Multichannel Analysis of Surface Waves) je seizmička geofizička metoda razvijena na sveučilištu u Kansasu, na institutu Kansas Geological Survey (Park et al., 1997). Temelji se na analizi površinskih talasa i činjenici da su površinski talasi disperzivni, tj. da im se brzina mijenja s promjenom frekvencije. MASW-metodom se, kao rezultat mjerenja i obrade, dobiva uzdužni presjek raspodjele brzina transverzalnih talasa po dubini. Razlog velikoj primjeni metode leži u jednostavnosti mjerenja na terenu, relativno brzoj i jednostavnoj obradi te konačnom rezultatu, modelu brzina S-talasa, potrebnom za geotehničko projektiranje. Kod ostalih seizmičkih metoda kao što su seizmička refrakcija, posebno, seizmička refleksija, površinski talasi predstavljaju smetnju koja otežava obradu podataka te se ulaže veliki napor kako ih eliminirati ili barem minimalizirati.

Proceduru dobivanja brzine transverzalnog talasa iz fazne brzine površinskog talasa može se svesti na tri najbitnije faze:

• snimanje površinskog talasa na terenu • izračunavanje krivulje disperzije snimljenog površinskog talasa • izračunavanje profila raspodjele brzina transverzalnih talasa iz dobivene krivulje disperzije

Krivulja disperzije predstavlja ovisnost brzine talasa na površini i talasne duljine odnosno frekvencije. Površinski talas snima se na određenom broju geofona postavljenih u profil na tlu, s jednakim razmakom dx između svakog od njih. Iz dobivene seizmičke snimke izračunava se fazne brzine (Cf) za različite frekvencije talasa. Postupak se temelji na izrazu:

Cf=dx / Δtf Cf - fazna brzina za pojedinu frekvenciju, dx razmak između susjednih geofona, aΔtf razlika u vremenu

nailaska površinskog talasa na susjednim geofonima.

Slika 7. Disperzijska krivulja


42

Slika 8. 1D model brzina S-talasa Profil I, II i III


43

U svrhu određivanja pouzdanog geotehničkog modela istraživane lokacije, izvedena su mjerenja

refrakcije P i S-talasa i višekanalne analize površinskih valova (MASW). Dobivene su vrijednosti brzine S-talasa u prvih 30 metara, Vs-30 što omogućuje klasifikaciju lokacije sukladno Eurocode-8. Prema ovom parametru, istraživanu lokaciju možemo svrstati u tlo tipa C, slika 8.

5. ZAKLJUČAK

U svrhu određivanja pouzdanog geotehničkog modela istraživane lokacije, izvedena su mjerenja refrakcije P i S-talasa, višekanalne analize površinskih talasa (MASW). Dobiveni rezultati definirali su dubinu do pojave osnovne stijene/tla pogodne za temeljenje ove vrste i tipa objekta (Babilon), u rasponu tri do deset metara. Također, dobivene su vrijednosti brzine S-talasa u prvih 30 metara, Vs-30 što omogućuje klasifikaciju lokacije sukladno Eurocode-8. Prema ovom parametru, istraživanu lokaciju možemo svrstati u tlo tipa C.

Pokazano je da terenska ispitivanja primjenom nedestruktivnih metoda na probleme temeljnog rješavaju efikasnije i brže nego klasičnim pristupom.

Iz navedenog primjera se vidi kako ove metode daju reprezentativnije uzorke jer su ispitivanja obimnija. Primjenom nedestruktivnih metoda može se za razliku od klasičnih metoda: - brzo izvršiti uvid u strukturu i prostorni raspored pojedinih materijala tla - izvršiti istraživanje nedostupnih djelova podzemlja Svrha daljeg razvoja ovakvih i sličnih nedestruktivnih metoda ispitivanja je da se omogući efikasan, brz i

racionalan način uvida u tlo kako bi se došlo do važnih podataka za inženjersku praksu. Pokazano je da su ova nedestruktivna ispitivanja, ukoliko se izvedu prema savremenim svjetskim

dostignućima i sa savremenom opremom, nezamenjiva kod rješavanja problemavezanih za temeljenje objekata.

LITERATURA

[1] Geophysics in engineering investigations Mc Dowel P.W;Barker R.D,London 2002., str.19-61 [2] Elaborat o geotehničkim ispitivanjima temeljnog tla za potrebe dogradnje objekta „BABILON“ u

Tuzli,EARTH Doo Tuzla, 2011 godine [3] Underwood D.,Near surface seizmic refraction surveying field method. California 2009 godine [4] Stefanović D., Martinović S., Stanić S., 1996., Osnovi geofizike I, Univerzitetski udžbenik,

Rudarsko-geološki fakultet, Beograd.

Documents

PRIMJENA NEDESTRUKTIVNIH METODA NA ISPITIVANJE … · da sama geomehanička ispitivanja nisu dovoljna da bi se sa sigurnošću utvrdila pogodnost tla temeljenje.Nakon ovoga su primjenjene