Stisljivost Tla

Poglavlje 4

Stiljivost tla i sleganje temelja.Zbijanje tla

4.1 UVOD

Temelj predstavlja vezu konstrukcije i tla. Optereenje iz konstrukcije se preko temelja prenosi na tlo i poveava postojee pritiske u tlu. Najvei pritisak je na kontaktu temeljne spojnice i tla na dubini fundiranja t. Ovaj pritisak se naziva raunski pritiskom prac i treba da je manji od dozvoljenog pritiska za tlo pdoz. Dodatni pritisci u tlu se javljaju do dubine od priblino 3B gdje je B irina trakastog temelja. U ovoj zoni se tlo deformie i rezultat tih deformacija je pomjeranje temelja na dolje sleganje temelja s. Sleganje treba da je manje od dozvoljenog sleganja sdoz za tu vrstu objekta.

Slika 4.1 Temelj kao veza konstrukcije i tla. Prenos optereenja kroz tlo ( naponi u tlu).

4.2 PRORAUN SLEGANJA

S obzirom da se optereenje graevinskim objektom izuzetno retko izvodi na samoj povrini terena, uobiajeno izvoenje temelja poinje izvoenjem iskopa. Tlo iz podruja temeljne jame se uklanja i dolazi do rastereenja tla ispod budueg temelja sa promenom konturnih optereenja prikazanih na Slici 4.2-a. Usled smanjenja normalnih napona u centralnom podruju ispod budueg temelja dolazi do deformacija bubrenja u elastinoj oblasti rastereenja, tako da tlo moe bubriti u veliini sb (Slika 4.2-b).

4. Stiljivost tla i sleganje temelja. Zbijanje tla

Slika 4.2. Rastereenje tla pri iskopu. Neto kontaktni napon

Nakon zavrenog uklanjanja tla, dno iskopa se poinje optereivati temeljnom konstrukcijom, proces

bubrenja se zaustavlja, poinju pomeranja na nie, tako da kada optereenje dostigne raniji geostatiki

nivo napona / /0vp p , svi efekti bubrenja se anuliraju i nakon poveavanja napona iznad geostatikog,

poinju stvarna sleganja, Slika 4.2-d. Zbog toga se u proraunu sleganja prirataj vertikalnih napona

odreuje nanoenjem neto kontaktnog napona qn , koji predstavlja razliku bruto kontaktnog napona q i

geostatikog vertikalnog efektivnog napona na nivou temeljne spojnice /0p , (Slika 4.2-c).

Obrazac za sleganje temelja za procjenu slijeganja temelja u praksi:


4 .3 STILJIVOST TLA Stiljivost je osobina tla da smanjuje zapreminu pri poveavanju efektivnih napona. Ova osobina

je od posebnog znaaja kada se analizira sleganje objekata koji se oslanjaju na tlo.

KOMPONENTE SLEGANJA NA REALNOM TLU Ukupna veliina sleganja optereene povrine se moe opisati zbirom:

s=si+sc gde je:

si trenutno sleganje. Deformacije se pojavljuju istovremeno sa nanoenjem prirataja napona. sc konsolidaciono sleganje.Deformacije promene zapremine doprinose ukupnoj veliini sleganja, pri

emu u vodom zasienim materijalima dolazi do istiskivanja vode iz pora. Ova komponenta je

znaajna kod glina jer moe trajati relativno dugo. U peskovima i drugim vodopropusnim materijalima

ova komponenta sleganja se odigrava praktino istovremeno sa trenutnim sleganjem u toku nanoenja

optereenja, bez vremenskog zaostajanja. Veliina konsolidacionog sleganja vodom zasienih glina moe se izraunati korienjem rezultata

opita stiljivosti u edometarskom aparatu

EDOMETARSKI OPIT - OPIT STILJIVOSTI ili KONSOLIDACIJE Opit stiljivosti izvodi se u kutijastom aparatu koji se naziva edometar. Uzorak u obliku relativno

niskog cilindra, sa povrinom baze izmeu 20 cm2 i 100 cm2 i odnosom prenika prema visini u

granicama od 2.5 do 5, izlae se kontrolisanim priratajima vertikalnih napona, ali je krutim prstenom

bona deformacija spreena. Meri se sleganje uzorka, tj. smanjenje njegove visine sa poveanjem

napona. Presek kroz kutiju edometra sa fiksnim i plivajuim prstenom prikazani su na Slici 4.3.

Porozne ploice na bazama uzorka omoguavaju evakuaciju vode u procesu konsolidacije, dok se

promena zapremine registruje merenjem promene visine uzorka. Optereenje se nanosi stepenasto, kao

to je to ilustrovano na Slici 4.4. U poetnom stanju uzorak se optereuje malim naponom od oko 5 do

10 kPa koji obezbeuje kontakt izmeu ploe za optereivanje, poroznih ploica i uzorka. Ovo malo

"nulto" optereenje (koje nije prikazano na Slici 4.4) se uzima kao poetno, nulto, a nakon toga se

optereivanje vri stepenasto, pri emu je uobiajeno da je odnos veliina vertikalnih napona izmeu

dve susedne stepenice optereenja oko 2, na primer: 25, 50, 100, 200, 400, 800 kPa, itd. Uobiajeno je


da svaka stepenica optereenja traje 24 asa, izuzetno i do 48 asova. Praktino neizbean nedostatak

je da opiti relativno dugo traju, to se mora imati u vidu pri planiranju potrebnog vremena za

obavljanje ove vrste posla.

Slika 4.3. ema edometra. (a) sa fiksiranim prstenom, (b) sa plivajuim prstenom, (c) naponi i

deformacije

Slika 4.4. Nanoenje napona i deformacije u edometarskom opitu

POKAZATELJI STILJIVOSTI IZ EDOMETARSKIH ISPITIVANJA. Tipini rezultati dobijeni

edometarskim ispitivanjem uzorka prikazani su dijagramima na Slici 4.5. S obzirom da se tlo samo

aproksimativno moe tretirati kao elastian materijal, za interval napona / / /, , 1z z i z i moe se

definisati tangentni, odnosno sekantni modul stiljivosti Mv ili Ms kao

/

vz

z

M =


Ako je neoptereen uzorak tla u edometru imao poetnu visinu h0 i pri stepenici optereenja "i"

smanjio visinu za hi, specifina deformacija je:

1

0

i iz

i

h h

h h

Tlo koje ima manji modul stiljivosti ima veu stiljivost.

Slika 4.5. Rezultati opita stiljivosti u edometarskom opitu.

(a) Specifine deformacije, (b) Tangentni modul stiljivosti.

SLEGANJE TEMELJA NA PESKU Iz granularnih materijala, kao to su pesak i ljunak, nije mogue konvencionalnim sredstvima i

na ekonomian nain uzeti iz terena neporemeen uzorak i ispitati ga u laboratoriji, na primer u

edometru, kao to se to radi sa uzorcima gline ili praine, ve se do pokazatelja deformabilnosti dolazi

indirektnim putem, empirijski, korienjem rezultata standardnih penetracionih ispitivanja (SPT) ili

ispitivanja statikim penetrometrom (CPT). Penetraciona ispitivanja treba smatrati obaveznim u svim

terenskim ispitivanjima tla za potrebe temeljenja, a mogu se izostaviti samo uz jasno i logino

obrazloenje, a nezamenljiva su u sluaju da u preseku tla postoje slojevi peska.

Ovde moda nije suvino napomenuti da su rastresiti peskovi stiljiviji od zbijenih, ali i da su gline znatno

stiljivije od peska ili ljunka.


4.4. DOZVOLJENA SLEGANJA Doputeno sleganje temelja objekta je veliina koju konstrukcija moe da tolerie i zavisi od vie

faktora kao to su vrsta konstrukcije, njena visina, krutost, namena, lokacija, brzina i raspodele

sleganja. Ne postoji jedinstvena doputena vrednost koja bi se mogla uvek i unapred propisati.

Osnovni oblici deformacije objekta, sa komponentama sleganja (Lambe i Whitman, 1969), prikazani

su na Slici 4.6, gde je na ematizovan i uproen nain ukupna deformacija objekta usled sleganja

temelja razdvojena na tri komponente. a) Ravnomerno sleganje (Slika 4.6-a) je mogue u sluaju krutog simetrinog objekta na homogenom

tlu. ak i kada je relativno veliko, ravnomerno sleganje obino nema tetne posledice po sam

objekat, ali moe otetiti veze instalacija (vodovod, kanalizacija, struja, gas, drenani sistem i sl.)

po konturi objekta. Zbog toga takve veze treba realizovati to kasnije tokom graenja, ukoliko je to

mogue, ili ih konstruktivno reiti na takav nain da mogu da prime lokalizovane deformacije bez

oteenja ili naruavanja funkcionalnosti i da budu pristupane radi eventualnih intervencija.

Postoje zabeleeni sluajevi sleganja od 1.5-2 metra i objekat zadovoljavajue funkcionie, ali sa

druge strane, sleganje od desetak centimetara moe objekat uiniti neupotrebljivim. Skempton i MacDonald (1955) predlau sledee maksimalne projektne vrednosti: - Pojedinani temelji na glini 65 mm

- Pojedinani temelji na pesku 40 mm

- Ploa ispod celog objekta na glini 65-100 mm

- Ploa ispod celog objekta na pesku 40-65 mm b) Naginjanje, ista rotacija relativno krutog objekta (Slika 4.6-b) moe imati tetne posledice po

konstrukciju i instalacije u njoj, uticati na rad maina, kranova i druge opreme. Uski i visoki objekti,

tornjevi, pojedinani dimnjaci, soliteri, usled poetnog naginjanja mogu preopteretiti jednu zonu

temeljnog tla usled ekscentrinosti rezultante optereenja zbog inicijalnog naginjanja, izazvati lokalnu

plastifikaciju tla tako da, usled distorzijskog puzanja, naginjanje dobija progresivan karakter.

c) Diferencijalna ili neravnomerna sleganja karakteristinih taaka u osnovi objekta (Slika 4.6-c)

ograniena su fleksibilnou konstrukcije i izazivaju zakrivljenost uz distorzijske deformacije koje

mogu izazvati razliita lokalna preoptereenja i oteenja objekta. Ovaj oblik sleganja je najei i

mora se ograniiti na doputene veliine. Takav oblik sleganja zavisi od rasporeda optereenja i od

nehomogenosti prirodnog tla. Diferencijalna sleganja su obino manja od maksimalnih, ali su

utoliko nepovoljnija ukoliko se pojavljuju na manjem odstojanju, tako da je mera ovog oblika

deformisanja definisana distorzijom tj. odnosom razlike sleganja i odstojanja. S obzirom da su to

relativno mali brojevi, obino se izraavaju razlomkom 1/n, na nain prikazan na Slici 4.7

(Bjerrum, 1963). Slika ilustruje granine veline distorzijskih deformacija na osnovu teorijskih

istraivanja, merenja na modelima i osmatranja objekata i moe se koristiti za ocenu izraunatih

veliina kod objekata uobiajenih dimenzija i namene. Meutim, stvarne tolerancije distorzijskih

deformacija i rotacija mogu biti i znatno stroije u sluaju objekata i konstrukcija specijalne

namene.


Slika 4.6. Osnovne komponente sleganja objekta

Slika 4.7. Granine ugaone distorzije

Radi relativne ocene veliina u naim propisima za temeljenje iz 1990 godine, ako se doputena

apsolutna i relativna raunska sleganja ne dokazuju posebno detaljnom analizom sleganja konstrukcije

temelja i graevinskog objekta, dozvoljavaju se raunska sleganja na krupnozrnom tlu najvie 2.5 cm, a

na sitnozrnom tlu najvie 5 cm.Ukoliko je izraunato ili procenjeno sleganje vee od 10 mm, uputno je

od poetka graenja poeti sa paljivim merenjem sleganja kako bi se proverila tanost prognoze.

Merenje treba vriti tokom graenja, dovoljno esto u zavisnosti od brzine napredovanja, ali ih

nastaviti i nakon zavretka prvih godina tokom eksploatacije. Ukoliko se plitkim temeljima ne mogu zadovoljiti uslovi o veliinama doputenih sleganja i/ili

nosivosti tla, tada se trai neko drugo reenje, koje podrazumeva ili poboljanje karakteristika tla

ispod objekta ili prenoenje optereenja na dublje, manje deformabilne zone tla primenom dubokog

temeljenja, najee ipova.


4.5. DEFORMACIJE BEZ ZNATNE PROMJENE NAPONA UTICAJ MRAZA NA TLO Usled zamrzavanja povrinskog sloja tla moe doi do izdizanja njegove povrine, pri emu

nakon povienja temperature u prolee, takva mesta ostaju veoma meka i raskvaena. Ova pojava

moe izazvati velika oteenja na kolovoznim konstrukcijama, oblogama kanala i plitkim temeljima. Zamrzavanje vode je praeno poveavanjem zapremine od oko 9% pri prelasku u led. Zbog toga

poveavanje zapremine zasienog tla pri snienju temperature ispod take mrnjenja nastaje usled

poveanja zapremine pora za isti iznos. Ukupna promena zapremine tla, zavisno od poroznosti, moe

biti priblino izmeu 2.5% i 5 %, to bi u naim klimatskim uslovima izazvalo izdizanje povrine tla

od 2 do 4 cm, a u krupnozrnom tlu, ljunku ili pesku moe biti i manje jer se pri zamrzavanju izvesna

koliina vode moe istisnuti iz pora. Da bi dolo do ove pojave treba da budu zadovoljeni sledei uslovi: 1. Tlo mora biti zasieno ili blisko zasienom stanju.

2. Tlo mora da bude sitnozrno. U pogledu uticaja mraza najopasnija su ona tla koja imaju relativno

visok sadraj prainastih frakcija. Takva tla sadre sistem malih pora, ali istovremeno i

vodopropusnost nije sasvim mala. U naem podneblju se ilustrovani nepovoljni uticaji eliminiu temeljenjem ispod donje granice

aktivnog sloja, a zalee potpornih konstrukcija se zapunjava krupnozrnim tlom koje nije osetljivo na

dejstvo mraza. Zatitne mere podrazumevaju temeljenje objekata na dubinama veim od dubine

dejstva mraza koja se u naem podneblju kree do oko 1,0 m. U nekim okolnostima primenjuje se i

prekidanje kapilarnog penjanja ugraivanjem tamponskog sloja od krupnozrnog vodopropusnog

materijala.

4.6 ZBIJANJE TLA

Kada se tlo koristi kao graevinski materijal za izradu nasipa (putevi, aerodromske piste,nasute brane) potrebno je da se materijal: iskopa, transportuje i ugradi nasipanjem. Pri graenju nasipa rastresito tlo se razastire u slojevima debljine 10-50cm a zatim zbija valjanjem, vibracijama ili udarcima malja.

Zbijanjem se istiskuje vazduh i voda iz pora tla , poveava gustina tj. zapreminska teina tla ime se poveava vrstoa na smicanje i nosivost tla a smanjuje se njegova stiljivost ( deformabilnost) i vodopropusnost. Faktori koji utiu na zbijanje su: vrsta materijala koji se zbija, njegova vlanost i primijenjene maine za zbijanje.

Krupnozrna tla ( nevezana) tla se najbolje zbijaju dejstvom vibracija pod ijim dejstvom manja zrna materijala upadaju u prostore izmeu veih zrna. Vlanost malo utie na zbijanje ove vrste tla za razliku od granulometrijskog sastava koji je od najveeg uticaja. U tom smislu se za istu primijenjenu energiju zbijanja bolje zbija dobro graduirano od slabo ili uniformno graduiranog krupnozrnog tla.

Kod sitnozrnog ( vezanog, koherentnog) tla od najveeg uticaja na zbijanje je vlanost materijala koji se ugrauje u nasip. Zato je prije izrade nasipa potrebno u laboratorijskim uslovima ispitati mogunost


zbijanja materijala za razliite vlanosti istog. U takozvanom Proktorovom opitu se uzorak tla zbija u cilindrinom kalupu udarcima malja teine 2.5kg koji pada sa visine od 30.5cm. Tlo se zbija u tri sloja sa po 25 udaraca po sloju. Ovo je tzv. standardni opit a postoji i modifikovani opit sa veom energijom zbijanja (5 slojeva, malj 4.5kg , visina pada 46cm). Oba opita se ponavljaju za pet uzoraka

razliite vlanosti i svaki put se mjeri zapreminska teina u suvom stanju d koja predstavlja mjeru zbijenosti. Zatim se crta kriva zavisnosti izmeu postignute zapreminske teine u suvom stanju i vlanosti Proktorova kriva. Za datu energiju zbijanja postoji vlanost pri kojoj se postie maksimalna zapreminska teina u suvom stanju tj. maksimalna zbijenost. Ova vlanost koja odgovara maksimumu Proktorove krive naziva se optimalna vlanost wopt ( slika 4.8) to znai da vlanost materijala koji se ugrauje u nasip treba da bude blizu optimalne.

Slika 4.8. Proktorova kriva za standardni i modifikovani Proktorov opit

Pokazatelj zbijenosti je tzv. stepen zbijenosti:

d

dmax

RC= 100%

Na terenu je obino dovoljno postii RC=95% . d=0.95dmax. Ste

Kontrola zbijanja se tradicionalno sprovodi nakon zbijanja odreenog sloja materijala u odreenom

broju sluajno odabranih taaka. Meutim, danas se sve vea vanost pridaje kontinuiranoj kontroli

zbijanja gdje je kontrolni ureaj sastavni dio opreme za zbijanje.

Maine za zbijanje tla

Maine za zbijanje tla se mogu podijeliti na:

maine sa staikim dejstvom

maine sa dinamikim dejstvom


U maine za zbijanje sa statikim dejstvom spadaju:

glatki valjci

valjci na pneumaticima kompaktori

valjci sa ovijim nogama jeevi

Glatki valjci djeluju sopstvenom teinom, meutim, i pored velikog specifinog optereenja po

izvodnici valjka, imaju ogranienu dubinu djelovanja. Koriste se uglavnom za obradu povrina (

glaanje) kao dopuna drugim sredstvima za zbijanje.

Slika 4.9. Glatki valjak

Valjci na pneumaticima kompaktori

Valjak na tokovima sastoji se od elinog sanduka, koji lei na veem broju naduvanih guma. Sanduk se optereuje vodom, peskom ili tegovima. Da bi se obezbedilo podjednako prenoenje optereenja na tlo treba da postoji ureaj za jednaku raspodelu tereta na sve tokove, bez obzira po kakvom se terenu kree. Prema konstrukciji, kompaktori se dele na:

vuene jednoredne valjke, teine od 60 do 100t

vuene dvoredne valjke teine do 15t

samohodne valjke, teine od 15 do 40t Kompaktori se primenjuju pri izgradnji puteva, nasutih brana, aerodromskih pista i sl. Kompaktore

najee vuku traktori na neumaticima dok tee kompaktore vuku traktori na gusenicama. Uobiajen broj prelazaka preko jedne trake je od 6 do 10. Debljinu nasipanja treba odrediti nakon izvrenih opita na probnom polju. Faktori koji utiu na debljinu sloja su optereenje po jednom toku kao i pritisak vazduha u gumama. Kod iste teine valjka, sabijanje e biti vee ukoliko je pritisak u gumama vei. Jedna od glavnih prednosti kompaktora je finoa rada i brzina sabijanja bez udara.


Slika 4.10. Valjak na pneumaticima

Valjci sa ovijim nogama jeevi

Je se sastoji od glatkog valjka po ijem su obodu rasporeene su bodlje konusnog oblika ili oblika ovije noge sa svrhom da pri valjanju prodiru u nasuti sloj te da ga ponu nabijati u donjem dijelu. Visina bodlje iznosi 18 do 23 cm, a na kvadratni metar dolazi 10 do 12 bodlja. Slue iskljuivo za zbijanje koherentnog tla. Debljina nasutog sloja smije biti najvie 1,2 visine bodlje jea kojim se nabija sloj. Broj prelaza 10-12. Efikasnost jea potie otuda da se pri kotrljanju cjelokupna njegova teina koncentrie na razmjerno malu povrinu gaenja nogama du jedne izvodnice. Poto valjak tone u svjee nasuti sloj za visinu svoje noge, prvo se zbijaju najnie estice sloja, pa postupno one gornje. Sloj je nabijen kada se valjak kotrlja po njemu bez upadanja nogu. Prilikom valjanja jeeve najee grupiemo po dva, tri ili ak etiri komada zajedno. Tako grupisani imaju mogunost prilagoavanja neravninama na nasipu. Ako nisu samohodni, jeeve vuku traktori gusjeniari.

Slika 4.11. Je

U maine za zbijanje sa dinamikim dejstvom spadaju:

vibro valjci

vibro jeevi

vibro nabijai

vibro ploe

Vibro valjci se primjenjuju prvenstveno za zbijanje nevezanih materijala, iako daju dobre uinke i kod

valjanja slabo koherentnih materijala. Zbog dinamikog djelovanja teina ovih valjka moe biti znatno

manja od teine valjka koji djeluju samo statiki. Vibracijama se, u odnosu na masu, djelovanje


viestruko poveava (5 do 7 puta). Teina vibro valjaka kree se od 0,34 t za lake valjke do 5 t za tee

valjke. Vibro valjci vibriraju bez odskoka, odnosno neprekidno ostajui u prisnom dodiru sa

zbijajuom masom.

Slika 4.12. Vibro valjak

Vibro nabijai se primjenjuju u vrlo skuenom prostoru. Konstrukcija, nain djelovanja i gabariti

nabijaa to omoguuju. S obzirom na odskok (10 do 20 cm) i teinu, udarna sila koja se dobije je 40 do

130 kN. Dubina djelovanja 40 do 100 cm.

Vibro ploe se koriste za zbijanje podloge od rastresitih, nekoherentnih materijala - pijeska, ljunka,

zemlje i sl. Koriste se za zbijanje slojeva od 40 do 80 cm, a najbolje djelovanje postiu u donjem djelu

sloja. Radna irina ovih ploa kree se od 60 do 90 cm, zavisno od modela, a radna brzina se kree od

15 do 20 m/min. Mogu savladati uspone ak do 25 %, te se mogu kombinovati dvije i vie ploa u

radu, a da njima upravlja jedan rukovalac.

Slika 4.13. a) vibro nabija, b) vibro ploa

Documents

Stisljivost Tla