1

1. Uvod

Sastav tla i njegove karakteristike za razliku od drugih inženjerskih materijala

( metala, drva, betona) potrebno je prethodno istražiti na terenu gdje je

predviđena gradnja. Ispitivanje na terenu trebalo bi omogućiti dobivanje onih

podataka o tlu koji nam određuju njegovo prostiranje, sastav, kvalitetu,

fizikalno-mehanička svojstva, klasifikaciju i sl.

Ispitivanje se može izvesti u nekoliko etapa i podjelu na sljedeća istraživanja:

1. Prethodna: obuhvaća geološku, hidrogeološku i inženjersko geološku prospekciju

terena, prikupljanje podataka iz geotehničkog katastra i drugih korisnih informacija,

koje mogu poslužiti pri riješavanju postavljenog zadatka. Cilj im je ustanoviti da li

je teren pogodan za planiranu gradnju, okvirnu kvalitetu i sastav tla,razinu

podzemne vode i sl.

2. Glavna: cilj im je što preciznije utvrditi sastav tla, fizikalne karakteristike

pojedinih slojeva, njihovu klasifikaciju, indeksne pokazatelje, parametre čvrstoće

pojedinih slojeva, stišljivost i sl. Poznavajući ove čimbenike možemo sigurno i

ekonomično planirati predviđene faze gradnje.

3. Kontrolna: trebaju dopuniti saznanja glavnih istraživanja s ciljem racionalnog

izvođenja radova u tlu.

Glavna istraživanja tla zasnovana su na poznavanju njegovih fizikalnih karakteristika

koje se određuju laboratorijskim ispitivanjima i izražavaju brojčanim vrijednostima.

Nastanak tla

Uslijed temperaturnih promjena, djelovanja vode, vjetra,bilja,ljudske

djelatnosti,stijena se razgrađuje u sitne elemente. Razlikujemo mehaničku i kemijsku

razgradnju. Nakon razgradnje usitnjeni, rastopljeni ili drukčije promijenjeni materijali

ostaju na mjestu ili se transportiraju. Tlo je produkt svih tih procesa pa je stoga

različitog mineraloškog i granulometrijskog sastava.

2

RAZLIKUJEMO:

Sedimentna tla su tla čije se čestice, nastale razgradnjom stijene, nošene vodom,

vjetrom, ledom, organizmima, talože na novo mjesto, pri čemu dolazi do daljnjeg

trošenja, otapanja, sortiranja…

Rezidualna tla čini materijal nastao razgradnjom stijene koji nije odnesen.

Tla kao građevni materijal za izradu nasipa i brana. Nasipi nastaju ugradnjom;

materijal se vadi, prenosi do željenog mjesta i ugrađuje se, sa ili bez zbijanja.

Čvrste čestice tla

Ponašanje tla kao stišljivost, čvrstoća, propusnost, poroznost, bitno je uvjetovano

veličinom i oblikom čvrstih čestica. Prema USCS-u, odnosno jedinstvenom sustavu

klasifikacije tla, tlo dijelimo na dvije glavne skupine:

1. KRUPNOZRNATO ( NEKOHERENTNO, NEVEZANO )

2. SITNOZRNATO ( KOHERENTNO, VEZANO) TLO

Krupnozrnata tla su šljunak (oznaka G) i pijesak (oznaka S), a sitnozrnata su

glina (oznaka C), prah (oznaka M), te organsko tlo (oznaka O) i treset (oznaka P ).

Granica između koherentnih i nekoherentnih tla je vidljiva granica, najmanje zrno

vidljivo je golim okom 0,06 mm, te je prikazana u tablici 1.1.

Tablica1.1 odnos između veličina čestica za koherentna i nekoherentna tla

Udio čestica određene krupnoće u određenoj masi tla određuje se granulometrijskom

analizom količine tla. Tako nastaje granulometrijska krivulja koja se uobičajeno ucrtava

u granulometrijski dijagram (slika1.2.).

3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0

01

0,0

10

0,1

00

1,0

00

10,0

00

100

,000

Promjer zrna D [mm]

Ma

seni

po

sto

tak

zrn

a m

anj

ih o

d D

[%]

0,00

2

0,00

6

0,0

2

0,0

6

0,2

0,6 2 6

20

60

PRAH PIJESAK

GLI

NA

KA

ME

N

sitni sitnisitni krupnisrednjisrednjisrednji krupnikrupni

ŠLJUNAK

Slika 1.2. Granulometrijski dijagram dobivan laboratorijskim ispitivanjem

2.Općenito o klasifikaciji tla i posmičnoj čvrstoći

2.1.Klasifikacija sitnozrnatog tla

Za klasifikaciju sitnozrnatog tla služe Atterbergpove granice. To je niz

empirijskih, laboratorijskih pokusa oblikovanih za potrebe određivanja ponašanja glina

pri određenoj vlažnosti. Atterberg je svojevremeno odredio 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. Temelje se na određivanju vlažnosti uzoraka u trenutku

kada se uzorak počinje ponašati na standardom određeni način.

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.

4

Na snovi 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( 2.1).uz izražen sadržaj vlage na osi apscisa.

Slika 2.1. Stanje plastičnosti glinovitih materijala

2.2.Općenito o psmičnoj čvrstoči tla

Optereti li se tlo u njemu će nastati određeno stanje naprezanja koje se mijenja

od točke do točke. Naprezanje koje djeluje na bilo koji element presjeka tla može se

rastaviti na normalno i posmično naprezanje.

Posmična čvrstoća predstavlja najveći posmični napon koji se može nanijeti

strukturi tla u određenom pravcu. Posmične napone prima samo skelet čvrstih čestica.

Naponi se prenose preko sila na kontaktima susjednih zrna. Posmični lom nastaje pri

relativnim pomacima između zrna po nekoj va ravnini s-s koja prolazi između zrna.

Karakteristični oblici zavisnosti deformacija smicanja ili relativnih posmičnih

pomaka δ u funkciji posmičnih napona τ prikazani su na slici (2.2.) gdje se vide tri

različita oblika loma:

Slika 2.2. Krto- plastično, plastično i žilavo ponašanje tla pri smicanju

5

Krto- plastični lom podrazumijeva povećanje posmičnog napona do maksimalne

veličine, koja predstavlja vršnu posmičnu čvrstoću, a zatim opadanje posmičnog otpora

pri daljnjim deformacijama do konstantne vrijednosti.

Vršna čvrstoća je maksimalna vrijednost napona smicanja, a rezidualna čvrstoća

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

točke R i ostaje konstanta nakon dostizanja određene veličine deformacija i pri daljnjim

deformacijama.

Kada porastom deformacija posmični napon dostigne maksimalnu vrijednost, a

zatim sa daljnjim deformacijama ovaj napon ostaje konstantan, radi se o plastičnom

lomu. Pri takvom lomu kmoji je karakterističan za rastresita i srednje zbijena tla,

materijal obično ne mijenja mnogo volumen.

U određenim okolnostima tlo može pokazivati i tzv. žilavo ponašanje, kada se

porastom distorzijskih deformacija povećava posmični napon i ne dostiže se

karakteristična maksimalna vrijednost u ispitanom intervalu deformacija.

Oblik ponašanja zavisi od vrste, stanja tla i od nivoa normalnih napona. Jedan

materijal određene zbijenosti može pokazati cjelokupan niz oblika ponašanja od krto-

plastičnog, preko plastičnog, ka žilavom obliku loma pri porastu nivoa normalnih

napona pri lomu.

6

3.Klasifikacijski testovi

3.1.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.

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 3.1.1.)

Slika 3.1.1. Oprema za određivanje Atterbergerovih granica

7

3.1.1.Granica tečenja

1. 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.

2. Izvažu se prazne posudice te se njihova masa i broj zapišu u odgovarajuću

tablicu( tablica 3.1.2.) .

Tablica 3.1.2. prikaz načina upisivanja podataka za granicu tečenja

3. 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.

4. 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 3.1.3.)

8

Slika 3.1.3. Horizontalno postavljen uzorak u posudi

5. Nožem za udubljenje pažljivo se usječe brazda duž sredine uzorka kao što je

prikazano na slici 3.1.4. 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 3.1.4.)

Slika3.1.4. Podjela uzorka na dva djela pomoću nožića za urezivanje brazde

9

6. 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 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.(slika3.1.5.)

Slika 3.1.5. Spojeni uzorak na dužini od 13mm pri određenom broju udaraca

7. 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.

8. Cijeli uzorak tla ponovo se promiješa i doda mala količina destilirane vode da

bi se povećala vlažnost.

9. 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, drugu

20-30, treće 15-20 udaraca.

10

3.1.2.Granica plastičnosti

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

tablicu (tablica 3.1.6.)

Tablica 3.1.6.Prikaz načina upisivanja podataka za granicu plastičnosti

2. Uzorak tla se pomiješa sa destiliranom vodom tako da se tlo može rolati u

valjčiće.

3. Tlo se oblikuje u valjčić i rola se dlanovima. Koristi se određeni pritisak

sa 90 poteza u minuti da se dobije valjčić ujednačenog promjera. Valjčić

mora biti promjera 3,0mm za što su potrebne dvije minute (slika 3.1.7.)

4. Kada se dosegne odgovarajući promjer na valjčiću moraju biti vidljive

dijagonalne pukotine. U slučaju da pojave pukotina na valjčiću nema,

postupak rolanja se ponavlja.

5. Valjčići se stave u posudu i stavljaju se u sušionik.

6. Postupak se ponavlja barem još jednom ili više puta

Slika 3.1.7. Primjer valjčića za dobivanje granice plastičnosti

11

3.2. Granulometrijski sastav

Granulometrijski sastav raspodjela čestica tla po veličini, izražena u postotku

mase. Smatramo ga vrlo važnom osobinom materijala tla, pa ćemo o tome ovdje nešto

više reći. Tlo je skupina čestica (zrnaca) različitog oblika i veličine. Prema veličini zrna

svrstavamo tla u skupine (klasificiramo ih) u: pijeske i šljunke (krupnozrnati materijali),

te prahove i gline (sitnozrnati materijali). Sadržaj i veličina zrna određuje se tako da se

uzorak materijala tla prosijava kroz sita različite veličine okca i dobiju ostaci na sitima

koji se važu i tako odrede razredi promjera zrna izraženi u masama. Možemo sada

izreći nešto točniju definiciju granulometrijskog sastava:

Granulometrijski sastav tla definiran je sadržajem zrna različite veličine u

određenoj količini tla izraženoj u postotku mase ispitivanog tla.

Klasifikacija materijala tla, prema granulometrijskom sastavu, po raznim

normama, prikazana je u tablici 2.3-1. Već se samo na temelju granulometrijskog

sastava mogu odrediti neke fizikalne karakteristike tla, a za njegovu primjenu u

geotehničkim zahvatima, kao primjerice :

- vodopropusnost;

- stišljivost;

- visina kapilarnog dizanja;

- filtarska svojstva;

- osjetljivost na smrzavanje;

- nosivost;

- podložnost eroziji,

- uporabljivost određene mehanizacije itd.

12

Osnovni koraci u određivanju granulometrijskog sastava su:

- odabiranje reprezentativnog uzorka,

- dispergiranje agregata na konačne čestice,

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 0,06 mm;

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

3.2.1. 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),(slika3.1.9.).

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

ovisi o vrsti materijala i veličini zrna). Uzorak se usipa na najgrublje sito u nizu sita

(koja su postavljena jedno iznad drugog) u tresilicu. Sita s uzorkom se tresu 10 do 15

min. Nakon toga se važe ostatak na svakom situ: 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 maksimalno zrno).

13

Slika 3.1.8.Prikaz ucrtavanja rezultata laboratorijskih pokusa sijanja i areometriranja u

granulometrijski dijagram.

Slika 3.1.9. Sita za određivanje granulometrijskog sastava

14

3.2.2.Aerometriranje

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.

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, 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).

15

Slika 3.1.10. Prikaz ucrtavanja rezultata laboratorijskih pokusa areometriranja u

granulometrijski dijagram.

Pokus teče tako da se u menzuru od 1 l nalije destilirana voda (1 l) i naspe

materijal tla, koji se dobro natopi i dispergira u vodi pomoću miješalice. Vodi je dodan

antikoagulans da spriječi koagulaciju, tj. nakupljanje manjih čestica u veće. Količina

materijala tla ovisi o veličini čestica; 25 g za glinu, 100 g za prah. Čestice tla padaju u

suspenziji i talože se na dnu. Prije nego što padnu na dno prođu pored težišta areometra

koje predstavlja «vrata» pri prolasku pored kojih se registrira promjena gustoće

suspenzije, što se očita na vratu.

16

4.1. Određivanje posmične čvrstoće tla

4.1.1.Opis ispitivanja, odabir brzine posmika

Kohezija (c) – kohezija je svojstvo sitnozrnatih tla koja zbog toga nazivamo

koherentnim. Kako se smanjuje veličina čestica tla, tako se povećava njihov broj u

jedinici volumena pri jednakom koeficijentu pora. Dakle što su čestice manje, bit ce

dominantnije i djelovanje Van der Waalsovih sila i električnih sila s obzirom na

gravitacijske sile među česticama. Zbog ukupnog učinka opisanih utjecaja nastaju u

aglomeracijama jako sitnih čestica s malim međusobnim razmakom sile, koje izazivaju

otpore trenja na kontaktima čestica. Kohezija je dakle otpor tla na smicanje kada su

normalna naprezanja jednaka nuli. Ona uvjetuje čvrstoću tla. Kohezija nije konstantna,

već ovisi o vlažnosti.

Posmična čvrstoća koherentnog tla računa se prema Mohr-Coulomb-ovom

izrazu(slika 4.1.):

Slika 4.1. Mohr-Coulonova anvelopa sloma tla

Budući da nekoherentna tla nemaju koheziju anvelopa sloma teoretski je

prikazana pravcem i može se pisati(slika4.2.):

17

Gdje je: G- geometrija zrna i struktura zrna

f- koeficijent trenja među zrnima

Slika 4.2. Odnos normalnog i posmičnog naprezanja za nekoherentni materijal

U nekoherentnim materijalima može se pokazati da je kut prirodnog pokosa, tj.

onaj kut koji još može zadržati nagib kosine u takvom materijalu, jednak kutu

unutrašnjeg trenja, a koji ovisi o porozitetu.

Pokus direktnog smicanja

1. Uređaj sa stalnim prirastom sile- prirast horizontalne sile je konstantan. Krivulja

ima takav oblik da se ne uočava pad sile. Kriterij za određivanje čvrstoće na

smicanje je, da za jednaki prirast sile, deformacija toliko poraste da bude dvostruko

veća od deformacije nastale za prethodni odsječak porasta sile(slika4.3.).

Slika 4.3. kriterij sloma za uređaj sa stalnim prirastom sile

18

2. Uređaj sa stalnim prirastom deformacije- pomičnom dijelu kutije dodaje se stalni

prirast deformacije, a mjeri se prirast sile(slika 4.4).

Slika 4.4. Kriterij sloma za uređaj sa stalnim prirastom deformacije

Uređaj za direktno smicanje sastoji se od dvostruke kutije kvadratnog oblika,

kojoj je jedan dio pokretan, a drugi dio nepokretan. Horizontalna deformacija uzorka

postiže se pomoću elektromotora, čiji se broj okretaja bitno smanjuje preko reduktora.

Vertikalno opterećenje postiže se pomoću utega ili pneumatskog sustava. Smicanje se

može vršiti brzinom minimalno 0,00001 mm do maksimalno10 mm u minuti. Potrebna

očitanja vrše se pomoću računala(slika4.5.shematski prikaz direktnog smicanja).

Ispitivanje se provodi na najmanje tri uzorka, svaki pri različitom vertikalnom

opterećenju.

Slika4.5. Shematski pokus direktnog smicanja

19

Prije početka pokusa uzorci se konsolidiraju 24 sata, a veličine vertikalnog

opterećenja biraju se tako da se dobiju rezultati u području napona koji su bitni za

konkretan slučaj. Tipično vertikalno opterećenje je 50, 100, 200 i 400 kPa.

Razlikujemo pokuse po načinu dreniranja:

1. DRENIRANI ili SPORI- postupak sa dreniranjem u obje faze pokusa za

određivanje vršne čvrstoće tla za efektivne napone.

2. NEDRENIRANI ili BRZI- postupak bez dreniranja u obje faze pokusa.

Služi za mjerenje nedrenirane čvrstoče koja se izražava preko totalnih

naprezanja.

3. POVRATNI ili REVERSNI- pokus smicanja za određivanje rezidualne

posmične čvrstoće za efektivne nepone.

4.1.1.Drenirani ili CD pokus direktnog smicanja

Prva faza pokusa sastoji se od konsolidacije uzoraka normalnim opterećenjem. U

drugoj fazi se postepeno i relativno polako povećava posmični napon do loma. Da bi se

sa dovoljnom točnošću za praktične potrebe totalni naponi bili jednaki efektivnim

naponima, brzina pomaka određuje se tako da se lom uzorka dostiže nakon nekog

vremena. Potrebno vrijeme do loma određuje se na osnovi rezultata mjerenja slijeganja

uzorka u procesu konsolidacije.

Slika 4.5. određivanje trajanja posmika do sloma uzorka

20

f

f

tv

δ=

Brzina posmika određuje se prema izrazu:

gdje je:

δf = horizontalna deformacija do sloma

tf = vrijeme do sloma

Vršna drenirana posmična čvrstoća pri smicanju može se opisati linearnom

anvelopom napona loma u funkciji normalnog napona koji je od praktičnog

interesa(slika4.6.).

Slika 4.6. Pomaci i naponi kod pokusa direktnog smicanja

4.1.2. Nedrenirani ili UU pokus

Tijekom izvođenja UU pokusa izoliraju se porozni keramički filteri tankim

metalnim pločama u kontaktu sa uzorkom da bi se onemogućilo dreniranje. Brzina

nanošenja posmičnog naprezanja do loma uzorka treba odgovarati ukupnom trajanju

pokusa od nekoliko minuta, bez obzira na način nanošenja posmičnih naprezanja.

Ispitivanja na djelomično zasićenim glinama daju zakrivljenu anvelopu napona loma

koja se može aproksimirati klasičnom linearnom zavisnošću samo u nekom unaprijed

usvojenom intervalu totalnih normalnih napona ili nekom nelinearnom zavisnošću.

21

4.1.3. Povratni ili reversni pokus

Ovaj pokus služi za mjerenje rezidualne čvrstoće nakon velikih deformacija,

može se izvoditi na neporemećenim i poremećenim uzorcima. Pokus se izvodi

isključivo aparatima sa stalnim porastom deformacije.

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

dužine uzorka, obično oko 5mm, posmik se zaustavlja, okviri se vračaju polako u

početni položaj prije početka posmičnog opterećenja. Ovaj postupak ponavlja se sve

dok nakon par ponovljenih ispitivanja posmična čvrstoća dalje ne opada(slika4.7.).

Slika 4.7. Dijagram reverznog pokusa direktnog smicanja

Rezidualna čvrstoća može se aproksimirati linearnom zavisnošću u određenom

intervalu, pri čemu je rezidualna kohezija stvarno jednaka nuli.

22

5. PRAKTIČNI RAD

U ovom dijelu rada, određivane su geomehaničke karakteristike tla određenim

laboratorijskim ispitivanjima prema normiranim postupcima. Od velike je važnosti da

uzorci u laboratoriju budu ispitani pod uvjetima približno onakvim pod kojima se tlo

nalazi u prirodi.

Uzorci se u laboratorij dopremaju kao neporemećeni i poremećeni.

Neporemećeni uzorak mora sadržavati porozitet, vlažnost i teksturu materijala iz kojeg

je izvađen. Neporemećeni uzorci dopremaju se u laboratorij u cilindrima pomoću kojih

su izvađeni.

Na poremećenim uzorcima vrše se laboratorijska ispitivanja za klasifikaciju tla i

ispitivanja zbijenosti.

Određivanje parametara posmične čvrstoće tla provedena su u geotehničkom

laboratoriju na neporemećenim uzorcima. Lokacije su sljedeće: Osijek (tri uzorka),

Bisag, Komletinci, Horvati, Pleternica, D. Bistra, Kneginec, Sv. Nedjelja.

Približne lokacije ispitivanih uzoraka prikazane su na slici 5.1..

Slika 5.1. prikaz lokacija uzoraka za ispitivanje

23

Uzorci su odabrani tako da pokrivaju širok raspon vrijednosti indeksa

plastičnosti( Ip. 14 - 50 %) što je obuhvaćalo materijale klasificirane kao anorganske

gline niske plastičnosti (CL) do anorganske gline visoke plastičnosti (CH)s različitim

sadržajem pijeska.

Na uzorcima je određivana vlažnost, granica tečenja, granulometrijski sastav i

posmična čvrstoća. Kohezija i kut unutrašnjeg trenja, koji zajedno čine posmičnu

čvrstoću, određivani su metodom izravnog posmika u kutijastom aparatu s

kontroliranom deformacijom. Brzina posmika određena je na ranije opisan način. Iz

rezultata mjerenja izračunavani su parametri vršne posmične čvrstoće koherentnog tla.

Za temu ovog završnog rada posebno su važni indeks plastičnosti i vršni kut

unutrašnjeg trenja tla. Njihove vrijednosti, s obzirom na lokaciju ispitivanih uzoraka,

prikazane su u tablici 5.2..

Tablica 5.2. Vrijednosti vršnog kuta unutrašnjeg trenja i indeksa plastičnosti

Do sada je u svijetu objavljeno mnogo radova raznih autora koji su se bavili

proučavanjem odnosa između indeksa plastičnosti i kuta unutrašnjeg trenja koherentnog

tla. Svi oni potvrđuju da između njih postoji snažna korelacijska veza. Kao primjer,

navodi se istraživanje koje su proveli Ortolan i Mihalinec od 1996. do 2007. godine.

Njihov rad rezultirao je dijagramom zavisnosti kuta unutrašnjeg trenja o vrijednosti

indeksa plastičnosti. Dijagram je prikazan na slici 5.3..

Lokacija I P [%] ϕ [°]ϕ [°]ϕ [°]ϕ [°] USC klasifikacija

Osijek 14,2 32,6 CL

Osijek 15,29 31,3 CL

Bisag 17,58 29,3 CL s pijeskom

Komletinci 20,88 28,2 CL

Osijek 23,75 26,8 CL

Horvati 30,81 24,7 CH s pijeskom

Pleternica 34,96 22,9 CH pjeskovita

D. Bistra 37,62 22,5 CH

Kneginec 40,81 21,3 CH

Sv.Nedelja 49,61 18,3 CH

24

088,60)(496,10 +−= xLny

Slika 5.3. Korelacija kuta unutrašnjeg trenja s indeksom plastičnosti (Ortolan i Mihalinec, 1996-2007.)

Rezultati ispitivanja provedeni u okviru ovog završnog rada također su statistički

obrađivani, s namjerom da se pronađe čvrsta korelacijska zavisnost između indeksa

plastičnosti i vršnog kuta unutrašnjeg trenja. Najbolji rezultati zavisnosti postignuti su

primjenom korelacijske veze logaritamskog tipa. Veza se može prikazati slijedećim

izrazom:

Pri tomu je postignut koeficijent determinacije R = 0,99 odnosno koeficijent korelacije

r = 0,99. Njihove vrijednosti potvrđuju jaku korelacijsku vezu odnosno međusobnu

zavisnost između indeksa plastičnosti i vršnog kuta unutrašnjeg trenja.

Dijagram korelacije indeksa plastičnosti s kutom unutrašnjeg trenja prikazan je

na slici 5.4..

25

Korelacija indeksa plasti čnosti s kutom unutarnjeg trenja

y = -10,496Ln(x) + 60,088R2 = 0,99

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60

Indeks plasti čnosti [%]

Kut

unu

tarn

jeg

tren

ja [°

]

Slika

5.4.

Korelacija indeksa plastičnosti s vršnim kutom unutrašnjeg trenja

Uspoređujući rezultate ovog rada s rezultatima istraživanja navedenih autora,

zamjetno je dobro poklapanje korelacijskih vrijednosti vršnog kuta unutrašnjeg trenja u

odnosu na indeks plastičnosti. Usporedba rezultata prikazana je u Tablici 5.3.

Tablica 5.3 Usporedba rezultata mjerenja s mjerenjima drugih autora

Uzorak br. USC klasifikacija Indeks

plastičnosti IP [%]

Vršni kut unutrašnjeg trenja ϕ [°]

Vlastita ispitivanja Ortolan & Mihalinec

(1996. - 2007.)

1 CL 14,20 32,6 31,9

2 CL 15,29 31,3 31,5

3 CL s pijeskom 17,58 29,3 30,5

4 CL 20,88 28,2 29,0

5 CL 23,75 26,8 27,6

6 CH s pijeskom 30,81 24,7 24,6

7 CH pjeskovita 34,96 22,9 23,2

8 CH 37,62 22,5 22,5

9 CH 40,81 21,3 21,8

10 CH 49,61 18,3 20,7

26

6. Zaključak

Posmična čvrstoća tla jedna je od najvažnijih fizikalno-mehaničkih

karakteristika tla. Nju čine kohezija i kut unutrašnjeg trenja. U ovom završnom radu

pokazali smo čvrstu zavisnost vršnog kuta unutrašnjeg trenja s indeksom plastičnosti, tj

potvrdili dobivene rezultate stručnjaka koji su se još od prije bavili tim proučavanjem.

Rezultati mjerenja u ovom završnom radu dobro se poklapaju s rezultatima koje su

dobili stručnjaci poput Ortolana i Mihalineca u svojim istraživanjima.

7 . Literatura

1. Najdanović, N (1962). Mehanika tla, Rudarsko- geološki i Građevinski fakultet

2. Marić, Lisac, Szavits-Nossan (1998) Geotechnical Hazards

3. Percel, B (1982): Osnovna mehanika tla i temeljenje građevina

4. Nonveiller,E (1979): Mehanika tla i temeljenje

5. Roje-Bonacci, T (2003): Mehanika tla

6. www.geoengineer.org, Soil Mechanichs Laoratory

27

8. Sažetak

Autor: Danijel Filipović

Naslov: Korelacija kuta unutrašnjeg trenja s indeksom plastičnosti

Tekst sažetka:

Posmična čvrstoća tla je vrijednost posmičnog naprezanja pri slomu duž klizne

plohe u tlu. Mjerenja posmične čvrstoće su izvršena u geotehničkom laboratoriju prema

normi BS 1377-7:1990, na uređaju za izravni posmik s kontroliranom deformacijom. U

svrhu dokazivanja čvrste korelacijske veze između vršnog kuta unutrašnjeg trenja s

indeksom plastičnosti, ispitano je nekoliko uzoraka koherentnog tla različitog indeksa

plastičnosti, izračunatog na temelju granice tečenja i granice plastičnosti. Uzorci za

ispitivanje uzeti su s više lokacija u sjeverozapadnom i istočnom dijelu Hrvatske.

Provedena ispitivanja i rezultati mjerenja u ovom završnom radu potvrđuju ispitivanja

koja su već ranije izvršili poznati stručnjaci poput Ortolana i Mihalineca. Interpretacija

rezultata jasno potvrđuje predviđenu korelacijsku zavisnost između indeksa plastičnosti

i kuta unutrašnjeg trenja i pokazuje da se ti rezultati mjerenja dobro poklapaju s

rezultatima ispitivanja drugih autora , što je bio i cilj ovog završnog rada.

Ključne riječi:

- izravni posmik

- korelacija

- posmična čvrstoća tla

- indeks plastičnosti

- kut unutrašnjeg trenja

28

Prilozi:

U prilozima nalaze se rezultati svih mjerenja koja su se vršila prilikom ispitivanja uzoraka u

geotehničkom laboratoriju. Ta mjerenja su pokazatelji rezultata koji se poklapaju sa

istraživanjima stručnjaka poput Ortolana i Mihalineca što je bio i cilj ovog završnog rada.