G-O-43 Mehanika tla · (skelet) Vazduh Voda ... Les 50 1,00 Meka glina 60 1,50 Mulj 80 4,00. G-O-43: Mehanika tla 17 5.5 Zbijenost tla Zbijanjem se smanjuje zapremina tla a povećava

1

Građevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u NišuStudijski program Arhitektura

Katedra za građevinsku geotehniku

FUNDIRANJE

4. ISTRAŽNI RADOVI U TLU.5. SASTAV I FIZIČKO-MEHANIČKE

OSOBINE TLA.

G-O-43: Mehanika tla 2

• Metodologija rešavanja geotehničkih problema:

• Prethodna geotehnička istraživanja

• Terenska istraživanja i ispitivanja

• Laboratorijska ispitivanja uzoraka tla

• Geomehanički proračuni ponašanja tla

• Izrada geotehničkog izveštaja

4. Uvod


• Cilj geotehničkih istražnih radova:

• Određivanje prostornog rasporeda slojeva

(dubina, debljina, prostiranje),

• Utvrđivanje režima podzemnih voda (pojave,

dubine, kretanje),

• Obezbeđivanje podataka o inženjerskim

osobinama tla i njegovom ponašanju u prirodnim

uslovima i uslovima nastalim izgradnjom objekta

4 Istražni radovi u tlu


• Sprovođenje geotehničkih istražnih radova:

• Na terenu (terenski istražni radovi),

• U laboratoriji (utvrđivanje fizičko-mehaničkih

osobina tla),

• Kroz geomehaničke proračune deformacija i

stabilnosti terena u očekivanim uslovima.



• Metode terenskih istražnih radova:

• Prethodna istraživanja (geofizička – daju

orijentacione podatke o tlu i vodi),

• Dubinska istraživanja (jame, bušotine, bunari),

• Dubinska ispitivanja (standardno penetraciono

sondiranje (SPT), statičko penetraciono

sondiranje (CPT) i dr.)



• Broj, raspored i dubina istražnih bušotina

– određuje se na osnovu veličine i vrste objekta i osobenosti terena


• Geotehnički profil terena

– dobija se presekom kroz više bušotina– služi za sagledavanje građe slojevitog terena

• Elaborat geotehničkih istraživanja– sadrži rezultate geotehničkih istraživanja i

ispitivanja za dati objekat i lokaciju


5.1 Faze materijala u tlu

Građevinsko tlo – prirodna mešavina zrna sitnijih od 60mm (čvrsta faza), vode (tečna faza) i vazduha (gasovita faza).

5 Sastav i fizičko-mehaničke osobine tla

Vazduh

Zrno

Voda


Zrna(skelet)

Vazduh

Voda

⇨ 3 faze:


Prirodno vlažno (nezasićeno) tlo


⇨ 2 faze:

Voda

Zrna(skelet)


Zasićeno tlo


⇨ 2 faze:

Vazduh

Zrna(skelet)


Suvo tlo



Model tla


5.2 Granulometrijski sastav tla

Granulometrijski sastav tla – težinsko učešće pojedinih frakcija zrna u odnosu na ukupnu težinu suvog uzorka iskazano u procentima.


5.3 Struktura tla

Struktura tla – prostorni raspored faza i način njihovog povezivanja.

• Krupnozrna (nevezana) tla – zrnasta strukturaa) rastresita strukturab) zbijena strukturac) veoma rastresita struktura


5.3 Struktura tla

Struktura tla – prostorni raspored faza i način njihovog povezivanja.

• Sitnozrna tla – zrna gline pločastog ili ljuspastog oblika obavijena dvostrukim vodenim filmom

a) saćasta struktura (prašina)b) pahuljasta struktura (prašina)c) disperziona – neporemećena sa flokulama (glina)d) disperziona – poremećena sa flokulama (glina)


Poroznost:

V

Vn v=

Koeficijent poroznosti:

ili (%)100V

Vn v =

s

v

V

Ve =

Zapremine:

Zrna(skelet)

Vazduh

Voda

Vs

Va

Vw

Vv

V

5.4. Poroznost i koeficijent poroznosti

(%)100V

Ve

s

v =ili

e1

en

+=

n1

ne

−=


Karakteristične vrednosti n i e :

5.4 Poroznost i koeficijent poroznosti

Vrsta tla n (%) e

Šljunkoviti pesak 20 0,25

Ilovača 33 0,50

Les 50 1,00

Meka glina 60 1,50

Mulj 80 4,00


5.5 Zbijenost tla

➢ Zbijanjem se smanjuje zapremina tla a povećava gustina (više zrna u jedinici zapremine) i otpornost na smicanje, a smanjuje deformabilnost.

➢ Pokazatelj zbijenosti: gustina u suvom stanju (ρd).

➢ Krupnozrno tlo zbija se vibracijama ili udarima

(vibro valjci, ploče, ježevi).

➢ Sitnozrno tlo zbija se kvazistatičkim sredstvima

(valjcima koji se kreću što sporije).


Sredstva za zbijanje


5.5. Zbijenost tla

▪ Relativna zbijenost – koeficijent koji pokazuje u kom je stanju zbijenosti tlo, u odnosu na njegovu najveću zbijenost.

▪ Relativna zbijenost krupnozrnog tla – iskazuje se Indeksom zbijenosti (gustine)(ID):

%100minmax

maxD

−

−=

ee

eeI

emax , emin - određuju se u laboratoriji, opitom

minimalne i maksimalne zbijenosti.


5.5 Zbijenost tla

▪ Klasifikacija krupnozrnog tla prema vrednosti ID :

ID (%) tlo

0 - 15

15 - 50

50 - 70

70 - 85

85 -100

veoma rastresito

rastresito

srednje zbijeno

zbijeno

jako zbijeno


5.5 Zbijenost tla

▪ Relativna zbijenost sitnozrnog tla – najčešće se iskazuje Stepenom zbijenosti (Sd)

%100maxd

dd =

S

γd [kN/m3] - ostvarena zapreminska težina tla u

suvom stanju

γd max [kN/m3] - najveća zapreminska težina tla u

suvom stanju maksimalno zbijenog uzorka (određuje se u laboratoriji, Proctor-ovim opitom).


5.5 Zbijenost tla

▪ Kriterijumi za ocenu zbijenosti i vlažnosti:

)%100(98 d S

%3 opt = ww

▪ Provera zbijenosti tla na terenu (u slojevima nasipa ili ispod temelja) najčešće se vrši opitom kružnom pločom i dr.


5.6 Sadržaj vode u tlu (vlažnost)

▪ Vlažnost (w) – odnos između težine vode (Ww) i

težine čvrstih čestica (Ws):

Vlažnost mekih i žitkih glina može biti i veća od 100%!

s

s

s

w

W

WW

W

Ww

−== ( )%100

s

w =W

Wwili

▪ Stepen zasićenja (Sr) – odnos aktuelne vlažnosti (w)

i vlažnosti zasićenog tla (wz), izražen u procentima:

( )%100z

r =w

wS

Sr = 0 - suvo tlo0 < Sr < 100% - delimično zasićeno tlo

Sr = 100% - zasićeno tlo


Stepen zasićenja (SR) - raspon vrednosti:

Vazduh

Zrna(skelet)

Zrna(skelet)

Vazduh

Voda

Voda

Zrna(skelet)

Suvo tloSR = 0

Nezasićeno tlo0 < SR < 100%

Zasićeno tloSR = 100%

Pokazatelji vlažnosti tla


▪ U laboratoriji se mere mase (m) i zapremine (V)

uzorka, a njihov odnos se iskazuje kao zapreminska (jedinična masa) ili gustina tla:

5.7 Težine i zapremine

▪ U geomehaničkim proračunima operiše se sa

naponima u tlu i silama, pri čemu masa (m) tla ima

težinu

( )33 cmgmtV

mρ ==

( )kNsmt 2 == gmW

▪ Zapreminska (jedinična) težina uzorka tla:

( )3mkNgV

gm

V

W=

==


▪ Zapreminska jedinična težina čvrstih čestica:


▪ Specifična težina tla:

( )3

s

ss mkN

V

W=

( )1w

sS

=G

Za prirodna tla: GS = 2.60 ÷ 2.80


Kvarc 2.66 Granit, Mermer 2.69Talk 2.70Gips 2.32Kalcit 2.72Hematit 5.20Kaolinit 2.60Montmorijonit 2.65 - 2.80Ilit 2.80

Za prirodna tla: GS = 2.60 ÷ 2.80

Minerali glina

Specifične težine (GS ) nekih minerala:



▪ Zapreminska (jedinična) težina vode (γw) - zavisi od

temperature, pritiska, geografske širine, ali se u

mehanici tla generalno uzima γw =9,807 kN/m3 i može

se zaokružiti na 9.81 kN/m3.

5.7. Težine i zapremine

( )3sd mkN

V

W=

▪ Zapreminska (jedinična) težina suvog tla:

▪ Zapreminska težina tla u nezasićenom stanju:

( ) ( )33

aws

ws kN/m2018kN/mVVV

WW

V

W=

++

+==


▪ Zapreminska težina tla u zasićenom stanju (γz) – kada

su sve šupljine i pore ispunjene vodom:

5.7. Težine i zapremine

▪ Zapreminska težina tla potopljenog u vodu (efektivna težina tla ispod nivoa podzemne vode koja se ne kreće):

V

WW

V

W wzszz

+==

wz −=


▪ Konzistencija – pokazatelj ukupne otpornosti sitnozrnog tla pri deformisanju. Zavisi od vlažnosti.

▪ Konzistencija tla se opisuje rečima: vrlo čvrsta, čvrsta, meka, itd., prema osećaju koji imamo kada uzorak gnječimo.

▪ Prema Atterberg-u, sitnozrno tlo (D<0.6 mm) može biti u čvrstom, polučvrstom, plastičnom i tečnom stanju konzistencije. Ta stanja su omeđena sadržinama vode (granicama konzistencije), prema sledećoj tabeli:

5.8 Plastičnost i konzistencija


5.8 Plastičnost i konzistencija

stanja konzistencije granice konzistencije

čvrstogranica skupljanja ws

granica plastičnosti wp

granica tečenja wL

polučvrsto

plastično

tečno

Stanja konzistencije u zavisnosti od sadržine vode:


▪ Vodopropustljivost – svojstvo tla (porozne sredine) da propušta vodu. Zavisi od granulometrijskog sastava, strukture tla, zbijenosti, itd.

5.9 Vodopropustljivost tla

voda

▪ Od vodopropustljivosti zavisi brzina sleganja tla pod opterećenjem (konsolidacija).

▪ Sitnozrno tlo – pore manjeg preseka → voda se sporo proceđuje →mala vodopropustljivost.



▪ Filtracija (kretanje vode kroz tlo) - posledica razlike pritisaka u tačkama A i B.

▪ Hidraulički gradijent (pad) od A do B:L

hh

L

hi 21

−=

=

L

▪ Koeficijent vodopropustljivosti (filtracije) k [cm/s] –brzina kretanja vode kroz tlo kada je i = 1.

▪ Vrednosti k su u vrlo širokim granicama (za čist pesak k = 0,5cm/s, a za visokoplastičnu glinu k = 3·10-8cm/s).


◼ U krupnozrnom tlu dominantno je dejstvo gravitacione (slobodne) vode.

◼ U sitnozrnom tlu dominantan uticaj, umesto gravitacije, imaju elektrohemijske i kapilarne sile (kapilarna i higroskopna voda).



▪ Ako na valjak tla deluje rastuća sila P, nastaće prvo kose pukotine, a zatim i lom valjka, tj. smicanje gornjeg dela po donjem pod dejstvom smičuće sile .

5.10 Otpornost tla na smicanje

N – N ravan najmanjeg otpora

▪ Smičuća čvrstoća tla (τf) – otpor koji je valjak pružio

dejstvu smičuće sile u ravni loma.

ugao nagiba ravni najmanjeg otpora



▪ Smičuća čvrstoća tla (τf) se izražava Coulomb-ovim

zakonom:

a) koherentno tlo b) nekoherentno tlo

tgf += c tgf =

– za vezana (koherentna) tla

– za nevezana (nekoherentna) tla (c=0)



▪ Smičuću čvrstoću tla čine 2 komponente:

tg

c – kohezija, koja povezuje čvrste čestice

– unutrašnje trenje između čestica

▪ Parametri čvrstoće (kohezija - c i ugao unutrašnjeg trenja - φ) određuju se laboratorijskim opitima

direktnog smicanja ili (bolje) triaksijalne kompresije.

▪ To nisu konstante za dato tlo jer otpor smicanju uzorka zavisi od njegove zbijenosti, vlažnosti, vrste opita, brzine opterećivanja, itd.



▪ Prosečne vrednosti c i φ za osnovne vrste tla:

vrsta tlaugao unutrašnjeg

trenja φ [º]vrsta tla

kohezija

c [kN/m2]

drobina 36 - 40 peskovita glina 15

šljunak 33 - 38čvrsta laporovita

glina20 – 40

šljunkovit pesak 31 - 34visoko plastična

glina50

pesak 30 - 35 glinoviti pesak 10 – 15

ilovača, les 16 - 26

glina 11 - 22


◼ Deformabilnost – svojstvo tla da pod opterećenjem (usled promene naponskog stanja) menja oblik (ako je nestišljivo) ili oblik i zapreminu (ako je stišljivo).

◼ Stišljivost - osobina tla da pod kompresionim opterećenjem smanjuje zapreminu uz promenu oblika.

- Tlo nema čvrstoću na zatezanje, pa se u njemu

javljaju samo normalni naponi pritiska (σ) i

naponi smicanja (τ).

5.11 Deformabilnost i stišljivost tla


- Sitnozrna tla – izrazito stišljiva ako opterećenje deluje

dovoljno dugo, pri čemu se istiskuju vazduh i voda iz

šupljina.

- Zasićena glina (vrlo slabo propusna) kod kratkotrajnog

opterećenja praktično je nestišljiva jer voda nema

vremena da napusti tlo. Tokom vremena usled istiskivanja

vode smanjuje se zapremina i dolazi do znatno većeg

konsolidacionog sleganja gline.

Krupnozrna tla – zbog neposrednog kontakta između zrna

malo stišljiva pod statičkim opterećenjem. Značajnije

deformacije mogu da nastupe u uslovima dinamičkog

opterećenja, ako je tlo slabo zbijeno.



▪ Stišljivost – svojstvo tla da pod dejstvom pritiska smanjuje zapreminu.


▪ I faza opterećenja (0-A) – deformacije proporcionalne opterećenju. Ako se rastereti tlo se vraća u prvobitni položaj, ali ne potpuno.

▪ II faza (A-B) – progresivno povećavanje sleganja. Ako se rastereti tlo se više ne vraća u prvobitni položaj.

▪ III faza (posle B) – naglo povećanje sleganja. Lom tla.



σ

ε=Δh/h

σ1 σ2

Δσ

ΔεKriva primarne kompresije

Kriva dekompresije (rasterećenja)

Modul stišljivosti:

kPaM12

12

V−

−=

=

▪ Stišljivost se najčešće ispituje u edometarskom opitu:- uzorak tla početne visine h vertikalno se opterećuje i rasterećuje pri čemu se meri promena visine Δh (bočne

deformacije su sprečene).

▪ Dijagram relativne kompresije:

▪ Pokazatelj stišljivosti – Modul stišljivosti tla (MV).

e1=Dh1/h

e2=Dh2/h


▪ Ekvivalentni modul elastičnosti (E) datog tla, za isto Δσ, može se sračunati iz izraza:


ν – Poisson-ov koeficijent za dato tlo

V

2

1

21ME

−

−−=

Stišljivost tla Mv [MN/m2]

vanredno stišljivo < 2

vrlo stišljivo 2 – 5

srednje stišljivo 5 – 10

manje stišljivo 10 – 40

malo stišljivo 40 – 100

vrlo malo stišljivo >100

Vrsta tla ν

šljunak 0.25

pesak 0.30

prašina 0.35

plastična glina 0.4 – 0.5

suva glina 0.25 – 0.35


▪ Ispitivanje na licu mesta (in situ), pogodno kada se iz slojeva krupnozrnog tla ne mogu dobiti neporemećeni uzorci za laboratorijska ispitivanja.

5.12 Penetraciono sondiranje tla

1) Standardni (dinamički) penetracioni opit (SPT) –registruje se broj udaraca (N) malja potreban za utiskivanje standardne "kašike" ili konusa za 30cm.


5.12 Penetraciono sondiranje tla

2) Statički penetracioni opit (CPT) – meri se otpor (qc)

pri utiskivanju konusnog vrha penetrometra u tlo.


Hvala na pažnji !Pitanja, komentari, sugestije...

[email protected]

www.gaf.ni.ac.rs/geotehnika

mailto:[email protected]

Documents

G-O-43 Mehanika tla · (skelet) Vazduh Voda ... Les 50 1,00 Meka glina 60 1,50 Mulj 80 4,00. G-O-43: Mehanika tla 17 5.5 Zbijenost tla Zbijanjem se smanjuje zapremina tla a povećava