UNIVERZITET "DZEMAL BIJEDIC" MOSTAR GRADEVINSKI FAKULTET

Prof. dr. MUSTAFA SELIMOVIC, dipl.ing.grad.

MEHANlKA TLA I TEMELJENJE

DIOI MEHANIKA TLA

MOSTAR,2000. god.

AUTOR: Prof. dr.Mustafa Selimovic, dip!. ing. grac. redovni profesor Gradevinskog fakulteta Univerziteta "Dzemal Bijedi6" u Mostaru

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE dio 1- Mehanika tla If iztlanje

RECENZENTI: Akademik prof. dr. Dzevad Sarae, dip!. ing. gracl. Prof. dr. Hamid Dolarevic, dip!. ing. grad.

Objavljivanje ovog udzbenika odobrilo je Nastavno - naucno vije6e Gradevinskog fakulteta u Mostaru, Odlukom broj: 120-20/99 od 27.1.1999. godine.

IZDAVAC: Gradevinski fakultet Univerziteta '

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE

DIO I MEHANIKA TLA

SADRZAJ ......................................................................................... 5 Predgovor drugom izdanju ................................................. , ......................... 15 Predgovor prvom izdanju ........................................ .................................... 17

POGLAVLJE I UVOD, POSTANAK, VRSTE I METODE ISTRAZIV ANJA TLA .............................................................. 19

1, UVOD ." .. "" ..... " ""."" ..... " .. " ........ """"" . """ ....... "" ... " ..... ".... 23 1.1. Opcenito 0 mehanici tla i mehanici stijena ............. ~................... 23 1.2. Primjena mehanike tIa i mehanike stijena .................................. 29

2. POSTANAK, PODJELA I NACIN RASPOZNA V ANJA TLA " .... ".""" .... """""" .... """"" " .. "" .. """. 33

2.1. Geoloski uslovi postanka tia ........................................................ 33 2.1.1. Raspadanje materijala ....................................................... 33

2.1.1.1. Mehanicki faktori ..................................................... 33 2.1.1.2. Hemijski [aktori ....................................................... 35

2.1.2. Transport raspadnutih dijelova ......................................... 36 2.1.3. Sedimentacioni procesi .... ; ................................................ 37 2.1.4. Mineraloski sastav tIa ....................................................... 38 2.1.5. Struktura sedimentnog tIa ................................................. 39 2.1.6. Sedimentna tIa i stijenski masiv ....................................... 41

2.2. Vrste tla i nacin raspoznavanja .................................................... 43 2.2.1. Osnovne vrste tIa .............................................................. 43 2.2.2. Identifikacija tIa na terenu ................................................ 45

2.2.2. L Krupnozrna tIa .......................................................... 45 2.2.2.2. Sitnozrna tIa ............................................................. 46

3. ISTRAZNI RADOVI I UZlMANJE UZORAKA TLA .................. 51 3.1. Metode izvodenja istraznih radova .............................................. 51 3.2. Rekognosciranje terena i prikupljanje podataka ......................... 53 3.3. Posredna i direktna istraiivanja te-rena ....................................... 54

Melumiko tlo 5

Sadriaj

3.3.1. Geoelektricna metoda ....................................................... 54 3.3.2. Seizmicka ispitivatlja ......................................................... 56 5. VODA U TLU ...................................................................... 131 3.3.3. Radioaktivno ispitivanje ................................................... 58 3.3.4. Sondazni iskopi ................................................................. 58 3.3.5. Sondazne busotine ............................................................ 61

3.4. Uzimanje uzoraka tla i stijena ...................................................... 67 3.4.1. Rueno uzimanje uzoraka ................................................... 68 3.4.2. Mehanicko uzimanje uzoraka ........................................... 69 3.4.3. Jezgra stijenskog masiva ................................................... 73

5.L Oblici pojave vode u tlu ............................................................... 131 5.2. Kapilarnost i kapilame sile .......................................................... 132

5.2.1. Pojava kapilarnosti ............................................................ 132 5.2.2. Kapilarnost u lIu ............................................................... 134 5.2.3. Odredivanje visine kapilamog podizanja vode ................. 135

5.3. Propusnost tla .............................................................................. 139 5.3.1. Proticanje vode kroz vodopropusno tlo ............................ 139 5.3.2. Mjerenje koeficijenta propusnosti u laboratoriji .............. 144

5.3.2.1. Ispitivanje propusnosti penneametrom sa konstantnim padom ............................................. 145

POGLAVLJEU GEOMEHANICKE OSOBlNE, KLASIFIKACIJE I METODE ISPITIV ANJ A TLA ..... ................ ............... ..... ................. ........ ............ ..... 77 5.3.2.2. Ispitivanje propusnosti sa opadajucim

pritiskom vode ......................................................... 146 5.3.3. Mjerenje propusnosti tla na terenu ................................... 149 4. FIZICKE OSOBINE TLA I KLASIFIKACIONI SISTEMI ......... 81

4.1. Faze materijala u tIu .................................................................... 81 5.3.3.1. Neposredno rrljerenje propusnosti tla .................... ., 150 4.2. Gustoea i specificna tdina cvrstih cestica tla ........... ,................. 82 5.3.3.2. Mjerenje propusnosti t1a ispumpavanjem vode 4.3. Poroznost i koeficijent pora ......................................................... 84 iz bunara .................................................................. 150 4.4. Indeks gustoee nekoherentnog tla ............................................... 88 5.3.3.3. Mjerenje propusnosti tla metodom Lefranc ............ 152 4.5. Vlaznost t1a .................................................................................. 89 5.3.4. Ispitivanje vodopropusnosti stijenskog 4.6. Gustoea i jedinicna tdina tla ...................................................... 92 masiva "in situ" .................................................................. 158 4.7. Granulometrijski sastav ............................................................... 98 5.3.5. Djelovanje mraza na tlo .................................................... 161

4.7.1. Metoda prosijavanja ......................................................... 99 5.3.5.1. Faktori koji u\jecu na osjetljivost tla na mraz .......... 161 4.7.2. Metoda sedimentacije ....................................................... 101 5.3.5.2. Kriteriji za ocjenu postojanosti tla na mraz ............. 161 4.7.3. Kombinovana metoda ....................................................... 105 4.7.4. Stepen ravnomjemosti i kontinualnosti tIa ....................... 105 6. CVRSTOCA TLA ........................................................................... 165

4.8. Stanja i granice konzistencije ...................... : .............................. 106 6.1. Opste postavke ............................................................................... 165 4.8.1. Granica tecenja ................................................................. 107 6.2. Osnove cvrstoce na smicanje ......................................................... 166 4.8.2. Granica plasticnosti .......................................................... 110 6.3. Parametri cvrstoce na smicanje ..................................................... 170 4.8.3. Granica skupljanja ............................................................ 110 6.3.1. Trenje .................................................................................... 170 4.8.4. Indeksni pokazatelji .......................................................... 111 6.3.2. Kohezija tla ........................................................................... 172 4.8.5. Dijagram plasticnosti ........................................................ 113 6.4. Ispitivanje cvrstoce tla smicanjem ................................................. 173 4.8.6. Sadr:1:aj organskih materija u tlu ....................................... 114 6.4.1. Opit direktnog smieanja ........................................................ 174

4.9. Klasifikacija tla ........................................................................... 116 6.4.1.1. Aparat za direktno smicanje sa kontrolisanim 4.9.1. Svrha klasifikacije ............................................................ 116 prirastom sile ................................................................... 174 4.9.2. Klasifikacioni sistemi ....................................................... 116 6.4.1.2. Aparat za direktno smicanje sa kontrolisanim 4.9.3. Klasifikacija tla po granulometrijskom sastavu ................ 118 prirastom deformacija ..................................................... 176 4.9.4. Opis i simboli AC klasifikacije ......................................... 119 6.4.2. Opit triaksijalnog smicanja ................................................... 180 4.9.5. Jedinstvena klasifikacija ................................................... 121 6.4.3. Vrste ispitivanja i interpretacija rezultata ............................. 184 4.9,6. Prosirenajedinstvena klasifikadja tla za puteve i 6.4.3.1. Konsolidovani drenirani opit (CD) ................................. 184

aerodrome ......................................................................... 121 6.4.3.2. Konsolidovani nedrenirani opit (CU) ............................. 185 4.9.7. Klasifikacija tla prema Pravilniku ................................... 128 6.4.3.3. Nedrenirani nekonsolidovani opit (0') ............................ 187

."

6 Mei1ullika ITa Mehanika tla 7

Sadriaj Sadriaj

6.4.3.4. Anizotropno konsolidovani drenirani i nedrenirani opit (CAD i CAUl ....................................... 189

6.4.4. Opit kompresije sa slobodnim boenim sirenjem ................... 189 6.5. Karakteristike cvrstoce na smicanje tla .. , ...................................... 191

6.5.1. Cvrstoca na smicanje nekoherentnogtIa ............................... 191 6.5.2. Cvrstoca na smicanje koherentnog tl .................................. 196

6.6. OsjetJjivost i koloidna aktivnost tla ............................................... 199 6.6.1. Osjetljivost tla ....................................................................... 199 6.6.2. Koloidna .ktivnost tla ........................................................... 200

POGLA VLJE III RASPODJELA NAPONA, SLUEGANJE I SLOM TLA ISPOD TEMEUA ............................................................... 253

11. DEFINICIJE I PRORACUN NAPONA I DEFORMACIJA ...... 257 11.1. Sile, naponi i deformacije ............................................................ 257 11.2. Grafii;ko prikazivanje napona ...................................................... 260 11.3. Ukupni, efektivni i neutralni naponi u tlu ................................... 264 11.4. Odnosi izmedu napona i deformacua .......................................... 267 11.5. Porni pritisci u tlu ........................................................................ 271 11.6. Prirodni naponi u tlu .................................................................... 273

7. STISWIVOST TLA ........................................................................ 203 7.1. Stisljivost, slijeganje i konsolidacija tla ......................................... 203 7.2. Edometarski opit stisljivosti .......................................................... 204

7.2.1. Opis edometra ....................................................................... 204 7.2.2. Provodenje ispitivanja ........................................................... 206

7.3. Pardmetri stisljivosti, deformacija i konsolidacije ......................... 206 12. RASPODJELA NAPONA U POLUPROSTORU USLJED

V ANJSKIH OPTERECENJA ....................................................... 277 12.1. Raspodjela kontaktnih napona na temeljnoj plohi ...................... 278 12.2. Aproksimativni proracun napona u tlu ........................................ 280 12.3. Naponi i deformacije u poluprostoru izazvani

koncentrisanom sHorn ........................... , ...................... , .. ' ............ 282 8. GEOMEHANICKA ISPITIV ANJA OBJEKA TA

OD ZEMLJANIH MATERIJALA ................................................ 217 12.3.1. Boussinesqovo rjesenje ......................................................... 282 12.3.2. Frohlichov obrazac ................................................................ 287

8.1. Opcenito 0 zemljanim objektima ................................................... 217 8.2. Ispitivanje, izbor i karakteristike materijala

12.3.3. Westergaardov obrazac ......................................................... 288 12.4. Ravni problemi za neke slucajeve opterecenja ............................ 289

12.4.1. Linijsko opterecenje .............................................................. 289 12.4,2. Ravnomjemo opterecenje II obIiku beskonacne trake ........... 292 12.4.3. Trokutasto opterecena temeljna traka ................................... 294 12.4.4. Trapezno opterecena temeljna traka ..................................... 296

za zernljane objekte ........................................................................ 218 8.3. Karakteristike zbijanja materijala .................................................. 219

8.3.1. Optimalni sadrz.j vode prema Proctoru ................................ 219 8.3.2. Kalifornijski indeks nosivosti - CBR opit ............................ 223 8.3.3. Ispitivanje stiSlj ivosti tIa kruZnom ploeom ........................... 226

8.4. Kontrola kvaliteta materijala u nasipima ....................................... 228

9. ISPITIV ANJE OSOBINA TLA NA TERENU ............................ 231 9.1. Sondiranje penetracijom ................................................................ 231

12.5. Naponi od ravnomjemog opterecenja pravougaonog oblika ....... 298 12.5.1. Princip proracnna .................................................................. 298 12.5.2. Steinbrennerova metoda ........................................................ 300

9.I.l. Standardni dinamicki penetracioni opit (SPT) ...................... 232 9.1.2. Opit lahkim dinamickim penetrometrom .............................. 234

12.6. Naponi od ravnomjernog opterecenja kn,znog oblika ................. 306 12.7. Newmarkova metoda ................................................................... 309

9.1.3. Staticki penetracioni opit ...................................................... 237 9.2. Mjerenje evrstoce na smicanje krilnom sondom ........................... 241 9.3. Probno opterecenje ........................................................................ 243

12.8. Napani od trouglastog opterecenJa na pravougaonoj povrsini ." ..................................... , ........................ 312

9.4. Ispitivanje i osmatranje podzemnih voda ...................................... 246 13. PRORACUN SLIJEGANJA TEMELJA ...................................... 315 10. PRlKAZIVANJE REZULTATA TERENSKIH I

LABORA TORIJSKIH ISPITIV ANJA ......................................... 249 10.1. Prikaz rezultata istrainih radova i

laboratorijskih ispitivanja ............................................................ 249 10.2. Geomehanicki elaborat 0 ispitivanjima tla .................................. 249

13.1. Tipovi i elementi za odredivanje slijeganja ................................. 315 13.2. Naponi od vlastite tezine i dodatni naponi .................................. 316 13.3. Osnovni principi proraenna slijeganja temelja ............................ 318 13.4. Neki izrazi za slijeganje temelja u propusnom tlu ....................... 321 13.5. Uticaji na objekat i kriteriji slijeganja ......................................... 325

8 MeliaJlika lla M ehanika tla 9

Sadriaj Sadr::oJ

14. NOSIVOST TLA ISPOD TEMELJA ........................................... 329 14.1. Kriticno i dopusteno opterecenje ................................................. 329 14.2. Prandtl i PrandtI - Caquotovo rjesenje

POGLAVLJE V PRITISAK NA POTPORNE I PODZEMNE KONSTRUKCIJE ................ 409

k . '. . 3'12 ntJcnog opterecenJ8 .................................................................... ' 14.3. Caquot - Buismanov obrazac ...................................................... 334 14.4. Terzaghijevo rjesenje ................................................................... 334 14.5. Brinch Hansenova metoda ......................................................... 339 14.6. Meyerhofovo rjesenje napona sloma tla ...................................... 344 14.7. Posebni uticaji na velicinu kriticnog opterecenja tla ................... 346

14.7.1. Uticaj podzemne vade ........................................................... 346 14.7.2. Uticaj slojevitosti tIa ............................................................. 347 14.7.3. Temelji uz kosinu i na kosini ............................................... 351 14.7.4. Medusobni uticaj temelja na slom tla ................................... 353 14.7.5. Uticaj dubine temelja na slom tla .......................................... 354

14.8. Koeficijenti sigurnosti i dopustello opterecenje .......................... 356

17. GRANICNA ST ANJA PLASTICNE RA VNOTEZE U POLUPROSTORU .................. 415

17.1. Kruto plastican model sa granicnim stanjima ............................. 415 17.2. Rankineovo stanjc plasticne ravnotde ........................................ 416

17.2.1. Opste postavke ...................................................................... 416 17.2.2. Aktivni pritisak tla prema Rankineovoj teoriji ..................... 421

17.2.2.1. Nekoherentnotlo ........................................................... 422 17.2.2.2. Koherentno tIo ............................................................... 424

17.2.3. Pasivni otpor tla prema Rankineovoj teoriji ......................... 427 17.2.3.1. Nekoherentno tlo ........................................................... 428 17.2.3.2. Koherentno tlo ............................................................... 429

17.2.4. Pritisakmirovanja ................................................................. 431

18. AKTIVNI PRlTISAK TLA NA POTPORNE POGLA VLJE IV KONSTRUKCIJE ................... 435 PROTICANJE VODE KROZ TLO I KONSOLIDACIJA TLA ................ 361 18.1. Metode odredivanja aktivnog pritiska ......................................... 436 15. PROTICANJE VODE KROZ TLO .............................................. 367

18.1.1. Coulombova teorija ............................................................... 436 18.1.1.1. Nekoherentno tlo ........................................................... 436

15.1. Stacionarno tecenje vode u tlu ..................................................... 368 18.1.1.2. Koherentno tlo ............................................................... 444 15.1.1. Strujne i ekvipotencijalne linije ............................................ 370 18.1.2. Culmannova metoda .............................................................. 449 15.1.2. Eksperimentalno rjesenje funkcije potencijaia ..................... 375 18.1.3. Rebhann - Ponceletova metoda ............................................ 451

18.1.3.1. Linija terena paralelna sa linijom ugla otpornosti na smicanje ..................................................................... 454

18.1.3.2. Presjecna linija terena sa linUom ugla otpornosti na smicanje se ne sijeku ...................................................... 455

18.1.4. Engesserova metoda .............................................................. 456 18.2. Posebni slucajevi proracuna aktivnog piitiska ............................ 458

15.1.3. Graficka aproksimacija funkcije potencijaia ........................ 377 15.1.4. Numericko rjesenje funkcije potencijala .............................. 380

15.2. Nestacionarno tecenje vode u tlu ................................................. 383 15.3. Uzgon i filtracioni pritisak ........................................................... 386

15.3.1. Uzgon u polju sa konstantnim visinskim potencijalom ........ 386 15.3.2. Uzgon u polju promjenIjivog visinskog potencijala ............. 387

16. KONSOLIDACIJA TLA ................................................................ 391 16.1. Uzroci i pojave kod konsolidacije ............................................... 391 16.2. Analogni model konsolidacije ..................................................... 393 16.3. Jednosmjema konsolidacija prema Terzaghiju ........................... 394

16.3. L Jedlladzba primarne konsolidacije ........................................ 394 16.3.2. Stepen konsolidacije ............................................................. 401

16.4. Raspodjela i oblik pocetnog pornog pri(iska ............................... 403

18.2.1. Opterecenje tla koncentrisanom silom .................................. 458 18.2.2. Djelovanje ravnomjemog opterecenjana tlo iza zida ........... 460 18.2.3. IzlomJjena linija (erena .......................................................... 463 18.2.4. Poligonalno izlomljena unutamja povrsina zida ................... 466 18.2.5. Uslojeno tlo iza zida .............................................................. 468 18.2.6. Uticaj podzemne vode na aktivni pritisak ............................. 469 18.2.7. Aktivni pritisak na armirano - betonski potpomi zid ............ 472

16.5. Konsolidacija za radijalno dreniranje .......................................... 407 19. PASIVNl OTPOR TLA .................................................................. 473 19.1. Uvod ............................................................................................ 473 19.2. Metode odredivanja pasivnog otpora tla ..................................... 474

10 Meluwikn ria Mehanika tla II

Sadriaj SadriaJ

19.2.1. Coulombova metoda ............................................................. 474 19.2.2. Culmannov graficki metod .................................................... 476 19.2.3. Rebhann - Ponceletova metoda ............................................ 478 19.2.4. Engesserova metoda .............................................................. 479

22.3. Oblici sloma i definicija koeficijenta sigumosti ......................... 548 22.4. Klasifikacija i tipovi klizista sa njihovim osnovnim obiljezjirna 550

22.4.1. Sipari ..................................................................................... 552 22.4.2. Lavine .................................................................................... 552

19.2.5. Kruzno - cilindricna klizna povrsina .................................... 479 22.4.3. Odroni ................................................................................... 552 19.2.6. Klizna povrsina u obliku logaritamske spirale ...................... 483 22.4.4. Rotaciono kliziste .................................................................. 553 19.2.7. Proraoun pasivnog olpora tla analitickom metodom ............. 488 22.4.5. SloZeno kliziste ..................................................................... 554

19.3. Primjena pasivnog otpora tla ....................................................... 490 22.4.6. Translatorno kliziSte .............................................................. 555 22.4.7. Tecenje .................................................................................. 556 22.4.8. Kompleksna kliziSta .............................................................. 556

22.5. Brzina klizanja ............................................................................. 557 20. POTPORNI ZIDOVI ...................................................................... 495

20.1. Opcenito 0 potpornim zidovima ................................................... 495 20.2. Vrste potpornih zidova ................................................................ 496 20.3. Dimenzioniranje i ispitivanje stabilnosti potpornih zidova ......... 502 23. METODE PRORACUNA STABILNOSTI KOSINA ................. 561

20.3.1. Kontrola ivicnih napona ........................................................ 503 20.3.2. Stabilnost zida protiv klizanja ............................................... 508 20.3.3. Stabilnost zida na prevrtanje ................................................. 510 20.3.4. Stabilnost tla i zida ................................................................ 511

23.1. Pregled metoda proracuna i njihova osnovna obiIjezja ............... 561 23.2. Metode granione ravnoteze .......................................................... 562

23.2.1. Osnove proraeuna metodom granicne ravnoteze ....... , .......... 563 23.2.2. Rezultantne metode ............................................................... 565

20.4. Uticaj slijeganja tla na stabilnost potpornog zida ........................ 512 20.5. Filteri iza potpomih zidova .......................................................... 512 20.6. Potporne konstrukcije u stijenskim masivima ............................. 515

23.2.2.1. Metoda krnga trenja ....................................................... 565 23.2.2.2. Metoda Iogaritamske spirale .......................................... 570

23.2.3. Metode Iamela ....................................................................... 572 23.2.3.1. Graficka metoda Iamela ................................................. 572

21. PODZEMNI PRlTISCI .................................................................. 519 23.2.3.2. Svedska analiticka metoda ............................................ 574 23.2.3.3. Bishopova metoda .......................................................... 577 23.2.3.4. lanbuovametoda ............................................................ 584

21.1. Pojam, vrste, mehanizam ispoljavanja i teorije podzemnih pritisaka ....................................................................................... 519

23.2.3.5. Pojednostavljena lanbuova metoda ................................ 591 23.2.3.6. Metoda Morgenstern. i Pricea ...................................... 592 23.2.3.7. Nonveillerova metoda .................................................... 597

21.2. B ierbiiumerova metoda ................................................................ 521 21.3. Engesserova metoda .................................................................... 523 21.4. Kommerellova metoda ................................................................. 524

23.3. Metode teorije plasticnosti .......................................................... 599 23.3.1. Metoda Sokolovskog ............................................................. 601 23.3.2. Limitna analiza ...................................................................... 603

21.5. Teorija Protodyakonova .............................................................. 529 21.6. Terzaghijeva teorija pritiska ........................................................ 533 21.7. Osvrt na ostale teorije pritiska ..................................................... 535

POGLA VLJE VI ST ABILNOST P ADlNA I KOSlNA .......................................................... 537

23.3.3. Analiza napona duz zadanih kliznih povrsina ....................... 605 23.3.3.1. Coulomb - Mobrov kriterij sloma ................................ 605 23.3.3.2. Nelinearan kriterij sloma .............................................. 605

22. OPCENITO 0 STABILNOSTI PRlRODNIH I 23.4. Metoda konacnih elemenata ........................................................ 607

VJESTACKIH KOSINA ................................................................ 541 POGLA VLJE VII 22.1. Osvrt na izucavanje stabilnosti pad ina i kosina ........................... 541 POBOLJSANJE OSOBlNA TLA .............................................................. 609 22.2. Uzroci nestabilnosti zemljanih i stijenskih masa ......................... 543

22.2.1. Obrazovanje kliznih povrsina u prirodnim uslovima ............ 544 24. METODE VJESTACKOG POBOLJSANJA OSOBINA TLA .. 613 22.2.2. Promjena uslova ravnoteze ................................................... 545 22.2.3. Ulicaj filtracije podzemne vade ............................................ 546 22.2.4. Uticaj likvifakcije pijeska ..................................................... 547

24.1. Tehnika sabijanja tla .................................................................... 613 24.2. Primjena geotekstila .................................................................... 615 24.3. StabiJizacija tJa ............................................................................ 616

12 Mehallikfl tla MelulIlika tla 13

Sadriaj

24.4. E1ektroosmoza ............................................................................. 617 24.4.1. Razvoj e1ektroosmoze ........................................................... 617 24.4.2. Princip primjene isusivanja tia elektroosmozom .................. 618 24.4.3. Elektroosmozno injektiranje ................................................. 620

24.5. Zamrzavanje tla ........................................................................... 620 24.6. -Injektiranje tla .............................................................................. 622

24.6.1. Razvoj injektiranja ................................................................ 623 24.6.2. Detinicija, svrha i prineip if\iektiranja .................................. 624 24.6.3. Probna injekeiona polja i osnovni parametri injektiranja ..... 626 24.6.4. Materijali i smjese za injektiranje ......................................... 631

24.6.4.1. Materijali za injektiranje ............................................... 631 24.6.4.2. Smjese za injektiranje ................................................... 633 24.6.4.3. Laboratorijska ispltivanja sirovina i

injekeionih smjesa ........................................................ 637 24.6.5. Strojevi, pribor i instrumenti za busenje i injektiranje ......... 640 24.6.6. Injekeioni radovi ................................................................... 645

24.6.6.1. Opcenito 0 vrstama injekeionih radova ......................... 645 24.6.6.2. Postupei injektiranja ........ : . .-........................................... 646

LITERA TURA .. " .......... " .......... "." .......................... " ............ "." .. 653

LIST A SIMBOLA .............................................................................. , ...... 663

INDEKS AUTORA .......................................................... : ........................ 671

INDEKS POJMOV A ................................................................................ 673

TUMAC SPECIFICNIH IZRAZA .......................................................... 677

GRCKl ALFABET ................................................................................... 685

14 MeiJalli/w Ilo

PREDGOVOR DRUGOM IZDANJU

Mehanika tla i temeljenje gradevina posljednjih deeenija dozivjeli su nagli razvoj, sto je posebllo usavrsello upotrebom numerickih metoda i savreJ11ene kompjuterske tehnologije, izazivajuci danas pravu revoluciju u inzenjerskoj praksi. Za prihvacanje novih koncepcija, njihovoga razv~ja i unapredivanja potreban je j novi pristup koji ce nas dovesti do rjesenja koja ce balje odgovarati od nekih dosadasnjih. Pri ovome potrebno je predznanje iz klasicnih metoda i rjesenja iz ove i drugih bliskih disciplina.

Iz prakticnih razloga knjigaje podijeljena u dva dijela: "Mehanika tla" i "Telneljenje", koja su se j do sada obicno odvojeno izucavala. Novim nastavnim planom i programom na Gradevinskom fakultetu u Mostaru ove dvije oblasti izucavaju se kroz jedan kolegij, radi cega je namjera autora da se gradivo prezentira objedinjeno. Prvo izdanje knjige "Mehanike tla" je preradeno, inovirano, dopunjeno i prilagodeno novorn sadrZaju ove knjige. Podjelaje izvrsena u 13 poglavlja, koja cine zaokruzenu cjelinu, ali su medusobno povezana u izlaganjima, pojrnovima i tematici.

Knjiga je namijenjena kako studentima gradevinarstva, arhitekture, rudarstva i inzinjerske geologije kao udzbenik, tako i inz.eujerirna u praksi na z:.jesavanju geotehnicke problernatike. Radi ovoga je gradivo obradeno sire j potpunije nego 5tO se moZe izloziti na redovnim predavanjima.

Priloreni dijagrami i tabele preuzete iz strane iii nase literature i prakse mogu korisno posluziti i in.zenjerima u praksL Teoretski dijelovi obradeni su prema klasicnim metodama, novim spoznajarna i rezultatima istrazivanja objavJjenim U obimnoj svjetskoj Iiteraturi. Pokusano je da se istakne zasto su potrebne odredene osobine, kako ih determinisati iii izmjeriti, U kojern obimu i kako ih stvamo koristiti u praksi.

U prvom dijelu knjige Mehanika tla u sedam poglavlja date Sll potrebne znacajke mehanike tla kao egzaktne nauke, koje treba upoznati prije razrnatranja tehnickih rjesenja za temeljenje objekata. Prva dva poglavlja upucllju studenta iii inzenjera kako da "osjeti" tlo, njegovo ponasanje i osobine. neophodne za daJjnje poznavanje materije i uspjesan rad u praksi. Putem opstih postavki, laboratorijskih i terenskih ispitivanja dolazi se do spoznaje 0 raspodjeli napona, nosivosti i sIijeganju tla, sto je obradeno u trecem poglavlju. Kako voda utjece i efekti njenog djelovanja na tIc i njegovu konsolidaciju prikazano je u cetvrtom poglavlju.

15

Metode odredivanja aktivnog i pasivnog pritiska tia prezentirane su u narednom, petoID poglavlju u obimu i na nacine koji omog~.6ujll upotr~bu i nj~hov ?~abi~ prema terenskim uslovima. U sklopu ove mat~rlJe obraden.l su dJei,omtcno 1 podzemni pritisci, prema klasicnim teorijama. Sesto poglavtJe. obu~vac~ uzroke pojava nestabiInosti, klasifikaciju i vise metoda proracuna stabIlnostI kosma, dok su sedmim poglavljem opisane neke rnetode ojacanja tla.

U ovom, drugom dijelu lmjige, Temeljenje, dati su opsti principi projektovanja i proracuna temelja, ukljucujuci i osnovne po~tavke Euroc~da 7~ koji se odnosi na geotehnicke radove (poglavlje VIIl). Metode I proraeun phtkog I dubokog temeljenja obuhvacene su poglavljem devet i deset, a zagati od nasutih materijala u poglavlju jedanaest. Materija je izlozena u sirem obimu taka d~ je moZe shvatiti student pocetnik, a vjerujem da korisno moze posluziti i inzenjenma u praksi. U poglavlju dvanaest obradene su, pored osiguranja iskopa i asanacije kliziSta, ankerisanja u tlu i stijenskom masivu, koji se posljednjih decenija veoma intenzivno primjenjuju u gradevinarstvu, rudarstvu, arhitekturi i prilikom zastite objekata. Osnove dinamicki opterecenih temelja j neke druge specificne metode temeljenja obradene su u trinaestom poglavlju jer smatramo njihovo poznavanje numim, prilikom temeljenja i zastite objekata.

Ovom knjigom prikazani su klasicni postupci prilikom proracuna i izvodenja temelja, kao i savremene metode i pravci, koji revolucionisu tehniku temeljenja. Ona ima svrhu da stimulira mlaa; kadar na daljnja proucavanja, razmisljanja i unapreaenja, a ne na odbacivanja tradicionalnih metoda graaenja. Cijenim da ce ova knjiga korisno posluziti u poslijeratnoj obnovi ; izgradnji zemlje i da ce nadomjestiti sadasnj i nedostatak ove strucne literature, kod nas. Ako i djelimicno u ovom smislu bude primljena ova knjiga, ona ce ispliniti svoju osnovnu namjenu.

Autar je nastojao u knjizi karistiti sto razumljivije i prihvatljivije izraze, sto nije bilo jednostavno zbog nepostojanja tradicije i odgovarajucih termina. Lektori M.Sator i N.Omerika ulozilj Sll dosta truda da tekst bude pristupacan, citak i jasan.

Posebnu zahvalll dugujem recenzentima, akademiku prof. dr. Dzevadu Saracu i prof. dr. Hamidu Dolarevicu, koji su svojim primjedbama i savjetima doprinijeli boljoj obradi i jasnoci pojedinih oblasti.

Mostar, 2000. godine Prof. dr. Mustafa Sel;movic

16

PREDGOVOR PRVOM IZDANJU

U posljednjih sezdeset godina nauka 0 tlu, odnosno mehanika tla do~ivjela je nagli razvoj i afirmisala tlo kao gradevinski materijal, od koga i u kome se grade graaevinski objekti i znacajno definisala zajednicko djelovanje tla ; konstrukcije u fazi izvoaenja i eksploatacije objekta. Sagledavajuci znacaj i ulogu mehanike tla u cjelokupnom razvoju gradevinarstva, na Gradevinskom fakultetu u Mostaru iZllcava se gradivo koje je uskladeno sa postoje6im Nastavnim planom i programom kroz predmet Mehllnika tla i stijena, koji slusaju studenti lzvodacko - konstruktivnog i Hidrotehnickog odsjeka. U sklopu ovog predrneta izucavaju se i osnove mehanike stijena, koje nisu obradene u prezentiranoj materiji.

IzloZeno gradivo podijeljeno je na osam .poglavlja i dvadeset i cetiri potpogJavlja. Pojedina pogJavlja obradena su sire nego sto se mogu izloziti u redovnoj nastavi. Kao novo uvedeno je poglaylje Ojacanje tla, koje u drugim izucavanim disciplinama nije u cijeiosti obuhvaceno, a ima osnove da cini cjelinu ovog predmeta.

Od brojne literature koja je koristena 11 toku rada posebno isticem: Mehanika tla i temeljenje gradevina prof. dr E. Nonveillera, Mehanika tla u inzinjerskoj praksi prof. N. Najdanovica i dr R. Obradovica, Mehanika tla i Metode proracuna stabilnosti kosina u mehanici tla prof. dr Dz. Saraca i Mehanika tla prof. dr R. Stojad;novica i drugih autora. Ucinjen je pokusaj da se iz obimne grade saZmu bitnije klasicne metode i uvedu studenti u savrernenije, kako bi u praksi mogli odlucnije nastaviti sa izucavanjem i osavremenjavanjem ove znacajne inZenjerske nauke. Putokaz da se ovaj predmet priblizl citaocima bila su sje6anja i osnove koje sam stekao kod pokojnog prof. dr D. Krsmanovica, ciji sam aak bio.

Posebno se zahvaljujem recenzentima prof. dr Dzevadu Saracu i doc. dr Zlatku Langofu, koji su brizljivo pregledali teks! i dali korisne sugestije i savjete za poboljsanje sadrzaja i jasnoce prikazane grade.

Dragocjenu pomoc autoru u toku rada pruzili su Vera Bilopavlovic, Slavica DursuIn, Marija Bajcetic i Zivojin Ruzic, radnici RO "Hidroelektrane na Neretvi", kao i sarna Radna organizacija, na cemu im se zahvaljujem.

Mostar, septembra 1985.

17

POGLAVLJE I

UVOD POSTANAK, VRSTE I

METODE ISTRAZIV ANJA TLA

Szechy, 1973.

" ... Vrijeme je do sad bilo more .fto se polako giba meau velikim obalama trajanja. Sada je licilo na brzi tok rijeke koja nepovratno odnosi trenutke ... "

Mesa Selimovic "Dervis i smrt"

19

OPsti pojmovi iz Mehanike tla i Mehanike stijena sa historijskim razvojem i dosadasnjim iskustvima dati su u uvodnom dijelu ovoga

poglavlja. U drugom poglavlju obrazlozeni su faktori, koji utjecu na nastanak razliCitih vrsta tla, sa razliCitim strukturama i vrstama koje je potrebno na terenu identificirati. Radi uporedbe sa tlom date su i osnovne fizicko-strukturne osobine stijenskog masiva. Metode izvodenja istraZivackih radova sa uzimanjem uzoraka tla su znacajne za odredivanje geotehnickih osobina tla, koje su prikazane u posebnom trecem potpoglavlju.

2J

tTi ,:J

(i.1.

1. Uvod

UVOD OPCENITO 0 MEHANICI TLA I MEHANICI STiJENA

Mehanika tIa, kao dio opste mehanike, bavi se tcorijskim i prakticnirn proucavanjem fizickih, mehanickih, hemijskih i inzenjerskih osobina tia, kao i izucavanjem medusobnog djeJovanja izmcclu objekta i till., te ponasanja prirodnjh kosina i objekata izgradenih od zemljanih materijaia, ukljucujuCi rnetode ojacanja tla.

ana ima veoma siroku primjenu kod projektovanja i gradenja temelja objekata, iZllcavanja stabilnosti prirodnih padina i vjestackih kosina, te kod gradenja nasipa, putevll., ieljeznica., aerodroma, zemljanih brana i drugih radova u domenu gradevinarstva, arhitekture i urbanizma, rudarstva i geologije.

su:

Osnovni zadaci mehanike tIa iii, blize reeeno, m,ehanike gradevinskog tla

(a) Izucava'\ie fizickih, mehanickih i hemijskih karaklerislika tla i metoda pomocu kojih se odreduju parametri kojima se karakteriSu ove osobine.

(b) Iznalazenje odllosa izmedu napona i deformacija u funkciji vremena, tc odredivanje kriterija sloma.

(c) Raspodjela napona i deformacija ispod objekta u tlu iIi unutar zemljanog objekla, usljed djelovanja vanjskog oplerece'\ia i unutrasnjih sila.

'(d) Uspostavljanje odnosa izmedu toka sIijeganja, vremena i konsoJidacije tla nastaJe pod djelovanjem opterecenja, tc razmatranje uticaja vode na tlo i njegove osobine.

(e) Metode i nacill iznalaienja pritiska na potporne i podzemne konstrukcije i provjera njihove stabilnosti.

(f) Izucavanje cvrslo6e i stabilnosti Ila i objekata od zemljanih materijala, tc mctode proracuna nosivosti tla~ stabilnosti prirodnih i vjestackih kosina.

(g) Poboljsanje fizicko-mehanickih i defonnacionih osobina tla, Ie micaj dinamickog opterecenja na tla.

Navedene osnovne grupe ne mogu se odvojeno tretirati, jer su najcesce rneausobno povezane, te se u novije vrijeme razmatraju kao jedna cjelina.

Tlo u inzenjcrskom smislu je relativl10 rastresita skupina minerala, koji se javljaju kao sedimenti anorganskih cestica i organskih materija sedimenata iznad cvrste stijenske podloge. Tlo se maze relativno lahko rasclaniti na njegove sastavne mineralne j organske dijelove,

Stijene, sa druge strane, imaju vrlo jaku unutrasnju koheziju i molekulamc sile, koje drze zma minerala zajedno na okupu. Liniju podjele izmedu tla i stjena

23

J Uvod, postanak, vrsle i mefode istraiivanja fla

kad nekih prirodnih materijala, koje susrecemo u gradevinskoj praksi, nije lahko povuci. Ostale naucne discipline imaju razlicite termine za tlo i stijenu. Tako npr. u geologiji se pod pojmom stijene podrazumijevaju sve materije nadene na zemljinoj kori.

Pod Mehanikom stijena podrazumijevamo naucnu i tehnicku discipIinu, koja se bavi ispitivanjima i istrazivanjima cvrstih (kamenitih) stijenskih masa, odnosno stijenskih masiva, kao prirodnih sredina, buduCih radnih sredina i sredina koje tokom njihovog koristenja sadejstvuju sa objektima i sa njima predSlavljaju jednu cjelinu~ u svrhu sto boljeg upoznavanja njihovih mehanickih osobina i Iljihovog mehallickog ponasallja pod djelovalljem datih optereeellja iii Ilaponskih stanja (KujundZic,1986).

Pod mehaoickim osobinama stijenskog masiva podrazurnijevamo one osobine, kaje se ispoljavaju pri djelavanju vanjskih sila. Njihove pojedine parametre najcesce nazivamo mehanickim karakteristikama. U ove mehanicke osobine uglavnom ubrajamo: (i) deformabilnost i (ii) mehanicke cvrstoce, odnosno otpornost

Mehanickim ponaSanjem stijenskog masiva najcesce obuhvacamo: 0) stanje napona, (ii) stanje deformacija, iIi (iii) sloma. Ovakvo ponasanje biva izazvano opterecenjem masiva datirn sistemom unutrasnjih i/ili vanjskih sila i/ili iskopom ulna stijenskom masivu.

Historijski promatrano Mehanika stijena je dugi vremenski period bila direktno u sklopu Mehanike tla, jer su irn velike slicnosti u vise teorija i kad mnogih problema. Iz same definicije Mehanike stijena proizlazi i predmet njenog proucavanja, koji se u osnovi svodi na sljedece oblasti:

(1) fizicko-mehanicka ispitivanja stijena, u laboratoriji i stijenskog masiva "in situ", te metade klasifikacije;

(2) opste fizicko-strukturne asobine, koje su u Mehanici stijena poznate kao: heterogenost, anizotropnost, diskontinualnost i prirodna napregnutost;

(3) stanje napona i deformacija u stijenskom masivu; (4) podzemni objekti i radovi, sa iznalaielljem podzemnih pritisaka,

njihovog mehanizma postanka, razvoja i intenziteta, sa metodama njihovog savladavanja;

(5) stabilnost prirodnih padina i vjestackih kosina u prirodnim i izrnijenjenim uslovima;

(6) terneljenje ulna stijenskom masivu i sigurnost konstrukcija na masivu i njihova osmatranja;

(7) uticaj vode i seizmike na stijenski masiv; (8) poboljsanje osobina stijellskag masiva; (9) djelovanje alata, strojeva i eksploziva na stijenski masiv i obratno. Metode Mehanike stijena Sli slicne metodama koje se koriste u srodnirn

tehnickim disciplinama, kao sto su: 0) teoretske metode zasnovane na teoriji 24----------------------------~M~,7ha-'~I~~a-a~a---------------------------

1. Uvod

elasticnosti i plastiCnosti, kao i na numerlckim metodama; (ii) eksperimentalne staticke iIi dinamicke metode provedene "in situ" iii u laboratoriji; (iii) modelske metode, kao sto su fotoeiasticni, geotehnicki i matematski modeli; (iv) metode osmatranja, i dr. Zbog ispucalosti stijenskog mas iva veca je primjena eksperimentalnih ispitivanja "in situ", nego u laboratoriji.

U gradevinarstvu i rudarstvu susrecemo se sa pojrnom Geotehnicko inienjerstvo, kojim se obuhvaca bavljenje primjenom gradevinskih tehnologUa na pojedine aspekte ponasanja tia i stijena. Obicno je geotehnicko inzenjerstvo vezano sarno za prirodne materijale, koji se nalaze blizu povrsine zemlje. Gradevinski inzenjeri ovim imenom nazivaju zemljane materijale i stijene, odnosno stijenski masiv (Holtz i Kovacs,1981).

Sire promatrano, Geotehnika je inzenjerska disciplina sastavljena od inZenjerske geologije i ostalih nauka 0 zemlji, kao sto su mehanika tia, mehanika slijena, hidraulika slijena i tla, temeljenje, zemljani radovi, hidraulika, hidrologija, hidrotehnicke inZenjerske konstrukcije, injekcioni radovi, ankerisanja, tuneli, podzemni radovi i objekti itd. (J umikis,1979).

Tlo je materijal koji je priroda stvarala tokom veoma dugih vremenskih perioda pocev od forrniranja Zemljine kore na koju su djelovali najrazlicitiji mehanicki, fizicki, hemijski, biohemijski i drugi uticaji, usljed cega su se mijenjale i osobine tIa. Zbog toga je povrsinski dio Zemljine kore, koji je interesantan za mehaniku tla i temeljenje, veoma heterogen. On sadrzi slojeve i proslojke razlicitih debljina, prostiranja, fizicko-mehanickih i deformacionih karakteristika, u cijem sastavu se cesto nalaze i osnovne stijene iii mjesavina produkata njihovog raspadanja. Osobine ovako neujednacenog sastava tla ne mogu se definisati jednostavnim odnosima i matematskim izrazima. Upravo zbog heterogenosti potrebno je vise sistematskog rasudivanja i proucavanja tla za svaki konkretan slucaj kako bi se otklonile opasnosti svojstvene tak.vom materijalu.

Koristenje tla za temeljenje primitivnih naseobina stare je koliko i ljudsko druS-tvo. Prahistorijski covjek je, napustajuci pecine u najstarija vremena, za podizanje sojenica na vodi poceo upotrebljavati temelje od drvenih sipova. Stare civilizacije i kulture ostavile su mnoga znacajna zdanja. Ta zdanja su zahtijevala odredena znanja i traiila pogodna rjesenja za sigumo oslanjanje temelja na tlo. Posebno je znacajno napomenuti da je bio izgraden veliki broj brana, pretezno od zemlje, radi akumuliranja vode za natapanje, vodovodnih sistema sa tunelima i akvaduktima, a mnogi ad njih i danas sluZe svojoj svrsi. Stad Grci a narocito Rimljani bili su poznati majstori za izgradnju slozenih sistema za vodosnabdijevanje. U ti. vijeku prije nase ere zapoceta je izgradnja vodovodnog sistema za Atinu koji je zavrsen 138. godine nase ere. Za izgradnju vodovoda Virgo u Rimu koji je izgraden prije nase ere u duzilli od 21 kilometar, trebalo je takoder poznavati tlo i rjesavati problematiku gradellja. Od tih davnih vremena, kada je stepen razvoja drustvenih sn

f Uvod, poslanak. I'rste i metode islraiivanja tla

donedavno, problematika temeljellja i tla rjesavala se na osnovu tradicija i licnog iskustva graditelja. Razvojem proizvodnih snaga nastale su potrebe za 'izgradujom slozenijih gradevina i ua manje sigurnim i poznatim dima, tako da postojece znanje nije bilo dovoljno, te je treba10 iznalaziti nova rjesenja i sukcesivno pomicati granice znanja. Tako su se vremenorn poeeli. postepeno rjesavati. i .sve komplieiraniji zadaei i unapredivati znanja iz mehamke tla. Uprkos tome bllo Je u pros 10m. ana Zalost i u danasnjem vremenu, vise primjera neuspje10g temeljenja, gdje se uslovi i posljedice nisu unaprijed procijenile, iii se nedovoljno studiozno, strucno i znalacki pristupiJo izvodenju.

Primjeri neuspjelih temeljenja poznatih gradevina u svijetu najbolje ce ilustrovati problem oslanjanja temelja na tIo i ispod njega.

Poznati turisticki atraktivan i klasican primjer gradevine koja je pretrpjela veliko slijeganje i naginjanje zbog neprikladnog temeljenja je toranj Katedrale u Pizi, u svijetu poznat kao Kosi toranj. Toranj je poceo da se gradi 9.8.1174, a posljednji sprat sa zvonikom zavrsen je 1370, godine, Tlo je sastavljeno od d~belih glinovitih naslaga sa proslojcima sljunka i pijeska neravnomJerno rasporedenih, pa je to uzrok jakom slijeganju i naginjanju od samoga poeetka izgradnje,

Most preko potoka Orasnica, na Zeljezniekoj pruzi Split-Knin u Hrvatskoj, koji je graden 1886, godine, projektovan je sa otvorom od 20,9 m, Temelji stupova upornjaka leie na slabo konsolidiranim jezerskim naslagama mehke glIne Ispod koje jE? sloj rastresitog pijeska. Vee u toku gradnje stupovi su se poeeli sl~egati. i naginjati prerna vani. tako da se raspon poveeao na 23,2 m, a ukupno sllJeganJe iznosilo je od oko 7,0 m, (Nonveiller,1981),

Dio luke u Barskorn zalivu, oakon sto je sagraden 1926. godine, kliznuo je u more u duzini od 120 m. Betonski blokovi pristanista oslonjeni su na nasip od lomljenog kamena, koji je leZao !la, do tada neotkrivenom, nagnutom glinenorn sIoju male otpornosti. Nakon punog opterecenja nastalo je klizanje tia kroz glinovite slojeve ispod temeijnog nasipa.

Ponekad prirodni uslovi i vjestacki izazvani zahvati pri temeljenju nameeu posebne probleme, Glavni grad Meksika (Ciudad Mexico) izrasta od 15 19,9odine u moderan grad na lagunama jezera. koje se postepeno isusivalo. Snizenje nivoa vade u jezerima i crpljenje vode iz podzemlja za snabdijevanje izazvalo je region.lno slijeganje grada, Zbog stalnog podizanja zgrada dolazilo je do pove6anih opterecenja, sto je izazvaJo dodatna regionalna slijeganja slabo konsolidiranih glinovitih jezerskih naslaga vecih od 6 m, Ova nejednolika slijeganja uzrokuju stalne probleme u temeljenju i kod davno i u novije vrijeme izvedenih objekata, (Nonveiller,1981),

Soliter u Smederevu visil1e 38,5 rn (Srbija) neravnouyerno se siebTflUO i nagnuo. a temeljen je na prasinastim glinama ispod kojih su muljevite gline i pijesci, Ispiranjem mUljevitog pijeska j slabljenjem na dijelu koji se manje slijegao ispravljenje; stabiliziran ovaj objelcat (ElordeviC, 1981),

26 Melwllika tiJ).

1. Ullod

Pocetkoll1 dvadesetog vijeka u Svedskoj se pojavio niz veeih klizista na zeljezniekim prugama, a pored toga doslo je ; do rusellja kejova u luc; Goteborg, To je hiD rezultat dubokih klizanja u glini, U Svedskoj je karakteristiena pojava klizanja u tzv. marinskim glinama. Ta pojavaje vezana za talozenje eestica u slanoj vodi (morima). Ispiranjem soli glina gubi cvrstocu i postepeno prelazi u teeno stanje, Klizanje kosina pri kopanju Panamskog kanala i plovidbenih kanala u sjevernoj Njemackoj izazvalo je vece gradevinske nesrece,

U posljednje cetiri deeenije srusilo se ili ostetilo viSe velikih objekata, koji Sll opterecivali tlo veJikom ukupnom sHorn oa relativno velikoj povrsini. lz velikog broja neuspjelog temeljenja silosa i rezervoara za tecna goriva otkrivene su greske u dopustenom optereeenju. dirnenzijama, dubioi i naeinu nanosenja opterecenja. Kao primjer rnogu se navesti dva sHosa u SAD za koje je dokazano da je opterecenje u momentu prevrtanja i rusenja bilo na granie! sloma. U jednom slueaju prasinaste gline, a u drugom gline, dozivjele su slom prilikom njihovog prvog punjenja, (Tschebotarioff, 1952; Nordlund i Deere, 1970),

St~tni uticaji oa objektima mogu se javiti u fazi ispumpavanja vode iz gradevinske jame, Naime, ako se ispumpava zamuljena voda, (0 je znak da dolazi do ispiranja sitnih eestica tla u okolini objekta, eime se stvara sacasta struktura, koja ugroZava stabilllost objekta,

1z navedenih primjera vidimo da je za terneljenje teskih i velikih gradevinskih objekata potrebno prouciti tlo i sve promjene koje ce nastupiti u toku i nakon izgradnje koriste6i pri tome strucne i naucne principe i iskustva sa vee izgradenih objekata,

Prve struene rasprave iz podrucja rnehanike tia uslijedile su vee u 17. vijeku, karla inace poeinje nagliji razvoj inzenjerske nauke. U ] 9. vijeku nastupa snmn razvoj tehnike i nauke u gradevinarstvu. Pojavljuju se novi rnaterijali i sredstva za rad, koji stvaraju rnogu6nosti izgradnje veeih i slozenijih objekata. Pojavom celika i cementa, eksploziva, busHiea na komprirnirani zrak i drugih strojeva mijenjaju se uobicajene konstrukcije u gradevinarstvu. Ovi materijali znatno su povecali djelokrug gradenja, tako da je bilo potrebno intenzivnije proucavati osobine heterogenog sloja zemJj ine kore i pronaci metode za jednostavnija, bru i racionalnija rjesenja.

Najraniji teorijski radovl iz mehanike tia javili su se u Franeuskoj vee 11 18. vijeku, Coulomb (Kulon) je 1773, godine proueavao napone u sipkim materijalima i postavio zakon 0 linearnoj zavisnosti izmedu normalnog napona i otpornosti na smicanje. Taj zakon je postao osnovni postulat teorije graniene ravnoteze u tlu. On je uglavnom razmatrao probleme pritiska na potporne zidove, ali je analizirao i stabilnost vertikalnih odsjecaka u koherentnom tlu sa uvedenim hipotezama koje uglavnom odstupaju od stvarnosti. Collin (Kolin) je 1846, godine razmatrao stabilnost kosina u glinarna i obljavljeni rezultati predstavljaju znaeajan i pionirski doprinos razvoju mehanike tla, a posebno razvoju teorije stabilnosti kosina.

M(l/umikn fla 27

I Uvod, poslanak, v/'ste ; ,"clade is!/' l:ivanja fla

Pocetkom dvadesetog vijeka dolazi do intenzivnih radova i brzog razvoja industrijalizacije, sto je dovelo do potrebe za novim pristupima kod projektovanja i graaenja: rnnogih rastucih gradova, tunela za saobracaj i iskoriStenje vodenih snaga, sve vecih i visih brana za akumuliranje voda za vodoprivredu, poljoprivredu, energetiku, pice i industriju. zatirn (uckih pristanista, modernih cesta, zeIjeznica i aerodroma, tenno i atomskih elektrana, objekata za vojne svrhe, raznih transportnih i skladisnih prostora za zmastu masu i tecna goriva, visokih telekomunikacionih objekata, velikih industrijskih postrojenja, itd.

Takay nagli razvoj utjecao je na to da se pocetkom dYadesetog vijeka zapocne sa eksperimentalnim ispitivanjem i izucavanjem osobina tla~ a posebno u domenu gradevinarstva. Atterberg, Petterson i Fellenius u Svedskoj, Krey u Njemackoj, a posebno Austrijanac Terzaghi u SAD udarili su temelje danasnjoj nauci, koja je dala mnoga racionalna rjesenja za materijale koji se koriste kao gradevinsko tIo iii materijal za gradenje.

Grana tehnicke nauke nazvana mehanika tia formirana je prvi put od strane Karla Terzaghija, koji je svoje rezultate eksperimentalnog istrazivanja fizicko - mehanickih osobina tla i bogate rnaternatsko - mehanic;ke analize deformacionih procesa u zemljanom tIu objelodanio 1925. godine u knjizi Mehanika zemljanih radova na temelju fizikalnih osobina tla (Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer grundlage). Pojavom ove knjige poceo je nagli razvoj nove nauke 0 tIu-mehanike tla. ana je omogucila brze i racionalnije rjesavanje problema temeljenja nastalih ubrzanim razvojem gradevinarstva u posljednjih sedamdeset godina. Uporedo sa razvojem ove grane fonniraju se i mnoge laboratorije za ispitivanje fizicko - mehanickih osobina tla kao prirodnog nosioca optereeenja od objekta, iii kao materijala u sastavu vjestackih zemljanih objekata. Pokazalo se da se uzimanjem uzoraka na terenu i ispitivanjem u laboratoriji mogu odrediti mnoge karakteristike tia potrebne za pouzdan proracun: moei nosenja temeljnog tla, slijeganja objekata, stabilnosti padina, kosina i usjeka., nasipa i potpornih konstrukcija, osiguranja gradevinskih jama, te za ispravno koristenje i ugradivanje materijala pri izvodenju saobracajnica, aerodroma, brana i drugih vjestackih objekata od zemljanih materijala.

Uzorci koji se ispituju u laboratoriji ne odraiavaju u potpunosti pravo stanje u realnoj sredini zbog naeina, obima, oblika i velicine uzetih uzoraka, metodoJogije ispitivanja j izbora reprezentativnih uzoraka tla za ispitivanje. avo je razlog da se sarno u sprezi teorijskog, ispitivackog i matematskog aparata sa licnim iskustvom, osmatranjem i logickim tumacenjem prirodnih okolnosti u mehanici tla mogu ocekivati zeljeni rezultati.

Cesto se ono sto je unutar tla ne shvaca inzenjerski vaznirn, jer se od toga ne stice ugled, a ono se u vecini slucajeva pokazalo najbitnijim. Prof. Nonveiller je u svojoj knjizi Mehanika tla i temeljenje gradevina naveo kao moto izvod iz predavanja K.Terzaghia: .

28 Me/wlllla ria

UTemelji grailevina uvijek su hili pastorcad zato sto nema slave u temefjenju i sio uuoei uspjeha iii neuspjeha leze skriveni duboko u tlu, ali djeta osvete temelja zbog pomanjkanja brige 0 njima mogu biti veoma zbunjujuca ... "

Dugo su projektanti iIi konstruktori promatrali svaki diD objekta neovisno o rnjestu, nactnu, uslovima i prirodnim okolnostima tla na kojem se vrsi temeljenje. Zbog toga su nastaH nesporazumi oko potrebe i obima provodenja istraznih radova na terenu, te je jednostrano gledanje dovodilo i do steta na objektima.Tezina objekta prenosi se na tlo u kome izaziva odredene prornjene u naponima i deforrnacijarna tla i one uijecu na stabilnost i funkcionalne karakteristike cjelokupne konstrukcije objekta. Sarno sveobuhvatnim promatranjem tIa kao bitnog nosioca optere6enj~ skupa sa svim dijelovima graaevine, doprinosi se sigurnijem i raeionalnijem projektovanju i izvodenju, danas sve vecih i slozenijih gradevina, koje se izvode u sredinama sa losijim geotehnickim karakteristikama.

Plejada strucnjaka u svijetu nakon Terzaghia dala je znacajan doprinos razvoju mehanike 11a, a pojed.ine njihove metode upotpunile su njenu sve vecu primjenu kao npr.: Bishop, A.; Boussinesq; Caquot A.; Casagrande A.; Jaky J.;Meyerhof G.; Mohr D.; Newmark N.; Rankine W.; Skempton A.; Sokolovski V.; Taylor D.; Atterberg A.; i mnogi drugi.

Poslje Drugog svjetskog rata na prostorirna bivse Jugoslavije ucinjen je vidan napredak na teorijskom i eksperimentalnom rjesenju problematike temeljenja velikih objekata, na tl.o iii stijenskorn masivu slozenih fizicko - mehanickih karakteristika. Ofonnljeni su mnogi geotehnicki instituti, zavodi i laboratorije, u koje je bio ukljucen veei broj istrafivaca, koj i su doprinijeli boljem poznayanju tla i stijena, te razvoju eksperimentalnih metoda ispitiyanja. Znacajan doprinos razvoju ove grane gradevinarstva, u okolisu nuSe zemije, dall su: Suklje L.; Sovine 1.; (Slovenija); Nonveiller E.; Verie F.; Kleiner I.; Jasarevie I.; (Hrvatska); Najdanovic N.; Stojadinovic R.; Kostic V.; Obradoyic R.; Kujundzic B.; (Srbija); Mitroy T.; (Makedonija); i dr.; a u nasoj zemlji: Krsmanovie D.; Dolarevic H.; Sarae Dz.; LangofZ.; i dr.

Posljednjirn ratom u Bosni i Hereegovini unisteni su rnnogi naucno-istraiivacki kapaciteti, smanjena materijalna osnova i izgubljeno dosta strucnih kadrova. Zbog ovoga ce trebati vremena da se obnove kapaciteti i obrazuje mlaoi kadar, kako bi se sto prije dostigao nivo saznanja razvijenih zemalja iz ove oblasti, veoma znacajne za obnovu nase zernlje.

1.2. PRIMJENA MEHANlKE TLA I MEHANlKE STUENA

Mehanika tla kao tehnicka disci pi ina ima siroku primjenu kod istraiivanja, projektovanja, izvodenja i kontrole temeljenja u gradevinarstvu, rudarstvu i kod ostalih tehnickih konstrukcija. Njena primjena usko je vezana za geologiju,

Mefwlfika tla 29

1 Uvod, pOSlanak. VY.I'te i metode istra::ivarria tla

mehaniku stijena, geofiziku i gradevinsko inzenjerstvo. Na mnogim pnmJenma nisko i visokogradnje moze da se ilustruje obimnost i sJoZenost koristenja ove discipline na temeljenju objekata kao sto su: vodoprivredni, poljoprivredni, eiektroprivredni, industrijski i podzemni objekti; saobracajnice, aerodromi, lucka pristanista, obaloutvrde, telekomunikacioni tomjevi, transportni i skladiSni prostori, naftna postrojenja, objekti za vojne svrhe itd. Stabilnost prirodnih padina i vjestackih kosinaje znacajna oblast koja se izucava U ovoj disciplini, ukljucujuci i stabilnost stalnih iii privremenih potpomih konstrukcija, te kontrolu toka i pritiska podzemne i povrsinske vode. Specifican domen primjene je kod rekonstrukcije i osiguranja starih i osteeenih objekata ratnim djejstvima iii zemljotresima.

Zemljani i kameni materijal cesto se koristi kao konstruktivni materijaI, jer je jeftin za mnoge nasute objekte. Inzenjerske osobine kao sto su cvrstoca, zbijenost i s1., ovih materijala Hi tla odnosno stijenskog masiva,. cesto su nedovoljne za prijem optereeenja,. te se vrse poboijsanja njihovih osobina raznim tehnickim zahvatima.

Temeljenje se mora izvesti sa sigurnoscu, ne sarno na staticka vee i na dinamicka opterecenja, kao sto su zemljotres, vibriranja, miniranja itd. Tezina svake gradevine mora se prenijeti na tlo iii masiv, na nacin da cvrsto i trajno budu povezani. Opterecenje se od gradevine rasprostire na odreden volumen tIa i u njemu izaziva nova naponska i deformaciona stanja, koja moraju biti u sagiasnosti sa karakteristikama objekta. Radi ovoga gradevinsko tlo, odnosno masiv, treba da se razmatra kao sastavni dio svake gradevine, odnosno tlo i objekat cine jedinstvenu konstruktivnu cjelinu.

U Mehanici tla koriste se teoretske metode elasticnosti i piasticnosti, koje Sll osnov i u gradevinskoj mehanici za kompaktnija tijela, nego sto je heterogeno tlo. Medutim, tlo ima i svoje specificnosti, pa je potrebno koristiti i dru~e metode i zakone, kojima se moze definisati konsolidacija tIa, unutrasnje trenje j kohezija, filtracija i uticaj vode na osobine tla, odnos napona i defonnacija za disperzione sredine i dr. Za istraiivanje tla koriste se, pored teoretskih metoda, i eksperimentalne sa ciljem dobivanja sto povoljnijih odnosa izmedu napona, deformacija, sloma i vremena, koji ce vjerodostojnije odraiavati ponasanje realne sredine. Sve savremenija laboratorijska oprema i primjena racunara omogucit ee daljnju teoretsku razradu i proracun kompleksnih odnosa u tlu. Kod ovih razmatranja treba biti obazriv, jer niti laboratorijska ispitivanja niti primijenjene racunske metode mehanike tla ne mogu obuhvatiti vjerno ponasanje realnog tla niti dati precizni rezultat kao kod drugih tehnickih disciplina. Zbog ovoga je potrebna sveobuhvatna analiza i logicno rasudivanje, a ne sarno rnehanicko i nekriticko prihvacanje dobivenih rezultata. Za ovo rasudivanje koriste se i rezultati modelskih ispitivanja, kao i rezultati osmatranja izvedenih objekata.

Mehanika tlaje II fazi neprestanog razvoja i usavrsavanja postojecih teorija i metoda proisteklih iz obimnih ispitivanja i posmatranja velikog broja izgradenih objekata, u raznim uslovima tla i stijenskog masiva. Danas se problemima

30 Melwlliku tia

1_ Uvod

mehanike tla bavi veliki broj istrazivaca u svijetu. Na medunarodnim kongresima, od kojih je prvi odr7.an u Cambridgeu 1936. godine, razmjenjuju su iskustva, verifikuju se ostvareni rezultati na studijskirn, naucnim i izvedenim radovima i iznose nove koncepcije iz teorije, istra.zivanja i l11etodologije gradenja. Sa istim ciljem odrZavaju se regionalna i nacionalna savjetovanja iz podrucja l11ehanike tla i mehanike stijena. Za unaprijedivanje ovih disciplina izdaje se ve6i broj periodicnih pub1ikacija, koje geotehnicki inzenjer treba da koristi kako bi stalno bio u trendu razvoja ovih discipIina i bio u mogucnosti da se njima koristi u praksi.

U svijetu i kod nas postoje odredeni standardi koji reguJisu I11ctode ispitivanja i opremu. kao i propisi za temeljenje. U nasoj zemIji koriste se predratni standardi za geomehanicka ispitivanja i Pravilnik 0 tebnickim normativima za temeijenje gradevinskih objekata (SUist SFRJ 15/90). Evropski komitet za standardizaciju izdao je za "Geotehnicko projektovanje" Eurocode 7 (Eurokod 7), kojem ce se u buducnosti prilagoditi nasi postojeci standardi.

*

Daljnji pravci razvoja mehanike tIa usmjereni su na detaljnije proucavanje osobina tia u laboratoriji i traienje rjesenja kojima hi se adekvatnije reprodukovali prirodni usJovi j uspostavili pravilniji odnosi izmedu napona,. deformacija, dopustenog optereeenja, koeficijenata sigurnosti i sloma materijala. Za tacnije odredivanje ponasanja materijaia u raznim prirodnim uslovima potreban je veci braj parametara -j primjena savremenijih matematickih aparata. Numerickim analizama i upotrebom kompjuterske tehnologije moei ce se unaprijediti mnoge metode i povecati koristenje ve6eg broja ulaznih parametara.

U ovome izdanju Mehanike till i temelje,ya obradenaje problematika lla bazi ldasicnih teoretskih rjesenja, ali su prikazani i savremeni postupci. Obuhvaceni su noviji rezultati, rjesenja i pravci razvoja nauke i prakse koji ce usmjeriti studente na iZllcavanje, a mladim inZenjerima u praksi ornoguciti brzo ukljucivanje u savremene tokove rjesavanja probJematike iz ove znacajne tehnicke oblasti.

MelulIIika tfa 31

2. Postanak, podjela i naCin raspo:;navanja Ila

.fi')POSTANAK, PODJELA I NACIN . .' RASPOZNA VANJA TLA

U prirodi postoje razne vrste tla sa veorna razlicitim fizicko -mehanickim i opcenito geotehnickim osobinama, koje se u inzenjerskoj praksi radi prepoznavanja moraju jednoobrazno identificirati. Razlike su nastale nacinom njihovog postanka, uslovima pod kojima su vijekovima formirani i uticajima koji su na njih djelovali. Sadasnji sastav tla nastao je, dakle, zajednickim i neprestanim promjenama prilika, tektonskim pomjeranjima, djelovanjem vode, temperatura i vjetra, raspadanjem i drugim procesima i faktorima.

2,1. GEOLOSKI USLOVI POSTANKA TLA

U periodu od oko cetiri milijarde godina, koliko traje proces tormiranja nase planete, mijenjao se Zemljin oblik. sastav Htosfere i atmosfere, raspored i osobine atmosferilija, a za vrijeme kataklizmi i dugotrajnih tektonskih pojava i naponi, temperature i vlaga u Zemljinoj korL Posljedice tih dugih i sporih procesa su promjene sastava i osobina na Zemljinoj kori, koja je interesantna sa stanovista mehanike tla i temeljenja.

Od postanka Zemlje na njenoj povrsini djeluju razni faktori, koji dovode do formiranja tIa, a U osnovi to su:

(a) raspadanje i dezintegracija prvobitnih stijena; (b) transport raspadnutog materijala; (c) sedimentacija-talozenje transportovanih cestica.

2.1.1. RASPADANJEMATERUALA

Sva tIa koja se nalaze na povrsini Zemljine kare nastala su raspadanjem CVfstOg stijenskog masiva. U prirodi se ovo raspadanje obavlja mehanickim I bemijskim putem., kao i njihovim uzajamnim djelovanjem.

2.1.1.l. Mehanickifaktori

Cvrsta Zemljina kora izlozena je od svoga postanka promjeni napona, usljed pritisaka, savijanja, lstezanja, uvijanja itd. Ove pojave rezultat su dugorocnih sezonskih temperatumih promjena i gravitacionih sila nastalih rotacijom Zemlje,

Meliallika tla 33

1 Uvod, poslanak vrsle i me/ode iSlraiivQ1!ia I/a

Mjeseca i drugih nebeskih tijela. Tektonske sile koje izazivaju promjene na Zemljinoj kori u raznim razdobljima j na raz1icitim mjestima, deformisu cvrsti slijenski masiv u obliku rasjeda, boranja iii navlacenja (sI.2.1.). Koji ce se oblik javiti, ovisi 0 fizickim osobinarna masiva, od dubine procesa i od velicine, pravca, jaCine i duzine djelovanja lektonskih sila.

Kod boranja deformacije plasticno preoblikuju masiv iii se stvaraju pukotine koje se otvaraju na mjestima rastezanja, gdje nastupa otkidanje i usitnjavanje materijala, '! ~ ~onama pritiska nastupa drobljenje masiva (s1.2.l.-a,d).

(a) (b) (c)

(d)

31.2.1. Osnovne lektonske jedinice iilosfere: boranje (a), tektonsko smicanje (b), navlacenje (e), bore sa antiklinalom (A), i sink/inalom (5) sa vlacnim (v), pritisnutim (P) i smicuCim (s) pukotinama (d) i erodiranje (denudacija) masiva (e).

Na rubovima rasjeda j navlaka dolazi do mrvljenja i usitnjavanja cestica (sI.2.1.-b,c). Ovim su ostvareni preduslovi za agresivno djelovanje drugih mehanicko-hemijskih faktora za daljnju dezintegrac~ju prvobitnog monolitnog stijenskog masiva.

Za ovu pojavu vezana je i mikrotektonika sa sistemom pukotina i lokalnim rasjedima.

Bore, rasjedi i navlake su osnovne tektonske jedinice litosfere. Navlaci obicno prethodi rasjed i/ili bora. Ovi veliki mehanicki diskontinuiteti znacajno utjecu na lokaciju i izbor rjesenja velikih gradevinskih objekata u podzemlju ilili na povrsini tla iIi stijenskog masiva. Pored rasjeda mogu da budu i siroke rasjedne zone, kod kojih je Jakim mehanickim silama doslo do stvaranja veorna rastresitog rnaterijala razlicitih fizicko-mehanickih osobina.

34 Meha/likn tla

2. Postanak, podjela i natin raspoznaranja {lo

Naknadno erodirane naslage (sl.2.1.-e) Iia iii masiva opterecivale Stl i zbijale sedimente Ispod erodiranog podrucja. Ovi sedimenti nakon erozije ostaju i dalje zbijeni. za razliku od onih koji nisu bili podvrgnuti ovim uticajima i ostaju rahli.

U rnehanicke faktore ubrajamo takoder: ternperaturne promjene, efekat leda, abraziju. padavine i vegetaciju.

Temperaturne promjene pri smjeni dana j noei, godisnjih doba i dugorocnijih klimatskih preobraiaja izazivaju promjenu volumena stijenskog masiva i nejednako rastezanje raznih mineralnih sastojaka. Kada su promjene volumena sprijecene, dolazi do unutrasnjih napona koji izazivaju vece iii manje pukotine, a time i postepenu dezintegraciju osnovnog masiva.

Led razara stijenski masiv i kamene blokove cim se na njihovoj povrsini pojave i najmanje prskotine iii pukotine. Voda koja dospije u osteceni stijenski masiv, ukoliko se zamrzne, izaziva znatne sile, jer je volumen leda veei za 11 % od volumena vode, koji produhljuje i prosiruje pukotine i time doprinosi daJjnjem sukcesivnom razaranju masiva.

Formiranje ledene kore na padinama dovodi do poremecaja kretanja podzemnih voda. Ovo ima za posljedicu poveeanja nivoa podzemnih voda, 51:0 nakon otkravljivanja cesto dovodi do pojave nestabilnosti.

Abrazija je jos jedan faktor koji usitnjava i trosi stijene. Raspadnuti dijelovi stijena noseni vodom i vjetrom struzu i udaraju 0 povrsinu cvrstih stijena i medusobno, sto dovodi do odlamanja materijaia i usitnjavanja cestica. Ucinci ovoga faktora izgledaju neznatni, ali njihovo sveukupno djelovanje' u toku vrlo dugog vremenskog perioda na ogromnim povrsinama razara znatne kolicine materijala. Abrazija se pojavljuje i kod kretanja ledenjaka koji svojim sporim kretanjem, uz veliki pritisak, drobe materijal iz podloge.

Atmosferske padavine i voda mora i jezera svojim mehanickirn i dinamickim ucincima izazivaju trosenje stijena i usitnjavanje vee raspadnutih cestica.

Vegetacija doprinosi ubrzanom razaranju stijenskog masiva. To su u prvom redu sile nastale rastorn korijenovog sistema biljki i drveca u vee postojecim pukotinama. Ovako izazvane sile mogu odlamati i vece kamene blokove.

2.1.1.2. Hemijskijaktori

Minerali stijena podlozni su pod odredenim uslovima hemijskom raspadanju. Voda~ vodena para, kisik, ugljicna kiselina sadrz.ana u zraku i u oborinama, razne druge organske kiseline nastale raspadanjem vegetacije prisutnc su svugdje u prirodi i u stalnom su doticaju sa stijenama. Hemijski procesi su spori, ali kroz duga geoloska razdoblja oni izazivaju zulitne efekte. Od hemijskih faktora

Mehallikn rIa 35

J Uvod, posfanak vrste i metode istra!;vanja tla

najznacajniji su: oksidacija, karbonizacija, hidratacija, desilikacija i vulkanska djelovanja.

Oksidacijom nastaje raspadanje ako se jedinjenje minerala stijene veze sa kisikom j ozonorn iz zraka. Ovo raspadanje moze biti znacajno kod stijcQ.a koje sadrze minerale zeljeznih spojeva.

Karbouizacija je uticaj ugljicne kiseline otopljene u vodi koja otapa soli i minerale koji sadrze Ca, K, Mg, Na i Fe. U nasoj zemlji ovo posebno dolazi do izraiaja u podrucjima izgradenim od kreenjaka (CaCO,), koji su izlozeni kiSnici u kojej ima ugljicne kiseline. Ti spojevi vrSe postepeno otapanje i sirenje vee postojecih pukotina i tektonskih ostecenja. sto dovodi do pojave poznatih kraskih fenomena u obliku skrapa, jama, kanala, kaverni i pecina, a povrsina dobiva karakteristicne ostre obI ike. Tako nastaju formacije opcenito nazvane krs (kras), koji je znacajno zastupljen u nasoj zemlji. I granitne stijene se pod uticajern ugljicne kiseline postepeno raspadaju.

Hidratacija izaziva heroijsko raspadanje minerala kada se vada u procesu raspadanja hemijski veze. Ova pojava obicno nastupa u sprezi sa karbonizacijom.

Desilikacijom se naziva ispiranje i otapanje Si02 iz stijenskog rnasiva u toku veoma dugih i sporih vecinom hidrotermalnih procesa.

.. Otapanjem soli natrija i magnezija (sol i gips) u vodi dolazi do razaranja stlJenskog masiva.

Vulkanska djelovanja izazivaju hemijske procese. Inace rnagmatske stijene jace su izlozene hemijskim procesima nego sedimentne, koje su vee nastale kao rezultat trosenja i ponovne cementacije.

Na promjenu ovih mehanicki i hemijski dobivenih osobina tla mogu da utjecu vjestacki proizvedeni faktori, kao 5to Sll: hidrostatski i pomi pritisak, spoljnja opterecenja, dinamicki utic~ i i razna ojacanja tla.

2.1.2. TRANSPORT RASPADNUTIH DUELOVA

. . Proizvodi. raspadanja stijena rnogu ostati na mjestu raspadanja iIi mogu b~t~ transportovan~ na n.ovu lokaciju. Proizvodi prirnarno raspadnutih stijena mogu bIb transportovam gravltacijom, vodom, vjetrom i ledorn.

Gravitacione sUe pomjeraju dijelove stijena iii vee raspadnutih materijala razlicite. velicine sa viseg na fiizi nivo. Kad ovoga materijal moze biti pokrenut slobodOim padom, kotrljanjem odlomljenih dijelova niz kosinu iii klizanjem ve~l~lh rnasa .niz padmu. Ovi kao i drugi faktori utjecu na formiranje drobine u

noz~cama kosma. Efekat gravitacije cesto je kombinovan sa djelovanjem vade niz padmu za vrijeme velikih kEa.

. Voda slijevajuei se niz padine u potoke, bujice, rijeke, jezera i mora svo}o.m velikom energijom pokrece i prenost cestice razlicitih velicina, pocev od vehkih blokova preko valutica, sljunka i pijeska do sasvim sitnih suspendovanih 36 Mellallika Ita

2, Pos/anak, podje{a i na6n raspozl1avanja tla

eestica. U loku transporta raspadnutih komada i djelica evrste stijene vrsi se daljnje njeno usitnjavanje usljed abrazije jer se cestice stalno sukobljavaju, taru, ispiru i drobe sve do procesa talozenja. VeJicina, oblik i CVfstoca sastojaka ovis! 0 cVfstoci osnovne stijene, dllzini transporta, koliCini vode, velicini pada, brzini toka itd. Zbog toga je oblik cvrstih sastojaka u tlu vrlo razliCit: okrugao, ovalan, izduzen,

pl?c~st sa. o.strim iIi za~bljeni~ ivicama j s1. Tekuca voda je najjaci cinilac uSltnJavanJa I prenosa sedlmentmh naslaga. Uobicajeno je da se natalozene naslage nasene vodom nazivaju aluvijalna tla.

. V~etar u nekim podrucjima i u odredeno vrijeme moze puhati velikom brzmom I snagom, te prenositi sitne cestice materijala na velike udaljenosti. Transportna moe moze biti znatna, posebno 1I suhorn kIimatskom razdoblju kada zracna struja moze pokrenuti velike kolicine sitnijih cestica. Velicina cesti~a ovisi od snage i pravca strujanja, ali na mjestu talozenja one su gotovo iste velicine. Nanos cvrstih cestica tla nosen vjetrom nazivamo eolskim tlom. Na ovaj nacin nastaju jednozrni sedimenti, kao 5to je npr. kopneni les.

Ledenjaci (gieecri) u lagahnom kretanju prema nizim kotama zahvata kamenje i na svome putu drobe ga i usitnjavaju. Ovako nakupljen materijal prenosi se do kraja lednjaka i nakon otapanja leda formiraju se naslage, tzv, morene. Obrazovanje tia na ovakav nacin naziva se glecersko tlo.

2.1.3. SEDlMENTACIONI PROCESI

Sedimentacija iIi talozenje raspadnutih i transportavanih cestica materijala je posljednja faza u procesu pretvaranja cvrstih stijena u nevezane sedimente.

Aluvijalna tla, nastaju talozenjem cestica u vodi na mjestima gdje su transportne sile vade previse male za daljnje prenosenje materijaia, iii su one potpuno iscezle. Talozenje zavisi od vise faktora, a najvainiji su brzina i kolicina vode, krupnoca i sadrzina transportovanih sastojaka, kao i od drugih faktora, pocevsi od raspadanja, preko transporta do prestanka djeJovanja transportnih sila. Pri velikirn brzinama vodenog toka taloze se sarno krupni sastojci dok se sitniji transportuju dalje prema uscu rijeke. Zbog ovoga se krupniji cvrsti sastojci taloze u gornjim, sitni u srednjim, a najsitniji u donjim tokovima rijeka. U mirnoj vodi talozi se, po pravilu. najsitniji materijal. Gdje god dolazi do usporavanja vodenog toka, nastaju velika talozenja kao sto je slucaj na poplavljenim podrucjima, na uscima rijeka. iza vjestacki podignutih rijecnih pregrada itd. Na raznim mjestirna uzduz toka i u prosirenim dolinarna talozi se krupni iii sitni rnaterijal, pa odatie ponekad velike naslage krupnog i silnog sljunka, kao i pijeska. Bujice svojom velikom snagom i brzinam na znatnom padu i uz intenzivne padavine mogu prenositi velike blokove skupa sa sljunkom i drugim sitnim materijalom. Na nekim mjestima takv! se materijali taloze pa nastaju sedimenti od najkrupnijih blokova do

Mdwl!ika tla 37

! Uvod. postal1ok vrsle i metode isfraiil'anja ila

veoma sitnih cestica. Kod akumulacija pretransportuje se krupniji materijaJ sa kraja uspora do kraja denivelacije je~era dok se najfinije cestice taloZe bliZe samoj brani,

Osobine natalozenog materijala ovise u prvom redu 0 vrsti rnaticnih stijena od kojih Sll nastaii, 0 uslavima talozenja i, konacno, 0 uticajima kojimaje sediment bio podvrgnut od svog nastanka. Sedimenti su u izvjesnim epohama razvqja zemlje mogli biti optereceni, te ani nakon rasterecenja ost~ju zbijeni, za razliku ad onih koji to nisu pretrpjeH i ostal1 su rahii.

Nevezani sedimenti mogu dalje pod djelovanjem pritiska i raznih hemijskih procesa da budu izlozeni procesu cementacije, ciIne nastaju razni kongiomerati, brece, pjescari, skriljci, lapori i dr. Svi ovi faktori stalno djeluju na osnovne stijene i proces raspadanja, transporta i taloZenja je neprekidan. Veoma raznovrsni uticaji na najrazlicitije stijene i 11a Citav proces stvaranja sedimenata uslovljavaju razlicite osobine j vrste koje je oteZano izucavati.

Eolska tla nastaju nanosom cvrstih cestica vjetrom, pri cemu razlikujemo les i dine. Les se sastoji od cestiea tia jednozrne krupnoce oke 0,05 mm, slijepljenih kalcijum karbonatom. Zbog toga les imaveliku cvrsto';u kada je u suhorn stanju. Medutim, ako se raskvasi, gubi cvrstocu i veoma lahko se pokrece. Poznate su lesne naslage oko Beograda koje se u suhorn stanju drie sa vertikalnim stranama na visini preko 20 rn. Dine su pokretni brezuljci od nevezanog pijeska kojeg vjetar veoma cesto pokrece i ponovno stvara dine.

Glecerska tla postala su nanosom zma tla trat:Isportovanih pokretima ledenih masa. Ona imaju drukciji sastav od aluvijalnih i sadrZe cestice od najkrupnijih blokova do koloida.

2.1.4. MINERALOSKI SASTA V TLA

Mineraloski sastav kod sitnih cestica tla bitan je za njegove geotehnicke osobine dok kad krupnih cestica moze biti vaian samo za ocjenu upotrebljivosti takvih agregata u proizvodnji gradevinskog materijala iIi za izgradnju nasutih objekata. Krupne cestice tla nastale su kao produkl rnehanickog raspadanja slijena, teje i njihov mineraloski sastav istovjetan maticnom stijenskom masivu.

Sitne cestice nastale su kao krajnji proizvod mehanieko - hernijskog raspadanja. Geotehnicke osobine ovog materijala variraju ovisno 0 nj ihovom mineraloskom sastavu. Oblik zma i kapilarne sile u stanovitoj su ovisnosti od mineraloskog sastava. lma npr. minerala koji stvaraju zrnca staplcastog iii Jisnatog oblika, sto sedimentu daje karakteristicne osobine. Za izucavanje sitnozrnih sedimenata potrebno je, dakle, poznavati i njihove mineraloske osobine i sastav.

Minerali gline su aluminijevi hidrosilikati sloz.ene kristalne strukture, Hsticasta jli Ijuskasta oblika, a sastoje se od kristalne mreze u kojqj su jednoliko raspored"eni tetraedri silicija, silicijevog oksida i oktaedri aluminijevog hidroksida. Ovaj mineral gline znacajan je kod geotehnickih osobina tla sastavljenog ad gline. 38 MeJlllllika Ila

2. Postanak. podjela i nlCin raspo;;navanja (/0

Definicija gline razlicilo se formulisc. U geologiji onaje kao: (i) prirodan malerijal sa piasticnim osobinama; (iO sastav od pretezno vrl0 sitnih cestica i (iii) sastav od poglavilo kristalnih fragmenala minerala sastavljenih prelezno od hidrosilikata aluminijuma, a ponekad magnezija. U gradevinarstvu to je sitnozrni rnaterijal, koloidne velicine sastavljen pretemo od aluminijeva hidrosilikata sa raznim primjesama. Materijal je plastican i kohezivan, steze se pri susenju, buja ako se vlaZi i ispusta vodu pod opterecenjem.

Najsitnije koloidne cestice giine (velicine od 1 J..l), pokazuju u vodenim rastopinama specificna svojstva, Na povrsinama dispergovanog materljala u vodi djeluje pored sile teze i elektricni naboj. Ove cestice se medusobno odbijaju j krecu u tecnosti vecim brzinama ukoliko su manje (Brown-ova kretanja). Zbog ovih kretal"Da tal ozenj e cestica i grudvica znatno je usporeno i moze trajati dugo. Ako se ovakvoj suspenziji doda elektroJit, npT. kuhinjska so, odnosno ako su u vodi otopljene soli lahkih i leskih metala, koji su takoder eleklricno nabijeni, onda nastaju reakcije koje uzrokuju pra.znjenje elektricnog naboja i sljepljivanje ceslica sa suprotnim elektricnim nabojem, te obrazovanje grudvica (koagulacija) ili fonniranje pahuljiCa (flokulacija), iii se one sa jednakim nabojem odbija ju.

U prvom slueaju taloZe se tako naslale grudvice ili palJuljice jer su posta Ie leie, a u drugom cestice veorna dugo lebde u vodi (Nonveiller,1981).

Mineralogija gline kao specijalno podrucje izucava se u koloidnoj hemiji, gdje se za njeno proucavanje koristi diferencijalna termicka analiza, rentgenska analiza, elektronski mikroskop itd.

2.1.5. STRUKTURA SEDIMENTNOG TLA

Pod strukturom tla kao trofaznog sistema podrazumijevamo raspored evrste faze u sedimentiranom tlu. Tlo se U osnovi sastoji od cvrstih cestica i meduprostora ispunjenih vodom iii zrakom, a najcesce vodom i zrakom. Prostorni raspored cvrstih cestica u tlu i naein njihovog medusobnog povezivanja odreauje njegovu strukturu.

Strukture nevezanog i vezanog tla bitno se medusobno razlikuju. Kod sedirnentacije u vodi na cestice djeluju pored sila gravitacije i rnolekularne sileo Kao primjer uzmimo krupnu cesticu B koja ce se pri dodiru sa cesticom A (s1.2.2.-d) prevrnuti, pod uticajem sile gravitacije u jedan stabilan polozaj. Medutim, veorna sitna cestica B, kod koje na dodirnoj tacci djeluju molekularne sile, moze ostati u ravnotezi, kako je skicirano na slici 2.3.-a.

Po vrsti i nacinu talozenja cestica razlikujemo istalozena tla od: (a) nevezanih krupnih cestica sljunka i pijeska kod kojih prj talozenju

dominiraju sHe gravitacije i (b) vezanih sitnih prasinastih i koloidnih cestica koje se taloze uz

gravitacione i molekularne S1 Ie,

Mehanika fla 39

1 Uvod, postanak vrste i metod/! jstraiivOty"O tla

Istalozena nevezana krupna zrna formiraju zrnastu strukturu koja opet shodno velicini, jednolicnosti i nacinu talozenja zma moze biti raWa, gusta i vrlo gusta. Ukoliko se nevezana zrna okruglog oblika i priblizno iste velicine taloze bez uklapanja, dobije se rahla struktura sa supljinama do 48% (sI.2.2-a), a sa uklapanjem gusta struktura sa supljinama do 26% (sI.2.2-b). Ako imamo dvije vrste okruglih zrna, ali takve velicine da manja okrug1a zrna popunjavaju prostor izrnedu primarnih veeih kugli, onda se dobije znatno gusca struktura sa meduprostorima ispod 26% (sI.2.2-c). lzmedu ovih ekstrema pojavljuju se u prirodi razlicite gustoce sedimenta ovisno 0 oblicima, velicini zma, nacinu i uslovima talozenja (sl.2.2-d).

Kod talotenja sitnih prasinastih, listicavih, Ijuskastih i iglicastih zrna glinenih materijala, gdje je razrnak izmedu njih malen, preovladavaju rnolekularne sHe. Kod krupnih cestica tla ove sHe su zanemarljive, dok su kod jako sitnih cestica one velike i veorna bitno utjecu na pokretljivost j nacin formiranja sedimenata.

SI.2.2. Raspored idealiziranog sklopajednakih ceslica fla za: najrahliji (a) i najgusCi (b) sastav zrnajednakih kugli i za vrlo gust sastav nejednakih kugli (c), Ie llobicajen raspored raznolikog oblika cestiea (d).

Molekularne privlacne sile dde pojedine sitne cestice povezane jedna sa drugorn u takvom ravnoteznom stanju koje ne odgovara djelovanju gravitacione sHe kao kod krupnih cestica. Zbog toga sitne cestice mogu ostati u ravnotezi na nacln da dodirujuci jedna drugu formiraju sediment sacaste strukture (51 2.3-a). U odredenim uslovima najsitnije cesiice gline (montmorilonit) sakupe se u pahuljice, a ove se opet sastave u strukturu drugog reda nazvanu pahuljaste strukture (s1.2.3-b). Ovakvi su sedimenti veoma rahli i pore su ispunjene vodom iii zrakom, tako daje tlo jako stisljivo i pod opterecenjem se dugo slijeze.

Na uscima rijeka u mora zbog djelovanja morske soli na koloidne cestice nastaje koagulacija iii flokulacija, pa se osim krupnijih prasinastih cestica brze taloze i pahuljice minerala gline (sI.2.2-c). Usljed pritiska koji neprestano faste zbijaju se pahuljice minerala izmedu zrna praha i preuzimaju napone od vlastite tezine. Ako ovakve materijale ispitujemo neporemecene, dobit 6erno vec.u cvrstocu od poremecenih, odnosl1o prethodno pregnjecenih. Uzrok tome je postojanje~ pored zbijenih, i vise rahlih pahuljica 1I poremecenom uzorku koje imajll manju CVfstOCU. 40 Meltanika fla

,B#/ ~!

(a) (b)

2. Postanak, podje/a i nacin raspoznavanja do

(e) 28\Jt:Nf. PAHUUIC E

IfAHlE PAHl.l\.JC E

SI.2.3. Struktura taloienja vrlo finih ceslica: sacasla (a), pahuljasta struktura la/oienja (b) i talotenje zrna vrlo razliCile krupnoce (e).

U jezerima koja ne sadri-c soli moze, takoder, d06i do brzog talozenja, sarno ovdje ulogu elektrolita ima k~lcijev karbonat sapran iz krecnjackih masiva.

2.1.6. SEDIMENTNA TLA I ST[JENSKI MASIV

Ako bismo napravili presjek kroz Zemljinu koru, ustanovili bismo da se ona sastoji od promjenjljive mocnosti vise slojeva rastresitog raznolikog materijaia t1a i ad cvrstog stijenskog masiva. Gomje slojeve nazivamo rastresiti pokrivac, a slojeve stijenskog materijala iii autohtonog tla geoloski snpstrat. Tla kao zrnasti sedimenti koji su nastali raspadanjem osnovne stijene, kako je naprijed izneseno, mogu biti taloz-eni pod vodom na padinama, kada se zovu rastresiti padinski pokrivaci, Hi ostaju na mjestu raspadanja, kada ih nazivamo rezidualni (na mjestu) sedimenti.

Geoloski supstrat u osnovi grade tri osnovne vrste stijena: magmatske (eruptivne), sedimentne (talozne) i metamorfne. Tla predstavljaju najmlade sedimente koji su nastali dezintegracijom stijena, odnosno stijenskog masiva. Racunaju se kao kontinualne sredine, mada to, u stvarnosti, nisu. Supstrat nije zrnast nego kontinualan, kvazikontinualan, a najcesce diskontinualan rnedij. On moZe da se nalazi na razlicitim dubinama povrsine pa do jako velikih dubina.

Pored vee uocenih razlika izrnedu tla i stijena, potrebno je razlikovati i osnovnu st~jenu (kamen) cd stijenskog (kamenog) masiva. Karl Terzaghi (1951)

k~ji se smatra osnivacern tehnicke discipline Mehanike tla, navodi da Zemljinu koru cine tIo i stijena.

Tlo je prirodni agregat mineralnih zrna, koja se mogu mehanicki lahko razdvajati, naprimjer potresanjem u vodi. S druge strane c.vrsta stijena je prirodni agregat rninerala koji su rnedusobno vezani Jakim i stalnim kohezionim silama. Pojrnovi "jak" (cvrst) i "stalan" rnogu se razlicito tumaciti, zbog cega granica

Me/wnika 41

I (lvod, posfanak vrsle i melode isfrazivanja tla

izmedu tla i cvrste stijene nije tacno defillisana, posebno kod nekih materijala, kao sto su npr. lapon i laporci sa osobinarna na granici tla j stijene.

Pojam stijene (Rock) je general no geoloski pojam, koji obuhvaca prirodne agreg.te mineral. iii skupine mineralnih materija, koji su iii nisu koherentni i sastavni su dio Zemljine kore (Jumiks,1979). Inzenjeri koji grade ulna slijeni iIi pomocu stijene, pojmom stijene oznacavaju cvrstu j koherentnu iii konsolido