podpovršinski istražni radovi

Sveučilište u Zagrebu

Geotehnički fakultet

Varaždin, veljača 2012.

Podpovršinski istražni radovi

Interna skripta

Doc. dr. sc. Stjepan Strelec, dipl. ing.

Suradnici:

Jasmin Jug , mag.ing.geoing. Danijel Smrečki, mag.ing.geoing

Podpovršinski istražni radovi Sadržaj

I

Sadržaj:

1. UVOD ......................................................................................................................................................................................1

2. VRSTE ISTRAŽIVANJA .........................................................................................................................................................5

2.1. PRETHODNA ISTRAŽIVANJA.................................................................................................................................................5

2.1.1. Identificikacija krupnozrnatih (nekoherentnih) tala.................................................................................................6

2.1.2. Identifikacija sitnozrnatih (koherentnih) tala...........................................................................................................8

2.1.3. Identifikacija stijena na terenu ..............................................................................................................................10

2.1.3.1. Čvrstoća stijenskog materijala .......................................................................................................................................... 11

2.1.3.2. Trošnost stijenske mase ................................................................................................................................................... 11

2.1.3.3. Opis diskontinuiteta stijenske mase.................................................................................................................................. 12

2.1.3.4. Naziv stijene ...................................................................................................................................................................... 12

2.1.4. Mali mjerni instrumenti za identifikaciju materijala na terenu................................................................................15

2.1.4.1. Džepni penetrometar ........................................................................................................................................................ 15

2.1.4.2. Džepna krilna sonda ......................................................................................................................................................... 15

2.1.4.3. Geološki kompas .............................................................................................................................................................. 16

2.1.4.4. Schmidtov čekić ................................................................................................................................................................ 18

2.2. GLAVNA (DETALJNA) ISTRAŽIVANJA ..................................................................................................................................21

2.3. NAKNADNA (KONTROLNA) ISTRAŽIVANJA I OPAŽANJA (MONITORING) ..................................................................................24

2.4. SAŽETAK VRSTA ISTRAŽIVANJA .........................................................................................................................................25

3. KLASIFIKACIJA TLA ...........................................................................................................................................................26

3.1. AC – KLASIFIKACIJA (AIR – FIELD CLASIFFICATION) .............................................................................................................26

3.2. USCS – KLASIFIKACIJA (UNIFIED SOIL CLASSIFICATION SYSTEM) .......................................................................................31

3.3. ASTM KLASIFIKACIJA .......................................................................................................................................................34

3.4. NEKA FIZIKALNA SVOJSTVA TLA.........................................................................................................................................38

3.4.1. Tekstura tla (sastav tla) ........................................................................................................................................38

3.4.2. Struktura tla ..........................................................................................................................................................40

4. KLASIFIKACIJA STIJENA ...................................................................................................................................................41

4.1. GEOLOŠKA KLASIFIKACIJA STIJENA ...................................................................................................................................41

4.1.1. Magmatske stijene ................................................................................................................................................42

4.1.2. Sedimentne stijene ...............................................................................................................................................42

4.1.3. Metamorfrne stijene ..............................................................................................................................................44

4.2. RMR KLASIFIKACIJA ........................................................................................................................................................44

4.3. Q KLASIFIKACIJA ..............................................................................................................................................................46

4.4. GSI SUSTAV KLASIFIKACIJE ..............................................................................................................................................49

5. GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA .............................................................................................................................................52

5.1.GEOELEKTRIČNE METODE .................................................................................................................................................53

5.1.1. Geoelektrično sondiranje ......................................................................................................................................58

5.1.2. Geoelektrično profiliranje ......................................................................................................................................59

5.1.3. Geoelektrična tomografija .....................................................................................................................................59


II

5.1.4. Ostale geoelektrične metode ................................................................................................................................63

5.1.4.1. Metoda vlastitog potencijala ............................................................................................................................................. 63

5.1.4.2. Metoda ekvipotencijalnih linija .......................................................................................................................................... 63

5.1.4.3. Metoda omjera pada potencijala ....................................................................................................................................... 63

5.1.4.4. Metoda inducirane polarizacije ......................................................................................................................................... 63

5.1.4.5. Metoda telurskih struja ...................................................................................................................................................... 64

5.1.4.6. Magnetotelurska metoda .................................................................................................................................................. 64

5.1.4.7. Metoda prijelaznih struja ................................................................................................................................................... 64

5.1.5. Utjecaj vode na otpornosti tla i stijena ..................................................................................................................64

5.2. ELEKTROMAGNETSKE METODE .........................................................................................................................................66

5.2.1. Metoda odašiljačkog prstena ................................................................................................................................66

5.2.2. Metoda TURAM ....................................................................................................................................................66

5.2.3. Metoda pomičnog odašiljača ................................................................................................................................66

5.2.4. Metoda AFMAG ....................................................................................................................................................66

5.3. SEIZMIČKE METODE .........................................................................................................................................................67

5.3.1. Vrste seizmičkih valova ........................................................................................................................................67

5.3.2. Seizmička refrakcija ..............................................................................................................................................69

5.3.3. Posmični valovi u istraživanju geomedija .............................................................................................................78

5.3.3.1. Određivanje stišljivosti i deformacijskih parametara iz brzine posmičnih valova .............................................................. 80

5.3.4. Površinski valovi kao baza za SASW i MASW metode istraživanja .....................................................................87

5.3.4.1. SASW metoda .................................................................................................................................................................. 88

5.3.4.2. MASW metoda .................................................................................................................................................................. 90

5.3.5. Seizmičke metode mjerenja u bušotinama ...........................................................................................................95

5.3.6. Određivanje dinamičkih konstanti na temelju seizmičkih istraživanja ...................................................................97

5.4. GEORADAR .....................................................................................................................................................................99

5.5. MJERENJE BRZINE OSCILACIJA TLA IZAZVANIH MINIRANJEM ...............................................................................................106

5.5.1. Seizmički valovi i njihova svojstva ......................................................................................................................107

5.5.2. Kriteriji za ocjenu seizmičke opasnosti pri miniranju..........................................................................................112

5.5.3. Mjerenje brzine oscilacija tla ...............................................................................................................................119

5.5.4. Određivanje radijusa ugrožene zone pri miniranju .............................................................................................123

5.5.5. Zračni udar .........................................................................................................................................................126

5.5.6. Psihofizička reakcija ...........................................................................................................................................131

5.5.7. Priroda oštećenja objekata izazvanih miniranjem...............................................................................................131

5.5.8. Poznate metode i tehnike reduciranja vibracija tla .............................................................................................132

5.5.9. Primjer iz prakse .................................................................................................................................................133

6. ISTRAŽNA BUŠENJA I ISTRAŽNE JAME ........................................................................................................................136

6.1. ISTRAŽNO BUŠENJE .......................................................................................................................................................136

6.1.1. Ručno bušenje ....................................................................................................................................................137

6.1.2. Udarno bušenje ..................................................................................................................................................138

6.1.3. Rotacijsko bušenje .............................................................................................................................................138

6.1.3.1. Bušenje spiralnim svrdlima ............................................................................................................................................. 139

6.1.3.2. Bušenje s jezgrovanjem .................................................................................................................................................. 140


III

6.1.3.3. Bušenje bez jezgrovanja ................................................................................................................................................. 141

6.2. ISTRAŽNE JAME .............................................................................................................................................................142

6.3. UZIMANJE UZORAKA.......................................................................................................................................................143

6.3.1. Metode uzimanja uzoraka ..................................................................................................................................143

6.3.1.1. Uzimanje uzoraka iz istražnih jama ................................................................................................................................ 144

6.3.1.2. Uzimanje uzoraka iz istražnih bušotina .......................................................................................................................... 144

6.3.2. Odlaganje jezgre iz jezgrene cijevi .....................................................................................................................147

6.3.3. Determinacija jezgre iz istražnih bušotina u stijeni .............................................................................................148

7. TERENSKA ISPITIVANJA TLA .........................................................................................................................................151

7.1. PRESIOMETAR (PMT) ....................................................................................................................................................152

7.1.1. Priprema bušotine ..............................................................................................................................................152

7.1.2. Osnovne vrste presiometra ................................................................................................................................153

7.1.2.1. Menardov tip presiometra (MPMT) ................................................................................................................................. 153

7.1.2.2. Samobušeći presiometar (SBP) ..................................................................................................................................... 154

7.1.2.3. Presiometar za utiskivanje (PIP) ..................................................................................................................................... 155

7.1.2.4. Presiometar potpunog utisnuća (FDP) ........................................................................................................................... 155

7.1.2.5. Elastometar ..................................................................................................................................................................... 156

7.1.3. Kontrola kvalitete rezultata presiometarskog ispitivanja .....................................................................................156

7.1.4. Prednosti i nedostaci presiometarskog ispitivanja ..............................................................................................156

7.2. PLOSNATI DILATOMETAR (DMT) .....................................................................................................................................157

7.3. STANDARDNI PENETRACIJSKI POKUS (SPT).....................................................................................................................161

7.3.1. Postupak izvođenja SPT ispitivanja ....................................................................................................................162

7.3.2. Korekcije SPT ispitivanja ....................................................................................................................................164

7.3.2.1. Korekcija zbog prijenosa energije ................................................................................................................................... 165

7.3.2.2. Korekcija zbog dužine šipki ............................................................................................................................................ 165

7.3.2.3. Korekcija zbog efektivnog naprezanja ............................................................................................................................ 166

7.3.2.4. Korekcija zbog promjera bušotine .................................................................................................................................. 167

7.3.2.5. Korekcija zbog podzemne vode u pijescima................................................................................................................... 167

7.3.3. Korelacije s mehaničkim parametrima ................................................................................................................168

7.3.3.1. Jednoosna tlačna čvrstoća koherentnih tala .................................................................................................................. 168

7.3.3.2. Modul elastičnosti ........................................................................................................................................................... 169

7.3.3.3. Relativna gustoća i kut unutrašnjeg trenja nekoherentnih tala prema Skemptonu ........................................................ 169

7.3.4. Prednosti i nedostaci SPT ispitivanja .................................................................................................................170

7.4. STATIČKI PENETRACIJSKI POKUS (CPT) ..........................................................................................................................170

7.5. TEŠKA UDARNA SONDA (DPH)........................................................................................................................................172

7.5.1. Primjena DPH ispitivanja ....................................................................................................................................172

7.6. STATIČKA KONUSNA PENETRACIJA S MJERENJEM PORNOG TLAKA (CPT-U) ........................................................................178

7.7. KRILNA SONDA ..............................................................................................................................................................182

7.8. PROBNO OPTEREĆENJE .................................................................................................................................................185

7.8.1. Ispitivanje metodom kružne ploče (statički modul deformacije)..........................................................................186

7.8.1.1. Određivanje modula stišljivosti (Prema HRN U.B1.046) ................................................................................................ 188

7.8.1.2. Modul stišljivosti (Prema DIN 18134) .............................................................................................................................. 193

7.8.1.3. Statički modul deformacije .............................................................................................................................................. 194


IV

7.8.2. Ispitivanje metodom kružne ploče (dinamički modul deformacije)......................................................................197

7.8.2.1. Dinamički modul deformacije .......................................................................................................................................... 198

7.8.3. Mjerenja kružnom pločom (zapisnik) ..................................................................................................................198

7.8.4. Modul reakcije tla ................................................................................................................................................199

7.8.5. Korelacija podataka između dinamičke i statičke ploče ......................................................................................202

7.8.5.1. Međunarodne korelacijske formule ................................................................................................................................. 202

7.9. ISPITIVANJA GUSTOĆE I OBUJAMSKE TEŽINE NA TERENU ..................................................................................................204

7.9.1. Metoda s cilindrom poznatog obujma .................................................................................................................204

7.9.2. Metoda pomoću kalibriranog pijeska ..................................................................................................................205

7.9.3. Metoda potapanja uzorka u vodu .......................................................................................................................206

7.9.4. Metoda potapanja uzorka u živu .........................................................................................................................207

7.9.5. Metoda pomoću gumene membrane ..................................................................................................................207

7.9.6. Metoda pomoću vode ili ulja u plastičnom omotu ...............................................................................................208

8.TERENSKA ISPITIVANJA STIJENA ..................................................................................................................................209

8.1. TERENSKA ISPITIVANJA MEHANIČKE ČVRSTOĆE ...............................................................................................................209

8.1.1. Ispitivanje čvrstoće na smicanje .........................................................................................................................209

8.1.2. Ispitivanje smicanja po pukotini ..........................................................................................................................210

8.2. TERENSKA ISPITIVANJE DEFORMABILNOSTI STIJENSKE MASE ............................................................................................210

8.2.1. Hidraulička raspinjača ........................................................................................................................................210

8.2.2. Hidraulički jastuk .................................................................................................................................................212

8.2.3. Probna komora ...................................................................................................................................................213

8.2.4. Sondažni dilatometar ..........................................................................................................................................214

8.2.5. Radijalna preša ...................................................................................................................................................214

8.3. TERENSKA ISPITIVANJA STANJA NAPREZANJA ..................................................................................................................215

8.3.1. Metoda Oberti .....................................................................................................................................................215

8.3.2. Metoda s centralnom bušotinom.........................................................................................................................216

8.3.3. Tincelinova metoda ............................................................................................................................................217

8.3.4. Metoda oslobađanja napona jezgrovanjem ........................................................................................................217

8.4. VIDEOENDOSKOPSKA ISTRAŽIVANJA U BUŠOTINAMA .........................................................................................................218

9. TERENSKO ISTRAŽIVANJE PODZEMNE VODE .............................................................................................................220

9.1. TIPOVI VODONOSNIKA ....................................................................................................................................................220

9.1.1. Otvoreni vodonosnici ..........................................................................................................................................220

9.1.2. Poluotvoreni vodonosnici ....................................................................................................................................221

9.1.3. Poluzatvoreni vodonosnici ..................................................................................................................................221

9.1.4. Zatvoreni vodonosnici .........................................................................................................................................221

9.2. ISTRAŽIVANJE RAZINE I PORNOG TLAKA PODZEMNE VODE .................................................................................................223

9.2.1. Mjerenje razine podzemne vode u otvorenim bušotinama .................................................................................223

9.2.2. Mjerenje u pijezometrima....................................................................................................................................223

9.3. MJERENJE VODOPROPUSNNOSTI ....................................................................................................................................226

9.3.1. Metoda Lefranc ...................................................................................................................................................232

9.3.1.1. Postupak izvedbe i brtvljenje etaže bušotine iznad podzemne vode ............................................................................. 233


V

9.3.1.2. Postupak izvedbe i brtvljenje etaže bušotine ispod razine podzemne vode .................................................................. 233

9.3.1.3. Provedba pokusa u bušotini bez podzemne vode .......................................................................................................... 234

9.3.1.4. Provedba pokusa u bušotini sa podzemnom vodom ...................................................................................................... 234

9.3.1.4. Obrazac za upisivanje rezultata ispitivanja propusnosti ................................................................................................. 235

9.3.2. Terensko ispitivanje propusnosti stijena – metoda Lugeon ................................................................................239

9.3.2.1. Postavljanje pakera i kontrola pribora............................................................................................................................. 239

9.3.2.2. Postupak mjerenja vodopropusnosti ............................................................................................................................... 241

9.3.3. Probno crpljenje ..................................................................................................................................................242

9.3.3.1. Osnovne pretpostavke kod probnog crpljenja ................................................................................................................ 247

9.3.3.2. Thiem-ova jednadžba probnog crpljenja ......................................................................................................................... 248

9.3.3.3. Thiem-ova jednadžba probnog crpljenja za dva kontrolna zdenca ................................................................................ 249

9.3.3.4. Theis-ova jednadžba probnog crpljenja .......................................................................................................................... 250

9.3.3.5. Theis-ova funkcija zdenca .............................................................................................................................................. 250

9.3.3.6. Jacob-ova jednadžba probnog crpljenja ......................................................................................................................... 250

9.3.3.7. Jacob-ova metoda probnog crpljenja .............................................................................................................................. 251

9.3.3.8. Walton-ova metoda probnog crpljenja ............................................................................................................................ 255

9.3.3.9. Probno crpljenje pijezometra (primjer NP-4, "GAZA" – Karlovac) .................................................................................. 256

9.3.4. Slug test ..............................................................................................................................................................261

9.3.4.1. Slug test metodom Hvorsleva u tlu niske vodopropusnosti ............................................................................................ 262

9.3.4.2. Primjer ispitivanja slug testom Implementacijom Buttler and Garnett slag metode u tlu visoke vodopropusnosti ........ 265

9.3.5. Tipične vrijednosti za vodopropusnost tla ...........................................................................................................273

10. LABORATORIJSKA ISPITIVANJA TLA .........................................................................................................................277

10.1. TROKOMPONENTNI SASTAV TLA ....................................................................................................................................277

10.2. ODREĐIVANJE ZATEČENE (PRIRODNE) VLAGE ................................................................................................................278

10.3. ODREĐIVANJE GUSTOĆE TLA ........................................................................................................................................279

10.4. ISPITIVANJE GUSTOĆE ČVRSTIH ČESTICA TLA (SPECIFIČNA GUSTOĆA) .............................................................................280

10.5. ODREĐIVANJE GRANULOMETRIJSKOG SASTAVA TLA .......................................................................................................281

10.5.1. Sijanje ...............................................................................................................................................................281

10.5.2. Areometriranje ..................................................................................................................................................282

10.5.3. Kombinirana analiza .........................................................................................................................................285

10.5.4. Prikaz rezultata granulometrijske analize .........................................................................................................285

10.6. ODREĐIVANJE GRANICA KONZISTENCIJE ........................................................................................................................287

10.6.1. Granica tečenja ................................................................................................................................................287

10.6.2. Granica plastičnosti ..........................................................................................................................................289

10.6.3. Granica stezanja ...............................................................................................................................................289

10.6.4. Indeks plastičnosti, indeks konzistencije i indeks tečenja.................................................................................289

10.7. ODREĐIVANJE STIŠLJIVOSTI TLA U EDOMETRU ...............................................................................................................291

10.7.1. Edometarski pokus ...........................................................................................................................................293

10.7.2. Prikaz rezultata edometarskog pokusa ............................................................................................................293

10.8. ISPITIVANJE POSMIČNE ČVRSTOĆE TLA ..........................................................................................................................294

10.8.1. Aparat za izravni posmik ..................................................................................................................................296

10.8.2. Triaksijalni (troosni) aparat ...............................................................................................................................298

10.9. MJERENJE KOEFICIJENTA VODOPROPUSNOSTI U LABORATORIJU .....................................................................................299


VI

10.9.1. Mjerenje koeficijenta vodopropusnosti uz konstantan tlak................................................................................299

10.9.2. Mjerenje vodopropusnosti uz promjenjiv tlak ....................................................................................................300

10.10. ODREĐIVANJE OPTIMALNE VLAGE U TLU ZBIJANJEM TLA U LABORATORIJU ......................................................................301

10.10.1. Laboratorijski uređaj za automatsko zbijanje tla .............................................................................................302

10.10.2. Proctorov pokus ..............................................................................................................................................304

10.10.3. Modificirani Proctor-ov pokus .........................................................................................................................306

10.10.4. Pokus za određivanje vrijednosti CBR-a (California Bearing Ratio) ...............................................................308

10.10.5. Grafički prikaz rezultata pokusa zbijanja ........................................................................................................311

10.10.6. Ovisnost kuta unutrašnjeg trenja o stupnju zbijenosti tla ................................................................................311

10.10.7. Određivanje optimalne vlage na temelju granica konzistencije ......................................................................313

11. LABORATORIJSKA ISPITIVANJA STIJENA .................................................................................................................314

11.1. ODREĐIVANJE SADRŽAJA VODE, POROZNOSTI I GUSTOĆE ...............................................................................................314

11.2. ISPITIVANJE JEDNOOSNE TLAČNE ČVRSTOĆE .................................................................................................................316

11.3. ODREĐIVANJE DEFORMABILNOSTI MATERIJALA ..............................................................................................................317

11.4. ISPITIVANJE VLAČNE ČVRSTOĆE ....................................................................................................................................319

11.5. TROOSNO ISPITIVANJE .................................................................................................................................................320

11.6. ISPITIVANJE POSMIČNE ČVRSTOĆE DIREKTNIM SMICANJEM .............................................................................................320

11.7. ODREĐIVANJE INDEKSA ČVRSTOĆE OPTEREĆENJEM U TOČKI ..........................................................................................322

11.8. ULTRAZVUČNO ISPITIVANJE STIJENA .............................................................................................................................323

12. KLASIFIKACIJA TLA I STIJENA ZA RADOVE ISKOPA KOD GEOTEHNIČKIH ZAHVATA ........................................326

12.1. KLASIFIKACIJA MATERIJALA PREMA STARIJOJ NORMI (JUS U.E1.010) .............................................................................327

12.1.1. Zemljana tla ......................................................................................................................................................327

12.1.2. Kamenita tla ......................................................................................................................................................327

12.1.3. Specijalna tla ....................................................................................................................................................328

12.2. PODJELA MATERIJALA PREMA GRAĐEVINSKOJ NORMI (ZA RADOVE U NISKOGRADNJI) (GN 200) .........................................328

12.3. KATEGORIZACIJA MATERIJALA ZA ŠIROKI ISKOP U CESTOGRADNJI (OTU) .........................................................................330

12.3.1. Iskop u materijalu A kategorije..........................................................................................................................330

12.3.2. Iskop u materijalu B kategorije..........................................................................................................................330

12.3.3. Iskop u materijalu C kategorije .........................................................................................................................330

12.4. SVOJSTVA STIJENE I STIJENSKE MASE BITNA ZA PROCJENU MOGUĆNOSTI KOPANJA ..........................................................334

13. GEOTEHNIČKI IZVJEŠTAJI (ELABORATI) ....................................................................................................................335

13.1. VRSTE GEOTEHNIČKIH IZVJEŠTAJA (ELABORATA) ...........................................................................................................335

13.1.1. Geotehničko izvješće o terenskom istraživanju ................................................................................................335

13.1.2. Geotehničko projektno izvješće ........................................................................................................................336

13.1.3. Geotehničko izvješće o utjecaju na okoliš ........................................................................................................337

13.2. INTERPRETACIJA PODATAKA .........................................................................................................................................338

13.2.1. Logovi (profili) bušotina ....................................................................................................................................338

13.2.2. Plan lokacije istraživanja ..................................................................................................................................339

13.2.3. Geotehnički profili .............................................................................................................................................341


VII

14. LITERATURA ...................................................................................................................................................................343

Podpovršinski istražni radovi 1. Uvod

1

1. Uvod

Istražni radovi u geotehnici služe za utvrđivanje rasporeda, debljine i svojstava

pojedinih slojeva ispod površine terena na kojem je predviđeno izgraditi građevinu, a pri tom

obuhvaćaju metode istraživanja iz područja mehanike tla, mehanike stijena i inženjerske

geologije. Istražnim radovima se utvrđuje stanje površinskih dijelova tla i stijenske mase. Oni

započinju na terenu (in situ), a nastavljaju se u laboratoriju.

Cilj inženjersko-geoloških istražnih radova je izrada geoloških profila (Slika 1.1.), u

kojima su materijali razvrstani prema nekom klasifikacijskom sustavu te su istaknuta njihova

bitna svojstva. Geotehnički profil tla je pojednostavljeni model prostorne raspodjele onih

svojstava tla, prvenstveno mehaničkih, koja bitno utječu na stabilnost, uporabivost i

ekonomičnost razmatrane građevine i njene okoline tijekom izvođenja građevinskih radova i

tijekom životnog vijeka građevine. Najčešće se rezultati terenskih i laboratorijskih ispitivanja

dokumentiraju u geotehničkom izvješću (elaboratu). Za svaku se istražnu bušotinu, osim

opisa i tablica, izvodi tzv. sondažni profil (Slika 1.3.) u kojem su rezultati istraživanja

pregledno prikazani. Na temelju sondažnih profila izrađuje se već spomenuti geotehnički

profil kojim se dvodimenzionalno prikazuje raspodjela slojeva, razina podzemne vode,

odabrana svojstva materijala relevantna za određenu vrstu problema itd.

Slika 1.1. Primjer geološkog profila


2

Opseg istražnih radova definiran je regulativom Eurocode 7 (EC 7), a ovisi o

složenosti geoloških uvjeta u tlu, složenosti geotehničkog zahvata, složenosti konstrukcije,

namjeni i utjecaju na okoliš. Npr. istražni radovi većeg su opsega u slučaju izgradnje brane

nego temelja, ne samo zbog veličine objekta nego i mogućih posljedica u slučaju rušenja

objekta. Obzirom na različite prilike u tlu, brojnost raspoloživih postupaka prikupljanja

podataka, razlike u njihovoj podobnosti za utvrđivanje pojedine vrste i pojedinog svojstva tla,

njihovoj relativno visokoj cijeni, kao i razlika u vrstama i prostornoj raspodjeli podataka koje

treba prikupiti za različite vrste građevina i građevinskih zahvata, istražne radove treba

pomno planirati (Slika 1.2.).

Slika 1.2. Plan istraživanja s fazama ispitivanja temeljnog tla pri geotehničkom projektiranju, izvođenju

i korištenju konstrukcije (Prerađeno prema EN 1997- 2:2006)

Istražni radovi izvode se temeljem prethodno napravljenog programa (plana) koji je

sastavni dio ponude. Investitor prihvaća ponudu s detaljno nabrojenim vrstama i količinama

radova, te se zatim sklapa ugovor. Ugovorom se utvrđuju međusobne obaveze Investitora i

Izvođača. Po završetku radova ispostavlja se račun za izvršene radove prema programu iz

ponude i ugovora.

Da bi se izradio program istražnih radova potrebno je raspolagati s odgovarajućom

situacijom terena (topografskom kartom u mjerilu koja odgovara veličini tlocrta građevine).

Kod velikih građevinskih zahvata može se raspolagati s preglednom situacijom u manjem i

detaljnom situacijom u većem mjerilu. Ako građevina sadrži objekte koji zahtijevaju posebnu

pozornost (mostovi, potporni zidovi, klizišta), ti objekti se obrađuju posebno.


3

Slika 1.3. Primjeri sondažnih profila

Program istražnih radova sadrži broj i predviđa dubinu bušotina, broj i dubinu

istražnih jama i/ili potkopa. Propisuje učestalost uzimanja neporemećenih uzoraka i/ili ispitivanja zbijenosti dinamičkim penetracijskim pokusom u bušotinama. Približno predviđa

broj i vrstu laboratorijskih ispitivanja i terenskih ispitivanja koja nisu ovisna o bušaćem

stroju.

Za nadogradnju građevine kopaju se istražne jame uz postojeće temelje. Utvrđuje

se veličina temelja, dubina temeljenja i osobine tla ispod temelja. Istražne se jame

predviđaju i u slučaju kada je potrebno detaljnije upoznati pliće slojeve tla u kojima je takve

jame moguće izvesti. U posebnim slučajevima izvode se istražni potkopi i istražni bunari. Iz

njih je moguće izvaditi neporemećene uzorke ili u njima izvoditi neke terenske pokuse.

Izvode se pri istražnim radovima za klizišta, velike brane, tunele i slično.

Uz bušenje često se u tijeku terenskih istražnih radova koriste i ostale in situ metode,

kao što su:

Terensko ispitivanje vodopropusnosti;

Ispitivanje tlačnim jastukom;

SPT i CPT;

Ispitivanje presiometrom i dilatometrom;

Ispitivanje krilnom sondom;

Geofizička ispitivanja, itd.


4

In situ pokusi sve češće zauzimaju zasluženo istaknuto mjesto u programima

geotehničkih istražnih radova, prvenstveno zahvaljujući naprednoj tehnici ispitivanja i

interpretacije, razumno jeftinom i brzom ispitivanju, te postojećem iskustvu u njihovu

korištenju.

U Hrvatskoj se ispitivanja tla i stijena in situ provode nekoliko desetljeća, sukladno

razvoju struke, intenzitetu gradnje i specifičnostima projekata i problema. Tako stvoreno

iskustvo omogućuje izradu ljestvice iskoristivosti pojedinog tipa pokusa prema bodovanju u

tablici 1.1., u kojoj su prikazani relativni odnosi između pojedinih metoda ispitivanja.

U Hrvatskoj geotehničkoj praksi sve više se prihvaća pristup prema kojem treba

kombinirati različite metode ispitivanja, u fazama, tako da se brze i jeftinije metode ispitivanja

(in situ) koje mogu opisati (gusto) relativna svojstva tla po dubini koriste kao polazna

informacija za skuplja i složenija (dugotrajnija) ispitivanja na uzorcima tla u laboratoriju.

Tablica 1.1. Iskustvena ljestvica iskoristivosti pojedinog tipa pokusa prema bodovanju od 1 do 5

(Prema preporuci IGH)

VRSTA ISPITIVANJA

USPJEŠNOST ODREĐIVANJA

SASTAV TLA ČVRSTOĆA DEFORMABILNOST KONSOLIDACIJA

Bušenje s laboratorijem

Geofizička ispitivanja

CPT – statička penetracija

SPT – standardna penetracija

DMT – dilatometar Marchetti

MP – presiometar Menard

KS – krilna sonda

Presiopermeametar

Podpovršinski istražni radovi 2. Vrste istraživanja

5

2. Vrste istraživanja

U slučaju većih objekata ili prostranog istražnog područja obično se istraživanja

izvode u fazama, tako da se govori o prethodnim istraživanjima, glavnim ili detaljnim

istraživanjima za izradu projekta i dopunskim ili kontrolnim istraživanjima. Spomenute faze

nisu strogo propisane jer je teško propisati jednostavna pravila koja bi bila primjenjiva za sve

vrste objekata i sve moguće prirodne i poslovne okolnosti u kojima treba provesti

geotehničko istraživanje.

2.1. Prethodna istraživanja

Cilj prethodnih istraživanja je ustanoviti da li je teren pogodan za planiranu gradnju,

okvirnu kvalitetu i sastav tla, razinu podzemne vode i neke karakteristike za to područje (npr.

utjecaj rudarske djelatnosti u blizini ili ispod same gradnje objekta). Potrebno je izvući

dovoljno podataka pomoću kojih se tlo može klasificirati.

Prethodna ili preliminarna istraživanja počinju prikupljanjem i proučavanjem svih

postojećih geodetskih, hidroloških, klimatoloških, seizmičkih i geoloških podloga, podataka o

postojećim nadzemnim i podzemnim građevinama i objektima infrastrukture (vodovod,

kanalizacija, električna i telefonska mreža, itd.), aerofotogrametrijskih snimaka, raznih

arhivskih dokumenata i arheoloških podataka. Ako geodetske podloge za određeno područje

nisu izrađene, potrebno ih je izraditi u odgovarajućem mjerilu jer su one podloga za sve

ostale podloge.

Aerofotogrametrijske snimke terena mogu poslužiti za dobivanje prvih podataka o

morfologiji terena, vrsti i rasporedu vegetacije, sastavu tla, stalnim i povremenim tokovima

vode i sl. Proučavanjem geoloških podloga dobivaju se podaci o vrstama i prostornom

položaju tla i stijena te njihovim genetskim i tektonskim odnosima. Hidrogeološke podloge

omogućuju uvid u postojanje i smjerove kretanja podzemnih voda, a inženjersko-geološke

podloge daju podatke o inženjersko-geološkim svojstvima tla, posebice o fosilnim i aktivnim

područjima klizišta i ostalim geološkim uvjetima izgradnje te eksploatiranja objekata

predviđenih za građenje. Kod pregledavanja informacija o izvedenim objektima na lokaciji i u

okolici, posebno su važni podaci o eventualnim oštećenjima na objektima izazvani pokretima

tla.


6

Tek nakon proučavanja postojećih podataka obavlja se terenski pregled terena, što

se često naziva i rekognosciranje terena. Rekognosciranjem terena mogu se dobiti važni

podaci za faze istraživanja koje će slijediti nakon toga. U cilju dobivanja što više podataka i u

ovoj fazi se izvode manja otkopavanja rjeđe raspoređena, ali uz pokrivanje cijelog istražnog

područja. Poželjno je da se uzme i odgovarajući broj uzoraka za ispitivanje, ako se zna da će

se raditi glavna, odnosno detaljna istraživanja.

Osnovni podaci koji se dobivaju rekognosciranjem terena jesu:

Morfologija terena;

Vegetacija;

Erozija tla;

Izvori (stalni i povremeni);

Sastav tla pregledom postojećih zasjeka, usjeka, jaruga i iskopa;

Klizišta (aktivna i fosilna);

Razina podzemnih voda u postojećim zdencima, pijezometrima i sl.

Vizualnom identifikacijom i jednostavnim ispitivanjima mogu se na terenu odrediti

neka osnovna svojstva tla i izvršiti preliminarna identifikacija tla. Za točniju klasifikaciju

potrebna su laboratorijska ispitivanja na uzorcima tla. Identifikacija stijena nešto je složenija

te zahtijeva veće iskustvo i znanje istraživača, jer mehanika stijena proučava diskontinuiranu

sredinu (stijenski diskontinuiteti bitno utječu na njihova geotehnička svojstva).

2.1.1. Identificikacija krupnozrnatih (nekoherentnih) tala

Za krupnozrnata tla na terenu se ispituje: veličina i oblik zrna, udio pojedinih frakcija

zrna, mineralni i petrografski sastav zrna, tvrdoća pojedinih vrsta zrna i prisutnost organske

komponente.

Veličina i oblik zrna određuje se vizualno i mjerenjem pomičnim mjerilom. Udio

pojedinih frakcija procjenjuje se na uzorku tla raspoređenom na površini većoj od 1 m².

Koriste se podaci o mjerenju veličine zrna, a udio pojedinih frakcija obavlja se vizualnom

procjenom. Na ovaj način tlo se opisuje kao dobro graduirano ili slabo graduirano. Dobro

graduirano tlo se sastoji od čestica širokog raspona veličina, količinski podjednako sadržanih

u masi. Slabo graduirano tlo se sastoji od čestica koje su sve otprilike iste veličine ili su neki

rasponi veličina čestica malo sadržani u masi tla, ili ih nedostaje.


7

Tablica 2.1. Raspodjela veličine čestica

Sastojak tla Veličina (ASTM) Veličina (MIT) Usporedni primjer

305 mm ili više - Veće od nogometne lopte

Oblutci 305 – 76 mm od 60 mm na više Grejp

Krupni šljunak 76 – 19 mm 60 – 20 mm Naranča

Sitni šljunak 19 – 4,75 mm 20 – 2 mm Grašak

Krupni pijesak 4,75 – 2 mm 2 – 0,6 mm Kamena sol

Srednji pijesak 2 – 0,42 mm 0,6 – 0,2 mm Šećer

Sitni pijesak 0,42 – 0,075 mm 0,2 – 0,06 mm Šećer u prahu

Sitnozrnato tlo manje od 0,075 mm manje od 0,06 mm -

Tablica 2.2. Kriterij za opisivanje oblika krupnozrnatih čestica

Opis Kriterij

Uglate Čestice imaju oštre rubove i relativno ravne strane s neizglađenim površinama.

Poluuglate Čestice su vrlo slične uglatima, ali imaju zaobljene dijelove.

Poluzaobljene Čestice imaju gotovo ravne strane, ali imaju dobro zaobljene rubove.

Oble Čestice imaju glatko zakrivljene strane bez rubova.

Mineralni i petrografski sastav zrna određuje se vizualno i pokusom reakcije na

razrijeđenu solnu kiselinu (HCl). Burna reakcija na solnu kiselinu karakteristična je za

vapnenac. Dolomit reagira samo na vruću solnu kiselinu (Tablica 2.3.).

Za vizualno određivanje mineralnog i petrografskog sastava zrna potrebno je

određeno iskustvo. Određivanjem mineralnog sastava mogu se procijeniti vrste i svojstva

veziva. Najčešća su glinena, kvarcna i karbonatna veziva. Za razliku od kalcita, kvarc je

rezistentan na utjecaje atmosferilija i ima znatno veću tvrdoću. Vizualno se razlikuje od

kalcita po visokom sjaju zrna.

Tvrdoća zrna ovisna je o mineralnom sastavu, određuje se udarcima čekića i

pokusom paranja materijalom poznate tvrdoće. Pritom se tvrdoća minerala prikazuje po

Mohsovoj skali u rasponu 1-10.


8

Tablica 2.3. Kriterij za opisivanje mineralnog sastava krupnozrnatih čestica pokusom reakcije na HCl

Reakcija na HCl Postotak CaCO3 po masi

Nema reakcije < 1% CaCO3 po masi

Šumi slabo i kratkotrajno

1-2% CaCO3 po masi

Šumi jako i kratkotrajno

2-4% CaCO3 po masi

Šumi jako i dugotrajno > 5% CaCO3 po masi

2.1.2. Identifikacija sitnozrnatih (koherentnih) tala

Za identifikaciju sitnozrnog tla na terenu najčešće se primjenjuju slijedeća ispitivanja:

ispitivanje suhe čvrstoće, ispitivanje plastičnosti na vlažnom uzorku i pri potresanju,

ispitivanje sjajnosti, ispitivanje reakcije sa solnom kiselinom, ispitivanje konzistencije,

ispitivanje sadržaja organskih tvari i približne čvrstoće na tlak.

Test suhe čvrstoće provodi se tako da se od uzorka oblikuje grudica veličine 0,3 cm i

ostavlja se da se osuši. Čvrstoću suhog uzorka testira se tako da se prstima izmrvi grudica.

Rezultati testa dobivaju se prema tablici 2.4.

Tablica 2.4. Kriterij za opisivanje suhe čvrstoće

Opis Kriterij

Nikakva Pod najmanjim pritiskom prilikom rukovanja suha grudica uzorka se mrvi u prah.

Niska Suhi uzorak se mrvi uz manji pritisak prstima.

Srednja Suhi uzorak se raspada na komadiće ili mrvi pod umjerenim pritiskom prstiju.

Visoka Suhi uzorak su ne može slomiti pritiskom prstiju. Uzorak se lomi na komadiće kad se palcem pritisne na tvrdu podlogu.

Vrlo visoka

Uzorak se ne može slomiti kad ga se palcem pritišće na tvrdu podlogu.

Plastičnost se određuje testom plastičnosti na vlažnom uzorku formiranjem valjčića

promjera 3 mm. Pritiskom među prstima ocjenjuje se njihova tvrdoća i plastičnost (Tablica

2.5.).


9

Plastičnost se određuje i pokusom potresanja. Uzorak materijala pomiješa se s

vodom, a zatim se stavi na dlan ruke i nožem poravna površina uzorka. Udarcima ruke o

ruku promatra se pojava vode na površini koja uzorku daje sjajnost. Zatim se uzorak stisne

među prstima, zbog čega se voda izgubi i nestaje sjajnosti. Reakcija pojavljivanja i

nestajanja vode pri potresanju i gnječenju uzorka omogućava ocjenu plastičnosti uzorka tla.

Tablica 2.5. Kriterij za opisivanje plastičnosti tla

Opis Kriterij

Ne-plastično Pri bilo kojem sadržaju vode ne može se uvaljati valjčić promjera 0,3 cm.

Nisko Uzorak se teško valja i ne može se oformiti kohezivna masa kad je uzorak suši od granice plastičnosti.

Srednje Uzorak se lako valja i potrebno je malo vremena da bi se postigla granica plastičnosti. Kad se postigne granica plastičnosti uzorak se ne može ponovno valjati. Masa se mrvi kad je vlažnost manja od granice plastičnosti.

Visoko Da bi se postigla granica plastičnosti potrebno je dosta vremena valjati i mijesiti uzorak. Uzorak se može više puta ponovno obrađivati i valjati prije nego se postigne granica plastičnosti.

Sjajnost presjeka određuje se zasijecanjem uzorka oštrim nožem, te se ocjenjuje

intenzitet sjajnosti presjeka. Masne gline velike plastičnosti imaju visoku sjajnost presjeka, a

tlo sastavljeno od pijeska i prašine ne pokazuju sjajnost.

Prisutnost organskih tvari određuje se na svježem uzorku. Oštar miris i tamna boja

upućuju na organske materije u tlu. Zagrijavanjem prirodno vlažnog uzorka može se dobiti

jači miris.

Konzistencija tla određuje se prema veličini otpora uzorka na gnječenje (Tablica 2.6.).

Jednoosna tlačna čvrstoća mjeri se džepnim penetrometrom (Poglavlje 2.1.4.1.) koji

radi na principu opruge. Izvode se najmanje tri mjerenja na razmacima od po 5 cm. Ova

mjerenja daju približne vrijednosti jednoosne čvrstoće.

Vizualna identifikacija tla jedna je od početnih geotehničkih metoda istraživanja. Uz

skromna financijska ulaganja, jednostavnost i brzina osnovne su značajke ove metode.


10

Tablica 2.6. Kriterij za opisivanje konzistencije tla

Opis Kriterij

Čvrsto Uzorak se pod pritiskom mrvi na manje komade.

Polučvrsto Uzorak se pod pritiskom gnječi, ali formiranje valjčića promjera 3 mm nije moguće jer se uzorak drobi.

Teško gnječivo

Formiranje valjčića promjera 3 mm je moguće.

Lako gnječivo

Moguće formiranje valjčića promjera manjeg od 3 mm.

Žitko Formiranje valjčića nije moguće jer je uzorak u žitkom stanju.

2.1.3. Identifikacija stijena na terenu

Za identifikaciju stijena na terenu koristi se inženjersko-geološki opis stijena, a

provodi se na uzorcima iz istražnih bušotina ili na izdancima. Pri tome je potrebno opisati

značajke stijene važne za određivanje inženjerskih svojstava: čvrstoću, trošnost i stanje

diskontinuiteta.

Kod terenske identifikacije stijena najčešće se koristi geološka klasifikacija stijena jer

ona uzima u obzir geološko porijeklo i strukturu područja. Na temelju nje je moguće korelirati

bušotine, te razlučiti gromade stijena od osnovne stijene.

Radi jasnoće, prilikom opisivanja stijene, glavne značajke trebaju biti razvrstane na

slijedeći način:

Značajke materijala stijene - odnose se na intaktni uzorak (koji je moguće držati

u ruci) i obuhvaćaju: čvrstoću, strukturu, boju, teksturu, veličinu zrna i naziv

stijene.

Opće informacije - obuhvaćaju dodatne podatke kao što je detaljniji petrografski

opis i geološka formacija.

Značajke mase stijene - odnose se na strukturu stijenske mase (u idealnom

slučaju veličine izdanka), a obuhvaćaju opise stanja trošnosti, diskontinuiteta i

raspucanosti.


11

2.1.3.1. Čvrstoća stijenskog materijala

Na terenu se tlačna čvrstoća stijene određuje pomoću Schmidtovog čekića (Poglavlje

2.1.4.4.) ili jednostavnim terenskim testovima pomoću geološkog čekića (Tablica 2.7.). Iz

korelacijskog dijagrama na slici 2.6. dobiva se jednoosna tlačna čvrstoća stijene na temelju

vrijednosti odskoka Schmidtovog čekića.

2.1.3.2. Trošnost stijenske mase

Trošenje stijena je destruktivni proces ili skup procesa kojima se stijenama, izloženim

atmosferskim utjecajima na ili u blizini površine, mijenjaju fizička i mehanička svojstva, pri

čemu gotovo uopće ne dolazi do transporta raspadnutog ili alteriranog materijala.

Trošnost je od osobite važnosti prilikom istraživanja za potrebe građenja u ili na

stijenskoj masi, budući da se ovdje radi na malim dubinama, unutar zone utjecaja

površinskog trošenja. Određuje se na osnovi distribucije i relativnog udjela svježeg i trošnog

stijenskog materijala (Tablica 2.8.).

Tablica 2.7. Terenska identifikacija i opis čvrstoće stijenske mase

Tlačna čvrstoća (MPa) Opis stijene Terenska identifikacija

0,25 - 1 Ekstremno slaba stijena Para se noktom

1 - 5 Vrlo slaba stijena Slama se rukom

5 - 25 Slaba stijena Može se rezati nožićem

25 – 50 Srednje čvrsta stijena Može se rezati šiljkom čekića

50 – 100 Čvrsta stijena Slama se srednje jakim

udarcem čekića

100 – 250 Vrlo čvrsta stijena Slama se nakon nekoliko

srednje jakih udaraca čekićem

> 250 Ekstremno čvrsta stijena Može se slomiti samo jakim

udarcima čekićem


12

Tablica 2.8. Stupnjevanje trošnosti stijena

Stupanj trošnosti Opis trošnosti Postotak trošnosti

I. Svjež stupanj promjene 0 %

II. Slabo trošan stupanj promjene 0 – 10 %

III. Srednje trošan stupanj promjene 10 – 35 %

IV. Jako trošan stupanj promjene 35 – 75 %

V. Potpuno trošan stupanj promjene > 75 %

VI. Rezidualno tlo; najviši stupanj promjene 100 %

2.1.3.3. Opis diskontinuiteta stijenske mase

Prema preporuci International Society for Rock Mechanics, određeno je deset

elemenata kojima se opisuju diskontinuiteti (ISRM, 1978):

Orijentacija diskontinuiteta (određuje se geološkim kompasom);

Razmak diskontinuiteta (mjeri se mjernom trakom);

Postojanost diskontinuiteta (prostiranje i veličina diskontinuiteta);

Hrapavost stijenki diskontinuiteta (određuje se profilometrima);

Čvrstoća stijenki diskontinuiteta (određuje se Scmidtovim čekićem);

Zijev diskontinuiteta;

Ispuna diskontinuiteta;

Voda u diskontinuitetu;

Broj sustava diskontinuiteta;

Veličina blokova u stijenskoj masi.

2.1.3.4. Naziv stijene

Opisuje se na uzorku stijene. Geneza stijena vrlo je korisna za inženjersku geologiju,

budući da su njome uvjetovana svojstva stijena. Upotreba geološkog naziva stijena kao

osnovnog naziva stijene preporučuje se i stoga što ne postoji prikladniji sustav imenovanja

stijena za inženjerske potrebe.

Magmatske stijene sastoje se od uglatih mineralnih zrna. Čvrste su kad su svježe,

nisu porozne. Oblici pojavljivanja magmatskih stijena: Batolit; Lakolit; Štok; Sklad; Žila (žica).

Najvažnije svojstvo metamorfnih stijena je škriljavost (folijacija), a najizraženija je na

izdancima gnajsa.


13

Tablica 2.9. Tablica za opis diskontinuiteta stijenske mase (Prema BSI)

Razmak Orijentacija Postojanost Vrsta

prekida

Hrapavost

stijenki

Čvrstoća

stijenki Zijev Ispuna Voda Broj sustava

Ekstremno velik

> 6m

Određuje se na jezgri iz

istražne bušotine.

Diskontinuirano

Kontinuirano u jezgri

Ne može se normalno

opisati

Može se mjeriti u cm ili

u mm.

Skokovita

- gruba - glatka

- izbrazdana

Schmidtov čekić

Ne može se

normalno opisati

Čisto

Ne može se opisati iz

jezgre

Ne može se opisati iz jezgre

Vrlo velik

2 – 6 m Obojena površina stjenki

Velik

0,6 – 2 m

Valovita

- gruba - glatka

- izbrazdana

Ispunjeno tlom Srednji

0,2 – 0,6 m

Određuje se na izdancima i

kosinama pomoću

geološkog kompasa.

Vrlo visoka

> 20 m

Prekid

x (izvan vidljivosti)

r (s stijenom)

d (nastavlja se diskontinuira-

nost)

Vrlo otvoren

> 10 mm

Vlažna površina stijene

Zabilježiti udaljenost i orijentaciju

sustava diskontinuiteta

Mali

6 – 20 cm

Visoka

10 – 20 m

Ravninska

- gruba - glatka

- izbrazdana

Otvoren

2,5 – 10 mm

Sadrži mineralne

čestice

Kapanje vode iz stijene

Vrlo mali

2 – 6 cm

Srednja

3 do 10 m

Srednje otvoren

0,5 – 2,5

mm Ako se mjeri u

dm:

Valovita Krivudava

Ravna

Sadrži specifičnu

ispunu

Tečenje vode

Slabo

0,05 – 5 l/s

Srednje 0,5 – 5 l/s

Jako

> 5 l/s

Ekstremno mali

< 2 cm

Mala

1 – 3 m

Stisnut

0,1 – 0,5 mm Zabilježiti

dbljinu i kontinuitet

ispune Usvaja se

neka srednja vrijednost

Vrlo mala

< 1 m

Vrlo stisnuti

< 0,1 mm

Tablica 2.10. Identifikacija magmatskih i metamorfnih stijena za inženjersku primjenu (Prema BSI)

Opis veličine

zrna Magmatske stijene – masivna struktura i kristalna tekstura

Metamorfne stijene

Škriljave Masivne

Gruba Granit Diorit Gabro Piroksenit Peridotit

Gnajs

Mramor Kvarcit Granulit Hornfels Amfibolit

Serpentinit

Srednja Mikrogranit Mikrodiorit Dolerit Škriljavac

Fina Riolit Andezit Bazalt Filit Slejt

Milonit

Amorfne Opsidian Vulkansko staklo

Boja Svijetla Tamna

Kristalizacija

KISELE

Puno kvarca NEUTRALNE Nešto kvarca

BAZIČNE Malo ili ništa

kvarca ULTRABAZIČNE Silikatna

Uglavnom silikatna


14

Sedimentne stijene, koje se sastoje od cementiranih zrna, vrlo se razlikuju u čvrstoći.

Neke sedimentne stijene puno su čvršće i od magmatskih stijena. Identifikaciju sedimentnih

stijena bolje je vršiti na izdancima nego na uzorcima koji se mogu uzeti u ruku. Samo

sedimentne stijene i neke metamorfne stijene koje su nastale od sedimentnih, mogu

sadržavati fosile. Karbonatne stijene sadrže u svojem sastavu kalcit (kalcij-karbonat), koji

reagira sa razrijeđenom solnom kiselinom (HCl), pa ih je na taj način moguće identificirati

(Tablica 2.3.).

Tablica 2.11. Identifikacija sedimentnih stijena za inženjersku primjenu (Prema BSI1)

Veličina zrna

(mm) Sedimentne stijene

20

Opis veličine zrna

KONGLOMERATI Oble gromade i

cementirani šljunak u finoj teksturi.

BREČA

Nepravilni komadi stijene u finoj teksturi.

Više od 50 % karbonatnih zrna

Više od 50 % vulkanskih zrna

HALIT

ANHIDRIT

GIPS

Kru

pnozrn

ate

(ruditne)

Vapnenci i dolo

miti

Kalc

irudit

Vulkanski fragmenti fine

teksture

Obla zrna - Aglomerati

Uglata zrna –

Vulkanska breča

6

2

Sre

dnje

zrn

ate

(are

nitne) G

ruba

PIJESCI Uglata ili obla zrna cementirana u glini,

kristalizirana u mineralima željeza.

Kvarcit Kvarc

Kalk

are

nit

Cementirani vulkanski tuf

0,6

Sre

dnja

0,2

Fin

a

0,06

Sitnozrn

ate

(lu

titn

e)

Glin

jak

Mu

ljnja

k

SILT

Iskrista

lizirani m

ulj

Kalc

itič

ni

mu

ljnja

k

Lapor Fino graduiran tuf

Vrlo fino graduiran

tuf 0,002

Kalc

itič

ni

pra

hovnja

k

Amorfne Kremen; Lapor; Čert Rožnjak ugljen

Cementirana zrna – osim amorfnih stijena

Silikati Kalkareniti Silikati Karbonati

1 BSI – British Standards Institution


15

2.1.4. Mali mjerni instrumenti za identifikaciju materijala na terenu

Mali mjerni instrumenti vrlo često se koriste prilikom rekognosciranja terena jer se u

kratkom vremenu dobivaju zadovoljavajući rezultati, koji mogu biti korisni za daljnje faze

istraživanja.

2.1.4.1. Džepni penetrometar

Namijenjen je za brzu ocjenu jednoosne tlačne tvrdoće na terenu ili u laboratoriju.

Prije početka mjerenja oznaku na penetrometru treba postaviti u ishodišni položaj. Nakon

toga utisnuti šiljak penetrometra do zareza (6 mm) u tlo ili uzorak tla, izvući penetrometar i

očitati izmjerenu vrijednost. Većina penetrometara omogućuje mjerenje u području od 500

kPa. Mjerenje se ponavlja više puta, a kao rezultat se navodi područje u kojem ima najviše

rezultata.

2.1.4.2. Džepna krilna sonda

Namijenjena je za brzu ocjenu nedrenirane čvrstoće na terenu ili u laboratoriju.

Prije početka mjerenja mjernu razdiobu na džepnoj krilnoj sondi postaviti u ishodišni položaj,

utisnuti krilca u potpunosti u glatko pripremljeno tlo ili uzorak tla, zatim torzijski polako

okretati sondu do loma i očitati izmjerenu vrijednost. Obično je sonda opremljena s različitim

krilcima, tako da je moguće mjerenje izvoditi u vrlo mekim (veća krilca) pa i u vrlo tvrdim

materijalima (manja krilca). Kod upotrebe različitih krilca potrebno je očitani rezultat korigirati

sa propisanim korekcijskim faktorom.

Slika 2.1. a) Džepni penetrometar; b) Džepna krilna sonda

a) b)


16

Tablica 2.12. Okvirne vrijednosti jednoosne tlačne tvrdoće u odnosu na konzistenciju materijala

Konzistencija

tla Indeks konzistencije

Jednoosna tlačna

čvrstoća

(kPa)

Nedrenirana

posmična čvrstoća

(kPa)

Žitko do lako gnječivo 0 0 0

0,25 25 12,5

Lako gnječivo

0,50 50 25,0

Srednje gnječivo

0,75 100 50,0

Teško gnječivo

1,00 200 100,0

Polutvrdo

1,25 400 200,0

Rezultati se prikazuju u posebnim formularima. Ako se identifikacija tla izvodi na

temelju uzoraka iz istražnog bušenja, formulari sadrže i osnovne podatke o bušaćem stroju,

načinu bušenja i sl. U slučaju uzimanja uzoraka iz sondažnih iskopa uz formulare prilaže se

skica iskopa s označenim mjestima uzimanja uzoraka tla. Sve faze vizualne identifikacije

prati detaljna fotodokumentacija koja je sastavni dio izvještaja o izvršenim istraživanjima.

Ovaj izvještaj sadrži opis šire i uže lokacije, geološke podatke, detaljni opis uzoraka tla i tla

kao cjeline, razinu podzemne vode i sl.

2.1.4.3. Geološki kompas

Geološki kompas služi za mjerenje orijentacije pukotina u stijenskoj masi, a razlikuje

se od klasičnog kompasa po tome što su na skali zamijenjene strane svijeta (istok i zapad) i

stupnjevi se povećavaju suprotno od smjera kazaljke na satu.

Mjerenjem smjera pada i nagiba pukotine određena je njena orijentacija u prostoru jer

je pružanje okomito na smjer pada. Postavljanjem bočne strane kompasa na plohu pukotine

u smjeru najvećeg pada, pokazivač pada se zaustavlja na dijelu skale na kojem se očita

vrijednost nagiba.


17

Slika 2.2. Geološki kompas

Na geološkom kompasu ugrađen je klinometar, dio kojim se mjeri nagib sloja. Ima

svoju posebnu ljestvicu s podjelom od 0° do 90°. Na geološkom kompasu postoji i libela

kojom se kontrolira horizontalnost kompasa.

Kod nagnutog sloja mjere se dva njegova elementa: smjer nagiba i kut nagiba.

Pružanje takva sloja okomito je na smjer nagiba i ne treba ga mjeriti. Kod vertikalnog sloja

mjeri se njegovo pružanje, a kod horizontalnog sloja provjerava se njegova horizontalnost

libelom i klinometrom. U upotrebi je više tipova kompasa.

a)

b)

Slika 2.3. a) Mjerenje azimuta (smjera) nagiba i kuta nagiba kompasom tipa Brunton

b) Mjerenje na terenu


18

2.1.4.4. Schmidtov čekić

čekić omogućuje brzo i jeftino mjerenje površinske tvrdoće koja se koristi za procjenu

mehaničkih svojstava stijena. U primjeni postoje modeli Schmidtvog čekića s različitim

energijama udara. Najčešće se koristi L-tip čekića s energijom udara od 0,735 Nm i N-tip s

energijom udara od 2,207 Nm. Schmidtov čekić sastoji se od utega koji uslijed oprugom

akumulirane energije udara u čelični klip, a koji je u kontaktu s površinom ispitivanog

materijala (ISRM, 1978). Vrijednost odskoka utega nakon udara, u odnosu na njegov

ishodišni položaj prije udara, predstavlja zapravo mjeru odskočne tvrdoće ispitivanog

materijala.

Slika 2.4. Schmidtov čekić

Prije ispitivanja Schmidtov čekić potrebno je kalibrirati na čeličnom nakovnju za

kalibraciju, koji je izrađen od strane proizvođača Schmidtovog čekića. Korekcijski faktor se

dobiva na temelju omjera specificirane vrijednosti odskoka i dobivene prosječne vrijednosti

od 10 ispitivanja na čeličnom nakovnju za kalibraciju.

Korelacije između jednoosne tlačne čvrstoće i Schmidtove tvrdoće najbolje se

utvrđuju eksponencijalnim funkcijama jer se jednoosna tlačna čvrstoća eksponencijalno

povećava s produktom gustoće materijala i odskočne tvrdoće. Međutim, izvedene jednadžbe

od strane različitih autora jako ovise o tipu materijala i uvjetima ispitivanja. Uspoređujući

dobivene vrijednosti laboratorijskih ispitivanja tvrdoće Schmidtovim čekićem na jezgrama s

vrijednostima ispitivanja na terenu došlo se do zaključka da su dobivene vrijednosti odskoka

kod laboratorijskih ispitivanja, u slučaju nekih drugih postupaka, manje od terenskih

vrijednosti, za razliku od postupka ISRM-a kod kojega je situacija suprotna.


19

S obzirom na različite vrijednosti kuta pod kojim se ispitivanja mogu provoditi u

odnosu na horizontalu, što je najčešće vezano uz uvjete ispitivanja na terenu i uzrok

dobivanja različitih vrijednosti odskoka, razvijena je metoda za normalizaciju vrijednosti koja

se može primijeniti kod svih tipova čekića i ispitivanja u svim smjerovima. Tim istraživanjima

utvrđeno je i to da veličina zrna ima značajnu ulogu na raspršenje dobivenih vrijednosti, zbog

čega N-tip čekića daje nešto bolje rezultate, upravo zbog primjene veće energije udarca čime

se zapravo zahvati veći volumen materijala prilikom ispitivanja. Provedena usporedna

ispitivanja s L i N-tipom čekića na različitim materijalima pokazala su da je N-tip Schmidtovog

čekića efikasniji i precizniji u procjeni jednoosne tlačne čvrstoće materijala u rasponu od 20

do 290 MPa.

Istraživanja na utvrđivanju optimalne veličine uzoraka kod laboratorijskih ispitivanja,

primjenom različitih metoda ispitivanja na različitim vrstama stijena, pokazala su da bi uzorci

u obliku kocke trebali imati najmanju veličinu stranica od 110 mm, da bi se dobile jednake

vrijednosti laboratorijskih i terenskih ispitivanja.

Na temelju rezultata svih istraživanja, predložena je revizija ISRM preporuke za

određivanje odskočne tvrdoće u laboratorijskim i terenskim uvjetima, s naglaskom na

primjeni vrijednosti, kao indeksne veličine, u procjeni jednoosne tlačne čvrstoće i modula

(Youngovog) elastičnosti stijenskog materijala. Promjer valjkastih uzoraka ne bi smio biti

manji od promjera (54,7 mm) kod ispitivanja s L-tipom čekića, te po mogućnosti 84 mm kod

ispitivanja s N-tipom čekića. Uzorci kvadratnog oblika ne bi smjeli imati debljinu manju od

100 mm na mjestu ispitivanja.

a) b)

Slika 2.5. a) Uzorci za ispitivanje Schmidtovim čekićem u laboratoriju; b) Mjerenje na terenu


20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

20 30 40 50 60 70 80

Odskok Schmidtovog čekića

Yo

ung

ov

mo

du

l (G

Pa

)

Pri ispitivanju uzoraka potrebno je koristiti čelično postolje minimalne mase od 20 kg

kod ispitivanja s L-tipom, te 40 kg kod ispitivanja s N-tipom čekića. Dobivene vrijednosti pri

ispitivanju, s obzirom na položaj čekića u odnosu na horizontalu, potrebno je korigirati s

normalizacijskim funkcijama.

Na temelju rezultata svih istraživanja jasno je da usprkos primjeni jednakih uvjeta i

metoda ispitivanja nije moguće postići jedinstvenu korelacijsku vezu primjenjivu na sve vrste

i tipove stijena (Yagiz, 2009).

Čekić se primjenjuje u pravcu okomitom na zidove stijene uz korištenje korelacijskih

dijagrama odnosa kuta osi čekića i horizontale. Površinu treba ispitivati u vlažnom stanju, a

sama površina treba biti bez malih raspadnutih čestica stoga se priborom očisti stijenska

podloga.

Preporuka (ISRM, 1978) je da se pokus izvodi u skupinama od po 10 ispitivanja po

jediničnoj površini, s tim da se eliminira pet najmanjih rezultata, a računa se srednja

vrijednost pet najvećih čitanja. Srednja vrijednost odskoka Schmidtova čekića (R) i

zapreminska težina stijene koriste se za određivanje čvrstoće zidova diskontinuiteta.

Slika 2.6. Korelacijski dijagram tlačne čvrstoće prema odskoku Schmidtovog čekića

Slika 2.7. Korelacijski dijagram Youngovog modula prema vrijednostima odskoka Schmidtovog čekića

10

20

30

40

50

60

70

15 20 25 30 35 40 45 50

Odskok (H)

Tla

čn

a č

vrs

toć

a (

MN

/m2)

-90°

+90°

0°

-45°

+45°


21

Na slici 2.7. prikazana je korelacija između Youngovog modula i odskoka

Schmidtovog čekića. Za vrijednost prosječnog odskoka 39 iz slike 2.7. usvojena je vrijednost

za Youngov modul E = 10000 MN/m2, dok se za modul deformacije stijenskog masiva

usvaja vrijednost Em = 400 MN/m2.

Mjerenjem na terenu u skladu s preporukama međunarodnog društva za mehaniku

stijena (ISRM, 1978), određeni su ulazni podaci za klasifikaciju stijenskih masa prema

odgovarajućim dijelovima RMR i Q klasifikacije do razine određivanja geološkog indeksa

čvrstoće stijenske mase (GSI prema E. Hoek-u).

2.2. Glavna (detaljna) istraživanja

Cilj glavnih istraživanja je što preciznije utvrditi sastav tla i fizikalne karakteristike

pojedinih slojeva tla, nivo podzemne vode i druge potrebne podatke, da bi mogli sigurno i

ekonomično planirati sve predviđene faze gradnje.

Na osnovi saznanja prethodnih istraživanja potrebno je pripremiti program glavnih

istraživanja. Opseg istraživanja je ovisan o:

Stupnju prethodne istraženosti terena;

Veličini i značenju objekta;

Predviđenim opterećenjima tla;

Vrsti tla.

Kod planiranja istraživanja potrebno je držati se propisanih tehničkih standarda i

vlastitih stručnih mišljenja. Opseg istraživanja je po potrebi obavezno prilagoditi tekućim

saznanjima.

Za glavnu fazu istraživanja postoji veoma širok spektar metoda geotehničkih

ispitivanja, koje vrlo često ovise o razini tehničkog razvoja sredine u kojoj se izvode.

Najvažnije metode terenskih istražnih radova kojima se izvode detaljna istraživanja, a biti će

detaljno obrađene u sljedećim poglavljima, su:

Izvođenje sondažnih jama sa uzimanjem uzoraka;

Sondažno bušenje sa uzimanjem uzoraka;

Ispitivanja u bušotinama (krilna sonda, presiometar, dilatometar, CPT, SPT,

videoendoskopija,…);

Ispitivanje deformacijskih svojstava tla i stijena (probna ploča, hidraulički tlačni

jastuk, probna komora,…);


22

Ispitivanje napona u stijeni (Oberti metoda, metoda sa središnjom bušotinom,

Tincellinova metoda,…);

Mjerenje razine podzemne vode i vodopropusnosti (probna crpljenja, Slug

test,…);

Geofizička istraživanja (geoelektrika, seizmika, georadar, tomografija, MASW,…).

Eurokod 7 uveo je tri geotehničke kategorije prema složenosti i rizičnosti geotehničke

građevine, što služi za racionalizaciju opsega istražnih radova i složenosti postupka

dokazivanja stabilnosti i uporabivosti za građevine svrstane u te kategorije. Građevine su

svrstane u kategorije kako slijedi:

Prva geotehnička kategorija: Samo male i jednostavne konstrukcije za koje je

moguće osigurati zadovoljenje bitnih zahtjeva na osnovi iskustva i kvalitativnih

geotehničkih istraživačkih radova sa zanemarivim rizikom za vlasništvo ili živote (npr.

temelji jednokatnica, niski zidovi, nasipi, itd.).

Druga geotehnička kategorija: Uobičajeni tipovi konstrukcija i temelja bez

pretjeranog rizika ili izuzetno teških uvjeta u temeljnom tlu ili uvjeta opterećenja.

Konstrukcije zahtijevaju brojčane geotehničke podatke i proračune kako bi se

osiguralo da će bitni zahtjevi biti zadovoljeni, no mogu biti upotrijebljeni rutinski

postupci za terenske i laboratorijske pokuse, kao i za projektiranje i izvedbu (npr.

plitki i duboki temelji, potporni zidovi, niske nasute brane, jednostavnije građevne

jame, jednostavnije kosine i sl.).

Treća geotehnička kategorija: Uključuje vrlo velike ili neuobičajene konstrukcije, za

koje su rizici veći od uobičajenih; konstrukcije s posebno teškim opterećenjima i/ili

lošim stanjem temeljnog tla, kao i konstrukcije u područjima visoke seizmičnosti (npr.

temeljenje na mekom tlu, složene građevne jame u blizini postojećih objekata,

klizišta, tuneli, visoke nasute brane, nuklearne elektrane, itd.).

Isto tako EC 7 daje okvirne preporuke opsega istražnih radova za neke standardne

slučajeve. Pa tako za razmak bušotina ili drugih terenskih ispitivanja preporuča:

Za veće objekte su predviđena istraživanja u obliku mreža, obično na međusobnoj

udaljenosti 15 do 40 m. Kod toga je dio bušotina ili sondažnih jama moguće

nadomjestiti sa penetracijskim ispitivanjima i geofizičkim mjerenjima.

Za građevine koje pokrivaju široko područje razmak čvorova ne veći od 60 m.

Za linijske građevine (ceste, želj. pruge, kanali) razmak ispitnih mjesta od 20 do

200 m.

Za posebne konstrukcije (mostovi, temelji strojeva) 2 do 6 ispitnih mjesta po

temelju.

Za brane i slično razmak od 25 do 75 m duž vertikalne osi.


23

Za dubinu istražnih bušotina ili drugih terenskih ispitivanja EC 7 preporuča:

Za visoke i industrijske zgrade na temeljima samcima ili trakastim temeljim: 6 m ili

3 širine temelja ispod temeljne plohe.

Temeljna ploča ili temelji čiji se utjecaj preklapa s dubinom: 1,5 širine temeljne

ploče ili grupe temelja.

Brane: 0,8 do 1,2 visine brane, ali ne manje od 6 m, mjereno od dna brane.

Ceste i aerodromi niskih nasipa: 2 m ispod dna tretiranog (poboljšanog) ili

orginalnog tla.

Rovovi: 1,5 širine rova, ali ne manje od 2 m, mjereno od dna rova.

Iskopi s razinom pijezometarske površine ispod dna iskopa: 0,4 dubine iskopa

mjereno od dna iskopa ili 2 m ispod dna potporne konstrukcije, što je dublje.

Iskopi s pijezometarskom površinom iznad dna iskopa: (H + 2 m) ili dva metra

ispod dna potporne konstrukcije, gdje je H visina pijezometarske plohe iznad dna

iskopa, sve mjereno ispod dna iskopa.

Iskopi u tlima u kojima do veće dubine nema slabije propusnog sloja, dubina

istraživanja treba dosezati barem 5 m ispod dna potporne konstrukcije.

Za pilote: dublje od širine grupe pilota, više od 5 m, ili više od tri širine stope

pilota, sve mjereno ispod stope pilota.

Kod skupine stupova potrebno je obaviti istraživanje ispod kote temeljenja barem

do dubine obje dimenzije na koti stope stupova.

Slika 2.8. Određivanje dubine istražnih radova na temelju dimenzija mreže pilota

Za usjeke je potrebno tlo istražiti barem još 40% dubine usjeka ispod dna usjeka ili

minimalno 2 m ispod dna usjeka.

L

H<L

>H

L

D

Bu

šo

tin

a

Pilo

ti


24

Slika 2.9. Određivanje dubine istražnih radova za usjeke

Minimalni zahtjevi koji se tiču istraživanja podzemne vode po EC 7 su sljedeći:

Promatranje nivoa podzemne vode u bušotinama i pijezometrima u određenim

vremenskim intervalima, ustanoviti moguće arteške pritiske podzemne vode i neke

specifičnosti kao što su zatvoreni vodonosnici i vibracije zbog dizanja vode.

Kod planiranja dubokih zasjeka (građevinskih jama) potrebno je zbog opasnosti od

hidrauličkog loma tla istražiti barem do dvostruke dubine zasjeka, dok kod tla sa

manjom obujamskom težinom još i dublje.

Istraživanja moraju sadržavati i mogući utjecaj okoline na radove i obratno (erozija,

smrzavanje, promjena razine podzemne vode, mogućnost poplave, prisutnost plinova

u tlu, opasnost od potresa, utjecaj na susjedne objekte odnosno utjecaj susjednih

objekata na planirani objekt).

U slučaju građenja na tvrdoj (stijenskoj) podlozi potrebno je dodatno ustanoviti smjer,

moguću prisutnost i značenje diskontinuiteta, te karakteristike diskontinuiteta kao što su

međusobna udaljenost, hrapavost, ispuna drugim materijalima (glinom), povezanost,

prisutnost vode, itd.

2.3. Naknadna (kontrolna) istraživanja i opažanja (monitoring)

Cilj naknadnih istraživanja je dopuniti saznanja koja su dobivena glavnim

istraživanjima. Ako se kod glavnih istraživanja javljaju sumnje glede strukture ili karakteristika

tla i razine podzemne vode, moguće je naknadnim istraživanjima otkloniti sumnje i kontrolirati

da li su pretpostavke dobivene na temelju glavnih istraživanja točne. Posebno je važno

kontrolirati ponašanje i pomake susjednih građevina tijekom izgradnje. Rezultate ispitivanja,

opažanja i mjerenja u ovoj fazi također treba bilježiti i interpretirati, te temeljem njih donositi

odgovarajuće odluke o nastavku ili promjenama u gradnji.

H

> 0,4H

> 2 m


25

2.4. Sažetak vrsta istraživanja

Tablica 2.13. Primjer izbora terenskog ispitivanja u različitim fazama istraživanja

(Prema Eurokod 7: norma geotehničkog projektiranja)

Prethodni istražni radovi Glavni istražni radovi Kontrolni istražni radovi

Pre

gle

d t

op

ogra

fskih

, ge

olo

ških

i h

idro

geo

loških

kara

ta; in

terp

reta

cija

aero

-foto

sn

imaka;

pre

gle

d a

rhiv

a;

pre

gle

d lokacije

Sitnozrnato tlo

P: CPT, WST, DP

B: uzorkovanje (PS,

OS, CS, SPT, TP),

PMT, GW

Pre

limin

arn

i iz

bor

tem

elja

Piloti

P: SR,CPT, WST, DP

B: uzorkovanje (PS, OS,

CS, SPT, TP),FVT, PMT,

GWC

O: PIL

Kon

ačni iz

bor

tem

elja

iz g

lavnog p

roje

kta

Piloti: PIL, pokusna

zbijanja pilota, mjerenja

valova naprezanja u pilotu,

GWC, mjerenje slijeganja,

inklinometri

Plitki temelji

P: CPT, WST, DP


CS, SPT, TP), FVT, DMT;

PMT, GWC

Plitki temelji: provjera

vrste tla, provjera krutosti

(CPT), mjerenje slijeganja

Krupnozrnato tlo

P: SR, CPT, WST, DP

B: uzorkovanje (AS,

OS, CS, SPT, TP),

PMT, GW

Piloti

P: SR,CPT, WST, DP


CS, SPT, TP), DMT, PMT,

GWO

O: PIL

Piloti: PIL, pokusna

zbijanja pilota, mjerenja

valova naprezanja u pilotu,

GWC, mjerenje slijeganja,

inklinometri

Plitki temelji

P: SR,CPT, WST, DP


CS, SPT, TP), DMT, PMT,

FLT, GWO


vrste tla, provjera krutosti

(CPT), mjerenje slijeganja

Stijena

Pregled lokacije,

kartiranje diskont.,

geofizika. Za

prekrivenu ili slabu

stijenu: DP, CPT, SPT,

SR ili CS.

SR s mjerenjem otpora

bušenja, kartiranje pukotina

u TP i CS, DMT (za stijenu),

GWO

Piloti: provjera sučelja

stope i stijene, provjera

pukotina u stijeni,

vodopropusnost


karakteristika pukotinskog

sustava na površini stijene

Kratice:

P terenski pokusi bez bušenja

CPT(U) statički penetracijski pokus

DP dinamičko sondiranje

SR udarno bušenje s grubom procjenom otpora

WST sondiranje s utegom

B postupci u bušotini ili jami

AS vađenje uzorka svrdlanjem

CS uzorkovanje iz sržne cijevi

DMT plosnati dilatometar

FVT terenska krilna sonda

GW mjerenje podzemne vode

(općenito)

GWO mjerenje pornog tlaka otvorenim sustavom

GWC mjerenje pornog tlaka zatvorenim sustavom OS uzorkovanje iz otvorenog uzorkivača (tankostijeni ili debelostijeni)

PLT probna ploča u bušotini

PMT presiometar

PS uzorkivač s nepomičnim klipom

SPT standardni penetracijski pokus

TP istražna jama

O ostalo

PIL probno opterećenje pilota

Napomena: geodetsko snimanje,

kartiranje bušotina i lab. Ispitivanja nisu

prikazana.

Podpovršinski istražni radovi 3. Klasifikacija tla

26

3. Klasifikacija tla

U geomehanici postoji nekoliko načina klasificiranja tla od kojih su neki opće

prihvaćeni, a neki se koriste ograničeno ili su napušteni. Oni koji se koriste, koriste se u

izvornom obliku ili su naknadno dorađeni. Klasifikacija služi da bi se tla mogla međusobno

razlikovati po nazivu iza kojeg se krije skupina tala sličnih fizičko-mehaničkih osobina.

Također, klasifikacija olakšava sporazumijevanje među korisnicima geotehničkih podataka,

jer je međunarodno prihvaćena i koristi se s manjim modifikacijama u cijelom svijetu. U

nastavku su prikazane i opisane neke od klasifikacija tla.

3.1. AC – klasifikacija (air – field clasiffication)

Kod nas se dugo koristila tzv. AC-klasifikacija tla koja materijale dijeli prema veličini

zrna, a sitnozrnata još i prema plastičnosti. Za nju je potrebno provesti relativno jednostavna

laboratorijska ispitivanja kao što su sijanje, areometriranje i određivanje granica

konzistencije. Kasnije su se pojavile još neke klasifikacije, koje su bile povezane s poznatim

institucijama za standardizaciju kao što su DIN, British standard, AFNOR (Francuska) i

ASTM (SAD).

Osnovna podjela prema AC-klasifikaciji:

1) KRUPNOZRNATA TLA: sadrže preko 50% zrna većih od 0,075 mm (ASTM),

odnosno 0,06 mm (BS);

2) SITNOZRNATA TLA: sadrže preko 50% zrna manjih od 0,075 mm, odnosno 0,06

mm.

Šljunak se sastoji od mineralnih zrna i fragmenata stijena većih od 2 mm. Dijeli se

na:

Krupan 20 – 60 mm;

Srednji 6 – 20 mm;

Sitan 2 – 6 mm.

Fragmenti stijena veći od 60 mm nazivaju se drobina.

Simbol G za šljunak dolazi od engleskog naziva za šljunak – Gravel.

Pijesak se sastoji od mineralnih zrna i fragmenata stijena razne veličine koji prolaze

sitom otvora 2 mm, a zaustavljaju se na situ otvora 0,06 mm. Zrno veličine 0,06 mm je

približno najmanje koje se još može raspoznati golim okom.


27

Pijesak se dijeli na:

Krupan 0,6 – 2 mm;

Srednji 0,2 – 0,6 mm;

Sitan 0,06 – 0,2 mm.

Simbol S za pijesak dolazi od engleskog naziva za pijesak – Sand.

Prah se sastoji od čestica većih od 0,002 mm, a manjih od 0,06 mm koje imaju malu

ili nikakvu koheziju i plastičnost. Prah se dijeli na:

Krupan 0,02 – 0,06 mm;

Srednji 0,006 – 0,02 mm;

Sitan 0,002 – 0,006 mm.

Simbol M za prah dolazi od švedske riječi Myala.

Glina se sastoji od čestica manjih od 0,002 mm; dodavanjem vode ili sušenjem

mijenjaju joj se konzistentna stanja što utječe na njezina svojstva (što će biti detaljno opisano

u nastvku).

Simbol C za glinu dolazi od engleskog naziva za glinu – Clay.

Organsko tlo se sastoji od raspadnutih biljnih tvari koje su fino raspodijeljene.

Simbol O dolazi od engleskog naziva za organski materijal - Organic.

Treset je vlaknasto močvarno tlo.

Simbol Pt dolazi od engleskog naziva za treset – Peat.

Tablica 3.1. Osnovne grupe tla prema veličini zrna

VRSTA TLA PROMJER ZRNA

[mm] SIMBOL

Šljunak 60 – 2 G

Pijesak 2 – 0,06 S

Prah 0,06 – 0,002 M

Glina < 0,002 C

Organsko tlo O

Treset Pt


28

Tablica 3.2. Klasifikacija prema nominalnom promjeru zrna

OPIS NOMINALNI

PROMJER [mm]

TLO PREMA

KRUPNOĆI ZRNA

ZR

NA

KR

UP

NA

KAMEN više od 60

KR

UP

NO

ZR

NA

TO

TLO

ŠLJUNAK

KRUPAN 60 – 20

SREDNJI 20 – 6

SITAN 6 – 2

PIJESAK

KRUPAN 2 – 0,6

SREDNJI 0,6 – 0,2

SITAN 0,2 – 0,06

SIT

NA

PRAH

KRUPAN 0,06 – 0,02

SIT

NO

ZR

NA

TO

TLO

SREDNJI 0,02 – 0,006

SITAN 0,006 – 0,002

GLINA Manje od 0,002

Tablica 3.3. Oznake koje se koriste za formiranje klasifikacijskih simbola (prema AC - klas.)

SIMBOL OPIS

W Dobro graduirano – široko granulometrijsko područje

C Dobro graduirano s dovoljno glinovita veziva da veže krupna zrna

P Slabo graduirano – nedostaje neka grupa zrna, malo sitnih frakcija

Fs Slabo graduirano s mnogo prašinastih čestica

Fc Slabo graduirano s mnogo glinovitih čestica

U Jednolično graduirano – jednozrnasto, malo sitnih čestica

Tablica 3.4. Klasifikacijske grupe šljunka i pijeska

SIMBOL OPIS

Šljunak (G) Pijesak (S)

GW SW Dobro graduiran šljunak ili pijesak, nevezan

GC SC Pjeskovit šljunak ili pijesak s glinovitim vezivom

GP SP Slabo graduiran šljunak ili pijesak, čist, nedostaje neka grupa zrna

GU SU Jednoličan šljunak ili pijesak uskog granulometrijskog područja

GFs SFs Pjeskovit šljunak ili pijesak s previše praha

GFc SFc Pjeskovit šljunak ili pijesak s previše glinovitih veziva


29

Dakle,postoji 2×6 grupa, a od njih se deset može razlikovati golim okom, a za

razlikovanje SFs i SFc potrebni su dodatni identifikacijski pokusi (areometriranje).

Slika 3.1. Tipične granulometrijske krivulje

Arthur Casagrande (1947) utvrdio je da povezujući indeks plastičnosti (IP) i granicu

tečenja (wL) za pojedine koherentne vrste materijala, nastaje grupiranje materijala u

pojedinim zonama. Na taj način je dobio dijagram koji je nazvao dijagram plastičnosti

(Slika 3.2.).

Uočio je da se anorganske gline grupiraju iznad organskih glina i prašinastih

materijala za iste vrijednosti granice tečenja. To znači da organske gline i prašinasti materijali

imaju manji raspon vlažnosti između granice plastičnosti i granice tečenja.

U dijagramu plastičnosti karakteristike plastičnosti uzoraka koherentnih tala prikazuju

se kao točke koje odgovaraju vlazi na granici tečenja i indeksu plastičnosti u koordinatnom

sustavu kod kojeg se indeks plastičnosti označava na apscisi, a granica tečenja na ordinati.


30

Proučavajući velik broj prikaza Casagrande je ustanovio kosi pravac, koji je nazvao

A-linija, a jednadžba mu je:

Ovaj pravac dijeli područje dijagrama na dvije zone: iznad A-linije su točke glinovitih

materijala, a ispod nje točke prašinastih materijala i organskih glina. Došlo se do zaključka

da materijali s raznih područja koji su u dijagramu na istoj točki, imaju i vrlo slične osobine,

kao stišljivost, čvrstoću na smicanje pri jednakoj vlažnosti, propusnost i dr.

Dijagram plastičnosti prikladan je za komparaciju uzoraka tla sa istog ili različitih

područja i za svrstavanje uzoraka u skupine sličnih osobina. Taj je dijagram zato i temelj

općenito prihvaćenog sistema klasifikacije koherentnih materijala.

4

7

OH

OL

CH

CL

0 20 40 60 80 100

20

40

60

A- LIN

IJA

50

PI

Lw

3530

ML

MI

OI

CI

MH

Slika 3.2. Dijagram plastičnosti (sitnozrnata tla) po AC – klasifikaciji

Tablica 3.5. Klasifikacijske skupine prema granici tečenja za koherentna tla

SIMBOL OPIS

L Niska plastičnost, wL < 35%

I Srednja plastičnost, 35% < wL < 50%

H Visoka plastičnost, wL > 50%

Tablica 3.6. Klasifikacijske grupe praha,glina i organskog tla

SIMBOL OPIS

ML,CL,OL Prah,glina i organsko tlo niskog plasticiteta

MI,CI,OI Prah,glina i organsko tlo srednjeg plasticiteta

MH,CH,OH Prah,glina i organsko tlo visokog plasticiteta


31

3.2. USCS – klasifikacija (Unified Soil Classification System)

Zasniva se na Cassagrande-ovoj podjeli sa izvjesnim preinakama. Dobila je naziv

prema Unified Soil Clasification System (objedinjena klasifikacija). Kao i kod AC –

klasifikacije postoje osnovne grupe:

1) Krupnozrnata tla: G – šljunak, više od 50% u ukupnoj masi ima šljunka;

S – pijesak, više od 50% u ukupnoj masi ima pijeska.

2) Sitnozrnata tla: M – prah, IP ispod "A" linije ili IP < 4;

C – glina, IP iznad "A" linije ili IP > 7;

O – organsko tlo, IP ispod "A" linije ili IP < 4.

Za podgrupe su sljedeće oznake:

Krupnozrnate sa manje od 5% čestica manjih od 0,075 mm (ASTM), odnosno

0,06 mm (BS).

1) W – dobro graduirano: Cu > 4 za šljunke , Cu > 6 za pijeske;

2) P – slabo graduirano: nedostaje poneka frakcija.

Krupnozrnate koje sadrže 12% čestica većih od 0,075 mm (ASTM), odnosno

0,06 mm (BS).

1) C – sa glinom;

2) M – sa prahom.

Za sitnozrnate materijale:

1) H – visoko plastični, wL > 50 %;

2) L – nisko plastični, wL < 50 %.

Na slici 3.3. je skiciran dijagram plastičnosti prema USCS-u, a zabilježen je i

shematski trend promjene osobina materijala prema položaju točke u dijagramu.

Slika 3.3. Dijagram plastičnost prema USCS


32

Tablica 3.7. Podjela (klasifikacija) tla po "USCS" sistemu za grubo graduirana tla

% prolaska kroz sito 200

% grube frakcije


USCS simbol

USCS ime

< 50 %

< 50 %

0 - 5% cu>6 i 1<cc<3?

da SW Dobro graduirani

pijesak

ne SP Slabo graduirani

pijesak

5 -12% Dvostruka klasifikacija

SP-SM Slabo graduirani pijesak s prahom

SP-SC Slabo graduirani pijesak s glinom

SW-SM Dobro graduirani pijesak s prahom

SW-SC Dobro graduirani pijesak s glinom

12-50% PI>0.73(LL-20)%? da SC Glinoviti pijesak

ne SM Prašinasti pijesak

< 50%

0 - 5% cu>4 i 1<cc<3?

da GW Dobro graduirani

šljunak

ne GP Slabo graduirani

šljunak

5 - 12% Dvostruka klasifikacija

GP-GM Slabo graduirani šljunak s prahom

GP-GC Slabo graduirani šljunak s glinom

GW-GM Dobro graduirani šljunak s prahom

GW-GC Dobro graduirani šljunak s glinom

12 - 50% PI>0.73(LL-20)%? da GC Glinoviti šljunak

ne GM Prašinasti šljunak

Tablica 3.8. Podjela (klasifikacija) tla po "USCS" sistemu za fino graduirana tla


LL> 50% PI >0.73(LL-20)% USCS simbol USCS ime

> 50 %

da da CH Masna glina

ne MH Elastični prah

ne da SL Mršava glina

ne ML Mršavi prah


33

Tablica 3.9. Objedinjena podjela (klasifikacija) tla po "USCS" sistemu

GLAVNA PODJELA

GRUPA SIMBOLA

UOBIČAJENI NAZIVI KLASIFIKACIJSKI KRITERIJ ZA

KRUPNOZRNA TLA

Kru

pnozrn

ata

tla

(viš

e o

d p

olo

vic

e m

ate

rija

la s

zrn

ima

većim

od 0

.06 m

m)

Šlju

nak (

viš

e o

d p

olo

vic

e k

rupnih

fra

kcija

s

zrn

ima v

ećim

od 2

mm

)

Čis

ti š

ljunak (

ma

lo ili

niš

ta s

itnih

čestica)

GW

Dobro graduirani šljunci, mješavina šljunka i pijeska, malo ili ništa sitnih čestica

Cu=D60/D10>4

Cc=1<D302/(D10xD60)<3

GP

Slabo graduirani šljunci. Mješavina šljunka i pijeska, malo ili ništa sitnih čestica

Sve gradacije koje ne dozvoljavaju kriterije za GW

šlju

nak s

a s

itnim

česticam

a (

znatn

a

količ

ina s

itniji

h

čestica)

GM Prašinasti šljunci, mješavina šljunka, pijeska i praha

Atterbergove granice ispod A-linije ili Ip<4 Poviše A-linije

sa 4<Ip<7 su granični slučajevi koji zahtijevaju uporabu dvojnih simbola

GC Glinoviti šljunci, mješavina šljunka, pijeska i mulja

Atterbergove granice iznad A-linije ili Ip>7

Pije

sak (

viš

e o

d p

olo

vic

e k

rupnih

fra

kcija

s z

rnim

a m

anjim

od 2

mm

)

Čis

ti p

ijesak

(ma

lo ili

niš

ta s

itnih

čestica) SW

Dobro graduirani pijesci, šljunkoviti pijesci, malo ili ništa sitnih čestica

Cu=D60/D10>6 Cc=1<D30

2/(D10xD60)<3

SP Slabo graduirani pijesci, šljunkoviti pijesci, malo ili ništa sitnih čestica

Sve gradacije koje ne dozvoljavaju kriterije za SW

Pije

sak s

a s

itnim

česticam

a (

znatn

a

količ

ina s

itniji

h č

estica) SM

Prašinasti pijesci, mješavina pijeska i praha

Atterbergove granice ispod A-linije ili Ip<4

Iscrtane granice u zoni vrijednosti s 4<Ip<7 su granični slučajevi koji zahtijevaju uporabu dvojnih simbola

SC Glinoviti pijesci, mješavina pijeska i praha

Atterbergove granice iznad A-linije ili Ip>7

Sitnozrn

ata

tla

(viš

e o

d p

olo

vic

e m

ate

rija

la

s z

rnim

a m

anjim

od 0

.06 m

m)

Pra

šin

a i g

lina (

gra

nic

a tečenja

< 5

0)

ML

Neorganski prah i vrlo fini pijesci, kameno brašno, prašinasti i glinoviti pijesci ili glinovite prašine niske plastičnosti

- odrediti postotke pijeska i šljunka iz granulometrijske krivulje - u ovisnosti o postocima sitnih čestica (frakcije <0.06 mm), krupnozrnata tla su klasificirana: - manje od 5 % (GW, GP, SW, SP), - od 5 do 12 % (granični slučajevi koji zahtijevaju uporabu dvojnih simbola) CL

Neorganske gline niske do srednje plastičnosti, šljunkovite gline, pjeskovite gline, muljevite gline, mršave gline

OL Organski prah i organske prašinaste gline niske plastičnosti

Pra

šin

a i g

lina

(gra

nic

a t

ečenja

> 5

0)

MH Neorganski prah, tinjčasti i dijatomejski materijali

CH Neorganske gline visoke plastičnosti, masna glina

OH Organske gline srednje do visoke plastičnosti, organski prah

Vis

oko

org

anska

tla

Pt Treset i druga visoko organska tla


34

3.3. ASTM klasifikacija

U prikazima na slikama 3.4., 3.5., 3.6. i 3.7. detaljno je razrađena klasifikacija šljunka,

pijeska i sitnozrnatih tala prema ASTM-u (American society of testing materials).

Slika 3.4. Klasifikacija šljunka prema ASTM-u (ostatak na situ br. 200 (sito 0.075) veći od 50 %)

ŠLJUNAK %šljunak>%pijesak

< 5 % sitnih čestica

Cu4 i 1Cc3 GW

15%pijeska dobrograduirani

šljunak s pijeskom

<15% pijeska dobro graduirani

šljunak

Cu<4 i 1>Cc>3 GP

15% pijeska slabo graduirani

šljunak s pijeskom

< 15% pijeska slabo graduirani

šljunak

5-12% sitnih čestica

Cu4 i 1Cc3

sitne č.=ML ili MH GW-GM

<15%pijeska dobrograduirani šljunak s prahom

15% pijeska dobro graduirani šljunak s prahom i

pijeskom

sitne č. CL ili CH GW-GC

<15% pijeska dobro graduirani šljunak s glinom

15%pijeska dobrograduirani šljunak s glinom i

pijeskom

Cu<4 i 1>Cc>3

sitne č. ML ili MH GP-GM

<15% pijeska slabograduiran

šljunak s prahom

15%pijeska slabo graduiran

šljunak s pijeskom i prahom

sitne č. CL ili CH GP-GC

<15% pijeska slabo graduiran šljunak s glinom

15%pijeska slabo graduiran

šljunak s glinom i prahom

>12% sitnih čestica

sitne č. ML ili MH GM

<15% pijeska prahoviti šljunak

15%pijeska parhoviti šljunak s

pijeskom

sitne č.CL ili CH GC

<15% pijeska glinoviti šljunak

15%pijeska glinoviti šljunak s

pijeskom

sitne č. CL-ML GC-GM

15%pijeska prahovito glineni

šljunak s pijeskom

<15% pijeska prahovit,glinoviti

šljunak


35

Slika 3.5. Klasifikacija pijeska prema ASTM-u (ostatak na situ br. 200 (sito 0.075) veći od 50 %)

PIJESAK %pijesak%šljunak

< 5 % sitnih čestica

Cu6 i 1Cc3 SW

15% šljunka dobro graduirani

pijesak s šljunkom

<15% šljunka dobro graduirani

pijesak

Cu<6 i 1>Cc>3 SP

15%šljunka slabo graduirani

pijesak s šljunakom

< 15% šljunka slabo graduirani

pijesak

5-12% sitnih čestica

Cu6 i 1Cc3

sitne č.=ML ili MH SW-SM

<15%šljunka dobrograduirani pijesak s prahom

15% šljunka

dobro graduirani pijesak s prahom i

šljunkom

sitne č. CL ili CH SW-SC

<15% šljunka dobro graduirani pijesak s glinom

15%šljunka

dobro graduirani pijesak s glinom i

šljunkom

Cu<6 i 1>Cc>3

sitne č. ML ili MH GP-GM

<15% šljunka slabograduiran

pijesak s prahom

15%šljunka

slabo graduiran pijesak s šljunkom i

prahom

sitne č. CL ili CH SP-SC

<15% šljunka slabo graduiran pijesak s glinom

15%šljunka

slabo graduiran pijesak s glinom i

šljunkom

>12% sitnih čestica

sitne č. ML ili MH SM

<15% šljunka prahoviti pijesak

15%šljunka parhoviti pijesak s

šljunkom

sitne č.CL ili CH SC

<15% šljunka glinoviti pijesak

15%šljunka glinoviti pijesak s

šljunkom

sitne č. CL-ML SC-SM

15%šljunka prahovito glineni

pijesak

<15% šljunka prahovit,glinoviti

pijesak s šljunkom


36

Slika 3.6. Klasifikacija sitnozrnatih tla prema ASTM-u (prolazak kroz sito br. 200 (sito 0.075) veći od

50 %)

LL <50

anorganska

PL>7 smještena na ili iznad A-linije

CL

<30% + sito broj 200

<15% + sito broj 200 mršava glina

15-29% + sito broj 200

%pijesak%šljunak mršava glina s

pijeskom

%pijesak<%šljunak mršava glina sa

šljunkom

30% + sito broj 200

% pijesak%šljunak

<15% šljunka pjeskovita mršava

glina

15% šljunka pjeskovita mršava glina sa šljunkom

% pijesak<%šljunak

<15% pijeska šljunkovita mršava

glina

15% pijeska šljunkovita mršava

glina s pijeskom

4PL7 smještena na ili iznad A-linije

CL-ML


<15% + sito broj 200 prašinasta glina

15-29% + sito broj 200

%pijesak%šljunak prašinasta glina s

pijeskom

%pijesak<%šljunak prašinasta glina sa

šljunkom

30% + sito broj 200

% pijesak%šljunak

<15% šljunka prašinasto pješćana

glina

15% šljunka prašinasto pješćana

glina sa šljunkom

% pijesak<%šljunak

<15% pijeska šljunkovito

prašinasta glina

15% pijeska šljunkovito

prašinasta glina s pijeskom

PL>4 smještena ispod A-linije

ML


<15% + sito broj 200 prah

15-29% + sito broj 200

%pijesak%šljunak prah s pijeskom

%pijesak<%šljunak prah s šljunkom

30% + sito broj 200

% pijesak%šljunak

<15% šljunka pjeskoviti prah

15% šljunka pjeskoviti prah s

šljunkom

% pijesak<%šljunak

<15% pijeska šljunkoviti prah

15% šljunka šljunkoviti prah s

pijeskom

organska

LL- osušeno/LL neosušeno < 0,75

OL


37

Slika 3.7. Klasifikacija sitnozrnatih tla prema ASTM-u (prolazak kroz sito br. 200 (sito 0.075) veći od

50 %)

LL <50

anorganska

PL>7 smještena na ili iznad A-linije

CH


<15% + sito broj 200 masna glina

15-29% + sito broj 200

%pijesak%šljunak masna glina s

pijeskom

%pijesak<%šljunak masna glina s

šljunkom

30% + sito broj 200

% pijesak%šljunak

<15% šljunka prašinasta masna

glina

15% šljunka prašinasta masna glina s šljunkom

% pijesak<%šljunak

<15% pijeska šljunkovita masna

glina

15% pijeska šljunkovita masna glina s pijeskom

PL>4 smještena ispod A-linije

MH



elastični prah

15-29% + sito broj 200

%pijesak%šljunak elastični prah s

pijeskom

%pijesak<%šljunak elastični prah s

šljunkom

30% + sito broj 200

% pijesak%šljunak

<15% šljunka pjeskoviti elastični

prah

15% šljunka pjeskoviti elastični

prah s šljunkom

% pijesak<%šljunak

<15% pijeska šljunkoviti elastični

prah

%pijesak%šljunak šljunkoviti elastični

prah s pijeskom

organska

LL- osušeno/LL neosušeno < 0,75

OH


38

3.4. Neka fizikalna svojstva tla

3.4.1. Tekstura tla (sastav tla)

Tekstura (sastav tla) je termin koji se koristi kako bi se naznačila proporcionalna

distribucija veličine mineralnih čestica u tlu, pri čemu se ne uključuje nikakva organska tvar.

Ove čestice variraju od čestica vidljivih prostim okom do onih ispod razine elektronskog

mikroskopa. Prema veličini ove mineralne čestice grupiraju se u cjeline.

Tablica 3.10. Granice veličina cjelina tla (Prema USDA sistemu)

IME CJELINE TLA GRANIČNI PROMJER [ mm ]

Vrlo grubi pijesak 2,00 – 1,00

Grubi pijesak 1,00 – 0,50

Srednji pijesak 0,50 – 0,25

Fini pijesak 0,25 – 0,10

Vrlo fini pijesak 0,10 – 0,05

Prah 0,05 – 0,002

Glina Manje od 0,002

Tri glavne cjeline sastava tla su: pjeskovita, prašinasta i glinena. Na osnovu teksture

na terenu se može identificirati tlo i donijeti neke zaključke o tlu. Pijesak je na dodir vrlo grub,

a pojedina zrna, odnosno čestice, vidljive su prostim okom, pa se klasificira kao pjeskovito

tlo. Kaže se da ima grubu teksturu.

Prah je gladak i sklizak na dodir kada je mokar, a pojedine čestice su manje od onih

kod pijeska. Pojedine čestice su vidljive prostim okom, dok pojedine nisu. Ovo tlo se

klasificira kao prašinasto tlo.

Glina je ljepljiva i ponaša se kao plastična dok je mokra. Čestice gline su toliko male

da ih je nemoguće vidjeti prostim okom. Takva tla su fine teksture i klasificiraju se kao

glinovita tla.

Sustavi između ovih klasifikacija se često koriste za opisivanje tipova tla, npr.

pjeskovito–prašinasta tla ili glinovito–prašinasta tla. Također se može primijetiti boja ili miris

tla, što daje dodatne podatke o tlu koje je potrebno identificirati. Miris i boja (crna) tla daju

naslutiti da u tlu ima organskih sastojaka.

Masnoća tla daje naslutiti prisutnost organskih goriva u tlu (nafta, ulje) što dovodi do

potrebe saznanja o načinu dolaska (prirodnim ili umjetnim putem) goriva u tlo.


39

Može se dakle reći da pomoću teksture tla na terenu iskusni inženjer može klasificirati

tlo, odnosno donijeti neke zaključke o tlu, što se naknadno treba potvrditi pomoću

laboratorijskih ispitivanja.

Kako bi se bolje definirala tekstura tla, odnosno njegov mineraloški sastav može

poslužiti i „Trokut teksture tla“ prema USDA klasifikaciji.

60

10

20

30

40

50

70

80

90

100

Glin

a

100 80 70 60 50 40 30 20 10

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

90

Prah

Pijesak ( % )

( % )

( %

)

Glina Pjeskovita ilovača

Pjeskovita glina Iloviti pijesak

Prašinasta glina Pijesak

Glinovita ilovača Ilovača

Pjeskovito glinena ilovača Prašinasta ilovača

Glinovito pjeskovita ilovača Prah

Slika 3.8. Trokut teksture tla (Prema USDA klasifikaciji)

USDA United States Department of Agriculture

NAPOMENA: USDA podjela se ne koristi u geotehnici jer se značajno razlikuje od

Jedinstvene klasifikacije (USCS).


40

3.4.2. Struktura tla

Struktura tla je raspored čvrstih čestica u tlu. Strukture koherentnih i nekoherentnih

materijala tla se bitno razlikuju. Kod nekoherentnog tla, gravitacija najviše utječe na

formiranje strukture. Kod koherentnih tala utječe gravitacija i molekularne sile. Za

nekoherentna tla struktura se može prikazati nekim primjerima strukture za idealne kuglice

(Nonveiller, 1979).

Slika 3.9. Neki primjeri struktura za idealne kuglice (Preuzeto od Matešić)

Kod koherentnih tala najvažniji je utjecaj molekularnih sila. Struktura može biti

saćasta ili pahuljasta. Česte su kombinacije jedne i druge, međusobno pomiješane.

Slika 3.10. Struktura taloženja vrlo sitnih čestica (Preuzeto od Matešić)

(a) (b) (c)

(a) (b)

(a) Jednoliko graduiran materijal, rahla struktura, n = 0,48,

(b) Jednoliko graduiran materijal, gusta struktura, n = 0,26,

(c) Kuglice dvaju promjera, vrlo gusta struktura, n < 0,26.

(a) Sačasta,

(b) Pahuljasta.

Podpovršinski istražni radovi 4. Klasifikacija stijena

41

4. Klasifikacija stijena

Složenost stanja u kojem se stijenska masa nalazi je takvo da ne postoji jednostavan

način kojim bi se u potpunosti mogla klasificirati. Zbog toga su razvijani različiti sustavi

klasifikacija, a temelje se na sistematizaciji stečenih iskustava i kvaliteta stijenske mase s

namjerom dovođenja u odnos značajki stijenske mase s ponašanjem prilikom izrade

određenih inženjerskih objekata.

Osnovni zadatak svake klasifikacije je podjela stijenske mase u grupe, kategorije ili

klase sličnih karakteristika, pomoću kojih se pružaju osnove za razumijevanje interakcije

između kvalitete i ponašanja, izražavajući to kroz kvantitativni podatak za potrebe

inženjerskih proračuna.

Klasifikacije stijenskih masa koje se najčešće primjenjuju:

Geološka klasifikacija stijena;

Geomehanička ili RMR klasifikacija (Rock Mass Rating), (Bieniawski, 1973,

1976),;

Q sustav klasifikacije (Barton et al., 1974);

GSI sustav klasifikacije (Geological Strenght Index), (Hoek and Brown, 1997).

4.1. Geološka klasifikacija stijena

Ovisno o načinu postanka, sve stijene litosfere svrstavaju se u tri glavne skupine:

Magmatske ili eruptivne stijene – nastaju kristalizacijom magme;

Sedimentne stijene – nastaju u vodi ili na kopnu kao rezultat taloženja materijala

koji potječu od razaranja površinskih dijelova litosfere;

Metamorfne stijene – nastaju metamorfozom (preobrazbom) postojećih stijena.

Slika 4.1. Kruženje stijena u prirodi


42

4.1.1. Magmatske stijene

Ovisno o mjestu nastanka dijele se na:

Dubinske (intruzivne) nastale postupnom kristalizacijom magme u dubljim

dijelovima litosfere;

Površinske (efuzivne) nastale brzom kristalizacijom na površini litosfere.

Tablica 4.1. Geološka klasifikacija magmatskih stijena

Magmatske stijene

Kemijski sastav SiO2 (%) Glavni minerali Intruzivne

stijene Efuzivne stijene

Kisele 65 – 80 %

Kvarc, K-feldspat, tinjac

Granit Riolit

Kvarc, Na-Ca-feldspat, tinjac

Granodiorit Dacit

Neutralne 55 – 65 %

K-feldspat, hornblenda,

tinjac Sijenit Trajit

Na-Ca-feldspat, hornblenda,

tinjac Diorit Andezit

Bazične 45 – 55 % Na-Ca-feldspat,

piroksen Gabro Bazalt

Ultrabazične Do 45 % Olivin Peridotit Pikrit

4.1.2. Sedimentne stijene

Sedimentne stijene nastale su na površini litosfere kao rezultat fizikalnih, kemijskih i

bioloških procesa. Njihov postanak vezan je za četiri osnovne faze:

Trošenje (mehaničko ili kemijsko);

Transport;

Taloženje;

Litifikaciju ili okamenjivanje.

Mehaničko trošenje stijena izazvano je toplinskim promjenama na površini stijena kao

i mehaničkim djelovanjem vode pri smrzavanju. Zagrijavanjem i hlađenjem stijena, njeni

sastojci, minerali, smanjuju ili povećavaju svoj volumen. Time slabi intergranularna veza te

nastaju fine prsline u kojima voda, pri zagrijavanju i pri smrzavanju, nastavlja i ubrzava

započetu dezintegraciju.


43

Kemijsko trošenje prouzrokovano je djelovanjem vode. Atmosferska voda koja sadrži

ugljičnu kiselinu i ostale kiseline rastvara sastojke stijene ili ih pretvara u nove minerale.

Mehanički dezintegrirani i kemijski rastvoreni materijal se s mjesta trošenja

transportira, prvenstveno vodama tekućicama, odnosno vjetrom i ledenjacima.

Transportirane čestice kotrljanjem i lebdjenjem u vodi talože se kada snaga

transportnog sredstva postane preslaba da ih dalje transportira.

Taloženje prenesenog materijala može biti:

Mehaničko - Transportirane i istaložene čestice, prvobitno nevezane ili rastresite,

procesom litifikacije ili okamenjivanja prelaze u sedimentne stijene.

Kemijsko - Nakupljanjem kemijskih otopina u bazenima i jezerima povećava se

koncentracija različitih soli i počinje njihova kristalizacija.

Biokemijsko - U vodi organizmi grade skelete od anorganske tvari, prvenstveno

kalcita i njihovim ugibanjem oni tonu na dno, gdje nastaje kalcitni mulj.

Sedimentne stijene dijele se na klastične i neklastične. U klastične sedimente

pripadaju breče, konglomerati i pješčenjaci, a u neklastične vapnenci, dolomiti i kemijski

sedimenti (gips i anhidrit).

Tablica 4.2. Geološka klasifikacija sedimentnih stijena

Sedimentne stijene

Klastični sedimenti Neklastični

(kristalasti)

sedimenti

Psefiti Psamiti Alevriti Peliti Kemijski Organogeni

Nevezani Šljunak Pijesak Prah Mulj

Gips

Anhidrit

Sol

Vapnenac

Dolomit Poluvezani Prapor

Vezani Breča

Konglomerat Pješčenjak

Glina Lapor


44

4.1.3. Metamorfrne stijene

Nastaju metamorfozom ili izmjenom postojećih stijena u litosferi pri promjenama

fizikalno-kemijskih uvjeta. Glavni činitelji metamorfnih procesa su temperatura, tlak i kemijski

aktivni fluidi.

Metamorfozom vapnenca nastaje mramor, od pješčenjaka kvarcit, od gline glineni

škriljci, od peridotita serpentin, od granita gnajs itd.

Prema vrsti metamorfoze kojom nastaju, metamorfne stijene dijele se na:

Dinamotermalne;

Kataklastične;

Kontaktne.

Tablica 4.3. Geološka klasifikacija metamorfnih stijena

Metamorfne stijene

Dinamotermalne Kataklastične Kontaktne

Gnajs

Amfibolit

Škriljavac

Filit

Tektonska breča

Milonit

Hornfels

Mramor

Kvarcit

4.2. RMR klasifikacija

Geomehanička klasifikacija – RMR (Rock mass rating) temelji se na bodovanju

čvrstoće stijenskog materijala, RQD indeksa, razmaka i stanja diskontinuiteta te stanja

podzemne vode (Hoek, 2007). Bodovni sustav je predložio Bieniawski 1976. i dopunio ga

1989. godine (Tablice 4.4. i 4.5.).

Tablica 4.4. Vodič za određivanje svojstava stanja pukotina

PARAMETAR KRITERIJ I BODOVI

Duljina

pukotine

< 1 m 1 – 3 m 3 – 10 m 10 – 20 m > 20 m

6 4 2 1 0

Zijev Zatvoren < 0,1 mm 0,1 – 1,0 mm 1 – 5 mm > 5 mm

6 5 4 1 0

Hrapavost Vrlo hrapave Hrapave Blago hrapave Glatke Zaglađene

6 5 3 1 0

Ispuna Tvrda ispuna Meka ispuna

Nema < 5 mm > 5 mm < 5 mm > 5 mm

6 5 3 1 0

Rastrošnost

zidova

Nerastrošeni Blago rastr. Srednje rastr. Izrazito rastr. Raspadnuti

6 5 3 1 0


45

Tablica 4.5. Klasifikacijski parametri i vrijednost bodova za RMR

PARAMETAR PODRUČJA VRIJEDNOSTI

1.

Čvrstoća

stijenskog

materijala

Indeks

čvrstoće s

opt. u točci

> 10 MPa 4 – 10 MPa 2 – 4 MPa 1 – 2 MPa Za ove vrijednosti koristiti

jednoosnu čvrstoću

Jednoosna

tlačna

čvrstoća

(MPa)

> 250 100 - 250 50 - 100 25 - 50 10 - 25 3 - 10 1 - 3

Bodovi 15 12 7 4 2 1 0

2. RQD (%) 90 – 100 75 - 90 50 - 75 25 - 50 < 25

Bodovi 20 17 13 8 5

3. Razmak diskontinuiteta > 2 m 0,6 – 2 m 0,2 – 0,6 m 0,06 – 0,6 < 0,06 m

Bodovi 20 15 10 8 5

4. Stanje pukotina

Vrlo

hra

pave

Pre

kin

ute

Nera

zdvoje

ne

Zid

ovi stije

ne n

era

str

ošeni

Neznatn

o h

rapave

površ

ine

Zije

v <

1 m

m

Neznatn

o r

astr

ošeni zid

ovi

Neznatn

o h

rapave

površ

ine

Zije

v <

1 m

m

Vrlo

rastr

ošeni zid

ovi

Gla

tka p

ovrš

ina ili

ispuna

< 5

mm

ili

zije

v 1

– 5

mm

Nepre

kin

ute

Me

ka ispuna d

eblji

ne

> 5

mm

ili

zije

v >

5 m

m

Nepre

kin

uta

Bodovi 30 25 20 10 0

5.

Uvjeti stanja

podzemne vode

Dotok

na 10 m

tunela

(l/min)

Nikakav < 10 10 - 25 25 - 125 > 125

Omjer

pritiska

vode u

pukotini i

većeg

glavnog

napreza

nja

0 0 – 0,1 0,1 – 0,2 0,2 – 0,5 > 0,5

Opće

stanje Potpuno

suho Vlažno Mokro

Voda pod malim

pritiskom Ozbiljni problemi s vodom

Bodovi 15 10 7 4 0

Zbrajanjem bodova za pet navedenih parametara, te dodavanjem popravka s obzirom

na orijentaciju dominantnog pukotinskog sustava za inženjerski problem koji se rješava

(Tablica 4.6.) dobiva se vrijednost RMR-a.


46

Tablica 4.6. Popravak za orijentaciju pukotinskog sustava

Vrlo povoljno Povoljno Dobro Nepovoljno Vrlo nepovoljno

Tuneli 0 - 2 - 5 - 10 - 12

Temelji 0 - 2 - 7 - 15 - 25

Kosine 0 - 5 - 25 - 50 - 60

Prema vrijednosti RMR-a stijenska se masa klasificira u pet kategorija (Tablica 4.7.).

U istoj su tablici prikazani i iskustveni parametri posmične čvrstoće pojedine kategorije

stijenske mase.

Tablica 4.7. Geomehanička (RMR) klasifikacija stijenske mase

Broj bodova

(RMR) Kategorija

stijenske mase

Prosječno vrijeme

stabilnosti

nepodgrađenog otvora

Približne vrijednosti čvrstoće

stijenske mase na smicanje

C (kPa) φ (°)

100 - 81 I. Vrlo dobra 20 godina za raspon 15 m > 400 > 45

80 – 61 II. Dobra 1 godina za raspon 10 m 300 – 400 35 – 45

60 – 41 III. Povoljna 1 tjedan za raspon 5 m 200 – 300 25 – 35

40 – 21 IV. Slaba 10 sati za raspon 2,5 m 100 – 200 15 – 25

< 21 V. Vrlo slaba 30 min za raspon 1 m < 100 < 15

4.3. Q klasifikacija

Ovu su klasifikaciju predložili Barton, Lien i Lunde (1974) i ona je prvenstveno

prilagođena problemima podzemnih otvora. Indeks Q računa se prema izrazu:


47

gdje je:

RQD - indeks kakvoće jezgre,

Jn - broj sustava pukotina,

Jr - indeks hrapavosti površine pukotine kritično orijentiranog

sustava,

Ja - indeks pukotinske ispune najslabijeg pukotinskog sustava,

Jw - koeficijent redukcije naprezanja u stijenskoj masi,

SRF - koeficijent redukcije naprezanja u stijenskoj masi.

Vrijednosti ovih koeficijenata očitavaju se iz tablice 4.8. Kod izračuna vrijednosti Q

preporuka je autora da se koristi raspon vrijednosti, a ne jedna fiksna vrijednost. Prema

dobivenim vrijednostima Q, stijenska se masa razvrstava u 9 kategorija. Odnos između RMR

i Q klasifikacije definiran je korelacijom:

Tablica 4.8. Klasifikacija pojedinačnih parametara korištenih u Q klasifikaciji


48


49

4.4. GSI sustav klasifikacije

GSI klasifikacija je u početku zamišljena kao jednostavna klasifikacija koja se

temeljila na vizualnom pregledu geološkog stanja stijenske mase. Bodovanje za GSI najprije

je izvedeno na temelju dviju jednadžbi, korelacijom bodova RMR iz 1976. godine i

modificirane (Q') klasifikacije:

Kasnije su na temelju dobivenih vrijednosti korelacijama konstruirani dijagrami za

neposredno određivanje GSI vrijednosti (Hoek and Brown, 1997). Osnovu dijagrama za

određivanje GSI vrijednosti čine dva temeljna kriterija: struktura stijenske mase, te površinski

uvjeti na plohama diskontinuiteta. Pri tome naglasak se stavlja na to da se kod procjene ne

vodi toliko računa o preciznosti, već o mogućem rasponu vrijednosti koji bi bio

reprezentativniji za stanje stijenske mase. Predloženi dijagram za određivanje vrijednosti GSI

klasifikacije dan je na slici 4.2.


50

LAMINIRANA/ŠKRILJAVA

bez blokova zbog tankih lamina, ploha

folijacije ili ploha smicanja

VR

LO L

OŠ

Evr

lo s

klis

ki d

isko

ntin

uite

ti, z

idov

i jak

o

troš

ni, p

revl

aka

ili is

puna

od

mek

ane

glin

e

TEKSTURA I SLAGANJE

INTAKTNA ILI MASIVNA

masiv ili stijenska masa s nekoliko

diskontinuiteta na širem razmaku

SM

AN

JEN

JE U

KLJ

EŠ

TE

NJA

MO

NO

LIT

A BLOKOVITA

dobro uklještena, neporemećena

stijenska masa kubičnih blokova

formiranih s tri sustava diskontinuiteta

VRLO BLOKOVITA

uklještena, djelomično poremećena

stijenska masa uglatih blokova

formiranih s četiri ili više sustava

diskontinuiteta

BLOKOVITA/RASPUCANA

poremećena i naborana masa uglatih

blokova formiranih s više sustava

diskontinuiteta; velika postojanost

slojeva ili ploha folijacije

ZDROBLJENA

slabo uklještena, jako razlomljena

stijenska masa sastavljena od

mješavine uglatih i zaobljenih

fragmenata

SMANJENJE KVALITETE ZIDOVA

VR

LO D

OB

RO

vrlo

hra

pavi

dis

kont

inui

teti,

zid

ovi

nera

stro

šeni

DO

BR

Ohr

apav

i dis

kont

inui

teti,

zid

ovi n

ezna

tno

troš

ni, ž

elje

zovi

ta p

revl

aka

PO

VO

LJN

Ogl

atki

dis

kont

inui

teti,

zid

ovi u

mje

reno

troš

ni i

alte

riran

i

LOŠ

Esk

liski

dis

kont

inui

teti,

zid

ovi j

ako

troš

ni s

čvrs

tom

pre

vlak

om, i

spun

om il

i

frag

men

tima

Geološki indeks čvrstoće GSI za razlomljene stijene

(Hoek i Marinos, 2000)

GSI je intervalna procjena litologije, teksture i stanja zidova

diskontinuiteta (npr. GSI= 40-44 bolje nego GSI=42).

GSI ne obuhvaća diskontinuitete koji uvjetuju stabilnost.

Ponašanje stijenske mase određuje nepovoljna orijentacija

slabih i ravnih diskontinuiteta na čelu iskopa.

Posmična čvrstoća je manja ako je voda prisutna na zidovima

diskontinuiteta higroskopnih stijena sklonih degradaciji.

Tlak vode je obuhvaćen analizom efektivnog naprezanja.

GSI vrijednost je pomaknuta desno u stijenama s povoljno-vrlo

lošim zidovima diskontinuiteta i vlažnim uvjetima.

ST

AN

JE Z

IDO

VA

DIS

KO

NT

INU

ITE

TA

MASIVNE

vapnenačke naslage

TANKOSLOJEVITE

vapnenačke naslage

BRČASTE

vapnenačke

naslage

Slika 4.2. GSI klasifikacija razlomljenih stijenskih masa (Hoek i Marinos, 2000); Vrijednosti

indeksa su posebno izdvojene za masivne tanko slojevite i brečaste vapnenačke naslage

Kada se odredi vrijednost GSI, moguće je odrediti vrijednosti kohezije, jednoosne

tlačne čvrstoće i kuta unutrašnjeg trenja pomoću dijagrama na slici 4.3.

a) b)

Slika 4.3. a) Dijagram za određivanje odnosa kohezije i jednoosne čvrstoće na temelju GSI-a;

b) Dijagram za određivanje kuta unutrašnjeg trenja na temelju GSI-a

Geološki indeks čvrstoće stijenske mase GSI Geološki indeks čvrstoće stijenske mase GSI

Ko

he

zija

/ J

ed

no

osn

a t

lačna

čvrs

toća in

taktn

e s

tije

ne

Ku

t u

nu

tra

šn

jeg

tre

nja

φ (

°)


51

Parametar materijala mi, koji se uz GSI koristi kao kriterij u dijagramima na slici 4.3.,

ovisi o vrsti stijene i dobiva se iz tablice 4.9.

Tablica 4.9. Konstanta materijala mi, za GSI procjenu čvrstoće stijenske mase

Vrsta stijene

Klasa Grupa

Tekstura

Zrnata Srednjezrnata Fina Vrlo fina

SE

DIM

EN

TN

E

Klastične Konglomerat

(mi = 22) Pješčenjak (mi = 19)

Muljnak (mi = 9)

Glinjak (mi = 4)

Neklastične

Organogene

Lapor (mi = 7)

Ugljen (mi = 8 - 21)

Karbonatne Breča

(mi = 20) Vapnenac (mi = 10)

Dolomit (mi = 8)

Kemijske Gips

(mi = 16) Anhidrit (mi = 13)

ME

TA

MO

RF

NE

Ne-škriljave Mramor (mi = 9)

Hornfels (mi = 19)

Kvarcit (mi = 24)

Srednje škriljave Migmatit (mi = 30)

Amfibolit (mi = 31)

Milonit (mi = 6)

Škriljave Gnajs

(mi = 33) Škriljavac (mi = 10)

Filit (mi = 10)

Škriljac (mi = 9)

MA

GM

AT

SK

E

Svijetle

Tamne

Granit (mi = 33)

Granodiorit (mi = 30)

Diorit (mi = 28)

Gabro (mi = 27)

Norit (mi = 22)

Dolerit (mi = 19)

Riolit (mi = 16)

Dacit (mi = 17)

Andezit (mi = 19)

Bazalt (mi = 17)

Opsidijan (mi = 19)

Efuzivne piroklastične Aglomerat (mi = 20)

Breča (mi = 18)

Tuf (mi = 15)

Podpovršinski istražni radovi 5. Geofizička istraživanja

52

5. Geofizička istraživanja

Prilikom izrade geotehničkog elaborata za potrebe temeljenja ili nekog drugog

geotehničkog zahvata, potrebno je poznavati parametre tla ili stijene na mjestu izvođenja i u

neposrednoj okolici izvođenja zahvata. Klasična se metoda prikupljana parametara sastoji od

bušenja sondažnih bušotina i laboratorijske analize izbušenih uzoraka. Laboratorijskom

analizom određuje se klasifikacija tla i mehanička svojstva. Osim laboratorijskom analizom,

mehanička svojstva se mogu odrediti s više vrsta penetracijskih pokusa (SPT, DPH i dr.).

Prilikom klasične metode prikupljanja parametara, osim terenskih strojeva, potrebno je imati i

dobro opremljeni geotehnički laboratorij. Edometar i aparat za direktno smicanje samo su

neki od skupljih, a potrebnih uređaja. Uz svu tu tehnologiju potrebni su i visokoobrazovani i

iskusni stručnjaci koji se znaju njome koristiti.

Alternativa klasičnoj metodi su geofizičke metode. Postoje različite vrste geofizičkih

metoda, a razlikuju se po tome što mjere različita svojstva tla (elastična, magnetska,

električna, radioaktivna i dr.). Suvremena dostignuća znanosti, a posebice geoznanosti, kao i

razvoj novih digitalnih tehnologija, tehnika i informatičkih sustava učinili su primjenu geofizike

u inženjerstvu jednom od osnovnih i nezaobilaznih metoda istraživanja. Osim o primjeni u

naftnom inženjerstvu i rudarstvu, danas se tako može govoriti i o primjeni geofizike u

geotehnici i građevinarstvu ili geofizici u zaštiti okoliša.

Primjena geofizičkih metoda je složen i strukturiran proces koji je sastavljen od

nekoliko važnih cjelina:

Procjena uočenog problema;

Određivanje vrsta geofizičkih metoda;

Određivanje rezolucije istraživanja obzirom na veličinu istraživanog prostora;

Oblikovanje načina na koji se podaci prikupljaju, analiziraju, interpretiraju i

prezentiraju.

Geofizičke metode u geotehničkoj praksi sadrže geofizičke, a ne izravno geotehničke

parametre. Različite geofizičke metode oblikuju sliku podzemnog stanja, često vrlo različitu

od slike koja se dobiva iz istražnog bušenja. Geofizički podaci predstavljaju horizontalne i

vertikalne promjene vrijednosti mjerenog parametra. U rješavanju geotehničke problematike,

koja se odnosi na graditeljske ili zahvate zaštite okoliša, potrebni podaci se odnose na

dubine do nekoliko desetaka metara. Relativno male dubine, do svega 50-tak metara,

unaprijed ograničavaju područje istraživanja i time povećavaju učinkovitost primjene

površinske i bušotinske tehnike i metodologije geofizičkog mjerenja.


53

5.1.Geoelektrične metode

Geoelektrične metode su brojnije i raznovrsnije od drugih geofizičkih metoda.

Najčešće se primjenjuje galvanska metoda prividnog otpora, koja se zasniva na razlici

između električnih otpornosti slojeva, odnosno masa u zahvaćenom dijelu podzemlja.

Niz uzastopnih mjerenja prividnih otpornosti s rastućim razmakom između strujnih i

potencijalnih elektroda, čime se dobivaju mjerni podaci za sve veće dubine, predstavlja

geoelektrično sondiranje. Struja određene jakosti se iz baterije, preko metalnih strujnih

elektroda upušta u tlo, te se iz nastale razlike potencijala na mjernim naponskim elektrodama

određuje prividna otpornost stijena. U praksi, ova se metoda najčešće koristi za određivanje

promjena otpornosti s dubinom.

Elektrode se obično postavljaju u ravnoj liniji s time da se strujne elektrode (A i B)

nalaze izvan naponskih elektroda (M i N). Mjeri se jakost struje između strujnih elektroda pa

se iz razlike potencijala između potencijalnih elektroda, pomoću konstante geometrijskih

odnosa svih elektroda, određuje prividna otpornost. Interpretacijom se određuju debljine i

specifični električni otpor pojedinih geoelektričnih sredina.

Slika 5.1. Oprema za mjerenje geoelektričnim metodama (ABEM Terrameter SAS 1000)

Pri interpretaciji rezultata mjerenja uvažene su postojeće spoznaje o sastavu i građi

terena. Zbog usporedbe treba navesti i podatke o specifičnom električnom otporu nekih

geoelektričnih sredina iz literature. Na slici 5.2. prikazana je specifična otpornost nekih

geoloških sredina (G. Dohr: Applied Geophysics), te specifična otpornost () nekih materijala

preuzeta iz časopisa Geofizika (K. Jelić , 1971 i S. Kovačević, 1981).


54

Slika 5.2. Prikaz otpornosti nekih materijala

Tablica 5.1. Specifične otpornosti nekih materijala (Preuzeto iz Tehničke enciklopedije)

N Stijena Specifična otpornost ( m )

1. Granit, gabro, dijabaz, bazalt 400 - 100 000

2. Vapnenac (raspucan do kompaktan) 30 - 30 000

3. Šljunak 60 - 6 000

4. Pijesak 20 - 1 000

5. Lapor 10 - 400

6. Glina, ilovača 5 - 60


55

Tablica 5.2. Specifične otpornosti nekih stijena, tla, vode i kemikalijamaterijala (M.H.Loke)

Materijali Otpornost (m) Vodljivost (Siemens/m)

Magmatske i metamorfne stijene

Granit 5x103 – 106 10-6 – 2x10-4

Bazalt 103 - 106 10-6 – 10-3

Škriljac 6x102 – 4x107 2,5x10-8 – 1,7x10-3

Mramor 102 – 2,5x108 4x10-9 – 10-2

Kvarc 102 – 2x108 5x10-9 – 10-2

Sedimentne stijene

Pješčenjak 8 - 4x103 2,5x10-4 – 0,125

Šejl 20 - 103 5x10-4 – 0,05

Vapnenac 50 - 102 2,5x10-3 – 0,02

Tlo i voda

Glina 1 - 100 0,01 - 1

Aluvij 10 - 800 1,25x10-3 - 0,1

Svježa podzemna voda 10 - 100 0,01 – 0,1

Morska voda 0,2 5

Kemikalije

Željezo 9,074x10-8 1,102x107

0.01 M Kalijev klorid 0,708 1,413

0.01 M Natrijev klorid 0,843 1,185

0.01 M Octena kiselina 6,13 0,163

Ksilen 6,998x1016 1,429x10-17

Podaci dobiveni geoelektričnim ispitivanjima veoma su pouzdani ako se verificiraju sa

strukturnim bušenjima, mjerenjima na prirodnim izdancima stijena, te ako rezultate mjerenja

interpretira iskusan geoelektričar.

Geoelektrična ispitivanja imaju značajne prednosti pred drugim geofizičkim

metodama ispitivanja podzemlja jer su jednostavna, brza, točna i nisu skupa. U osnovi ovih

ispitivanja mjeri se provodljivost naslaga, odnosno otpori stijena prolazu električne struje.

Otpornost naslaga mijenja se u dosta širokim granicama, a na njenu veličinu posebno

utječe niz činitelja poput otpora minerala stijene i otopina u njenim porama i pukotinama,

poroznost, vlažnost i struktura stijene, odnosno sloja.


56

Zbog brzine i jednostavnosti, u nastavku je pojašnjen Schlumbergerov mjerni

raspored kod kojeg se koriste dvije strujne elektrode (A i B) i dvije potencijalne elektrode (M i

N) smještene u liniji i centrirane na nekoj lokaciji (Slika 5.3.).

b

Strujna

elektroda

A

VA B

M N

aa

Strujna

elektroda

Potencijalna

elektroda

Potencijalna

elektroda

Slika 5.3. Schlumbergerov mjerni raspored

Potencijalne elektrode M i N se nalaze na udaljenosti a/2 od centra sondiranja C, dok

b=AB/2 predstavlja udaljenost strujnih elektroda A i B od centra sondiranja. Pri mjerenju je

udaljenost a/2 mnogo manja od udaljenosti b, te u praksi vrijedi relacija a/2<2b/10. Kako se

strujne elektrode razmiču, razlika potencijala postaje sve manja. Može se dogoditi da

vrijednost razlike potencijala postane tako mala da ju nije moguće izmjeriti s postojećim

voltmetrom. Zbog toga je potrebno povećavati razmak potencijalnih elektroda kako bi se

povećala i razlika potencijala.

Prednosti Schlumbergerovog mjernog rasporeda su u tome da je potrebno pomicati

samo dvije strujne elektrode, što značajno smanjuje vrijeme potrebno da se obavi mjerenje.

Potencijalne elektrode ostaju na fiksnoj poziciji, te je reduciran efekt lateralnih varijacija u

površinskim slojevima.


57

Slika 5.4. Wennerov raspored elektroda

Slika 5.5. Petero-elektrodni raspored elektroda (primjenjuje se kod površinskih i plitkih istraživanja

gdje je izražena nehomogenost terena)

.

Slika 5.6. Troelektrodni raspored elektroda (kod ovog rasporeda B elektroda je u relativnoj

beskonačnosti)

Slika 5.7. Dipolni raspored mjerenja

V

A BM N

a a a

I

V

A BM N

Vd

Vd

C

I

V

A

B

M N

r1

r2

I

A B M

V

N

I


58

5.1.1. Geoelektrično sondiranje

Geoelektrična sonda predstavlja svojevrsnu geoelektričnu strukturnu bušotinu, pa su

rezultati sondiranja relevantni za promjene specifičnog električnog otpora ispod određene

točke na površini terena. Kod ovih mjerenja razmak elektroda različit je za svako mjerenje,

dok centar elektrodnog polja, u kojem se mjere razlike potencijala, ostaje fiksan te se

prikazuju razlike potencijala u odnosu prema onom izmjerenom u centru elektrodnog polja.

Dubina sondiranja ovisi o međusobnoj udaljenosti strujnih i naponskih elektroda, pa

što je veći međusobni razmak elektroda, veća je dubina ispitivanja. Elektrode se obično

postavljaju u ravnoj liniji, s time da se strujne elektrode (A i B) nalaze izvan naponskih

elektroda (M i N). Mjeri se jakost struje između strujnih elektroda pa se iz razlike potencijala

između potencijalnih elektroda, pomoću konstante geometrijskih odnosa svih elektroda,

određuje prividna otpornost. Interpretacijom se određuju debljine i specifični električni otpor

pojedinih geoelektričnih sredina.

Za geoelektrično sondiranje najčešće se koriste dva načina rasporeda elektroda.

Najjednostavniji način, u smislu geometrijskog rasporeda elektroda, je Wennerov raspored

(Slika 5.4.), dok je najbrži raspored, u smislu terenskog rada, Schlumbergerov način

geoelektričnog sondiranja (Slika 5.3.).

Slika 5.8. Primjer dobivenih rezultata geoelekričnin sondiranjem (1D)


59

Na slici 5.8. prikazan je primjer geoelektričnog sondiranja iz kojeg se mogu očitati

vrijednosti prividne otpornosti u ovisnosti o udaljenosti između strujnih elektroda (dubina

AB/2).

5.1.2. Geoelektrično profiliranje

Geoelektrično profiliranje podrazumijeva niz mjerenja prividnih otpornosti tla uz

uzastopno pomicanje cijelog elektrodnog rasporeda duž nekog pravaca tj. profila, uvijek s

istim dubinskim zahvatom. Primjena određenog rasporeda sondiranja ovisi o konkretnom

zadatku i zahtjevu istraživanja.

Postoje dvije grupe rasporeda elektroda. U prvu grupu spadaju Schlumbergerov,

Wennerov i dipolni (simetrični) raspored, dok u drugu grupu spadaju dvoelektrodni i

troelektrodni (asimetrični) rasporedi.

Kod mjerenja simetričnim rasporedom elektroda potrebno je pomicati sve elektrode

duž nekog profila, što uz veći broj radnika ima i uzrok u lomovima krivulja koje treba

interpretirati kod prelaska preko nekih nehomogenosti. Kod mjerenja asimetričnim

rasporedom elektroda pojedine su elektrode uzemljene, dok se pojedine razmiču.

Geoelektrično profiliranje se u najviše slučajeva koristi za istraživanje kontakata,

strmih slojeva, rudnih tijela, rasjeda i sl.

5.1.3. Geoelektrična tomografija

2D-električna tomografija je površinska geoelektrična metoda kojom se istražuju

električne otpornosti stijena, te se najčešće ubraja u metode prividne otpornosti. Uz 2D-

električnu tomografiju kod nas se, u geoelektričnim istraživanjima stijena, još uvijek

podjednako koriste metode prividne otpornosti, kao što su geoelektrično sondiranje i

geoelektrično profiliranje. Primjena geoelektričnog sondiranja daje dobre rezultate u

istraživanjima vertikalnih promjena otpornosti kakve se nalaze u sredinama s horizontalnim ili

vrlo blago nagnutim slojevima. Geoelektično profiliranje koristi se i u istraživanju uzdužnih

promjena otpornosti, kao što su vertikalni rasjedi, strmi slojevi i sl. Dakle, geoelektrično

sondiranje i profiliranje su metode koje se mogu primijeniti gdje su potrebni

jednodimenzionalni geološki modeli. Kako se u takvim 1D istraživanjima pretpostavlja da

nema promjena u ostale dvije dimenzije geomedija, u složenim geološkim modelima njihova

primjena nije odgovarajuća.


60

2D istraživanja daju bolji i precizniji model podzemlja nego 1D istraživanja jer uzimaju

u obzir i vertikalne i horizontalne promjene otpornosti. 2D-električnom tomografijom se mogu

vrlo uspješno istraživati izdužene geološke strukture, ali pri tome treba profil postaviti što više

okomito na pružanje struktura.

U izrazito kompleksnim i kompliciranim geološkim modelima najbolje bi bilo primijeniti

3D istraživanja jer ona uzimaju u obzir promjene otpornosti u sve tri dimenzije geomedija. 3D

istraživanja su vrlo skupa i iziskuju više vremena, posebnu opremu i velik broj mjerenja, pa

zasad nemaju toliko čestu primjenu u geoelektričnim istraživanjima.

Mjerenja električnih otpornosti 2D-električnom tomografijom izvode se s više

dubinskih zahvata, ali se pri tome mijenjaju i središta mjerenja, odnosno 2D-tomografija na

neki način kombinira metode sondiranja i profiliranja. Mjerenja se uglavnom izvode

sofisticiranim višeelektrodnim sustavima, koji su razvijani usporedno s teorijskim razvojem

električne tomografije.

Slika 5.9. Raspored elektroda kod geoelektrične 2-D tomografije Wenner (Preuzeto od Loke)

Nakon završetka procesa mjerenja razmakom 1a, slijedi mjerenje s razmakom 2a.

Elektrode 1, 3, 5, 7 koriste se kod prvog mjerenja, a te elektrode su izabrane kako bi između

njih razmak bio 2a. Kod drugog mjerenja uzimaju se elektrode 2, 4, 6, i 8, te se ovaj

postupak ponavlja sve dok se ne iskoriste elektrode 14, 16, 18 i 20, a ujedno je to i

posljednje mjerenje s razmakom 2a. Isti proces se ponavlja za razmake 3a, 4a, 5a i 6a.

Kako bi mjerenja bila što točnija i kako ne bi došlo do pogreške, treba sve raditi

sistematično. Važno je napomenuti da kako se povećava razmak između elektroda, tako se

smanjuje broj mjerenja tj. broj mjerenja uzduž profila ovisi o vrsti rasporeda elektroda.

Wennerov raspored daje najmanji broj mogućih mjerenja u odnosu na ostale rasporede

elektroda korištene u 2D-tomografiji.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

a a a

Položaj 1

C1 P1 P2 C2 Broj elektroda

C1 P1 P2 C2

2a 2a 2a

Položaj 18

C1 P1 P2 C2

Položaj 32

Razina podataka

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6

1

18

32

43

51

56

Mjerač otpora


61

Razina podataka

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Originalna pozicija

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6

1

18

32

43

51

56

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Nova pozicija

Originalne pozicije

Nove pozicije

Slika 5.10. Korištenje metode uzdužnog pomicanja za produženje područja pokrivenog s 2D-

tomografijom

Tehnika koja se koristi za povećanje horizontalnog područja mjerenja, osobito za

sisteme s ograničenim brojem elektroda, je metoda uzdužnog pomicanja. Nakon završetka

procesa mjerenja, kabel se premješta preko jednog kraja linije mjerenja, odnosno preko

posljednje elektrode.

Slika 5.11. Prikaz profila geoelektrične tomografije (Žitnjak, Zagreb)


62

Slika 5.12. Primjer profila geoelektrične tomografije u nagibu


63

5.1.4. Ostale geoelektrične metode

5.1.4.1. Metoda vlastitog potencijala

Ovom metodom mjeri se razina prirodnog potencijala na Zemljinoj površini pomoću

kojeg se mogu pronaći ležišta mineralnih sirovina, jer takva ležišta zbog svojih

elektrokemijskih pojava prouzrokuju električne potencijale. Rudno tijelo kao dobar vodič

provodi struju od oksidirajućih elektrolita iznad razine podzemne vode, do reducirajućih

elektrolita ispod razine vode. Prilikom prolaza struje uzduž površine stvara se negativni

potencijal koji se može ustanoviti mjerenjem na površini.

5.1.4.2. Metoda ekvipotencijalnih linija

Ovom metodom mjeri se tok ekvipotencijalnih linija. Na temelju nađenih odstupanja

od normalne slike može se odrediti položaj, dubina i veličina anomalije. Terensko mjerenje

obavlja se nul – metodom. Na jednom se mjestu postavlja u tlo jedna elektroda, a drugom

elektrodom se traži mjesto istog potencijala, tj. mjesto koje leži na istoj ekvipotencijali kao i

prva elektroda. Drugo mjesto utvrđuje se nultim položajem na mjernom instrumentu.

5.1.4.3. Metoda omjera pada potencijala

Ovom se metodom mjeri kvocijent pada potencijala između jednakih razmaka

troelektrodnog mjernog rasporeda. Mjerni raspored postavlja se okomito na raspored strujnih

elektroda, i to bliže jednoj elektrodi

5.1.4.4. Metoda inducirane polarizacije

Postoje dvije vrste ove metode, vremenska i frekvencijska. S vremenskom metodom

se mjeri kao i s metodom otpora, samo što se kod ove metode nakon isključenja mjeri pad

napona na naponskim elektrodama jer treba proći određeno vrijeme da napon padne na

vrijednost 0. Ova pojava naročito je izražena kod pojave raspršenih sulfida.


64

5.1.4.5. Metoda telurskih struja

Ova metoda radi na principu iskorištavanja prirodnih zemljanih struja tj. telurskih

struja. Telurske struje vezane su uz sunčevu svjetlost i elektromagnetičnost Zemlje, a javljaju

se kao vrtlozi. Mjerenje tih struja može se dovesti u vezu različitih provodljivosti koje ovise o

vrsti stijena.

5.1.4.6. Magnetotelurska metoda

Ovom metodom se mjeri Zemljino magnetsko i električno polje u isto vrijeme i u istoj

točki. Sličan oblik ovih varijacija upućuje na međusobne odnose tih dviju pojava.

5.1.4.7. Metoda prijelaznih struja

Metoda prijelaznih struja ima i naziv metoda stvaranja elektromagnetskog polja, a

zasniva se na opažanju stvaranja elektromagnetskog polja u podzemlju.

5.1.5. Utjecaj vode na otpornosti tla i stijena

Električna otpornost varira između različitih geoloških materijala većinom u ovisnosti o

sadržaju vode i otopljenih iona u vodi. Istraživanja pomoć električnih otpornosti mogu se

koristiti kako bi se identificirale zone različitih električnih svojstava koje mogu ukazivati na

različite geološke slojeve podzemlja. Metoda otpornosti se još naziva i metoda specifične

otpornosti, što je obrnuto od vodljivosti odnosno specifične vodljivosti. Najčešći materijali koji

formiraju tla i stijene imaju visoke vrijednosti otpora kada se nalaze u suhim uvjetima, zbog

toga je otpornost tla i stijena u direktnoj ovisnosti o količini i kvaliteti vode koja se nalazi u

porama i pukotinama. Također je vrlo važan stupanj povezanosti pukotina unutar stijena.

Stoga otpornosti tla i stijena mogu široko varirati.

Promjene mogu biti ograničene unutar zatvorenih geoloških formacija. Promjene u

otpornostima unutar pojedinih tla i stijena prikazuju promjene u fizičkim svojstvima istih.

Primjerice najniže izmjerene otpornosti za pješčenjake i vapnence direktno ukazuju da su

pore i unutar stijena saturirane vodom, dok visoke vrijednosti ukazuju čvrste konsolidirane

sedimentne i suhe stijene iznad razine podzemne vode. Pijesak, šljunak i sedimentne stijene

mogu također imati vrlo niske vrijednosti otpornosti što ukazuje na ispunjenost pora slanom

vodom.


65

Za razliku od rudnih minerala, svježe iskristalizirane stijene posjeduju visoke

otpornosti, dok trošenje najčešće uzrokuje visoko vodljive poremećene zone bogate glinom.

Razlike u karakteristikama unutar jednog tipa geološkog materijala ukazuje na potrebu za

kalibriranjem podataka dobivenim mjerenjem otpornosti prema geološkoj dokumentaciji

(geološko kartiranje), in-situ testovi ili bušenje, međutim ovaj način se koristi i u drugim

geofizičkim metodama.

Količina vode ovisi o poroznosti koja se može podijeliti na primarnu i sekundarnu

poroznost. Primarna poroznost se sastoji od pora između mineralnih čestica i javlja se kod

tala i sedimentnih stijena. Sekundarna poroznost se sastoji od pukotina i zona nastalih

trošenjem te je najvažnija kod kristaliziranih stijena kao što su gnajs i granit. Sekundarna

poroznost može biti veoma važna u nekim sedimentnim stijenama kao što je vapnenac. Čak i

ako je poroznost niska, električna vodljivost koja se javlja kod pora ispunjenih vodom može

drastično smanjiti otpornost materijala. Na otpornost će utjecati i nivo saturacije, otpornost

iznad razine vode će biti puno veća od otpornosti istog materijala koji se nalazi ispod

podzemne vode. Stoga se ova metoda može koristiti za pronalaženje razine podzemne

vode u materijalima gdje razina podzemne vode postoji. Međutim ako je povećan udio

sitnozrnatih materijala sadržaj vode iznad razine podzemne vode, kapilarne i higroskopne

sile mogu biti toliko velike da dominiraju električnim ponašanjem materijala.

Otpornost porne vode je determinirana s koncentracijom iona u otopini, vrsti iona i

temperaturi. Rasponi vrijednosti otpornosti za različite vrste voda mogu se vidjeti u tablici 5.3..

Tablica 5.3. Prikaz električnih otpornosti različitih voda

Vrsta vode Otpornost [/m]

Padaline 30 - 1000

Površinska voda u dijelovima magmatskih stijena 30 - 500

Površinska voda u dijelovima sedimentnih stijena 10 - 100

Podzemna voda u dijelovima magmatskih stijena 30 - 150

Podzemna voda u dijelovima sedimentnih stijena >1

Morska voda 1

Voda za piće (maksimalni udio soli 0,25 %) >1.8

Voda za navodnjavanje i napajanje stoke (maksimalni udio soli 0,25 %) >0.65


66

5.2. Elektromagnetske metode

Predmet mjerenja je elektromagnetsko polje koje se inducira u podzemnom

geološkom vodiču tokom električne struje na površini. Tok struje ostvaruje se galvanski ili

induktivno (pobuđivanjem).

5.2.1. Metoda odašiljačkog prstena

Primarna struja vodi se u kabel prstenastog oblika promjera do 30 m, bez veze sa

tlom. Jakost induciranog elektromagnetskog polja mjeri se obično na radijalno položenim

profilima. Mjeri se smjer i nagib magnetskog vektora sekundarne struje u podzemlju.

5.2.2. Metoda TURAM

Ima najdublji doseg od svih elektromagnetskih metoda. Oprema za mjerenje se

sastoji od odašiljačkog i prijemnog djela. Za odašiljač služi generator izmjenične struje

frekvencije od nekoliko stotina herca. Prijamni uređaj se sastoji od dviju zavojnica spojenih

kabelom duljine 20 – 40 m. Jednu nosi pomoćnik, a na drugoj, koju nosi promatrač, smješten

je uređaj za mjerenje i bilježenje podataka.

5.2.3. Metoda pomičnog odašiljača

Za istraživanje sulfidima bogatih ruda na manjim dubinama primjenjuju se

elektromagnetske metode s pomičnim odašiljačem i prijemnikom. Od tih sustava najviše se

koristi uređaj Slingram, koji se sastoji od dvije zavojnice spojene kablom duljine nekoliko

metara. Svaku od tih zavojnica nosi jedan čovjek i mjeri se uzduž profila, s istim razmakom.

5.2.4. Metoda AFMAG

Za tu metodu izvor energije osiguravaju varijacije u intenzitetu Zemljinog

elektromagnetskog polja u audiofrekventnom području.


67

5.3. Seizmičke metode

Neke geofizičke metode upotrebljavaju širenje seizmičkih valova karakterističnih

brzina za određivanje slojevitosti, elastične stišljivosti i ostalih prigušenih parametara stijena i

tla. Ovi testovi su obično provedeni kod vrlo malih naprezanja i kao takvi ostaju u elastičnoj

domeni tla. U teoriji širenja seizmičkih valova pretpostavlja se da stijena u svakoj svojoj točki

ima jednaka svojstva, te da su ta svojstva u svim smjerovima jednaka. Ovaj slučaj nije

nikada u potpunosti zadovoljen, ali se odstupanja zanemaruju. Polazna točka seizmičkih

istraživanja je mjerenje vremena u kojem se seizmički valovi šire kroz podzemlje do nekih

geoloških granica, na kojima se reflektiraju ili refraktiraju.

Valovi se mogu širiti kroz uzorak ili kroz unutrašnjost Zemlje i analiziraju se kao

posljedice djelovanja nekog umjetnog ili prirodnog seizmičkog polja. Sve seizmičke metode,

s primjenom u inženjerstvu, se temelje na konceptu istraživanja ponašanja geomaterijala

(podzemlja) pri malim deformacijama, koje su nedovoljne veličine da bi izazvale značajniji

nelinearni i neelastični odnos između naprezanja i deformacija, koji bi mogao dovesti do

neželjenih posljedica. Srž seizmičke metode je određivanje brzine širenja seizmičkog vala

kroz medij, tj. mjerenje vremena potrebnog da val pri širenju kroz medij stigne u razne točke

prostora.

5.3.1. Vrste seizmičkih valova

Izvor seizmičkog vala je dinamičko opterećenje na površini ili u unutrašnjosti

geomedija koje nastaje kao posljedica potresa, miniranja, klizanja kosine, odrona, zabijanja

pilota ili namjerno pomoću udarca čekićem. Nastanak i širenje seizmičkih valova tumači se

teorijom elastičnosti. Seizmičke valove se smatra harmonijskim, pa se stoga uzimaju kao

sume osnovne frekvencije i viših harmonika.

Postoji više vrste deformacija koje se javljaju i koje može homogeno izotropno tijelo

pretrpjeti zbog djelovanja vanjskih sila. Jedna je deformacija volumena (rastezanje), a druga

je deformacija oblika. Deformacije oblika i volumena se u sredstvu prenose odvojeno i

različitim brzinama.

Valovi se mogu definirati i kao poremećaji koji putuju kroz medij i prenose energiju tog

poremećaja. Obzirom na granične uvjete, mogu se promatrati i analizirati seizmički valovi u

neograničenoj elastičnoj sredini i valovi u blizini granice elastičnog poluprostora (površinski

valovi). Po svojoj prirodi seizmički valovi u neograničenoj elastičnoj sredini mogu biti dvojaki:

uzdužni kompresijski (dilatacijski; kontrakcijski) i poprečni distorzijski (posmični), a


68

označavaju se slovima P i S. Površinski se valovi mogu eliptički i retrogradno kretati okomito

na smjer širenja u horizontalnoj ravnini (L-Loweovi valovi), odnosno u smjeru širenja u

horizontalnoj i vertikalnoj ravnini istodobno (R-Rayleighevi valovi). Uzdužni P valovi su

longitudinalni kao valovi zvuka, dok su S valovi transverzalni i polarizirani kao

elektromagnetski valovi.

Uzdužni valovi (P) manifestiraju se kao promjena volumena medija. Kako volumen

mogu mijenjati čvrsta tijela, tekućine i plinovi, uzdužni se valovi šire kroz medije svih

agregatnih stanja. P valovi izazivaju progresivna i regresivna gibanja čestica na pravcu

širenja, imaju najveću brzinu širenja i značajni su za seizmička istraživanja.

Slika 5.13. Vrste seizmičkih valova

Poprečni valovi (S) pokušavaju promijeniti oblik strukture medija kroz koji se šire,

djelujući posmično. Važni su za čvrste geomedije, koji imaju posmičnu čvrstoću, pa su

značajni za seizmička istraživanja i primjenu u geotehnici.

Rayleighevi (Rejlijevi) valovi (R) šire se uz granicu elastičnog poluprostora, pri čemu

pobuđuju čestice u vertikalnoj ravnini na eliptično gibanje. Amplituda vala se brzo smanjuje s

Neporemećeni dio

Rayleighev val

Uzdužni val

Poprečni val

Loweov val

Smjer širenja seizmičkog vala

Smjer oscilacija čestica geomedija


69

dubinom medija ispod površine ispitivanja. Gibanje čestica je jednako združenom djelovanju

P i S valova.

Loweovi (Lovovi) valovi (L) javljaju se pri površini ispitivanja kao transverzalni valovi.

U situacijama kada medij manje brzine prekriva medij u kojem elastični valovi imaju veće

brzine, javljaju se ti valovi. Pobuda gibanja čestica je u horizontalnoj ravnini.

Bez obzira radi li se o seizmičkim valovima koji se šire u neograničenoj elastičnoj

sredini ili se radi o površinskim valovima, sve osnovne analize širenja valova u geomedijima

se temelje na zakonima optike. Refleksija, refrakcija, rasap, difrakcija, svojstveni su i

seizmičkim valovima.

Valne fronte valova predstavljaju imaginarne površine u čijim točkama su svi

seizmički valovi u fazi. Iz točkastih se izvora šire sferne fronte, koje postaju planarne na

većim udaljenostima od izvora, a valne zrake su ravne i okomite na valnu frontu. Navedene

postavke vrijede ako je medij izotropan i homogen. Dakle, u takvom se mediju seizmički

valovi šire jednakom brzinom u svim smjerovima.

Slika 5.14. Seizmička valna fronta i valna zraka

5.3.2. Seizmička refrakcija

Seizmička refrakcija je često korištena metoda u terenskim istraživanjima dinamičkog

ponašanja tla i stijena. Ova metoda omogućuje određivanje brzina elastičnih valova u

uslojenom tlu i stijeni kao funkcije dubine. U ovoj metodi se precizno mjere nailasci

seizmičkih valova koji uzrokuju promjene u volumenu.

Snellov zakon opisuje odnos kuteva (obzirom na okomicu na granici dvaju medija)

upadnih, reflektiranih i refraktiranih zraka P i S valova i njihovih seizmičkih brzina V. Indeksi 1

i 2 označavaju slojeve, gornji sloj manje, i donji sloj veće brzine.


70

Slika 5.15. Snellov zakon

Slika 5.16. Seizmička fronta refraktiranog vala

Slika 5.17. Snellov zakon u slučaju V2>V1

reflektirani val

refraktirani val


71

Slika 5.18. Kritična refrakcija (r = 90)

Slika 5.19. Snellov zakon u slučaju V2<V1

Slika 5.20. Princip terenskog mjerenja brzina seizmičkih valova seizmičkom refrakcijom


72

Slika 5.21. Shematski prikaz putovanja refraktiranih valova kroz slojeve različitih brzina

Dubina


73

Slika 5.22. Oprema za seizmička mjerenja ( ABEM Teraloc Mk 3)

Slika 5.23. Prikaz višeslojne horizontalne uslojenosti

1/v1

1/v2

1/v3

1/v4

D1

D3

D4

D2

xc2 xc4xc3

Udaljenost

v < 1 v < v < v2 3 4

v4

v3

v2

v1

Ti4

Ti3

Ti2

Vremena presjeka

t3

t2


74

Zbog sveprisutnosti vodnih slojeva, najjednostavniji inženjerski problem je troslojni

primjer na slici 5.23. Za vodoravne slojeve osnovna jednadžba brzine služi svrsi modeliranja.

Debljina sloja D1 određuje se koristeći dvoslojni model ili prekid vremena Ti2 druge linije

kritične udaljenosti Xc2. Ova debljina koristi se za izračunavanje debljine donjeg sloja na

način:

gdje je:

- brzina n-tog sloja,

- n-ti prekid vremena.

Jednadžba za kritičnu udaljenost:

gdje je:

- dubina n-tog lomljenja,

- n-ta prijelazna udaljenost.

Slika 5.24. Primjer s padinom

V2

Du

Ukupno vrijema, Tt

Točke paljenja

Nagib=1/V2u

Nagib=1/V2d

Nagib=1/V2d

Gornji nagib

Donji nagib

V1

Tiu

T id

y=kut padine

Dd


75

Promatrane prividne brzine brzine donjeg sloja (V2u i V2d na slici 5.24.) značajno se

mijenjaju s padinom (više od prave brzine za uz padinu, manje za niz padinu). Dubine,

dobivene iz odsjeka vremena, su nagnute dubine, a ne dubine ispod točke paljenja.

Reverzna paljenja su potrebna jer se paljenjem iz jednog smjera mjeri samo prividna brzina

za drugi sloj.

Formula za dubinu nagiba sloja:

gdje je:

- nagib sloja na donjem dijelu padine,

- nagib sloja na gornjem djelu padine,

- brzina u materijalu gornjeg sloja,

- sjecište vremena uz padinu,

- sjecište vremena niz padinu.

Aproksimacija za brzinu V2 koja ne može biti direktno izmjerena iz dijagrama sjecišta

vremena:

gdje je:

- prividna brzina donjeg sloja,

- prividna brzina mjerena uz kosinu,

- prividna brzina mjerena niz kosinu,

- približna vrijednost kuta padine.


76

Slika 5.25. Prikaz promjena u nagibu sloja

(Zabilježene su tri brzine iako se radi o dva sloja)

Slika 5.26. Prikaz zakopane polovice toka kanala

(Prisutne četiri brzine)

Slika 5.27. Podzemni rasjed

Slika 5.28. Prikaz diskontinuiteta u donjem sloju

(Diskontinuitet izaziva kašnjenje u oba smjera

koje uzrokuje pad trenda vremenske krivulje)

1 1

1

1

1

V1 V1

V2

V2

V2a

Tt Tt

V1

V2

1 1

11

1

1

1

1

V1 V1

V2+

V2-

V2

V2

V2

V2

Tt Tt

V1

V2

1

1

1 1

1

1V1

V1

V2

V2

V2

V2

Tt Tt

V1

V2

1

1

1

1

11

V1

V1

V2

V2V2

V2

Tt Tt

V1

V2


77

Slika 5.29. Seizmički profil (Terminal Janaf Omišalj); Potencijalno trošna, razlomljena masa u središtu profila na dubinama 8 do 14 m


78

5.3.3. Posmični valovi u istraživanju geomedija

U geotehnici je posebna pažnja posvećena određivanju posmične čvrstoće tla i

stijena, budući da je posmična čvrstoća jedan od osnovnih parametara za određivanje i

projektiranje uvjeta opterećenja za temelje građevina i za izvođenje mnogih geotehničkih

zahvata.

Brzina uzdužnog vala ovisi o tlačnoj, a brzina posmičnog vala je upravo ovisna o

posmičnoj čvrstoći, pa iz toga proizlazi da se seizmičke metode mogu koristiti za određivanje

posmične čvrstoće geomedija. Analiziranjem P i S valova određuju se dinamičke konstante

elastičnosti, ali se može uspostaviti i vrlo oštra i određena razlika između različitih

geomaterijala koji imaju iste ili slične brzine uzdužnih valova (Tablica 5.4.).

Tablica 5.4. Prosječne brzine P i S valova i gustoće nekih geomedija (McDowell, 1996)

Vrsta geomedija Vp

[m/s]

Vs

[m/s]

Gustoća

[Mg/m3]

Zrak 330 - -

Čista voda 1450 -1510 - 1,00

Riječna i jezerska voda 1430 - 1680 - -

Morska voda 1460 - 1530 - -

Površinski materijal 300 - 600 - -

Granit 4000 - 6100 2150 - 3350 2,67

Gabro 6550 3450 2,98

Bazalt 5600 3050 3,00

Dijabaz 5500 - 7000 3000 - 4500 3,00

Pješčenjak 1800 - 4000 915 - 3000 2,45

Šejl 2500 - 4250 1000 - 3000 2,60

Vapnenac 2000 - 6100 1800 - 3800 2,65

Glina 1100 - 2500 580 1,40

Pijesak, šljunak 300 - 800 100 - 500 1,70

Pijesak, šljunak (mokri) 1500 - 2700 900 - 1600 1,93

Lapori 1800 - 3900 1050 - 2300 2,35


79

Da bi se izmjerili S valovi potrebni su horizontalni geofoni orijentirani okomito na

smjer širenja seizmičkog vala i generator posmičnih valova. Pravac horizontalnog impulsa je

okomit na refrakcijski profil. Zbroj oba zapisa ima oblik stojnog vala, što omogućuje vrlo

precizno određivanje vremena nailaska S vala. Za kvalitetno mjerenje brzina S valova

potreban je izvor dovoljne energije posmika, tako da se distorzijski val može nesmetano

prostirati do svih postavljenih geofona. Ako se val generira čekićem, tranzijentne ploče su

čelični profili, mase veće i od 50 kg.

Eurokod 8 razlikuje 7 tipova tla u odnosu na seizmičku osjetljivost: A, B, C, D, E, S1 i

S2 (Tablica 5.5.). Prema njemu su tipovi tla opisani stratigrafskim profilom kroz tri parametra:

srednjom brzinom posmičnih valova do 30 metara dubine tla ( ), srednjim i srednjom

nedreniranom posmičnom čvrstoćom , koji se računaju prema sljedećem izrazu:

gdje je: - debljina i-tog sloja.

Tablica 5.5. Klasifikacija tla po Eurokodu 8

Tip tla Opis stratigrafskog profila vs,30 (m/s) N (udarci/30

cm) cu

(kPa)

A Stijena ili njoj slične geološke formacije, uključujući najviše 5 m slabijeg materijala na površini

> 800 - -

B

Slojevi vrlo zbijenog pijeska, šljunka ili vrlo čvrste gline, debljine najmanje nekoliko desetina metara, karakterizirani stupnjevitim povećanjem mehaničkih svojstava s dubinom

360-800 > 50 > 250

C Slojevi zbijenog ili srednje zbijenog pijeska, šljunka ili čvrste gline, debljine od nekoliko desetina do više stotina metara

180-360 15-50 70-250

D Rastresiti do srednje zbijeni nevezani sedimenti (s ili bez mekanih kohezivnih slojeva) ili predominantno mekano do čvrsto kohezivno tlo

< 180 < 15 < 70

E

Tlo se na površini sastoji od aluvijalnih nanosa sa vrijednosti vs,30 prema tipu C ili D i debljinom između 5 i 20 m, ispod kojeg je krući materijal sa vs,30 > 800 m/s

S1 Tlo sadrži najmanje 10 m debeo sloj mekane gline s visokim plastičnim indeksom (PI>40) i viskom sadržajem vode

< 100 (indikativno)

- 10-20

S2 Tlo podložno likvefakciji s osjetljivim glinama ili bilo koji drugi profil tla koji nije uključen u kategorije A-E ili S1


80

5.3.3.1. Određivanje stišljivosti i deformacijskih parametara iz brzine posmičnih valova

Stišljivost tla prikazuje se s nekoliko parametara, uključujući konsolidacijske indekse

(Cc,CI,Cs), module dreniranosti (K, G, K, D), module nedreniranosti (Eu i Gu) i/ili module

reakcije tla (ks). Konstante elastičnosti su definirane prema slici 5.30. Kod nedreniranih uvjeta

opterećenja ne pojavljuju se promjene u volumenu (V/V=0), dok kod dreniranih uvjeta

opterećenja može doći do povećanja (dilatacije) ili smanjenja (kontrakcije) volumena. U

nekim slučajevima svi parametri deformacije su međusobno povezani (obično preko teorije

elastičnosti). Primjerice indeks rekompresije (Cr), koji se obično uzima kao analogan indeksu

bubrenja (Cs), može se povezati s modulom stišljivosti u edometru (D'= v /v) dobivenim

iz formule za konsolidaciju:

koji vrijedi samo za prekonsolidirani dio tla. Kada nametnuto opterećenje nasipa prijeđe

naprezanje prekonsolidiranog donjeg sloja prirodne gline, tako da tlo postaje normalno

konsolidirano, onda se u jednadžbi D' (modul stišljivosti) zamjenjuje s Cc (modul bubrenja).

Slika 5.30. Definicija modula elastičnosti u smislu opterećenja i postavljenih graničnih uvjeta


81

Moduli su u slučaju dreniranih uvjeta povezani sljedećim jednadžbama:

gdje je 0,2 Poissonov koeficijent za drenirani slučaj i za sve vrste geometrijskih oblika.

Za nedrenirano opterećenje ekvivalent Poissonovog koeficijenta iznosi u i zbog toga

veza između Youngovog modula i modula posmične čvrstoće postaje:

Edometarski modul stišljivosti i modul stišljivosti čvrstih čestica ne koriste se u slučajevima

nedreniranih uvjeta.

Pojedini in-situ testovi (Poglavlje 7.) pokušavaju izmjeriti deformacijske karakteristike

tla na licu mjesta, u tu grupu instrumenata spadaju presiometri, plosnati dilatometri i kružne

ploče. Zapravo, ti testovi koriste teoriju elastičnosti kako bi odredili ekvivalent modula

elastičnosti (E). Međutim, veći problemi se javljaju kod određivanja prikladne veličine modula

tijekom pojave smetnji uzrokovanih instalacijom uređaja, određivanjem dreniranja i prikladne

veličine postavljenog naprezanja, osobito kada je ponašanje naprezanja – deformacije -

čvrstoće tla nelinearno, anizotropno i ovisno o stupnju naprezanja. Moduli su nejednake

varijable koje variraju s veličinom naprezanja, deformacijom i veličinom postavljenog

opterećenja. U velikoj su mjeri kod geotehničkih ispitivanja rezultati dostupni samo kod SPT i

CPT ispitivanja, a procjena deformacijskih parametara je ipak potrebna za proračun

slijeganja, analizu i izračun promjena. Podaci dobiveni penetracijskim testom pokazuju

mjerenja koja su izvršena kasnije u području krivulje deformacija-naprezanje, prema

odgovarajućoj čvrstoći materijala prikazanoj na slici 5.31.

PMT i DMT daju podatke za raniji dio krivulje deformacija-naprezanje, iako se često

dobivaju vrijednosti iznad interesnog područja u slučajevima kada su mjerenja opterećenja i

rasterećenja izvršena kako bi se poboljšala definicija ekvivalenta elastičnog područja.

Odgovarajući faktor sigurnosti od odgovarajućeg početnog stanje naprezanja (K0) do

sloma (max) može se povezati s modulima kako je prikazana na slici 5.31. Početna stišljivost

može se odrediti iz brzine posmičnih valova i može služiti kao čisto mjerilo vrijednosti.


82

Slika 5.31. Idealizirana krivulja deformacija, naprezanja i stišljivost kod malih i velikih

deformacija

Moduli malih deformacija

Istraživanja tla dokazala su da se stišljivost kod malih deformacija, koje nastaju

uslijed izmjerenih brzina posmičnih valova (Vs), mogu upotrijebiti za početna statička

opterećenja, kao i za dinamička opterećenja geomedija. Prema tome, originalni dinamički

modul posmika (Gdyn) je nazvan maksimalnim modulom posmika (Gdyn ili G0) koji omogućuje

gornju granicu stišljivosti dobivenu od:

gdje je:

- gustoća tla,

- težina tla,

- gravitacijaska konstanta,

- osnovna stišljivost za sve vrste tla.


83

Odgovarajući elastični ekvivalent dobiven je iz: gdje je

= 0,2 vrijednost Poissonovog koeficijenta za geomaterijale kod malih deformacija. Posmični

valovi mogu se mjeriti na dva načina, laboratorijskim i terenskim mjerenjima (SASW i

MASW).

U nekim geološkim materijalima moguće je razviti kalibriranu korelaciju između

specifičnih testova (DMT i PMT) i svojstva sveobuhvatnih podataka dobivenih iz ispitanih

temelja i nasipa.

Ova mjerenja omogućuju dobivanje srednjih vrijednosti modula zajedno sa krivuljom

naprezanje – deformacija – čvrstoća (Slika 5.32.). Male vrijednosti modula deformacije

dobivene mjerenjem posmičnih valova omogućuju izvrsne referentne vrijednosti kao što su

vrijednosti maksimalne stišljivosti tla dobivene kod određenog koeficijenta pora i efektivno

ograničenog stanja.

Razmotrit će se generalizirani pristup baziran na malim stišljivostima dobivenima

mjerenjima posmičnih valova, početni modul (E0) se smanjuje na prikladan nivo naprezanja

za željeni faktor sigurnosti.

Slika 5.32. Konceptualna varijacija modula posmika s veličinom deformacije pod statički jednolikim

opterećenjem i značajnost In-situ testova


84

Modul redukcije (smanjenja)

Smanjenje modula posmika s posmičnom deformacijom se prikazuje u

normaliziranom obliku, sa prikladnim iznosom G podijeljenim s maksimalnim iznosom (Gdyn ili

G0). Veza između G/G0 i logaritma posmične deformacije koristi se kod dinamičkih uvjeta

opterećenja, iako statičko opterećenje pokazuje teška propadanja s deformacijom, vidljivo na

slici 5.33. Ciklička linija predstavlja rezonantne stupce testnih rezultata gdje je jednolik odziv

proučavan uz pomoć specijalnih unutarnjih i lokalnih deformacija u triaksijalnom i torzijskom

aparatu.

Slika 5.33. Redukcija modula s logaritamskim mjerilom posmične deformacije za jednoliko

statičko i dinamičko (cikličko) opterećenje

Alternativni način prikazivanja modula redukcije je u uvjetima na razinama posmičnih

naprezanja. Slika 5.34. prikazuje izbor normaliziranih sekanti modula (E/E0) s različitim

razinama naprezanja (q/qult) dobivenima iz laboratorijskih testova na necementiranim i

nestrukturiranim pijescima i glinama.


85

Razina naprezanja je prikazana kao (/max) ili (q/qult) gdje je = q= ½ (1-3) =

posmično naprezanje i max = qult = posmična čvrstoća. Laboratorijski test smicanja napravljen

je u triaksijalnom uređaju i torzijsko posmičnim uvjetima s lokalnim unutarnjim uređajima za

mjerenje deformacije kako bi se mjerenje razgranalo od malog preko srednjeg do velikog

odziva na deformacije.

Slika 5.34. Degradacijski moduli dobiveni uz pomoć laboratorijskih testova na necementiranim

i nestrukturiranim materijalima

Modificirana hiperbola se može koristiti kao jednostavno sredstvo za smanjenje

stišljivosti uslijed malih deformacija (E0) do vrijednosti E na razinama radnih uvjeta u smislu

mobiliziranja čvrstoće (q/qult). Slika 5.35. prikazuje predložene trendove za nestrukturirane

gline i necementirane pijeske.

Generalizirana jednadžba može biti zadana kao:

gdje su i pogodni parametri.


86

Vrijednosti od f = 1 i g = 0,3 djeluju razumijevajuće za prvi red ocjene nestrukturnih i

necementiranih materijala, te oni najbolje pristaju za izmjerene podatke prikazane na slici

5.34. Stalne razine naprezanja se mogu uzimati kao recipročne vrijednosti faktora sigurnosti

ili (q/qult) = 1/FS. Tada je za (q/qult) = 0,5 pripadajući faktor sigurnosti FS = 2.

Slika 5.35. Modificirana hiperbola koja prokazuje degradacijske linije modula (Mobilizirana posmična

čvrstoća –

gdje je Fs faktor sigurnosti)


87

5.3.4. Površinski valovi kao baza za SASW i MASW metode istraživanja

Izazivanjem seizmičkih valova u beskonačnom, homogenom, izotropnom mediju

javljaju se samo P i S ili prostorni valovi. Kada se medij prostire u beskonačnost u svim

smjerovima mogu se izazvati i druge vrste valova kao što su površinski valovi (Rayleigh-ovi).

Slika 5.36. Disperzija površinskih valova (Preuzeto iz Hayashi, 2003)

S približavanjem granici polubeskonačnog prostora P i S valovi se transformiraju u

površinske valove. Kada se za generiranje seizmičkih valova na površini koriste vertikalni

izvori poput čekića ili pada utega (drop-weight), nastaju površinski Rayleighevi (R) valovi koji

u najvećoj mjeri preuzimaju seizmičku energiju izvora (R valovi: 67%; S valovi: 26%; P

valovi: 7%). Složeni oblik Rayleighevih valova se sastoji od longitudinalnog i transverzalnog

gibanja s međusobnim pomakom u fazi. Najvažnije svojstvo R valova je disperzija. Tako se

valovi niže frekvencije, pa prema tome i veće valne duljine, šire dublje u medij nego valovi

visoke frekvencije, odnosno male valne duljine. Brzina širenja vala pri pojedinoj frekvenciji

naziva se fazna brzina, a krivulja koja prikazuje faznu brzinu u ovisnosti o frekvenciji naziva

se krivulja fazne brzine ili disperzijska krivulja. Za prostorne valove se općenito ne

pretpostavlja ovisnost brzine o frekvenciji.

Fazna brzina širenja Rayleigh-ovih valova ( ) prvenstveno ovisi o brzini posmičnih

valova. Izraz koji pokazuje odnos između brzine posmičnih valova ( ) i brzine Rayleigh-ovih

valova je sljedeći:

gdje je P konstanta ovisna o Poisson-ovom koeficijentu.


88

Karakteristike površinskih Rayleighovih valova:

Fazna brzina je ovisna o brzini S valova (0,88 – 0,95 brzine S valova);

Razlika u valnoj duljini uzrokuje različitu dubinu promatranja;

Povećana učinkovitost energije izvora (Površinski valovi: 67%, S valovi: 26%,

P valovi: 7%);

Laki su za promatranje;

Moguće je promatrati sloj manje brzine ispod sloja veće brzine.

Slika 5.37. Metode snimanja površinskih valova (SASW i MASW)

5.3.4.1. SASW metoda

Ovu metodu s dva prijamnika su razvili istraživači na Sveučilištu u Austinu (Texas), u

ranim osamdesetim godinama. Ona se bazira na analizi faznog spektra površinskih valova

pomoću Fourierove transformacije. Valovi se geneririraju pomoću čekića. Brzo je postala

popularna metoda među istraživačima i geotehničarima. Metoda je nazvana spektralna

analiza površinskih valova ili SASW (Heisey et al., 1982). U početku se koristio samo

osnovni mod (M0) Rayleigh-ovih valova. Simultano višefrekventno generiranje valova

impulsnim seizmičkim izvorom i zatim odvajanje pomoću brze Fourierove transformacije,

tijekom obrade podataka, uvelike je povećalo efikasnost ove metode u usporedbi sa ranijim

metodama, poput metode kontinuiranog površinskog vala (CSW metoda).

Početna istraživanja SASW metode su imala za cilj povećanje točnosti osnovnog

moda (M0) disperzijske krivulje Rayleigh-ovih valova kroz različite procedure prikupljanja

podataka na terenu i njihove obrade. Uskoro se zaključilo da bi se disperzijska krivulja mogla

sastojati i od viših modova (engl. higher modes – HM), a ne samo od osnovnog moda (M0).


89

Slika 5.38. Terenski postav SASW geofonskog rasporeda, „common receiver midpoint configuration“

Određivanje serije razmaka geofona neophodano je da bi se obuhvatio potreban

raspon valnih dužina za ispitivanje tla (Slika 5.38.). Početni razmak je stvar pokušaja,

odnosno temeljem prethodnih informacija o tlu, odnosno brzinama posmičnih valova. Za

najkraću valnu dužinu, razmak prijemnika (geofona) postavlja se na jedno do tri puta

minimalne valne dužine. Ukoliko izmjeren fazni spektar ima dobru kvalitetu na svega dva

ciklusa, razmak prijemnika za minimalnu valnu dužinu, primjerice 1,0 m, treba biti kraći od

dva puta, odnosno dva metra. Za najdužu valnu dužinu, razmak prijemnika postavlja se na

polovinu ili na trećinu tražene valne dužine. Jednom kada se odredi minimalni razmak,

konvencionalno je da se sljedeći raspon udvostručuje. To se ponavlja tako dugo dok se ne

dostigne maksimalni razmak prijemnika. Utvrđeno je da udvostručenje prethodnog razmaka

daje dovoljno preklapanja valnih dužina da se dobije kvalitetna krivulja disperzije. Obično se

počinje od najmanjeg razmaka.

Slika 5.39. Dobiveni podaci SASW metodom 1D na području Varaždinu (Vodocrpilište, Zagrebačka

ulica, Odlagalište)

KLASICNI SASW RASPORED

MASW LINEARNI RASPORED

s

s s s

1 2

1 2 3 4

Klasični SASW raspored


90

5.3.4.2. MASW metoda

MASW ili višekanalna analiza površinskih valova je seizmička geofizička metoda koja

se bavi procjenom krutosti tla. Prilikom različitih geotehničkih problema MASW se može

koristiti u raznim oblicima, ovisno o problemu i to u: jednoj dimenziji (1D) ili sondiranje (Slika

5.40.); dvije dimenzije (2D) ili tomografija (Slika 5.41.) i u tri dimenzije (3D) ili modeliranje

stvarnosti (Slika 5.42.). Ova metoda je uvedena u geofizička istraživanja u kasnim

devedesetim godinama prošlog stoljeća i od tada je postala predmet istraživanja mnogih

geofizičara i drugih znanstvenika, te je našla primjenu u mnogim granama znanosti.

Slika 5.40. Primjer 1D MASW (Preuzeto sa www.masw.com)

Sam početak korištenja površinskih valova u geofizičkim istraživanjima seže unatrag

šezdesetak godina. Van der Pol (1951) i Jones (1955) prvi su koristili metodu stacionarnog

stanja. Ona se bazirala samo na promatranju površinskih Rayleigh-ovih valova i analizi

osnovnog moda (M0). Sve ostale vrste površinskih valova (viši modovi) i prostorni valovi bili

su zanemareni. Ta metoda se dalje razvijala i nazvana je metodom kontinuiranog

površinskog vala (CSW – Continuous Surface Wave method) (Matthews et al., 1996). U

međuvremenu je 1991. godine Tokimatsu et al. unaprijedio teoriju inverzije tla.

Gledajući kroz povijest, većina primjena površinskih valova se sastojala od tri

osnovna koraka: prikupljanje podataka; disperzijska analiza; modeliranje profila sa različitim

parametrima Ova tri koraka su i danas aktualni model analize površinskih

valova. Svaki od njih predstavlja zasebni problem u analizi i svaki od njih je aktualna tema

istraživanja mnogih znanstvenika. Osim modeliranja profila tla (uglavnom brzinom širenja

posmičnih valova ), površinski valovi su našli i primjenu u otkrivanju ispodpovršinskih

anomalija.


91



MASW se razvio na već široko korištenoj metodi nazvanoj spektralna analiza

površinskih valova ili SASW (Spectral Analsys of Surface Waves), koja je i bila uvedena u to

vrijeme. SASW je metoda sa dva prijamnika (geofona), a MASW je metoda koja je preuzela

pristup koji se već dugo koristio u refleksijskoj i refrakcijskoj seizmici, sa više prijamnika (24

ili više).


92

Prva zabilježena upotreba višekanalnog pristupa u analizi površinskih valova veže se

uz istraživače iz Nizozemske (Gabriels et al., 1987). Oni su prikupljali podatke sa 24 kanala,

od kojih su radili disperzijsku analizu da bi dobili brzinu posmičnih valova po dubini. Ovaj

njihov pristup se koristi i danas kao model za analizu površinskih valova (1D MASW).

Nakon toga je Park et al., 1999., koristeći pasivni MASW, prikazao učinkovitost za

primjenu u većini geotehničkih problema. Od toga vremena su se svugdje u svijetu javili

slučajevi primjene MASW-a u rješavanju raznovrsnih geotehničkih problema.

Proces generiranja profila brzina posmičnih valova se sastoji do tri glavna

koraka:

Prikupljanje podataka površinskih valova na terenu;

Obrada podataka da se dobije disperzijska krivulja (dijagram odnosa frekvencije i

fazne brzine);

Inverzija ili izračun brzine širenja posmičnih valova iz Rayleigh-ovih valova.

Postoje dvije vrste MASW metode: aktivna i pasivna. Prikupljanje podataka na terenu

je različito za ove dvije metode. Već po samome imenu aktivne metode može se zaključiti da

se kao izvor seizmičkog vala koristi neki aktivni izvor, najčešće čekić ili drop-weight.

Maksimalna dubina istraživanja ovisi o vrsti izvora seizmičkog vala, te se kreće u

rasponu od 10 – 30 m. Površinske valove najbolje je generirati na ravnome terenu, unutar

duljine barem jednoga geofonskoga rasporeda Ako je ovakav slučaj na terenu, njegova

topografija ne bi smjela utjecati na kompletan profil istraživanja. Problem u generiranju

površinskih valova mogu predstavljati promjene.

Najveća dubina istraživanja ovisi o najvećoj valnoj duljini generiranih

površinskih valova . Relacija između ova dva parametra je sljedeća:

Najveća valna duljina pak ovisi o udarnoj snazi seizmičkog izvora. U aktivnoj

metodi je to već prije spomenuti udar čekićem, dok u pasivnoj metodi to može biti prijelaz

automobila preko neravnine na cesti. Uglavnom, sa većom udarnom snagom izvora postižu

se veće valne duljine, a s time se povećava i maksimalna moguća dubina istraživanja.

Sljedeća točka u generiranju površinskih valova je ploča preko koje se prenosi udarac

u tlo. Koliko ona utječe na generiranje površinskih valova nije detaljnije istraživano. Najčešće

se koriste metalne ploče ali se pokazalo da i ploče koje nisu metalne (npr. od tvrde gume)

mogu proizvesti veću energiju površinskih valova na nižim frekvencijama (npr. <10Hz).


93

Preporučuje se stekiranje podataka ili slaganje podataka na stog sa više udaraca da

bi se smanjio utjecaj smetnji, poglavito ako se radi u urbanom području.

Optimalni broj stekiranja će se odrediti iz seizmičke snimke i to kada se više ne vidi

promjena u odnosu signal – smetnja (engl. signal-to-noise ratio – S/N).

Slika 5.43. Dobiveni podaci MASW metodom 1D na području Varaždinu (Vodocrpilište, Zagrebačka

ulica, Odlagalište)

Zanimljivo je za usporedbu uzeti podatke sa slike 5.39. (SASW) i slike 5.43. (MASW),

jer su ova različita mjerenja izvršena na istom području.

Slika 5.44. 2D prikaz brzine posmičnih valova dobiven MASW metodom za lokaciju Vodocrpilište

(Uočljivo je da površinski slojevi imaju veće brzine posmičnih valova od dubljih slojeva, približno 300

m/s do dubine 4 m. Takav je odnos potvrđen i SASW interpretacijom. Dodatno su i rezultati

penetracijskih pokusa ukazali na ovu inverziju, jer je broj udaraca bio znatno veći u ovoj zoni.)


94

Slika 5.45. Prikaz mjerenja i analize podataka sa aktivnom MASW metodom (Preuzeto od Park et al.)


95

5.3.5. Seizmičke metode mjerenja u bušotinama

Slika 5.46. Down - hole metoda mjerenja brzine nailaska valova

Kod down-hole metode u bušotinu se spušta trokomponentni geofon, koji se zatim

pričvršćuje na raznim dubinama unutar bušotine i za svaku dubinu se inicira seizmički val na

izvoru valova koji se može nalaziti na različitim udaljenostima od ušća bušotine (Slika 5.46.).

Najprije se val inicira s jedne strane i zabilježe se vrijednosti, a nakon toga se mjerenje vrši s

druge strane bušotine. Takav postupak mjerenja je potreban radi identifikacije dolaska

posmičnih valova na temelju dvaju dolazaka valova različitog polariteta. Dakle, mjerenja za

ovu metodu vrše se spuštanjem geofona od ušća prema dnu bušotine u raznim intervalima.

Ovim procesom mjere se P i S valovi u intervalima kao funkcija dubine bušotine.

Up-hole metoda predstavlja inverziju down-hole metode. Kod up-hole metode točka

paljenja smješta se u bušotinu, a geofon ili više njih nalaze se na površini. Geofoni mogu biti

smješteni na različitim udaljenostima od ušća bušotine. Mjerenja za ovu metodu vrše se

podizanjem izvora valova od dna bušotine prema površini u raznim intervalima. P i S valovi

mjere se u intervalima kao funkcija dubine bušotine.


96

a)

b)

Slika 5.47. a) Snimka down-hole-a sa dubine 20 m, b) Rezultati ispitivanja downhole metodom(1D)

(Ispod sloja humusa zaliježe glina do 4 m, ispod koje je slabo graduirani šljunak. Razina podzemne

vode je na dubini od 3,92 m.)

Slika 5.48. Cross - hole metoda mjerenja brzine nailaska valova (Preuzetto od Kvasnička)


97

Razlika između cross-hole i down-hole metode je u tome što cross-hole metoda

problemu pristupa s dvije bušotine. U jednu se smješta geofon, dok se u drugu smješta izvor

valova (Slika 5.48.). Ovaj pristup je pogodan za stjecanje informacija o diskretnim slojevima.

Tablica 5.5. Neka svojstva geofizčkih metoda pogodnih za klasifikaciju tla (Modificirano prema

Anbazhagan)

Opis Geofizičke metode

Downhole SASW MASW

Utrošeni napor veliki mali mali

Bušenje nužno ne ne

Cijena velika mala umjerena

Trajanje srednje kratko kratko

Kvaliteta podataka vrlo dobra dovoljna vrlo dobra

Otkrivanje promjena u sedimentima vrlo dobro dobro vrlo dobro

Pogodne vrste tla sva sva sva

Dubina za mikrorajonizaciju dobra dobra vrlo dobra

Mjerenje dinamičkih svojstava dobro dobro vrlo dobro

Uspješno izvedenih slučajeva mnogo mnogo vrlo mnogo

5.3.6. Određivanje dinamičkih konstanti na temelju seizmičkih istraživanja

Primjena seizmičkih metoda u istraživanju i određivanju mehaničkih svojstava tla i

stijena nalazi uporište u ključnoj činjenici da je brzina posmičnog vala ovisna o

posmičnoj čvrstoći, dok brzina uzdužnog vala ovisi o tlačnoj čvrstoći.

Osnovne dinamičke konstante elastičnosti geomedija se

mogu odrediti iz i brzina određenih in situ. Odnos konstanti i brzina je određen

sljedećim izrazima:

Seizmičkom interpretacijom se istovremeno određuju brzine i debljine pojedinih

formacija. Poznavanjem gustoće geomedija i brzina elastičnih valova, mogu se odrediti

vrijednosti dinamičkih konstanti: Youngov modul ( ), obujamski modul elastičnosti ( ),

modul posmika ( ) i modul kompresijskih valova ( ).


98

Ako se omjer brzina označi s , može se pojedinačno izraziti svaka

konstanta:

Tla općenito imaju manje brzine u odnosu na stijene. Međutim, prisutnost podzemne

vode u nekoherentnim tlima može uzrokovati znatan porast brzine ( ) koja tada nerijetko

prelazi vrijednost 1500 m/s. Prisutnost podzemne vode ili pak stupanj saturacije ne utječe na

promjenu brzine ( ). Zbog toga vrijednost Poissonovog koeficijenta može iznositi oko 0,48

(prema ASTM). Iako je to seizmički realan događaj, ipak se te vrijednosti bez prethodne

korekcije brzine P vala u samom geomediju ne bi smjele koristiti za proračun.

Izraz

prikazuje odnos između seizmičkih brzina i

Poissonovog koeficijenta (Slika 5.40.).

Slika 5.49. Odnos seizmičkih brzina i Poisson-ovog koeficijenta


99

5.4. Georadar

Georadar je elektromagnetski uređaj s visokom rezolucijom za istraživanje podzemlja.

Početak njegovog razvoja vuče korijene još iz 1980. god. Vrlo važna godina u razvoju

georadara je bila i 1985., kada je suradnjom Kanadskog geološkog zavoda i tvrtke A-Cubed

Inc. razvijen vrlo kvalitetan digitalni sistem Pulse EKKO III. Danas na tržištu postoji više

georadarskih sistema, između kojih nema veće razlike u kvaliteti.

Georadar je pretežito namijenjen za ispitivanje kompaktnih stijena, a sastoji se od

prijemne antene, odašiljačke antene, vremenske jedinice za kontrolu antena i prijenosnog

računala s odgovarajućim softverom.

Georadar šalje kratke impulse elektromagnetskih valova u tlo koristeći antene za

prijem i odašiljanje. Elektromagnetski valovi se odbijaju od anomalija u tlu i vraćaju se u

prijemnu antenu. Promjene u dielektričnim svojstvima reflektiraju relativne promjene u tlu.

Elektromagnetska frekvencija i električna vodljivost tla određuju dubinu georadarskih

ispitivanja.

Slika 5.50. Georadarska oprema ZOND 12

Mnoge serije georadara dolaze s više setova ili parova antena, kako bi se mogle

ispitivati različite dubine tla ali i različite vrste geomedija. Način pridobivanja i obrade

podataka, te konačni prikaz vrlo je sličan kao kod seizmičkih metoda. Razlika je u izvoru,

fizikalnoj prirodi i frekvenciji valova od nekoliko Hz do nekoliko desetaka Hz (frekvencije kod

georadara se kreću od 10 Hz do 1000 MHz). Kod seizmike je mjerna jedinica za vrijeme

milisekunda dok je kod georadara nanosekunda.


100

Širenje valova je ovisno o svojstvima geomedija, početnoj frekvenciji i jakosti valova.

Najvažniji faktori koji opisuju širenje valova su brzina valova i prigušenje. Brzina i prigušenje

valova ovise o dielektričnim svojstvima i otporu geomedija. Na dielektričnost i otpornost

stijena utječu: poroznost, vodopropusnost, diskontinuiteti, temperatura, pojava mineralnih

glina i dr. Kod zemljanih materijala se vodljivost mijenja u ovisnosti od strukture tla, porne

vode, prisutnosti glinenih dijelova te slanosti porne vode.

a)

b)

Slika 5.51. a) Emitirani georadarski puls, b) Putovanje georadarskog pulsa od odašiljača do

prijamnika

Georadarski puls ima frekvenciju fc=1/T, putuje u tlo odbija se od prepreke i vraća se

u prijemnik. Vrijeme putovanja pulsa prema slici 5.51.b.

Ako je mjereno vrijeme za nekoliko razmaka , može se otkriti brzina i dubina .

Brzina širenja elektromagnetskih valova u tlu iznosi:

gdje je:

- brzina elektromagnetskih valova u vakumu (30 cm/ns),

- dielektrična permeabilnost koja ovisi o vrsti materijala i korištenim

frekvencijama elektromagnetskog signala (vrijednosti dielektrične

permeabilnosti su u rasponu od 1 za zrak do 81 za vodu, te oko 5-10

za stijene).

Georadar je posebno uspješan u istraživanju depozita sa suhim pijeskom do dubine

20 m ili više, dok je kod saturiranih glina uređaj ograničen na dubine od 3 do 6 metara.


101

Slika 5.52. Snimak georadarskom antenom od 500 MHz (Hiperbolički signal blizu centra prikazuje

smještaj cijevi u tlu)

Slika 5.53. Georadarski snimak s područja terminala Janaf u Omišlju

Georadarski snimak s područja terminala Janaf u Omišlju prikazuje površinsku

rastrošenu zonu ujednačene dubine 2,0 m, dublje je vidljiva srednje okršena stijena

pripovršinske zone do dubine 5,0 m, te u nastavku stijenska masa koja kvalitetom odgovara

intermedijalnoj zoni. Na profilu su vidljivi sustavi pukotina, stijenske plohe i dikontinuiteti do

razlučive dubine od 17,0 m.


102

Električna svojstva stijene se u najvećoj mjeri mijenjaju s litološkim promjenama,

sadržajem vlage i s homogenošću tj. anizotropijom. Promjene tih svojstava uzrokuju da se

kod georadarskih istraživanja dio vala odbija i zabilježi se prijamnom antenom.

Operativno djelovanje georadara je od 10 Hz do 1000 MHz. U tom području je brzina

elektromagnetskih valova konstantna te ne dolazi do disperzije signala.

S georadarom traže se anomalije kod ograničenih dubinskih zahvata i u području

vidljive rezolucije. Najvažnije svojstvo je da se s postavkama uređaja postignu najveći

dubinski dosezi, kod najveće rezolucije. Na dubinski doseg utječu razni faktori. Od prirodnih

su najvažniji prigušenje i refleksijska svojstva granica kod kojih dolazi do promjena

električnih svojstva tla. S tehničke strane najviše utječe kvaliteta georadara.

Kod georadara poželjno je da frekvencijski spektar odašiljanja bude što uži i da se

približava srednjoj frekvenciji od 100 MHz. Rezolucija se u geofizikalnom smislu objašnjava

Rayleigh-evim kriterijem razlikovanja dvaju oblika koji su jedan pokraj drugog. Slikoviti prikaz

razumijevanja rezolucije je sljedeći: kako daleko se možemo udaljiti od dviju točkastih izvora

svjetla, međusobno udaljenih 1 m, a da ih još uvijek vidimo. Rezolucija je proporcionalna

valnoj dužini i obrnuto proporcionalna frekvenciji. Poznato je da se s izborom različite

frekvencije bira i rezolucija uređaja (Primjer: kod 100 MHz rezolucija antene iznosi od 0,25

do 0,5 m, dok kod 350 MHz iznosi svega nekoliko centimetara, ali je dubinski doseg veći).

Tablica 5.6. Tipične vrijednosti dielektričnih konstanta , električne vodljivosti , brzina , i

prigušenja za pojedine materijale kod 100 MHz odašiljačke antene

Materijal

Zrak 1 0 0,3 0

Destilirana voda 80 0,01 0,033 0,002

Slatka voda 80 0,5 0,033 0,1

Morska voda 80 30 000 0,01 1000

Suhi pijesak 3 - 5 0,001 0,15 0,01

Saturirani pijesak 20 - 30 0,1-1 0,06 0,03-0,3

Škriljac 5 - 15 1 - 100 0,09 1 - 100

Prah 5 - 30 1 - 100 0,07 1 - 100

Glina 5 - 40 2 - 1000 0,06 1 - 300

Granit 4 - 6 0,01 - 1 0,13 0,01 - 1

Suha sol 5 - 6 0,01 - 1 0,13 0,01 - 1

Vapnenac 4 - 8 0,5 - 2 0,12 0,4 - 1

Led 3 - 4 0,01 0,16 0,01


103

Mjerenje georadarskim uređajem omogućava brzi pregled slike podzemlja koji može

poslužiti za determiniranje različitih slojeva tla, podzemnih tankova, cijevi, kablova i

arheoloških nalazišta. Također se može koristiti za pronalaženje čelične armature u

betonskim blokovima.


104

Slika 5.54. Georadarski snimak s područja POS Drenova, Rijeka (IGH)


105

Tablica 5.7. Izbor metoda za pojedine vrste istraživanja podzemlja

Seizmika Geoelektrika Elektromagnetizam Potencijalne metode

Upotreba Refrakcija Refleksija MASW DC

tomografija

Kapacitivna

metoda

geoelektričnog

profiliranja

Inducirana

polarizacija

(IP)

Spontani

potencijal

(SP)

Frekvencijska

domena

Vremenska

domena

Metal

detektor

VLF

(vrlo

niske

frekvenc

ije)

G

P

R

Magnetizam Mikro-

gravimetrija

Prirodni geološki i

hidrogeološki uvjeti

Tlo/nekonsolidirani slojevi B B A A A B B B A

Slojevi stijena B A A B B B B B

Dubina do temeljne stijene A A B A A B B B A A

Dubina do razine vode B A A B B B B

Diskontinuiteti i pukotine B B B B B A A A B A A B B

Pore i ponikve B B A B B B B A A

Svojstva tla i stijena A A B B B B B

Propusti brana i laguna B B B A B B

Anorganska onečišćenja

Odlagališta procjedne vode A B B A A B

Prodor slane vode A B B A A B

Slanost tla A B A B

Organska onečišćenja

Lagana ne tekuća faza

fluida B B B B B

Umjetno ukopani objekti

Komunalni objekti B A A B Bubnjevi i podzemni

spremnici A A A A

Neeksplodirane

eksplozivne naprave A B A

Napušteni zdenci B A

Granice jaraka i odlagališta B B B B B A B A B

Arheološke značajke B B B B B A A A B

A Primarne metode mjerenja

B Sekundarne metode mjerenja


106

5.5. Mjerenje brzine oscilacija tla izazvanih miniranjem

Primjena miniranja kao tehnike u dobivanju mineralnih sirovina, izradi podzemnih

prostorija, tunelogradnji, iskopu za temeljenje, rušenju građevina, odnosno u rudarstvu i

građevinarstvu općenito je neodvojiva od seizmičkog djelovanja na stijenu, tlo, temelje i

građevine temeljene na njima. Oštećenja na građevinama je teško razlikovati prema njihovoj

genezi, pa se stoga ni ona nastala miniranjem ne mogu jasno odvojiti od oštećenja nastalih

na neki drugi način (slijeganja, intenzivnog prometa, klizanja terena i sl.)

Minerski radovi moraju se tehnološki, tehnički i organizacijski tako izvoditi da se

osigura zaštita ljudi, prirodnih i izgrađenih objekata, opreme, okoliša i dr., od svih oblika

djelovanja eksplozije, a osobito od:

Seizmičkog (potresnog) djelovanja;

Rasprskavajućih, odnosno odbacujućih komada miniranog materijala;

Djelovanja zračnog udarnog vala (tlaka);

Otrovnog i zagušljivog djelovanja plinovitih produkata eksplozije;

Toplinskog djelovanja.

Cilj minerskih operacija je da se stijenska masa razdrobi na što sitnije fragmente

(ovisno od mineralne sirovine) kako bi se minirani materijal mogao što lakše utovariti i

transportirati do postrojenja za daljnju obradu. Kod detonacije eksplozivnog punjenja

oslobađa se velika količina energije. Pravilnim projektom miniranja veći dio oslobođene

energije troši se na fragmentaciju stijenske mase i na njeno odbacivanje. Kod loše izrađenog

projekta miniranja jedan dio raspoložive energije pretvorbom prelazi u kinetičku energiju –

energiju seizmičkih valova (veći dio) i zračnih valova (manji dio). Taj dio energije štetan je i

može izazivati oštećenja na obližnjim objektima.

Ključni faktor koji uzrokuje vibracije i njihov intenzitet prilikom miniranja je

stiješnjenost energije eksploziva. Ukoliko je energija previše stiješnjena može izazvati

znatnije oscilacije čestice tla, a samim time i oštećenja na obližnjim objektima, dok s druge

strane kod manje stiješnjenosti može uzrokovati zračni udar snažnijeg intenziteta (lom

prozorskih stakla, salonitnih ploča i sl.).

Za utvrđivanje stanja i uzroka oštećenja objekata potreban je detaljni pregled,

snimanje prije i poslije miniranja, postavljanje plombi na postojeće pukotine, seizmička

mjerenja kao najvjerodostojniji podatak sa nekom vjerojatnošću, jer se ne smije zaboraviti da

su oscilacije izazvane miniranjem u stohastičkoj domeni.


107

Poznato je da stupanj udjela nastalih oštećenja neposredno ovisi o količini eksploziva

i udaljenosti od mjesta miniranja. S porastom udaljenosti raste i dozvoljena količina

eksploziva, za koju bi se s velikom pouzdanošću smjelo tvrditi da je prag ispod kojeg je

vjerojatnost nastanka oštećenja zanemariva. Povećanjem količine eksploziva povećava se i

vrijeme trajanja i područje seizmičkog poremećaja. Stoga je problem određivanja dozvoljene

količine eksploziva izuzetno osjetljiv i važan, te mu se stoga treba posvetiti posebna pažnja.

Može se zaključiti da na intenzitet potresa nastalih miniranjem utječe niz činitelja, kao

što su: fizikalno-mehanička svojstva i geološka građa stijene kroz koju se šire seizmički

valovi, količina i vrsta eksplozivnog punjenja, način i veličine miniranja, te udaljenost od

mjesta miniranja.

5.5.1. Seizmički valovi i njihova svojstva

Manji dio energije eksplozivnog punjenja pretvorbom prelazi u kinetičku energiju -

energiju seizmičkih valova, pa će se u ovom poglavlju dodatno dopuniti poglavlje 5.3.1. sa

saznanjima vezanima na problematiku seizmičkih efekata miniranja.

Instrumenti za praćenje seizmičkih utjecaja miniranja mjere tri međusobno okomite

komponente:

Longitudinalnu komponentu (P-valovi);

Transverzalnu komponentu (S-valovi);

Vertikalnu komponentu (Rayleighevi valovi).

Brzina širenja longitudinalnih valova ovisna je o više čimbenika, a može se

matematički izraziti kao ovisnost o elastičnim konstantama tla pogotovo u bazi temelja

objekta kod kojeg se mjeri.

Kod transverzalnih valova brzina je ovisna o elastičnim konstantama tla, a posebno o

modulu posmika .


108

Gdje je za obje jednadžbe:

- modul elastičnosti [MPa],

- gustoća tla [kg/m3],

- Poisson-ov koeficijent podloge,

- modul posmika [MPa].

Na samom mjestu eksplozije poremećaj ima oblik jednog impulsa čija vršna

amplituda i vrijeme trajanja ovisi o svojstvima medija, te o svojstvima i količini eksplozivnog

punjenja. Rezultirajući elastični val najčešće ima snažni inicijalni rast, kojem slijedi serija

prigušenih oscilacija (Slika 5.55.).

Slika 5.55. Zapis tipičnih vibracija nastalih miniranjem

Kada dati poremećaj dođe do određene točke, pojedine čestice medija pomiču se iz

stanja mirovanja. Moguće je snimiti i mjeriti nastale pomake čestica, a alternativno se mogu

mjeriti brzina čestica i akceleracija. Iako su ta tri svojstva u međusobnoj vezi, nije

jednostavno razdvojiti jedno od drugog jer sami val nije jednostavnog oblika. Stoga je

poželjno mjeriti svojstvo koje je najjednostavnije i u uskoj je vezi sa oštećenjima.

U slučaju kada se elastični val širi kroz produženi medij, naprezanja u mediju su

direktno proporcionalna brzini gibanja čestica. Ovaj odnos ovisi o modulu elastičnosti

materijala, ali s obzirom da postoji gruba korelacija između modula elastičnosti i granice

elastičnosti, može se pretpostaviti da će brzina gibanja čestica biti dobar opći indeks za

određivanje oštećenja u mediju. Do toga se došlo iz eksperimentalnih opažanja gdje se

utvrdilo da postoji vrlo bliski odnos između oštećenja objekata i brzine gibanja čestica u

dijelovima objekta koji su u najbližem kontaktu sa tlom.

Zbog prije navedenog se za određivanje utjecaja i intenziteta oscilacija najčešće

koriste komponente izmjerenih veličina brzina oscilacija tla pomoću kojih se utvrđuje moguć

utjecaj minerskih radova na okolne objekte.

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

0 25 50 75 100 125 150

brz

ina o

scila

cija

(m

m/s

)

vrijeme (ms)


109

Općenito, kod seizmičkih utjecaja na objekte teško je primijeniti neki zakon gibanja

koji bi karakterizirao u potpunosti ove događaje. Kod teorijskog modela može se kao polazni

dio primijeniti pojam materijalne točke na kojoj se lakše izvode fizičke zakonitosti gibanja. Uz

to se mogu koristiti i pojmovi prigušenja i poremećajne sile, te pojmovi determinističkih i

stohastičkih oscilacija.

Determinističke oscilacije obuhvaćaju sve slučajeve kod kojih se zakon gibanja

oscilatornog sustava može prikazati analitički. To znači da su za svaki trenutak t

jednoznačno određene sve veličine relevantne oscilatornom gibanju.

Stohastičke oscilacije su oscilacije kod kojih je teško za svaki trenutak t odrediti sve

veličine oscilatornog gibanja. Matematička obrada se zasniva na statistici i vjerojatnosti, a

tipičan primjer ovih vibracija su potresi. Brzina rasprostiranja seizmičkih valova kao i njihov

domet ovise o vrsti stijene i o prigušenju (Slika 5.56.) koje se javlja u stijeni.

Na prigušenje seizmičkih valova utječu:

Sastav i struktura stijene;

Porozitet;

Raspucanost;

Frekvencija seizmičkih valova;

Sadržaj vode;

Temperatura stijene;

Apsorpcija i adsorpcija;

Rasipanje i disipacija energije.

Slika 5.56. Prikaz prigušenih oscilacija

Amplituda iniciranog sfernog, odnosno cilindričnog vala opada eksponencijalno s

udaljenošću od mjesta eksplozije. Oblik, veličina i trajanje poremećaja u neposrednoj blizini

eksplozije ovise o akustičnoj impedanciji stijenske mase i eksploziva te o energetskoj razini,

odnosno o količini unešene energije. Kako bi bili u mogućnosti odrediti kinetičku energiju


110

kojom seizmički valovi djeluju na objekt ili maksimalnu silu (dinamički proračuni u

građevinarstvu) koju seizmički valovi predaju objektu potrebno je poznavati trajektorije

komponentnih brzina, odnosno trajektorije komponentnih akceleracija.

Može se iz slike 5.56. uočiti da se radi o prigušenom titranju (valovi se smanjuju

udaljavanjem od početnog položaja). Na slici 5.56. su:

- dvije susjedne amplitude,

- period prigušenja.

Gibanje ima karakter osciliranja s prigušenom krivuljom:

Amplituda prigušenih oscilacija ovisna je o vremenu i pada po izrazu:

gdje je:

- koeficijent prigušenja,

- početna amplituda,

- kružna frekvencija.

Frekvencija prigušenih oscilacija manja je od frekvencije slobodnih neprigušenih

oscilacija. Period prigušenih oscilacija veći je od perioda neprigušenih oscilacija .

Brzina ima karakter:

Akceleracija ima karakter:

Intenzitet oscilacija seizmičkih njihanja može se izraziti u različitim mjernim

veličinama:

Maksimalni pomak :

Maksimalna brzina oscilacija :


111

Maksimalno ubrzanje

gdje je:

– maksimalna amplituda [mm],

– frekvencija oscilacija [mm/s],

– trajanje titranja [s].

Maksimalna sila kojom seizmički valovi djeluju na objekt:

gdje je:

– količina energije [J],

– gravitacija [m/s2].

Kinetička energija koju seizmički valovi predaju objektu:

Smanjenje amplitude za sve vrste valova mijenja se s udaljavanjem od mjesta

eksplozije po eksponencijalnom zakonu:

gdje je:

– koeficijent prigušenja,

– početna amplituda [mm],

– udaljenost promatrane točke od mjesta eksplozije [m].

U praksi se za određivanje utjecaja i intenziteta potresa koriste komponente

izmjerenih veličina brzina oscilacija tla pomoću kojih se utvrđuje mogući utjecaj minerskih

radova na okolne objekte.


112

5.5.2. Kriteriji za ocjenu seizmičke opasnosti pri miniranju

U Hrvatskoj ne postoje norme, standardi pa čak ni jedinstveni kriteriji za ocjenu štete,

pa se stoga koriste strani, najčešće njemački, švedski, ruski, austrijski i američiki standardi i

propisi. Općenito, ti kriteriji sadrže vrstu građevine, odnosno temeljne stijene ili tla,

dopuštene brzine vibracija čestica za određene frekvencije, te stupanj intenziteta, odnosno

opis oštećenja. Brzine vibracije se mjere, te se prema njima inverzno određuju dopuštene

količine eksploziva, u Hrvatskoj najčešće prema izrazima Sadovskog, Medvedeva

Langeforsa i USBM-a (United States Burea of Mines).

Oštećenja na građevinama je teško razlikovati prema njihovoj genezi, pa se stoga ni

ona nastala miniranjem ne mogu jasno odvojiti od oštećenja nastalih na neki drugi način.

Stupanj udjela tako nastalih oštećenja neposredno ovisi o količini eksploziva i udaljenosti od

mjesta miniranja. Povećanjem količine eksploziva povećava se i vrijeme trajanja seizmičkog

poremećaja. Svako miniranje smatra se kao umjetno izazvani potres, sa svim značajkama, a

projektanti i izvoditelji miniranja moraju uzeti sve elemente u obzir kako bi nastali efekti bili

svedeni u dopuštene veličine, kako količine eksploziva po stupnju paljenja prilikom miniranja,

tako i granične brzine oscilacije tla koje su izazvane tim miniranjem.

Problem zaštite građevina od oštećenja pokušali su riješiti mnogi autori. Rezultat

njihovih istraživanja je niz teorijskih rješenja i empirijskih formula u kojima je određena

matematička povezanost između intenziteta oscilacija tla, količine eksplozivnog punjenja i

udaljenosti od mjesta miniranja. Ovi izrazi imaju jedan ili više korekcijskih faktora čije se

vrijednosti egzaktno određuju mjerenjem na terenu ili se zasnivaju na statističkim podacima.

Intenzitet oscilacija izražava se u različitim mjernim veličinama kao što su pomak,

brzina, ubrzanje, frekvencija ili energija oscilacija. Koja od tih veličina, i u kolikoj mjeri s

ostalima najbolje predstavlja intenzitet seizmičkog efekta ostaje otvoreno pitanje, pa se za

ocjenu seizmičke opasnosti koriste različiti kriteriji.

U Njemačkoj su standardom DIN 4150 klasificirane građevine po kategorijama i za

njih pripadajuće dopuštene brzine oscilacija tla u zavisnosti o frekvenciji oscilacija. Prikaz

graničnih vrijednosti dopuštenih brzina oscilacija tla po DIN standardu 4150 dat je u tablici

5.8. Isti prikaz graničnih brzina oscilacija po DIN 4150 standardu prikazan je grafički na slici

5.57.


113

Tablica 5.8. Granične oscilacije tla po DIN standardu 4150

Frekvencija oscilacije < 10 Hz 10 - 50 Hz 50 - 100 Hz

Kategorija građevine Granične vrijednosti brzina oscilacija izražene u cm/s

1. Kancelarije i tvorničke zgrade 2,0 2,0 – 4,0 4,0 – 5,0

2. Stambene zgrade s žbukanim zidovima 0,5 0,5 – 1,5 1,5 – 2,0

3. Povijesne i druge zaštićene građevine 0,3 0,3 – 0,8 0,8 – 1,0

Za frekvencije > 100 Hz mogu se uzeti veće vrijednosti brzina oscilacija

Slika 5.57. Granične brzine oscilacije u funkciji frekvencije po DIN 4150 standardu

U Švedskoj je kriterij štete uspostavljen preko vrijednosti brzine širenja longitudinalnih

(uzdužnih, primarnih ili P) valova. Za točnije određivanje dopuštenih brzina oscilacije uzima

se u obzir podloga na kojoj je temeljen objekt i vidljive štete koje nastaju pri jačim

oscilacijama tla. U slučaju starijih zgrada uobičajeno je dopuštene brzine, oscilacije reducirati

za 20-30%, a u slučajevima kada je objekt građen od lošeg materijala i za 50%. Prikaz

dopuštenih brzina oscilacija dat je u tablici 5.9.

U SAD je kriterij štete utvrđen preko odnosa brzina i frekvencija oscilacija (Siskind et

al., USBM RI8507, 1980). Na slici 5.58. dat je grafički prikaz graničnih brzina oscilacija tla za

građevine koje propisuje United States Bureau of Mines (USBM RI8507 i OSM standard).

1

10

100

1 10 100

Brz

ina (

mm

/s)

Frekvencija (Hz)

zaštićeni objekti

stambene zgrade

kancelarije i hale


114

Tablica 5.9. Dopuštene brzine oscilacije po Karlheinz Arnoldu (Olofsson, 1990)

Brzina uzdužnih valova (m/s)

1000 - 1500 2000 - 3000 4500 - 6000

Opis stanja objekata nakon izazvanih oscilacija.

Vrsta podloge na kojoj je temeljen objekt

pijesak, šljunak, glina

i podzemna voda

morena, škriljavac, raspucali vapnenci

kompaktni vapnenac,

pješčenjak, granit, kvarcit

Vrijednosti brzina oscilacija dane su u cm/s

nema vidljivih pukotina 0,9 1,3 1,8

1,8 3,0 3,5

3,5 5,0 7,0

sitne pukotine, počinje osipanje žbuke

3,0 5,5 10,0

pojavljuju se veće pukotine, oštećenja lako

uočljiva 4,0 8,0 15,0

otpadaju komadi žbuke, pojavljuju se veća

oštećenja 6,0 11,5 22,5

Slika 5.58. Granične brzine oscilacije u funkciji frekvencije (USBM RI8507 i OSM standard)

U Velikoj Britaniji je kriterij štete također utvrđen preko odnosa brzina i frekvencija

oscilacija (BS 7395 Part 2: 1993). U tablici 5.10. dat je prikaz graničnih brzina za građevine

koje propisuje Britanski standard. Iz tablice se za odabranu frekvenciju i vrstu objekta uzima

dopuštena vršna komponenta brzine čestice tla.

1

10

100

1 10 100

Brz

ina (

mm

/s)

Frekvencija (Hz)

zid bez žbuke

žbukani zid


115

Tablica 5.10. Dopuštene brzine oscilacije prema BS 7395

VRSTE OBJEKATA

Dopuštene vrijednosti komponentnih brzina čestica za određeni frekventni raspon

4 Hz do 15 Hz > 15 Hz

Armirane ili rešetkaste konstrukcije (industrijske i

poslovne hale) 50 mm/s kod 4 Hz i više

Nearmirane ili lake rešetkaste konstrukcije

(stambene i komercijalne zgrade)

15 mm/s kod 4 Hz uz povećanjem do 20 mm/s

kod 15 Hz

20 mm/s kod 15 Hz uz povećanje do 50 mm/s kod

40 Hz i više

Izvor: BS 7395 Part 2: 1993 "Evaluation and Measurement for Vibration in Buildings:

Guide to Damage Levels from Ground borne Vibration"

U Švicarskoj su postavljeni stroži kriteriji, tako da su standardom za rudarstvo SN 640

312a klasificirani objekti po kategorijama i za njih pripadajuće dopuštene brzine oscilacija tla

u zavisnosti o frekvenciji oscilacija.

Klasifikacijom objekta po kategorijama postavljeni su stroži kriteriji, a jedan od razloga

su i stoljetne stare građevine koje spadaju u kulturnu baštinu i koje teže podnose istu razinu

oscilacija u odnosu na dobro zidane građevine. Švicarski standard obrađuje kategorije

objekata i za njih pripadne dopuštene brzine oscilacije, koje se mijenjaju ovisno od

frekvencije oscilacijskog vala.

Tablica 5.11. Granične oscilacije tla prema Swiss standardu za miniranje, promet i zabijanje pilota

Kategorija objekta

Raspon frekvencija

[Hz]

Dopuštene komponentne oscilacije izazvane

Miniranjem

[mm/s]

Prometom

[mm/s]

Zabijanjem pilota

[mm/s]

Tvorničke zgrade, mostovi, podzemni

tuneli i komore

1 – 30 30 6 12

30 – 60 40 8 15

60 – 100 60 12 24

Stambeni objekti, zidovi od betona i cigle, podzemne

prostorije

1 – 30 15 3 6

30 – 60 20 4 8

60 – 100 30 6 12

Objekti od povjesnog značaja

i drugi osjetljivi objekti

1 – 30 7,5 1,5 3

30 – 60 10 2 4

60 – 100 15 3 6


116

Prikaz graničnih vrijednosti dopuštenih brzina oscilacija tla po Švicarskom standardu

SN 640 312a dat je u tablici 5.11. Isti prikaz graničnih brzina oscilacija po Swiss standardu

za miniranje prikazan je na slici 5.59.

Slika

Slika 5.59. Granične brzine oscilacije u funkciji frekvencije po Swiss standardu (miniranje)

Granične brzine oscilacije prema španjolskom (Criterio prevencion, UNE 22.381) i

Francuskom standardu su puno blaže u odnosu na prije opisani DIN 4150 standard. Prikaz

španjolskog standarda vidljiv je na slici 5.60.

Francuski standard dopuštenih komponenata rezultantne brzine oscilacije prema

preporuci GFEE (Groupe Français de l’Énergie Explosive or French Group for Explosive

Power) izrađen je kao novi propis s ciljem da smanji dopuštene vrijednosti brzina oscilacija

čestica tla.

Novi propisi izrađeni su na zahtjev traženja javnih institucija zbog sve češćih pritužba

javnog mnijenja, odnosno psihofizičkih reakcija na miniranje okolnog stanovništava koje se

nalazilo u blizini gdje se izvodilo miniranje. Prikaz graničnih oscilacija tla prema preporuci

GFEE dan je na slici 5.61. Na istoj slici vidljiva je preporuka ministarstava za zaštitu okoliša

(MZO) koje preporuča da se kod stambenih zgrada reducira granična brzina kako bi se

smanjile sve češće pritužbe.

Klasifikacija potresa po kriteriju S. V. Medvedeva usvojena je 1963. u San Franciscu,

a temelji se na količini i vrsti oštećenja na objektima prema pripadajućim vrijednostima

rezultantne brzine oscilacija tla (Tablica 5.12.). Ona se podudara s međunarodnom

konvencionalnom skalom za procjenu učinka potresa MCS (Mercali-Cancani Sieberg).

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Frekvencija (Hz)

Brz

ina

(m

m/s

)spomenici

stanovi

hale


117

Slika 5.60. Granične brzine oscilacije u funkciji frekvencije prema španjolskom standardu

Slika 5.61. Granične brzine oscilacije u funkciji frekvencije po preporuci GFEE (Francuska)

Norme koje se koriste u RF (bivši SSSR) utvrđene su na osnovi klasifikacije potresa i

razgraničavaju dozvoljene brzine oscilacija prema tipu i stanju objekta, kao i prema tome

jesu li oscilacije tla višestruke ili pojedinačne. Tablica dopuštenih brzina oscilacija i

intenziteta potresa za razne tipove i stanja objekata dana je u tablici 5.13.

Uobičajenom se terenskom praksom zahtijeva pažljiv odabir načina miniranja i

testiranje miniranja, kako bi se izbjegli lomovi tla koji bi mogli izazvati oštećenje ili rušenje

obližnjih građevina. Specifikacije mogu ograničiti veličinu sloma tla na udaljenosti između

mjesta miniranja i lokacije obližnjih građevina te mogu zahtijevati jedno ili više probnih

miniranja prije nego se odobri početak radova. Neke od mjera za ograničenje i smanjenje

intenziteta oscilacija tla mogu znatno utjecati na povećanje cijene bušenja i miniranja.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Brz

ina (

mm

/s)

Frekvencija (Hz)

spomenici

stanovi

AB konstrukcije

1

10

100

1 10 100

Brz

ina (

mm

/s)

Frekvencija (Hz)

zaštićeni objekti

stambene zgrade

kancelarije i hale

preporuka MZO


118

Tablica 5.12. Prikaz određivanja intenziteta, stupnja potresa na osnovu izračunatih rezultantnih brzina

na mjestima opažanja po skali S.V. Medvedeva

Stupanj potresa

Brzina oscilacija

[cm/s] Karakteristika potresa

1. < 0.2 Oscilacije mogu registrirati samo instrumenti

2. 0,2 – 0,4 Oscilacije se mogu osjetiti samo u potpunoj tišini

3. 0,4 – 0,8 Oscilacije mogu osjetiti osobe koje su obaviještene o miniranju

4. 0,8 – 1,5 Oscilacije osjećaju mnogi ljudi i pojavljuje se zveckanje

5. 1,5 – 3,0 Počinje osipanje žbuke; nastaju oštećenja na starijim zgradama

6. 3,0 – 6,0 Pojavljuju se veće pukotine u žbuci, oštećenja zgrada su lako uočljiva

7. 6,0 – 12,0

Pojavljuju se oštećenja na solidnijim zgradama; otpadaju komadi žbuke; nastaju tanke pukotine u zidovima i dimnjacima; počinje klizanje vodom zasićenog pjeskovitog tla; otpadanje nestabilnih blokova na strmim nagibima

8. 12 -24

Nastaju znatna oštećenja zgrada; pojavljuju se velike pukotine u zidovima i konstrukcijama; dimnjaci se ruše; odvaljuje se žbuka; počinje obrušavanje kosina uz rub tektonskih pukotina; u slabo vezanim stijenama nastaju trajne deformacije

9. 24 - 48

Zgrade se ruše; pojavljuju se velike pukotine u zidovima i stijenama; odronjavanje čvrstih kosina; obrušavanje rubnih dijelova slabo vezanih stijena i tla sa sistemom pukotina nepovoljno orijentiranih

10. 48 - 96

Nastaju velika razaranja i rušenja zgrada; pojavljuju se pukotine u čvrstim stijenama; zarušavanje rubnih dijelova u slabovezanim srednje čvrstim stijenama; zarušavanje jamskih hodnika

11. - 12. > 96 Znatna obrušavanja kosina u čvrstim stijenama

Tablica 5.13. Dopuštene brzine oscilacije i intenzitet potresa za razne tipove objekta (RF)

TIP I STANJE ZGRADE

Dopuštena brzina oscilacije (cm/s)

Dopušteni intenzitet potresa (stupanj)

višestruke oscilacije

pojedinačni udari

višestruke oscilacije

pojedinačni udari

Montažne velike stambene zgrade, trošne kamenite zgrade, povijesni i arhitektonski

spomenici 1,0 3,0 4,0 5,0

Stambene i društvene zgrade svih tipova osim montažnih, administrativni i industrijski

objekti koji imaju deformacije i toplane 3,0 6,0 5,0 6,0

Administrativni i industrijski objekti, visoki dimnjaci, željeznički tuneli, transportne

vodom zasićene pjeskovite kosine 6,0 12,0 6,0 7,0

Jednoetažne skeletne industrijske zgrade, željezne i monolitne željezno betonske

zgrade, hidrotehnički tuneli, kosine slabo vezanih stijena kao što su nasipi i brane

12,0 24,0 7,0 8,0

Rubne kosine kamenoloma, usjeka i zasjeka 24,0 48,0 8,0 9,0


119

5.5.3. Mjerenje brzine oscilacija tla

Za mjerenje veličina oscilacija tla konstruirani su instrumenti koji rade na principu

seizmografa. Prijenosni su i mogu se postaviti na bilo kojem mjestu gdje je potrebno izmjeriti

nastale vibracije. Brzine oscilacija tla koje nastaju uslijed miniranja mogu se mjeriti u samom

tlu ili u građevini, što ovisi od cilja i svrhe ispitivanja.

Na mjernim mjestima registrira se brzina osciliranja materijalne čestice. Mjerenje se

obavlja pokretnim seizmografima opremljenim s trokomponentnim geofonima (Slika 5.62.) pri

čemu svaki od njih registrira brzine triju komponenata oscilacija tla.

Trokomponentni geofon sastoji se od tri geofona postavljena u tri prostorne,

međusobno okomite osi i mehanički spojene u jednu cjelinu na sljedeći način:

Dva geofona postavljena u horizontalnoj ravnini, jedan u pravcu točke detonacije

(za registraciju longitudinalne komponente oscilacija, označen s 1 na slici 5.62.),

drugi okomito na prethodni (za registraciju transverzalne komponente oscilacija,

označen s 2 na slici 5.62.);

Treći geofon smješten okomito na horizontalnu ravninu (za registraciju vertikalne

komponente oscilacija, označen s 3 na slici 5.62.).

Svaki geofon nakon detonacije registrira po jednu nepravilnu krivulju (Slika 5.63.) koja

se dobije na snimci (seizmogramu) nastalog seizmičkog poremećaja (potresa). Iz tako

dobivenih snimaka računaju se brzine pojedinih komponenata oscilacija. Rezultantna brzina

oscilacija tla jednaka je vektorskom zbroju brzina pojedinih komponenata oscilacija, koje

se uzimaju iz seizmograma u trenutku najvećeg poremećaja (t):

gdje je: - rezultantna brzina oscilacija tla,

- brzina longitudinalne komponente oscilacija,

- brzina transverzalne komponente oscilacija,

- brzina vertikalne komponente oscilacija.


120

Slika 5.62. Orijentacija geofona u odnosu na točku detonacije

Slika 5.63. Snimka komponentnih brzina, zračnog udarnog vala i vektor suma (VS 123)

rezultantne brzine (VR) (Kamenolom „Garica“)

Za potrebe mjerenja najčešće se koristi digitalna seizmička aparatura INSTANTEL,

jer ona predstavlja najsuvremeniju aparaturu koje se danas koristi u svijetu. Seizmograf

INSTANTEL kanadske je proizvodnje i mjeri brzinu oscilacije tla, zračni udarni val i

frekvenciju oscilacije tla. Instrument se sastoji se od trokomponentnog geofona, lineranog

mikrofona, centralne jedinice s ugrađenim diskom (ima mogućnost pohranjivanja 300

snimaka), te LCD zaslona na kojem se mogu očitati snimljene maksimalne vrijednosti brzina,

akceleracija i pomaka pojedinih komponenti, te zračni udar i rezultantna brzina oscilacija tla.


121

Geofoni su standardne izvedbe. Sastoje se od seizmičke mase i

elektromagnetskog svitka u magnetskom polju, dok je registrator elektronički s ugrađenim

mikroprocesorom i memorijom, pa ima mogućnost povezivanja s računalom uz korištenje

BlastWare aplikacije. Pomoću aplikacijskog programa BlastWare i integracijom i derivacijom

komonentnih brzina dobivaju se pomaci, odnosno akceleracije pojedinih prostornih

komponenti. Također pomoću Fast Fourierove transformacije aplikacija omogućava prikaz

dominantnih frekvencija (Slika 5.64.).

Na slici 5.64. vidljiv je prikaz akceleracije pojedinih komponenti, a na slici 5.65.

dijagram iz kojeg je moguće odrediti intenzitet pojedinih komponenti, bilo brzine, pomaka ili

akceleracije. Markeri u dijagramu predstavljaju vršne točke pojedinih komponentnih

trajektorija.

Slika 5.64. Snimka komponentnih akceleracija i vektor suma rezultantne akceleracije (aR)

(Kamenolom „Garica“)


122

Slika 5.65. Dijagram za očitavanje vršnih točaka trajektorija brzina, akceleracija i pomaka

(Kamenolom „Garica“)

Slika 5.66. Instantel MiniMate Plus


123

5.5.4. Određivanje radijusa ugrožene zone pri miniranju

Kako je ranije spomenuto, eksperimentalna opažanja su potvrdila kako brzina

vibracije čestica daje pouzdan indeks oštećenja građevine. Odnosno, promjena brzine

vibracije tla funkcija je udaljenosti od mjesta eksplozije, količine eksploziva i svojstava

stijenske mase.

Funkcijski se odnos može predstaviti sljedećim izrazom, u literaturi poznat kao

formula skalirane udaljenosti:

u kojem navedene veličine općenito predstavljaju:

- brzina vibracije čestica stijene, odnosno tla,

- konstanta seizmičke senzibilnosti,

- skalirana ili reducirana udaljenost,

- udaljenost od centra minskog polja do točke opažanja,

- količina eksploziva po stupnju paljenja,

- koeficijent veze.

Na osnovi tog izraza različiti su autori izvodili vlastite empirijske formule, u kojima se

različito definira funkcija skalirane udaljenosti, a koriste se i različiti nazivi za veličine i

(Tablica 5.14.). Dimenzije veličina u tim izrazima su unaprijed zadane, ne izvode se, već se

prati promjena vrijednosti veličine kojoj je zadana dimenzija.

Iako danas u svijetu postoje rafiniranije metode za određivanje brzine vibracije tla

uslijed miniranja, poput PSRV (Pseudo Spectral Response Velocity), na temelju primjedbi

(Medaris, 1976) da se pri određivanju brzine vibracije čestica tla ne uzimaju u obzir

dominantna frekvencija i struktura vibrirajućeg medija, provedena je serija novih opažanja, za

ugljenokope, kamenolome i građevine, (Siskind i dr., 1980) što je rezultiralo novim

Standardom USBM RI 8507 (United States Bureau of Mines), u kojem brzina vibracije

čestica ostaje i dalje najbolji pojedinačni parametar za utvrđivanje kriterija oštećenja.

Svi navedeni izrazi za brzinu vibracija čestica tla sadrže konzervativni odnos brzine i

udaljenosti, tj. promatra se funkcija pri čemu su , i konstantne vrijednosti.

Takav se odnos može očekivati u elastičnom mediju, na malim udaljenostima od mjesta

eksplozije, na kojima je stupanj disipacije energije vala relativno mali. Međutim, za

kontrolirano miniranje osobito je važno nedvosmisleno određivanje dopuštene količine

eksploziva po stupnju paljenja, da bi na određenim udaljenostima od minskog polja razina

vibracije čestica tla bila ispod praga oštećenja najosjetljivijih građevina na tom području.


124

Tablica 5.14. Izrazi za brzinu vibracije prema različitim autorima

Autor

Sadovski; Medvedev

Langefors & Kihlstrom

USBM / OSM

1 2 3

a

Osnovni izraz za brzinu vibracije

b

Izvedeni izraz za količinu

eksploziva

- brzina vibracije, - količina eksploziva,

- udaljenost od mjesta eksplozije, - koeficijent minirljivosti stijene.

- koeficijent prigušenja na putu širenja seizmičkog vala,

Istraživanja pokazuju da je brzina vibracija izrazito osjetljiva veličina, jer opada

eksponencijalno s udaljenošću od mjesta eksplozije, a apsolutna vrijednost koeficijenta

varira, najčešće u granicama od 1 do 2, (Wiss, 1980 i Svinkin, 1999), te se određuje na

temelju skalirane udaljenosti. Prema državnom uredu za rudarstvo SAD-a (OSM-Uniteted

States Office of Surface Mining) vrijednost eksponenta . Skalirana udaljenost se

promatra kao funkcija stvarne udaljenosti do točke na kojoj se vibracije mjere i količine

eksploziva po stupnju paljenja (intreval otpucavanja veći je od 8 ms).

Karakteristike jednadžbi iz tablice 5.13., ovisno o autoru:

Sadovski; Medvedev - Izrazima 1 a i b (Tablica 5.14.) skalirana vrijednost ima

oblik koeficijenta energije deformacije (eng. strain energy factor prema Cratering

theory by C.W.Livingston: Morhard, R.C. (ed.), (1987): Explosives and Rock

Blasting), koji je konstantan za zadanu kombinaciju stijenska masa - eksploziv, ali

je svojstven za radijus sloma i plastičnih deformacija, koji je ograničen i mali.

Takvom se definicijom skalirane vrijednosti mogu relevantno promatrati vibracije

stijene odnosno tla na relativno malim udaljenostima, (McLaughlin i dr., 1996). S

druge strane, prema izrazu 1 b, dozvoljena količina eksploziva je kubna funkcija

stvarne udaljenosti , te je prema opažanjima u praksi, na većim udaljenostima

višestruko precijenjena. Orijentacijske vrijednosti koeficijenata i , koje služe za

određivanje intenziteta seizmičkog djelovanja ovisno o geološkoj sredini i načinu

miniranja, dane su tablici 5.14. (Đukić, 1984).


125

Tablica 5.15. Orijentacijske vrijednosti koeficijenata K i n

Geološka sredina

Trenutni način miniranja Milisekundni način miniranja

K n K n

Andeziti 300 – 450 1,65 – 1,90 100 – 200 1,45 – 1,65

Monolitni vapnenci 120 – 280 1,65 – 1,95 80 – 180 1,37 – 1,45

Heterogeni i raspucani

vapnenci 250 - 400 1,60 – 1,80 100 – 200 1,25 – 1,55

Lapori 250 - 350 1,40 – 1,55 100 -200 1,35 – 1,45

Langefors i Kihlstrom - Određivanje dozvoljene količine eksploziva prema izrazu

Langeforsa i Kihlstroma, za određenu kombinaciju stijena – eksploziv, pokazalo

se prihvatljivo i inženjerski logično, već i zbog činjenice da ta metoda pretpostavlja

proporcionalnost kvadrata brzine vibracije i energije seizmičkog vala, a opažanja

pokazuju značajnu korelaciju tih dviju veličina. Iz izraza 2 b (Tablica 5.14.) vidljiv

je linearan odnos brzine vibracije i koeficijenta transmisije, jer omjer ne ovisi

o koeficijentu prigušenja . Koeficijent prigušenja nije definiran ili se može

smatrati da je njegova vrijednost -1. Stoga se vrijednost koeficijenta uzima kao

srednja vrijednost, određena u različitim točkama opažanja. No i ovdje, male

razlike u određivanju tog koeficijenta dovode do znatnih promjena količine

eksploziva, budući da je obrnuto proporcionalna kvadratu njegove vrijednosti, ali

su te razlike manje drastične u odnosu na metodu Sadovskog. Sve u svemu, ova

se metoda pokazuje kao pouzdana, s visokim postotkom povjerenja u određivanju

dopuštene količine eksploziva. Poznavajući vrijednost rezultantne brzine, količinu

maksimalnog eksplozivnog punjenja po stupnju paljenja i udaljenosti mjesta

opažanja od minskog polja iz izraza 2 a, izračunava se koeficijent transmisije .

Na osnovi dobivene vrijednosti koeficijenta transmisije iz izraza 2 b (Tablica

5.14.) i usvojene granične brzine oscilacije tla izračunavaju se dopuštene količine

eksplozivnog punjenja po stupnju paljenja u funkciji udaljenosti od minskog polja.


126

USBM / OSM - Ova metoda rezultat je propisa i preporuka USBM RI 8507, u koje

su ugrađena tri, međusobno ovisna kriterija oštećenja: granična brzina vibracije

čestica tla, skalirana udaljenost i dopuštena količina eksploziva. Kriterij granične

brzine propisuje dopuštene brzine vibracije na određenim udaljenostima. S

porastom udaljenosti od mjesta eksplozije ta se granica snižava, što je posljedica

činjenice da se na većim udaljenostima formiraju dominantne niže frekvencije,

koje su znatno štetnije za građevine. Treba napomenuti da su ti kriteriji izvedeni

obzirom na rezultate opsežnih opažanja.

5.5.5. Zračni udar

Pri detonaciji (miniranju) eksplozivnog punjenja javlja se, usljed naglog povećanja

tlaka plinova, zračni udarni val. Taj se val može dijeliti na tlak i podtlak. Svako miniranje

uzrokuje pojavu zračnog udara.

Na vrijednost zračnog udara utječu mnogi čimbenici, od kojih su važniji sljedeći:

Količina i vrsta eksploziva;

Udaljenost od minskog polja;

Način iniciranja;

Oblik i konfiguracija okolnog terena;

Meteorološki uvjeti u momentu miniranja;

Linija najmanjeg otpora;

Duljina i kvaliteta čepa;

Razmak između minskih bušotina;

Način i kvaliteta retardiranja.

U praktičnom radu često se koristi pojednostavljen izraz za utvrđivanje sigurne

udaljenosti miniranja na objekte:

gdje je:

R - sigurna udaljenost [m],

K - koeficijent ovisan o načinu miniranja, položaju eksplozivnog punjenja,

dozvoljenom oštećenju,

Q - eksplozivno punjenje [kg].

Vrijednost koeficijenta za sigurno miniranje iznosi:

Eksploziv na površini K= 100 – 150;

Eksploziv u bušotini K= 5 – 10.


127

Dozvoljeno povećanje zračnog tlaka kreće se u granicama 1 - 5 mbar. Kod miniranja

u bušotinama uzima se 1/150 količine eksploziva koja detonira u vremenskom intervalu od

100 ms, a doda se i ukupna količina eksploziva iz brzogorećeg štapina cijelog minskog polja.

Zračni udar po svom udjelu na moguće posljedice miniranja zauzima puno manji,

odnosno mali dio ali nepoznavanjem i nepažljivim radom može postati značajan čimbenik

oštećenja. U cilju smanjenja i praćenja utjecaja uz mjerenje seizmičkih efekata potrebno je, a

i uobičajeno (moderni instrumenti za mjerenje seizmičkih efekata, kao što je INSTANTEL,

imaju ugrađen i uređaj za mjerenje i registraciju zračnog udara) mjerenje zračnog udara kao

komponente efekta miniranja.

Kao što je već napomenuto, pri detonaciji naboja usljed brzog povećanja tlaka plinova

pojavljuje se zračni udarni val koji se može podijeliti na fazu kompresije i fazu dekompresije

(predtlak, podtlak). Karakteristično je da se zrak kreče u pravcu širenja udarnog vala u fazi

kompresije, a obrnuto to jest povratno u fazi dekompresije.

Zračni udar se širi na putu kompresijskog vala na sličan način kao P valovi u čvrstim

sredinama. Ovisnost tlaka, brzine širenja zračnog udarnog vala, brzine kretanja zraka u fronti

vala i gustoće zraka može se definirati relacijama:

gdje je:

- tlak zračnog udara [mbar],

- gustoća zraka,

- gustoća zraka u fronti vala,

- brzina širenja zračnog udarnog vala [m/s],

- brzina kretanja zraka u fronti udarnog vala [m/s].

Na intenzitet zračnog udara utjeću već spomenute meteorološke ili bolje rečeno

atmosferske prilike. Idealni uvjeti s minimalnim učinkom zračnog udara su u slućaju kad

temperatura pada s visinom što znaći da pada i brzina zvuka. Zbog toga se zvučni valovi šire

više prema gore i time smanjuju svoju štetnu širinu (Slika 5.67.a).


128

Ako temperatura raste s visinom, zvučni valovi šire se prema dolje te se na nekim

mjestima pojavi iznenađujuće veliko djelovanje zračnog udara (Slika 5.67.b). U primjeru da

se temperatura zraka mijenja, pada i raste s visinom - temperaturna inverzija, mogućnost

fokusiranja udarnog vala je najveća, pa je kod takvih prilika najbolje odgoditi miniranje (Slika

5.67.c).

a)

b)

c)

Slika 5.67. Utjecaj atmosferskih prilika na intenzitet zračnog udarnog vala: a) Idealni uvjeti;

b) Rast temperature s visinom; c) Temperaturna inverzija


129

Tlak zračnog udara proporcionalan je količini naboja koji detonira u vremenskom

intervalu.

gdje je:

- koeficijent proporcionalnosti kojim se određuje sigurnost od štete,

- količina naboja (eksplozivnog punjenja) [kg].

TIak zračnog udara obrnuto je proporcionalan sa udaljenošću od mjesta eksplozije, to

jest on je funkcija reducirane udaljenosti.

gdje je:

- udaljenost od središta eksplozije [m],

- količina eksploziva [kg].

Štete koje mogu nastati djelovanjem zračnog udara određene veličine prikazane su u

tablici 5.16. i na slici 5.68.

Tablica 5.16. Štete koje mogu nastati djelovanjem zračnog udarnog vala (1mbar = 100Pa)

TLAK ZRAČNOG UDARNOG VALA OPIS ŠTETE

[mbar] [Pa]

2·10-7 2·10-5 Prag čujnosti

0,14 14 Staklo i kuhinjsko posuđe vibrira

0,21 21 Uzemiranje ljudi

2,1 210 Nema oštećenja

7 700 Lom slabo učvršćenog stakla

21 2100 Lom dobro učvršćenog prozorskog stakla

210 21000 Oštećenje na građevinama, pucanje bubne opne na uhu

1000 100000 Rušenje zidova od cigle, pukotine u betonu

2000 200000 Velike štete, rušenje betonskih konstrukcija, povrede unutanjih organa kod ljudi

2500 4000

250000 400000

Smrtno stradavanje Ijudi


130

Slika 5.68. Dijagram tipičnih zvučnih nivoa s vrijednostima u decibelima i milibarima

Za lakše snalaženje u pretvorbi Pa u dB (većina instrumenta mjeri zračni udar u Pa) na

slici 5.69. prikazana je njihova zavisnost.

Slika 5.69. Pretvorba Pa u dB i obratno

180

160 164 176

140

128 120

100

80

60

40

20

0 2 × 10-7 prag čujnosti

2 × 10-6 osjećaj potpune tišine

2 × 10-5 buka u uredskim i poslovnim prostorima

2 × 10-4 razgovor

2 × 10-3 bušilica na komprimirani zrak diskoteka

2 × 10-2 buka kamiona, turbogeneratori

0.48

2.0 granica osjeta, moguća oštećenja sluha > 120 dB

21 lomljenje prozorskih stakala

pukotine u žbuci

strukturna oštećenja 207 138 35

dB mbar

0.2 mlazni avion


131

5.5.6. Psihofizička reakcija

Žalbe na zračni udar i vibracije tla većinom nastaju kao posljedica efekta

uznemirivanja, straha od oštećenja i preplašenosti, a ne zbog mogućih ili stvarnih oštećenja,

jer je ljudsko tijelo vrlo osjetljivo na niske vibracije i frekvencije praska. S praskom, općenito

će razine preko 120 dB proizvesti strah i uznemirenost. U većini situacija osobni kontakt,

uvjeravanje i dobar program odnosa s javnošću odstranjuju te probleme, uz pretpostavku da

se nisu dogodila strukturna oštećenja. Dakle, psihofizička reakcija na miniranje je općenito

važnija od brojaka - stvarnih vrijednosti vibracija tla i praska.

Činitelji koji utječu na ljudske reakcije na zračni udar, u određenoj su mjeri isti onima

vezanim uz reakcije na vibracije tla. U oba slučaja, promatrane će osobe češće negativno

reagirati ako se nalaze unutar objekata, nego kada se nalaze na otvorenom prostoru. Isto

tako, te se reakcije povećavaju ukoliko se osoba nalazi unutar vlastitog doma. Kao i kod

vibracija tla, najveći se stupanj reakcije javlja kod pojave sekundarnog zvuka što ga izaziva

reakcija objekta, češće nego pri izloženosti izravnom zračnom udaru.

Zvukovi koji izazivaju najveće reakcije nelagode jesu zveckanje prozorskih stakala,

vrata, nestabilnih objekata ili zvukovi izazvani udarcima s vanjske strane objekta ili s krova.

Ovakvi zvukovi izazivaju još veću nelagodu ukoliko se jave iznenadno i neočekivano.

Zabrinutost koja se javlja kod osoba izloženih zvučnom udaru je ona vezana uz potencijalna

oštećenja njihovih domova, a ne njihovih tijela, a reakcije se umanjuju ukoliko nisu u vlastitim

domovima. Kada zvučni udar nastupa poslije znaka upozorenja, aspekti nelagode se

minimaliziraju, ali promatrane osobe bi opet mogle pogrešno zaključiti, da zvučna reakcija

stambenog objekta indicira neku vrstu potencijalnog oštećenja. Ovakvi se zvukovi mnogo

bolje prihvaćaju u javnosti ukoliko ljudi vide značaj ovakvih aktivnosti, bilo za njih osobno ili

za cjelokupnu javnost.

Vrlo velike varijacije u ljudskim reakcijama, pa čak i iste osobe u različitim socijalnim

uvjetima, ilustriraju činjenicu da reakcije vrlo često imaju sociološki element, iako je i

psihološki element također uključen. Ukoliko je projekt sam po sebi nepoželjan, svaka se

projektna operacija može gledati kao nepoželjna, te će broj prijava oštećenja biti mnogo veći

nego kod projekta koji je dobro prihvaćen ili projekta za koji se smatra da je značajan za

dobrobit društva.

5.5.7. Priroda oštećenja objekata izazvanih miniranjem

Unutar građevnog objekta postoji korelacija između čvrstoće i oštećenja. Stoga,

monolitni betonski zid u dobrim uvjetima može izdržati više od zida koji je građen od cigle.


132

Stupanj udjela oštećenja ovisi o količini eksplozivnog punjenja i udaljenosti od mjesta

miniranja. Prva se oštećenja općenito javljaju na podrumskim zidovima koji su najbliže

mjestu miniranja. Pukotine će se pojaviti u točki koja je najbliže eksplozivnom punjenju i

mogu se prostirati u svim smjerovima. Ukoliko postoje mjesta oslabljenja u zidovima koji je u

blizini najbliže točke, poput otvora ili konstrukcijskih spojeva ili stare pukotine uslijed

slijeganja, nova će se oštećenja javiti u tim područjima. Također zidovi koji su naknadno

izgrađeni najčešće imaju pukotine duž kontaktnih spojeva koji nisu nastali uslijed miniranja.

Konstrukcijski spojevi, otvori, stare pukotine i točke sa većim opterećenjima poput presjecišta

sa bočnim zidovima, vjerojatna su mjesta oštećenja.

Posmična naprezanja mogu se javiti u području između temelja i gornjih dijelova

objekta ili između lateralnih zidova, uzdužnih zidova i podova. Kod pojedinačnih elemenata

kao što su dimnjaci i parapeti mogu se javiti pomicanja između donjih i gornjih presjeka

elementa. Oštećenja nastala djelovanjem horizontalnih sila najbolje se očituju kod objekata

koji su temeljeni na stijeni ili dobro konsolidiranom tlu.

Objekti izgrađeni na mekom koherentnom i vlažnom tlu te oni sa prethodnim

dokazima slijeganja, najčešće imaju pojavu novih pukotina uslijed naknadnog slijeganja ili

klizanja ukoliko se takav objekt nalazi na kosini. Do pojave pukotina često dolazi na

padinama gdje je dio građevine temeljen u jednom materijalu (glini), a drugi (podrumski dio)

u laporu. Ovo se naročito odnosi na građevine koji nemaju riješenu obodnu drenažu pa

uslijed vlaženja kontakta između dva materijala dolazi do klizanja padine, a time i do pojava

pukotina.

5.5.8. Poznate metode i tehnike reduciranja vibracija tla

Sljedeće metode i tehnike pokazale su se uspješne u smanjenju vibracija tla:

Smanjenje količine eksploziva po otpucavanju. Ova tehnika vjerojatno najviše utječe

na amplitudu brzine čestica. Svako smanjenje količine eksploziva kroz smanjenje

promjera bušotina, smanjenje visine, punjenja i/ili začepljenja će smanjiti mogućnost

štete.

Smanjenje čepa, ali ne do stupnja povećanja zvučnog efekta i/ili odbacivanja

materijala.

Smanjenje podbušenja.

Smanjenje dubine bušotina.

Korištenje projekta miniranja koji stvara maksimalnu relaksaciju; to znači korištenje

većeg intervala otpucavanja među bušotinama ili redova bušotina.

Dopuštenje barem jednog slobodnog lica.


133

Gdje god je moguće, napredovanje paljenja bušotina ili redova bušotina pomoću

milisekundnih usporivača treba se kretati u smjeru od građevina.

Korištenje duljih intervala otpucavanja gdje geološki uvjeti uz način paljenja to

dopuštaju.

Ograničenje upotrebe eksploziva na dublje i čvršće dijelove masiva ako se pokrov

može ukloniti drugačije.

Gdje je moguće, držati ukupno vrijeme cjelokupnoga miniranja ispod jedne sekunde.

Gdje ukupno miniranje prelazi trajanje od jedne sekunde, učestalost žalbi i time

“prijavljene” štete rastu.

5.5.9. Primjer iz prakse

Kriterij dopuštene količine eksploziva se mijenja obzirom na dopuštenu brzinu

vibracije i frekvencije. Oblik seizmičkog vala se analizira kako bi se odredila dominantna

frekvencija i pripadajuća brzina vibracije. Taj kriterij spada u ponajbolji za određivanje

oštećenja, jer uzima u obzir i brzinu i frekvenciju vibracije čestice tla. Na slici 5.70. dat je

prikaz dominantnih frekvencija za transverzalnu komponentu (kamenolom „Garica“), budući

je ona registrirala vrlo velik poremećaj brzine čestica tla.

Slika 5.70. Dominantne frekvencije dobivene Fast Fourierovom transformacijom za transverzalnu

komponentu

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 10 20 30 40 50 60

VT (

mm

/s)

frekvencija (Hz)


134

Iz slike 5.70. uočljiva je dominantna frekvencija od 40 Hz, međutim usvojena

vrijednost je 30 Hz jer frekvencija vršne točke transverzalne komponente od 6.73 mm/s

iznosi 28 Hz. Za frekvenciju od 30 Hz dobiva se po USBM RI8507 i OSM dopuštena brzina

oscilacije od 4,0 cm. Pokazalo se kako su dopuštene brzine vibracija po ovoj preporuci

u slučaju starijih slabo zidanih građevina, zbog učestalih žalbi i broja prijava

oštećenja, neprihvatljive.

U Njemačkoj su postavljeni stroži kriteriji, tako da su standardom DIN 4150

klasificirani objekti po kategorijama i za njih pripadajuće dopuštene brzine oscilacija tla u

zavisnosti o frekvenciji. Jedan od razloga klasifikacije objekta po kategorijama su i stoljetne

stare građevine koje spadaju u kulturnu baštinu i koje teže podnose istu razinu oscilacija u

odnosu na dobro zidane građevine. DIN standard 4150 obrađuje kategorije objekata i za njih

pripadne dopuštene brzine oscilacije, koje se mijenjaju ovisno od frekvencije oscilacijskog

vala. Frekvencija oscilacijskog vala uglavnom ovisi o svojstvima materijala u točki detonacije

eksploziva i točki opažanja te o udaljenosti i svojstvima medija kroz koji putuje val od mjesta

eksplozije do mjesta opažanja. Tako se u nekonsolidiranim materijalima, naročito u onima

koji su saturirani vodom, uslijed detonacije eksploziva javljaju niske frekvencije, a u

kompaktnim su stijenama oscilacije viših frekvencija.

Prema DIN-u 4150 dobiva se dopuštena brzina oscilacije za frekvenciju od 30 Hz 1,0

cm/s, kriterij stambene zgrade i 3,0 cm/s za kriterij kancelarija i tvorničkih zgrada. Najstroži

europski standard ima Njemačka, DIN 4150 standard koji je i relevantan za ovu

komparativnu analizu proračuna dopuštene količine eksplozivnog punjenja po stupnju

paljenja (Medvedev, Langefors i USBM) i dopuštenu brzinu od 3.0 cm/s za kriterij kancelarija

i tvorničkih zgrada.

Za zornu predodžbu usporedne analize metoda određivanja dopuštene količine

eksploziva po stupnju paljenja, navodi se praktičan primjer određivanja za kamenolom

tehničkog kamena „Garica“. Na temelju mjerenja brzina oscilacija čestica tla izazvanih

proizvodnim miniranjem dobiven je proračun količina eksplozivnog punjenja prema izrazima

Medvedeva, Langeforsa i američkog biroa USBM. Instrumentalno mjerenje izvedeno je sa

seizmografom marke INSTANTEL.

Na slici 5.71. dat je grafički prikaz količine eksplozivnog punjenja po stupnju paljenja

za pripadne udaljenosti i dopuštenu brzinu oscilacija čestice tla od Vd= 3.0 cm/s, prema DIN

normi za kriterij kancelarije i tvorničke zgrade i dominantnu frekvenciju od 30 Hz.


135

Slika 5.71. Količine punjenja dobivena prema izrazima Medvedeva, Langeforsa i USBM

Iz slike 5.71. vidljiv je značajan porast količine eksplozivnog punjenja s udaljenošću

prema izrazu Medvedeva, što je prema izrazu 1 b (Tablica 5.12.) razumljivo budući je

količina eksplozivnog punjenja kubna funkcija stvarne udaljenosti , te je prema opažanjima

u praksi na većim udaljenostima višestruko precijenjena u odnosu na izraz Langeforsa i

USBM, koji se u odnosu na izraz Medvedeva u ovom slučaju neznatno razlikuju.

Maksimalna količina eksploziva po intervalu iznosila je 80 kg, udaljenost minskog

polja (MP) od mjesta opažanja (MO) iznosila je (vrijednost je dobivena

uporabom GPS-a). Izmjerena vrijednosti rezultantne brzina u MO iznosila je

Poznavajući izmjerenu brzinu oscilacije čestice tla u mjestu opažanja (MO),

poznatu udaljenost od minskog polja (MP) i maksimalne količine eksploziva po stupnju

paljenja izračunata je vrijednost za koeficijent transmisije prema Langeforsu i USBM-

u. Kada je poznata vrijednost i dopuštena brzina oscilacije čestica tla

može se izračunati količina eksplozivnog punjenja po stupnju paljenja za različite udaljenosti

od minskog polja prema izrazima u tablici 5.12.

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

10 100 1000

r - udaljenost (m)

Q -

eksplo

ziv

no p

unje

nje

(k

g)

Langefors Medvedev USBM

Podpovršinski istražni radovi 6. Istražna bušenja i istražne jame

136

6. Istražna bušenja i istražne jame

Metode izrade istražnih bušotina i istražnih jama su invazivne metode terenskog

istraživanja tla i stijena, a to znači da se mehanički ulazi u tlo ili stijenu radi utvrđivanja

rasporeda, debljine i svojstava slojeva ispod površine tla, na kojem je predviđeno izgraditi

građevinu.

Broj i raspored istražnih jama i bušotina (Slika 6.1.) ovisi o:

Vrsti i veličini građevine koja će se graditi;

Predviđenim troškovima istražnih radova;

Svojstvima tla.

Udaljenost između bušotina kreće se od 15 do 40 m, a raspoređuju se na pozicije na

kojima se očekuju najveća opterećenja.

Slika 6.1. Broj i raspored istražnih bušotina i jama

6.1. Istražno bušenje

Bušenje je postupak prodiranja bušaćeg pribora u tlo ili stijenu do određene dubine.

Dubina bušenja treba dosegnuti zonu tla u kojoj se ne očekuju znatnije promjene naprezanja

i pojave deformacija izgradnjom objekta, ako se rade istraživanja za temeljenje objekta.

Izvođenje bušenja za potrebe građenja podrazumijeva uzimanje poremećenih i

neporemećenih uzoraka za laboratorijska ispitivanja i izvođenje terenskih ispitivanja u

bušotinama. Na taj način dobivaju se informacije o rasporedu i svojstvima pojedinih slojeva

tla i stijena.

100 m

Istražna jama Istražna bušotina

120 m

Planirana građevina

Istražna bušotina


137

Tijekom postupka bušenja potrebno je registrirati razinu podzemne vode u svim

fazama bušenja. Nakon svih terenskih ispitivanja mogu se u bušotine ugraditi pijezometri za

kasnije praćenje razina podzemnih voda koje mogu utjecati na uvjete izvođenja građevinskih

radova, ponašanje tla ili na objekt koji se gradi.

Postoji niz metoda za izvođenje bušotina u tlu i stijeni, krenuvši od bušenja ručnim

alatima do dubine od nekoliko metara u tlu, do složenih i teških strojeva za bušenje u stijeni

do dubine od nekoliko kilometara. Prema principu rada bušaćeg pribora istražno bušenje se

izvodi udarnom, rotacijskom ili kombiniranom metodom.

6.1.1. Ručno bušenje

Ručni pribor za bušenje koristi se kod istraživanja manjih klizišta, za potrebe

temeljenja manjih objekata, te u uvjetima ograničene radne visine (npr. istraživanje

mogućnosti dogradnje podzemne prostorije, pa se buši iz podruma).

Oprema je laka i jednostavna, a sastoji se od svrdla i šipki dužine oko 1 metar koje se

jednostavno nastavljaju tijekom napredovanja bušenja po dubini (Slika 6.2.). Bušenje se vrši

rotiranjem i pritiskom preko T ručice, s vađenjem uzoraka tla u kratkim intervalima.

Dubina bušenja u sitnozrnatim tlima ograničena je na oko 6 m, a u nevezanom tlu kao

što su pijesak i šljunak ispod razine podzemne vode, bušenje je veoma ograničeno ili gotovo

nemoguće. Stijenke bušotine u takvim uvjetima potrebno je dodatno oblagati zaštitnom

kolonom.

Slika 6.2. Pribor za ručno bušenje


138

6.1.2. Udarno bušenje

Udarno bušenje je najstarija metoda bušenja. Prilikom bušenja u sitnozrnatim tlima

koristi se posebno oblikovana teška bušača glava u obliku šupljeg cilindra, koji ima prsten za

pridržavanje tla na unutarnjoj konturi donjeg kraja. Glava se pogonskim strojem podiže na

određenu visinu i pušta da slobodno pada na dno bušotine.

Za pijesak i šljunak cilindru se dodaje poklopac (pločasti ventil) na dnu koji sprečava

ispadanje materijala prilikom podizanja glave. Prilikom udara na dno bušotine, poklopac se

otvara kako bi uzorak ulazio u cilindar. Bušotine u pijesku i šljunku treba zaštititi zaštitnom

cijevi (kolonom) kako se ne bi urušila. Bušotina se ponekad puni vodom radi dodatnog

osiguranja stabilnosti njenih stijenki.

Postupak je vrlo grub, teško je uočiti fine detalje uslojenosti, a uzorci tla su

poremećeni i mogu koristiti samo za klasifikacijska ispitivanja. Koristi se zbog svoje

jednostavnosti i niske cijene.

Slika 6.3. Metoda udarnog bušenja

6.1.3. Rotacijsko bušenje

Rotacijsko bušenje izvodi se nanošenjem okretnog momenta na bušaći pribor. Postoji

veliki broj tipova rotacijskih bušaćih garnitura, a najjednostavnija je podjela na garniture koje

pri bušenju koriste spiralna svrdla, na garniture koje koriste metodu bušenja s jezgrovanjem i

one bez jezgrovanja.


139

6.1.3.1. Bušenje spiralnim svrdlima

Svrdlanje je postupak koji koristi čeličnu plosnatu spiralu učvršćenu na bušaču šipku.

Šipka sa spiralom strojno se uvrće u tlo. Prilikom vađenja spirala iznosi pregnječene uzorke

tla.

Slika 6.4. Različite vrste spiralnih svrdla

Popularno je i svrdlanje sa šupljom cijevi i na nju pričvršćenom spiralom (Slika 6.5.).

Šuplja cijev svrdla tijekom svrdlanja je na dnu zatvorena, a kad se želi izvaditi uzorak tla,

svrdlanje se zaustavlja i otvara se čep cijevi kroz koju se spušta cilindar za vađenje uzoraka.

Cilindar se utiskuje u tlo, vadi se uzorak, cijev se ponovno začepi i svrdlanje se nastavlja do

sljedećeg položaja za vađenje uzorka tla.

Prilikom vađenja šipke sa spiralom u pijesku i šljunku može doći do urušavanja

bušotine, a kod meke gline do njenog istiskivanja u otvor bušotine. Iz tog se razloga tada

koristi zaštita bušotine čeličnom obložnom cijevi (zaštitna kolona) kroz koju prolazi svrdlo i

koja se utiskuje rotacijom kroz nestabilne zone tla. Umjesto zaštitne cijevi može se koristiti i

isplaka, voda otežana primjesom visoko plastične gline. Povećani tlak isplake osigurava

stabilnost stijenke bušotine.

Slika 6.5. Šuplja spirala sa cilindrom za uzorkovanje


140

Postupak svrdlanja je relativno ekonomičan i pruža mogućnost vađenja poremećenih

i neporemećenih uzoraka tla. Poteškoće su moguće kod krupnozrnatog tla, gdje veliko

kamenje može onemogućiti rad svrdla. Svrdlanjem se bez većih problema mogu doseći

dubine bušotina od 60 m.

6.1.3.2. Bušenje s jezgrovanjem

Prvotno je ova metoda bila namijenjena za bušenje u stijeni, ali je sve češća njena

primjena i u bušenju tla. Bušači alat, koji je pričvršćen na niz šupljih bušaćih šipki, strojno se

rotira i hidraulički utiskuje s površine terena.

Na dnu šipki pričvršćena je posebna sržna cijev na čijem je dnu šuplja bušača glava s

krunom. Kruna je nazubljeni alat, čiji su zubi izrađeni od posebno obrađenog čelika (vidija) ili

industrijskih dijamanata koji su otporni na habanje. Kroz bušaće šipke i jezgrenu cijev

utiskuje se voda koja hladi pribor ugrijan od rada, a iznosi strugotine ispod krune kroz

bušotinu do površine terena.

a) b) c)

d) e) f)

g) h) i)

Slika 6.6. Pribor za bušenja s jezgrovanjem: a) Kruna za bušenje; b) Hvatač jezgre; c) Kućište

hvatača jezgre; d) Bušaće šipke; e) Jezgrene cijevi; f) Izvlakač za bušaće šipke; g) Cilindar za

neporemećene uzorke; h) Nož za neporemećene uzorke; i) Glava za spašavanje bušaćeg pribora (trn)


141

Slika 6.7. Prikaz rotacijskog bušenja s jezgrovanjem (Preuzeto od Mihalić)

Kao i kod drugih metoda bušenja, bušotina se može zaštititi zaštitnom cijevi

(kolonom) od urušavanja kada prolazi kroz pijesak ili šljunak, ili od istiskivanja kada prolazi

kroz slojeve meke gline.

6.1.3.3. Bušenje bez jezgrovanja

Koristi se kod istražnog bušenja u stijenama kada uzorci mogu biti poremećeni,

odnosno važno je samo identificirati uzorak stijene. Bušenje bez jezgrovanja puno je brže i

jeftinije od bušenja s jezgrovanjem.

Na dnu šipki pričvršćeno je bušaće dlijeto koje je većeg promjera od promjera

bušaćih šipki, kako bi se uz vanjske stijenke šipki na površinu mogle iznositi nabušene

čestice stijene. Za iznošenje nabušenih čestica na površinu koristi se voda, pjena ili

komprimirani zrak.

a) b) c)

Slika 6.8. Različite vrste bušaćih dlijeta: a) Bradavičasto dlijeto; b) Monoblok dlijeto; c) Križno

monoblok dlijeto


142

a) b)

Slika 6.9. Bušaće garniture za rotacijsko bušenje: a) Na gusjenicama; b) Kamionska

6.2. Istražne jame

Istražne jame koriste se za pliće zone tla ili u iskopima tijekom građevinskih radova,

kao najpouzdanija metoda za dobivanje uvida u slojevitost tla i vađenje neporemećenih

uzoraka.

Jame se ne podgrađuju ako se izvode u koherentnom materijalu. U nekoherentnom

se materijalu jame izvode rjeđe i obavezno ih je potrebno podgrađivati ukoliko su većih

dubina. Na slobodnom prostoru u nekoherentnim materijalima izvode se jame s pokosima

koji za predviđenu dubinu moraju biti stabilni.

Jame i raskopi se obavezno izvode pored postojećih temelja u slučaju prigradnje,

nadogradnje ili sanacije oštećenih građevina, na plitkim klizištima da bi se eventualno

doseglo do klizne plohe, te za ispitivanje količina i kakvoće materijala u pozajmištima.

Očiti je nedostatak ovog postupka što se može primijeniti samo za istraživanje u tlu

manjih dubina (4 - 5 m), a jame se mogu iskopati ručno ili pomoću bagera.

Slika 6.10. Primjeri istražnih jama


143

6.3. Uzimanje uzoraka

Eurokod 7 definira pet kategorija kvalitete uzorka za laboratorijsko ispitivanje

pojedinih parametara tla. Krutost i čvrstoću moguće je ispitivati samo iz uzoraka najbolje

klase kvalitete koja karakterizira neporemećeni uzorak. Neka druga svojstva, koja su manje

osjetljiva na poremećaje, mogu se određivati i iz uzoraka niže klase kvalitete. Pojedine klase

kvalitete mogu postići samo određeni postupci uzorkovanja iz bušotine.

Posebna europska norma klasificira tri klase uzorkovanja (A, B i C). Vezu između

klasa uzorkovanja, klasa uzoraka i parametra koji se iz njih mogu odrediti pouzdano

prikazuje tablica 6.1.

Tablica 6.1. Potrebne klase kvalitete uzoraka za laboratorijsko ispitivanje tla i odgovarajuće klase

uzorkovanja (Prema EN 1997-2: 2006)

Svojstva tla / klasa kvalitete 1 2 3 4 5

Nep

rom

ijenje

no

svojs

tvo

Veličina čestica

Vlažnost

Gustoća, indeks gustoće, vodopropusnost

Krutost, čvrstoća

In s

itu

svojs

tva k

oja

se m

og

u

utv

rditi

Redoslijed slojeva

Granice slojeva - grubo

Granice slojeva - fino

Granice konzistencije, gustoća čestica, sadržaj organske tvari

Vlažnost

Gustoća, indeks gustoće, koeficijent pora, vodopropusnost

Krutost, čvrstoća

Kategorija uzorkovanja prema EN ISO 22475-1 (primjeri za tlo: A - tankostijeni uzorkivač, B – sržna cijev ili SPT, C – bušenje ispiranjem)

A

B

C

6.3.1. Metode uzimanja uzoraka

Većina tala, pa i stijena, mijenja svoja mehanička svojstva deformiranjem,

promjenama naprezanja, vlažnosti i temperature. Zbog elastoplastičnog ponašanja tla,

promjena ovih svojstava uglavnom je nepovratna. U svakoj fazi uzorkovanja može doći do

poremećaja tla, znači do promjene njegovih svojstava. S druge strane, ispitivanje krutosti i

čvrstoće tla moguće je samo na neporemećenim uzorcima.


144

6.3.1.1. Uzimanje uzoraka iz istražnih jama

Kod uzimanja uzoraka iz istražnih jama moguće je pažljivo izrezati, bez značajnijeg

poremećaja, velike uzorke i u onim tlima koja su osjetljiva na poremećaje (primjerice,

raspucale krute gline). Pomno izrezani uzorci, obično dimenzija oko 30x30x30 cm, zaštićuju

se od gubitka vlage uranjanjem u tekući vosak ili parafin, spremaju se u za to priređene

sanduke, te se odvoze u laboratorij na daljnja ispitivanja.

Slika 6.11. Uzimanje uzorka iz istražne jame (Preuzeto od Mihalić)

6.3.1.2. Uzimanje uzoraka iz istražnih bušotina

Iz bušotina se neporemećeni uzorci vade posebnim priborom (Slika 6.6.). On se

sastoji od noža koji prodire u tlo, dvodijelne cijevi dužine 0,5 m u koji ulazi uzorak i spojnog

dijela između bušaćih šipki i cijevi za uzorak. Ovaj spojni dio posebno je izrađen da bi kroz

njega mogla iz cijevi izaći voda i zrak, a da se eventualno može stvoriti vakuum da bi se

osiguralo da uzorak ne ispadne prilikom vađenja. Postoje i razni dodaci koji su umetnuti u

cijev, odmah iza noža, a koji sprečavaju ispadanje uzorka. Za posebne potrebe postoje

tankostijeni cilindri za vađenje uzoraka i višecijevni cilindri.

Istraživanja su pokazala da je poremećaj uzorka to manji što cijev uzorkivača

(cilindar) ima tanje stijenke (ili veći promjer), što je oštriji kut noža na dnu cijevi i ako se

stabilnost dna bušotine tijekom utiskivanja uzorkivača može osigurati s pridržanim klipom,

čije je pomicanje spriječeno tijekom utiskivanja tankostijenog cilindra.


145

Slika 6.12. Utiskivanje tankostijenog uzorkivača u dno bušotine i vađenje uzorka na površinu

(Preuzeto od Szavits-Nossan V.)

Slika 6.13. Utiskivanje tankostijenog uzorkivača s pridržanim klipom u dno bušotine i vađenje uzorka

na površinu (Preuzeto od Szavits-Nossan V.)

Bitno je kod svih ovih naprava da se uzorak uzima isključivo utiskivanjem noža i cijevi

u tlo bez rotacije. Pritom pribor mora biti takav da se tlo koje čini uzorak što manje poremeti.

Već sam manevar zabijanja noža djelomično poremeti vrh i dno uzorka. Stoga je za precizna

ispitivanja poželjno koristiti srednjih 30 cm uzorka.


146

Unutar cijevi može biti smještena plastična košuljica koja odmah štiti uzorak po

plaštu. Košuljica je najčešće rasječena po izvodnici radi lakšeg vađenja uzorka u laboratoriju.

Nakon vađenja iz tla uzorak se parafinom štiti od isušivanja, ovija ljepljivom trakom, označi i

odmah šalje u laboratorij na čuvanje u vlažnu komoru. Uzorke je potrebno vrlo pažljivo

prevoziti naročito ako nisu u cilindrima ili drvenim sanducima. Nužno je da do ugrađivanja u

laboratorijske uređaje stignu zaista neporemećeni.

Da bi se smanjilo moguće oštećenje jezgre, do kojeg dolazi rotacijom jezgrene

(sržne) cijevi i prolaskom vode za hlađenje i ispiranje, razvijen je alat s dvostrukom

jezgrenom cijevi. Unutarnja jezgrena cijev slobodna je od vanjske pa pridržava jezgru i

uglavnom je oslobađa trenja od rotacije vanjske cijevi. Tekućina za hlađenje i ispiranje

prolazi između vanjske i unutarnje jezgrene cijevi, pa je jezgra time dodatno zaštićena.

a) b)

Slika 6.14. Rotacijsko bušenje s jezgrovanjem: a) Jednostruka jezgrena cijev; b) Dvostruka jezgrena

cijev (Preuzeto od Szavits-Nossan V.)


147

6.3.2. Odlaganje jezgre iz jezgrene cijevi

Jezgra iz jezgrene cijevi odlaže se u posebne drvene sanduke radi daljnjeg pregleda i

uzimanja uzoraka za ispitivanje u laboratoriju (Slika 6.15.), te se izrađuje fotodokumentacija

(Slika 6.16.). Dobiveni uzorci tla, čak i u slučaju s dvostrukom jezgrenom cijevi, smatraju se

poremećenima za potrebe ispitivanja krutosti i čvrstoće tla, ali ako su odmah po vađenju iz

tla zaštićeni i poslani u laboratorij, vrlo dobro mogu poslužiti za izvođenje onih laboratorijskih

pokusa koji nisu ovisni o pregnječenju (prirodna vlažnost, Atterbergove granice,

granulometrijski sastav, Proctorov pokus…). Uzorci stijene dobiveni jezgrovanjem služe za

klasifikaciju stijenske mase, te također za laboratorijska ispitivanja (jednoosna tlačna

čvrstoća, vlačna čvrstoća, posmična čvrstoća…).

Slika 6.15. Drveni sanduk za odlaganje jezgre iz jezgrene cijevi

a) b)

Slika 6.16. Jezgre iz jezgrene cijevi: a) tlo; b) stijena


148

Slika 6.17. Klasična metoda ispitivanja parametara tla

6.3.3. Determinacija jezgre iz istražnih bušotina u stijeni

Na izvađenim jezgrama iz istražnih bušotina dobivaju se važni podaci o rasporedu

naslaga te o njihovim osnovnim značajkama. Determinacijom jezgri želi se dobiti:

Raspored naslaga po dubini;

Litološki opis;

Modificirani postotak jezgre ili RQD (Rock Quality Designation);

Linijski broj pukotina;

Osnovne značajke diskontinuiteta (nagib, međusobni razmak susjednih ploha iste

familije pukotina, hrapavost i čvrstoća stjenki diskontinuiteta);

Čvrstoća intaktnog materijala pomoću Schmidtovog čekića;

Reprezentativni uzorci za provedbu laboratorijskih ispitivanja.

Pri determinaciji jezgre potreban je jednostavan pribor kao što je: metar, kompas,

povećalo, fotoaparat, geološki čekić, Schmidtov čekić i sl.


149

Na temelju pregleda cjelokupne jezgre određuju se intervali značajka i kvalitete

jezgre. Granice između intervala postavljaju se tako da stijenska masa unutar istog intervala

ima iste ili slične značajke, kao što su: litološki sastav, trošnost, intenzitet razlomljenosti,

struktura i kvaliteta jezgre. Svaki komad jezgre mjeri se po dubini, pri čemu se za cijele

komade jezgre daje prosječna duljina po osi, a za razdrobljenu jezgru duljina intervala. Daje

se i duljina intervala bez jezgre. Na intervalu određivanja potrebno je dati ukupan broj vidljivih

diskontinuiteta (pukotina) na jezgri. Svježi lom stijene koji je nastao prilikom bušenja treba

razlikovati od postojećeg (starog).

Glatke i istrošene, zaglinjene površine ukazuju na plohe diskontinuiteta. Kod

diskontinuiteta se određuje: nagib, razmaci između ploha diskontinuiteta istog nagiba,

hrapavost i čvrstoća stijenki diskontinuiteta, te ako postoji mogućnost zijev i ispuna

diskontinuiteta.

Uzorci namijenjeni za laboratorijska ispitivanja se označuju, nakon čega se fotografira

jezgra (Slika 6.16.b).

Modificirani postotak ili indeks kvalitete jezgre RQD dobiva se tako da se u zbroj

uzimaju samo komadi jezgre dulji od 10 cm koji se zatim podijeli s duljinom intervala prema

izrazu:

gdje je: x10 - duljina komada većih od 10 cm,

L - duljina svih komada ili segmenata bez jezgre u intervalu.

Linijski broj pukotina dobiva se iz odnosa ukupnog broja pukotina i duljine intervala

koji se određuje. Hrapavost stijenki diskontinuiteta najčešće se određuje usporedbom

njihovih ploha sa standardnim profilima hrapavosti. Čvrstoća stijenki diskontinuiteta određuje

se pomoću Schmidtovog čekića ili pomoću priručnih sredstava za terensko identifikacijsko

određivanje tlačne čvrstoće materijala. Schmidtovim čekićem moguće je odrediti tlačnu

čvrstoće stijenki diskontinuiteta, ali i jednoosnu tlačnu čvrstoću intaktnog materijala.


150

Slika 6.18. Primjer određivanja RQD indeksa

Vrijednost RQD Kvaliteta stijene

0 – 25 % Vrlo loša

25 – 50 % Loša

50 – 75 % Zadovoljavajuća

75 – 90 % Dobra

90 - 100 % Odlična

L = 36

cm

L = 19

cm

L = 0 cm, nema dijelova > 10 cm

L = 20

cm

L = 35

cm

L = 0 cm nema jezgre

Stanka kod bušenja

200 c

m

Podpovršinski istražni radovi 7. Terenska ispitivanja tla

151

7. Terenska ispitivanja tla

Geotehničkim istraživanjem procjenjuju se uvjeti u tlu prije nego započne faza

građenja. Geotehnička istraživanja imaju za cilj izradu geotehničkih profila terena koji u

osnovi predstavlja kvantitativnu nadogradnju inženjersko-geološkog modela koji je pretežno

opisnog karaktera. Iz sondažnih jama i sondažnih bušotina uzimaju se uzorci različitog stanja

poremećenosti radi identifikacije tla i ispitivanja mehaničkih svojstava tla.

Slika 7.1. Metode in-situ istraživanja

Iz nekih je materijala praktički nemoguće izvaditi neporemećeni uzorak. To su

prvenstveno šljunci, a djelomično i pijesci. Zbog toga se mehanička svojstva takvih materijala

određuju uglavnom posredno, tj. na osnovi rezultata terenskog pokusa zaključuju se svojstva

i parametri tla kao što su modul stišljivosti, čvrstoća itd.

In situ (na licu mjesta) ispitivanja (Slika 7.1.) omogućavaju ispitivanje terena na

samoj lokaciji predviđenoj za gradnju, a ovise o vrsti i dimenzijama budućeg objekta i

osobinama terena na kojem se građenje predviđa.


152

7.1. Presiometar (PMT)

Presiometar je uređaj koji se koristi za ispitivanje zbijenosti slojeva tla. Presiometar

radi na principu mjerenja tlaka u membrani potrebnog da se postigne tražena deformacija

spomenute membrane. U različitim literaturama pojmovi presiometar i dilatometar pojavljuju

se kao jedan te isti uređaj. Najčešće se pojam presiometar poistovjećuje samo s

Menardovim tipom uređaja (Poglavlje 7.1.2.1.), dok se pod pojmom dilatometra misli na

uređaj namijenjen samo za ispitivanja u stijenama (Poglavlje 8.2.4.).

7.1.1. Priprema bušotine

Da bi presiometarski pokus bio kvalitetno izveden najvažnija je priprema kvalitetne

bušotine, a to se radi na sljedeći način:

Postavlja se pravilan odnos promjera bušotine i sonde:

gdje je: Φ - početni promjer sonde,

D - početni promjer bušotine.

Koristi se ispravna oprema i odabire najbolja metoda bušenja, koja će

prouzrokovati što manje pukotina u tlu i na stijenkama bušotine.

Buši se najmanje 1 m ispod mjesta predviđenog za Ispitivanje.

Slika 7.2. Shematski prikaz mjerenja deformacija presiometrom (Preuzeto od Kvasnička)

pseudo-elasti

šanje

čno

pona

početno opterećenje

plastišanječno

pona

V

p

V0

p0

tlak u presiometarskoj ćeliji

pro

mje

na

volu

men

a p

resio

me

tars

ke ć

elij

e


153

7.1.2. Osnovne vrste presiometra

7.1.2.1. Menardov tip presiometra (MPMT)

Kako je već rečeno, pokus presiometrom ili PMT ubraja se u in situ ispitivanja. Glavni

dio presiometra je duga cilindrična sonda koja se sastoji od valjka s elastičnom membranom

u srednjem dijelu. Sonda se spušta u bušotinu nakon utiskivanja i izvlačenja tankostijenog

cilindra. Stijenke bušotine su malo šire od sonde. Kad započne proces ispitivanja, sonda se

radijalno širi u okružujuće tlo pomoću hidrauličkog uređaja (pumpe) na površini. Pumpa

uzrokuje povećanje tlaka koji djeluje na membranu, a membrana na stijenke bušotine i pri

tom ih širi (Slika 7.4.). Tijekom postupka ispitivanja mjere se tlak i bočni pomak membrane tj.

tla, a dobiveni podaci se koriste za dobivanje krivulje u dijagramu odnosa tlaka i promjene

volumena presiometarske ćelije (Slika 7.2.).

Kada se rabi u tlu, Menardovim presiometrom (Slika 7.3.) može se in situ odrediti

čvrstoća, horizontalno naprezanje i vodopropusnost. Kada se upotrebljava u stijenskim

masama, koje imaju modul deformabilnosti manji od 500 MPa, dobivaju se deformacijski

parametri i parametri loma.

Tlak u presiometru ostvaruje se s pomoću plinova ili hidraulički (voda ili ulje).

Promjena promjera bušotine mjeri se na dva načina:

Neizravno - mjerenjem promjene volumena fluida u presiometru;

Izravno - mjerenjem promjene promjera bušotine mjernim uređajima.

Slika 7.3. Menardov presiometar


154

Slika 7.4. Postupak ispitivanja i ponašanja Menardovog tipa presiometra

7.1.2.2. Samobušeći presiometar (SBP)

Kod samobušećeg presiometra sonda se postavlja na dno bušotine. Ona sama buši

svoj put do mjesta ispitivanja kako bi se smanjile smetnje i sačuvalo stanje čvrstoće u tlu.

Za napredovanje sonde koriste se zubi za rezanje ili mlazna voda. Oštrice (zubi) prenose se

kroz šuplje središte sonde. Sonda ima 3 unutarnje radijalne ruke za izravno mjerenje

deformacija u šupljini. Pod pretpostavkom da se sonda širi radijalno kao cilindar,

volumetrijske deformacije odnose se na ekspanziju deformacija u šupljini.

Slika 7.5. Samobušeći presiometar


155

7.1.2.3. Presiometar za utiskivanje (PIP)

Sonda presiometra za utiskivanje razlikuje se od ostalih presiometarskih sondi jer ima

šuplje stijenke koje zauzimaju 40% njezine površine. Brži je od MPMT-a i SBP-a, ali smetnje

negativno utječu na sva značajna mjerenja čvrstoće.

Slika 7.6. Presiometar za utiskivanje

7.1.2.4. Presiometar potpunog utisnuća (FDP)

Tip presiometra potpunog utisnuća sličan je presiometru za utiskivanje, ali kod njega

dolazi do potpunog utisnuća. Na FDP presiometar montiran je konusni dio koji omogućuje

potpuno utiskivanje sonde presiometra. Ovaj presiometrar pogodan je za brzo i pouzdano

mjerenje posmične čvrstoće u glini i relativne gustoće u pijesku, te dobivanje modula

smicanja u glini i pijesku.

Slika 7.7. Presiometar potpunog utisnuća


156

7.1.2.5. Elastometar

Elastometarsko ispitivanje je testiranje lateralnog opterećenja pri ispitivanju širokog

spektra tala, te slabih do čvrstih stijena. Za poboljšanje mjerenja, točnosti i pouzdanosti u

sondu se ugrađuju izuzetno točni pretvarači i odgovarajući strujni sklopovi. Mjere se

deformacije pod određenim pritiskom. Mjerenja elastometrom provode se kod izgradnje

temelja velikih objekata kao što su zgrade, brane ili mostovi.

Slika 7.8. Elastometar – 2

7.1.3. Kontrola kvalitete rezultata presiometarskog ispitivanja

Kalibriranje presiometara se provodi da bi izmjereni rezultati bili pouzdaniji.

Kalibriranje se vrši prilikom svakog kvara presiometra i barem kod svakog desetog testiranja.

Za pravilno vrednovanje rezultata potrebno je:

Određivanje početnog volumena sonde V0;

Određivanje gubitka volumena zbog stišljivosti sustava;

Određivanje otpora membrane;

Kontrola punjenja i pritiska cjelokupnog sustava.

7.1.4. Prednosti i nedostaci presiometarskog ispitivanja

Prednosti PMT-a su: teoretsko sondiranje u određivanju parametara tla, testiranje

veće zone tla nego drugim in situ testovima, te izrada potpune krivulje ε,σ,T. Nedostaci

PMT-a su: komplicirana i skupa procedura koja zahtjeva visoki stupanj stručnosti na terenu,

ovisna je o vremenu, te je osjetljiva pa se lako oštećuje.


157

7.2. Plosnati dilatometar (DMT)

Plosnati dilatometar pripada suvremenoj generaciji instrumenata za ispitivanje tla in

situ i omogućuje jednostavno, brzo, točno i ekonomično ispitivanje tla. Dilatometarskim

ispitivanjem može se odrediti tip tla (glina, prah, pijesak), nedrenirana čvrstoća, modul

vertikalne deformacije, te okarakterizirati prekonsolidacija tla. DMT je jedan od rijetkih

instrumenata koji nudi modul za proračun slijeganja, pa je uz visoku osjetljivost na

horizontalne napone dobar izbor u problemima prognoze slijeganja i ocjene postupka

poboljšanja tla.

Područje primjene za DMT je vrlo široko, od mekih do tvrdih tala i mekih stijena.

Pogodan je za pijesak, prah i glinu, gdje je promjer zrna puno manji u odnosu na promjer

čelične membrane (60 mm). DMT nije pogodan za šljunak, ali je sonda dovoljno robusna da

prođe kroz sloj šljunka debljine do 0,5 m. Glina se može testirati ako su vrijednosti

nedrenirane čvrstoće u rasponu od 2 do 1000 kPa.

U osnovi se pokus dilatometrom sastoji od vertikalnog utiskivanja sonde, u obliku

lopatice, s površine terena u tlo. Sonda je s kontrolnom jedinicom na površini spojena

pomoću elektro-pneumatskog kabla, koji prolazi kroz šipke za utiskivanje ili je izvana

pričvršćen na njih.

Slika 7.9. Postupak ispitivanja plosnatim dilatometrom


158

Koristeći se kontrolnom jedinicom s regulatorom tlaka i audio signalom, operater

bilježi tlak (očitanje A) i tlak (očitanje B). Tlak je tlak potreban da se membrana nađe

u ravnotežnom položaju, a tlak potreban da se membrana u svojem središtu izbaci za

1,1 mm horizontalno prema tlu.

Utiskivanje sonde obavlja se u inkrementima dubine, uobičajeno na svakih 20 cm.

Važno je napomenuti da se geotehnički parametri tla ne mjere direktno nego se

interpretiraju.

Interpretacija rezultata dilatometarskih ispitivanja zahtijeva poznavanje mjerenih

tlakova i , in situ pornog tlaka iz mjerenja nivoa podzemne vode (Poglavlje 9.2.) i

vertikalnih efektivnih napona iz poznate gustoće tla.

Pokus se ne izvodi nužno iz bušotine, pa se često ne zna točan podatak o nivou

podzemne vode (pokazalo se da taj podatak nije nužan za uspješnu interpretaciju

geotehničkih parametara).

Slika 7.10. Plosnati dilatometar


159

Slika 7.11. DMT sonda

Indeks materijala ( ) općenito prikazuje klasifikaciju tipa tla po dubini. predstavlja

neki "indeks krutosti". Parametar koji posebice u homogenim formacijama vrlo dobro

identificira tip tla u tri kategorije prema tipu ili ponašanju tla: glina, prah, pijesak.

Indeks horizontalnog napona ( ) ima profil po obliku vrlo sličan profilu OCR-a

(koeficijenta prekonsolidacije) koji služi za bolje razumijevanje povijesti naprezanja. S

pomoću parametra moguće je uočiti tzv. koru u glinovitim materijalima, u kojoj je ovaj

parametar zastupljen s vrlo visokim vrijednostima. može locirati zonu u kojoj se odvija

klizanje i ona se prepoznaje naglim padom vrijednosti parametra .

Dilatometarski modul ( ) računa se uz pomoć tlakova i po teoriji elastičnosti.

se ne rabi kao zasebna veličina, nego u kombinaciji s veličinama i . nije Youngov

modul elastičnosti E, nego dilatometarski modul. Dilatometarski modul nije ovisan o

pornom tlaku in situ, odnosno nivou podzemne vode, što se može vidjeti u jednadžbi:

jer se mogući utjecaj (uz pretpostavku da je stalan pri ispitivanju) gubi preko razlike

tlakova i .

Fleksibilnamembrana

Fleksibilnamembrana

Cijev za zrak

Žice15 mm

95 mm

1.1 mmp0 p1


160

Modul vertikalne stišljivosti ( ) jest tangentni modul i odgovara modulu pri

geološkom stanju naprezanja ( ) i ima isti karakter kao edometarski modul .

Modul vertikalne stišljivosti je u relaciji sa preko faktora korekcije , i

taj odnos prikazuje se izrazom:

,

;

;

.

Nedrenirana čvrstoća jest u direktnoj vezi s osnovnim veličinama - vertikalnim

efektivnim naponom i indeksom horizontalnog napona (odnosno koeficijentom

prekonsolidacije):

Vrijednost nedrenirane čvrstoće prognozirana s pomoću dilatometra uglavnom je

na strani sigurnosti. Bolje prognoze postižu se u mekšim tlima. Nedrenirana čvrstoća može

se razlikovati od one određene drugim pokusima, no to nije tipično samo za ovaj pokus.

Nedrenirana čvrstoća direktno ovisi o vertikalnom efektivnom naponu i indeksu

horizontalnog napona , što se može vidjeti iz izraza:

Za (prašinasti, prašinasto glinoviti i glinoviti materijali).

Koeficijent prekonsolidacije (OCR): uočena je sličnost između profila i OCR profila

u tlu. Vrijedi = f ( ), utjecaj in situ pornog tlaka na OCR prenosi se preko ,

slično utjecaju na nedreniranu čvrstoću.

Za (prašinasti,prašinasto glinoviti i glinoviti materijali).

Faktor korekcije koji najčešće varira između 1 i 3, ovisan je o krutosti tla i

povijesti naprezanja:

Ukupna jedinična težina tla izračunava se iz indeksa materijala i modula

plosnatog dilatometra:


161

gdje je:

– jedinična težina tla,

– atmosferski tlak,

– jedinična težina vode.

7.3. Standardni penetracijski pokus (SPT)

SPT se koristi za određivanje čvrstoće i deformacijskih svojstava koherentnih i

nekoherentnih tala. Prvenstveno se određuje relativna gustoća tla, a preko empirijskih

korelacija mogu se odrediti posmična čvrstoća, modul elastičnosti, slijeganja, nosivost

temelja i druge veličine.

Slika 7.12. Postupak ispitivanja standardnim penetracijskim pokusom

Ovaj se pokus izvodi u bušotini izbušenoj rotacijskom metodom bušenja, spiralnim

svrdlima ili metodom bušenja s isplakom. Oprema za provođenje pokusa sastoji se od

bušaćih šipki, koje za dubine do 15 m imaju masu od oko 6 kg/m, a za veće dubine oko

8 kg/m; utega od 63,5 kg (622,3 N) na vodilici s mehanizmom za dizanje na visinu od

76,2 cm i spuštanje, da bi se postiglo prodiranje od 30,48 cm; dvodijelnog cilindra s nožem

za uzimanje uzorka, vanjskog promjera 51 mm, unutrašnjeg 35 mm i dužine 68,6 cm (Slika

7.13.b); ili punog konusnog šiljka pod kutem od 60°, promjera 51 mm. Cilindar se postavlja

na dno bušotine, a preko šipki je spojen s površinom.


162

Uređaj (Slika 7.13.a) je spojen na računalo koje bilježi broj udaraca, dubinu prodiranja

pri pojedinom udarcu, ukupnu dubinu prodiranja, te broj bušaćih šipki. Nakon ispitivanja,

zabilježeni podaci se prenesu u računalni program koji proračunava tražene parametre tla.

a)

b)

Slika 7.13. a) uređaj za SPT; b) SPT cilindar

Slika 7.14. Cilindar za SPT standardnih dimenzija prema ASTM (Preuzeto od Matešić)

7.3.1. Postupak izvođenja SPT ispitivanja

Standardno se primjenjuje izvođenje SPT-a na svakih 1,5 m dubine. Na očišćeno dno

bušotine se spuštaju bušaće šipke sa odabranim nastavkom (nož ili konus). Uteg se diže na

visinu od 760 mm s koje se pušta da gravitacijski pada na šipke. Broj udaraca (N-

penetracijski otpor) se broji za napredovanje od tri uzastopna prodiranja u inkrementima od

15 cm (Slika 7.12.). Zbog mogućih poremećaja dna bušotine, broj udaraca za prvih 15 cm

prodiranja može biti nepouzdan. Za konačan broj udaraca koristi se zbroj udaraca u drugom i

trećem inkrementu kod ukupnog prodiranja od 30 cm.


163

U slučaju da broj udaraca prelazi 50 (vrlo velika zbijenost) na bilo kojem inkrementu

od 150 mm, ispitivanje se zaustavlja. Ispitivanje se zaustavlja i ako nije zabilježeno

napredovanje u 10 uzastopnih udaraca. U tim slučajevima bilježi se broj udaraca na 25 mm.

U slučaju da je broj udaraca manji od jedan, inženjer bilježi da li je prodiranje nastalo od

težine utega ili od težine bušaćih šipki. Nakon probijanja, cilindar s nožem se izvlači na

površinu, nož i cilindar se odvajaju od bušaćih šipki, dvodijelni cilindar se otvara (Slika 7.14.),

te se iz njega vadi reprezentativan poremećeni uzorak. Za bušenje u pijescima u kojima

postoji podzemna voda potrebno je imati rezervoar vode da bi se nivo vode u bušotini mogao

održavati znatno iznad razine podzemne vode, kako ne bi došlo do unošenja pijeska u

bušotinu prilikom izvlačenja bušaćeg alata.

Tablica 7.1. Povezanost broja udaraca (N) sa zbijenošću pijeska i konzistencijom koherentnog tla

Broj udaraca N

Zbijenost pijeska

Broj udaraca N

Konzistencija koherentnog tla

0 do 4 vrlo rahlo 2 vrlo meko

4 do 10 rahlo 2 do 4 meko

10 do 30 srednje zbijeno 4 do 8 srednje tvrdo

30 do 50 gusto 8 do 15 kruto

> 50 vrlo gusto 15 do 30 vrlo kruto

> 30 čvrsto

Tablica 7.2. Odnos fizičkih i mehaničkih svojstava nekoherentnog tla

STUPANJ

ZBIJENOSTI

C P T S P T RELATIVNA

GUSTOĆA

KUT UNUTARNJEG

TRENJA

MODUL STIŠLJIVOSTI

MV [MN/m2]

qc

[kN/m2]

N

[ud./stopa]

Dr

[%]

Peck

1974.

Mayerhof

1956.

Pijesak sitni

i srednji

Krupni

pijesak i

šljunak

VRLO

RASTRESIT

[VERY

LOOSE]

< 2 < 4 < 20 < 29 < 30 < 3.5 < 8.5

RASTRESIT

[LOOSE] 2 - 4 4 - 10 20 - 40 29 - 30 30 - 35 3.5 - 7.5 8.5 - 15

SREDNJE

ZBIJEN

[MEDIUM]

4 - 12 10 - 30 40 - 60 30 - 36 35 - 40 7.5 - 15 15 - 30

ZBIJEN

[DENSE] 12 - 20 30 - 50 60 - 80 36 - 41 40 - 45 15 - 30 30 - 60

VRLO ZBIJEN

[VERY

DENSE]

> 20 > 50 80 - 100 > 41 > 45 > 30 > 60


164

Tablica 7.3. Odnos fizičkih i mehaničkih svojstava koherentnog tla

KONZISTENTO

STANJE

SPT

N

qu

[kN/m2]

MV

[kN/m2]

f

[kN/m2]

IC TERENSKA IDENTIFIKACIJA

ŽITKO < 2 < 25 < 300 < 12.5 < 0 može se lako utisnuti šaka

Lako

GN

JE

ČIV

O

2 - 4 25 - 50 200 - 600 12,5 - 25 0 – 0,33 može se lako utisnuti palac, može se valjati

Srednje 4 - 8 50 - 100 500 - 1500 25 - 50 0,33 – 0,66 palac se može utisnuti laganim pritiskom može se valjati u valjčić < 3 mm

Teško 8 - 15 100 - 200 1200 - 10000 50 - 100 0,66 – 1,0

može se ostaviti otisak palca samo uz snažan pritisak na granici mogućnosti valjanja do 3 mm a da se ne drobi

ČVRSTO 15 - 30 200 - 400 5000 - 20000 100 - 200

1 do

P

SL

I

ww

može se lako zarezati noktom drobi se kod 3 mm ali se može prignječiti

KRUTO > 30 > 400 > 20000 > 200 >P

SL

I

ww

teško se zarezuje noktom gnječenjem se mrvi

Tumač oznaka koje se nalaze u tablicama:

- otpor vrha CPT-a,

- jednoosna tlačna čvrstoća,

- indeks plastičnosti,

- indeks konzistencije,

- granica tečenja,

- granica stezanja,

- čvrstoća na smicanje.

7.3.2. Korekcije SPT ispitivanja

Mjerena N-vrijednost je broj udaraca potreban da se nož za sakupljanje uzoraka

utisne 300 mm duboko u tlo. Efikasnost ispitivanja se može dobiti uspoređivanjem kinetičke

energije (Ek) sa potencijalnom energijom (Ep) sustava. Energetski omjer je definiran kao:

U inženjerskoj praksi koristi se sistem koji se temelji na broju udaraca (N) sa

energetskim omjerom od 60% (ERr=60% - predložio Skempton) i označava se sa N60, iako

ova vrijednost može varirati od 30% do 90%.


165

Potrebne su mnogobrojne korekcije vrijednosti N zbog energetske neefikasnosti i

različitosti postupka u praksi. Najčešće je potrebno vršiti korekcije u odnosu na:

Stvarni prijenos energije u šipke;

Stvarnu dužinu šipki;

Vertikalno efektivno naprezanje na određenoj dubini ispitivanja;

Promjer bušotine;

Nivo podzemne vode;

Upotreba nestandardnog noža ili konusa.

Kad se uzmu u obzir faktori koji utječu na vrijednost N zabilježenu na terenu, korigirana

vrijednost se najčešće dobiva kao:

gdje su: – korigirana vrijednost broja udaraca,

– broj udaraca izmjeren na terenu,

– korekcija zbog prijenosa energije,

– korekcija zbog dužine šipki,

– korekcija zbog efektivnog naprezanja,

– korekcija zbog podzemne vode u pijescima.

7.3.2.1. Korekcija zbog prijenosa energije

Vrijednosti zbog korekcije energije variraju u relativno velikom rasponu (od 0,5 do

1,5), ovisno o vrsti opreme, težini šipke, mehanizma za otpuštanje utega i drugih faktora.

Točna procjena faktora korekcije Ce važnija je od ostalih korektivnih faktora. Općenita

jednadžba za računanje glasi:

7.3.2.2. Korekcija zbog dužine šipki

Korekcijski faktori zbog dužine šipki kreću se od 0,75 do 1,00.

Tablica 7.4. Korekcija zbog dužine šipki

dužina šipki (m) 3 - 4 4 - 6 6 - 10 >10

korekcijski faktor 0,75 0,85 0,95 1,00


166

7.3.2.3. Korekcija zbog efektivnog naprezanja

Vrijednost N se za slične materijale povećava sa povećanjem vertikalnog efektivnog

napona, pa se često korekcija na 60% teorijske energije (N60) dodatno korigira na vertikalno

efektivno naprezanje od 1 atmosfere (100 kPa). Dobiva se računski parametar (N1)60 i

jednak je:

pri čemu je korekcija za referentno vertikalno efektivno naprezanje od 100 kPa:

– atmosferski tlak,

– vertikalno efektivno naprezanje.

Relativna zbijenost za normalno konsolidirane pijeske može se na osnovu

normalizacije za energetski odnos od 60% izraziti aproksimativnim izrazom:

Slika 7.15. Graf korekcija zbog efektivnog naprezanja

VERTIKALNO EFEKTIVNO NAPREZANJE [kPa]

pijesak (n = 0,5)

CN


167

Tablica 7.5. Korekcija zbog efektivnog naprezanja

Vrsta pijeska Relativna gustoća CN

normalno konsolidiran

40 do 60 %

'100

200

v

60 do 80 %

'200

300

v

prekonsolidiran

'70

170

v

7.3.2.4. Korekcija zbog promjera bušotine

Tablica 7.6. Korekcija zbog promjera bušotine (Cb)

Promjer bušotine Vrijednost korekcijskog

faktora Cb

65 mm do 115 mm 1,00

115 mm do150 mm 1,05

150 mm do 200 mm 1,15

7.3.2.5. Korekcija zbog podzemne vode u pijescima

Ova korekcija se koristi kad su zadovoljena tri uvjeta:

Ispitivanje mora biti vršeno ispod nivoa podzemne vode;

Ispitivanje mora biti vršeno u sitnim ili muljevitim pijescima;

Izmjeren broj udaraca mora biti veći od 15.


168

Tablica 7.7. Faktori koji utječu na SPT i rezultate SPT-a (Kulhawy i Mayne, 1990)

Uzrok Učinak Utjecaj na SPT N

vrijednost

neadekvatno čišćenje dna bušotine SPT nije rađen u originalnom in-situ tlu, pa tlo može

ostati ˝zarobljeno˝ u cilindru i stlačeno napredovanjem cilindra

povećava

neuspješno održavanje adekvatne razine podzemne vode u bušotini

može doći do sloma tla na dnu bušotine smanjuje

nemarno mjerenje visine pada energija čekića varira povećava

netočna težina čekića energija čekića varira povećava ili

smanjuje

čekić pada na šipke ekscentrično smanjuje se energija čekića povećava

nedovoljno podmazana vodilica čekića

smanjuje se energija čekića povećava

ispitivanje iznad dna zaštitne kolone

tlo je poremećeno i umjetnim putem zgusnuto značajno povećava

nemarno brojanje udaraca netočni rezultati povećava ili

smanjuje

upotreba nestandardnog cilindra netočne korelacije sa standardnim cilindrom povećava ili

smanjuje

krupan šljunak ili obluci u tlu cilindar je spriječen u napredovanju povećava

upotreba savijenih bušaćih šipki sputan prijenos energije do cilindra povećava

7.3.3. Korelacije s mehaničkim parametrima

7.3.3.1. Jednoosna tlačna čvrstoća koherentnih tala

Peck et al. (1973) - preporučljivo za N < 16

Navfac (1971) - preporučljivo za N < 10


169

7.3.3.2. Modul elastičnosti

Postoji velik broj korelacija, koje su autori prerađivali prema lokalnim situacijama i

daju različite rezultate. Ako je potreban modul za izračun slijeganja temelja, bolje je

upotrijebiti direktnu metodu za izračun slijeganja.

Moduli elastičnosti prema nekim autorima:

Webb (1963) - za zasićene pijeske

Schultze, Meltzer (1969) - za suhe pijeske

D'Appolonia et al. (1970)

Trofimenkov (1974)

Begemann (1974)

7.3.3.3. Relativna gustoća i kut unutrašnjeg trenja nekoherentnih tala prema

Skemptonu

Tablica 7.8. Relativna gustoća i kut unutrašnjeg trenja nekoherentnih tla

Gustoća

Vrlo

rastresito

Rastresito

Srednje

Zbijeno

Vrlo zbijeno

(N1)60

0

3

8

15

25

42

58

Dr (%)

0

15

35

50

65

85

100

φ (°)

28

30

33

36

41

44


170

7.3.4. Prednosti i nedostaci SPT ispitivanja

Prednosti SPT-a su u tome što upotrebljava uzorak i broj, jednostavan je i

pristupačan, primjeren za različite vrste tla i moguće ga je primijeniti u mekim stijenama.

Nedostaci su u tome što koristi poremećeni uzorak, neobrađene brojeve za analizu, nije

pogodan za mulj i postoji velika varijabilnost i nepouzdanost rezultata.

7.4. Statički penetracijski pokus (CPT)

Statički penetracijski pokus (eng. cone penetration testing) izvodi se bez bušotine sa

samostalnim uređajem za utiskivanje penetrometra u tlo. U tlo se utiskuje stožac

standardnog oblika i mjeri se sila utiskivanja stošca i plašta. Statički penetracijski test je

precizniji od SPT-a jer se uvjeti izvođenja pokusa mogu bolje kontrolirati. Osim toga, sve se

veličine i zapis mogu pratiti preko elektronskih uređaja, obrađivati, pohranjivati i prikazivati

pomoću računala. Ipak, ograničena je dubina ispitivanja i nije moguće ispitivanje u šljunku.

Povoljan je za ispitivanje vrlo mekanih glina i gustih pijesaka.

Slika 7.16. Mjerenje konusnim penetrometrom


171

Slika 7.17. Prikaz CPT, CPT-u sonde i konusa

Faze ispitivanja tla sastoje se od:

Utiskivanja šiljka 10 cm u tlo prijenosom sile na tanke šipke;

Utiskivanja vanjske cijevi za 10 cm, dok ne dodirne šiljak;

Utiskivanja vanjske cijevi i šiljka za 10 cm.

Utiskivanje šiljka izaziva oko njega plastičan slom, a otpor koji svlada ovisi o čvrstoći

tla na smicanje. Prema tome:

gdje je:

- funkcija ovisna o kutu trenja,

- stvarni vertikalni napon u dubini,

- specifičan otpor tla prodiranju šiljka.

Buisman (1935) je došao do zaključka da se može uspostaviti zavisnost između

otpora šiljka i modula stišljivosti ( ) za nekoherentni materijal:

De Beer (1948) je proučavajući izračunato i izmjereno slijeganje mostova na

pješčanoj podlozi došao do zaključka da taj izraz daje približno dvostruko veće slijeganje od

računatog, pa je predložio:

Vesić (1970) ispitivajući slijeganje gomile u pijesku utvrdio je da modul stišljivosti ovisi

o relativnoj gustoći pa je:

Taj izraz daje odnos za sasvim rahli pijesak i za zbijeni pijesak.


172

Prednosti CPT sonde su: brzo i kontinuirano profiliranje; ekonomičnost i

produktivnost; rezultati ne ovise o operateru; pogodna za meka tla.

Nedostaci su: veliki investicijski kapital; operater mora biti osposobljen za provođenje

pokusa i imati dobro teoretsko znanje za interpretaciju rezultata pokusa; stvaranje buke;

potrebna kalibracija; nema uzoraka tla za daljnje analize; nepovoljno za šljunčana i kamenita

područja.

7.5. Teška udarna sonda (DPH)

DPH (Dynamic Penetration Heavy) je, kao što i sam naziv govori, teška udarna

sonda, odnosno kontinuirani SPT. SPT i DPH se razlikuju po tome što se SPT izvodi na dnu

bušotine svakih 1,5 m dubine (po potrebi to može biti i manje, ali ne manje od 60 cm i ne više

od 3 m), dok se DPH izvodi duž cijele bušotine.

7.5.1. Primjena DPH ispitivanja

DPH ispitivanje se koristi za određivanje otpora tla prodiranju šiljka. Njime se

prvenstveno određuje relativna gustoća tla, a onda se preko empirijskih korelacija

ispitivanjem mogu odrediti posmična čvrstoća, modul elastičnosti, slijeganje, nosivost temelja

i druge veličine.

DPH oprema se sastoji od: bušaćih šipki (koje za dubine do oko 15 m imaju masu od

oko 6 kg/m, a za veće dubine od oko 8 kg/m); utega od 50 kg na vodilici s mehanizmom za

dizanje na visinu od 500 mm i spuštanje (za koje se kontinuirano mjeri broj udaraca

uzastopno svakih 10 cm, te zapisuje); punog konusnog šiljka površine 15 cm2 pod kutem od

90, promjera 43,7 mm; te hidraulične garniture za izvlačenje bušaćih šipki.

Slika 7.18. Šiljak DPH sonde


173

U današnje vrijeme se sve više upotrebljavaju automatizirani strojevi kojima čovjek

samo upravlja i dodaje šipke. Zbog automatiziranosti strojeva je znatno smanjen broj ljudi

potrebnih za ispitivanje, a samim time je smanjen i fizički rad.

Slika 7.19. Primjer predloška za prikaz rezultata DPH ispitivanja

x: y: z:

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

0 1 0 0 1 1 0 1 0 11,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00

1 0 1 1 0 1 3 4 11 102,10 2,20 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00

12 11 10 14 14 12 10 11 11 103,10 3,20 3,30 3,40 3,50 3,60 3,70 3,80 3,90 4,00

12 15 14 10 11 6 5 6 7 84,10 4,20 4,30 4,40 4,50 4,60 4,70 4,80 4,90 5,00

7 10 14 14 15 14 14 15 14 105,10 5,20 5,30 5,40 5,50 5,60 5,70 5,80 5,90 6,00

9 6 6 7 6 7 7 10 18 186,10 6,20 6,30 6,40 6,50 6,60 6,70 6,80 6,90 7,00

18 16 15 14 6 6 7 7 6 67,10 7,20 7,30 7,40 7,50 7,60 7,70 7,80 7,90 8,00

6 6 8 8 7 7 6 6 5 58,10 8,20 8,30 8,40 8,50 8,60 8,70 8,80 8,90 9,00

6 6 7 8 11 12 10 10 13 149,10 9,20 9,30 9,40 9,50 9,60 9,70 9,80 9,90 10,00

11 11 10 10 10 11 10 10 9 910,10 10,20 10,30 10,40 10,50 10,60 10,70 10,80 10,90 11,00

9 14 14 13 14 14 13 13 12 1511,10 11,20 11,30 11,40 11,50 11,60 11,70 11,80 11,90 12,00

15 16 15 15 14 11 11 10 10 1512,10 12,20 12,30 12,40 12,50 12,60 12,70 12,80 12,90 13,00

9 9 7 6 9 10 11 17 24 2713,10 13,20 13,30 13,40 13,50 13,60 13,70 13,80 13,90 14,00

30 31 28 30 31 28 30 32 30 3114,10 14,20 14,30 14,40 14,50 14,60 14,70 14,80 14,90 15,00

50 kg 15 cm2

TUS: TEŠKA UDARNA SONDA (DIN 4094)

SONDA: DPH

Građevina: Stambena

Lokacija: Zagreb, Karlovačka cesta

Investitor:

Kordinate:

DPH - DYNAMIC PENETRATION HEAVY

Masa utega: Površina šiljka: Visina pada utega: 50 cm

broj udaraca za prodiranje sonde 10 cm

0 10 20 30 40 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

broj udaraca / 10 cm

du

bin

a (

m)


174

Slika 7.20. Dijagrami broja udaraca penetracijskih pokusa za lokaciju Varaždin (DPH i SPT)

a) Vodocrpilište, b) Zagrebačka ulica, c) Odlagalište

Na slici 7.20. prikazani su dijagrami koji sadrže prikaz broja udaraca SPT i DPH

sondom. Mjerenja su vršena do dubine od 20 metara, na području Varaždina (Vodocrpilište,

Zagrebačka ulica i Odlagalište). Specifičnost ovih mjerenja je u tome što su se na tom

području usporedno radila mjerenja vrijednosti posmičnih valova MASW (Slika 5.37.) i SASW

(Slika 5.33.) metodama.

Dinamički penetracijski pokusi, SPT i DPH su izvedeni uz SASW i MASW na svim

lokacijama. Teorijski izvod (Spagnoli, 2008) između ova dva pokusa iznosi:

gdje je:

N10H - broj udaraca DPH za prodiranje od 10 cm (uteg od 50kg pada sa visine 50cm),

N - broj udaraca SPT pokusa prodiranje od 30 cm (uteg od 63 kg pada sa visine

76 cm).

Međutim, eksperimentalni podaci pokazuju veliku disperziju radi utjecaja raznih

faktora (Spagnoli, 2008). Zbog toga je za svaku istraživanu lokaciju pažljivo konstruiran

dijagram odnosa udaraca po dubini (Slika 7.20.). Iz tih je dijagrama potom određen

specifičan odnos penetracijskih rezultata (Slika 7.21.a, b, c), a uočena pravilnost je izražena

relacijom:


175

Budući da su korelacije izvedene za krupnozrnate šljunkovite materijale, ustanovljena

diskrepancija SPT i DPH nije iznenađujuća. Pokazalo se da su znatno bolje korelacije u

pjeskovito-prašinastim materijalima. Uzrok znatnih odstupanja u broju udaraca je sadržaj

većih valutica koje skokovito povećavaju otpor prodoru sonde. Očito je da u nevezanim

sedimentima granulometrijski sastav može biti uzrok disperziji podataka.

a) Korelacija N10H=f(N) za lokaciju Vodocrpilište

b) Korelacija N10H=f(N) za lokaciju Zagrebačka ulica

c) Korelacija N10H=f(N) za lokaciju Odlagalište

Slika 7.21. Prikaz korelacija s područja Varaždina

Brzina posmičnih valova i broj udaraca penetracijskih pokusa ukazuju na isto svojstvo

materijala, a to je krutost. Prema tome bi korelacija između ova dva parametra trebala biti

opravdana. U literaturi postoji velik broj korelacija dobivenih eksperimentalnim mjerenjima

(Hanumantharao, 2008). Općeniti oblik korelacija je uglavnom eksponencijalni:

gdje su A i B konstantne vrijednosti, te se uz njih najčešće prikazuje i kvadratično odstupanje

R2. Dijagram odnosa brzine posmičnih valova i broja udaraca penetracijskih pokusa za

lokaciju Zagrebačka ulica prikazan je na slici 7.22.

http://www.springerlink.com/content/?Author=C.+Hanumantharao


176

Slika 7.22. Dijagram N60, N10H i brzine vs (Zagrebačka ulica)

Iz tog su dijagrama izdvojeni zasebni odnosi vs-N60 (SPT, slika 7.23.a), odnosno vs-

N10H (DPH, slika 7. 23.b):

Uočeno je da promjene DPH udaraca bolje prate promjene posmične brzine (vs) po

dubini u krupnozrnatim šljunkovitim materijalima.

a) Korelacija između vs i N60

b) Korelacija između vs i N10H

Slika 7.23. Korelacije između brzine posmičnih valova i (SPT i DPH) dobivenih vrijednosti


177

Slika 7.24. Funkcija brzine posmičnih valova i dinamičkih konstanti (lokacija Vodocrpilište)

Dinamičke konstante elastičnosti računaju se iz brzine posmičnih valova

i gustoće prema prije navedenim izrazima (Poglavlje 5.3.6.). Navedenim postupkom

se formira model tla koji uvažava promjenu dinamičkog modula posmika i modula elastičnosti

po dubini. Dijagram vrijednosti tih konstanti i brzine posmičnih valova prikazan je na slici

7.24. za lokaciju Vodocrpilišta.

Tablica 7.9. Metode za određivanje klasifikacije tla (Modificirano prema Anbazhagan)

Opis Penetracija

SPT DPH

Utrošeni napor veliki/srednji

Bušenje nužno/ne

Cijena velika/umjerena

Trajanje dugo/srednje

Kvaliteta podataka dobra

Otkrivanje promjena u sedimentima dobro

Pogodne vrste tla nekoherentna

Dubina za mikrorajonizaciju dobra

Mjerenje dinamičkih svojstava dovoljno

Uspješno izvedenih slučajeva mnogo


178

7.6. Statička konusna penetracija s mjerenjem pornog tlaka (CPT-u)

CPT-u je pijeziometrijska sonda s dodanim pretvaračima za mjerenje pornog tlaka,

prilikom napredovanja penetracijske sonde. U čistim pijescima izmjereni porni pritisci približni

su hidrostatskim (uizmjereno u0) jer visoka vodopropusnost pijeska dopušta trenutno rasipanje.

Kod gline hidrostatski je tlak manji od izmjerenog. Izmjerena veličina može biti pozitivna ili

negativna, ovisno o lokalitetu i poroznosti materijala unutar područja mjerenja. Kada je

penetrometar uhvaćen, rasipanje pornog pritiska može biti nadzirano u ovisnosti o vremenu i

može dovesti do zaključka o visini konsolidacije i vodopropusnosti.

Mjerenje pornog pritiska iziskuje opreznu pripremu pornih elemenata konusnih

šupljina da bi se osigurala saturacija i iskoristiva mjerenja tijekom testiranja. Porozni filtar

za stijene može biti napravljen od keramike, mesinga ili plastike. Polipropilen je ekonomičan

za zamjenu kod svakog sondiranja, pogotovo ako razmazivanje i začepljenje stvaraju

probleme. U nekim tlima stišljivost filtarskog materijala može utjecati na izmjerene vrijednosti.

Iako voda može poslužiti za saturaciju sonde, glicerin i silikon pružaju mnogo bolja svojstva

kod penetriranja u nesaturirane materijale, kod kojih je potreban oprez kako se ne bi izgubila

saturacija sonde prije doticanja razine podzemne vode. Penetrometri imaju različito

smještene porozne elemente (Slika 7.25.).

Slika 7.25. Prikaz različitih CPT i CPT-u sondi

porozni filtar od plastike,keramike ili sintetskih

materijala

10 cm2 CPT 10 cm2 Standardni

CPT-u

10 cm2 tip 1 CPT-u 15 cm2 tip 2 CPT-u

145 mm ili

164 mm 134 mm

ub=u2=obodni porni tlak

(iza šiljka)

fs=bočno trenje

qc=otpor prodiranja konusa

qt=korekcija konusnog

napona

ut=u1=središnji

porni pritisak

porozni filtar od plastike,keramike

ili sintetskih

materijala

145 mm ili

164 mm


179

Izmjereni otpor prodiranja konusa mora biti ispravljen zbog neravnomjernog

djelovanja pornog tlaka na vrh konusa. Korekcija je veoma važna za mekane, čvrste i tvrde

gline, pijeske i za vrlo duboka sondažna ispitivanja kod kojih se javlja visoki hidrostatski

pritisak. U pijescima je korekcija minimalna jer je qc>>u2.

Ispravljeni otpor prodiranja je dan u sljedećoj formuli:

gdje je:

– korekcija konusnog napona,

– otpor prodiranja konusa,

– omjer površine konusa kalibriranog u triaksialnoj komori,

– obodni porni tlak (tlak iza šiljka).

Prioritetno je nakon i prije sondiranja (ako se radi o električnom CPT) uzeti početne

vrijednosti („zeros“) zasebnih kanala prije nastavljanje mjerenja penetrometrom. Svi

komercijalni penetrometri zahtijevaju početni set očitanja. Početni set očitanja podrazumijeva

relativne uvjete kod kojih nema sile na pretvaračima. Kod terenskih mjerenja se vodi dnevnik

u koji se upisuju brojevi penetrometra, kalibracija, održavanje, izmjerene vrijednosti itd.

Slika 7.26. Primjer rezultata mjerenja CPT-u penetrometrom

MPa otpor prodiranja

konusa

MPa bočno trenje

kPa porni tlak

(%) omjer trenja

dub

ina (

m)


180

Na slici 7.26. prikazana su mjerenja na zasebnim kanalima. Višestruki slojevi gline i

leće pijeska nalaze se od površine do dubine 10 metara. Ispod prvog sloja podvukla se do

dubine 25 metara pjeskovita glina, a to prikazuje očitanje niskog ,visokog u2 i FR vrijednost

od 3,5 do 4,0%. Ispod tih slojeva primijećen je pjeskoviti prah na dubini od 33 metra, ispod

kojeg zaliježe gusti pijesak sve do završetka dubine ispitivanja.


181

Tablica 7.10. Prikaz pojedinih vrsta in situ penetracijskih sondi (DIN 4094)

1) Tolerancija proizvođača.

2) Detalji o tolerancijama proizvođača nisu potrebni.

3) Dijelovi za udaranje (nakovanj i vodič šipke), osim sonde. Rotacijski uređaji za dizanje i otpuštanje hidrauličkog čekića nisu uključeni u ovaj dio.

4) N10 prikazuje broj udaraca potrebnih za postizanje dubine prodiranja od 10 cm, N30 broj udaraca za postizanje dubine od 30 cm, qc - otpor prodiranja šiljka [MN/m

2], fc - otpor po plaštu [MN/m

2].

5) Relativne vrijednosti, mjerene za uvjete srednjeg naprezanja.

6) Prikladan je pristup za rad u bušotini.

DPH - TEŠKA UDARNA SONDA; SPT- DINAMIČKI PENETRACIJSKI POKUS; CPT- STATIČKI PENETRACIJSKI POKUS; DPL - PENETRACIJSKI POKUS S LAGANIM UTEGOM;

DPL5 - PENETRACIJSKI POKUS S LAGANIM UTEGOM, ALI MMANJOM POVRŠINOM ŠILJKA; DPM - PENETRACIJSKI POKUS SA SREDNJE TEŠKIM UTEGOM; DPMA - PENETRACIJSKI POKUS

SA SREDNJE TEŠKIM UTEGOM, ALI MANJOM VISNOM PADA UTEGA.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Br. Oznaka Skraćno

ime Površina šiljka

[cm2]

Promjer vrha noža

1)

d [mm]

Masa utega 1)

[kg]

Visina pada Utega

1)

h [m]

Promjer šipke izvana/ iznutra

2)

[mm]

Masa postolja bez vodilice i utega

3)

Max. kg

Mjerenje veličina

4)

Dubina ispitivanja

od početne točke

(5)

Koristiti limitirano (Tla prema DIN 4022,dio1)

1 Dynamic

Penetrating Heavy

DPH 15 43.7

0.3

50

0.5

0.50

0.01 32/9 18 N10 25 -

2 Standard

Penetration Test

SPT 20 50.5

0.5

63.5

0.3

0.76

0.02

Bez sipki u bušotini

30 N30 0,456)

-

3

Cone Penetration

Test s mjerenjem

pornog tlaka

CPT 10 35.7

0.3 - - 32/-- - qc,fs 40

Tla s većom količinom kamena, zbijeni

šljunak,plastična glina i praškasta tla

4 Dynamic

Probe Light DPL 10

35.7

0.3

10

0.1

0.50

0.01 22/6 6 N10 10

Sloj šljunka srednje i visoke gustoće, glinovita i praškasta tla

5 Dynamic

Probe Light DPL-5 5

25.2

0.02

10

0.1

0.50

0.01 22/6 6 N10 8

Gusto zbijena glinovita, praškasta tla,krupnozrnata tla

6 Dynamic

Probe Medium

DPM 10 35.7

0.3

30

0.3

0.50

0.01 32/9 18 N10 20 Gusto zbijeni šljunci

7 Dynamic

Probe Medium

DPM-A 10 35.7

0.3

30

0.3

0.20

0.01 22/6 6 N10 15

Gusto zbijeni šljunak, plastične gline i prašinasta tla


182

7.7. Krilna sonda

Krilna sonda služi za određivanje nedrenirane čvrstoće ( ) na terenu. Ova metoda

razvijena je u Švedskoj, a poslije je prihvaćena i u drugim zemljama. Mjerenje krilnom

sondom se obavlja na dnu bušotine ili u sondažnim jamama. Sonda se sastoji od dvije

metalne ploče visine H i širine D, koje su međusobno poprečno pričvršćene za metalnu šipku

pod kutom od 90 (Slika 7.28.). Za tla veće čvrstoće koriste se krila manje, a za mekša tla

veće širine i visine.

Slika 7.27. Oprema za ispitivanje krilnom sondom na terenu

Postupak mjerenja: mjerna sonda sa krilcima (veličina krilca DxH je 100x200 mm za

vrlo mekana tla i 40x80 mm za tvrda tla) sa konstantnom brzinom (max 20 mm/s), utiskuje

se u tlo ispod dna bušotine kroz poremećenu zonu do dubine 4 promjera bušotine. Sa

konstantnom brzinom 6 do 12 okretaja/min torzijski se vrte krilca i mjeri se torzijski moment.

Iz najveće očitane vrijednosti dobiva se posmična čvrstoća ( ). U nastavku ispitivanja

tlo se dodatno poremeti sa 5 do 10 brzih okretaja sonde, pri čemu se dobiva nedrenirana

(rezidualna) posmična čvrstoća . Cijeli pokus traje 3 do 15 minuta.


183

Slika 7.28. Krilna sonda i prikaz nedrenirane čvrstoće (Preuzeto od Kvasnička)

Kod sporijeg izvođenja ispitivanja u muljevito-pješčanim terenima, može već za

vrijeme ispitivanja doći do disipacije pornih tlakova i samim time do previsokih vrijednosti.

Odnos između vršne i rezidualne nedrenirane posmične čvrstoće definira se kao

osjetljivost tla (S).

Ispitivanje krilnom sondom je veoma važno, prije svega za sigurno i ekonomično

projektiranje objekata na mekom tlu, a posebno je korisno u kombinaciji sa CPT i

laboratorijskim ispitivanjima. Kod ocjenjivanja rezultata potrebno je uzeti u obzir korekcije

vezane uz granicu tečenja, indeks plastičnosti i vertikalni tlak.

ef e

ktivna

na

pre

zan

ja u

tl u

od v

l ast it e

te

ži n

e

g

površina

povećanje nedrenirane

čvrstoće vlaženjem i sušenjem

kora c raste s dubinomjer i efektivna

naprezanja od vlastite težine rastu s dubinom

z1

z z

g` od z1 cu 1 od z


184

Slika 7.29. Postupak mjerenja krilnom sondom

Izraz za nedreniranu čvrstoću tla se dobije izračunavanjem momenata aktivnih

sila (M) i momenata sila otpora po oplošju valjka od tla, koji nastaje rotacijom krilca. Rezultat

mjerenja je nedrenirana čvrstoća koja raste s dubinom jer rastu i početna efektivna

naprezanja (od vlastite težine tla).

gdje je:

– moment aktivne sile,

– širina krila sonde,

– visina krila sonde.

Kada se na istoj vertikali izvodi više ispitivanja udaljenost između jednog i drugog

mjesta ispitivanja po dubini mora biti 0,5 m, dok horizontalna udaljenost između dvije

vertikale mora biti 2 m.

metalna šipka

utiskivanje krilne sonde do

dna bušotine

1. Umetanje

krilne sonde

2.Okretanje i mjerenje momenta

torzije

4 okomita krila

D=100 mm

H=200 mm

B=promjer

bušotine

D=4B

širina krila D debljina oštrice

(e)

3.Izvođenje 8-10 dodatnih krugova

4.Mjerenje momenta

potrebnog za izazivanje sloma

tla


185

B

balast

hidraulična preša

oslonac

Slika 7.30. Različite geometrije krilnih sondi

7.8. Probno opterećenje

Pomoću probnog opterećenja određuju se deformacijske karakteristike tla i kritično

opterećenje koje uzrokuje slom tla ispod odabrane veličine probne ploče.

a)

b)

B

sandukležaj

vodilice

teret cigla ili šljunak)

Zašiljena sonda

Pravokutna sonda

M-moment M-moment

Slika 7.31. Pozicije za probno opterećenje: a) opterećenje pomoću tereta;

b) opterećenje uz pomoć hidrauličke preše


186

Probne ploče se mogu opteretiti izravno, postepeno puneći sanduk za balast ili preko

hidraulične preše. U svim slučajevima opterećenje se nanosi u intervalima od 25 do 100

kN/m2, pokušavajući dovesti tlo do sloma. Na slabo propusnim tlima ponekad opterećenje

mora djelovati i do 24 h.

Kada se postigne napon sloma tla ploča na tlu počinje naglo tonuti, prije nanošenja

sljedećeg opterećenja treba se pričekati konsolidacija slijeganja, ali ne manje od 10 minuta

ako je tlo vrlo propusno. Ako se želi dobiti čvrstoća sloma za koherentna tla, bez

konsolidacije, onda se probno opterećenje izvodi brzim povećanjem sile.

7.8.1. Ispitivanje metodom kružne ploče (statički modul deformacije)

Mjerna oprema za dobivanje slijeganja podloge po postupku s kružnom pločom

sastoji se od :

Preše najmanje potisne sile od 500 N za mjerenje pritiska;

Komparatora sa mjernim područjem najmanje od 10 mm i podjelom od

0,01 mm;

Štoperice;

Libele;

Opreme za određivanje vlažnosti s aparatom CM sa karbidnim ampulama ili

cilindrima za vađenje neporemećenih uzoraka.

Uz navedenu opremu, kod svih mjerenja s kružnom pločom, osim kod mjerenja

dinamičkog deformacijskog modula, potreban je primjeren protuuteg (balast).

Kružna ploča najčešće ima promjer 30 cm i debljine je 2,5 cm, dok ploča koja se ne

upotrebljava toliko često ima promjer od 159,6 mm. Na ploču trebaju biti pričvršćena tri

nastavka za postavljanje mjernih urica (najmanji razmak 1m od ploče). Na kružnoj ploči se

nalazi utor predviđen za stabilno postavljenje dodatne podložne ploče.

Sprave za opterećenje kružne ploče moraju omogućiti opterećenje i rasterećenje u

istim intervalima, a sastoje se od:

Uljne hidraulične pumpe za postizanje pritiska;

Tlačne cijevi;

Hidrauličnog cilindra.

Kod uređaja za opterećenje treba provjeravati mjerač za preopterećenje, kako ne bi

došlo do pogrešnih rezultata. Točnost se mora kretati s najvećim odstupanjem od 1%.


187

Slika 7.32. Detalji statičke kružne ploče

Pokus se treba izvoditi na poravnatoj površini. Veliku pažnju treba posvetiti kontaktu

između ploče i tla na cijeloj površini. Ako je potrebno zaravnavanje površine, može se

koristiti sloj pijeska ili gipsa.

Hidrauličnu prešu za dobivanje opterećenja potrebno je staviti u sredinu ploče i

osigurati je od prevrtanja. Svi uređaji za mjerenje slijeganja moraju biti izvan utjecaja

protuutega, te izvan utjecaja kružne ploče. Mjerne urice postavljaju se okomito na mjernu

površinu, tako da budu čitljive.

U sklopu postavljanja kružne ploče neophodan je i kratkotrajni pokus

predopterećenja, nakon čega se urice stavljaju u početni položaj. Cijeli pokus ne smije biti

pod utjecajem vibracija.


188

Slika 7.33. Građevinski stroj kao balast

7.8.1.1. Određivanje modula stišljivosti (Prema HRN U.B1.046)

Modul stišljivosti izražava mjeru slijeganja ispitanog sloja djelovanjem pritiska po

točno utvrđenim uvjetima. Modul stišljivosti tla mjeri se s jednakomjernim povećanjem

opterećenja kružne ploče određenih dimenzija, te mjerenjem izazvanog slijeganja. Mjerna

oprema za određivanje modula stišljivosti jednaka je kao i u poglavlju 7.8.1. Podjelu na

manometru treba prilagoditi vrsti ispitivane podloge.

Postupak ispitivanja:

Kod pristupanja mjerenju modula stišljivosti prema HRN U.B1.046 normi, najprije

treba odrediti stanje vlažnosti na području mjerenja. Iznos vlažnosti treba biti blizu

optimalne vlažnosti po Proctoru (Poglavlje 10.10.2. i 10.10.3.). Kod materijala koji su

osjetljivi na vlažnost (koherentni materijali) treba odrediti prirodnu vlažnost te je

usporediti s optimalnom vlažnošću. Kod nekoherentnih materijala ispitivanje vlažnosti

je manje važno jer nema tolikog utjecaja kao u koherentnim materijalima.

Površina na mjestu mjerenja mora biti pripremljena i osigurana od bilo kakvih vanjskih

utjecaja. Mjesto za ispitivanje treba odabrati tako da vizualno izgleda najlošije iz

razloga jer se trebaju eliminirati baš ta mjesta naknadnim popravcima (cesta propada

na lošijim mjestima, a ne na dobrim). Vezana tla garantiraju nalijeganje kao i pijesak

ili pjeskoviti šljunak, jer kod takvih materijala nema potrebe za dodavanjem pijeska ili

gipsa na mjesto mjerenja.


189

Nakon odabiranja mjesta mjerenja aparatura se postavlja tako da naliježe cijelom

površinom na podlogu. Preša se stavlja na kružnu ploču te se uz pomoć hidrauličnog

klipa upire u oslonac (Slika 7.33.), nakon toga se postavljaju držači komparatora

zajedno s komparatorima. Kraci komparatora trebaju biti na razmaku 1 m od ploče i

međusobno razmaknuti za 120.

Ploču najprije treba opteretiti sa 0,05 MN/m2, te se to opterećenje drži jednu minutu

do rasterećenja. Sada se komparatoti mogu postaviti u nulti položaj. Početno očitanje

komparatora je 0, a progib ploče se registrira povećanjem vrijednosti na komparatoru

pri određenim opterećenjima.

Kada se postigne opterećenje od 0,05 MN/m2 počinje se mjeriti vrijeme, a slijeganje

se bilježi nakon 1,2,3… minute sve dok slijeganje ne bude manje od 0,05 MN/m2 u

posljednje tri minute kod ispitivanja posteljice, odnosno 2 minute kod ispitivanja

nosivih slojeva. Vrijednost slijeganja se dobiva izračunavanjem aritmetičke sredine

svih slijeganja izmjernih komparatorima. Nakon svakog povećanja opterećenja bilježi

se slijeganje nakon 1,2,3… minute sve do konsolidacije.

Najčešće se upotrebljavaju ovi stupnjevi opterećenja:

Kod ispitivanja slojeva nasipa, poboljšanog tla i posteljice (završni sloj nasipa) i u

usjeku: 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 i 0,25 MN/m2.

Kod ispitivanja tampona i donjeg nosivog sloja (ukoliko su od nekoherentnog

mineralnog agregata ili agregata stabiliziranog cementom) na: 0,05; 0,10; 0,15;

0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40 i 0,45 MN/m2.

Kod ispitivanja nosivog sloja aerodromske piste (bez zastora) od: 0,05; , 0,10; 0,15;

0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50 i 0,55 MN/m2.

Modul stišljivosti je značajna vrijednost za deformabilnost materijala kod postupka

jednokratnog opterećenja kružne ploče, a dobiva se na osnovu nagiba sekante krivulje

slijeganja u određenom periodu opterećenja.

Osnovna jednadžba za određivanje modula stišljivosti glasi:

pri čemu je:

- slijeganje,

- opterećenje,

- promjer kružne ploče.


190

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

slije

gan

je (

mm

)

naprezanja (MN/m2)

Slika 7.34.Obrazac za ispitivanje modula stišljivosti (Prema HRN U.B1.046 )

HRN U.B1.046

Građevina:

Mjesto i dionica:

Mjerenje proveo:

Stacionaža:

Udaljenost od osi: Profil ploče: 300 mm

Sloj: ZAVRŠNI Dubina:

t

(sec)

(MN/m2)m1 m2 m3

(m1+m2+m3)/3

(mm)

s

(mm)Ms

0 00,05 16 13 11 0,133 postignuti

0,15 59 57 58 0,580

0,25 110 109 108 1,090

0,35 166 163 163 1,640

0,45 215 209 206 2,100

Ocjena ispitivanja zbijenosti: Ispitao:

Datum:

MN/m2

Broj ispitivanja: 10

58,820,510

Kristijan Grabar, dipl.ing.geot.

ISPITIVANJE MODULA STIŠLJIVOSTI

HRAŠĆICA

materijal zapune između temelja

STAMBENA GRAĐEVINA HRAŠĆICA

ZADOVOLJAVA 16.03.2007.

MS = 100 MN/m2 300

MS = 80 MN/m2 300

MS = 70 MN/m2 300

MS = 60 MN/m2 300

MS = 50 MN/m2 300

MS = 40 MN/m2 300

MS = 15 MN/m2 300 MS = 20 MN/m2 300

MS = 30 MN/m2 300

traženi minimum


191

Provedeno je tekuće terensko ispitivanje modula stišljivosti pripremljenog završnog

sloja zapune između temelja kružnom pločom 300 mm prema HRN U.B1.046 standardu.

Ukupno je provedeno deset (10) ispitivanja.

Rezultati mjerenja priloženi su u tablici 7.11. i slici 7.34. Traženi minimalni modul

stišljivosti prema projektnom zahtjevu za ispitivani pripremljeni nasip zapune iznosi Ms = 40

MN/m2.

Tablica 7.11. Pregledna tabela ispitivanja

ZAKLJUČAK:

Temeljem provedenih ispitivanja može se zaključiti da su u vrijeme ispitivanja

ZADOVOLJILE sve ispitne točke na zadani minimalni kriterij od Ms=40 MN/m2.

U dijajagramu na slici 7.34. nacrtane su linije opterećanje-slijeganje (u daljnjem

tekstu linije p-s), te linije dijele polje dijagrama na zone i zbog toga se nazivaju graničnim

linijama.

Dijagram se može podijeliti na različite vrste podloga i nosivosti, pa tako za ceste:

Zona 1 ispod vrijednosti Ms= 25 MN/m2 označava koherentna tla nedovoljne nosivosti

(nasipi, posteljice, sraslo tlo itd.);

Zona 2 između vrijednosti Ms= 25 MN/m2 i Ms= 40 MN/m2 označava nekoherentna

tla nedovoljne nosivosti (nasipi, posteljice, sraslo tlo itd.);

Zona 3 i 4 između vrijednost Ms= 40 MN/m2 i Ms= 80 MN/m2 te vrijednosti Ms= 80

MN/m2 i Ms= 100 MN/m2 označava donji nosivi sloj nedovoljne nosivosti zavisno o

veličini prometnog opterećenja.

datum: sloj: broj probe: mjesto: ocjena:

16.03.2007. materijal zapune između temelja - završni 1 Ms= 45,22 MN/m2

ZADOVOLJAVA

2 Ms= 58,82 MN/m2

ZADOVOLJAVA

3 Ms= 46,15 MN/m2

ZADOVOLJAVA

4 Ms= 45,68 MN/m2

ZADOVOLJAVA

5 Ms= 45,22 MN/m2

ZADOVOLJAVA

6 Ms= 42,45 MN/m2

ZADOVOLJAVA

7 Ms= 53,57 MN/m2

ZADOVOLJAVA

8 Ms= 48,64 MN/m2

ZADOVOLJAVA

9 Ms= 63,82 MN/m2

ZADOVOLJAVA

10 Ms= 58,82 MN/m2

ZADOVOLJAVA

STAMBENA GRAĐEVINA HRAŠĆICA

prema

dispoziciji

u prilogu


192

Prema smještaju p-s linija unutar dijagrama na slici 7.34. može se odrediti nosivost

ispitane podloge prema traženoj namjeni.

Da bi se ocijenilo da li ispitivana podloga odgovara propisanim uvjetima, koriste se

grafički i računski kriterij.

Grafički kriterij za pozitivnu ocjenu ispitivanja

Linija p-s, nacrtana kao u primjeru na slici 7.34. mora ležati u određenoj zoni

dijagrama te u određenom području mora imati manji nagib od graničnog nagiba za

određenu vrstu podloge.

Za nasip, usjek, posteljicu (koherentni materijal) vrijednosti se moraju nalaziti

iznad pravca koji pokazuje vrijednosti Ms= 25 MN/m2;

Za nasipe iz kamenog materijala (tamponski sloj od nekoherentnih materijala)

vrijednosti se moraju nalaziti iznad pravca koji pokazuje vrijednosti Ms= 40

MN/m2;

Za donji nosivi sloj vrijednosti se moraju nalaziti iznad pravca koji pokazuje

vrijednosti Ms= 80 MN/m2 ili Ms= 100 MN/m2.

Računski kriterij za pozitivnu ocjenu ispitivanja

Računski se modul stišljivosti računa prema jednadžbi za izračunavanje modula

stišljivosti :

Za nasip, usjek, posteljicu (koherentni materijal) mjerno područje se nalazi

između p = 0,05 MN/m2 do p = 0,15 MN/m2. Proračunati modul stišljivosti

mora imati vrijednost Ms= 25 MN/m2;

Za nasipe iz kamenog materijala (tamponski sloj od nekoherentnih materijala)

mjerno područje se nalazi između p = 0,05 MN/m2 do p = 0,05 MN/m2.

Proračunati modul stišljivosti mora imati vrijednost Ms= 40 MN/m2;

Za donji nosivi sloj mjerno područje se nalazi između p = 0,15 MN/m2 do p =

0,25 MN/m2. Proračunati modul stišljivosti mora imati vrijednost Ms= 80-100

MN/m2.

Ako u projektu nisu zadani zahtijevani moduli stišljivosti potrebno je pridržavati se

vrijednosti i mjerodavnih područja iz zadane norme.

Kod ispitivanja mogu nastati pogreške nepoštivanjem konsolidacije. Ne može se

prijeći na sljedeće mjerenje sve dok slijeganje u posljednje 3 minute ne bude manje od 0,05

MN/m2 kod ispitivanja nasipa, usjeka i posteljice, odnosno 2 minute kod ostalih podloga.

Pogreška se može pojaviti i u slučaju prevelike ili premale vlažnosti.


193

Kod pisanja izvještaja za ispitivanje i interepretacije podataka dobivenih kružnom

pločom treba obavezno napomenuti prema kojoj se normi ispitivanje radilo.

U izvještaju također treba navesti :

Ocjenu rezultata da li zadovoljava, ne zadovoljava ili je tolerantna (kada je rezultat

modula stišljivosti manji od zahtijevanog za 5%);

U izvještaju se treba naglasiti da je izvođač bio usmeno i pismeno (upisom u

građevinski dnevnik) obaviješten o rezultatima ispitivanja.

7.8.1.2. Modul stišljivosti (Prema DIN 18134)

Kod mjerenja statičkog deformacijskog modula opterećenje treba toliko dugo rasti dok

se ne dosegne slijeganje od 2 mm ili normalno naprezanje pod pločom ne iznosi više od

0,5 MN/m2 . Ako dođe do prekomjernog preoblikovanja podloge, mjerenje treba prekinuti.

Opterećenja se nanose u 6 intervala. Svaki sljedeći stupanj opterećenja smije biti

nanošen tek nakon što urica u zadnjoj minuti ne prikazuje slijeganje više od 0,02 mm. Ako je

slučajno došlo do preopterećenja, opterećenje se ne smije smanjivati nego se mora

zabilježiti. Kružnu ploču je potrebno rasteretiti u tri navrata i to na 50%, 25% i 0% najvećeg

opterećenja. Modul stišljivosti tla mjeri se s jednakomjernim povećanjem opterećenja kružne

ploče kod kojeg je potrebno osigurati prvi stupanj opterećenja od 0,05 MN/m2. Kada je

opterećenje za prvi stupanj omogućeno treba očitati vrijednosti slijeganja na uricama i to kod

mjerenja:

na koherentnim materijalima u razmaku 3, 6, 9 minuta ili

na nekoherentnim materijalima u razmaku od 2, 4, 6, 8 minuta.

Vrijeme opterećenja koje je bilo potrebno kod prvih mjerenja (npr. 9 min), mora biti i kod

sljedećih opterećenja.

Najčešće se upotrebljavaju ovi stupnjevi opterećenja:

Na temeljnim tlima i nasipima po 0,05 MN/m2 do konačnog opterećenja od

0,25 MN/m2;

Na posteljici po stupnjevima 0,01 MN/m2 od 0,05 MN/m2 do 0,45 MN/m2;

Na nevezanim nosivim slojevima po 0,01 MN/m2 od 0,05 MN/m2 do 0,55

MN/m2.

Modul stišljivosti je značajna vrijednost za deformabilnost materijala kod postupka

jednokratnog opterećenja kružne ploče, dobiva se na osnovu nagiba sekante krivulje

slijeganja u određenom periodu opterećenja.


194

Osnovna jednadžbi za određivanje modula stišljivosti:

potrebno je poštovati vrijednosti izmjerene u područjima opterećenja .

7.8.1.3. Statički modul deformacije

Osnova za izračun statičkog deformacijskog modula je formula:

gdje je:

- statički deformacijski modul,

- razlika između dviju vertikalnih opterećenja ( ),

- razlika između slijeganja kružne ploče pri promjeni specifičnog

opterećenja,

- promjer kružne ploče.

Za ocjenu nosivosti podloge potrebno je po ovoj jednadžbi izračunati statički modul

deformacije , a za ocjenu zbijenosti statički modul deformacije , tj. omjer .

Vrijednost je potrebno izmjeriti u području jednakog tijeka slijeganja podloge, kod

opterećenja u raznim stupnjevima. Često je to:

Kod opterećenja između 2. i 5. stupnja;

Kod opterećenja između 2. i 6. stupnja.

Dijagramom na slici 7.35. prikazane su vrijednosti za izračun deformacijskih modula:


195

Slika 7.35. Dijagram slijeganja u ovisnosti o opterećenju

Tablica 7.12. Primjer računanja modula stišljivosti na temelju rezultata ispitivanja prikazanih na slici

7.35.

Krivulja

-

-

I. 0,25 0,10 0,15 0,641 0,267 0,374

II. 0,30 0,10 0,20 0,847 0,637 0,210

Krivulja p2 s1 p s2 s1 s

I. 0,35 0,25 0,10 0,833 0,641 0,193

slij

eg

an

je „

“

opterećenje „ “


196

Slika 7.36. Prikaz obrasca iz programa GGU- Plateload

GGU Plateload (radi prema DIN 18134, DIN 18134:2010-04 (Draft) ili Austrijski

Standard B 4417) je program koji služi za izračun i grafički prikaz rasterećenja i opterećenja

tla statičkom kružnom pločom. Ovaj program sadrži: prikaz mjerila u MN/m2 i kN, s točnošću

do četvrte decimale; korisničko definiran izlazni list; kratku izlaznu tabelu na listu dijagrama;

provjeru završnih vrijednosti; vizualizaciju s DIN standardom 18134 i prikaz vrijednosti u

skladu s DIN standardom 18134.

Naru cilac:

O b j e k t :

L o k a c i j a : O s i je k

V r s ta p o d l o g e : 0 / 9 0 (3 5 c m ) - 0 / 6 0 (1 5 c m )

T e s t b r o j: 1

P r o m je r p l o c e : 3 0 c m

Kruzna ploca

E d it e d b y : D a t e : 1 6 . 0 2 .2 0 0 4 .

DIN 18 134

Geotehnicki fakultetHallerova aleja 7

V arazdin

Ev 2 = 64 .2 Ev 2 (N o rm ) = 100.0 MN/m²

Ev 2 / Ev 1 = 1.17Ev 2 / Ev 1 (N o rm ) = 2.30

Conditions not fulfi lled

1 . Loading. 2. Loading.0 m a x [M N/m²] 0.500 0.450a1 [mm/(M N/m²)] 3.283 3.042a2 [mm/(M N

2/m

4)] 1.667 0.930

Ev [MN /m²] 54.7 64.2Ev 2 / Ev 1 [-] 1.17

Bilje sk e :

0.450 212.0

0.400 194.0

0.320 164.0

0.240 136.0

0.160 108.0

0.080 80.0

0.000 58.0

0.120 134.0

0.250 182.0

0.500 216.0

0.450 186.0

0.400 162.0

0.320 128.0

0.240 98.0

0.160 66.0

0.080 32.0

0.000 0.0

N o rm al Stress

[M N / m²]

Se ttlem ent

[0.01 * m m]

N o rmal Stress [M N /m ²]

Se

tte

lme

nt

[mm

]

0 .00 0.10 0.20 0. 30 0.40 0.500.0 0

0.5 0

1.0 0

1.5 0

2.0 0

2.5 0

3.0 0

3.5 0

4.0 0

4.5 0

5.0 0


197

7.8.2. Ispitivanje metodom kružne ploče (dinamički modul deformacije)

Oprema za mjerenje dinamičkog modula deformacije naziva se dinamička kružna

ploča. Dinamička kružna ploča ima promjer 30 cm i debljinu najmanje 2,5 cm. Na ploču je

pričvršćeno kućište koja u sebi sadrži senzor i čep za postavljanje vodilice. Koristi se za

mjerenja kod kojih su: 10 N/mm2 Evd 125 N/mm2, kod uglatih i zaobljenih agregata, kod

tala koja sadrže do 30% slomljenog materijala i kod mineralnih tala koja sadrže veličinu

čestica d > 63 mm 15% (prema TP BF-StB).

Slika 7.37. Shema dinamičke kružne ploče

Masa vodilice, čelične podloške s kućištem i osigurača utega iznosi 5 kg 0,25 kg,

sila udarca iznosi 7,07 kN, dok trajanje pada utega traje 18 ms 2 ms. Sveukupna masa

sklopa dinamičke kružne ploče iznosi 15 kg 0,25 kg.

Postupak pripreme površine za mjerenje jednak je postupku opisanom kod statičke

kružne ploče, jedino što se za zaravnavanje površine koristi suhi pijesak srednje granulacije.

Na postavljenu kružnu ploču treba postaviti okomito vodilicu za uteg sa svim dijelovima za

mjerenje. Za osiguravanje tijesnog nalijeganja ploče na površinu potrebno je na mjernom

mjestu izvesti predopterećenje trima udarcima s određene visine. Uteg je kod svakog udarca

potrebno uloviti nakon odbijanja. Amplituda slijeganja ne smije biti veća od 0,02 mm, i pri

tomu treba paziti da je osigurana kalibrirana visina slobodnog pada utega.

1 – Kružna ploča,

2 – Čep za postavljanje vodilice,

3 – Vodilica za slobodno padanje utega,

4 – Uteg (10 kg ± 0,1 kg) s prstenastom ručicom,

5 – Osigurač utega,

6 – Čelična podloška s kučištem,

7 – Osigurač protiv prevrtanja.


198

7.8.2.1. Dinamički modul deformacije

Dinamički deformacijski modul iznosi:

gdje označava srednje normalno naprezanje pod pločom opterećenom

maksimalnom silom (Fs).

Za ocjenu modula je mjerodavna srednja vrijednost tri mjerenja.

7.8.3. Mjerenja kružnom pločom (zapisnik)

O svim provedenim mjerenjima vodi se poseban zapisnik koji mora sadržavati

podatke o:

Mjernom mjestu;

Međusobnim ovisnostima stupnja opterećenja i nastalim slijeganjima ispod kružne

ploče.

Potrebni podaci o mjernom mjestu:

Točna lokacija;

Vrsta materijala u podlozi;

Vremenski uvjeti i temperatura;

Datum i vrijeme mjerenja;

Posebne zabilješke (ako je potrebno).

Uz osnovne podatke, pri mjerenju treba još navesti stupanj opterećenja i značajke

ispitivanja (način mjerenja, promjer ploče). Za svaki postupak opterećenja u zapisnik se

moraju evidentirati sva slijeganja, tj. očitanja na mjernim uricama. Slijeganja kod zasebnih

opterećenja i tijek slijeganja moraju biti na pregledan način prikazani u grafičkom obliku.


199

7.8.4. Modul reakcije tla

Postupak pripreme površine je jednak kao i u slučaju mjerenja statičkog modula

deformacije. Razmak između ploče i protuutega iznosi za ploču promjera 600 mm najmanje

1,10 m, dok kod ploče s promjerom od 762 mm iznosi minimalno 1,30 m. Za osiguravanje

tijesnog nalijeganja ploče na površinu, ploču treba predopteretiti s 0,01 MN/m2, što uključuje i

silu težine ploče i pritisnog bata. Predopterećenje treba trajati toliko dugo dok u zadnjoj

minuti razlika između slijeganja ne bude veća od 0,05 mm.

Modul reakcije tla je značajna vrijednost za deformabilnost materijala kod postupka

jednokratnog opterećenja kružne ploče, a dobiva se na osnovu nastalog slijeganja. Modul

reakcije tla treba izračunati po osnovnoj jednadžbi za izračun:

Mnoge se metode dimenzioniranja geotehničkih objekata temelje na modulu reakcije

tla. Njegova vrijednost ovisi o obliku i veličini opterećene plohe. Pokus se najčešće izvodi s

krutom kružnom pločom kojoj je promjer 75 ili 30 cm.

Slika 7.38. Parametri potrebni za proračun slijeganja kod probne ploče


200

Temeljem slike 7.38. koriste se izvedene formule:

Uvrštavanjem poznatih parametara E i , slijedi:

Za , slijedi:

Primarno i sekundarno slijeganje može se prikazati u logaritamskom mjerilu

pripadnim dijagramom na slici 7.39.


201

Slika 7.39. Dijagram slijeganja u logaritamskom mjerilu

Slika 7.40. Dijagram odnosa slijeganja i naprezanja u pokusu kružnom pločom

310 410 510 610

710

2 min

W

W prim

W s ek

W i

21010

0,12 cm

slijeganje w

op

tere

ćen

je

´ k

n/m

σ

2


202

7.8.5. Korelacija podataka između dinamičke i statičke ploče

Tablica 7.13. Usporedba postotka zbijenosti s modulima deformacija (Prema DIN 18 196)

Vrsta tla Postotak zbijenosti

prema proctoru

Modul deformacije

Evs2

Modul deformacije

Evd

DIN 18 196 % MN/m2

MN/m2

GW, GI,GU1),GT1) prema ZTVT

103 120 60

GW, GI, GU, GT prema ZTVT

100 100 50

98 80 40

97 70 35

GE, SE, SW, SI

100 80 40

98 70 35

97 60 32

Izmiješana tla GU2),GT2),SU, ST

npr. stijene

100 70 35

97 45 25

Dobro graduirana tla, U, T Izmiješana tla

GU*, GT*, US*, ST*

97 45 25

95 30 20

1)

GU/GT Tlo sadrži ne više od 7% čestica manjih od 0,063 mm (ZTVT agregat kao u postavljenim uvjetima). 2)

GU/GT Tlo sadrži 7-15 % čestica manjih od 0,063 mm.

7.8.5.1. Međunarodne korelacijske formule

Nekoliko korelacijskih rezultata je dostupno u međunarodnoj literaturi za i

, a najvažniji su prikazani na slici 7.41. Direktne korelacije ne koriste se u struci,

generalno samo neke granične vrijednosti koje su zadane za i . Četiri njemačka

standarda daju slične granične vrijednosti modula (Slika 7.41.).

Slika 7.41. prikazuje da vrijednosti dobivene statičkom pločom premašuju barem dva

puta vrijednosti dobivene dinamičkom pločom. Samo dvije publikacije prikazuju da su

vrijednosti manje od dvostruke, a ta mjerenja su bazirana na modulima mjerenim svega

nekoliko puta i to na malim intervalima.

Jasno je da njemački standardi traže dinamičke vrijednosti modula oko korelacijske

linije koja prikazuje podatke koji premašuju dvostruku vrijednost, što znači da svi standardi

koriste najmanju vrijednost korelacije za ograničavanje vrijednosti .


203

Slika 7.41. Korelacijske vrijednosti iz međunarodne literature (Preuzeto od Tompai)


204

7.9. Ispitivanja gustoće i obujamske težine na terenu

Za ispitivanje gustoće i obujamske težine koristi se nekoliko metoda koje kombiniraju

laboratorijska i terenska mjerenja.

7.9.1. Metoda s cilindrom poznatog obujma

Ova metoda najčešće se koristi za ispitivanja sitnozrnih materijala, a izvodi se u

laboratoriji i na terenu. Oprema se sastoji od metalnog cilindra poznatog obujma. Cilindar se

sastoji od tijela cilindra, noža i glave s otvorima za izlazak zraka, ovisno o materijalu kod

kojeg se koristi ispitivanje postoje dvije vrsta cilindara:

Cilindar s dvodijelnim omotačem

Cilindar s tankim omotačem

Slika 7.42. Cilindri poznatog obujma za uzimanje uzoraka

Masa uzorka s cilindrom se dobije tako da se cilindar utisne u tlo, a nakon toga da se

izvadi i zajedno s uzorkom izmjeri.

Volumen cilindra je poznat pa se izračunava gustoća i obujamska težina uzorka. Masa i

obujam uzorka određuje se u laboratoriju mjerenjem i vaganjem uzorka tla.


205

7.9.2. Metoda pomoću kalibriranog pijeska

Na terenu se u tlu iskopa rupa kojoj je potrebno odrediti volumen (do 3 dm3).

Iskopani materijal se dostavlja u laboratorij te se iz poznate mase (vlažne i suhe) odrede

vlažnost, gustoća i suha gustoća ugrađenog materijala.

Iskopani volumen tla se određuje tako da se iznad rupe postavi posuda s kalibriranim

pijeskom, slika 7.43. Kroz lijevak se pijesak upusti u rupu. Na staklenom balonu se nalazi

podjela u jedinicama volumena, iz te podjele se odredi razlika prije i nakon upuštanja pijeska

te se tako određuje volumen iskopane rupe.

Kalibrirani pijesak je jednoliko graduirani kvarcni pijesak kod kojeg zrna zauzimaju

približno jednaki volumen u rahlom i zbijenom stanju.

Slika 7.43. Određivanje gustoće tla pomoću kalibriranog pijeska

Gustoća materijala dobije se prema izrazu:

obujam rupe iznosi:


206

gdje je:

- masa iskopanog materijala,

- masa cilindrične posude, lijevka i pijeska prije nasipanja,

- masa cilindrične posude, lijevka i pijeska preostalog poslije nasipanja,

- masa pijeska koji je ostao na lijevku,

- gustoća kalibriranog pijeska.

7.9.3. Metoda potapanja uzorka u vodu

Najprije je potrebno izmjeriti masu uzorka tla a zatim se uzorak oblikuje i obloži

parafinom pa se ponovno mjeri. Nakon toga uzorak se potopi u vodu te se izmjeri njegova

težina. Obujamska težina vlažnog tla dobije se iz izraza:

gdje je:

- težina uzorka,

- težina parafiranog uzorka,

- težina uzorka u vodi,

- obujam parafina,

- ukupan obujam parafiniranog uzorka,

- obujamska težina parafina = 8,9 kN/m³.


207

Slika 7.44. Metoda potapanja uzorka u vodu

7.9.4. Metoda potapanja uzorka u živu

Uzorak se stavlja u posudu u kojoj se nalazi živa, nakon toga se uzorak utisne u živu

pločom na kojoj se nalaze šiljci, živa se zatim poravna s gornjim rubom posude. Nakon

mjerenja izmjeri se težina istisnute žive .

Obujamska težina uzorka dobije se preko izraza:

gdje je:

- težina uzorka prije potapanja,

- težina istisnute žive,

- obujamska težina žive ( =135,46 kN/m³).

7.9.5. Metoda pomoću gumene membrane

Propisanim načinom iskopa se rupa u tlu, iskopani materijal se sprema u vrećicu zbog

mjerenja mase uzorka, dalje se uzorak uputi na laboratorijsku obradu. Obujam izvađenog tla

(uzorka) mjeri se utiskivanjem fleksibilne gumene membrane u jamu koja pod tlakom vode,

koji se regulira potiskivanjem klipa u cilindru, iznad jame dobro prione uz stjenke iskopa i

zapuni iskopani volumen tla.


208

Slika 7.45. Metoda pomoću gumene membrane

Razlika nivoa vode u cilindru, očita se na skali rezervoara vode. Ta razlika pokazuje

koliki volumen je bio potreban da se rupa iskopana u tlu ispuni vodom. Laboratorijski se iz

vlažnosti i mase iskopanog materijala odredi gustoća. Uređaj mora biti kalibriran kako bi se

spriječile pogreške, te kako bi se kontrolirala preciznost uređaja.

7.9.6. Metoda pomoću vode ili ulja u plastičnom omotu

Kod ove metode iskopa se uzorak tla te se izvaže njegova masa, rupa iz koje je

uzorak iskopan obloži se plastičnom folijom u koju se onda ulijeva ulje ili voda. Obijam

ulijanog ulja ili vode je ujedno i obujam iskopanog uzorka.

Slika 7.46. Metoda mjerenja obujamske težine pomoću vode ili ulja

Podpovršinski istražni radovi 8. Terenska ispitivanja stijena

209

8.Terenska ispitivanja stijena

Zbog fizičko-strukturnih svojstava stijena (diskontinuiranost, prednapregnutost,

heterogenost i anizotropija) ispitivanje njihove deformabilnosti, čvrstoće i naponskog stanja

provodi se na terenu (in situ), u prirodnom stanju. Navedena svojstva stijena mogu se

ispitivati i na uzorcima u laboratoriju (Poglavlje 11.), no rezultati nemaju toliku točnost kao oni

dobiveni na terenu (uzorak stijene dopremljen u laboratorij više nije u prirodnom stanju

napetosti).

8.1. Terenska ispitivanja mehaničke čvrstoće

8.1.1. Ispitivanje čvrstoće na smicanje

Čvrstoća na smicanje je važan faktor u ispitivanju stijenskih masa jer se lomovi, koji

se javljaju pod djelovanjem opterećenja, najčešće javljaju kod prekoračenja posmične

čvrstoće. Proračuni stabilnosti stijenskih masa izloženih opterećenjima svode se na dva

osnovna problema. Prvo treba pronaći kinematički najnepovoljniju moguću površinu sloma i

zatim za tu površinu odrediti mehaničke karakteristike čvrstoće na smicanje. Površina sloma

može se formirati po postojećim diskontinuitetima (pukotinama), a može se formirati dijelom

kroz postojeće pukotine, a dijelom kroz osnovnu stijensku masu. Zbog toga i postoji

određivanje čvrstoće na smicanje kroz stijensku masu i po pukotinama.

Čvrstoća na smicanje izražava se pomoću dva parametra c i , analogno sa

kohezijom i kutem unutrašnjeg trenja koji se koriste u mehanici tla, iako strogo gledano

nemaju isti fizički karakter, odnosno značenje.

Terenski pokus smicanja velikih razmjera izvodi se na 4 bloka dimenzija 80x80x40

cm ili 63x63x30 cm (ovisno o standardu), isječenih u podu istražnog hodnika (Slika 8.1.).


210

Slika 8.1. Terensko mjerenje direktnog smicanja

Testiranje se može provesti na stijenskoj površini pomoću kablova usidrenih uz

stijenu za ispitivanje, kako bi se omogućilo opterećenje u smjeru normalnom za ispitivanje

posmičnog naprezanja.

8.1.2. Ispitivanje smicanja po pukotini

Postupak ispitivanja smicanja po pukotini je takav da se hidrauličnom prešom izazove

neka sila N, a time i normalna naprezanja u pukotini određene vrijednosti . Nakon toga se

bočnom prešom izaziva sila H, odnosno napon smicanja i istovremeno se crta dijagram

. Nakon što dostigne vrijednost pri kojoj se počinju javljati prirasti pomaka, zaustavi

se povećanje posmičnog naprezanja i zabilježi se vrijednost . Time završava prvi ciklus

mjerenja. Na isti se način izvode još 4 mjerenja kako bi se mogla konstruirati krivulja

iz koje se dobivaju parametri čvrstoće na smicanje i . Svako mjerenje se radi s

drugim iznosom normalnog i posmičnog naprezanja.

8.2. Terenska ispitivanje deformabilnosti stijenske mase

8.2.1. Hidraulička raspinjača

Pritisak na stijensku masu se kod ove metode prenosi s jednom ili više hidrauličkih

preša na zidove istražne galerije, a deformacije se mjere posebnim uređajima pričvršćenim

na mjerni sistem.

1. Sidra,

2. Beton,

3. Široki snop čeličnih prirubnica,

4. Tvrda drvena građa,

5. Čelične ploče,

6 30 tonska dizalica,

7. Pokretni kolosijek,

8. Čelični valjci,

9. Armirano betonski jastuk,

10. Noseća ploča,

11. Stiropor,

12. 50 tonska dizalica,

13. Čelična kugla.


211

Slika 8.2. Metoda hidrauličke raspinjače (Preuzeto od Kujundžić)

Za izazivanje opterećenja koriste se specijalni limeni jastuci. Opterećenja se izazivaju

upumpavanjem vode u limeni jastuk koji se postavlja na posebno izravnato mjesto

prekriveno mortom debljine 3-5 cm, preko kojeg se postavlja drvena ploča kružnog oblika.

Na zidu se iskopa i izbetonira upornjak u kojeg se razapire limeni jastuk uz pomoć drvenih

stupova i klinova. Deformacije se mjere u središtu opterećene površine, stoga limeni jastuk u

sredini ima izrađenu rupu.

Vrijednosti modula deformacije i elastičnosti dobivaju se i Bussinesqovih izraza:

Proračun iz obodnih deformacija:

Proračun iz središnje deformacije

gdje je:

– ukupno opterećenje,

– Poissonov koeficijent,

– polumjer opterećene površine,

– obodna deformacija,

– povratni dio izmjerene deformacije,

– centralna deformacija,

– povratni dio centralne deformacije.


212

8.2.2. Hidraulički jastuk

Limeni jastuk promjera 2 m stavlja se u specijalno izrađen prorez u stijeni, a prostor

između jastuka i stijene se zapuni betonom. Na jastuk se priključuju uređaji za mjerenje

deformacija koji rade na principu promjene volumena tekućine. Jastuk se ispunjava vodom,

te se pumpanjem vode posebnom pumpom povećava tlak u jastuku koji se prenosi na

stijensku masu.

Slika 8.3. Metoda hidrauličkog jastuka (Preuzeto od Kujundžić)

Proračun deformacija i modula elastičnosti rade se na sljedeći način (prema

Bussinesqu):

gdje je:

– ukupno opterećenje,

– radijus opterećene kružne površine,


– ukupna srednja deformacija,

– povratni dio srednje deformacije.

Izračuni za dobivanje D i E iz obodnih deformacija jednaki su kao i kod hidrauličke

raspinjače.

1. Prorez u stijenskoj masi,

2. Limeni jastuk,

3. Beton,

4. Vodopokazna cijev,

5. Pumpa,

6. Uređaji za mjerenje pomaka.


213

8.2.3. Probna komora

Ova metoda eksperimentalnog ispitivanja deformabilnosti i vodopropusnosti stijenskih

masa koristi se kod tunela i okna pod pritiskom. Ova metoda izvodi se tako da se jedan dio

tunela ili potkopa zatvori čelnim pregradama, te se napuni vodom. Centrifugalnom pumpom

se sve stavlja pod hidrostatski tlak. Nakon toga se mjere deformacije uz pomoć mjernih

uređaja.

Slika 8.4. Probna komora (Preuzeto od Kujundžić)

Modul deformacije i modul elastičnosti izračunavaju se na osnovu promjena

presjeka probne komore i Lemeovih izraza:

gdje je:

– unutrašnji hidrostatski tlak,

– presjek probne komore,

– ukupna deformacija (promjena dužine presjeka),

– povratni dio deformacije,

– Poissonov koeficijent.

Promjene presjeka mjere se u 3 poprečna profila, a u svakom profilu u 4 pravca:

vertikalno, horizontalno, koso, lijevo i desno pod kutom od 45.

PRESJEK A-A

čelična kupola

PRESJEK C-C

PRESJEK B-B

1. Cijev za zrak,

2. Cijev za manometar,

3. Termometar,

4. Cijevi za kablove,

5. Vodopokazna cijev,

6 Cijev za dovod i odvod vode,

7. Thompsonov preljev,

8. Nosači instrumenta,

9. Elektronički instrumenti,

10. Izolacija.


214

8.2.4. Sondažni dilatometar

Princip rada sondažnog dilatometra sličan je principu rada presiometera. Hidrostatski

tlak izazvan u dilatometru prenosi se preko omotača od gume na stijenke bušotine, dok se

deformacije uz pomoć specijalnog uređaja mjere u dva međusobno okomita pravca na

polovici visine dilatometra.

Slika 8.5. Sondažni dilatometar (Preuzeto od Kujundžić)

Modul deformacije i modul elastičnosti izračunavaju se uz pomoć ovih izraza:

gdje je:

– pritisak koji se prenosi na stijensku masu,

– presjek bušotine,



– Poissonov koeficijent.

8.2.5. Radijalna preša

Između betona i montažnog čeličnog otpornika u presjeku dionice u obliku kruga

uvuče se 16 limenih jastuka, dužine 185 cm i širine 35 cm. Limeni jastuci su povezani na

jednu ručnu pumpu kojom se u njih upumpava voda, pri čemu se stvara hidrostatski pritisak

na okolnu stijensku masu. Deformacije i promjene presjeka mjere se tijekom pokusa

posebnim uređajima, nezavisnim od otpornika, u 3-5 profila i u 4 pravca po svakom profilu.

1. Tijelo dilatometra,

2. Pumpa,

3. Bilježenje deformacija,

4. Instrument za mjerenje deformacija,

5. Gumeni omotač,

6 Tronožac.


215

Slika 8.6. Radijalna preša (Preuzeto od Kujundžić)

Modul deformacije i modul elastičnosti izračunavaju se uz pomoć ovih izraza:

gdje je:

– pritisak na stijenu,

– polumjer kružnog iskopa,




– koeficijent koji ovisi o dimenzijama i obliku opterećene površine.

8.3. Terenska ispitivanja stanja naprezanja

8.3.1. Metoda Oberti

Ova metoda se zasniva na principu oslobađanja naprezanja, a sastoji se u mjerenju

deformacija kada se naprezanja u stijeni oslobode uz pomoć proreza u samoj stijeni.

Deformacije se mjere raznim deformetrima.

1. Izravnavajući betonski sloj,

2. Čelični montažni otpornik,

3. Limeni jastuci,

4. Uređaj za mjerenje nagiba,

5. Drveni podmetači,

6 Sloj morta,

7. Mjerna šipka,

8. Razvodnik,

9. Pumpa.


216

Slika 8.7. Metoda Oberti (Preuzeto od Kujundžić)

Mjerenjem dužine prije i poslije oslobađanja napona u stijeni dobiva se razlika:

Vrijednosti naprezanja u stijeni dobivaju se iz Hookovog zakona:

gdje je:

– izmjerena deformacije,

– modul elastičnosti stijenske mase.

Modul elastičnosti mora se izmjeriti nekom od terenskih metoda mjerenje modula

elastičnosti.

8.3.2. Metoda s centralnom bušotinom

Metoda s centralnom bušotinom izbjegava nedostatke metoda koje mjere principom

totalnog oslobođenja, jer ona mjeri na principu djelomičnog oslobađanja naprezanja.

Slika 8.8. Metoda s centralnom bušotinom (Preuzeto od Kujundžić)

1. Prorez za oslobađanje naprezanja,

2. Reperi za mehanički deformetar,

3. Mehanički deformetar,

4. Stijenska masa,

5. Mjerne trake.

1. Deformetar,

2. Mjerene trake,

3. Centralna bušotina.


217

Ovom metodom ispitivanja stanja naprezanja ide se do male dubine kako se

naprezanja ne bi smanjila više od jedne trećine. Oko bušotine se izvede trokutasti mjerni

raspored (deformetri postavljeni na stranice trokuta) i mjere deformacije. Stijene će se

ponašati izuzetno elastično kod djelomičnog oslobođenja naprezanja, tako da će modul

elastičnosti biti vrlo blizak modulu elastičnosti izmjerenom na probnom uzorku. Mjerenjem

deformacije usporedno s bušenjem povećava se točnost podataka.

8.3.3. Tincelinova metoda

To je metoda kod koje nije potrebno poznavanje modula elastičnosti, nego se ovom

metodom naprezanja mjere direktno. Metoda radi na principu oslobađanja i ponovnog

uspostavljanja naprezanja u stijenskoj masi.

Slika 8.9. Tincelinova metoda (Preuzeto od Kujundžić)

Najprije se u stijenu ugradi ekstenziometar koji ima svoju frekvenciju, nakon toga se

stijena oslobađa naprezanja jednim prorezom, da bi se na kraju u prorez ubacio limeni jastuk

s cementnom ispunom. Nakon stvrdnjavanja cementne ispune uspostavlja se stanje s

početka ispitivanja izazivanjem pritiska u jastuku uz pomoć pumpe. Naprezanje u stijenskoj

masi jednako je naprezanju u limenom jastuku, jer elektro-akustični ekstenziometri pokazuju

jednaku frekvenciju kao s početka ispitivanja, kada nije bilo proreza. Kako bi se odredila

sekundarna naprezanja, na istom se mjestu postavlja limeni jastuk pod pravim kutem.

Tincelinova metoda se koristi i za dobivanje Poissonovog koeficijenta na in situ ispitivanjima.

8.3.4. Metoda oslobađanja napona jezgrovanjem

Metoda se zasniva na principu oslobađanja stanja naprezanja jezgrovanjem. Ova

metoda omogućuje mjerenje naprezanja na raznim razmacima od tunelskog otvora, iz čega

se dobiva linija preraspodjele naprezanja u funkciji razmaka od otvora tunela.

1. Zid iskopa,

2. Prorez u stijeni,

3. Elektro-akustični ekstenzometar,;

4. Cementni mort,

5. Pritisni jastuk,

6 Raspored instrumenata,

7. Manometar,

8. Priključak za pumpu.


218

Slika 8.10. Mjerenje napona jezgrovanjem u bušotinama (Preuzeto od Kujundžić)

Mjerenje se provodi tako da se na određenoj dubini posebnom brusilicom poravna

čelo bušotine, na koje se uz pomoć specijalnog uređaja zalijepi rozeta mjernih traka, koje su

pričvršćene na posebni dio, tj. sondu izrađenu od araldita. Kad se sonda zalijepi na dno

bušotine, uzima se nulto čitanje električnog otpora. Nakon toga se vrši jezgrovanje do dubine

dvostrukog promjera jezgre, u svrhu oslobođenja napona na površini mjernog mjesta. Uz

pomoć specijalnog uređaja ponovno se uspostavlja električna veza sa sondom i uzme se

novo čitanje. Iz razlike električnih otpora može se izračunati deformacija. Na temelju

dobivenih deformacija, naprezanja se izračunaju po teoriji elastičnosti:

8.4. Videoendoskopska istraživanja u bušotinama

Videoendoskopija daje vizualan pregled stijenke bušotine u stijeni, omogućuje

otkrivanje diskontinuiteta, razinu podzemne vode i druge pojave. Pribor za snimanje u

bušotinama lako se prenosi u kovčegu, dok se šipke s kamerama nose odvojeno. Šipke s

kamerama su cilindričnog oblika i dovoljno male da se uguraju u bušotinu. Kamera se spaja

na malu distribucijsku kutiju i slika je vidljiva na ekranu. Zvuk se s mikrofona prenosi na

površinu do zvučnika. Zvuk i slika mogu se snimati uz pomoć računala ili drugih audio-video

uređaja. Šipke koje se koriste za okretanje kamere oko osi u bušotini su indeksirane kako bi

odredile dubinsku lokaciju kamere.


219

Pregledavanje video zapisa iziskuje određene audio-video programe. Podaci mogu

biti generirani iz video datoteka. Memorijski prostor računala limitira količinu spremljenih

podataka (u današnje vrijeme više ne predstavlja problem).

U nekom slučajevima zidovi bušotine su prekriveni krhotinama od bušenja pa je prije

snimanja potrebno očistiti bušotinu.

a)

b)

c)

Slika 8.11. Video endoskopski pribor a) Uređaj za pregled slike s površine; b) Kamera za vertikalno

snimanje; c) Kamera za horizontalno snimanje

Ispitivanje bušotina videoendoskopijom moguće je na više načina:

Najjednostavnija metoda je korištenje optičkog sistema s lećama, nekoliko cijevnih

produžetaka i cijev s osvjetljenjem i prizmom za deflektiranje slike.

Druga metoda radi s minijaturnom kamerom koja ima rotacijsko ogledalo (ogledalo je

postavljeno pod kutom) kako bi se slika stijenke bušotine prikazala na TV ekranu.

Najmodernija metoda koristi bušotinski skener koji prikazuje bušotinu uz pomoć

krnjeg stožastog ogledala. Slike uzete uz pomoć ove metode daju rezultate povezane

u jednu cjelinu. Slika je prikazana na ekranu uz pomoć aritmetičkog ispravljanja slike

s geometrijskim relacijama.

Optičko istraživanje u bušotinama ne koristi se samo za vizualni prikaz stijenke bušotine,

nego i za procjenu pozicije i nagiba nekih slojeva i pukotina.

Podpovršinski istražni radovi 9. Terensko istraživanje podzemne vode

220

9. Terensko istraživanje podzemne vode

Razina podzemne vode i mogućnosti prodiranja su vrlo važni čimbenici kod gotovo

svih geotehničkih analiza i studija. Sukladno tome, procjena uvjeta u kojima se nalazi

podzemna voda je osnovni element većine geotehničkih istražnih radova. Dvije su vrste

terenskih istraživanja podzemnih voda:

Određivanje razine i pornog tlaka podzemne vode;

Mjerenje vodopropusnosti materijala koji se nalaze ispod površine terena.

Određivanje vodopropusnosti slojeva tla i stijena važno je kako bi se dovelo u vezu

površinsko i podzemno prodiranje vode kroz tijelo zemljane brane, za određivanje količine

podzemne vode koja se infiltrira u građevinski iskop, procjeđivanje otpadne vode iz

odlagališta opasnog otpada i drugih problema koji uključuju vodopropusnost.

9.1. Tipovi vodonosnika

Prema hidrogeološkim značajkama krovine i podine i odnosu krovinskih i podinskih

naslaga i vodonosnog horizonta mogu se razlikovati četiri osnovna tipa modela:

Otvoreni vodonosnici;

Poluzatvoreni vodonosnici;

Poluotvoreni vodonosnici;

Zatvoreni vodonosnici.

9.1.1. Otvoreni vodonosnici

Otvoreni vodonosni horizont djelomično je saturiran vodom čija se gornja granica

nalazi pod atmosferskim tlakom (Slika 9.1.a), a leži na nepropusnoj podlozi. Još se naziva

freatski ili slobodni horizont ili horizont sa slobodnom razinom vode. Ako je horizont izgrađen

od sitnijeg, klastičnog materijala, za njega je karakteristično zakašnjelo otpuštanje vode.

Voda se otpušta poslije određenog vremena nakon snižavanja razine podzemne vode.

Takav vodonosnik se obično naziva otvoreni vodonosnik sa zakašnjelim otpuštanjem. Zbog

toga što je jedan dio vode zadržan bilo bi pogrešno reći da je vodonosnik odvodnjen, već je

bolje koristiti izraz desaturiran. Kako otvoreni vodonosnici obično imaju velik koeficijent

uskladištenja, može proći veoma dugi period prije nego se sniženje stabilizira, a u nekim se

vodonosnicima događa da se to stanje nikad niti ne postigne.


221

9.1.2. Poluotvoreni vodonosnici

U slučaju da je propustan sloj pokriven sitnozrnatim djelomično saturiranim slojem, a

koji je relativno slabije propustan u odnosu na ispitivani vodonosnik, onda se takav

vodonosnik naziva poluotvorenim vodonosnikom. Vodonosnik ovoga tipa u podini je omeđen

nepropusnim naslagama, a u krovini se nalaze naslage manje propusnosti. Međutim,

koeficijent hidrauličke provodljivosti krovinskog sloja ipak je toliki da se horizontalna

komponenta toka ne može zanemariti kao kod poluzatvorenog. Zakašnjelo otpuštanje

krovine vodonosnika rezultirat će dvofaznom krivuljom odnosa vrijeme-sniženje (Slika 9.1.b).

9.1.3. Poluzatvoreni vodonosnici

Vodonosnik ovog tipa potpuno je saturiran vodom koja je pod hidrostatskim i

geostatskim tlakom. U krovini i podini ili samo u krovini ili samo u podini omeđen je slojevima

male, ali konačne propusnosti. Za ovaj tip karakteristično je da je odnos koeficijenta

hidrauličke provodljivosti sloja K i koeficijenta hidrauličke provodljivosti njegove krovine i/ili

podine K´ takav da se horizontalna komponenta sloja može zanemariti. Takav slučaj nastupa

kada je odnos K:K´≥100. Taj odnos obično je i veći od 500. U otvorenoj bušotini u

vodonosnom horizontu voda se podiže iznad krovine (Slika 9.1.c).

9.1.4. Zatvoreni vodonosnici

Zatvoreni vodonosnik je potpuno saturiran vodom, a u krovini i podini nalaze se

nepropusne naslage. Voda u horizontu je pod hidrostatskim i geostatskim tlakom pa se u

otvorenoj bušotini podiže iznad krovine sloja. Ako se pijezometarska razina nalazi u krovini

vodonosnika, onda se radi o subarteškom vodonosniku, a ako se pijezometarski nivo nalazi

iznad kote terena, onda se podzemna voda arteški može izlijevati na samu površinu terena.

Snižavanje pijezometarske razine predstavlja smanjenje tlaka u vodonosniku. Promjene

razine zbog crpljenja su relativno brze zbog toga jer se promjene tlaka mogu transmitirati

prilično brzo, te zbog toga što ograničeni vodonosnik ima relativno mali koeficijent

uskladištenja. U prirodi se potpuno zatvoren vodonosni horizont rijetko susreće, međutim,

kada se u podini i krovini sloja nalaze izrazito slabo propusni materijali onda ova

shematizacija zadovoljava potrebe opisa događaja u horizontu (Slika 9.1.d).


222

a) Otvoreni vodonosni sloj

H

k'=k

b) Polu-otvoreni vodonosni sloj

Lo

g s

Log t

Otvoreni vodonosnik

H

k'<k

Lo

g s

Log t

Otvoreni vodonosnik s retardacijom

izdašnosti i polu-otvoreni vodonosnik

c) Polu-zatvoreni vodonosni sloj

k

H

k'<<k

k

H'

Lo

g s

Log t

Polu-zatvoreni vodonosnik

d) Zatvoreni vodonosni sloj

H

k'=0

k

Lo

g s

Log t

Zatvoreni vodonosnik

LEGENDA:

Nepropusno

Polu-propusno

Sitnozrnato

Vodonosnik

Piezometarska

razinaRazina slobodne

vode

Slika 9.1. Odnos sniženja u vremenu crpljenja zdenca u različitim tipovima vodonosnih slojeva


223

9.2. Istraživanje razine i pornog tlaka podzemne vode

Određivanje razine i tlaka podzemnih voda uključuje mjerenje visine podzemne vode

ili vodnog lica i njegove promjene s promjenom godišnjeg doba, pripadnost određenom

vodonosniku i prisutnost vode pod arteškim tlakom. Razina i porni tlak podzemne vode može

se mjeriti u bušotinama i pijezometrima (zdencima).

9.2.1. Mjerenje razine podzemne vode u otvorenim bušotinama

Razina podzemne vode u otvorenim bušotinama treba se mjeriti nakon prekida

bušenja duljeg od jednog sata, nakon završetka bušenja i najmanje 12 sati (po mogućnosti

24 sata) nakon završetka bušenja. Dodatna mjerenja rade se prilikom završavanja istražnih

radova, ako tako odredi voditelj terenskog istraživanja. Pri svakom mjerenju treba zabilježiti

datum i vrijeme.

Ako je prilikom bušenja došlo do urušavanja stijenki bušotine, potrebno je izmjeriti i

evidentirati dubinu na kojoj se to dogodilo. Moguće je da je uzrok urušavanja podzemna

voda, pa se može pretpostaviti da je razina podzemne vode na dubini na kojoj se dogodilo

urušavanje stijenki bušotine.

9.2.2. Mjerenje u pijezometrima

Pijezometar (Slika 9.2. i 9.28.) je osnovno sredstvo za mjerenje razine podzemne

vode u vodonosniku, te za ocjenjivanje kvalitete izvedbe sustava odvodnjavanja. Teoretski

služi za određivanje hidrostatskog tlaka zatvorenog vodonosnika ili nekog specifičnog

horizonta na geološkom profilu.

Slika 9.2. Osnovna konstrukcija pijezometra

Poklopac (kapa)

Površinski betonski sloj

PVC cijev

Sloj formiran od taloženih čestica

Sloj od bentonita

Perforirana cijev

Filter od pijeska i šljunka

Dno bušotine


224

Postoje razne metode mjerenja razine vode u pijezometru, ali najčešće se to izvodi

električnim mjeračem, koji radi na principu elektro provodljivosti vode. Kada se spoje polovi

(kontakt sa podzemnom vodom) zatvara se strujni krug i zasvijetli lampica ili se čuje zvučni

signal koji su indikacija dolaska sonde do razine podzemne vode. Kako su na kablu

označeni metri, lako se očita dubina do vode. Najbolje je za mjerenje razine vode koristiti

automatske pisače, limnigrafe, koji crtaju kontinuirano krivulju promjene razine vode tokom

vremena.

Slika 9.3. Mjerenje razine podzemne vode u pijezometru

Kada su potrebna česta mjerenja razine podzemne vode, npr. za pokusno crpljenje

ili „slug“ test, koriste se računala koja bilježe izmjerene vrijednost (engl. data loggers).

Računalo dobiva podatak od električnog pretvarača (engl. transducer) koji se nalazi u

pijezometru blizu razine vode, a osjetljiv je na promjenu razine podzemne vode i na

promjenu hidrostatskog tlaka. Primjena ovakvog načina mjerenja omogućuje značajnu

uštedu vremena potrebnog za obradu podataka.

Pijezometri otvorenog tipa imaju tendenciju da se zamulje, što onda rezultira sporim

odazivom na brze promjene pornog tlaka vode, koje mogu biti uzrokovane plimnim

promjenama ili promjenom opterećenja na temelj objekta koja se gradi. Ako je potreban brzi

odaziv na promjene pornog tlaka onda se češće koriste zatvoreni tipovi pijezometara, kao

što su pneumatski pijezometri ili pijezometri s vibrirajućom žicom. On su zaštićeni od

zamuljivanja bentonitnim ili bentonitno-cementnim čepovima.

Glavni dio pneumatskog pijezometra (Slika 9.4.) je senzor s fleksibilnom dijafragmom

smješten u bušotini. Senzor je dvjema zračnim cijevčicama spojen s mjernom stanicom koja

se nalazi na površini. Dijafragma je u kontaktu s tlom i izložena je pornom tlaku. Senzor na

površini detektira napetost dijafragme. Sa površine se u senzor pušta plin (dušik), te mu se

povećava tlak kako bi se dijafragma vratila u stanje normalne napetosti. Tada je tlak plina

jednak pornom tlaku vode, a ta vrijednost jednostavno se očita na mjernoj stanici.


225

Slika 9.4. Pneumatski pijezometar

Pijezometar s vibrirajućom žicom (Slika 9.5.) također koristi dijafragmu koja je

spojena na čeličnu zategnutu žicu. Djelovanje pornog tlaka na dijafragmu uzrokuje promjenu

napetosti žice. Elektromagnetska zavojnica pobuđuje žicu i ona počinje vibrirati određenom

frekvencijom. Vibriranjem žice određenom frekvencijom, koja ovisi o napetosti žice, stvara

se signal koji se žicom za prijenos signala prenosi do mjerne stanice na površini gdje se na

ekranu očita veličina pornog tlaka podzemne vode.

Slika 9.5. Pijezometar s vibrirajućom žicom

Po

rni tla

k p

od

ze

mn

e v

od

e

Po

rni tla

k p

od

ze

mn

e v

od

e


226

Prednosti korištenja električne opreme za mjerenja u pijezometrima su u kompaktnoj

opremi za mjerenje i brzini kojom se dolazi do rezultata mjerenja. Nedostatak je u činjenici

da rezultat ovisi o početnoj kalibraciji uređaja koja se ne može kontrolirati, a postoji

mogućnost da dođe do odstupanja (pogotovo ako se mjeri sa starijim uređajima).

9.3. Mjerenje vodopropusnnosti

Francuski inženjer Henry DArcy ustanovio je da je strujanje vode kroz tlo analogno

strujanju vode u cijevima. On je obavio niz ispitivanja na vertikalnoj cijevi koja je bila

ispunjena pijeskom. Tim eksperimentima je ustanovio da je brzina toka kroz stupac

zasićenog pijeska proporcionalna razlici hidrauličkog potencijala na krajevima stupca i

obrnuto proporcionalna dužini stupca (Slika 9.6.).

Slika 9.6. Hidraulički gradijent filtracije

Ta spoznaja se naziva Darcyjev zakon, iskazan je kroz osnovnu jednadžbu koja

opisuje strujanje podzemne vode. Taj zakon se matematički može izraziti kao:

gdje je: - Darcyeva brzina toka ,

- razmak između pijezometara ,

- razlika totalnih pijezometarskih nivoa .

referentni nivo

h2

h

B A

zb

za

h1

(u/ )

A

(u/ )

B

pijezometarska

linija

L


227

Odnosno, preko hidrauličkog gradijenta može se Darcyjev zakon izraziti kao:

gdje je: - koeficijent vodopropusnosti ,

- hidraulički gradijent.

Darcy-evi eksperimenti pokazali su da tok u zasićenom pijesku izravno ovisi o

hidrauličkom gradijentu. Ako se hidraulički gradijent udvostruči, tada će se i brzina toka u

pijesku također udvostručiti. S druge strane, da bi se udvostručila brzina toka treba se

udvostručiti i hidraulički gradijent.

Ti odnosi vrijede samo za laminarno strujanje. U slučaju turbulentnog strujanja, brzina

strujanja ne mijenja se proporcionalno sa hidrauličkim gradijentom. Tako se npr.

udvostručavanjem hidrauličkog gradijenta protoka, brzina protoka može povećati samo za

1,5 puta.

Darcy-ev zakon vrijedi generalno, osim za vrlo male hidrauličke gradijente, samo za

laminarno kretanje vode u porama. Taj uvjet je ispunjen u sitnozrnatom tlu u kojemu u sitnim

porama nema turbulencije, dok se turbulentni tok može pojaviti u krupnozrnatom

šljunkovitom tlu.

Slika 9.7. Darcy-ev pokus


228

Vodopropusnost tla može se određivati direktno preko laboratorijskih pokusa ili

mjerenjima na terenu. Mjerenja vodopropusnosti na terenu često daju točnije podatke nego

laboratorijski testovi. Ali osim tih metoda, moguće je određivanje i vodopropusnosti tla

indirektno, preko drugih svojstava tla.

Metode koje se koriste za mjerenje vodopropusnosti ovise o svojstvima materijala za

koje se vodopropusnost mjeri. Ovdje su u obzir uzeta samo anorganska tla. Svojstva

vodopropusnosti visoko organskih tala su puno složenija i zahtijevaju opsežna istraživanja na

terenu kako bi se dobile realne vrijednosti.

Vodopropusnost nije temeljno svojstvo tla, ali ovisi o brojnim čimbenicima kao što su:

Granulometrijski sastav tla;

Oblik i tekstura čestica;

Mineralni sastav;

Koeficijent pora;

Stupanj zasićenosti;

Priroda fluida;

Tip toka;

Temperatura.

Granulometrijski sastav, oblik i tekstura čestica, te mineralni sastav ovise o

promatranom tlu. Za razliku od toga, koeficijent pora i stupanj zasićenosti ovise o položaju

tla, dok su priroda fluida, tip toka i temperatura povezani jedino sa fluidom. Granulometrijski

sastav tla, a posebno fine čestice tla, uvelike utječu na vodopropusnost tla. Što su manje

čestice, manje su šupljine između njih, pa se povećava i otpor toku vode kroz te šupljine.

Veličina efektivnog zrna D10 važna je u tom pogledu. Na temelju nje se izračunava

vodopropusnost uz pomoć Hazen-ove formule i raznih empirijskih izraza drugih autora.

Oblik i tekstura čestica također utječu na vodopropusnost tla. Izdužene ili nepravilne

čestice tvore šupljine kroz koje teče voda, a koje su mnogo teže propusne nego šupljine oko

gotovo zaobljenih čestica. Čestice sa grubom površinom pružaju veći otpor toku vode nego

glatke čestice. Oba efekta mogu smanjiti brzinu strujanja vode kroz tlo, a samim time i

vodopropusnost tla.

U dobro granuliranim tlima mineralni sastav je važan čimbenik jer različite vrste

minerala zadržavaju različite količine vode. Zbog zadržavanja vode u nekim mineralima

može doći do bubrenja, pa i efektivne veličine pora različito variraju. Zbog tog razloga

mineralni sastav jako utječe na vodopropusnost glina, ali ima mali utjecaj na vodopropusnost

šljunka i pijeska.


229

Stupanj do kojeg su pore ispunjenje vodom je ključan za mjerenje vodopropusnosti.

Mjehurići zraka mogu blokirati protjecajne kanale između čvrstih čestica i time jako sniziti

vodopropusnost tla. Ako je stupanj saturacije manji od 85%, vjerojatno je da se zrak u

porama tla ne nalazi u mjehurićima, već je ravnomjerno raspoređen. Kod ispitivanja

vodopropusnosti potrebno je eliminirati zrak tako da tlo može biti izloženo potpunoj saturaciji.

To može predstavljati poteškoće u djelomično saturiranim, fino graduiranim tlima.

Koeficijent vodopropusnosti ovisi o određenom tipu tla, dok koeficijent hidrauličke

provodljivosti ovisi i o svojstvima fluida. Za različite vrste fluida veličina ima druge

vrijednosti. Općenito, za pojam vodopropusnosti važni su gustoća i viskoznost vode. Gustoća

vrlo malo varira s promjenom temperature iznad određenog raspona (0 - 40˚C), ali

viskoznost raste do 3 puta iznad tog raspona. Iako postoji razlika, naziv koeficijenta

vodopropusnosti u smislu hidrauličke vodljivosti ipak se ponegdje može susresti, čak i u

novijoj literaturi, naročito onoj koja je više okrenuta pitanjima mehanike tla (Urumović, 2003).

Svojstvo vodonosnog sloja koje se odnosi na njegovu provodnu ili vodljivu funkciju

zove se hidraulička provodljivost . Ona se definira kao sposobnost propusnog medija da

propušta fluid. Kako se hidraulička provodljivost kao pojam više odnosi na lakoću kojom se

bilo koji fluid kreće kroz određeni sloj, taj bi se izraz mogao točnije odrediti kao prirođena

hidraulička provodljivost koja je isključivo u funkciji medija. Hidraulička provodljivost može se

matematički izraziti kao:

U tom izrazu je: - hidraulička provodljivost,

- koeficijent vodopropusnosti,

- dinamička viskoznost,

- gustoća fluida,

- gravitacijsko ubrzanje.

U uvodnom dijelu ovog poglavlja je već navedeno da je hidraulička provodljivost

određena veličinom i oblikom pora, djelotvornošću međusobnih spojeva pora i fizičkim

svojstvima fluida. Ako su spojne cijevčice male, obujam vode koja prolazi iz jedne pore u

drugu je ograničen, pa je i rezultirajuća hidraulička provodljivost niska. Ako se pak radi o

krupnijem nanosnom materijalu, spojne su cijevčice dosta velike u odnosu na pore, pa je i

hidraulička provodljivost visoka.


230

Slika 9.8. Veličina spojeva između pora

Svojstva tečenja vode ovisna su i o temperaturi vode, pa je hidraulička provodljivost

definirana na bazi viskoznosti i gustoće fluida pri određenoj temperaturi.

Istjecanje (količina protoka u jedinici vremena) jednako je umnošku brzine toka

i površine poprečnog presjeka , što se matematički izražava kao:

K predstavlja hidrauličku provodljivost propusnog medija. Kao što je već spomenuto,

vrijednost tog parametra ovisi o veličini i rasporedu zrna u nekonsolidiranom stanju, o veličini

i vrsti šupljina, lomova i solucijskih otvora u konsolidiranom stanju, te o viskoznosti fluida koja

je ovisna o temperaturi. Hidraulička provodljivost može se promijeniti variranjem bilo kojeg od

nabrojenih fizikalnih parametara.

Hidraulička provodljivost može se opisati i kao količina vode koja prolazi kroz

jedinicu poprečnog presjeka , poroznog medija u jedinici vremena pri hidrauličkom

gradijentu =1 (100%) i pri zadanoj temperaturi. Hidraulički gradijent znači da

potencijal pada za 1 stopu (0,9 m) na svaku jednu stopu (0,9 m) toka.

Radi jednostavnosti, K se može izraziti i u kubičnim metrima po danu kroz poprečni

presjek od 1 kvadratnog metra, pri hidrauličkom gradijentu 1 i temperaturi od 15,6˚C.

Vrijednost obično varira u rasponu od 0,4 do 204 m3/dan za prirodni vodonosni materijal.

Određivanje vodopropusnosti slojeva tla i stijena važno je kako bi se dovelo u vezu

površinsko i podzemno prodiranje vode kroz tijelo zemljane brane, za određivanje količine

podzemne vode koja se infiltrira u građevinski iskop, procjeđivanje otpadne vode iz

odlagališta opasnog otpada i drugih problema koji uključuju vodopropusnost.


231

Bušotine u kojima se vrši ispitivanje vodopropusnosti treba bušiti s čistom vodom

(isplaka) kako bi se spriječilo začepljenje pora na stijenkama bušotine. Nakon završetka

bušenja bušotina se dodatno pročišćava i ispire vodom pomoću mlaznica na bušaćem

priboru.

Testovi određivanja vodopropusnosti na terenu provode se u različitim vrstama

materijala, ali su posebno važni za materijale kao što su šljunci i pijesci jer se za takve

materijale teško provodi laboratorijsko ispitivanje vodopropusnosti koje bi dalo

zadovoljavajuće rezultate (poremećenost uzorka).

U nastavku su prikazani postupci za posredno izračunavanje koeficijenta

vodopropusnosti pomoću metoda koje se temelje na svojstvima veličine i oblika zrna. U

postupcima je prvo važno dobiti stvarno reprezentativan uzorak te odrediti granulometriju

postupkom prosijavanja. Važno je dobiti pojedine veličine krivulje razdiobe gdje se dobro

odražava odnos finih čestica.

1. Hazen-ova metoda - primjenjiva je za fini, jednozrnati pijesak, a rezultat se dobro

podudara s rezultatima dobivenim na terenu. Koeficijent vodopropusnosti k

izračuna se iz izraza:

gdje je :

- koeficijent vodopropusnosti,

- temperaturna korekcija,

- temperatura pri kojoj se vrši mjerenje,

- empirijski koeficijent jednolikosti pijeska (za čiste i jednolike

pijeske kreće se u granicama od 800-1200, za glinovite

nejednolike pijeske od 400-800),

- efektivna veličina zrna predstavlja najveće zrno od kojeg je

10% materijala.

2. Formula USBR-a - predložili su je američki autori iz Američkog ureda za tlo, a

odnosi se na srednjezrnate pijeskove. Ova formula ima oblik:

gdje je:

- koeficijent filtracije (cm/s),

- promjer zrna (mm), sa zastupljenošću 20% na

granulometrijskoj krivulji.


232

9.3.1. Metoda Lefranc

Ova metoda terenskog ispitivanja vodopropusnosti tla koristi se za nekoherentna tla,

te rijetko ili nikada za koherentno tlo. Prema osnovama originalne metode Lefranc, ova

metoda spada u red terenskih postupaka ispitivanja propusnosti sitnozrnatih materijala u

kojima je teoretski uvjet laminarnog tečenja vode zadovoljen.

Mogu se primijeniti dva osnovna načina ispitivanja:

Bušotina je zacijevljena do dna, a infiltracija ide kroz dno bušotine u vertikalnom

smjeru. Ovaj način ispitivanja se rjeđe koristi zbog veće mogućnosti ulaza sitnijeg

materijala u zacijevljenu bušotinu i stvaranja čepa nakon povlačenja jezgrene

cijevi u vrijeme čišćenja bušotine. Rezultati su sasvim približni, u širokom rasponu

točnosti, pa je potreban veći broj pokusa da bi se dobivene vrijednosti mogle

koristiti.

Sa dna izbušene i zacijevljene bušotine izbuši se etaža (mjerna dionica) duljine 30

do 100 cm. Infiltracija ide kroz neobloženu etažu. U slučaju opasnosti od

zarušavanja etaže, kad se radi u vrlo rahlim nevezanim materijalima, etaža se

može zaštititi perforiranom cijevi ili zapuniti krupnozrnatim šljunkom velike

propusnosti. U ovom slučaju infiltracija ima u principu horizontalni smjer, no kod

dužeg trajanja pokusa, rezultat se može koristiti kao mjerodavan za čitavu masu u

oba glavna smjera.

Ukoliko je formirana nezaštićena etaža ispod nivoa podzemne vode, ispitivanje se

provodi u tri faze:

1. Sniženje vodostaja u pijezometru na nižu kotu od nivoa podzemne vode i zatim

mjerenje dizanja vodostaja.

2. Nalijevanjem vode u pijezometar do stalne kote, sa mjerenjem količine vode

potrebne za održavanje stalne kote u određenom intervalu vremena.

3. Pad vodostaja u pijezometru do nivoa podzemne vode.

Na osnovi iskustva na bušenju bušotina i pokušavanju formiranja etaže za ispitivanje,

može se konstatirati:

Etaža za ispitivanje vodopropusnosti može se formirati u pjeskovitim materijalima

sa i bez glinovito-prašinastog veziva, te iznad razine podzemne vode. Ispod

razine podzemne vode je formiranje etaže uvjetovano zbijenošću nevezanog ili

poluvezanog materijala, ljudskim faktorom i brzinom povlačenja jezgrene cijevi

nakon završenog bušenja.


233

Ispitivanje vodopropusnosti u sitnozrnatim pjeskovitim tlima, u kojima je teško i

nemoguće formirati etažu, treba provesti na dno, a posebnu pažnju za vrijeme

bušenja treba posvetiti sprečavanju mogućnosti stvaranja čepa na dnu bušotine.

Pri ovome treba znati da se mogu dobiti rezultati širokog spektra točnosti, pa se

stoga preporuča ispitivanje provesti vremenski dulje i u većem broju pokusa.

9.3.1.1. Postupak izvedbe i brtvljenje etaže bušotine iznad podzemne vode

Nakon završenog bušenja do dubine na kojoj će se ispitivati vodopropusnost, treba

pristupiti sljedećem:

Zacijeviti bušotinu obložnom kolonom do dna;

Očistiti obložnu kolonu bušenjem u sraslo tlo 20 do 30 cm;

Ispitati standardni penetracijski pokus, te iz cilindra uzeti poremećeni uzorak

pijeska za određivanje granulometrijskog sastava;

Pristupiti brtvljenju kontakta između obložne kolone i stijenki bušotine, kako bi

voda za ispitivanje imala vezu preko površine etaže;

Obložnu kolonu podići za oko 50 cm te izraditi glineni ili bentonitni čep ukupne

visine 80 do 100 cm, ili oko 50 cm u koloni i ispod nje. Čep se treba formirati

postepeno u tri do pet slojeva, uz nabijanje klipom pričvršćenim na bušaće šipke,

sa vlastitom masom ili pomoću hidraulike;

Utisnuti obložnu kolonu do dna bušotine;

Probušiti čep jezgrenom cijevi određenog promjera i izbušiti etažu minimalne

dubine ispitivanja standardnim penetracijskim pokusom;

Zaštititi etažu perforiranom cijevi s mrežicom;

Pristupiti ispitivanju propusnosti nalijevanjem vode.

9.3.1.2. Postupak izvedbe i brtvljenje etaže bušotine ispod razine podzemne vode

Izbušiti bušotinu do dubine na kojoj se želi ispitati propusnost;

Zacijeviti bušotinu do dna;

Polako i vrlo pažljivo očistiti obložnu kolonu do dna od materijala, kako ne bi

došlo do stvaranja čepa na dnu bušotine;

Ubaciti bentonitne kuglice na dno bušotine u visini oko 50 cm radi izrade čepa;

Povući kolonu oko 50 cm;

Stisnuti kuglice klipom i potom ubaciti druge kuglice u približno istoj visini u

dva sloja i nabiti;

Utisnuti kolonu do dna bušotine;


234

Probušiti čep do dna kolone;

Pričekati da se razina vode u bušotini stabilizira;

Provjeriti dubinu bušotine radi evidencije visine čepa;

Pristupiti ispitivanju vodopropusnosti nalijevanjem vode u kolonu.

9.3.1.3. Provedba pokusa u bušotini bez podzemne vode

Pokus se izvodi u dvije faze, jer svaka faza omogućava dobivanje neovisnih podataka

o računu koeficijenta vodopropusnosti.

1. Faza – nalijevanje vode u kolonu do vrha i tada započinje registriranje količine

dolivene vode u ovisnosti o proteklom vremenu, a da se razina vode u koloni drži

na istoj visini. Mjerenje količine dolijevane vode preporuča se provesti u sljedećim

intervalima: 1', 2', 3', 4', 5', 10', 15', 30' i dalje svakih 30 minuta. Mjerenje je

završeno ako se u tri intervala od po 30 minuta za redom potroši ista količina

vode, tj. postigne proporcijalna infiltracija kroz dno ili etažu u tlo.

2. Faza – mjerenje počinje od trenutka kad se prestane dolijevati voda u kolonu.

Mjeri se pad razine vode u koloni, u ovisnosti o vremenu, sve dok voda ne isteče

u tlo. Mjerenje se preporuča u istim vremenskim razmacima kao i u prvoj fazi.

9.3.1.4. Provedba pokusa u bušotini sa podzemnom vodom

Nakon uspostavljanja ravnoteže nivoa podzemne vode u bušotini, pokus se može

izvesti u tri faze:

1. Faza – crpljenje ili vađenje da se snizi nivo u bušotini za 2 do 3 metra ispod

ustaljenog nivoa u ovisnosti o vremenu, a sve do ponovne stabilizacije.

Preporučuju se vremenski intervali mjerenja od 1', 2', 3', 4', 5', 10', 15', 30' i dalje

svakih 30 minuta. Kod ovog načina mjerenja obratiti posebnu pažnju na način

pripreme etaže. Ako je etaža zaštićena perforiranom cijevi, čime se sprečava

mogućnost isisavanja sitnog pijeska u etažu, pokus se može izvesti. Ukoliko etaža

nije zaštićena, crpljenjem vode koja je blizu razine podzemne vode, etaža se

može poremetiti pa rezultati neće biti korektni.

2. Faza - nalijevanje vode u kolonu do vrha i tada započinje registriranje količine

dolivene vode u ovisnosti o proteklom vremenu, a da se nivo vode u koloni drži na

istoj visini. Mjerenje količine dolijevane vode preporuča se provesti u sljedećim

intervalima: 1', 2', 3', 4', 5', 10', 15', 30' i dalje svakih 30 minuta. Mjerenje je

završeno ako se u tri intervala od po 30 minuta za redom potroši ista količina

vode, tj. postigne proporcijalna infiltracija kroz dno ili etažu u tlo.


235

H

Q 0

RPV

2 r

RPV

H

LL/2

3. Faza – u ovoj fazi se mjeri pad nivoa vode u bušotini sve do stabilizacije razine

podzemne vode, odnosno dok se može provesti točno mjerenje zbog vidljivosti

nivoa u bušotini.

9.3.1.4. Obrazac za upisivanje rezultata ispitivanja propusnosti

1. Ispitivanje vodopropusnosti modificiranom metodom Lefranc uz pretpostavku

horizontalne infiltracije vode u ispitivanu dionicu bušotine.

Objekt:

Lokacija:

Materijal:

Uz konstantnu razinu podzemne vode u

koloni i ustaljeni protok Q :

za

Slika 9.8. Metoda Lefrance – konstantna razina vode u koloni (horizontalna infiltracija)

Tablica 9.1. Tablica za unos podataka dobivenih metodom Lefranc, uz konstantnu razinu vode u

koloni (horizontalna infiltracija)

n Q [l] T [min] q=1000Q/60t L [cm] H [cm] r [cm] L/r kn

1

2

3


236

H0

Ht

y

Ht

RPV

2 r

RPV

H 0

LL/2

Uz pad razine vode u koloni:

Slika 9.9. Metoda Lefrance – pad razine vode u koloni (horizontalna infiltracija)

Tablica 9.2. Tablica za unos podataka dobivenih metodom Lefranc, uz pad razine vode u koloni

(horizontalna infiltracija)

n r L L/r c H0 ∆t ∆H Ht c/∆t kn

1

2

3

Iz granulometrijskog dijagrama po USBR-u:


237

H0

Ht

Ht

RPV

2 r

RPV

H 0

2. Ispitivanje vodopropusnosti metodom Lefranc infiltracijom kroz dno bušotine.

Objekt:

Lokacija:

Materijal:

Koeficijent vodopropusnosti iz

brzine padanja vodostaja u

bušotini:

Slika 9.10. Metoda Lefrance – padanje vodostaja u bušotini (infiltracija kroz dno bušotine)

Tablica 9.3. Tablica za unos podataka dobivenih metodom Lefranc, uz pad razine vode u koloni

(infiltracija kroz dno bušotine)

H0 Ht log H0/Ht r [cm] ∆t [s] r/∆t k


238

2 r

RPV

Konstantan nivo vodeu koloni

H

Koeficijent vodopropusnosti iz

konstantnog protoka u bušotini

(konstantna razina vode u

koloni):

Slika 9.11. Metoda Lefrance – konstantan protok u bušotini (infiltracija kroz dno bušotine)

Tablica 9.4. Tablica za unos podataka dobivenih metodom Lefranc, uz konstantni protok vode u

bušotini (infiltracija kroz dno bušotine)

Q [l] t [min] q=1000Q/60t r [cm] H [cm] k [cm/s]

Iz granulometrijskog dijagrama po USBR-u:

Iz granulometrijskog dijagrama po Hazen-u:

za T = 10 °C

n = 41 %

0,1< d10 < 3,0 mm

d60/d10 > 5


239

9.3.2. Terensko ispitivanje propusnosti stijena – metoda Lugeon

Princip ove metode sastoji se u tome da se kroz stijenke bušotine izbušene u stijeni

utiskuje voda, kako bi se dobila vrijednost vodopropusnosti ispitivane stijenske mase koja se

izražava u Lugeonovim jedinicama . Ovom metodom propusnost stijenovitih raspucalih

masiva vrednuje se po protoku (q) u l/min kroz 1 m' bušotine pri tlaku od 1000 kPa (10

bara), koji nastaje pri ubrizgavanju vode u odabranu dionicu (etažu) bušotine. Pokus se

izvodi prilikom istražnog bušenja. Budući da voda u raspucaloj stijeni može cirkulirati samo

kroz pukotine, razlike protoka (q) u raznim ispitivanim dionicama bušotina kroz istu formaciju

pokazuju stupanj jednoličnosti i gustoće raspucalosti stijene. U jednolično raspucaloj stijeni

protok se neće mnogo razlikovati u raznim dionicama jedne bušotine, niti u raznim

bušotinama kroz tu formaciju. Velike razlike upozoravaju na nejednoličnu raspucalost, na

prisutnost pukotina različite širine i međusobnog razmaka. Rezultati mjerenja omogućuju

dobru ocjenu homogenosti stijene, a količina protoka stupanj njezine propusnosti.

Ovo ispitivanje često se izvodi za prognoziranje obima radova kojima se smanjuje

vodopropusnost stijenske mase (injektiranje). Pa je tako, na primjer, propusnost područja

ispod temelja, po trasi kojom prolazi kontakt nepropusne konstrukcije brane s površinom

temelja, osnovni parametar u projektiranju injekcijske zavjese.

Bušenje bušotina može se vršiti standardnom garniturom uz kontinuirano jezgrovanje.

Za isplakivanje bušotine koristi se čista voda. Organizacija bušenja prilagođava se vrsti

stijene. Promjer bušotine ovisi o promjeru pakera, a može biti maksimalno 101 mm za

bušotine dublje od 100 m. Tijekom bušenja registrira se razina podzemne vode, gubitak

isplake, šupljine (propadanje pribora) i razlomljene zone kao mogući diskontinuiteti u stijeni.

Razinu podzemne vode treba pouzdano utvrditi prije spuštanja pakera u bušotinu.

Duljina dionice (etaže) u kojoj se mjeri propusnost određuje se programom

istraživanja. Mjerna dionica može biti duljine 5 m ili manje.

9.3.2.1. Postavljanje pakera i kontrola pribora

Paker je najvažniji element ove metode ispitivanja, a može se opisati kao cilindrični

hidraulični rukav ili manžeta. Zadatak pakera je da osiguraju dobro brtvljenje dijela bušotine

koja se ispituje (Slika 9.12.). Duljina pakera mora biti najmanje pet puta veća od promjera

bušotine.


240

Slika 9.12. Ispitivanje vodopropusnosti stijena metodom Lugeon

Za glatke stijenke bušotine paker je gumeni, standardnih dimenzija, promjera od 36

do 100 mm. Može biti jednostruki ili dvostruki, ovisno da li se propusnost ispituje paralelno sa

bušenjem ili je bušotina izbušena pa se propusnost mjeri naknadno. Pritezanje ove vrste

pakera vrši se na pritisak pomoću hidraulike bušaće garniture ili ručno (križni paker).

Kad stijenke bušotine u mekoj i razlomljenoj stijeni nisu glatke, primjenjuje se

ekspanzijski paker. To je posebni paker od meke gume s membranom koja se napuše

komprimiranim zrakom, pa meka guma prodre u sve neravnine stijenke bušotine i osigura

dobro brtvljenje.

Paker se nalazi na kraju cijevi za dovod vode, koja je na površini terena spojena s

tlačnom pumpom za utiskivanje vode pod tlakom u etažu. Na tlačnoj cijevi je manometar za

mjerenje tlaka i vodomjer za mjerenje protoka vode. Taj uređaj se spaja na pumpu, koja

može biti centrifugalna ili klipna, a kapaciteta minimalno 200 l/min pri tlaku od 10 bara.


241

9.3.2.2. Postupak mjerenja vodopropusnosti

Ispitivanje započinje spuštanjem uređaja u prethodno pročišćenu i ispranu bušotinu,

do zone koju treba ispitati. Pritezanjem pakera ili puštanjem zraka u pakere dolazi do

njihovog širenja i brtvljenja zone koja se ispituje. Zatim slijedi puštanje vode pod malim

ujednačenim tlakom kroz mlaznice u zonu koja se ispituje, dok se protok kroz propisano

vrijeme u vremenskim intervalima od po dva puta po 5 minuta ne ustali. Razlika protoka

između dva mjerenja može biti 10%, a ako je više onda se vrijeme ispitivanja produljuje za

još 5 min. Za račun propusnosti uzima se srednja vrijednost.

Ispitivanje se nastavlja sa većim tlakom, primjenjujući iste kriterije mjerenja. Voda se

u bušotinu utiskuje pod tlakom od 200, 400, 600, 800, 1000 kPa i opet se smanjuje na 800,

600, 400 i 200 kPa.

Uz svako mjerenje bilježi se još:

Kota manometra, visina iznad ušća bušotine do manometra;

Kota razine podzemne vode, ustaljeni nivo podzemne vode ispod ušća bušotine;

Kota pakera, dubina ispod ušća bušotine do sredine pakera;

Duljina mjerene dionice od sredine pakera do dna etaže (bušotine);

Hidraulički gubici u sistemu cijevi od manometra do pakera. Taj gubitak tlaka

treba izravno izmjeriti prije upotrebe pribora, a za različite protoke i različite duljine

cijevi do etaže. Rezultati se unose u dijagram odnosa specifičnog protoka i tlaka,

koji služi da se utvrdi gubitak tlaka pri svakom mjerenju.

Lugeonova jedinica propusnosti (N) računa se iz mjerenja protoka pri tlaku (p)

linearnom ekstrapolacijom na tlak p = 1000 kPa.

gdje je: Q - ukupni protok na vodomjeru u litrama kroz vrijeme

mjerenja,

- vrijeme mjerenja (5 min),

L - duljina mjerene dionice (etaže) u metrima,

P - tlak vode u sredini mjerene dionice u kPa.


242

Tlak u sredini etaže izračunava se:

gdje je: - tlak vode na manometru u vrijeme ispitivanja u kPa,

- hidraulički gubici tlaka u sistemu u kPa,

- visinska razlika između kote manometra i kote razine

podzemne vode, odnosno sredine etaže ako podzemne

vode nema (m),

- jedinična težina vode (10 kN/m3).

Promatranjem protoka vode s povećanjem i smanjenjem tlaka omogućuje se procjena

veličine pukotina u stijeni. Npr., linearna varijacija protoka s promjenom tlaka znači da se

veličina pukotine niti povećava niti smanjuje. Ako je krivulja protoka u odnosu na pritisak

konkavna, to znači da se pukotina proširuje. Ako je konveksna, pukotine se suzuju.

9.3.3. Probno crpljenje

Probna crpljenja zdenaca su kontrolirani terenski pokusi u svrhu utvrđivanja

hidrauličkih karakteristika, te svojstava toka vode u vodonosnom sloju. Podaci koji se

dobivaju iz probnih crpljenja zdenaca uključuju:

Hidrauličku provodljivost, koeficijent transmisivnosti, koeficijent uskladištenja;

Depresijsku liniju zbog crpljenja zdenca;

Granične hidrauličke i fizičke uvjete toka vode u vodonosnom sloju.

Osnova probnog crpljenja sastoji se u opažanju sniženja (pada) vode (w) u zdencu,

odnosno na jednom ili više kontrolnih pijezometara raznih udaljenosti (r) od zdenca.

Sniženje (pad) vode može se proučavati konstant testom (nema promjene crpne količine

tijekom vremena) ili step testom (crpna količina mijenja se u koracima tijekom vremena) slika

9.13. i tablica 9.5.

Tablica 9.5. Mjerenje dinamičke razine podzemne vode na eksploatacijskom zdencu "SUPERNOVA"

KORAK Crpna količina Sniženje Prirast crp. Količine Prirast sniženja Specifično sniženje

"i" Qi (m3/s) si (m) δQi (m

3/s) δsi (m) s/Q (s/m

2)

1. 0,00000 0,000

2. 0,00105 0,060 0,00105 0,06 57,1

3. 0,00310 0,190 0,00205 0,13 61,3

4. 0,00800 0,540 0,00490 0,35 67,5


243

Slika 9.13. Sniženja u koracima crpljenja eksploatacijskog zdenca "SUPERNOVA" Centar, Varaždin

Depresijska linija oko zdenca formira se kao konus depresije i proširuje se s

vremenom (Slika 9.14.). Slika 9.15. prikazuje sniženje i oporavak razine vode

(pijezometrijska linija nakon završetka crpljenja) u kontrolnom pijezometru s vremenom.

Kako je vidljivo na dijagramu, najveće sniženje je u početku probnog crpljenja i smanjuje se s

vremenom. Također je vidljivo kako se razina vode nakon prestanka crpljenja naglo oporavlja

i progresivno smanjuje oporavak s vremenom.

Slika 9.14. Konus depresije

RPV=5,80 m

5.70

5.80

5.90

6.00

6.10

6.20

6.30

6.40

6.50

6.60

8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30

vrijeme

sn

iže

nje

za

crp

lje

nje

u k

ora

cim

a (

m)

0

5

10

15

20

25

30

35

crp

na

ko

ličin

a Q

(l/

s)

DRPV RPV crpna količina

Q = 3,10 l/s

Q = 8,0 l/s

Q = 1,05 l/s


244

Pad vodnog lica mjeri se na kontrolnim pijezometrima u blizini crpljenog zdenca

(Slika 9.15.). Sniženje vode mjeri se kao razlika stacionarne (statičke) razine vode prije

početka crpljenja i promijenjene razine zbog crpljenja, i to u funkciji vremena i udaljenosti od

probnog zdenca.

Prikupljeni podaci, kao vrijeme od početka crpljenja (ili završetka u slučaju oporavka),

udaljenost kontrolnog zdenca i sniženje razine vode izmjereno u kontrolnom zdencu,

prikazuju se na određenim dijagramima. Iz njih se tada mogu izvesti razni hidraulički

parametri vodonosnog sloja.

Razlog naglom početnom sniženju i brzom oporavku nakon prestanka crpljenja je u

promjenjivoj veličini konusa depresije. Kad započne crpljenje polumjer konusa je malen, a

količina vode koja počinje gibanje prema zdencu također mala. Zbog toga se vidi nagli pad

vodnog lica neposredno oko probnog zdenca. Kako se crpljenje nastavlja, konus depresije

se povećava kao i količina pritjecanja vode, a sniženje se usporava. Kada prestane crpljenje

zdenca, oporavak razine vodnog lica je rapidan zbog velike količine vode koja se giba prema

probnom zdencu. Ako crpljenje potraje dovoljno dugo, konus depresije postigne stacionarno

stanje i više se ne širi. Kad se to postigne, količina vode koja prolazi kroz prsten oko probnog

zdenca i konusa depresije jednaka je količini vode koja se crpi. U tom trenutku postignuto je

stanje ravnoteže.

Slika 9.15. Promatrano sniženje i oporavak na kontrolnom zdencu

Kapacitet zdenca je količina vode pražnjenja zdenca, prirodno ili crpljenjem, te se

jednostavno izražava kao:


245

gdje su:

- kapacitet [l/s],

- volumen proizvedene vode [l],

- vrijeme mjerenja [s].

Kapacitet zdenca je vrlo grub pokazatelj proizvodnih kapaciteta vodonosnog sloja.

Kapacitet ovisi o nekoliko činitelja: karakteristikama vodonosnog sloja, konstrukciji i izvedbi

zdenca, kapacitetu instalirane crpke i samim potrebama.

Specifični kapacitet jeste odnos kapaciteta zdenca i pada razine vode u zdencu.

Izražava se kao:

gdje su:

q' - specifični kapacitet [m3/s/m],

Q - kapacitet [m3/s],

s - pad razine vode u zdencu [m], nakon određenog vremena.

Slika 9.16. Promatrano sniženje i oporavak na kontrolnom pijezometru


246

Specifični kapacitet najčešće je jedini pokazatelj izdašnosti vodonosnog sloja i obično

se izračunava iz probnog crpljenja za vrijeme izrade i montaže zdenca. Dobro je kada se

specifični kapacitet izrazi nakon 24 satnog crpljenja. Dakako, u praksi izrada zdenca pa tako

i proba ne traju duže od nekoliko sati. Najčešće se izražava u mjernoj jedinici m3/dan/m.

Slika 9.17. Prikaz sniženja razine vode u pijezometru nakon uključenja pumpe

Slika 9.18. Mjerenje vodopropusnosti crpljenjem iz bunara

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

sn

iže

nje

(m

) '

vrijeme (s)

sniženje na PDS-1 (Q=51 l/s)


247

Iz podataka o sniženju razine vode u pijezometrima prilikom probnog crpljenja i na

osnovi mjerenja protoka q [cm3/s], može se izračunati koeficijent vodopropusnosti k [m/s]

prema jednadžbi o kapacitetu bunara (oznake su prema slici 9.18.):

9.3.3.1. Osnovne pretpostavke kod probnog crpljenja

Kako bi vrijedile korištene jednadžbe potrebno je usvojiti određene pretpostavke o

vodonosniku, probnim i kontrolnim zdencima. Navedene pretpostavke vrijede za analize

probnog crpljenja. Osnovne pretpostavke:

Vodonosnik se rasprostire beskonačno;

Vodonosnik je homogen, izotropan i jednolike debljine u dijelu na kojeg utječe

probno crpljenje;

Prije početka crpljenja, pijezometarska površina i/ili vodno lice (približno)

horizontalno je na području utjecaja probe;

Vodonosnik se crpi sa konstantnom količinom Q;

Probni zdenac u potpunosti svojim perforiranim aktivnim dijelom penetrira

vodonosnik po cijeloj dubini i tako prihvaća ukupan horizontalni tok vode;

Tok prema zdencu je radijalan, odnosno pijezometarska površina sastoji se od

ravnina koncentričnih cilindara oko zdenca;

Primjenjiv je Darcy-ev zakon, u vodonosniku je laminarni tok;

Korisnost zdenca je 100%, nema gubitaka u zdencu;

Koeficijent transmisivnosti i koeficijent uskladištenja su konstantni.

Dodatne pretpostavke za Thiem-ovu jednadžbu (Metoda ravnoteže za tok pod

tlakom):

Vodonosnik je pod tlakom;

Tok vode je stacionaran;

Fluid i matriks vodonosnika su nestišljivi.

Dodatne pretpostavke za Theis-ovu jednadžbu (Metoda nejednolikog toka):

Vodonosnik je pod tlakom;

Tok prema zdencu je nestacionaran (nejednolik), razlike depresijskih linija sa

vremenom nisu zanemarive niti je hidraulički gradijent konstantan s vremenom i

udaljenošću;


248

Crpljena voda troši se trenutno iz uskladištenja i uzrokuje pad pijezometarske

površine;

Promjer probnog zdenca je vrlo malen, zanemariv, pa je količina vode u cijevi

zdenca zanemariva;

Formacija vodonosnika ne dopunjava se iz nijednog izvora.

Dodatne pretpostavke za Jacob-ovu jednadžbu:

Vrijede isti uvjeti pretpostavljeni za Theis-ovu metodu;

Vrijednost za (vidi Theis-ovu metodu za objašnjenje vrijednosti ) su male

( <0,01), radijalna udaljenost od probnog zdenca do točke interesa je mala

(postoji ograničavajuća udaljenost preko koje Jacob-ova jednadžba ne vrijedi),

vrijeme od početka crpljenja je veliko (koriste se podaci nakon dužeg

crpljenja);

Kritična vrijednost nekada se uveća na =0,05. Taj uvjet je restriktivniji i daje

točnije rezultate.

Dodatne pretpostavke Theis-ove i Jacob-ove jednadžbe za tok koji nije pod tlakom:

Postoji vodno lice odnosno freatska površina;

Obje metode mogu se koristiti izvan kritične udaljenosti od probnog zdenca,

gdje je:

a) sniženje zanemarivo malo, naspram saturirane debljine , ili

b) se koristi Jacob-ova korekcija sniženja.

Dodatne pretpostavke za Walton-ovu metodu:

Vodonosni sloj je poluzatvoren;

Tok prema bunaru je nestacionaran, tj. razlike sniženja tokom vremena nisu

zanemarljive, odnosno hidraulički gradijent nije konstantan u vremenu;

Voda "izvučena" iz uskladištenja pridobivena je istovremeno s padom pritiska;

Promjer bunara mora biti mali, tako da se količina vode u samom bunaru može

zanemariti.

9.3.3.2. Thiem-ova jednadžba probnog crpljenja

Thiem-ova jednadžba je rješenje Laplace-ove jednadžbe za stacionarni tok.

Stacionarno stanje (neovisno o vremenu) uvjeta toka jeste ono kod kojeg se pretpostavlja

beskonačna količina dotjecanja vode koja zamjenjuje iscrpljenu vodu iz vodonosnika. Stoga

nema naknadne vremenske promjene pijezometarske razine ili hidrauličkog gradijenta.


249

Thiem-ova jednadžba dana je u obliku:

a rješenje vrijedi za sve < .

U Thiem-ovoj jednadžbi je:

- koeficijent transmisivnosti vodonosnika,

- kapacitet crpljenja,

- sniženje; razlika statičke razina vode prije crpljenje i razine

nakon postizanja stacionarnog stanja,

- polumjer vanjskih granica; udaljenost utjecaja crpljenja kod

kojeg se smatra da ne nastaje znatnije sniženje pijezometarske

razine,

- polumjer probnog zdenca ili polumjer od probnog zdenca do

točke interesa.

Ako je jednak polumjeru probnog zdenca, rezultat će biti sniženje razine vode

izvan cijevi zdenca, jednako kao i u samoj cijevi jer je pretpostavka korisnosti zdenca 100%,

odnosno nema gubitaka u zdencu. Ako pak je jednak udaljenosti (polumjeru) točke od

probnog zdenca, rješenje će biti u točki interesa, a tada se vrijednost koeficijenta

transmisivnosti mora pretpostaviti.

9.3.3.3. Thiem-ova jednadžba probnog crpljenja za dva kontrolna zdenca

Za dva kontrolna zdenca udaljenosti polumjera r1 i r2 od probnog, Thiem-ova

jednadžba može se pisati ovako:

gdje je:

- razlika pijezometarskih razina između dva kontrolna zdenca.

Svi navedeni oblici Thiem-ovih jednadžbi vrijede za radijalan tok vode prema

probnom zdencu u vodonosniku pod tlakom (arteškom vodonosniku) i stacionarnim uvjetima.


250

9.3.3.4. Theis-ova jednadžba probnog crpljenja

Sljedeći oblik Theis-ove jednadžbe daje rješenje sniženja pijezometarske razine u

vodonosniku pod tlakom, za nestacionarne uvjete toka vode. Jednadžba opisuje sniženje

pijezometarske površine zbog crpljenja i to u funkciji udaljenosti od zdenca i vremena

proteklog od početka crpljenja.

gdje je:

gdje je:

- sniženje razine vode,

- kapacitet (volumen/vrijeme, mora biti izražen u volumenu/danu),

- koeficijent transmisivnosti (dužina2/vrijeme, mora biti izraženo

kao dužina2/danu),

- koeficijent uskladištenja (bezdimenzionalan),

- udaljenost od probnog zdenca (dužina),

- vrijeme od početka crpljenja (vrijeme, mora biti izraženo u

danima).

9.3.3.5. Theis-ova funkcija zdenca

Dio Theis-ove jednadžbe koji sadrži integral poznat je pod nazivom funkcija zdenca

i dana je u obliku:

Funkcija je također bezdimenzionalna i sastoji se od takozvane

eksponencijalne integralne funkcije.

9.3.3.6. Jacob-ova jednadžba probnog crpljenja

Jacob-ova jednadžba temelji se na Theis-ovoj, iako su uvjeti za njenu primjenu

restriktivniji od Theis-ove jednadžbe. U Theis-ovoj jednadžbi eksponencijalna integralna

funkcija, funkcija zdenca , može se proširiti na seriju konvergentnih krivulja koristeći

Taylor-ovu aproksimaciju.


251

Tako se sniženje razine vode može izraziti kao:

koristeći izraz za :

Vidljivo je da vrijednost pada kako se vrijeme crpljenja povećava, ili za manje

udaljenosti od probnog zdenca.

Prema tome, za velike vrijednosti i/ili manje vrijednosti nastavak jednadžbe

nakon izraza postaje zanemariv. Tako za male vrijednosti , Theis-ova

funkcija zdenca može biti dobro aproksimirana sa samo prva dva izraza u jednadžbi

Taylor-ove serije krivulja. Ako je zadovolji uvjet za malom vrijednosti Theis-ova jednadžba

reducira se na Jacob-ovu jednadžbu:

Jacob-ova jednadžba također se može transformirati u oblik sa logaritmom po bazi

deset:

9.3.3.7. Jacob-ova metoda probnog crpljenja

Jedan kontrolni zdenac (metoda vremenskog-sniženja)

Kao i u Theis-ovoj metodi također se koristi grafički način da se dođe do vrijednosti

koeficijenta transmisivnosti i koeficijenta uskladištenja, iako nije potrebno uspoređivati

krivulje.

Postupak obrade rezultata probnog crpljenja:

1. Prvi korak metode Jacob-a je izrada dijagrama terenskih podataka sniženja i

vremena sakupljenih na kontrolnom zdencu. Ti podaci se nanose na osi i to

sniženje na ordinatu, a vrijeme u logaritamskom mjerilu na apscisu. U

takvom semi-logaritamskom dijagramu unesene vrijednosti trebale bi približno

ležati na pravcu. (Slika 9.19.)


252

Slika 9.19. Jacob-ov digram vremenskog-sniženja

2. Potrebno je povući pravac kroz rezultate (Jacob-ova metoda vrijedi samo za

dugotrajne probe). Pravac koji najbolje odgovara, produži se tako da siječe

apscisu, vrijeme na presjeku označva se kao Za to je vrijeme sniženje razine

vode nula.

3. Koristeći povućeni pravac, određuje se sniženje za jedan logaritamski period.

Odabiru se dvije točke na pravcu koje su udaljene jedan vremenski logaritamski

ciklus (Slika 9.19. prikazuje dva takva primjera). Tada se uvrštava u sljedeći

izraz da bi se izračunao koeficijent transmisivnosti:

gdje je:

- sniženje RPV za vrijeme jednog logaritamskog ciklusa.

Može se pokazati da izraz iz Jacob-ove jednadžbe jeste izraz koji

opisuje nagib pravca na dijagramu. Nagib tog pravca može se odrediti na

sljedeće načine. Uzmima se u obzir vrijednost sniženja dviju točaka na pravcu

koje su udaljene jedan log ciklus. Npr. neka bude sniženje za vrijeme koji

poprima vrijednost 1, 10 ili 100 itd. također neka bude sniženje za vrijeme

takvo da vrijeme bude udaljeno jedan logogaritamski ciklus od vremena .

Recimo da su odabrane dvije točke sniženja za koje su vremena

i . Tada se traži razlika između dviju vrijednosti sniženja u odnosu na

to vrijeme:


253

Također treba izvesti takvu Jacob-ovu jednadžbu u koju se mogu uvrstiti

vremena i :

Radi pojednostavljenja izražava se . Tada se uočava

pojednostavljenje logaritamskog dijela jednadžbe:

vidi se da je nagib jednak promjeni sniženja u jednom log

ciklusu:

i da je rješenje za :

Primijećuje se da svi parametri moraju biti u dosljednim mjernim jedinicama.

Tablica 9.6. Mjerne jedinice

4. Nakon produženja pravca i presijecanja apscise kod , točka presjeka ima

koordinate . Uvrštavanje tih vrijednosti u Jacob-ovu jednadžbu

daje:

što znači da izraz pod logaritmom mora biti jednak 0, pa slijedi:

iz toga je tada moguće izračunati koeficijent uskladištenja:

5. Rješenja do kojih se dolazi za koeficijente transmisivnosti i uskladištenja ovise o

vrijednosti odnosno ta vrijednost mora biti mala; <0,01.

[L3/t] [L] [L2/t]

[m3/dan] [m] [m2/dan]


254

Da bi se osiguralo da bude malen koriste se podaci dugotrajnog crpljenja kako

bi povukli pravac na dijagramu. No, kod kojeg vremena vrijednost postane

mala? Sada se to izračunava uvrštavajući izračunate vrijednosti za i u

jednadžbu Ako se još kaže da je vrijednost jednaka 0,01, vrijeme koje će na

taj način biti dobiveno predstavljat će najduži period netočnih podataka. Ako se

nakon toga uvidi da pravac sadrži bilo koje nepravilne točke, postupak treba

ponoviti crtanjem novog pravaca, ignorirajući sve netočne podatke.

Više kontrolnih zdenaca (metoda udaljenosti-sniženja probnog crpljenja)

Prijašnja razmatranja za metodu vremenskog sniženja također se mogu primijeniti

kao reprezentativna kod više kontrolnih zdenaca na različitim udaljenostima od probnog

zdenca. Sniženje razine vode određeno je za svaki od kontrolnih zdenaca u točno

određenom vremenskom trenutku.


1. Princip je isti samo što se sada za svaki kontrolni zdenac izrađuje dijagram sa

sniženjem na ordinati i udaljenošću od probnog zdenca na apscisi.

Udaljenosti na osi apscisi ponovno moraju biti u logaritamskom mjerilu, a sniženja

na ordinati u normalnom mjerilu.

2. Ucrtava se pravac spajajući točke za zdenac najbliži probnom (Jacob-ova metoda

vrijedi samo za određenu kritičnu udaljenost . Pravac se produži dok se ne

nađe presjecište pravca i osi apscise kod kojeg je sniženje jednako nuli. Ta

točka označava se . To je točka udaljenosti na kojoj crpljenje zdenca više ne

uzrokuje sniženje razine vode.

3. Koristeći ucrtani pravac određuje se sniženje na jednom logaritamskom

ciklusu. Zbog jednostavnosti izabiru se dvije točke na pravcu koje su udaljene

jedan logaritamski ciklus na osi udaljenosti. Nakon toga ugrađuje se u sljedeći

izraz da bi se izračunao koeficijent transmisivnosti:

To nije izraz jednak izrazu kod metode vremenskog sniženja. Broj 4 u nazivniku

sada je 2. Razlog je vidljiv u izvodu .

4. Da bi se odredio koeficijent uskladištenja u donji izraz uvrsti se izračunata

vrijednost i iz dijagrama očitana vrijednost za :

Vrijeme je konstanta.


255

5. Kao i u metodi vremenskog sniženja, rješenja za koeficijente transmisivnosti i

uskladištenja ovise o iznosu , odnosno on mora biti malen . Da bi se

to osiguralo povlači se pravac kroz točke koje su bliže probnom zdencu. No, kod

koje udaljenosti vrijednost zapravo prestaje biti malena? Sada se to može

izračunati uvrštavajući izračunate vrijednosti za i u izraz za i rješavajući je

za udaljenost . Vrijednost uzima se da je te se na taj način dobiva

najveća udaljenost koja daje točne podatke. Ako se tada uoči da pravac sadržava

neke točke izvan granične udaljenosti , postupak se ponavlja postavljajući novi

pravac, ali ovaj puta ignorirajući podatke izvan kritične udaljenosti .

9.3.3.8. Walton-ova metoda probnog crpljenja

Walton (1962) razvio je metodu određivanja parametra vodonosnog sloja koja je

temeljena na istom principu kao i Theis-ova metoda. Razlika je u tome što je umjesto jedne

tipske krivulje Walton razvio tipsku krivulju za svaku vrijednost , te na taj način dobio

familiju tipskih krivulja. Krivulje je konstruirao na osnovu tablica s vrijednostima ,

koje je objavio Hantush (1956).


1. Na papir s dvostrukom logaritamskom podjelom potrebno je nacrtati vrijednosti

u odnosu na uzimajući različite vrijednosti . Na taj način dobije

se Waltonova familija tipskih krivulja.

2. Na drugi komad papira s dvostrukom logaritamskom podjelom (istog mjerila)

nacrta se vrijednosti ovisno o ili o (u slučaju kada se raspolaže samo s

podacima jednog pijezometra). Dobivene točke definiraju krivulje opaženih

podataka.

3. Krivulju opaženih podataka pomicati preko familija tipskih krivulja tako dugo dok

se ne nađe položaj u kojem se krivulja opaženih podataka najbolje poklapa s

jednom od tipskih krivulja. Koordinatne osi kod toga moraju biti paralelne.

4. Odabere se točka poklapanja te očita vrijednosti njezinih koordinata ,

i , (ili ). Zatim se uvrsti vrijednost i , te poznata veličina u

jednadžbu za i izračuna i .


256

9.3.3.9. Probno crpljenje pijezometra (primjer NP-4, "GAZA" – Karlovac)

Specifični kapacitet pijezometra:

Tablica 9.7. Dinamička razina razine podzemne vode u pijezometru NP-4 prilikom "KONSTANT

TESTA"

Statička razina RPV Stalna crpna količina Dinamička razina podzemne vode DPV

(nakon cca. 8 sati) Sniženje s

5,16 m 4,59 l/s 5,34 m 0,18 m

Tablica 9.8. Mjerenja dinamičke razine podzemne vode na pijezometru NP-4, "GAZA" – Karlovac;

Rezultat testa crpljenja u koracima (STEP TEST) "NP-4"

Jedan dio podataka o vodonosnom sloju moguće je dobiti samo na bazi analiza

podataka iz opažačkih pijezometara, dok se drugi podaci mogu dobiti iz podataka na samom

zdencu. Pokusno crpljenje u stvari čini ispitivanje vodonosnog sloja i samog zdenca. Naime,

ukupno ostvareno sniženje u crpljenom zdencu čine dvije komponente:

gdje su:

- sniženje u zdencu [m],

- količina vode kojom se zdenac crpi [m3/s],

- parametar otpora sloja [s/m2] i

- parametar otpora zdencu [s2/m5].

Rješenje jednadžbe sniženja dobivena je grafičkim putem prema Jacobovoj metodi.

Vrijednosti dinamičke razine podzemne vode za različite kapacitete crpke prikazane su

tabelarno u tablici 9.8. U tablici su izračunate za različite količine crpljenja vrijednosti

specifičnog sniženja koje su prema Jacobovoj metodi potrebne za izračunavanje parametara

otpora sloja i otpora zdenca

KORAK Crpna količina Sniženje Prirast crp. Količine Prirast sniženja Specifično sniženje

"i" Qi (m3/s) si (m) δQi (m

3/s) δsi (m) s/Q (s/m

2)

0.00000 0.000

1 0.00085 0.024 0.00085 0.024 28.2

2 0.00300 0.111 0.00215 0.087 37.0

3 0.00459 0.179 0.00159 0.068 39.0


257

Slika 9.20. Izračun parametara gubitaka prema Jacobovoj metodi

Vrijednost za dobivena je kao odsječak na ordinati i iznosi , dok je

vrijednost za parametar dobivena iz omjera .

Jednadžba zdenca tada glasi:

Slika 9.21. Gubici u pijezometarskom zdencu i vodonosnom sloju

Tablica 9.9. Odnos parametra C i stanja zdenca

Koeficijent gubitaka na zdencu C [min2/m5] Stanje zdenca

<0,5 Dobro projektiran i osvojen

0,5 do 1,0 Blago pogoršano zbog kolmatacije

1,0 do 4,0 Ozbiljno pogoršano zbog kolmatacije, začepljenja

> 4.0 Teško se regenerira na prvobitnu izdašnost

y = 2946x + 26,45

0

10

20

30

40

50

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008

s/Q

(s/m

2)

Q (m3/s)

specifično sniženje po koracima crpljenja "GAZA" - NP-4, Karlovac

otpori na piezometru NP-4 "Gaza", Karlovac

35.42

27.03

25.64

0.00

0.10

0.20

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Q (dm3/s)

sn

iže

nje

(m

)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00

specifična izdašnost q (l/s/m)

s=BQ

s=CQ^2

s=f(Q)

q


258

NP - 4 (V odocrpilište "GA ZA ") - Karlovac, 12.0 1.20 11.

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.20

14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 20:00:00 20:30:00 21:00:00 21:30:00

Vrijeme (apsolutno)

Sn

ižen

je (

m)

Piezometar NP - 4

RPV (statička) = 5,16 m

KONSTANT TEST

12.01.2011.

Q = 4,59 l/s

Dobro projektiranje filtarskog dijela konstrukcije bunara može u većoj mjeri smanjiti

gubitke, no ne može ih nikad potpuno i eliminirati. Odnos između nelinearnog parametra

otpora zdenca i stanja zdenca dan je prema Waltonu u tablici 9.9. Iz pokusnog crpljenja

dobivena je vrijednost za parametar otpora zdenca , što

prema tablici 9.9. ukazuje na "blago pogoršano". Razlog blago pogoršanog stanja je

ograničenje prijemnog kapaciteta filtarskog dijela pijezometra, odnosno 4 metra ugrađenog

filtra veličine trakastog otvora 1 mm, promjera d = 4", prijemnog kapaciteta kod brzine ulaza

filtra, odnosno

Slika 9.22. Probno crpljenje step testom

Slika 9.23. Probno crpljenje konstant testom

NP - 4 (V odocrpilište "GA ZA ") - Karlovac, 12.0 1.20 11.

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.20

8:30:00 9:00:00 9:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00

Vrijeme (apsolutno)

Sn

ižen

je (

m)

Q = 0,85 l/s

Q = 3,00 l/s

Q = 4,59 l/s


259

Hidrogeološki parametri vodonosnika određeni su iz provedenog povrata razine

(recovery) opažanog na crpljenom pijezometru primjenom metode superpozicije za rješenje

"Agarwal + Papadopulos & Cooper" u zatvorenom vodonosniku. Primijenjena je pretpostavka

da ugrađeni filtar zahvaća cijelu visinu vodonosnika. Analiza je provedena upotrebom

računalnog programa AquiferTest Pro 4.0, proizvođača Waterloo Hydrogeologic, Inc. 2004.

Hidrogeološki parametri određeni su za slijedeći oblik probnog crpljenja:

Povrat razine podzemne vode (recovery test);

Crpljenje u koracima (step test) – prema "Theis-u".

Tablica 9.10. Hidrogeološki parametri vodonosnika dobiveni iz krivulje povrata razine nakon crpljenja

proba hidraulička vodljivost –

K [m/dan] koeficijent vodoprovodnosti

(transmisivnost) – T [m2/dan]

koeficijent uskladištenja - S

povrat razine (recovery)

1050 4180 -

crpljenje u koracima (step test)

1060 4250 -

Slika 9.24. Konstant test s povratom (AGARWAL + Papadopulos & Cooper)


260

Slika 9.25. Step test (Theis)


261

9.3.4. Slug test

Osnovni zadatak slug (slag) testa, za koji je i primarno kreiran, jest ponuditi procjenu

hidrauličkih svojstava za naknadne hidrogeološke probe. Nekoliko je prednosti u korist

izvođenja slug testa pred testom probnog crpljenja. Slug test nije skup pokus u smislu

opreme i osoblja koje ga izvodi, može se provesti vrlo brzo, nema nikakvih nuspojava u

smislu zagađene vode koja bi mogla biti ispumpana, a može se izvoditi i u materijalima sa

niskom hidrauličkom provodljivošću gdje probe sa crpljenjem nisu moguće. Loša

karakteristika slug testa je da nudi ograničen pregled uvjeta u vodonosnom sloju. To je iz

razloga što uneseni poremećaj utječe na manje ograničeno područje u vodonosnom sloju.

U svakom zdencu može se provesti slug test sa više razina unesenih promjena i na

taj način isključiti eventualne heterogene uvjete u okruženju testiranog zdenca (pijezometra).

U osnovi, slug test se sastoji u tome da se u testni zdenac, odnosno pijezometar naglo (u

proračunima trenutno) unese određena količina vode (Slug test) ili pak se iz njega iznese

(Bail test). To se može ostvariti na razne načine. Primjerice, ulijevanjem vode u pijezometar

ili pak koristeći komprimirani zrak (Slika 9.26.). Najjednostavniji način, koji je jednako toliko

učinkovit, jeste da se u zdenac naglo ubaci ili izvuče čvrsto tijelo. Po tom načinu pokus je i

dobio ime, jer iz engleskog „Slug" znači zrno, komad šipke itd. Tijelo koje se ubacuje

najčešće je kružnog presjeka, pa se opisuje kao šipka.

Slika 9.26. Provođenje slug testa korištenjem komprimiranog zraka za izazivanje oscilacija razine

vode u pijezometru


262

9.3.4.1. Slug test metodom Hvorsleva u tlu niske vodopropusnosti

Na unesenu promjenu pijezometar reagira promjenom razine vode. Takva promjena

slijedi određene zakonitosti gibanja stupca vode i veličine prihrane ostvarene u perforiranom

dijelu pijezometra. To kolebanje razine vode prati se u odnosu na vrijeme. Mnogi autori bavili

su se proučavanjem takve zavisnosti, pošto ideja o takvom načinu testiranja nije nova. Do

sada su ponuđena određena rješenja raznih autora, ali su se uglavnom ograničavala na

vodonosne slojeve niske hidrauličke provodljivosti. Najpoznatije takvo rješenje ponudio je

autor Hvorslev (tzv. "slug metoda prema Hvorslevu, 1951") koji nudi određivanje veličine

hidrauličke provodljivosti (K) za vodonosne slojeve male hidrauličke provodljivosti i uvjet

kada je perforirani dio barem osam puta duži od polumjera testiranog zdenca.

Vrijednost ulaznog ili izlanog protoka (q) u pijezometru u svakom je trenutku

proporcionalna s vrijednošću hidrauličke provodljivosti (K) tla i visinskom razlikom (H0 – h):

gdje je F faktor koji ovisi o obliku i dimenzijama pijezometra, a r polumjer pijezometra.

Hvorslev je definirao vrijeme kašnjenja kao T0 s početnim uvjetima (h=H0, t=0):

Slika 9.27. Slug test metodom Hvorsleva: a) Geometrija; b) Dijagram za analizu ispitivanja

Op

ora

vak


263

Na polulogaritamskom dijagramu (Slika 9.27.b) koji prikazuje odnos (H-h)/(H-H0) i

vremena (t), može se vidjeti da je t = T0 kada je oporavak jednak 0,37 (vrijeme potrebno da

se razina vode u zdencu povrati za 37% prema statičkoj razini).

Ako se vrijeme kašnjenja (T0) uvrsti u početnu jednadžbu, dobiva se:

Hvorslev procjenjuje vrijednost faktora F za najčešće vrste pijezometara (to su oni

kod kojih je perforirani dio barem osam puta duži od polumjera pijezometra) i daje generalnu

jednadžbu za izračun hidrauličke provodljivosti (K):

gdje je:

T0 - vrijeme potrebno da se razina vode u zdencu povrati za 37% (0,37)

prema statičkoj razini (h/H0 = 0,37),

L - dužina perforiranog dijela,

r - unutrašnji polumjer zdenca,

R - unutrašnji polumjer perforiranog dijela.

Rješenje po Hvorslevu pretpostavlja sljedeće:

Otvoreni ili ne potpuno zatvoreni vodonosnik naizgled zahtijeva beskonačno

mjerenje;

Homogeni, izotropni vodonosnik jednolike debljine;

Razina podzemne vode je horizontalna prije ispitivanja;

Trenutno ulijevanje/izvlačenje određenog volumena vode rezultira trenutnom

promjenom razine vode u pijezometru;

Gubici zbog inercije vodenog stupca i nelinearnosti pijezometra su zanemarivi;

Potpuna penetracija pijezometra;

Smatra se da je širina pijezometra beskonačna;

Tok je horizontalan prema ili od pijezometra.


264

Tablica 9.11. Izračunavanje hidrauličke provodljivosti po metodi Hvorsleva za različite izvedbe

pijezometara i različite uvjete u tlu

UVJETI GRAFIČKI

PRIKAZ FAKTOR, F

HIDRAULIČKA

PROVODLJIVOST, K PRIMJENA

Op

až

ač

ki

zd

en

ac

ili

pije

zo

me

tar

u s

atu

rira

no

m i

zo

tro

pn

om

slo

ju b

es

ko

na

čn

e

dubin

e

Nezacijevljena bušotina

Za opažačke zdence konstantnog poprečnog presjeka.

Najjednostavnija metoda za ispitivanje vodopropusnosti, nije primjenjiva u slojevitim tlima.

Zacijevljena bušotina, sve do dna

Za ispitivanje vodopropusnosti u malim dubinama ispod razine vode.

Zacijevljena bušotina, pri dnu perforirani dio duljine L

Za ispitivanje vodopropusnosti u većim dubinama ispod razine vode.

Zacijevljena bušotina, stupac tla visine L ulazi u zacijevljeni dio

Za ispitivanje vodopropusnosti u vertikalnom smjeru u anizotropnim tlima.

Zacijevljena bušotina, na gornjoj granici spojena s vodonosnikom beskonačne dubine

Za opažačke zdence konstantnog poprečnog presjeka.

Kada je debljina gornjeg sloja relativno mala.

Op

až

ač

ki

zd

en

ac

ili

pije

zo

me

tar

u v

od

on

os

nik

u s

nepro

pusnim

gorn

jim s

loje

m

Zacijevljena bušotina, perforirani dio koji ulazi u vodonosnik

R0 je efektivni radijus do izvora na konstantnoj visini.

Za ispitivanje vodopropusnosti na dubini većoj od 2 m.

Za ispitivanje vodopropusnosti na većim dubinama i za dobro graduirana tla.

Pretpostavljena vrijednost R0/R=200 procijenjena na temelju opažanja u zdencima stvorena je kako bi se dobila aktualna vrijednost R0.


265

9.3.4.2. Primjer ispitivanja slug testom Implementacijom Buttler and Garnett slag

metode u tlu visoke vodopropusnosti

2000 god. dvoje autora James J. Buttler, Jr. sa „Kansas Geological Survey" i

Elizabeth J. Garnett sa sveučilišta iz Kanzasa odjel geologije (University of Kansas,

Department of Geology) ponudili su rješenje za vodonosne slojeve visoke hidrauličke

provodljivosti. Njihovo istraživanje dijelom su potpomogli i vanjski sponzori koji su se uključili

u istraživanje, a to su: „Kansas Water Resources Institute" i „Geoprobe Systems, Inc.".

Oni su razradili slug model koji je relativno jednostavan za primjenu i nije ograničen

na primjenu u nekom od tipova vodonosnog sloja, otvorenog odnosno zatvorenog tipa ili pak

dubini prodiranja testnog pijezometra u sam vodonosni sloj. Model koristi potpuno novi

pristup, a bazira se na grafičkoj implementaciji mjerenih podataka i uspoređivanju sa tipskim

matematičkim krivuljama.

Slug test u formacijama visoke hidrauličke provodljivosti (K), najčešće je pod

utjecajem mehanizama koji su ignorirani u modelima koji su razvijeni za materijale male

hidrauličke provodljivosti, kao npr. prije citirani slug model Hvorslev-a. Primijenjena metoda

Buttler i Garnett (2000), je izravna primjena modela prezentiranih od Springer i Gelhar (1991)

(za otvorene vodonosne slojeve) te Butler (1997) (za zatvorene vodonosne slojeve) slug

testa u zdencima koji djelomično sežu u vodonosni sloj. Njihovi principi su poštivani u

navedenom modelu ali su organizirani na takav način da budu pristupačniji za in situ

primjenu. Princip uključuje grafičku usporedbu teoretskih tipskih krivulja i mjerenih slug

podataka. Model je dovoljno jednostavan da ga može izvoditi aplikacija izrađena u programu

Microsoft Excel. Uzimajući u obzir brzinu kojom se aplikacija izvodi nema potrebe prilaziti

potpunoj automatizaciji analize u vidu samostalnog programskog rješenja.

Oprema za mjerenje sastoji se od sonde koja mjeri hidrostatski tlak, uređaja za

mjerenje vibracija („Instantel"), adapter uređaja koji omogućava spajanje sonde na ovu vrstu

mjernog uređaja, prijenosnog računala, ultrazvučnog mjerača protoka („Flexim – FLUKSUS

ADM 6725"), te elektroničkog mjerača nivoa vode u bušotini.


266

a) b)

Slika 9.28. a) Priručno postavljena oprema za mjerenje; b) Elektronički mjerač razine vode u

pijezometru

Inicijalni poremećaj za potrebe mjerenja izazvan je „slagom" (štapom) promjera 45

mm i dužine 852 mm (Slika 9.29.). Mjerna sonda spuštena je do dubine 4,60 m ispod razine

vode u pijezometru. Mjerni uređaj (loger) „Instantel" uzimao je 512 uzorka mjerenih

vrijednosti sa sonde u jednoj sekundi i to u trajanju od 40 s, koliko se smatralo da je dovoljno

da se poremećaj smiri. Slug test je proveden naglim izvlačenjem šipke, te je zabilježeno

osciliranje nivoa vode u pijezometru. Podaci potrebni za izračun slug testa i izmjerene

vrijednosti vidljivi su sa slike 9.29.

Slika 9.29 Dimenzije pijezometra i šipke (sluga) potrebne za slug test

45 mm

852 m

m


267

Princip primjene Buttler and Garnett metode

1. Očitane vrijednosti sa senzora koji mjeri hidrostatski tlak vodnog stupca u pijezometru

ucrtaju se u vremenski dijagram počevši od nekog dogovornog vremena. Iz tog dijagrama

odredi se vrijeme početka testa i statička razina vode u pijezometru.

Slika 9.30. Podaci zabilježeni "Instantel" loger uređajem

Količina podataka od 512 uzorka u sekundi daje previše guste podatke za pregled, pa

i obradu, te su iz tog razloga izlučeni uzorci odmaknuti za 0,2 sekunde kako je i vidljivo sa

slike 9.30.

Sljedeće je potrebno iz dijagrama na slici 9.30. kolebanje razine vode prikazati kao

odstupanje od nultog položaja (statičke razine), odnosno početak testa označiti kao nulto

vrijeme, t = 0. Nulti položaj sa slike 9.29. je vrijednost od 4,6 m. To je ujedno i dubina na koju

je uronjena sonda (Slika 9.31.). Kako je to čest slučaj u slug analizama i ovdje je potrebno

pomak od nultog položaja normalizirati za vrijednost inicijalnog pomaka prouzročenog

izvlačenjem šipke iz pijezometra. Prema proračunu sa slike 9.29., H0 = 0,302 m (Slika 9.32.).

4,300

4,350

4,400

4,450

4,500

4,550

4,600

4,650

4,700

4,750

4,800

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

osc

ila

cij

e (

m)

'

Vrijeme (s)

podaci dobiveni slug testom


268

Slika 9.31. Relativizirani podaci

Slika 9.32. Normalizirane vrijednosti za iznos inicijalnog odmaka H0=0,302 m

2. Pripremljen je dijagram teoretskih krivulja. Krivulje su u obliku grafova normaliziranih

odmaka razine vode od statičkog nivoa sa vremenom koji je bez dimenzije. Ista grupa

krivulja koristi se za analize otvorenih i zatvorenih vodonosnih formacija. Tipske krivulje

generirane su prema sljedećim jednadžbama (Zlotnik i McGuire, 1998):

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0 10 20 30 40

od

ma

k o

d s

tati

čk

e r

azin

e (

m)'

Vrijeme (s)

relativizirani podaci

-0,6

-0,4

-0,2

-1E-15

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 10 20 30 40

no

rmalizir

an

a r

azin

a '

Vrijeme (s)

normalizirana razina


269

gdje je:

CD - bezdimenzionalni parametar prigušenja,

G - ubrzanje zbog sile gravitacije,

H0 - promjena razine vode koja je inicirala slag test (inicijalni pomak),

Le - efektivna dužina vodnog stupca u pijezometru,

td - bezdimenzionalni vremenski parametar,

,

t - vrijeme,

w - odmak razine vode od statičkog nivoa,

wd - normalizirani odmak ,

d - bezdimenzionalni frekventni parametar,

,

-

.

3. Tipske krivulje tada su superponirane na dijagram dobiven mjerenjem slug testa.

Bezdimenzionalno vrijeme tipskih krivulja tada se isteže ili skuplja kako bi se postiglo

preklapanje između odabrane CD krivulje i mjerenih podataka. Izgled krivulja za različite

parametre CD vidljiv je sa slike 9.33. Istezanje odnosno kontrakcija odabrane CD krivulje

postiže se pomoću faktora modulacije koji je u osnovi broj s kojim se množi bezdimenzialno

vrijeme u CD krivulji. Pomoću ova dva parametra (CD i faktora modulacije) moguće je postići

preklapanje matematičkih krivulja i mjerenih podataka koji su prikazani u normaliziranom

obliku (w/H0). Kada se postigne usklađenost krivulja, podatak koji je potrebno odrediti jeste

vrijeme preklapanja. Ono se određuje na način da se očitaju vrijednosti realnog vremena t* i

bezdimenzionalnog vremena td* za istu koordinatu na superponiranim krivuljama. Točka

preklapanja tada je odnos .


270

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 3 6 9 12 15 18

No

rmali

zir

an

i n

ivo

Bezdimenzionalno vrijeme

CD=0,25

CD=0,5

CD=1,0

CD=2,0

CD=4,0

CD=8,0

Slika 9.33. Tipske krivulje

4. Hidraulička provodljivost (Kr) tada je izračunata pomoću jednadžbi u koje su uključeni

podaci o pijezometru, parametar CD tipskih krivulja i točka preklapanja .

Za slobodne vodonosne slojeve Bouwer i Rice model (Springer i Gelhar,1991):

Za zatvorene vodonosne slojeve Hvorslev model (Butler, 1997):

gdje je:

b - dužina perforiranog dijela (filtra),

Re - efektivni polumjer prema Bouwer i Rice (1976),

rc - efektivni polumjer pijezometra (ispravljen za polumjer kabla sonde),

rw - polumjer perforiranog dijela ili bušotine.


271

Prikazane jednadžbe bazirane su na pretpostavci da je vodonosni sloj izotropan s

obzirom na vertikalnu i horizontalnu hidrauličku provodljivost.

Slika 9.34. prikazuje normalizirane vrijednosti dobivene mjerenjem i tipsku krivulju

koja najbolje pokriva dobivene podatke. Parametri tipske krivulje su: Cd = 0,348, a faktor

modulacije iznosi 1,75.

Slika 9.34. Usporedba mjerenih i tipskih vrijednosti

Aplikacija proračuna u MS Excelu

Radi automatizacije proračuna i brzine izvođenja izrađen je obrazac u programu

Microsoft Excel koji zadovoljava potrebe proračuna. Procedura nije u potpunosti

automatizirana jer je potrebno ručno mijenjanje parametara Cd i faktora modulacije tipskih

krivulja dok se vizualno ne poklopi sa krivuljom mjerenih podataka. Izgled dijela radnog lista

u programu MS Excel vidljiv je na slici 9.35.

-0,800

-0,600

-0,400

-0,200

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0 5 10 15 20 25 30 35 40

No

rmali

zir

an

a r

azin

a (

be

z d

imen

zija)

'

Vrijeme (s)

superpozicija krivulja

crpilište "Varaždin"

CD = 0,348

-0,8000

-0,6000

-0,4000

-0,2000

0,0000

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

1,2000

0 5 10 15 20 25 30

no

rma

lizir

an

a r

azin

a '

bezdimenzionalno vrijeme

CD tipska krivulja

CD = 0,348


272

Slika 9.35. Dio radnog lista u radnoj knjizi programa MS Excel.

U definicijama jednadžbi tipskih krivulja pojavljuje se parametar označen sa (Le)

efektivna dužina vodnog stupca. Zurbuchen i ostali smatrali su da se ova veličina može

izračunati iz dimenzija pijezometra i smatrati kao poznanica kod proračuna. Takav pristup

uglavnom ne daje dobre rezultate kod superponiranja krivulja ukazujući na relevantan fizički

proces koji nije dovoljno dobro opisan sa definicijom veličine Le kod prijašnjih autora.

Uzimajući u obzir složenost šipkom induciranih gibanja vode u filtru pijezometra koji je

ugrađen u visoko provodljivom vodonosnom sloju, teško je predvidjeti sve utjecaje koji utječu

na dužinu Le. U ovdje opisanoj proceduri, Le je proračunat kao dio procesa analize (Buttler,

1997):

U većini slučajeva analizom dobivena vrijednost Le bit će nešto veća od nominalne

vrijednosti izračunate iz podataka dimenzija pijezometra. Na tom području slug testa

potrebna su dodatna istraživanja u smislu određivanja svih utjecaja na vrijednost efektivne

dužine vodnog stupca Le. U provedenom proračunu razlika je 35%.


273

Uvažavajući sve napomene i upute u poglavlju 9.3.4., može se izračunati vrijednost Kr

za proveden slug test. Vrijednosti sa slike 9.29. zajedno sa mjerenim vrijednostima unesu se

u za tu namjenu izrađen obrazac vidljiv na slici 9.35., provede usklađivanje krivulja i iščita

rezultat radijalne hidrauličke provodljivosti vodonosnog sloja Kr.

Rezultat ovog slag pokusa:

9.3.5. Tipične vrijednosti za vodopropusnost tla

Tablica 9.12. Vrijednosti koeficijenta za razne vrste tla (Prerađeno prema Bearu et al.,1968)

- log k (cm/s) -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Propusnost

propusno

polupropusno nepropusno

Vodonosnik

dobar

slab ne postoji

Tla

čisti

šljunak

čisti pijesak ili

pijesak i šljunak

vrlo sitni pijesak, prah,

prapor, ilovača

treset

uslojena glina netrošna glina

Stijene naftonosna

stijena pješčenjak vapnenac dolomit


274

Tablica 9.13. Reprezentativne vrijednosti vodopropusnosti za tlo(Modificirano prema Carter i Bentley,

1991)

Napomena : Strelice kod tipičnih grupa tla prikazuju da vrijednosti propusnosti mogu biti veće nego kako su

prikazane u tablici


275

Tablica 9.14. Klasifikacija tla prema vodopropusnosti

Stupanj vodopropustnosti Vrijednosti koeficijenta vodopropustnosti

k (m/s) Visoki veći od 10 -3

Srednji 10 -3 - 10-5

Niski 10-5 - 10-7

Vrlo niski 10-7 - 10-9

Praktički vodonepropustan manje od 10-9

Slika 9.36.Geološko-tehnički profil pijezometra AC-14, Velika Gorica

0,0

5,0

10,0

20,0

30,0

40,0

25,0

35,0

45,0

15,0

ZAŠTITNA KAPA

BETON

±

GEOLOŠKO-TEHNIÈKI PROFIL PIEZOMETRA AC-14 [Vel.Gorica]

1

2

3

4

1,0

1,1

40,7

2,2

DU

BIN

A [m

]

RE

DN

I B

RO

J

INTE

RV

AL [m

]

TUMAÈ:

1. PRAH (ML) PRAH NISKE PLASTIČNOSTI, KRUTO

PLASTIČANE KONZISTENCIJE,

SMEĐE BOJE.

2. PRAŠINASTI ŠLJUNAK (GM)

ŠLJUNAK S PREKOJERNIM UDJELOM

PRAHA, SMEĐE BOJE.

3. SLABO GRADUIRANI ŠLJUNAK (GP)

ŠLJUNAK JE DO DUBINE 11 m SIVE

BOJE, DUBLJE ŽUTO-SMEĐE. VALUTICA

ZAOBLJENIG BRIDOVA MAKSIMALNOG

PROMJERA 70 mm. S DUBINOM

TAKOĐER RASTE I UDIO FINIH ČESTICA,

MAX. DO 25%.

4. GLINA VISOK EPLASTIÈNOSTI (CH)

GLINA SIVE BOJE, KRUTO PLASTIČNE

KONZISTENCIJE, SIVE I ŽUTO-SMEĐE

BOJE.

2,1

1,0

42,8

45,0

0,0

45,0

43,0

45,5

7,5

4,0

RAZINA PODZEMNE VODE

12.09.2008.

POREMEÆENI UZORAK

M = 1 : 10horizontalno

; M = 1 : 150vertikalno

219 mmO

267 mmO

168 mmO

24,0

UGRADNJA BUŠENJE GEOLOŠKI SASTAV

PHD CIJEV

125 mmO

NA

DF

ILTE

RS

KA

C

IJE

VF

I L T E

R

T R

A

K

A

S

T I , O

T V

O

R

I 3,0 x 70,0 m

m

TA

LO

ŽN

IK

2,0

39,0

4,0

45,0

TUMAČ:

1. PRAH (ML)

PRAH NISKE PLASTIČNOSTI,

KRUTOPLASTIČNE

KONZISTENCIJE,SMEĐE BOJE.

2. PRAŠINASTI ŠLJUNAK (GM)

ŠLJUNAK S PREKOBROJNIM UDJELOM

PRAHA SMEĐE BOJE.

3. SLABOGRADUIRANI ŠLJUNAK (GP)

ŠLJUNAK JE DO DUBINE 11 m SIVE

BOJE, DUBLJE ŽUTOSMEĐA VALUTICA

ZAOBLJENIH BRIDOVA MAKSIMALNOG

PROMJERA 70 mm S DUBINOM

TAKOĐER RASTE I UDIO FINIH

ČESTICA MAX. DO 25%.

4. GLINA VISOKE PLASTIČNOSTI (CH)

GLINA SIVE BOJE ,KRUTOPLASTIČNE

KONZISTENCIJE, SIVE I ŽUTOSMEĐE

BOJE.

UGRADNJA BUŠENJE GEOLOŠKI

SASTAV

RAZINA PODZEMNE VODE

POREMEĆENI UZORAK


276

Slika 9.37. Grafički prikaz vrijednosti koeficijenta vodopropusnosti u ovisnosti o vrsti materijala

Podpovršinski istražni radovi 10. Laboratorijska ispitivanja tla

277

10. Laboratorijska ispitivanja tla

Terenska ispitivanja tla upotpunjuju se laboratorijskim metodama ispitivanja.

Standardnim metodama laboratorijskih ispitivanja relativno se jednostavno određuju različita

fizikalno-mehanička svojstva tla.

10.1. Trokomponentni sastav tla

Fizikalna svojstva tla presudna su za donošenje odluka prije provedbe raznih zahvata

u tlu ili odluka o tehničkom korištenju tla, također ponašanje tla u različitim uvjetima ovisi

upravo o tim svojstvima. Tlo je specifičan medij sastavljen od tri homogeno izmiješane

komponente, čvrste, tekuće i plinovite, tj. riječ je o trokomponentnom mediju. Redovito se

podrazumijeva da su navedene tri komponente jednoliko raspodijeljene po obujmu V nekog

uzorka tla. Uobičajeno je da se pri analizi trokomponentne građe tla uzorci prikazuju kao

prizmatična tijela, jer se tada relevantne veličine mogu prikazati na mnogo jasniji način.

Većina osnovnih svojstava tla iskazuje se fizikalnim parametrima tla pa je stoga bitno

njihovo prijašnje nedvosmisleno definiranje i povezivanje. U kategoriju značajnih fizikalnih

parametara svakako se mogu uvrstiti i parametri kao što su: obujam V, masa M i težina W.

Slika 10.1. Model tla

Vw

plin

m

ms

mw

mg ≈ 0

V

Vv

Vs

Vg

tekućina

čestice tla


278

Gdje je:

- ukupni volumen uzorka (sve tri faze), [m3],

- volumen pora (engl. “voids”), [m3],

- volumen čvrstih čestica (engl. “solids”), [m3],

- volumen plina (engl. “gas”), [m3],

- volumen vode (engl. “water”), [m3],

- ukupna masa uzorka, [g],

- masa plina, [g],

- masa vode, [g] ,

- masa čvrstih čestica, [g].

Na osnovi ove slike vidi se da vrijede jednakosti:

1)

2)

10.2. Određivanje zatečene (prirodne) vlage

Ovo ispitivanje se provodi u svrhu određivanja sadržaja vode u tlu (odnosno vlažnosti

tla). Vlažnost tla w se definira kao odnos mase porne vode Mw (vode koja ispunjava pore tla)

i mase čvrste faze tla Md (mase čestica tla). Nakon što se odredi masa vlažnog uzorka tla, on

se stavlja na sušenje u sušionik na temperaturu 105 °C. Nakon 24 sata uzorak je osušen, te

se vaganjem odredi masa čvrstih čestica tla. Masa porne vode dobiva se oduzimanjem mase

čvrstih čestica tla od mase vlažnog uzorka.

Za mnoga tla sadržaj vode može biti vrlo važan podatak, kojim se uspostavlja odnos

između ponašanja tla i njegovih karakteristika. Konzistencija sitnozrnog tla uvelike ovisi o

vlažnosti tla. Sadržaj vode u tlu se također koristi u izražavanju faznih odnosa u određenom

volumenu tla (zrak, voda i čvrste čestice).


279

Slika 10.2. Vaganje vlažnog uzorka tla i stavljanje na sušenje u sušionik

10.3. Određivanje gustoće tla

Ovo ispitivanje se provodi u svrhu određivanja prirodne gustoće neporemećenog

uzorka tla dobivenog utiskivanjem ili bušenjem tankostijenim cilindrom. Prirodna gustoća tla

(s nekom prirodnom vlažnošću) je odnos mase vlažnog uzorka tla M i volumena tog uzorka

V.

Gustoća suhog tla je odnos mase suhog uzorka tla Md (masa čvrstih čestica tla) i

volumena V uzorka tla.

Slika 10.3. Utiskivanje tankostijenog cilindra u uzorak tla i vaganje uzorka s prirodnom vlažnošću


280

10.4. Ispitivanje gustoće čvrstih čestica tla (specifična gustoća)

Ovo ispitivanje se provodi u svrhu određivanja specifične gustoće tla korištenjem

piknometra. U piknometar se stavlja prosijani uzorak tla i voda, te se stavlja u vrući pijesak i

omogući se da sadržaj piknometra lagano vrije kako bi se istisnuo sav zrak iz pora.

Tokom ispitivanja važno je mjeriti temperaturu i odrediti vrijednosti kao što su: masa

piknometra, masa piknometra s vodom, masa piknometra s uzorkom i masa piknometra s

uzorkom i vodom. Pomoću tih izvaganih vrijednosti izračunom se dobivaju masa suhog

uzorka tla i masa istisnute vode, čiji se omjer množi s gustoćom vode i dobiva se specifična

gustoća.

Gustoća čestica tla bez pora na temperaturi T, izračuna se korištenjem jednadžbe:

gdje je - masa suhog uzorka,

- masa istisnute vode,

- gustoća vode.

Dobivena gustoća čestica tla bez pora na temperaturi T može se korigirati, pa se

dobiva korigirana gustoća pri temperaturi od 20 °C:

gdje je - koeficijent korekcije zbog temp. vode T (čita se iz tablice).

Slika 10.4. Istiskivanje zraka iz pora kuhanjem piknometra s uzorkom u vrućem pijesku


281

10.5. Određivanje granulometrijskog sastava tla

Osnovni koraci u određivanju granulometrijskog sastava su:

Odabiranje reprezentativnog uzorka;

Dispergiranje agregata na konačne čestice;

Mjerenje mase pojedinih frakcija.

Postupci za određivanje granulometrijskog sastava su:

Sijanje – za čestice veće od 0,06 mm odnosno 0,075 mm;

Areometriranje (sedimentiranje čestica u vodi) – za čestice manje od 0,06 mm

odnosno 0,075 mm;

Kombinirana analiza – ako materijal sadrži i krupne i sitne frakcije.

10.5.1. Sijanje

Za prosijavanje upotrebljavaju se sita pričvršćena na prikladan okvir, a svrstana su u

standardni niz graničnih veličina. Sita većih otvora su od perforiranog lima, a manja su

izrađena od metalne mreže s kvadratnim otvorima (Slika 10.5.). Odabrana se količina

materijala suši i važe (Md).

Uzorak se stavi na sito najvećeg otvora, ispod kojega su redom sve finija sita.

Veličina otvora na najfinijem situ je 0,06 mm, a ispod njega je zdjela za hvatanje materijala

koji prolazi kroz sva sita. Sva se sita stave na tresalicu, gdje ostaju tako dugo dok se sav

materijal ne prosije. Zatim se važu ostaci na svakom situ ( …

) i materijal koji se skupio

u zdjeli za hvatanje ( ).

Slika 10.5. Sita za određivanje granulometrijskog sastava sijanjem


282

Kontrola postupka mora dati da je suma svih ostataka na situ jednaka masi osušenog

uzorka. Tolerira se gubitak od najviše 1% ukupne mase prosijanog materijala.

Postotak težine frakcije materijala u intervalu između dva sita dobiva se sa:

Postotak materijala koji je prošao kroz sito promjera D, tada je:

Ako ima i sitnijih frakcija koje su nalijepljene na krupna ili sljepljuju sitnija zrna, onda

se primjenjuje mokri postupak. On se od suhog postupka razlikuje u tome što se na svakom

situ materijal ispire vodom dok prođu kroz njega sva zrna sitnija od veličine otvora na situ.

Materijal koji prođe hvata se u posudu, suvišna se voda nakon temeljitog taloženja odlije, a

postupak se ponavlja do najfinijeg sita. Ostaci na pojedinim sitima zatim se suše i nakon

sušenja vrši se vaganje, kao i kod suhog postupka.

Količina materijala koja se uzima na ispitivanje ovisi o krupnoći i jednoličnosti uzorka.

Ako je materijal sitan i jednolik, dovoljna je manja količina, a krupnoga valja uzeti više, i po

nekoliko kilograma.

10.5.2. Areometriranje

Areometriranje je metoda određivanja granulometrijskog sastava tla za materijal koji

sadrži zrna manja od 0,06 mm, odnosno 0,075 mm. Budući da tako sitne čestice nije moguće

sijati (nisu vidljive prostim okom), veličina i postotak pojedinih frakcija određuju se indirektno,

mjerenjem gustoće suspenzije u određenim vremenskim intervalima, primjenjujući tzv.

Stockes-ov zakon. Stockes-ovim zakonom se definira brzina padanja zrnaca u mirnoj

tekućini, koja je to veća što su čestice krupnije. Drugim riječima, ako se u vodu uspe mala

količina materijala koji se sastoji od čestica različite veličine, krupnije čestice padat će brže, a

sitnije sporije.


283

Stockes-ov zakon glasi:

Brzina se može pisati i kao:

Izjednačavanjem tih dvaju izraza dobiva se:

gdje je:

- brzina padanja čestice,

- promjer istaloženog zrna nakon vremena t,

- viskoznost vode na određenoj temperaturi,

- visina padanja zrna, od površine tekućine do neke

dubine u vremenu ,

- vrijeme putovanja zrna do dubine H,

- gustoće čestica i vode.

U pokusu areometriranja se za mjerenje prolaza čestica koristi u gustoćama umjereni

(baždareni) plovak koji se zove areometar (Slika 10.6.). Areometar (još ga nazivaju i

hidrometar) mjeri gustoću na dubini gdje pluta njegovo težište. Gustoća suspenzije se

očitava na vratu areometra, na mjestu gdje vrat areometra izviruje iz vode (skala u

jedinicama gustoće).

Slika 10.6. Areometar (hidrometar)


284

Postupak areometriranja počinje ispiranjem materijala kroz sito određenog otvora oka

(ovisno o normi ispitivanja). Uzorak koji je ostao na situ nakon ispiranja se stavlja u posudu i

suši se u sušioniku 24 sata, pri temperaturi od 100 do 105 °C. U drugu posudu se stavi

suspenzija materijala, koji je prethodno ispran kroz sito. Uzorak s vodom se zatim dispergira

pomoću mješalice.

Nakon što je uzorak dobro dispergiran, ulije se u menzuru u kojoj će se vršiti

areometriranje. Menzura se dopuni s destiliranom vodom do volumena 1l te se doda

antikoagulans, koji sprečava koagulaciju čestica. Nakon toga sadržaj menzure se mora

promiješati njezinim naizmjeničnim okretanjem.

Odmah nakon prestanka miješanja započinje mjerenje gustoće suspenzije. Gustoća

se mjeri areometrom u vremenskim intervalima od 15 s, 30 s, 1 min, 2 min, 5 min, 15 min,

45 min, 2 h, 5 h i 24 h.

Mjerenje se vrši tako da se areometar stavi u menzuru s dispergiranim uzorkom i

pusti da se umiri. Na skali areometra se očita vrijednost gustoće otopine. Na početku

mjerenja bilježi se i temperatura suspenzije koja se smatra stalnom za prvih 15 minuta.

Nakon isteka petnaeste minute, mora se početi bilježiti temperatura suspenzije pri svakom

novom mjerenju gustoće.

Veza vremena, promjera i mase čestica u suspenziji dobije se na slijedeći način:

Početna gustoća suspenzije i početna gustoća suhog tla mogu se

povezati na slijedeći način:

gdje je početni volumen uzorka zapravo volumen menzure , a početni

volumen vode jednak je volumenu pora, a što je praktički opet , pa su i

stupanj zasićenosti i relativni porozitet jednaki [1] i može se pisati:

Koeficijent prolaska mase iz izraza:

gdje su i trenutna i početna gustoća suspenzije (koje se izravno

mjere areometrom).


285

Pripadajući promjeri zrna se dobiju iz:

10.5.3. Kombinirana analiza

Do sada su sijanje i areometriranje razmatrani odvojeno. Međutim, prirodni materijali

su često kombinacija krupnih i sitnih materijala, pa granulometrijsku krivulju, dobivenu

sijanjem, treba nastaviti areometriranjem (za čestice manje od 0,06, odnosno 0,075 mm).

Kombinirana se analiza provodi ako više od 10% zrnaca prođe kroz sito s najmanjim

otvorima.

Korekcija prolaza za areometriranje je:

gdje su: - postotak prolaza kroz najmanje sito,

- masa uzorka koja je prošla kroz sito,

- ukupna masa suhog tla na početku sijanja.

10.5.4. Prikaz rezultata granulometrijske analize

Granulometrijski sastav prikazuje se uobičajeno granulometrijskim dijagramom (Slika

10.7.), u kojem se na osi ordinate nanosi odnos ili postotak (N) količine uzorka koji je prošao

kroz sito, a na apscisi promjer zrna (D) u logaritamskom mjerilu.

Granulometrijski dijagram pokazuje zorno, kako veličine zrna, tako i međusobni

odnos pojedinih frakcija. Dobro graduirano je tlo koje ima zastupljene sve frakcije nekog tla u

nizu, što se vidi iz S krivulje, slabo graduirano je tlo kojemu neke frakcije “nedostaju”, što se

očituje u svojevrsnom lomu u krivulji, a jednolično graduirano je tlo uskog granulometrijskog

sastava.

Bitne osobine granulometrijske krivulje mogu se izraziti pomoću efektivnog promjera

zrna , koeficijenta jednolikosti i koeficijenta zakrivljenosti , koji se računaju iz

promjera zrna:

, promjer sita kod kojeg je 10% mase tla manjih zrna od tog promjera,

, , promjeri sita kroz koje prolazi 30% odnosno 60% ukupne količine

uzorka.


286

Slika 10.7. Granulometrijski dijagram s tipičnim granulometrijskim krivuljama


287

Iz granulometrijske krivulje se može, koristeći vrijednosti otvora na situ , ,

, odrediti:

- promjer efektivnog zrna,

- promjer dominantnog zrna,

- koeficijent jednolikosti,

- koeficijent zakrivljenosti.

Ako se koeficijent zakrivljenosti kreće u vrijednostima od 1 do 3, može se reći da je tlo

dobro graduirano.

10.6. Određivanje granica konzistencije

Granice konzistencije koherentnih materijala određuju se relativno jednostavnim

geomehaničkim laboratorijskim ispitivanjima, a korisni su pokazatelj za pouzdanu klasifikaciju

raznih vrsta tla i njihovo raspoređivanje u skupine tla sličnih osnovnih fizikalno-mehaničkih

svojstava.

U geomehanici se koriste tri vrste granica konzistencije:

Granica tečenja (liquid limit), oznaka wL ili LL

raspon vrijednosti od 0% do 100%, uglavnom < 100%;

Granica plastičnosti (plasticity limit), oznaka wP ili PL

raspon vrijednosti od 0% do 100%, uglavnom < 40%;

Granica stezanja (shrinkage limit), oznaka wS ili SL

raspon vrijednosti do 30%.

10.6.1. Granica tečenja

Određena je sadržajem vlažnosti pri kojem će uzorak tla početi teći ako ga se

potrese. Odnosno granica tečenja predstavlja onaj sadržaj vode pri kome koherentni

materijal tla prelazi iz tekućeg u plastično konzistentno stanje.


288

Pomoću ovog pokazatelja sitnozrnata tla se može podijeliti na sljedeće osnovne

grupe:

< 20% - neplastično;

20% < < 50% - niska plastičnost;

> 50% - visoka plastičnost.

Metoda konusnog penetrometra koristi se za ispitivanje granice tečenja koherentnih

tala, a sastoji se u tome da se mjeri prodiranje konusa u homogenizirani uzorak tla, koji se

nalazi u posudi standardizirane visine 55 mm, kroz vrijeme od 5 sekundi.

Granica tečenja metodom konusnog penetrometra, postiže se kod dubine prodiranja

konusa od 20 mm. Konzistentno stanje ispitivanih uzoraka mora odgovarati dubini prodiranja

konusa od 15 do 25 mm.

Granica tečenja može se određivati i pomoću uređaja s pokretnom mjedenom

zdjelicom standardiziranog oblika – tzv. Casagrandeovog aparata (Slika 10.8.b). Pomoću

ekscentra na osovini, zdjelica se podiže na visinu od 1 cm s koje slobodno pada na podlogu.

Na uzorku se načini standardizirani žlijeb posebnim nožem. Pokretana ručno ili automatski,

zdjelica brzinom od 2 udarca u sekundi udara o podlogu, dok se žlijeb ne sastavi na duljini

od 13 mm. Broj udaraca ne smije biti manji od 10, a ne veći od 50.

a) b)

Slika 10.8. a) Konusni penetrometar; b) Casagrandeov aparat


289

10.6.2. Granica plastičnosti

Granica plastičnosti predstavlja onaj sadržaj vode kod kojeg koherentna tla

prelaze iz plastičnog u polučvrsto konzistentno stanje. Za određivanje granice plastičnosti

nije potrebna aparatura.

Kod određivanja granice plastičnosti uzorak tla se oblikuje u valjčić i rola sve dok se

ne dobije valjčić promjera 3 mm. Kada se dosegne promjer od 3 mm, na valjčiću moraju biti

vidljive dijagonalne pukotine. U slučaju da pukotina na valjčiću nema, postupak rolanja se

ponavlja.

Valjčići se važu prije i poslije sušenja, te se na temelju smanjenja mase određuje

granica plastičnosti.

Slika 10.9. Valjčići za određivanje granice plastičnosti

10.6.3. Granica stezanja

Granica stezanja opisuje stanje vlažnosti pri kojemu se postignuti volumen uzorka ne

smanjuje daljnjim sušenjem. Granica stezanja se dobiva polaganim sušenjem potpuno

zasićenog uzorka volumena . Uzorak se važe prije sušenja i nakon sušenja, kad se

ponovno mjeri njegov volumen , obično uranjanjem u živu.

Na temelju dobivenih volumena i masa izračuna se vlažnost na granici stezanja. Ovaj

postupak rijetko se koristi, pošto ja za njegovo provođenje potrebna živa čija primjena može

biti opasna.

10.6.4. Indeks plastičnosti, indeks konzistencije i indeks tečenja

Razlika sadržaja vlage između granice tečenja i granice plastičnosti naziva se indeks

plastičnosti:


290

gdje je :

- granica plastičnosti,

- granica tečenja.

Unutar ovog intervala materijal se ponaša plastično. Pomoću njega se mogu

uspoređivati materijali koji imaju istu granicu tečenja.

Što je indeks plastičnosti veći, to je veća stabilnost koherentnog materijala kod

promjene sadržaja vode. Veći indeks plastičnosti ukazuje na veću žilavost i čvrstoću

materijala, te je i nosivost koherentnog tla veća i pouzdanija.

Za koherentne vrste tla stanje konzistencije određuje se indeksom konzistencije ,

koji je definiran preko izraza :

gdje je: - indeks konzistencije,

- indeks plastičnosti ,

- granica tečenja,

- granica plastičnosti,

- aktualna vlažnost tla (npr. prirodna vlažnost).

Kada je jednak nuli , tada je materijal u konzistentnom stanju na granici

tečenja, a kad je jednak jedan , tada je materijal u konzistentnom stanju na granici

plastičnosti.

Slika 10.10. Nomenklatura konzistentnih stanja

S w P w L w 0

0,25

0,50

0,75

1,00

P

S L

I

w w

gran C I

] [ N I C

ÈVRSTO

KRUTO

SREDNJE

MEKO

MEKO VRLO

ÈVRSTO POLU

-0,50 P L P w w I -

% w

Tg

Lg Tg /

Tg Lg /

( ) Lg

} Sg

S T A N J E K O N Z I S T E N T N O G T L A P L

L C

w w

w w I

-

=

Č VRSTO

t POLU Č VRSTO POLU Č VRSTO

ST

AN

JE

KO

NZ

IST

EN

TN

OG

TL

A


291

Indeks tečenja je alternativni pokazatelj konzistentnog stanja koji se ponekad koristi

umjesto indeksa konzistencije. Ukoliko je indeks tečenja negativan,vlažnost tla je manja od

granice plastičnosti i zato je tlo u polučvrstom ili čvrstom stanju.

Slika 10.11. Korelacija vršnog i rezidualnog kuta trenja s indeksom plastičnosti prirodnih materijala

(Ortolan / Mihalinec, 1998)

Slika 10.11. prikazuje korelaciju indeksa plastičnosti i kuta unutrašnjeg trenja prema

autorima Ortolan i Mihalinec, 1998. Iz slike 10.11. preko ovih korelacija može se približno

odrediti kut unutrašnjeg trenja koherentnih materijala, ako su poznate vrijednosti indeksa

plastičnosti koji se određuje u geotehničkom laboratoriju.

10.7. Određivanje stišljivosti tla u edometru

Edometar je uređaj u kojemu se ispituje stišljivost tla u uvjetima promjene samo jedne

od šest komponenti deformacije, dok sve ostale komponente deformacije barem teoretski

ostaju nepromijenjene. Na taj način se u edometru simulira jednodimenzionalna stišljivost tla,

prema Terzaghijevoj teoriji jednodimenzionalne konsolidacije (Slika 10.12.).

U edometar se ugrađuje neporemećeni uzorak tla, mjeri se početna visina uzorka, te

promjena visine tijekom opterećivanja. Tijekom edometarskog pokusa mijenja se opterećenje

uzorka, koje mora biti dvostruko veće od prethodnog i prati se njegova vertikalna deformacija

tijekom vremena, pod utjecajem svakog pojedinog stupnja opterećenja.


292

Slika 10.12. Vertikalna deformacija uzorka uslijed opterećenja (Preuzeto od Kvasnička)

a) b)

Slika 10.13. Edometar: a) Edometar marke Humboldt; b) Shema edometra

Osnovni dijelovi edometra (Slika 10.13.):

Okrugli čelični prsten u koji se uzorak ugradi. Unutrašnjost prstena je glatka a rub je

zaoštren s vanjske strane, radi lakše ugradnje uzorka. Na taj način su spriječene

horizontalne deformacije ugrađenog uzorka. Dimenzije uzorka su 6,0 x 2,5 cm.

Dvije porozne pločice koje se postave ispod i iznad uzorka ugrađenog u prsten, tako

da se odvija nesmetano dreniranje tijekom pokusa.

Edometarska ćelija.

Pločica postavljena na gornju poroznu pločicu, koja jednoliko prenosi opterećenje po

cijeloj površini uzorka.

Postolje.

Vijci.

Sustav za opterećivanje. Najčešće su to utezi ili hidrauličko opterećenje.

Osjetilo za mjerenje deformacije uzorka. To je najčešće mjerna urica pričvršćena na

okvir uređaja ili elektro-pretvarač (transducer).


293

10.7.1. Edometarski pokus

Slika 10.14. Simulacija jednodimenzionalne konsolidacije u laboratoriju

Pokus se izvodi tako da se nakon ugradnje uzorka u edometar registrira početna

visina ploče na koju se prenosi opterećenje, pa se potopi vodom i čeka da se smiri

eventualna deformacija uzrokovana bubrenjem. Zatim se u stupnjevima povećava

opterećenje do potrebne veličine. Prati se deformacija, te kada se smiri prelazi se na sljedeći

stupanj opterećenja. Postupak se ponavlja i u rasterećenju. Na kraju se registrira visina

ploče.

10.7.2. Prikaz rezultata edometarskog pokusa

Rezultat edometarskog pokusa je edometarska krivulja koja prikazuje ovisnost

koeficijenta pora o vertikalnom opterećenju. Ona se obično prikazuje u polulogaritamskom

mjerilu. Na horizontalnoj osi prikaže se opterećenje, a na vertikalnoj relativna deformacija ili

koeficijent pora (Slika 10.15.).

Opterećenje

Slika 10.15. Edometarski dijagram

Rasterećenje


294

10.8. Ispitivanje posmične čvrstoće tla

Za ispitivanje posmične čvrstoće tla primjenjuju se dvije vrste uređaja za izravni

posmik:

Uređaj sa stalnim prirastom sile;

Uređaj sa stalnim prirastom deformacije.

Kod uređaja sa stalnim prirastom sile, prirast horizontalne sile je konstantan. Krivulja

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

za jednaki prirast sile deformacija toliko poraste da bude dvostruko veća od deformacije

nastale za prethodni (isti) odsječak porasta sile (Slika 10.16.).

Slika 10.16. Kriterij sloma za uređaj sa stalnim porastom sile

Kod uređaja sa stalnim prirastom deformacije pomičnom dijelu kutije dodaje se stalni

prirast deformacije, a mjeri se prirast sile (ili promjena sile). Tu postoje dva kriterija loma.

Jedan je da je čvrstoća na smicanje najveća vrijednost, a drugi da je to ona vrijednost pri

kojoj tangenta na deformacijsku krivulju ima nagib kuta prema osi apscisa manji od 72˚ (Slika

10.17.).

Slika 10.17. Kriterij loma pri stalnom prirastu deformacija

Oba uređaja za izravni posmik se sastoje od dvostruke kutije kvadratičnog tlocrta,

kojoj je jedan dio pokretan, a drugi nepokretan. Uzorak se optereti stalnom vertikalnom silom

i rastućom vodoravnom silom. Da bi se dobio zakon čvrstoće na smicanje, treba ispitati

najmanje tri uzorka, svaki pri različitom vertikalnom opterećenju P.


295

Slika 10.18. Dijelovi aparata za izravni posmik

Tokom ovakvog pokusa smicanja smanjuje se površina plohe sloma, zbog nastalog

pomaka, te se nakon određene deformacije pokus mora prekinuti. U tom trenutku je bitno

promijenjena veličina vertikalnog i posmičnog naprezanja zbog smanjene dodirne plohe

sloma unutar uzorka. Prije početka pokusa uzorci se konsolidiraju kroz 24 sata.

Uređaj za izravni posmik (Slika 10.18.) ima kliznu plohu određenu prorezom kutije, ali

ona nije strogo definirana ravnina već je valovita površina, što se u proračunima zanemaruje.

Rezultati pokusa izravnog posmika izražavaju se u totalnim naprezanjima koja su

jednaka efektivnim kod pokusa s dovoljno sporom deformacijom da se omogući disipacija

pornog tlaka i prethodna konsolidacija.

Prema načinu ispitivanja u aparatu za izravni posmik primjenjuju se tri standardna

postupka koji se, prije svega, razlikuju po načinu dreniranja u pojedinim fazama

opterećivanja:

DRENIRANI ili SPORI pokus (CD pokus) - postupak s dreniranjem u obje faze

pokusa. Služi za određivanje vršne čvrstoće tla za efektivna naprezanja.

NEDRENIRANI ili BRZI pokus (UU pokus) - postupak bez dreniranja u obje faze

pokusa. Služi za mjerenje nedrenirane čvrstoće koja se izražava preko totalnih

naprezanja.

POVRATNI ili REVERSNI pokus - drenirani pokus smicanja za određivanje

rezidualne posmične čvrstoće za efektivna naprezanja.

U svakom od navedenih vrsta pokusa se za nekoliko nivoa normalnih naprezanja

uspostavlja zavisnost između posmičnog naprezanja u funkciji relativnih posmičnih pomaka

između gornjeg i donjeg dijela uzorka. Zavisno od vrste pokusa, normalna naprezanja

mogu biti ili efektivna ili totalna. Maksimalne veličine naprezanja smicanja se nanose na

dijagram tako da one definiraju točke na anvelopi naprezanja loma koja se najčešće

aproksimira Coulombovim pravcem.

(1) uzorak,

(2) gornji i donji okvir,

(3) porozne ploče,

(4) kutija s vodom,

(5) vreteno za horizontalnu silu,

(6) vreteno za vertikalnu silu,

(7) kuglični ležaj,

(8) prsten za mjerenje sile H.

1 4

3

6

7

5

8

2

H

P


296

10.8.1. Aparat za izravni posmik

Prvi ga je upotrijebio Coulomb (1777.g.) proučavajući trenje i koheziju. To je aparat za

izravni posmik, u kojemu je uzorak između dva okvira koji se međusobno mogu tangencijalno

pomicati.

U aparatu za izravno smicanje uzorak se opterećuje normalnom silom P, a prema tipu

pokusa uzorak se prethodno konsolidira pod opterećenjem ili se odmah okvir optereti

vodoravnom silom H i tako izazovu naprezanja smicanja. Kad naprezanja dosegnu granični

intenzitet sloma, izazovu klizanje gornjeg okvira i dijela uzorka koji je u njemu (Slika 10.19.).

a) Ugradnja uzorka

b) Konsolidacija

c) Smicanje

Slika 10.19. Osnovni princip rada aparata za izravni posmik (Preuzeto od Matešić)


297

Pokus izravnog posmika provodi se da bi se odredila konsolidirana, drenirana

čvrstoća tla. Uređaj za izravni posmik sastoji se od vanjske otvorene kutije kvadratičnog

tlocrta i dvodjelnog okvira. Uzorak ugrađen u okvir smješten je na poroznoj nazubljenoj

propusnoj pločici i pokriven je istom takvom pločicom. Donji dio okvira s uzorkom fiksiran je u

otvorenoj kutiji koja je na kugličnim ležajevima, tako da bez otpora može kliziti u smjeru

djelovanja sile.

Vanjsku kutiju gura vreteno tjerano pužnim pogonom preko elektromotora, a gornji se

okvir odupire o nepokretnu potporu preko mjernog prstena kojim se indirektno preko njegove

deformacije mjeri sila otpora smicanju uzorka. Vertikalno opterećenje djeluje na uzorak preko

stremena koji s utezima visi na kugli točno u težištu gornje površine uzorka. Vanjska kutija

može biti ispunjena vodom koja je preko poroznih pločica u kontaktu s uzorkom, te tako

dopušta njegovo dreniranje u toku pokusa.

Slika 10.20. Aparat za mjerenje izravnog posmika

Uobičajene dimenzije uzorka su 60 x 60 x 20 mm. S obzirom da se tokom pokusa

smanjuje površina plohe sloma, zbog horizontalnog pomaka, maksimalni međusobni pomak

između okvira (deformacija uzorka) u smjeru smicanja je približno 10 mm, i nakon toga se

pokus prekida.

Slika 10.21. Primjer rezultata mjerenja izravnog posmika

0

20

40

60

80

100

120

140

0.0 0.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4 7.2 8.0

Horizontalne deformacije / mm

Po

smič

no n

apre

zan

je /

kN

/m2

50 kPa 100 kPa 200 kPa

Pos

mič

no n

apre

zanj

e [

kPa]

Horizontalne deformacije [mm]


298

10.8.2. Triaksijalni (troosni) aparat

Triaksijalni aparat razvio je Rendulić (Terzaghijev suradnik). U njemu se cilindričan

uzorak podvrgava hidrostatskom svestranom tlaku, nakon čega se povećava opterećenje

dodatnom aksijalnom silom sve dok uzorak ne popusti. Ovaj tip uređaja doživio je više

poboljšanja i usavršavanja, ali u osnovi je zadržao svoje prvobitne karakteristike.

U triaksijalnom aparatu cilindričan uzorak je između dviju poroznih ploča, obavijen

nepropusnom membranom. Oko njega je voda koja prenosi hidrostatski tlak na uzorak i time

izaziva sferično opterećenje (Slika 10.22.).

Dodatnom vertikalnom silom P izaziva se povećano aksijalno opterećenje, pa je veći

glavni napon. Postepenim povećanjem aksijalne sile nastaju u uzorku tangencijalna

naprezanja, a kad glavni napon postigne graničnu vrijednost pri kojoj pripadna Mohrova

kružnica tangira anvelopu sloma, tangencijalna naprezanja na plohi sloma dosežu čvrstoću

na smicanje.

Slika 10.22. Osnovni princip rada triaksijalnog aparata


299

10.9. Mjerenje koeficijenta vodopropusnosti u laboratoriju

Koeficijent vodopropusnosti određuje se mjerenjem protoka vode kroz uzorak

stanovita presjeka uz određene uvjete tlaka.

Postoje dvije metode mjerenja koeficijenta vodopropusnosti u laboratoriju. Za

materijale koji su više propusni primjenjuje se metoda mjerenja protoka uz konstantan tlak,

dok se kod manje propusnih materijala koristi metoda sa promjenljivim tlakom.

10.9.1. Mjerenje koeficijenta vodopropusnosti uz konstantan tlak

Uzorak tla ugrađen je u cilindar presjeka A koji je na gornjem i na donjem kraju

zaštićen, ili bolje rečeno omeđen jako propusnim filtrom. Kroz donji filtar dovodi se voda

preko preljeva kojim se održava nivo vode na izlazu, gdje se mjeri protok pomoću graduirane

menzure prikladne veličine.

Slika 10.23. Shema uređaja za mjerenje koeficijenta propusnosti uz konstantan tlak

Gdje je:

- presjek cilindra,

- duljina uzorka,

- razlika u razini vode.

Najprije se propušta voda kroz uzorak i ostavi se tako neko vrijeme da se sve pore

ispune vodom. Zatim se u stanovitom vremenskom intervalu t mjeri protok Q. Za to se

vrijeme održava stalna razlika između gornje i donje vodne razine.


300

Tako se dobiva prosječna brzina protoka vode kroz uzorak, koja se može izraziti

sljedećim izrazom:

Od prije se zna da je hidrauličiki gradijent tlaka izražen kao

. Primjenjujući to i

Darcyjev zakon uvrštavanjem u izraz , nakon sređivanja, dobiva se:

10.9.2. Mjerenje vodopropusnosti uz promjenjiv tlak

Slika 10.24. prikazuje uređaj za mjerenje vodopropusnosti uz promjenjiv tlak. Također

kao i kod metode sa konstantnim tlakom, uzorak tla je smješten u cilindar između dva

porozna filtra. Kroz donji filtar ulazi voda iz vertikalne cijevi, a na vrhu uzorka, kroz gornji filtar

izlazi van uzorka.

Slika 10.24. Shema uređaja za mjerenje koeficijenta propusnosti uz promjenjiv tlak

Gdje je:

- presjek uzorka ,

- visina uzorka ,

- presjek vertikalne cijevi ,

- visina vode u cijevi prije pokusa ,

- visina vode u cijevi nakon pokusa ,

- promjena razine tekućine.


301

U diferencijalnom intervalu vremena razina vode će se u cijevi sniziti za , čemu

odgovara protok i .

Prema Darcyjevu zakonu je , a

, pa je:

Iz toga se dobiva diferencijalna jednadžba:

kojoj je rješenje:

Na početku i na kraju vremenskog intervala Δt mjeri se visina vode u cijevi i , pa

se uvrštavanjem dobiva:

10.10. Određivanje optimalne vlage u tlu zbijanjem tla u laboratoriju

Optimalna vlaga u tlu određuje se u laboratoriju zbijanjem uzorka tla. Zbijanje tla je

proces povećanja gustoće i obujamske težine tla na račun smanjenja pora ispunjenih zrakom

pod utjecajem vanjskog opterećenja. Zbijanjem tla u kontroliranim uvjetima pore ispunjene

zrakom mogu se u potpunosti ukloniti i dovesti do stanja pri kome će manje težiti promijeni

volumena u prisutnosti vode.

Zbijenost se određuje kvantitativno kao obujamska težina tla u suhom stanju i

predstavlja težinu čestica po jedinici volumena tla. Udio vode u tlu je težina vode izražena u

postocima težine suhog tla. Obujamska težina suhog tla određuje se iz obujamske težine

vlažnog tla prema izrazu:

gdje je: - obujamska težina suhog tla ,

- obujamska težina vlažnog tla ,

- vlažnost .


302

Povećanje obujamske težine suhog tla nastale zbijanjem ovisi o vlažnosti i količini

energije potrebne za zbijanje. Kod tla s određenom vlažnosti povećanje energije zbijanja ima

za posljedicu gušće slaganje čestica tla i povećanje obujamske težine suhog tla, sve dok se

količina zraka koji ostaje u tlu ne smanji toliko da daljnje zbijanje ne izaziva značajniju

promjenu volumena.

Slika 10.25. Odnos između obujamske težine suhog tla i udjela vode za određenu energiju

zbijanja. (Abramson, 1994.)

10.10.1. Laboratorijski uređaj za automatsko zbijanje tla

Ovaj uređaj je dizajniran za automatsko zbijanje uzoraka tla za Standardni Proctor-ov

pokus, Modificirani Proctor-ov pokus i CBR pokus. Na uređaju je visina pada bata

prilagodljiva od 30,5 cm za Standardni Proctor-ov pokus do 46,0 cm za Modificirani Proctor-

ov pokus i CBR pokus. Težina bata može se mijenjati od 2,5 kg do 4,5 kg.

Automatsko udaranje bata osigurava ujednačenu zbijenost za svaki sloj uzorka tla.

Bat udara po uzorku kružeći unutar kalupa, a rotirajuća baza zakreće kalup u jednakim

razmacima, suprotno od kretanja bata. Broj udaraca po sloju upisuje se prije početka pokusa

u programski pult.

Princip zbijanja je dopuštanje batu pad s određene visine na tlo u kalupu, koji se

zakreće za približno 40 između svakog udarca. Kada se zbija u kalupu za Standardni

Proctor-ov pokus bat pada samo po jednom polumjeru. Kad se zbija u kalupu za Modificirani

Proctor-ov pokus i CBR pokus bat čini unutarnji i vanjski krug radi ujednačenijeg zbijanja.

linija zasićenja (0% pora

ispunjenih zrakom)

visoka energija zbijanja

srednja energija zbijanja

niska energija zbijanja

sadržaj vode %

obu

jam

ska

te

žin

a s

uho

g tla

(kn/m

3)


303

Prednost automatskog zbijanja tla je konstantna energija zbijanja, što nije slučaj kod

ručnog zbijanja.

Slika 10.26. Uređaj za automatsko zbijanje tla

Vodilica bata osigurava slobodan pad bata po predviđenoj putanji. Kombinacijom

unutarnjeg i vanjskog bata i prilagodbom visine padanja dobije se energija za jače zbijanje.

Unutarnji bat se navojem pričvrsti u vanjski bat. Koristi se za zbijanje tla kod modificiranog

Proctor-ovog pokusa i CBR-a. Masa unutarnjeg i vanjskog bata zajedno iznosi 4,54 kg.

1 - Brojač

2 - Start tipka,

3 - Stop tipka,

4 - Vodilica bata,

5 - Prekidač za podešavanje visine pada bata,

6 - Unutarnji bat,

7 - Sigurnosna vrata za bat,

8 - Vanjski bat,

9 - Rotirajuće postolje.

8 - Rotirajuće postolje.


304

10.10.2. Proctorov pokus

Za određivanje odnosa između količine vode u tlu i njegove zbijenosti koristi se

Proctor-ov pokus. Ovim pokusom određuje se optimalna vlaga pri kojoj, kada se tlo zbije,

ono daje maksimalnu gustoću odnosno obujamsku težinu suhog tla za određenu energiju

zbijanja. Razlikuju se Standardni i Modificirani Proctor-ov pokus.

Pokus se vrši u uređaju za automatsko zbijanje tla. Uzorak se zbija u cilindru

volumena cca 944 cm3 sa pripadajućim nastavkom visine 5,5 cm. Zbija se u 3 sloja sa 25

udaraca po svakom sloju. Kod zbijanja bat mase 2,5 kg pada sa visine od 30,5 cm. Na

temelju tih parametara dobije se propisana energija zbijanja prema izrazu.

gdje je:

E – energija zbijanja ,

N – ukupni broj udaraca bata ,

h – visina pada bata ,

W – težina bata ,

V – volumen cilindra za zbijanja .

Energija zbijanja za standardni Proctor-ov pokus iznosi cca 600

Slika 10.27. Shematski prikaz Standardnog Proctor-ovog pokusa

Postupak pokusa

Standardni Proctor-ov pokus izvodi se uobičajno u seriji od pet ispitivanja na odabranom

uzorku tla.

2.5 kg 25 udarca po sloju

Uzorak tla zbijen u 3 sloja

30.5 cm


305

1. Uzorak tla se prvo suši na zraku ili u sušioniku na temperaturi 60 nakon čega se usitni

i prosije kroz sito otvora oka 4,76 mm. Iz uzorka se izdvoji pet puta prikladna količina

materijala koji se stavlja u pet posuda poznate mase.

2. Obzirom na pretpostavljenu optimalnu vlažnost materijal se ravnomjerno izmiješa s

određenim postotkom vode u odnosu na masu materijala. Postotak vode koji se dodaje

uzorcima kreće se u rasponu od ± 2% do ± 4% , s obzirom na pretpostavljenu optimalnu

vlažnost.

Slika 5.28. Materijal pripremljen za zbijanje po standardnom Proctor-u

3. Cilindar u kojem će se materijal zbijati zajedno sa odvojivom pločom pričvrsti za

rotirajuće postolje.

4. Uzorak se u cilindar sipa u slojevima. Prvi sloj se nasipa do jedne trećine visine cilindra i

zbija sa 25 udaraca. Zbijanje je ravnomjerno po cijeloj površini uzorka jer bat pada duž

polumjera u jednom smjeru, dok se rotirajuće postolje zakreće u drugom smjeru.

5. Drugi sloj materijala nasipa se do vrha cilindra i zbija se na isti način.

6. Prije nasipavanja trećeg sloja na cilindar se navojem pričvrsti pripadajući nastavak i

uzorak se nasipa do vrha nastavka. Nakon zbijanja sva tri sloja cilindar se zajedno sa

nastavkom i odvojivom pločom makne s postolja.

7. Nakon zbijanja nastavak cilindra se skine i uzorak se poravna sa gornjim rubom cilindra.

Skine se odvojiva ploča i uzorak se zajedno sa cilindrom izvaže. Od ukupne mase

zbijenog materijala i cilindra oduzme se masa cilindra koja iznosi 1764 g i podijeli sa

poznatim volumenom cilindra kako bi se dobila gustoća materijala pri poznatom postotku

vlažnosti.


306

Slika 10.29. Cilindar s nastavkom i odvojivom pločom za Standardni Proctor-ov pokus

8. Zbijeni uzorak tla se izvadi iz cilindra i podijeli na tri jednaka dijela. Iz sredine svakog

dijela uzme se određena količina uzorka, razdrobi i stavi u tri posudice poznate mase.

Uzorak se izvaže i stavi na sušenje. Na temelju razlike mase vlažnog i suhog uzorka

dobije se masa vode. Postotak vlage dobije se kao omjer mase vode i mase suhog

uzorka.

9. Iz dobivenog postotka vlažnosti dobije se masa zbijenog suhog uzorka koja se podijeli

sa volumenom cilindra kako bi se dobila gustoća suhog tla.

10. Iz odnosa gustoće suhog tla i dobivenih postotaka vlage određuje se optimalna

vlažnost, tj. ona vlažnost kod koje je gustoća suhog tla maksimalna.

10.10.3. Modificirani Proctor-ov pokus

Pokus se vrši u uređaju za automatsko zbijanje tla. Za razliku od Standardnog

Proctor-ovog pokusa uzorak tla se zbija u cilindru volumena cca 2114 cm3 sa pripadajućim

nastavkom. Visina pada bata je 46,0 cm, a masa bata iznosi 4,54 kg. Da bi se postigla

standardna energija zbijanja, uzorak se zbija u pet slojeva sa po 55 udaraca po svakom

sloju. Energija zbijanja za modificirani Proctor-ov pokus iznosi cca 2700 .

Slika 10.30. Shematski prikaz modificiranog Proctor-ovog pokusa

Uzorak tla zbijan u 5 sloja

55 udarca po sloju

46.0 cm

4.54 kg

kg


307

Kao i kod standardnog Proctor-ovog pokusa, modificirani Proctor-ov pokus se također

provodi u seriji na pet uzoraka istog zemljanog materijala.

Postupak pokusa

1. Prije postupka zbijanja materijal se suši, usitnjava i prosijava kroz sito otvora oka 4,76

mm. Iz suhog uzorka tla izdvoji se pet puta određene mase materijala i stavi u pet

posuda poznate mase.

2. Optimalna vlaga kod modificiranog Proctor-ovog pokusa je približno za 5% manja od

optimalne vlage dobivene po standardnom Proctor-ovom pokusu. U skladu s tom

pretpostavkom uzorci od materijala ravnomjerno se izmiješaju sa određenom

količinom vode također u rasponu od ± 2% do ± 4% obzirom na pretpostavljenu

optimalnu vlažnost.

3. Zbijanje uzoraka tla vrši se u pet slojeva sa po 55 udaraca po svakom sloju, jer se

kod modificiranog Proctor-ovog pokusa zahtijeva postizanje većih gustoća suhog tla.

4. Sipanje materijala u slojevima vrši se tako da nakon zbijanja svaki sloj bude približno

iste visine u osnovnom cilindru i da nisu vidljivi prijelazi između slojeva. Nakon

zbijanja svakog pojedinog sloja, on se može malo zarezati nožem radi što boljeg

prianjanja sljedećeg. Pripadajući nastavak se stavlja nakon zbijanja trećeg sloja.

Četvrti sloj se nasipa do polovice nastavka i zbija, a peti do vrha nastavka tako da

zbijen bude malo iznad gornjeg vrha osnovnog cilindra.

5. Kod zbijanja slojeva uzorka tla, bat čini unutarnji i vanjski krug unutar cilindra kako bi

se uzorak ravnomjerno zbio po čitavoj površini.

6. Nakon postupka zbijanja, uzorak tla se izravna sa gornjim rubom cilindra. Zbijeni

uzorak se izvaže zajedno sa cilindrom i oduzme mu se masa cilindra. Masa uzorka

se podijeli sa volumenom cilindra te se dobije gustoća tla pri poznatom postotku

dodane vlažnosti.

Slika 10.31. Zbijeni uzorak u cilindru i pripadajućem nastavku


308

7. Zbijeni uzorak tla izvadi se iz cilindra i podijeli na tri dijela, kako bi se iz sredine

svakog dijela uzela manja količina uzorka za određivanje vlage. Na temelju dobivenih

postotaka vlage, izračunavaju se suhe gustoće tla.

8. Iz odnosa tih dviju veličina dobije se optimalna vlaga.

Optimalna vlaga dobivena ispitivanjem prema Proctor-ovom postupku bitna je za

određivanje vrijednosti Kalifornijskog indeksa nosivosti odnosno CBR-a (California Bearing

Ratio).

Slika 10.32. Cilindar za modificirani Proctor-ov pokus i zbijeni uzorak

10.10.4. Pokus za određivanje vrijednosti CBR-a (California Bearing Ratio)

Kalifornijski indeks nosivosti (CBR) je omjer između naprezanja potrebnog da se

cilindrični klip kružnog presjeka 19,4 cm2 utisne u uzorak tla do dubine 2.54 mm brzinom 1.27

mm/min i standardnog naprezanja koje je potrebno da se isti klip istom brzinom utisne

do iste dubine u jedan standardni materijal – mehanički zbijeni tucanik. Zbijeni uzorci tla

ispituju se na uređaju za CBR.

Uređaj za CBR pokus radi na principu utiskivanja klipa kružnog presjeka u uzorak sa

cilindrom, s tim da je klip statičan, a uzorak se podiže prema gore. Utiskivanjem klipa

određuje se naprezanje, koje podijeljeno sa standardnim naprezanjem daje CBR vrijednost.


309

Slika 10.33. Uređaj za CBR

Postupak pokusa

CBR pokus provodi se u seriji na tri uzorka iste vrste tla.

1. Iz na zraku osušenog uzorka tla izdvoji se tri puta određene količine materijala i stavi

u posude. Sva tri uzorka jednoliko se izmiješaju sa onim postotkom vlažnosti koji je

dobiven kod Modificiranog Proctor-ovog pokusa kao optimalna vlažnost.

2. Uzorci tla se zbijaju u kalupu volumena 2114 cm3. Zbija se u pet slojeva, padom bata

sa visine od 46,0 cm i njegovom masom od 4.54 kg. Prvi uzorak se zbija sa 10

udaraca po sloju, drugi sa 25 udaraca po sloju, a treći sa 55 udaraca po sloju.

3. Nakon zbijanja uzorak se izvaže zajedno sa cilindrom, kako bi se dobila masa

vlažnog uzorka. Uzorak zajedno sa cilindrom stavlja se na uređaj za CBR.

4. Uzorak se zajedno sa cilindrom stavlja na postolje. Ručno se podigne tako da se

gornja površina uzorka i klip dodiruju. Mikroura za očitavanje prodora klipa poravna

se sa rubom cilindra i postavi na nulu. Mikroura za očitavanje deformacije prstena,

odnosno sile, također se postavi na nulu.

5. Prekidačem se pokreće automatsko utiskivanje klipa konstantnom brzinom. Za svaki

od tri uzorka zbijenih različitom energijom zbijanja vrše se tri očitavanja deformacije

prstena na unaprijed određenim dubinama prodora klipa. Prvo očitavanje je na 2,54

mm, drugo na 5,08 mm, a treće na 7,62 mm.

6. Očitane vrijednosti su u parsima (1 pars = 1/100 mm). Kako bi se dobila sila u

njutnima zbog koje je došlo do deformacije prstena očitanje na mikrouri množi se sa

elastičnom konstantom prstena koja iznosi 24,46.

1 - Prekidač za podizanje postolja,

2 - Rotirajuće postolje,

3 - Cilindrični klip kružnog presjeka,

4 - Mikroura za očitavanje dubine prodora klipa,

5 - Deformacijski prsten konstante elastičnosti,

6 - Mikroura za očitavanje deformacije prstena.


310

Naprezanje se dobije dijeljenjem sile sa površinom kružnog presjeka klipa.

Slika 10.34. Provođenje CBR pokusa

7. CBR vrijednost dobije se pojedinačno kod svakog uzorka za svaku dubinu prodiranja

i odgovarajuću silu prema izrazu:

p - naprezanje koje se dobiva ispitivanjem na odabranim uzorcima materijala

,

pn - standardno naprezanje za određene dubine prodiranja određeno normom

.

8. Kod određivanja CBR vrijednosti uzima se kao mjerodavno najveće postignuto

naprezanje na svakom od uzoraka, neovisno na kojoj dubini je ono postignuto.


311

10.10.5. Grafički prikaz rezultata pokusa zbijanja

Grafički prikaz rezultata dobivenih zbijanjem tla prema standardnom i modificiranom

Proctorovom postupku prikazan je na slici 10.35. Na temelju ovih krivulja može se zaključiti

da je maksimalna gustoća suhog tla postignuta kod Modificiranog Proctor-ovog pokusa veća

od one postignute Standardnim Proctor-ovim pokusom, a postiže se kod manje optimalne

vlažnosti.

Slika 10.35. Odnosi rezultata dobivenih Standardnim i Modificiranim Proctor-ovim pokusom

(Prema Coduto, 1999)

10.10.6. Ovisnost kuta unutrašnjeg trenja o stupnju zbijenosti tla

Za određivanje kuta unutrašnjeg trenja za nekoherentna tla ovisno o stanju zbijenosti

vrlo je koristan dijagram koji je prikazan na slici 10.37. Na slici 10.37. Dr predstavlja relativnu

zbijenost. U tablici 10.1. dat je prikaz odnosa fizičkih i mehaničkih svojstava nekoherentnog

tla. Za pravilno određivanje kuta unutrašnjeg trenja treba uočiti raspon relativne zbijenosti od

Dr=0 do Dr=1. Vrijednosti relativne zbijenosti dobivaju se očitavanjem iz dijagrama na slici

10.36., na osnovi broja udaraca N.

0

1.00

0.70

0.90

SREDNJE ZBIJENO ZBIJENO VRLO ZBIJENO

D [1]r

RAHLO

VRLO

RAHLO 4 10 30 50

Asimptotska vrijednost

0.20

0.40

N [1]

0.20

0.40

0.70

0.90

1.00

Slika 10.36. Graf funkcije D r = D r ( N )

Gdje je:

- suha gustoća,

w - vlažnost.

S=80%

Modificirani

Standardni

S=100%


312

Tablica 10.1. Odnos fizičkih i mehaničkih svojstava nekoherentnog tla

STUPANJ

ZBIJENOSTI

D P H

(TUS) S P T

RELATIVNA

GUSTOĆA

KUT UNUTARNJEG

TRENJA *

MODUL STIŠLJIVOSTI **

MV [MN/m2]

N10

[ud./10cm]

N30

[ud./stopa]

Dr

[%]

Peck

1974.

Mayerhof

1956.

Pijesak sitni

i srednji

Krupni

pijesak i

šljunak

VRLO

RASTRESIT

[VERY LOOSE]

< 5 < 4 < 20 < 29 < 30 < 3,5 < 8,5

RASTRESIT

[LOOSE] 5 - 10 4 - 10 20 - 40 29 - 30 30 - 35 3,5 – 7,5 8,5 - 15

SREDNJE

ZBIJEN

[MEDIUM]

10 - 15 10 - 30 40 - 60 30 - 36 35 - 40 7,5 - 15 15 - 30

ZBIJEN

[DENSE] 15 - 20 30 - 50 60 - 80 36 - 41 40 - 45 15 - 30 30 - 60

VRLO ZBIJEN

[VERY DENSE] > 20 > 50 80 - 100 > 41 > 45 > 30 > 60

* Winterkorn: Foundation Engineering Handbook

** Šuklje: Objašnjenje pravila

Slika 10.37. Iskustvene vrijednosti kuta unutrašnjeg trenja za nekoherentna tla


313

10.10.7. Određivanje optimalne vlage na temelju granica konzistencije

Na slici 10.38., dan je koristan dijagram koji na temelju podataka dobivenih

laboratorijski određivanim granicama konzistencije može procijeniti optimalnu vlagu. Granica

tečenja i granica plastičnosti unose se na dijagram korelacijskih krivulja, te se iz njih očita

očekivana optimalna vlaga (Slika 10.38.).

Slika 10.38. Dijagram za procjenu optimalne vlage (Johnson and Sallberg, 1962)

Podpovršinski istražni radovi 11. Laboratorijska ispitivanja stijena

314

11. Laboratorijska ispitivanja stijena

11.1. Određivanje sadržaja vode, poroznosti i gustoće

Gustoća je jedna od osnovnih fizikalnih značajki materijala, pa tako i stijena. Kod

stijena je karakteristična poroznost i stupanj ispunjenosti pora vodom. Zbog toga je jedan od

temeljnih postupaka ispitivanja stijena određivanje sadržaja vode, poroznosti i gustoće.

Metoda se koristi samo kod čvrstih, koherentnih, strojno obrađenih uzoraka stijena pravilne

geometrije, koji pri sušenju ili potapanju u vodi ne bubre i ne raspadaju se.

Za određivanje ovih svojstava potrebna su najmanje tri uzorka stijene koji se mogu

strojno (pilama) obraditi da zadovoljavaju geometriju pravilnoga valjka ili prizme. Minimalne

dimenzije svakog uzorka za mjerenje trebaju biti takve da masa uzorka bude najmanje 50 g

ili da najmanja dimenzija bude deset puta veća od dimenzije najvećeg izmjerenog zrna.

Prvo se izračuna obujam uzorka pa se zatim važe, na temelju čega se dobije ukupna

masa . Uzorak se suši minimalno 24 sata na postavljanoj temperaturi od 105 °C. Prije

svakog vaganja uzorak je potrebno ostaviti 30 min u eksikatoru (sadrži tvar koja na sebe

navlači vlagu) (Slika 10.1.) da se ohladi. Ovim postupkom se određuje masa čvrstih čestica

. Uzorak se nakon toga zasićuje vodom, najmanje 1 sat, potapanjem u vodi pri

određenom tlaku ne većem od 800 Pa, uz periodično protresanje radi oslobađanja

zarobljenog zraka. Nakon toga se uzorak vadi iz vode, briše se vlažnom krpom, pri čemu se

mora voditi briga da se odstrani samo voda na površini i osigura kompaktnost uzorka (ne

smije se izgubiti ni jedan komadić uzorka). Nakon toga se određuje saturirana masa uzorka

pomoću laboratorijske vage.

Slika 11.1. Eksikator za uzorke


315

Na temelju dobivenih vrijednosti osnovnih značajki (suhe gustoće, sadržaja vode i

poroznosti) moguće je izračunati sve ostale vrijednosti značajki materijala koje su potrebne.

Gustoća , naziva se i obujamska gustoća materijala, predstavlja gustoću u prirodnom

stanju vlažnosti, što je prema definiciji omjer ukupne mase (zbroj mase čvrstih čestica

i mase vode ) i ukupnog volumena koji uzorak zauzima sa svim porama i

pukotinama.

Gustoća u suhom stanju je omjer mase čvrstih čestica i ukupnog volumena

uzorka:

Postotni sadržaj vode je omjer mase vode i mase čvrstih čestica

uzorka:

Ukupni volumen pora u uzorku dobije se na temelju mase potpuno saturiranog

uzorka i mase čvrstih čestica , te gustoće vode izrazom:

Na temelju dobivene vrijednosti za ukupni volumen pora izračunava se

poroznost materijala prema izrazu:

,

te stupanj ispunjenosti svih pora u uzorku vodom (stupanj saturiranosti) preko izraza:

,

pri čemu je volumen vode u uzorku koji se dobije na temelju omjera mase vode i

gustoće vode .


316

11.2. Ispitivanje jednoosne tlačne čvrstoće

Jednoosna tlačna čvrstoća materijala je najčešće korištena značajka stijene. Zato je

postupak ispitivanja jednoosne tlačne čvrstoće jedan od najčešćih i najvažnijih postupaka

ispitivanja u mehanici stijena.

Ispitivanja se provode na uzorcima koji moraju biti pravilni valjci ili prizme s odnosom

visine i promjera od 2,5 do 3,0 : 1, tj. promjerom ne manjim od promjera jezgre (približno

54 mm). Promjer uzorka mora biti najmanje 10 puta veći od promjera najvećeg zrna koje se

nalazi u uzorku. Baze i plašt uzorka trebaju biti bez nepravilnosti, te moraju po cijeloj svojoj

površini biti glatki. Nestrojna obrada površine uzorka i korištenje materijala za čepljenje i

poravnavanje neravnina nije dozvoljeno. Odstupanje promjera presjeka uzorka ne smije biti

veće od 0,1 mm od prosjeka dva međusobno okomita promjera mjerena na gornjem,

srednjem i donjem dijelu uzorka. Visina uzorka treba biti određena do približno 1,0 mm.

Uzorci za ispitivanje ne smiju biti u skladištu duže od 30 dana, a trebaju biti skladišteni na

način da im se zadrži prirodna vlažnost. Vlažnost mora biti utvrđena prema postupku

određivanja sadržaja vode, poroznosti i gustoće. Broj potrebnih uzoraka za ispitivanje može

se odrediti praktičnom procjenom ispitivača, ali preporučeni broj za ispitivanje bi bio od pet

uzoraka. Ispitivanje jednoosne tlačne čvrstoće provodi se na posebnim uređajima

(hidrauličnoj preši).

Slika 11.2. Preša (Pilot 4) za ispitivanje tlačne i vlačne čvrstoće

Jednoosna tlačna čvrstoća uzorka izračuna se dijeljenjem maksimalno ostvarene sile

na uzorak s prosječnom površinom poprečnog presjeka.

gdje je:

– maksimalna sila kod koje nastupa slom (N),

– površina poprečnog presjeka uzorka (m2).


317

11.3. Određivanje deformabilnosti materijala

Deformabilnost materijala izračunava se preko dviju konstanti elastičnosti,

Youngovog modula elastičnosti i Poissonovog koeficijenta. Određivanje se provodi u

postupku ispitivanja jednoosne tlačne čvrstoće, pri čemu se dodatno provode mjerenja osnih

i poprečnih deformacija uzorka. Svrha mjerenja deformabilnosti je određivanje dijagrama

naprezanja i deformacija, na temelju kojeg se mogu dobiti vrijednosti za Youngov modul

elastičnosti i Poissonov koeficijenta .

Slika 11.3. Preša za ispitivanje deformacija

Relativna deformacija je omjer promjene duljine uzorka u odnosu na njegovu početnu

duljinu. Relativna deformacija materijala može se direktno mjeriti ukoliko se koristi sustav

mjerenja s elektrootpornim mjernim trakama. Ako pak se upotrebljavju neki drugi načini

mjerenja, kojima se prvo mjere pomaci između određenih točaka, tada je potrebno

izračunavati vrijednosti relativnih deformacija. U tom slučaju izračun osne relativne

deformacije iznosi:

gdje je:

- promjena osne duljine (pozitivna pri smanjenju duljine) ,

- početna osna duljina .


318

Poprečna relativna deformacija određuje se mjerenjem promjena promjera uzorka ili

mjerenjem cirkularne deformacije (deformacije opsega). U slučaju mjerenja promjena

promjera, relativne poprečne deformacije računaju se izrazom:

gdje je:

- promjena promjera (određena kao negativna pri povećanju promjera) ,

- početni nedeformirani promjer uzorka .

Tlačno naprezanje dobiva se dijeljenjem tlačne sile na uzorak s početnom

prosječnom površinom poprečnog presjeka , dakle:

Rezultati se prikazuju pomoću dvije krivulje u dijagramu (Slika 11.4.). Jednom se

prikazuju osne, a drugom poprečne relativne deformacije u odnosu na postignuto

naprezanje.

Slika 11.4. Deformacijski dijagram

Youngov modul elastičnosti , koji se definira kao omjer promjene osnog

naprezanja i promjene relativne osne deformacije određuje se na više načina.

Kod mjerenja deformabilnosti materijala uzorak treba biti pripremljen na isti način kao

i kod određivanja jednoosne tlačne čvrstoće. Ispitivanje se provodi na preši, koriste se svi

uređaji kao i kod ispitivanja jednoosne tlačne čvrstoće, uz to da je potreban još jedan od

sustava za mjerenje deformacija materijala.

Osna deformacija Poprečna deformacija

Osno n

apre

zanje


319

Neki od tih sustava su: sustav za mjerenje relativnih deformacija pomoću

elektrootpornih mjernih traka, induktivni pretvornici LVDT-i (Linear Variable Differential

Transformers), optički mjerni uređaji ili neki drugi prikladni uređaji. Ovi uređaji konstruirani su

tako da mogu dati prosječne vrijednosti mjerenja minimalno na dva mjesta mjerenja osnih i

dva mjesta mjerenja poprečnih deformacija, dijametralno postavljenih u odnosu na os uzorka

s jednakim mjernim vrijednostima.

11.4. Ispitivanje vlačne čvrstoće

Određivanje vlačne čvrstoće materijala provodi se direktnim ili indirektnim postupkom.

Ispitivanje vlačne čvrstoće najčešće se provodi indirektno pomoću Brazilskog testa. Brazilski

test temelji se na eksperimentalnoj činjenici da se stijena koje se nalaze u stanju dvoosnog

naprezanja najčešće lomi uslijed prekoračenja vlačne čvrstoće pod uvjetima kada je jedno

glavno naprezanje vlačno, a drugo tlačno. Tlačno naprezanje po iznosu ne prelazi trostruku

vrijednost vlačnog naprezanja.

Uzorci za ispitivanje moraju biti u obliku pravilnih diskova. Kod mjerenja se preporuča

najmanje deset uzoraka. Cilindrične plohe uzorka trebale bi biti bez vidljivih oštećenja, reznih

segmenata i nepravilnosti, debljine ne veće od 0,025 mm. Baze trebaju biti ravne, bez

izbočina većih od 0,25 mm i oštećenja, pravokutne i paralelne unutar 0,25°. Mora biti

poznata orijentacija uzorka, kao i sadržaj vode. Uzorci moraju oko plašta biti zamotani slojem

trake te postavljeni pravilno u uređaj za ispitivanje, tako da ih čeljusti opterete dijametralno.

Osi uzorka i preše moraju biti usklađene. Ispitivanje se provodi na identičnom uređaju kao za

ispitivanje jednoosne tlačne čvrstoće (Slika 11.2.).

Vlačna čvrstoća uzorka dobije se iz izraza:

gdje je:

– maksimalna sila kod koje nastupa slom ,

– promjer uzorka ,

– debljina uzorka mjerena kroz središte


320

11.5. Troosno ispitivanje

Određivanje tlačne čvrstoće materijala radi se na uređaju za troosno ispitivanje. Na

temelju rezultata dobivenih iz troosnih ispitivanja dobivaju se podaci potrebni za određivanje

Mohrove anvelope sloma, kuta unutrašnjeg trenja φ) i kohezije (c) Mohr-Coulombovog

kriterija čvrstoće.

Broj uzoraka za ispitivanje i vrijednosti ćelijskog tlaka određuju se praktičnom

procjenom. Najčešće se uzima pet uzoraka po vrsti materijala. Uzorci moraju biti pravilni

valjci s odnosom visine i promjera od 2,0 do 3,0 : 1. Uz to promjer uzoraka mora biti

najmanje deset puta veći od promjera najvećeg zrna u uzorku stijene za ispitivanje. Baze

uzorka moraju biti bez oštećenja većih od 0,02 mm te se ne smiju naginjati od okomitosti na

os za više od 0,001 radijana. Bočne stranice (plašt uzorka) moraju biti glatke i bez

nepravilnosti većih od 0,3 mm, duž cijelog uzorka. Nestrojna obrada površine uzoraka i

upotreba materijala za čepljenje i ravnanje neravnina nije dozvoljena. Promjer uzoraka ne

smije se razlikovati za više od 0,1 mm od prosjeka dva međusobno okomita promjera

mjerena na gornjem kraju, sredini i donjem kraju uzorka, pri čemu se prosječni promjer koristi

za izračunavanje poprečnog presjeka uzorka. Visina uzorka je određena s točnošću od

približno 1,0 mm. Ispitivanje se provodi na posebnoj preši za troosno ispitivanje (Slika 11.3).

Tlačna čvrstoća stijene izračunava se dijeljenjem maksimalno nanesene osne sile na

uzorak s prosječnom površinom poprečnog presjeka. Na temelju izmjerenih vrijednosti

bočnog tlaka (naprezanja ) i odgovarajuće izmjerene vrijednosti maksimalnog osnog

opterećenja (naprezanja ) za niz ispitanih uzoraka konstruira se krivulja u

dijagramu (vrijednost bočnog naprezanja nalazi se na apscisi, a osnog na ordinati).

Anvelopa čvrstoće dobiva se pomoću crtanja krivulje srednje vrijednosti na temelju

rasporeda podataka.

11.6. Ispitivanje posmične čvrstoće direktnim smicanjem

Svrha ispitivanja posmične čvrstoće direktnim smicanjem je određivanje vršnih i

rezidualnih vrijednosti veličina posmične čvrstoće, kohezije i kuta unutrašnjeg trenja.

Ispitivanje posmične čvrstoće direktnim smicanjem provodi se primjenom posmičnog

naprezanja u smjeru ravnine sloma uzorka na koju djeluje konstantno normalno naprezanje.


321

Slika 11.5. Uređaj za ispitivanje direktnog smicanja

Na uzorak se direktno djeluje posmičnom silom, time je zapravo određena ploha

smicanja po kojoj dolazi do sloma čime se omogućava da se unaprijed odredi ploha (kod

ispitivanja stijena, na primjer, ploha diskontinuiteta) po kojoj se želi izvršiti slom tj. da se za

plohu dobiju vrijednosti posmične čvrstoće, kohezije i kuta unutrašnjeg trenja.

Kod postupaka ispitivanja potrebno je prvo strojno obraditi uzorak na zadane

dimenzije nakon čega se krajevi cementiraju brzovežućom cementnom smjesom. Kod

cementiranja je potrebno paziti na pravilnu ugradnju u kalup tako da odabrana ploha

smicanja bude slobodna između dva odljevka. Prije samog zalijevanja cementom, kalup se

premazuje uljem kako bi se naknadno lakše odvojio odljevak. Podaci dobiveni tijekom

ispitivanja zapisuju se u tablicu za podatke. Iz tablice se na temelju izmjerenih vrijednosti sila

računaju naprezanja te pomaci nastali uslijed posmičnog naprezanja.

Normalno naprezanje računa se izrazom:

gdje je:

– vrijednost normalne sile ,

– površina poprečnog presjeka u području smične plohe .

Vrijednost posmičnog naprezanja izrazom:

gdje predstavlja vrijednost posmične sile.

Iz dobivenih se podataka u dijagramu može konstruirati krivulja koja

najpreciznije opisuje odnos ostvarenih pomaka za vrijednosti posmičnih naprezanja.


322

Slika 11.6. Prikaz rezultata ispitivanja posmične čvrstoće

11.7. Određivanje indeksa čvrstoće opterećenjem u točki

Indeks čvrstoće određuje se pokusom opterećenja u jednoj točki. Ovo je postupak

kod kojeg se ispitivanja mogu provoditi na pravilnim ili nepravilnim uzorcima stijene, što

predstavlja jednu od osnovnih prednosti metode. Svrha ispitivanja je određivanje indeksa

čvrstoće za standardnu veličinu uzorka, koji se kasnije može koristiti u procjeni vrijednosti

jednoosne tlačne čvrstoće, klasifikacijama ili drugim procjenama.

Ispitivanje se provodi na uzorcima pravilnih ili nepravilnih oblika. Standardno

ispitivanje provodi se na valjkastim uzorcima promjera D od 50 mm. Ispitivanje se provodi

kao:

Poprečno ispitivanje;

Osno ispitivanje;

Ispitivanje uzorka nepravilnog oblika.

Slika 11.7. Uređaj za ispitivanje opterećenjem u točki

(MPa)

c

(MPa)


323

Za određivanja indeksa čvrstoće anizotropnih stijena kao i indeksa anizotropije

materijala, ispitivanje je potrebno provesti u najjačem i najslabijem smjeru, tj okomito i

paralelno na plohe oslabljenja. Kod mjerenja na valjkastim uzorcima najbolji rezultati se

dobivaju ako je os uzoraka okomita na plohe oslabljenja.

Nakon što se uzorak slomi ocjenjuje se valjanost ispitivanja koja se provodi na

temelju izgleda lomnih ploha. Indeks čvrstoće opterećenjem u točki za uzorke

različitih oblika i dimenzija računa se preko izraza:

gdje je:

– korekcijski faktor,

– sila loma

– efektivni promjer uzorka

Korekcijski faktori uvedeni su za slučajeve kod kojih se ispitivanja provode na

uzorcima čiji efektivni promjeri ne iznose 50 mm. Korekcijski faktor računa se izrazom:

Efektivni promjer za uzorke nepravilnog oblika računa se relacijom:

gdje je:

- prosječna širina uzorka ,

- razmak točaka opterećenja, debljina uzorka na mjestu ispitivanja

11.8. Ultrazvučno ispitivanje stijena

Svrha ultrazvučnih ispitivanja je određivanje brzina prolaza ultrazvučnih elastičnih

valova kroz uzorak stijene u laboratoriju. Postoje tri različite metode ispitivanja:

Visokofrekventna ultrazvučna metoda;

Niskofrekventna ultrazvučna metoda;

Rezonantna metoda.


324

Osim brzina prolaza ultrazvučnih elastičnih valova još se određuju i dinamičke

konstante elastičnosti, dinamički Youngov modul elastičnosti i Poissonov koeficijent, te

dinamički modul smicanja.

Ispitivanje se provodi na uzorcima koji su u obliku pravilnih valjaka ili prizmi. Uzorak

treba imati prirodnu vlažnost. Da bi se ostvario prijenos elastičnih valova pretvornici moraju

biti u kontaktnom opterećenju s uzorkom. Baze uzorka moraju biti dobro obrađene da se

osigura dobar prijenos elastičnih valova. Za poboljšanje prijenosa valova površina uzorka

može se premazati tankim slojem fine masti, glicerina ili ulja.

Slika 11.8. Uređaj za ultrazvučno mjerenje

Vrijeme prolaska valova kroz uzorak je razlika između drugog i prvog čitanja kako za

P-val tako i za S-val. Iz dobivenih vremena i izmjerene dužine (visine) uzorka računaju se

brzine valova kroz uzorak:

gdje je:

– visina uzorka [m],

– vrijeme prolaska P-vala kroz uzorak [s],

– vrijeme prolaska S-vala kroz uzorak [s].


325

Nakon izmjerenih i utvrđenih brzina i gustoće materijala računaju se dinamičke

konstante elastičnosti: dinamički modul smicanja, dinamički modul elastičnosti, dinamički

Poissonov koeficijent i Lameova konstanta. Dinamički modul smicanja računa se

pomoću izraza:

gdje je ρ [kg/m3] gustoća materijala.

Dinamički modul elastičnosti (Edin) računa se pomoću izraza:

a dinamički Poissonov koeficijent izrazom:

Lameova konstanta prema teoriji elastičnosti, predstavlja jednu od konstanti u

matrici koeficijenata, a povezuje komponente naprezanja s komponentama deformacija,

računa se preko izraza:

Podpovršinski istražni radovi 12. Klasifikacija tla i stijena za radove iskopa kod geotehničkih zahvata

326

12. Klasifikacija tla i stijena za radove iskopa kod

geotehničkih zahvata

Svakodnevno se susrećemo s problemom kopanja (razaranja) stijenske mase koji

vrlo često postaje složeniji od problema stabilnosti. Iskopi uz naftovode, plinovode, vodovode

kao i iskop druge tunelske cijevi u uvjetima prometa kroz prvu, često ne dopuštaju miniranje

kao način mrvljenja stijene. Kod ovakvih se slučajeva pristupa strojnom iskopu. Miniranje se

uglavnom koristi u stijenskim masama vrlo različitih geoloških i geotehničkih svojstava.

Uspješnost uporabe stroja ovisi o brojnim svojstvima stijenske mase, a vrlo često oni koji

odabiru strojeve malo znaju o ovoj problematici.

U Općim tehničkim uvjetima (OTU) za radove na cestama govori se o tri kategorije tla

kod širokog iskopa (OTU, 2001). Ovdje se govori o iskopima vezanim uz građevinske

zahvate. Masovnost iskopa i velike površine zahvaćene iskopom, rudarima otvaraju

mogućnost uporabe strojeva koji se u građevinarstvu ne koriste (veliki bageri vedričari, veliki

rotorni bageri i slično).

Kod procjene mogućnosti kopanja neke stijenske mase mora se voditi računa o dvije

glavne komponente:

Svojstvima stijene (stijenske mase);

Svojstvima stroja.

Povećanjem snage stroja (na primjer - težina hidrauličkog čekića) otvara se

mogućnost efikasnog kopanja i one stijenske mase koju lakši hidraulički čekić ne može

kopati.

Danas su opće prihvaćene dvije osnovne metode procjene efikasnosti uporabe nekog

stroja u određenoj geološkoj formaciji:

Direktne metode - kod kojih se probni iskop vrši odabranim strojem na lokaciji

gdje će se izvoditi iskop;

Indirektne metode - kod koji se procjenjuje efikasnost odabranog stroja na osnovi

poznavanja geoloških i geotehničkih svojstava stijenskih masa.

Direktne metode su vrlo efikasne i iskoristive ali se u građevinskoj praksi rijetko

koriste. Češće se koriste u rudarstvu. Indirektne metode su izazov kako za geotehničare i

geologe, tako i za proizvođače opreme. U nastojanju da se broj neugodnih iznenađenja

svede na minimum, razvijeni su različiti klasifikacijski sustavi koji trebaju pomoći u

sveobuhvatnom opisu i definiranju parametara stijenskih masa bitnih za efikasno kopanja

(razaranje).


327

12.1. Klasifikacija materijala prema starijoj normi (JUS U.E1.010)

Za procjenu podobnosti tla kao materijala za vršenje zemljanih radova, tj. iskopa,

utovara, transporta, ugrađivanja i zbijanja, kao i podobnosti tla kao terena na kojem će se

graditi cesta, tj. njegove nosivosti i stišljivosti pod opterećenjem od tijela ceste, sva tla, bilo

da su na trasi ceste ili da se nalaze u pozajmištu, svrstavaju se u određene klase.

12.1.1. Zemljana tla

Zemljana tla mogu se podijeliti u četiri kategorije:

Humusna tla - Površinski sloj terena bogat je organskim materijama koji potječu

od vegetacije, prašinasto-glinovite granulacije. Ovo tlo se ne koristi za izradu tijela

ceste i skida se i uklanja sa površina na kojima će se graditi tijelo ceste. Debljina

humusnog tla koje treba ukloniti određuje se prethodnim ispitivanjem i kontrolira

tijekom građenja.

Sitnozrnata vezana (koherentna) tla - U ovu klasu spadaju sva koherentna tla

kao što su gline, prašine, prašinaste gline (ilovače), pjeskovite prašine i les.

Osnovna karakteristika ovih tla je plastičnost, tj. promjena konzistencije sa

promjenom vlažnosti, koja potječe od finih čestica glina i prašine.

Krupnozrnata nevezana tla - U ovu klasu spadaju sva nevezana tla kao što

su pesak i šljunak, odnosno njihove mešavine. Osnovna karakteristika ovih tla

je neplastičnost koja potiče od krupnih čestica.

Mješovita tla - U ovu klasu spadaju nevezana tla koja predstavljaju mješavinu

nevezanih krupnozrnih tla i zemljanog (sitnozrnatog) materijala.

12.1.2. Kamenita tla

Kamenita tla dijele se u tri kategorije:

Polučvrsta kamenita tla - U ovu klasu spadaju sva mineraloški vezana tla koja

se zbog svoje strukture ili raspadnutosti mogu kopati bez upotrebe eksploziva, tj.

lapori, pješčenjaci, srednje vezani konglomerati, raspadnuti škriljci, kao i

raspadnute zone čvrstih i veoma čvrstih kamenitih tala.

Čvrsta kamenita tla - U ovu klasu spadaju mineraloški vezana kamenita tla,

koja se zbog svoje znatne čvrstoće moraju kopati upotrebom eksploziva, tj. sve

vrste dolomita i vapnenaca, kao i ostale sedimentne, metamorfne i eruptivne

stijene srednje čvrstoće i ispucalosti.


328

Veoma čvrsta kamenita tla - U ovu klasu spadaju mineraloški vezana kamenita

tla, neraspucala, monolitna, velike čvrstoće, koja se zbog svoje velike čvrstoće i

monolitnosti moraju kopati upotrebom eksploziva, tj. monolitni čvrsti vapnenci i

gotovo sve monolitne eruptivne stijene.

12.1.3. Specijalna tla

U ovu klasu spadaju veoma stišljiva, vodom zasićena tla male nosivosti i velike

stišljivosti, kao što su muljevi, tresetišta i druga organska ili neorganska tla sličnih osobina.

Ovakva tla po svojim svojstvima ne odgovaraju kao materijal za izradu tijela ceste, a kao

teren na kome se gradi cesta od drugih povoljnih materijala zahtijevaju specijalne postupke

građenja, pa su predmet posebnog standarda.

12.2. Podjela materijala prema građevinskoj normi (za radove u

niskogradnji) (GN 200)

Građevinska norma GN 200 sve geološke formacije dijeli u sedam kategorija

zemljišta. Ova je norma zastarjela i nije primjerena novim tehnologijama iskopa. Dijeli tla i

stijene u građevno-tehničkom smislu po težini ili načinu njihova iskopa:

(1./I.) površinska meka tla, vrlo laka za iskop (primjerice humus, suhi

zemljani materijali, lake gline; miješana tla pijeska, šljunka i gline s organskim

tvarima) koja su prema starijim normama određene kao "I. kategorija zemljišta

odnosno rastresita zemlja" koja se kopa običnom lopatom.

(2.) tekuća tla zasićena vodom (primjerice mulj, tekući pjesci i sl.) kod kojih je

nemoguće uobičajenim tehnološkim postupcima odstraniti vodu.

(3./II.) nevezana i slabovezana pjeskovita, šljunkovita i pjeskovito-šljunkovita tla

ili vezana glinena tla razmjerno laka za iskop, a koja su prema starijim

normama određena kao "II. kategorija zemljišta odnosno obična zemlja" koja

se kopa lakom kopačom (lakšom "štihačom").

(4./III.) vezana i nevezana tla razmjerno srednje teška (zbog različitih

geoloških razloga) za iskop, a koja su prema starijim normama određena kao

"III. kategorija zemljišta ili čvrsta zemlja" koja se kopa teškom kopačom

(težom "štihačom") ili lakim pijukom (trnokopom, krampom).

(5./IV.) za iskop teška te vrlo čvrsto odnosno tvrdo do vrlo tvrdo srasla tla (u

nekim slučajevima pomiješana s kršjem ili velikom odlomcima stijene odnosno

krupnim oblutcima šljunka) koja su prema starijim normama određena kao "IV.

kategorija zemljišta ili trošna stijena" koja se kopa težim pijukom, krampom.


329

(6./V.) za iskop lake (meke, prirodno dezintegrirane, razlomljene) trošne ili

polučvrste stijene, zatim razmjerno čvrste ali sitnouslojene, vrlo raspucale

stijene ali i neka vrlo tvrda tla na prijelazu u stijenu (koja se mogu kopati strojno

mehaničkim putem bez njihova prethodna razaranja miniranjem) a koje se

također klasificiraju kao vrlo slabe rastrošene i slabo kompaktne sedimentne

stijene te slabe odnosno slabo cementirane sedimentne stijene i škriljavci, a

koje su prema starijim normama određena kao "V. kategorija zemljišta ili meka

stijena" koja se kopa posebno oblikovanom motkom ili se po potrebi ponekad

prije iskopa minira slabijim (deflagrantnim) eksplozivom (primjerice barut).

(7./VI. i VII.) za iskop teške te vrlo tvrde stijene (koje se kopaju u tehničko-

ekonomskom smislu najisplativije njihovim prethodnim miniranjem) koje se

također dalje klasificiraju kao srednje čvrste (kvalitne sedimentne stijene,

stijene niske gustoće, grubozrnate eruptivne stijene), čvrste (kvalite tne

eruptivne i metamorfne stijene, finozrnati pješčenjaci) i vrlo čvrste stijene (kvarciti,

guste fino granulirane eruptivne stijene), a koje su prema starijim normama

određena kao "VI. i VII. kategorija zemljišta ili čvrsta odnosno vrlo čvrsta

stijena" koja se prije iskopa minira jakim (brizantnim) eksplozivom (primjerice

dinamit).

Tablica 12.1. Kategorizacija materijala prema građevinskoj normi s opisom metode iskopa

Kategorija

(starija

norma)

Kategorija

strojnog

rada

Svojstva Vrsta tla Sredstvo za iskop

I. a Nevezano tlo Rastresita zemlja;

pijesak Lopata

II. b Slabo vezano tlo Obična zemlja; glinoviti pijesak;

šljunak Motika

III. b Čvrsto vezano tlo Čvrsta glina;

laporovita glina Kramp

IV. c Trošna i meka stijena Meki pješčenjak;

laporoviti škriljci; meki vapnenac; breče

Pijuk; poluga

V. c Meka i ispucala stijena Pješčenjak; kreda; slabiji vapnenac;

konglomerat

Pijuk; klinovi; eksploziv (barut)

VI. d Čvrsta, ali krta stijena Pješčenjaci; vapnenci Eksploziv (dinamit)

VII. d Vrlo čvrsta stijena Granit; gnajs; porfir Eksploziv (dinamit)

Sredstva za otkopavanje:

a – utovarivači; b - buldozer, skrejper; c - rijači, buldozeri, skrejperi; d - eksploziv


330

12.3. Kategorizacija materijala za široki iskop u cestogradnji (OTU)

Opći tehnički uvjeti (OTU) za radove na cestama (2001), široki iskop dijeli u tri

kategorije:

Kategoriji A pripadaju sve čvrste stijene koje se razaraju isključivo miniranjem.

Tlo iz kategorije C može se kopati bagerom, buldožerom i slično.

U kategoriji B nalaze se slabe stijene koje se mogu kopati strojevima uz

djelomično miniranje.

Iz opisa pojedinih kategorija se može vidjeti da je ova kategorizacija temeljena na

sljedećim elementima:

Litološkom opisu;

Kvalitativnoj procjeni mehaničkih svojstava;

Površnom opisu inženjerskogeoloških značajki stijenske mase.

12.3.1. Iskop u materijalu A kategorije

Pod materijalom A kategorije podrazumijevaju se svi tvrdi materijali, gdje je potrebno

miniranje cijelog iskopa. U tu grupu spadaju sve vrste kompaktnih stijena, u zdravom

stanju, uključujući i eventualne tanje slojeve rastrošenog materijala na površini, ili takve

stijene s mjestimičnim gnijezdima ilovače i lokalnim trošnim ili zdrobljenim zonama. U ovu

kategoriju spadaju i tla koja sadrže više od 50% samaca većih od 0.5 m3, za čiji iskop je

također potrebno miniranje.

12.3.2. Iskop u materijalu B kategorije

Pod materijalom B kategorije podrazumijevaju se miješani kameni i zemljani materijali

gdje je potrebno djelomično miniranje, a veći se dio iskopa obavlja izravnim strojnim

radom (rijanjem). U ovu grupu spadali bi: flišni materijali uključujući i rastrošeni

materijal, homogeni lapori, trošni pješčenjaci i mješavine lapora i pješčenjaka, većina

dolomita (osim vrlo kompaktnih), raspadnute stijene na površini u debljim slojevima s

miješanim raspadnutim zonama, jako zdrobljeni vapnenac, sve vrste škriljaca, neki

konglomerati i slični materijali.

12.3.3. Iskop u materijalu C kategorije

Pod materijalom C kategorije podrazumijevaju se svi materijali koje nije potrebno

minirati, nego se mogu kopati izravno, upotrebom pogodnih strojeva. Ovdje bi spadali vezani

zemljani materijali: sve gline visoke do niske plastičnosti, prašinasto tlo; kao i nevezani

materijali: pijesci, pjeskoviti šljunci, prirodne kamene drobine i slični materijali .


331

Tablica 12.2. Klasifikacija tla i stijena prema građevinskoj normi i općim tehničkim uvjetima s opisom i veličinom rastresitosti

Klasa

materijala

(GN)

Kategorija

(OTU) Opis

Povećanje

volumena Prepoznavanje

I.

C

Pjeskoviti površinski slojevi tla; Humunizirano tlo s

korijenjem trave; Kotlovska šljaka; Zemlja nasuta bez

zbijanja; Nasipi humuniziranog zemljanog materijala.

1,15 Može se kopati lopatom bez pomoći noge;

iskop u zasjeku stoji pod kutem od 45°. II.

III.

Humunizirani slojevi tla s korijenjem šiblja; zemlja s

pijeskom; stabilizirani zemljani nasipi; mehanički ili

eksplozivom razorena tla viših kategorija; zemlja s do 30%

kamena do 90 mm promjera.

1,25 Može se kopati lopatom uz pomoć noge;

iskop u zasjeku stoji pod kutem od 70°.

IV.

B

Tvrdo zbijena isušena zemlja; zemljani materijal s 30% do

50% kamena od 100 do 200 mm promjera; trošni i raspucali

kameni materijali; laporovita suha tla; očvrsle žbuke i asfalti;

tla s korijenjem visokog drveća.

1,35

Ručno se može kopati pomoću pijuka i

lopate; strojno se može kopati tek nakon

djelomičnog razaranja i rastresanja

mehaničkim čekićem ili eksplozivom; u

zasjeku stoji pod kutem od 80° do 90°.

V.

Tla s 50% do 70% nevezanog kamena promjera iznad 500

mm; raspucale stijene sa zemljanim materijalom; tvrdi lapor;

čvrsti beton MB 20.

1,50

Ručno se može razarati pomoću klina i

teškog čekića; strojno se može kopati tek

nakon razaranja i rastresanja mehaničkim

čekićem ili eksplozivom; u zasjeku stoji

pod kutem od 90°.

VI.

A

Puni, čvrsti, neispucani kameni materijali; beton čvrstoće do

MB 30; površinski slojevi smrznute zemlje. 1,60

Ne može se kopati pomoću ručnih alata;

strojno se može kopati tek nakon

razaranja i rastresanja mehaničkim

čekićem ili eksplozivom.

VII.

Eruptivne stijene; mulj - mješavina vode, zemlje i kamena

tekuće ili plastične konzistencije s kamenom promjera do

300 mm.

1,60

Ne može se kopati i razarati pomoću

ručnih alata; strojno se može kopati tek

nakon razaranja i rastresanja mehaničkim

čekićem ili eksplozivom; mulj se zbog

krupnih komada kamena ili ljepljivosti ne

može kopati i vaditi pumpama.


332

Slika 12.1. Zone različite ispucanosti stijenske mase (Preuzeto od Vrkljan)

12.4. Rastresitost materijala

Tablica 12.3. Privremena i stalna rastresitost u ovisnosti kategorije materijala

Kategorija Privremena Stalna

I 1,15 0 - 2 %

II 1,20 2 - 4 %

III 1,25 3 - 5 %

IV 1,30 4 - 7 %

V 1,40 8 - 10%

VI 1,50 10 - 15 %

VII 1,50 10 - 15 %

Privremena - nakon iskopa (utovar i transport)

Stalna - nakon ugradnje i zbijanja

Stijenska masa sa vrlo velikim razmakom

diskontinuiteta. S obzirom na veličinu

blokova može se opisati kao „massive“

(ISRM, 1978) Kategorija iskopa A.

Stijenska masa sa širokim razmakom

diskontinuiteta. S obzirom na veličinu blokova

može se opisati kao „irregular“ (ISRM, 1978).

Kategorija iskopa C.


333

Tablica 12.4. Rastresitost pojedinih oblika pojavnosti tla ili stijena

Gustoća tla ili stijene u

prirodnom sraslom

stanju prije iskopa

(t/m3)

Rastresitost (r) tla ili

stijene kao gradiva

nakon iskopa

Gustoća gradiva u

rastresitom stanju

(t/m3)

uslojena glina 2,02 + 22% ili 1,22 1,65

zbijena glina 2,01 1,21 1,66

vlažna glina 2,08 - 2,10 1,25 - 1,40 1,50 - 1,66

suha glina 1,64 - 1,84 1,23 - 1,40 1,17 - 1,48

suha pjeskovita glina 1,66 1,17 1,42

vlažna pjeskovita glina 1,83 1,19 1,54

vlažna ilovača 1,60 - 1,66 1,25 1,28 - 1,383

suha ilovača 1,36 1,25 1,09

suha zemlja 1,66 - 1,90 1,25 1,33 - 1,52

vlažna zemlja 2,02 – 2,10 1,25 - 1,27 1,60 - 1,68

zemlja s pijeskom 1,66 1,17 1,42

zemlja s 25% kamena 1,96 1,25 1,57

suhi (nevezani) pijesak 1,60 1,13 1,42

vlažni pijesak 2,07 1,12 1,85

suhi pijesak i šljunak 1,93 1,12 1,72

vlažni pijesak i šljunak 2,23 1,10 2,03

suhi šljunak 1,69 1,12 1,51

suhi šljunak 6 - 50 mm 1,90 1,12 1,70

vlažni šljunak 2,34 1,10 2,13

vlažni šljunak 6 - 50mm 2,26 1,12 2,02

suhi zaglinjeni šljunak 1,66 1,17 42

vlažni zaglinjeni šljunak 1,84 1,19 1,54

trošne stijene 1,96 - 2,28 1,24 - 1,42 1,58 - 1,96

75% stijena, 25%zemlja 2,79 1,42 1,96

50% stijena, 50%zemlja 2,28 1,33 1,71

25% stijena, 75%zemlja 1,96 1,24 1,58

vapnenac 2,61 1,69 1,54

mramor 2,73 1,67 1,63

pješčenjak 2,52 1,67 1,51

škriljevac 2,88 1,30 2,22

granit 2,67 - 2,73 1,50 - 1,64 1,66 - 1,78

bazalt 2,65 - 2,97 1,49 1,78 – 1,99


334

12.4. Svojstva stijene i stijenske mase bitna za procjenu

mogućnosti kopanja

Razaranja stijene alatima složen je proces. Pri odabiru stroja za konkretan slučaj

iskopa, postavljaju se sljedeća pitanja:

Koji će biti učinak stroja;

Koji rezni alat je najbolji;

Koji je najbolji položaj reznog alata na glavi stroja;

Kako potrošnju reznog alata svesti na minimum;

Kako izbjeći oštećenja nosača reznog alata;

Kako vibracije svesti na minimum.

Pri odabiru adekvatne tehnologije iskopa mora se voditi računa o stijenskoj masi kao

sustavu koji se sastoji od intaktne stijene i diskontinuiteta te o činjenici da je stijenska masa

anizotropna, nehomogena i prirodno napregnuta.

Podpovršinski istražni radovi 13. Geotehnički izvještaji (elaborati)

335

13. Geotehnički izvještaji (elaborati)

Za kompletiranje programa terenskih istraživanja i laboratorijskih ispitivanja,

geotehnički inženjer mora sastaviti, procijeniti i interpretirati podatke i izvesti inženjersku

analizu za temeljenje, stabilnost kosina, slijeganje i vodopropusnost nasipa itd. Zato inženjer

geotehničar izrađuje izvješće (elaborat) kojim se prezentiraju i u njemu su objedinjene sve

informacije dobivene terenskim istražnim radovima, a osigurava naručitelju radova specifične

tehničke preporuke.

13.1. Vrste geotehničkih izvještaja (elaborata)

Uglavnom postoje tri tipa geotehničkog izvješća:

Geotehničko izvješće o terenskom istraživanju;

Geotehničko projektno izvješće;

Geotehničko izvješće o utjecaju na okoliš.

Vrsta izvješća koje geotehničar izrađuje ovisi o:

Zahtjevima naručitelja radova;

Dogovoru između geotehničara, građevinara i arhitekata;

Veličini i kompleksnosti objekta koji će se graditi.

13.1.1. Geotehničko izvješće o terenskom istraživanju

Geotehničko izvješće o terenskom istraživanju daje informacije o specifičnosti terena i

sadrži tri glavne komponente:

1. Osnovne informacije: U prvom dijelu izvješća geotehničari sažimaju zaključke do

kojih su došli pripremajući se za istražne radove, za koje se izvješće i izrađuje. U

ovom dijelu iznose se informacije o opterećenjima, deformacijama i ostalim

svojstvima koja su potrebna za izradu geotehničkog izvješća. Tu se također

prezentira generalni opis uvjeta na terenu, inženjersko-geološke značajke,

vodopropusnost, vrsta biljnog pokrova i pristupačnost terenu, te ostale posebnosti

koje mogu utjecati na projekt izgradnje građevine.


336

2. Opis radova: Drugi dio izvješća o terenskom istraživanju dokumentira program

izvođenja istraživanja i specifične postupke kojima se obavlja istraživanje. Ovim

dijelom izvješća daje se: terenske istražne metode koje su korištene u istraživanju;

broj, lokacija i dubina bušotina, istražnih jama i in situ ispitivanja; vrsta i broj izuzetih

uzorka; nadnevci kada su izvođeni terenski istražni radovi; podizvođači koji su

sudjelovali u istraživanju; broj i vrste laboratorijskih ispitivanja; standardi po kojima su

provedena ispitivanja; sva odstupanja od uobičajenih postupaka ispitivanja.

3. Interpretacija podataka: Ovdje se prezentiraju podaci dobiveni terenskim

istraživanjem i programom laboratorijskog ispitivanja. Sadrži: finalne logove (profile)

svih bušotina, istražnih jama i pijezometara ili bunara; očitanja razine podzemne

vode; ispise podataka iz svih bušotina u kojima su provedeni in situ testovi; tablicu u

kojoj su sažeti svi rezultati laboratorijskih ispitivanja; fotografije jezgre iz sržne cijevi;

rezultate inženjersko-geološkog kartiranja (IG karta); geotehničke profile dobivene

terenskim istražnim radovima i laboratorijskim ispitivanjima; statističke analize. Može

također sadržavati postojeće informacije iz prijašnjih istražnih bušenja i laboratorijskih

ispitivanja sa područja na kojem se izvode istražni radovi.

Ova vrsta izvješća ne uključuje interpretaciju uvjeta na terenu i projektne preporuke.

Najčešće se koristi kada terensko istraživanje geotehničari izvode kao podizvođači, a

interpretaciju podataka dobivenih terenskim istraživanjem i projektiranje građevine izvode

glavni izvođači radova.

13.1.2. Geotehničko projektno izvješće

Geotehničko projektno izvješće osigurava ocjenu uvjeta na terenu koji su važni za

projektiranje, prezentiranje, opis i sažimanje postupaka za sve geotehničke analize koje se

izvode. Daje prikladne preporuke za projektiranje i gradnju temelja, potpornih konstrukcija,

nasipa, usjeka, itd.

Uvjeti na terenu i vrsta građevine od svakog projekta traže da bude jedinstven.

Specifični sadržaj geotehničkog projektnog izvješća mora biti napravljen zasebno za svaki

projekt. Uglavnom, geotehničko projektno izvješće mora obuhvatiti sve probleme koji se

moraju uzeti u obzir prilikom projektiranja i gradnje građevine, daje identifikaciju i klasifikaciju

svih tala i stijena od inženjerskog značaja, te na temelju toga parametre važne za

projektiranje. Preporuke i vrijednosti parametara za projektiranje moraju biti opravdani

analizom svih podataka.


337

Uvjeti u kojima se nalazi podzemna voda važni su za projektiranje i gradnju, te

sukladno tome oni moraju biti pažljivo procijenjeni i opisani. Često je potrebno geotehničko

istraživanje podzemne vode uskladiti s hidrogeološkim istraživanjem kako bi se bolje

razumjele zakonitosti toka podzemne vode i vodopropusnost između pijezometara.

Svaki problem koji nastane u procesu geotehničkog projektiranja mora biti riješen u

skladu s propisima i standardnom metodologijom, a u izvješću rješenje mora biti koncizno i

jasno objašnjeno. Posebno je važno dobro procijeniti utjecaj podzemnih uvjeta na građevinu,

i u fazi gradnje i u kasnijem korištenju građevine.

Geotehničko projektno izvješće može, na primjer, sadržavati:

Uvod (Opis projekta; Opseg radova);

Geologija (Regionalna; Područja na kojem se istražuje);

Postojeće geotehničke informacije;

Program terenskih istražnih radova (Postupci dubinskih istraživanja;

Laboratorijska ispitivanja);

Podzemni uvjeti (Topografija; Stratigrafija; Svojstva tla; Podzemna voda);

Preporuke za temeljenje mosta (Alternativna projektna rješenja; Grupne efekte

temeljenja; Slijeganje tla ispod temelja; Bočna opterećenja; Graditeljska

razmatranja; Ispitivanje probnih pilota);

Preporuke za gradnju potpornih zidova (Pogodne vrste potpornih zidova;

Graditeljska razmatranja);

Preporuke za gradnju ceste (Preporuka materijala za nasipavanje; Stabilnost

kosina u usjecima i zasjecima);

Seizmička razmatranja (Seizmičnost; Seizmički kriteriji; Potencijalnost

likvefakcije);

Građevinske preporuke;

Popis literature;

Popis slika;

Prilozi (Logovi bušotina; Rezultati laboratorijskih ispitivanja; Rezultati prijašnjih

istraživanja);

13.1.3. Geotehničko izvješće o utjecaju na okoliš

Kada terensko istraživanje pokaže da postoji kontaminacija (onečišćenje) terena, od

geotehničara se može zatražiti da provedu istraživanje o utjecaju građevinskih ili nekih

drugih zahvata na okoliš, s izradom izvješća i preporukom sanacije zagađenja.


338

Izrada takvog izvješća zahtijeva suradnju geotehničara s timom stručnjaka, budući da

mnogi aspekti onečišćenja ili sanacije mogu biti izvan njegove stručnosti. Tim može biti

sastavljen od kemičara, geologa, hidrogeologa, inženjera za okoliš, toksikologa, stručnjaka

za kvalitetu zraka i jednog ili više inženjera geotehnike. Izvješće mora imati jasnu raspravu o

prirodi i obimu onečišćenja, faktorima rizika koji su uključeni, izvoru onečišćenja ako je

poznat (npr. odlagalište otpada, otpadne vode iz industrije, neispravna kanalizacijska mreža,

prevrtanje kamiona, iskliznuće vlaka i drugo) i preporuku metode za sanaciju onečišćenja

(npr. odlaganje kontaminiranog materijala, crpljenje i pročišćavanje podzemne vode, duboko

miješanje tla,…). Na kraju izvješća mogu se navesti i preporučiti stručnjaci koji su u

mogućnosti sprovesti sanaciju onečišćenog područja.

13.2. Interpretacija podataka

13.2.1. Logovi (profili) bušotina

Podaci iz dnevnika bušenja, te podaci dobiveni jezgrovanjem i in situ istraživanjima u

bušotinama, mogu se obraditi pomoću kompjutorskih programa i dobiti sondažni profili

u digitalnom formatu. Time se omogućuje pohrana, manipulacija i prezentacija

jednodimenzionalnih, dvodimenzionalnih i trodimenzionalnih profila.

U današnje vrijeme postoji mnogo programa koji nude računalno potpomognutu

obradu geotehničkih podataka i izradu logova bušotina. Alati u takvim programima

omogućuju korisnicima stvaranje prilagodljivih profila u koje se mogu uključiti grafičko

uređenje, detalji vezani za profil, koordinate bušotine, itd. Također se može dodati legenda s

objašnjenjem grafičkih simbola i dodatnim napomenama. Najčešće je uključena i biblioteka s

uzorcima za svaku pojedinu vrstu tla ili stijena, te objašnjenje nomenklature koja se koristi u

programu. Jedan od programa za izradu i interpretaciju istražnog bušenja je WinLoG. Isto

tako, rezultati statičkog i dinamičkog penetracijskog pokusa mogu se obraditi u programu

Coneplot, a rezultati dilatometardkih ispitivanja u programu DMT Dilly, itd.


339

Slika 13.1. Primjer sondažnog profila obrađenog u programu WinLoG

13.2.2. Plan lokacije istraživanja

Plan lokacije istraživanja treba prikazati na regionalnoj ili lokalnoj razini. Topografske

karte za smještaj istražnih polja mogu se naći na internetu ili dobaviti iz katastarskog ureda.

Lokacije svih terenskih testova, uzorkovanja i istražnih studija trebaju biti prikazane na

planu ili mapi specifičnih područja istraživanja. Po mogućnosti, podloga plana bi

trebala biti topografska karta s konturama nadmorskih visina i s prikazanim smjerom sjevera.

Reprezentativan prikaz pozicija bušotina dan je na slici 13.2..

GIS (geographic information system) se može koristiti na projektu istraživanja za

dokumentiranje lokacija istraživanja u odnosu na postojeće objekte, ubrajajući podzemne i

nadzemne objekte, ceste, zgrade i ostale građevine. Napredak je postignut u prijenosnim

uređajima koji koriste GIS aplikacije, te daju brzu informaciju o koordinatama istražne

lokacije. Kod korištenja više vrsta istraživačkih metoda, legende na planu lokacija terenskih

istraživanja ukazuju na različite vrste ispitivanja. Slika 13.3. pokazuje kombinaciju terenskih

istražnih radova s SPT-om, CPT-om i plosnatim dilatometrom.


340

Slika 13.2. Reprezentativni prikaz pozicija bušotina

Slika 13.3. Prikaz kombinacije terenskih istražnih radova: statički penetracijski test (SPT), dinamički

penetracijski test (CPT) i test s plosnatim dilatometrom (DMT)


341

13.2.3. Geotehnički profili

Geotehnički izvještaji obično su popraćeni prikazom u obliku podpovršinskog profila.

Uzdužni profili u pravilu su razvijeni uz ceste ili usporedno s mostovima. Ograničen broj

poprečnih profila može se izraditi na ključnim mjestima kao što su temelji mostova, kosine ili

visoki nasipi. Takvi profili osiguravaju djelotvorno sredstvo za sažimanje relevantnih

informacija, ilustrirajući odnos različitih mjesta istraživanja. Podzemni profili, zajedno s

razumijevanjem geoloških uvjeta, velika su pomoć inženjeru geotehnike u njegovom

tumačenju podzemnih uvjeta između različitih mjesta istraživanja.

U razvoju dvodimenzionalnih podzemnih profila, linija profila (često simetrala ceste)

treba biti definirana u planu istraživanja, a relevantne bušotine projicirane na toj liniji. Vrlo je

važno dobro odabrati pozicije istražnih bušotina na profilu, jer u nekim situacijama i ako su

na malim udaljenostima mogu rezultirati krivim predstavljanjem podzemnih uvjeta.

Podzemni profili baziraju se, s određenom točnošću, na uzorcima izvađenim iz

jezgrene cijevi. Općenito, geotehnički inženjeri kontinuiranim podzemnim profilima tumače

pozicije, veličinu i prirodu podzemnih formacija između bušotina. Upitna je vrijednost

podataka ako se na nekim mjestima raspored slojeva stijena ili tla značajno razlikuje po

profilu između dvije istražne bušotine. U tim slučajevima geotehničari moraju biti vrlo oprezni

u prezentiranju tih podataka i takva prezentacija treba uključivati upozorenje da se ne može

u potpunosti osloniti na objašnjenje profila kakvo je predstavljeno. Ukoliko postoji potreba da

se daju vrlo pouzdani kontinuirani profili, treba se povećati učestalost bušotina i/ili koristiti

geofizička metoda za određivanje kontinuiranosti ili diskontinuiranosti podzemnih uvjeta.

Slika 13.4. Geotehnički profil baziran na podacima iz istražnog bušenja, tehnički nekorektan

B-1 B-2 B-3 B-40 m 30 m 60 m 90 m 120 m

10 m

20 m

30 m

PIJESAK S

PRAHOM (SM)

SLABO

GRADUIRANI PIJESAK

(SP)

GLINA

VISOKE PLASTIČNOSTI

(CH)

NEORGANSKI

PRAH

(ML)

NEORGANSKA GLINA

NISKE DO

SREDNJE PLASTIČNOSTI

(CL)

SPT

Horizontalna udaljenost (m)

Vert

ikaln

a u

dalje

nost (m

)


342

Slika 13.5. Stvarni primjer geotehničkog profila, tehnički korektan, baziran na podacima iz istražnog bušenja i DPH ispitivanjima (dinamički penetracijski test s

teškom sondom)

Mj = 1 : 100 / 100102.00

Presjek A-A

3.8

98.150,3

4,0

12,4

bušotina

B-4

5,3

13,0

9,3

bušotina

B-1

5,7

12,0

5,9

DPH-1

N10

5 10 15 20 25 30 35 400

10 15 20 25 30 35 4050

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

0,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

Prašinasti šljunak (GW-GM)

Prašinasti šljunak (GM)

100,0

95,0

90,0

105,0

85,0

M

1 :

100

Poplavna voda=cca 100.09

Glina visoke plastiènosti (CH)

Glina visoke plastiènosti (CH)- žuto-smeðe boje, I = 0,78c

- sivo-smeðe boje, I = 0,82 - 0,89c

PRIRODNI TEREN

Glina niske plastiènosti (CL)

- žuto-smeðe boje, I = 0,59c

RPV=1,1 m

RPV=0,4 m

Organska glina s proslojcima treseta (OH)

- sive i žute boje

- sive boje

Pjeskovita glina (CL)

- sive boje, 40% udjela pijeska

Zaglinjeni pijesak (SC)

- sive boje

I = 0,30c

Podpovršinski istražni radovi 14. Literatura

343

14. Literatura

1. ABEM Instruction manual, ABEM Terrameter SAS 4000/SAS 1000, ABEM

instruments AB,Allen 1, s-17266 , Sunddbjeberg, Sweden. <raspoloživo na

url:http://www.abem.se/files/upload/Manual_Terrameter.pdf> 25.11.2012

2. Anbazhagan P.: Probabilistic Approach for Seizmic Microzonation - Geotehnical

Issues, <raspoloživo na url:http://www.civil.iisc.ernet.in/~anbazhagan/J-8.pdf>,

25.12.2009.

3. Brezigar A., Tomšić B., Štern J.: Georadar – High resolutin geophysical

electomagnetic device, Geologija, vol 37,38, str 437-458. Institut za geologiju,

geotehniku i geofiziku Ljubljana , Slovenija 1995.

4. Buß J.: Analysis and presentation of plate loading tests according to DIN 18134, Din

18134:2010-04 (Draft) or Austrian Standard B 4417, Civilserve GmbH, Steinfeld

2010.

5. Bieniawski, Z.T.: Engineering Rock Mass Classification, New York: John Wiley &

Sons, p. 251, 1989.

6. Božić, B.: Mehanika stijena, interna skripta Geotehničkog fakulteta u Varaždinu,

Varaždin 2009.

7. Car M.: Geofizikalna tehnika zveznega električnega upornostnega sondiranja in njena

uporaba v inženjerski geologiji, Rudarsko metalurški zbornik ,vol 3-4,str.109-126,

Ljubljana 1995.

8. Crosshole Seismic Methods Per ASTM Standard

9. Dakić, D.: Geomehanika u površinskoj eksploataciji, Institut za rudarska istraživanja u

Tuzli, 1984.

10. Day R.W.: Foundation engineering Handbook, McGraw_Hill Construction 2006.

11. DIN 18134, Determining the deformation and strenght characteristics of soil by

the plate loading test, Berlin 1993.

12. Drumm, C.E.: Site Exploration and Characterization, University of Tennessee

13. Dobrilović I. Gulam V. Hrženjak P. : Primjena indeksnih metoda ispitivanja u

određivanju mehaničkih značajki intaktnog stijenskog materijala, Rudarsko-geološko-

naftni zbornik, vol 22, str 63-71, Zagreb 2010.

14. Dominković A. S.: Određivanje rezolucije metode 2D-električne tomografije,

Magistarski rad, Rudarsko-geološko-naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 2006.

15. Borros AB.: Dynamic sounding, Švedska, 2000.

16. Ellenberger J.: A Roof Quality Index for Stone Mines Using Borescope Loggin

<raspoloživo na url: http://www.cdc.gov/Niosh/mining/pubs/pdfs/arqif.pdf >


344

17. Gazdek M.: Interna skripta iz geofizike, Sveučilište u Zagrebu Geotehnički fakultet,

2005.

18. Grabar, K.: "SLUG" test kao preliminarni način određivanja hidrauličkih parametara

na primjeru crpilišta "Varaždin", Diplomski rad, Geotehnički fakultet, Varaždin 2003.

19. Hanumantharao C., Ramana G. V.: Dynamic soil properties for microzonation of

Delhi, India, Journal of Earth System Science 117 (2008) S2, 719-730.

20. Head, K. H.: Manual of soil laboratory testing; Volume 1: Soil classification and

compaction tests, ELE International Ltd, London 1980.

21. Head, K. H.: Manual of soil laboratory testing; Volume 2: Permeability, shear strength

Schmidtovand compressibility tests, ELE International Ltd, London 1982.

22. Head, K. H.: Manual of soil laboratory testing; Volume 3: Effective Stress Tests, ELE

International Ltd, London 1986.

23. Hoek E.: Practical rock engineering, Everet Hoek Consulting Engineer Inc. 2006.

24. Huđek, D.: Utjecaj brzine posmika na parametre posmične čvrstoće tla, Diplomski

rad, Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin 2008.

25. Hrženjak, P.: Briševac, Z.: Upute i predlošci za laboratorijske vježbe i programe iz

mehanike stijena, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb 2009.

26. HRN EN 1997-2: Eurokod 7 - Geotehničko projektiranje - 2.dio: Istraživanje i

ispitivanje temeljnoga tla (EN 1997-2:2007), 2008.

27. HRN EN 1998-1: Eurokod 8 - Projektiranje konstrukcija otpornih na potres – 1 dio:

Opća pravila, potresna djelovanja i pravila za zgrade (EN 1998-1:2004), 2008.

28. Ivanković, T.: Geotehnički istražni radovi, Geotehnički fakultet, Varaždin 2010.

29. Jeđud B.: Primjena spektralne analize površinskih valova u geotehnici, Sveučilište u

Zagrebu Geotehnički fakultet ,Varaždin 2010.

30. Jeftić G.: In-situ ispitivanja SPT i CPT metodama, Diplomski rad, Sveučilište u

Zagrebu Geotehnički fakultet, Varaždin 2006.

31. Jaklin, J.: Određivanje modula stišljivosti u edometru, Diplomski rad, Sveučilište u

Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin 2006.

32. Kovačević-Zelić, B.: Poboljšanje svojstava tla i stijena, interna skripta Rudarsko-

geološko-naftnog fakulteta, Zagreb 2006.

33. Kalinski, M. E.: Soil Mechanics Lab Manual 2e, University of Kentucky, 2011

34. Kvasnička, P.: Domitrović, D.: Mehanika tla, Interna skripta, Sveučilište u Zagrebu,

Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb 2007.

35. Kujundžić T.: Bedeković G., Kuhinek D., Korman T.: Utjecaj tvrdoće stijene na

usitnjavanje hidrauličnim čekićem i na drobljenje u čeljusnoj drobilici, vol 20,str 83-90,

Rudarsko-geološko-naftni naftni zbornik 2008.

http://www.springerlink.com/content/0253-4126/


345

36. Lilek, H.: DCPT primjena i korelacije, Diplomski rad, Geotehnički fakultet, Varaždin

2009.

37. Loke. M.H.: Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys <raspoloživi na

url:http://www-geo.phys.ualberta.ca/~unsworth/UA-classes

/223/loke_course_notes.pdf> (1996-2010)

38. Lippus C.C.: Fundamentals of Seismic Refraction, Theory, Acquisition and

Interpretation, Seismic Products Geometrics, Inc. 2007.

39. Maksimović, M.: Mehanika tla, drugo izdanje, Beograd 2001.

40. Mayne, P.W., Christopher, B.R., De Jong, J.: Manual of Subsurface Investigations,

National Highway Institute, Washington, DC., 2001.

41. Marhard, R. C.: Exsplosive and Rock Blasting, Atlas Powder Company, Dallas,

Texas, 1987.

42. Medzvieckas, J., Slizyte, D., Stragys V.: Soil Mechanics - Laboratory testing Manual,

Vilnius Technika, 2004.

43. Matešić, L.: Geotehničko inženjerstvo, Sveučilište u Rijeci, Građevinski fakultet,

Rijeka 2010.

44. Mehanika stijena; Temeljenje; Podzemni radovi, Društvo građevinskih inženjera i

tehničara Zagreb, Društvo za mehaniku stijena i podzemne radove SR Hrvatske,

Zagreb 1983.

45. Miščević, P.: Uvod u inženjersku mehaniku stijena, Građevinsko arhitektonski fakultet

sveučilišta u Splitu, Split 2004.

46. Mulabdić, M.: Hrvatska iskustva u primjeni suvremenih in situ metoda ispitivanja tla,

Sveučilište u Osijeku

47. Malčić, H.: Geotehnički postupci za utemeljenje gornjeg ustroja ceste na sjevernoj

obilaznici bjelovara , Diplomski rad, Sveučilište u Zagrebu geotehnički fakultet

Varaždin 2004.

48. Manual for program GGU-PLATELOAD: Field Investigation and Laboratory Analysis

2009.

49. Nonveiller, E.: Mehanika tla i temeljenje građevina, Sveučilište u Zagrebu,

Građevinski fakultet, Školska knjiga, Zagreb 1979.

50. Najdanović, N.: Mehanika tla, drugo izdanje, Univerzitet u Beogradu, Građevinska

knjiga, Beograd 1962.

51. Park, C.B.; Miller, R.D.; Xia, J.: Imaging dispersion curves of surface waves on multi-

channel record, Soc. Explor. Geophys. 1377-1380. 1998.

52. Park C.B.: Multichannel analysis of surface waves (MASW), <raspoloživo na url

www.masw.com>

53. Percel, B.: Mehanika tla I i II, Viša geotehnička škola Varaždin, 1982.


346

54. Roje - Bonacci, T.: Mehanika tla, Split, 2003.

55. Sabatini, P.J.: Bachus, R.C.; Mayne, P.W.; Schneider, J.A.; Zettler, T.E.:

Geotechnical Engineering Circular No. 5, GeoSyntec Consultants, Atlanta 2004.

56. Strelec,S., Gazdek, M., Jeđud B.: Procjena krutosti tla in-situ ispitivanjima i korelacije

između vs, SPT i DPH, Sveučilište u Zagrebu Geotehnički fakultet, 2010.

57. Strelec,S., Božić, B.; Gazdek, M.: Različiti kriteriji za ocjenu dozvoljene količine

eksploziva, II. svijetska konferencija o eksplozivu i miniranju Prag, Češka, 2003.

58. Strelec,S., Božić, B.; Gotić I.: Izrazi za brzine oscilacija čestica tla i njihova

komparativna analiza, I. svijetska konferencija o eksplozivu i miniranju Munich,

Germany, 2003.

59. Strelec,S., Jug S., Radivoj T., Oscilacije čestica tla izazvanih miniranjem, članak,

Mineral 3 i 4, 2001.

60. Smith, I.: Smith's Elements of Soil Mechanics, Napier University, Edinburgh, 2006.

61. Spagnoli, G: An empirical correlation between different dynamic penetrometers, The

Electronic Journal of Geotechnical Engineering 13 2008 C, 1-11. 2008.

62. Szavits-Nossan, V.: Mehanika tla i stijena, interna skripta Građevinskog fakulteta u

Zagrebu

63. Šumanovac F.: Geofizička istraživanja geoelektrične i seizmičke metode, Rudarsko-

geološko-naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 1996.

64. Tehnička enciklopedija: I izd. Zagreb: JLZ. Sv. 6., str. 75-99, 1979.

65. Tompai Z.: Conversion between static and dynamic load bearing capacity moduli and

introduction of dynamic target values, Department of highway and railway

engineering, Periodica polytechnica 52/2, str. 97-102, Budapest 2008.

66. Tuđan N. Određivanje hidrogeoloških parametara vodonosnika na temelju podataka

probnih crpljenja, Diplomski rad, Sveučilište u Zagrebu Geotehnički fakultet ,Varaždin

2001.

67. TSC 06,720: Meritve in preiskave deformacijski moduli vgrajenih materialom,

Ljubljana 2003.

68. Urumović, K.: Fizikalne osnove dinamike podzemnih voda, Sveučilište u Zagrebu,

Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb 2003.

69. Uputstvo za provođenje ispitivanja kružnom pločom prema NRN UB1.046

70. Verruijt, A.: Soil Mechanics, Delft University of Technology, 2001.

71. Vrkljan, I.: Inženjerska mehanika stijena, interna skripta Građevinskog fakulteta u

Rijeci, 2002.

72. Vrkljan, I.: Podzemne građevine i tuneli, Građevinski fakultet u Rijeci, IGH d.d.,

Zagreb 2007.

73. Zlatović, S.: Uvod u mehaniku tla, Udžbenik Tehničkog veleučilišta u Zagrebu, 2006.


347

74. <http://www.microgeo.com/detailed_discussions/dm7.html>, 21.01.2011.

75. <http://www.ipkin.com> ,21.01.2011.

76. <http://www.omnitron.net>, 21.01.2011.

podpovršinski istražni radovi

Documents