Laboratorijska ispitivanjadio II; Proctorov pokus

Ispitivanja na poremeenim uzorcima:ispitivanja zbijenosti za potrebe ugradnje zemljanih materijala(Proctorov pokus, standardni i modificirani).

Zbijenost je svojstvo koje tlo mora zadovoljiti kao graevinski materijal. Ovo je kljuan pokus za utvrivanje svojstava tla koja e biti ugraena u nasute graevine. Odreuje se pomou standardnog i modificiranog Proctorovog pokusa. Temeljem ovog pokusa izrauju se umjetni uzorci koji se dalje ispituju metodama kojim se ispituju neporemeeni uzorci da bi se dobili parametri potrebni za projektiranje nasutih graevina.

Gustoa tla ovisi o nizu imbenika. Sa slike se moe uoiti razlika u zbijenosti. O zbijenosti ovisi niz fiziko-mehanikih svojstava tla.Rahlo tlo, slaba nosivostZbijeno tlo, dobra nosivost

Pribor za runo nabijanje uzoraka po Proctoru

Pribor za strojno nabijanje uzoraka po Proctoru

Pribor za strojno nabijanje uzoraka po Proctoru, moderna verzija

Uinak zbijanja tla ovisi o koliini energije koja je uloena u to zbijanje. Energija se moe uloiti nabijanjem, gnjeenjem, pritiskom ili vibriranjem. Dok je nabijanje, gnjeenje i pritisak uinkovit postupak za sitnozrna tla, gnjeenje i pritisak gotovo nema uinka za krupnozrna tla. Za krupnozrna tla najuinkovitiji postupak zbijanja je vibriranje, a manje nabijanje. U sluaju da se zbijanje postie slobodnim padom nekog malja-utega, uloena energija zbijanja jednaka je umnoku visine pada i teine malja. Za ostale vidove zbijanja, energiju koja je utroena na zbijanje nije jednostavno odrediti. Jedna od mjera zbijenosti je suha gustoa, rd, odreena kao masa vrstih estica u jedininom volumenu tla. Zbijenost je to vea to je suha gustoa vea. Suha gustoa tla je ovisna iskljuivo o porozitetu. Sve druge gustoe ovise o vlanosti

Trodijelni sustav

Gustoa tlaOdreuju se pomou poroziteta n i stupnja zasienja Sr- gustoa vlanog tla (0

Suha gustoa tla moe se izraziti pomou parametara odnosa zapremina, vlanosti, zasienosti i td. na razne naine, na primjer kao: gdje su ms i V, masa vrstih estica odnosno zapremina uzorka tla, r=m/V i w=mw/ms su gustoa odnosno vlanost uzorka tla (kao omjer, a ne postotak),m=ms+mw, m i mw su masa uzorka odnosno masa vode u uzorku, Gs=rs/rw je relativna gustoa vrstih estica, rs i rw su gustoa vrstih estica odnosno gustoa vode, Sr=Vw/VV je stupanj zasienosti (kao omjer, a ne postotak), Vw i >VV su zapremine vode odnosno pora u uzorku, A=Va/V je udio zraka u uzorku, a Va je volumen zraka u uzorku. Prvi zraz je pogodan za brzo odreivanje suhe gustoe iz jednostavno mjerljive gustoe i vlanosti tla, dok su druga dva izraza pogodni za grafike prikaze utjecaja zasienosti pora za odreene kombinacije suhe gustoe i vlanosti. w=mw/ms

Utjecaj poetne vlanosti , w, na postignutu suhu gustou, rd, pri zbijanju obino se prikazuje krivuljama zbijanja koje prikazuju odnos suhe gustoe i vlanosti tla pri istoj energiji zbijanja krupnozrno tlositnozrno tloizraena OPTIMALNA VLANOST

Oito je da: zbijenost ovisi o uloenoj energiji zbijanja, sitnozrno tla ima jasno izraenu najveu zbijenost za neku optimalnu vlanost pri danoj energiji zbijanja, ta najvea zbijenost kao i optimalna vlanost ovisi o energiji zbijanja i nisu konstante tla. to je vea energija zbijanja najvea suha gustoe bit e vea, a optimalna vlanost manja. Parovi vrijednosti, rdmaks, wopt, slijede priblino krivulju potpune zasienosti Sr=1 koja slijedi iz izraza:

U standardnom kao i u modificiranom Proctorovom pokusu tlo odreene vlanosti ugrauje se u slojevima u cilindrini kalup unutranjeg promjera 10,2 cm, visine 11,75 cm i zapremine 944 cm3, te se izloi zbijanju pomou odreenog broja udara slobodno padajueg bata promjera 5,1 cm, zadane mase, sa zadane visine za svaki sloj ponovno. Nakon nabijanja, uzorku tla se odredi suha gustoa. Pokus se ponavlja nekoliko puta pri razliitim vlanostima tla da bi se dobio utjecaj na veliinu suhe gustoe tla kao mjere zbijenosti.

Osnovna svojstva standardnog i modificiranog Proctorovog pokusa

PokusBroj slojevaMasa bata [kg]Visina pada bata [m]Broj udaraca po sloju Ukupna energija [kNm/m3]StandardStandardni32,490,30525592,7ASTM D698 (1980)Modificirani54,540,457252693ASTM D1557 (1980)

Tipini izgled krivulja zbijanja za standardni i modificirani Proctorov pokusGs = 2,65 Mg/m3; priblino vrijedi: rd maks2 - rd maks1=0,11 Mg/m3

Tipini izgled krivulja zbijanja za standardni i modificirani Proctorov pokus za razliite vrste sitnozrnih tala s istom gustoom vrstih estica Gs; (za Gs = 2,65 Mg/m3 )

Parovi vrijednosti, wopt i rdmaks, lee na krivulji koja priblino odgovara stupnju zasienosti od oko Sr=0,8 (80%).S poveanjem vlanosti preko optimalne, krivulja zbijenosti se asimptotski pribliava krivulji Sr=1 (100%) , ali je nikada ne dotie jer zbijanjem nije mogue istisnuti sav zrak iz uzorka. Oito je da poveanje energije zbijanja poveava najveu zbijenost odnosno suhu gustou rdmaks, dok optimalna vlanost, pri kojoj se postie najvea zbijenost, pada s poveanjem energije zbijanja.

Krivulje zbijenosti, rd/w, lee ispod krivulje potpune zasienosti tla vodom za koje vrijedi da je: A=0% ili Sr=100% . Relativni odnos krivulja zbijenosti i krivulja koje oznaavaju stupanj zasienosti (Sr) ili volumenski udio zraka u uzorku, A, potvruje da ovako zbijena tla nisu potpuno zasiena. U porama je prisutan zrak to znai na se na suelju zraka i vode javljaju kapilarni meniskusi te da je voda u porama u reimu negativnog kapilarnog tlaka. Ovaj negativni kapilarni tlak doprinosi vrstoi tla, posebno kod manjih stupnjeva zasienosti. Kad se ovakvo tlo potopi pod vodu, kapilarni tlak e se izgubiti i taj doprinos vrstoi e se izgubiti.

Krivulje zbijanja za razliite vrste tla meusobno e se razlikovati. Njihov oblik, osim to ukazuje na optimalnu vlanost, moe upuivati i na pogodnost pojedine vrste tla za ugradnju u nasipe. One manje osjetljive na promjenu vlanosti bit e pogodnije za ugradnju jer e postojati vea tolerancija za vlanost potrebnu za optimalno zbijanje.

Proctorov pokus, standardni ili modificirani, izvodi se tako da se vri pet pokusa zbijanja pri razliitim vlanostima, priblino pri vlanostima wopt-4%, wopt-2%, wopt, wopt+2% i wopt+4%. Za standardni pokus, za priblino odreivanje optimalne vlanosti mogu posluiti korelacije sa slika koje slijede, dobivene iz niza ispitivanja razliitih vrsta sitnozrnog tla. Pribline razlike izmeu granice plastinosti i optimalne vlanosti za standardni Proctorov pokus za sitnozrna tla

Odnos gustoe tla pri optimalnoj vlanosti prema standardnom Proctorovom pokusu i optimalne vlanosti za niz razliitih sitnozrnih tla

Za modificirani Proctorov pokus sline korelacije nisu poznate, ali moe posluiti podatak da je najvea suha gustoa po modificiranom Proctorovom pokusu vea od one po standardnom pokusu za oko 0,11 Mg/m3 to ukazuje da je optimalna vlanost prema modificiranom pokusu manja za oko 2 % do 3 % od one po standardnom. Laboratorijski Proctorovi pokusi prema relevantnim ASTM standardima izvode se na tlima koja ne sadravaju ljunak ili vea promjera zrna od 4,74 mm, zbog ograniene veliine kalupa za uzorke. Ako u tlu, koje se ugrauje u nasip, ima zrna veih od tog promjera u manjim koliinama (tonije: da manje od 30 % teine tla ine zrna promjera veeg od 3/4 ina ili 19 mm), trai se popravak ispitane vlanosti i suhe gustoe ugraenog tla u nasip da bi ti rezultati bili usporedivi sa rezultatima laboratorijskih ispitivanja iz Proctorovih pokusa. Za vee koliine zrna veih od tog promjera, standardi nisu primjenjivi zbog pre malog promjera kalupa za izradu uzorka. Korekcija rezultata za sluaj manje koliine pre velikih zrna je potrebna jer se pretpostavlja da ona plivaju u masi osnovnog materijala od sitnih estica, koje veu pore i vodu uza se, pa krupne frakcije ne doprinose zbijenosti osnovnog materijala u tlu.

Popravak rezultata ispitane vlanosti i suhe gustoe ugraenog tla u nasip provodi se na slijedei nain. Izmjerena je vlanost, w, i suha gustoa, rd, uzorka izvaenog iz ugraenog tla u nasip. Neka p % mase osuenog uzorka iz ugraenog nasipa za ispitivanje vlanosti i suhe gustoe ima promjer estica veih od 4,74 mm. Vlanost uzorka iz nasipa je odreena izrazom: gdje je mw masa vode, a ms je masa vrstih estica u uzorku. Suha gustoa tog uzorka je: gdje je V zapremina ispitanog uzorka iz nasipa. Masa krupne frakcije Dms u uzorku, koja nije obuhvaena laboratorijskim Proctorovim pokusom, tada iznosi Dms=(p/100)ms, a zapremina te krupne frakcije, DVs, se moe dobiti kao:gdje su rs gustoa vrstih estica, Gs relativna gustoa vrstih estica, a rw gustoa vode.

Popravljena vlanost (ili vlanost frakcija manjih od ljunka) ugraenog tla u nasip tada iznosi a slian se nain moe dobiti i popravljena suha gustoa (ili suha gustoa frakcija manjih od ljunka) ugraenog tla u nasip

Popravljena vlanost wpopravljeno i popravljena suha gustoa rdpop. su reprezentativni parametri uzorka iz nasipa koje treba usporediti sa zahtijevanom vlanou i suhom gustoom iz projekta nasipa, parametrima koji su odreeni iz Proctorovih pokusa u kojima krupna frakcija nije bila zastupljena. Iz prikazane analize je oito da e openito biti wpopravljeno w i rd popravljeno rd. To znai da e bez provedene popravke tlo nasip djelovati manje vlano i vie zbijeno nogo to je objektivno sluaj.

Ureaj za istiskivanje uzorka zbijenog po Proctoru iz standardizirane posude

Ukupni rezultati zbijanja po Proctoru na grapikim prikazima