uvod u mehaniku tla - naslovnica - građevinski fakultet · pdf filemehanika tla i stijena...

16
Mehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI 1. Uvod Cilj geotehničkih istražnih radova je izrada geotehničkog profila tla. 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. Geotehničke istražne radove čini skup postupaka prikupljanja i obrade odgovarajućih podataka o tlu na mjestu buduće građevine i njene bliže okoline, nužan za njeno ispravno i ekonomično projektiranje, izvođenje i uporabu. Mogu se podijeliti na terenske i laboratorijske, ovisno o mjestu provođenja. 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. Planiranjem treba sve te razlike uzeti u obzir kako bi prikupljeni podaci omogućili sigurnu i ekonomičnu gradnju i uporabu građevine, svodeći rizik od nepredviđenih događaja na prihvatljivu mjeru, a troškovi i vrijeme izvođenja istražnih radova ostali u razumnim okvirima. Zbog navedenih okolnosti je planiranje istražnih radova često otežano u slučajevima kad su dostupni podaci o temeljnom tlu nedostatni. U tom slučaju pristupa se njihovoj izvedbi u koracima, obično dva, pri čemu prvi korak služi za prikupljanje osnovnih podataka o tlu, koji će poslužiti za bolje planiranje istražnih radova u drugom koraku. U planiranju, provođenju i interpretiranju geotehničkih istražnih radova, posebno u slučaju složenih profila tla, pomoć geologa je od posebne važnosti. Jasan geološki profil ili model tla na budućem gradilištu i njegovoj okolini znatno može pomoći u stvaranju geotehničkog profila tla. 2. Vrste terenskih istražnih radova U ovom poglavlju prikaz će se zadržati samo na opisu i primjenljivosti najčešće korištenih postupaka geotehničkih terenskih istražnih radova, koji se mogu podijeliti na pet vrsta: daljinsko otkrivanje, istražna bušenja i istražne jame, vađenje neporemećenih uzoraka tla, in- situ ispitivanja te geofizička ispitivanja. Svaka od ovih vrsta ima svoju svrhu, prednosti i mane pa se u praksi često preklapaju u različitim omjerima. 2.1. Daljinsko otkrivanje Daljinsko otkrivanje je skup postupaka kojima se podaci o tlu prikupljaju daljinski, primjerice, satelitskim i avionskim snimkama terena, koje omogućavaju identifikaciju geoloških formacija i posebnih pojava na terenu, kao što su klizišta, rasjedi i zatrpana korita starih vodotoka.

Upload: trinhminh

Post on 21-Feb-2018

292 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

1

GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

1. Uvod

Cilj geotehničkih istražnih radova je izrada geotehničkog profila tla. 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.

Geotehničke istražne radove čini skup postupaka prikupljanja i obrade odgovarajućih

podataka o tlu na mjestu buduće građevine i njene bliže okoline, nužan za njeno ispravno i

ekonomično projektiranje, izvođenje i uporabu. Mogu se podijeliti na terenske i

laboratorijske, ovisno o mjestu provođenja. 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. Planiranjem treba sve te razlike

uzeti u obzir kako bi prikupljeni podaci omogućili sigurnu i ekonomičnu gradnju i uporabu

građevine, svodeći rizik od nepredviđenih događaja na prihvatljivu mjeru, a troškovi i vrijeme

izvođenja istražnih radova ostali u razumnim okvirima. Zbog navedenih okolnosti je

planiranje istražnih radova često otežano u slučajevima kad su dostupni podaci o temeljnom

tlu nedostatni. U tom slučaju pristupa se njihovoj izvedbi u koracima, obično dva, pri čemu

prvi korak služi za prikupljanje osnovnih podataka o tlu, koji će poslužiti za bolje planiranje

istražnih radova u drugom koraku. U planiranju, provođenju i interpretiranju geotehničkih

istražnih radova, posebno u slučaju složenih profila tla, pomoć geologa je od posebne

važnosti. Jasan geološki profil ili model tla na budućem gradilištu i njegovoj okolini znatno

može pomoći u stvaranju geotehničkog profila tla.

2. Vrste terenskih istražnih radova

U ovom poglavlju prikaz će se zadržati samo na opisu i primjenljivosti najčešće korištenih

postupaka geotehničkih terenskih istražnih radova, koji se mogu podijeliti na pet vrsta:

daljinsko otkrivanje, istražna bušenja i istražne jame, vađenje neporemećenih uzoraka tla, in-

situ ispitivanja te geofizička ispitivanja. Svaka od ovih vrsta ima svoju svrhu, prednosti i

mane pa se u praksi često preklapaju u različitim omjerima.

2.1. Daljinsko otkrivanje

Daljinsko otkrivanje je skup postupaka kojima se podaci o tlu prikupljaju daljinski,

primjerice, satelitskim i avionskim snimkama terena, koje omogućavaju identifikaciju

geoloških formacija i posebnih pojava na terenu, kao što su klizišta, rasjedi i zatrpana korita

starih vodotoka.

Page 2: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

2

2.2. Istražna bušenja i istražne jame

Istražne se bušotine izvode radi utvrđivanja rasporeda pojedinih slojeva tla i dobivanja

uzoraka za ispitivanje u laboratoriju, ako je to moguće. Tipični su postupci udarno bušenje,

bušenje ispiranjem, svrdlanje i rotacijsko bušenje ili bušenje jezgrovanjem.

Udarno bušenje je najstarija metoda bušenja. Danas se koriste motorizirani uređaji koji

se zovu derik dizalicom (slika 10-1). Posebno oblikovana teška bušača glava

pogonskim se strojem podiže na određenu visinu i pušta da slobodno pada na dno

bušotine. Bušača glava ima oblik šupljeg cilindra i koristi se za sitnozrnata tla, a za

pijesak i šljunak cilindru se dodaje poklopac na dnu koji sprječava ispadanje

materijala prilikom podizanja glave te bušotinu treba zaštititi zaštitnom cijevi

(kolonom) kako se ne bi urušila. Bušotina se ponekad puni vodom radi dodatnog

osiguravanja stabilnosti njenih stjenki. Postupak je vrlo grub, teško je uočiti fine

detalje uslojenosti, a uzorci tla su poremećeni. Koristi se zbog svoje jednostavnosti i

niske cijene.

Slika 10-1. Uređaj za udarno bušenje

Bušenje ispiranjem je postupak kojim se iskop bušotine pomaže ispiranjem njena dna,

obično vodom. Dok se bušača glava utiskuje u dno bušotine, kroz šuplje bušače šipke

utiskuje se voda koja odnosi otkinute dijelove tla kroz bušotinu prema njenoj površini,

s vanjske strane bušače opreme. Ovim postupkom nije moguće uzimanje uzoraka tla te

se obično ne može odrediti ni uslojenost tla.

Svrdlanje je postupak koji koristi čeličnu plosnatu spiralu (slika 10-2) učvršćenu na

bušaču šipku. Šipka sa spiralom strojno se uvrće u tlo poput vijka u dasku. Prilikom

vađenja spirala iznosi pregnječene uzorke tla. Popularno je i svrdlanje sa šupljom

cijevi i na nju pričvršćenom spiralom (slika 10-3). Vanjski promjer spirale obično

iznosi oko 20 cm. Šuplja cijev svrdla tijekom svrdlanja je na dnu zatvorena, a kad se

želi izvaditi uzorak tla, svrdlanje se zaustavlja, otvara se čep cijevi kroz koju se spušta

cilindar za vađenje uzoraka. Cilindar se utiskuje u tlo, vadi se uzorak a zatim se cijev

ponovo začepi i svrdlanje se nastavlja do sljedećeg položaja za vađenje uzoraka tla.

Page 3: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

3

Slika 10-2. Spirala za svrdlanje

Slika 10-3. Šuplje bušače svrdlo s čepom u fazi svrdlanja (lijevo) i prilikom utiskivanja uzorkivača za

vađenje uzoraka tla u fazi mirovanja (desno)

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 stjenke bušotine.

Page 4: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

4

Postupak svrdlanja je relativno ekonomičan i pruža mogućnost vađenja uzoraka tla.

Poteškoće su moguće kod krupnozrnatog tla, gdje veliki komadi stijene mogu

onemogućiti rad svrdla. Svrdlanjem se bez većih problema mogu doseći dubine

bušotina od 60 m.

Rotacijsko bušenje ili bušenje jezgrovanjem najčešće se koristi u stijeni, ali je moguća

njegova primjena i u tlu. Bušači alat, koji je pričvršćen na niz šupljih bušačih šipki,

može biti puno svrdlo ili šuplje svrdlo za jezgrovanje. Alat se strojno rotira i

hidraulički utiskuje s površine terena pomoću šupljih bušačih šipki (slika 10-4). 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 bušače šipke i

sržnu cijev utiskuje se voda, koja hladi pribor ugrijan od rada, a iznosi strugotine ispod

krune kroz bušotinu do površine terena, s vanjske strane bušaćih šipki. 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. U sržnoj cijevi ostaje jezgra tla u obliku svijeće.

Da bi se smanjilo moguće oštećenje jezgre, do kojeg dolazi rotacijom sržne cijevi i

prolaskom vode za hlađenje i ispiranje, razvijen je alat s dvostrukom sržnom cijevi

(slika 10-4). Unutarnja sržna 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 sržne cijevi pa je jezgra time dodatno zaštićena.

sržna cijev

šuplja bušača šipka

zaštitna kolona (prema potrebi)

bušača glava s krunom

jezgra

smjer gibanja tekućine za ispiranje (voda ili isplaka)

vanjska sržna cijev

šuplja bušača šipka

zaštitna kolona (prema potrebi)

bušača glava s krunom

jezgra

smjer gibanja tekućine za ispiranje (voda ili isplaka)

unutarnja sržna cijevstjenka

bušotinestjenka bušotine

Slika 10-4. Rotacijsko bušenje ili bušenje s jezgrovanjem; jezgrovanje s jednostrukom (lijevo) i

dvostrukom sržnom cijevi (desno)

Page 5: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

5

Jezgra iz sržne cijevi odlaže se u posebne drvene sanduke radi daljnjeg pregleda i

uzimanja uzoraka tla za ispitivanje u laboratoriju (slika 10-5). Dobiveni uzorci, čak i u

slučaju s dvostrukom sržnom 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, granice konzistentnih stanja –

Atterbergove granice, granulometrijski sastav, Proctorov pokus itd.)

1 m

Slika 10-5. Drveni sanduk za odlaganje jezgre iz sržne cijevi

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. Bez većih je poteškoća moguće pažljivo izrezati, bez

značajnijeg poremećenja, velike uzorke i u onim tlima koja su osjetljiva na

poremećenja (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. Očit je nedostatak ovog postupka što se može primijeniti samo za manje

dubine tla (4-5 m).

2.3. Vađenje neporemećenih uzoraka tla

Većina tala mijenja svoja mehanička svojstva deformiranjem, promjenama naprezanja,

vlažnosti i temperature. Zbog elasto-plastičnog ponašanja tla, promjena ovih svojstava

uglavnom je nepovratna. Slika 10-6 prikazuje faze uzorkovanja do ispitivanja tla. U svakoj od

ovih faza može doći do poremećenja tla, znači do promjene njegovih svojstava. S druge

strane, ispitivanje krutosti i čvrstoće tla moguće je samo na neporemećenim uzorcima.

Istraživanja su pokazala da je poremećenje uzorka to manje što cijev uzorkivača (cilindar)

ima tanje stjenke (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 tankostjenog cilindra (Simons i dr. 2002). Od

tankostijenih uzorkivača najlošije rezultate pokazuje uzorkivač tipa Shelby (koji je standardni

uzorkivač u mnogim zemljama pa i Hrvatskoj), a najbolje rezultate uzorkivači s pridržanim

klipom i vrlo oštrim kutom noža.

Slika 10-7 prikazuje postupak utiskivanja tankostijenog uzorkivača u dno bušotine.

Utiskivanje klipa izaziva slom tla u dnu bušotine, a time i određeno poremećenje uzorka.

Zbog toga je razvijen uzorkivač s pridržanim klipom (slika 10-8).

Page 6: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

6

bušenje uzorkovanje

prijevoz i spremanje

istiskivanje iz cijevi

priprema uzorka

ispitivanje u laboratoriju

Slika 10-6. Faze uzorkovanja i priprema uzorka tla za ispitivanje u laboratoriju (Hight 2000, prema Simons i dr.

2002)

zaštitna kolona (prema potrebi)

šuplja bušača šipka

tankostijeni uzorkivač s povratnim ventilom

Slika 10-7. Utiskivanje tankostijenog uzorkivača u dno bušotine (lijevo) i vađenje uzorka na površinu (desno)

Page 7: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

7

zaštitna kolona (prema potrebi)

šuplja bušača šipka

tankostijeni uzorkivač s pridržanim klipom

šipka za pridržanje klipa

pridržani klip

Slika 10-8. Utiskivanje tankostijenog uzorkivača s pridržanim klipom u dno bušotine (lijevo) i vađenje uzorka na

površinu (desno)

2.4. In-situ ispitivanja

In-situ ispitivanjima neposredno se na terenu ispituju neka mehanička svojstva tla. Pet

vrsta takvih ispitivanja široko je rasprostranjeno u svjetskoj geotehničkoj praksi (slika 10-9):

standardni penetracijski pokus (SPT), statički penetracijski pokus (CPT), krilna sonda (FVT),

Ménardov presiometar (MPMT) i savitljivi dilatometar (FDMT). Posebnu vrstu in-situ

ispitivanja čine piezometri kojima se mjeri razina i tlak podzemne vode. SPT, MDMT i FVT

provode se u prethodno izbušenoj bušotini, dok se CPT i FDMT uređaji utiskuju u tlo i ne

trebaju bušotine.

Page 8: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

8

SPT

standardni

penetracijski

pokus

CPT

statički

penetracijski

pokus

FDMT

savitljivi

dilatometar

MPMT

Menardov

presiometar

FVT

terenska

krilna

sonda

Slika 10-9. Uobičajeni geotehnički in-situ pokusi (prerađeno prema Mayne i dr. 2001)

Standardni penetracijski pokus (SPT – Standard Penetration Test) razvio se u SAD

1902. godine. Zbog svoje praktičnosti i jednostavnosti brzo se raširio svijetom. Pokus

teče tako da se bat-uteg, standardne mase 63.5 kg pusti da padne na nakovanj sa

standardne visine od 76.2 cm i time zabije uzorkivač u tlo (slika 10-10). Nakovanj je

pričvršćen na bušače šipke, koje su povezane sa standardnim debelostijenim

rasklopivim uzorkivačem u dnu bušotine. Zabijanje se provodi sve dok uzorkivač ne

prodre u tlo standardnih 46 cm. Pri tome se broji broj udaraca o nakovanj potrebnih da

uzorkivač prodre za svaku trećinu od ovih 46 cm. Rezultat pokusa je zbroj udaraca

potrebnih za prodiranje kroz druge dvije trećine (30.6 cm) razmaka od 46 cm. Slika

10-11 prikazuje kako izgleda SPT in-situ, kada bat udari o nakovanj.

Page 9: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

9

Slika 10-10. Debelostijeni rasklopivi uzorkivač standardnog penetracijskog pokusa (lijevo) i način

izvođenja pokusa zabijenjem uzorkivača u dno bušotine tako da valjkasti bat slobodno pada na

nakovanj (desno); dva sustava otpuštanja bata – prstenasti (poludesno) i automatski (potpuno

desno)

Slika 10-11. SPT in-situ (udarac bata o nakovanj)

Za očekivati je da broj udaraca raste s porastom krutosti ili čvrstoće tla. Vrlo brzo se

utvrdilo da su moguće približne korelacije između broja udaraca N i nekih važnijih

Page 10: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

10

mehaničkih svojstava (krutost i čvrstoća), posebno za krupnozrnata tla, koja nije

jednostavno ispitivati u laboratoriju. Zato je ovaj pokus posebno važan. Povoljna

okolnost kod pokusa je i to što osigurava uzorak tla, doduše poremećen, koji se dobiva

rasklapanjem debelostijenog uzorkivača. Zbog robusnosti uzorkivača, ovaj je pokus

moguće primijeniti u gotovo svim vrstama tla (nije primjenljiv u mekim glinama i

prahovima), posebno šljuncima i vrlo krutim glinama, što za tankostijene uzorkivače

nije slučaj.

Statički penetracijski pokus (CPT – Cone Penetration Test) razvijen je u Nizozemskoj

1930. godine. Danas se ovaj pokus provodi utiskivanjem u tlo posebne električne

sonde promjera 35.7 mm (površine poprečnog presjeka 10 cm2), pomoću šipki istog

promjera (slika 10-12), brzinom 20 mm/s. Sonda na svom dnu ima šiljak konusnog

oblika s vršnim kutom od 600

(slika 10-13), koji mjeri otpor prodiranju kroz tlo,

bilježen kao qc (kN/m2). Sonda je opskrbljena električnim mjerenjima, koja

omogućuju kontinuirano prikupljanje podataka tijekom prodiranja. Pokus je postao

najpopularniji in situ geotehnički pokus zbog svoje brzine, ekonomičnosti i različitih

mogućnosti mjerenja.

Slika 10-12. Sonda statičkog penetracijskog pokusa bez mjerenja pornog tlaka (CPT, lijevo) i s

mjerenjem pornog tlaka (CPTU, desno); qt je korigirani otpor šiljka a koeficijent a se dobije

baždarenjem

Na plaštu sonde, iznad šiljka, nalazi se čelična košuljica koja mjeri silu trenja po

svojoj površini, fs (kN/m2). Sonda može biti opskrbljena i uređajem za mjerenje tlaka

vode (u tom slučaju oznaka pokusa je CPTU). Ovaj uređaj može biti smješten na

samom šiljku (tlak vode se označava s u1), ili iza šiljka, neposredno ispod košuljice

(tlak vode se označava s u2). Ovaj drugi je slučaj standardan. Slika 10-14 prikazuje

tipične rezultate CPTU pokusa pri prodiranju kroz slojeve tla.

Page 11: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

11

Slika 10-13. Sonda i šiljak za CPT

0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00qc , u2 (MPa)

24

23

22

21

du

bin

a (

m)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

fs (MPa)

qc

u2

fs

Slika 10-14. Tipični rezultati CPTU pokusa (otpor šiljka, tlak vode i trenje na košuljici)

Kontinuirano dobivanje rezultata po dubini tla i mnoge razvijene korelacije s

različitim parametrima tla čine ovaj pokus vrlo atraktivnim u praksi. Može se

primijeniti i u mekim glinama, ali ne i u šljuncima ni u tlima s krupnijim zrnima. CPT

uređaj, međutim, vrlo je skup i nema mogućnost vađenja uzoraka tla.

Savitljivi dilatometar (FDMT – Flexible Dilatometer Test) razvio je Marchetti 1975. u

Italiji. Kod dilatometra se plosnata sonda (slika 10-15) utiskuje u tlo, a na mjestima

Page 12: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

12

gdje se izvodi pokus, mjeri se pritisak koji je potreban da se tanku membranu na sondi

bočno pomakne u tlo. Ovaj je pokus jednostavan, brz i ekonomičan. Sonda se teško,

međutim, utiskuje u zbijena i kruta tla. Parametri tla određuju se korelacijama s

rezultatima mjerenja.

Slika 10-15. Marchettiev dilatometar

Ménardov presiometar (MPMT – Ménard Pressuremeter Test) razvio je Ménard 1955.

u Francuskoj. Kod ovog se pokusa u bušotinu uvlači posebna dugačka cilindrična

sonda, koja na mjestu mjerenja radijalno ekspandira u tlo, a mjeri se ovisnost pritiska,

koji izaziva ekspanziju, o radijalnoj deformaciji bušotine. Rezultati mjerenja (odnos

naprezanja i deformacija, od malih deformacija do sloma) teoretski se mogu jasno

interpretirati. Pokus je, međutim, složen i dugotrajan.

Slika 10-16. Ménardov presiometar

Terenska krilna sonda (FVT – Field Vane Test) izvorno je razvijena u Švedskoj 1911.

Koristi se isključivo za određivanje nedrenirane čvrstoće sitnozrnatog, slabo

propusnog tla. U pokusu se koristi križna sonda s međusobno okomitim krilcima koja

se utisne u dno bušotine (slike 10-17 i 10-18). Nakon utiskivanja u tlo, sonda se

okreće kutnom brzinom od 60/min, uz povremeno mjerenje pripadnog momenta

torzije. Nakon postizanja maksimalnog momenta torzije, sonda se brzo dalje okreće za

Page 13: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

13

10 punih krugova da bi se postigao i zabilježio moment koji je potreban da se izazove

slom tla. Interpretacija rezultata slijedi pretpostavku da je oko sonde nastao slom tla te

je po površini opisanog valjka (plaštu i obje baze) aktivirana nedrenirana čvrstoća cu.

Pokus je jednostavan i dugo se koristi u praksi.

d = 65 mm

13

0 m

m

2 m

mm

in 4

D

D

M

M

cu

cu cu

cu

krilna sonda

šipka krilne sonde

moment torzije

bušotina

cu

Slika 10-17. Osnovne dimenzije (lijevo) i interpretacija rezultata (desno) standardne terenske krilne

sonde

Slika 10-18. Terenska krilna sonda in-situ

Page 14: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

14

Piezometri služe za određivanje razine i tlaka podzemne vode. Kako se, općenito, tlak

vode mijenja s vremenom, određivanje njegove kompletne slike u prostoru i vremenu

obično je vrlo zahtjevan, skup i rijetko ostvariv poduhvat. Inženjer, ovisno o

složenosti slučaja i osjetljivosti građevine, može dobiti pojednostavljenu sliku tlaka

vode ugradnjom piezometara. Razvijen je niz različitih takvih uređaja, u pogledu

stupnja složenosti, preciznosti, pouzdanosti i cijene. Najjednostavniji se uređaj sastoji

od vertikalne cijevi, koja je na dnu otvorena i ima filter koji ju štiti od unosa sitnih

čestica tla. Ova se cijev ugrađuje u prethodno izvedenu bušotinu. To je takozvani

otvoreni piezometar. S površine se terena mjeri razina vode u cijevi, uz pretpostavku

da je mjereni tlak vode na mjestu filtera u piezometru jednak tlaku vode u okolnome

tlu. To je uvijek tako u dobro propusnim pijescima i šljuncima, a ne mora biti točno u

slabo propusnim glinama i prahovima. Razlog zbog kojeg mjereni tlak vode u

peizometru ne mora odgovarati onome u okolnome tlu je taj, što treba čekati jako dugo

da se izjednače tlakovi vode, zbog količine vode koja bi se iz tla trebala sliti u

piezometar za dobivanje korektne slike o razini vode u tlu. Za mjerenje tlaka

podzemne vode u sitnozrnatim tlima, potrebni su zatvoreni piezometri koji koriste

razna osjetila (slika 10-19). S ovim je osjetilima potreban vrlo mali dotok vode k

osjetilu kako bi se korektno očitao tlak vode u tlu. Ova su osjetila, međutim, vrlo

skupa.

Slika 10-19. Osjetila za piezometre

2.5. Geofizička ispitivanja

Geofizička ispitivanja uključuju niz različitih terenskih ispitivanja tla. Obično se provode kao

dopuna istražnim bušenjima i in-situ ispitivanjima. Među najpoznatijima su geoelektrična

ispitivanja, kojima se mjeri razdioba električnog otpora tla po zonama unutar geotehničkog

profila, zatim mjerenje elektromagnetskog otpora i georadar, koji svi prvenstveno pomažu pri

određivanju uslojenosti tla i otkrivanju šupljina u tlu. Geoseizmička ispitivanja, kojima se

mjeri brzina širenja seizmičkih valova u tlu, mogu poslužiti i za određivanje krutosti tla pri

malim deformacijama. Ona su u zadnje vrijeme dobila na velikom značaju u geotehnici, kada

Page 15: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

15

se otkrilo da se mogu korisno iskoristiti za određivanje deformacija tla pri normalnim

opterećenjima građevina.

3. Interpretacija istražnih radova, geotehnički profil tla

Nakon provedbe geotehničkih istražnih radova, slijedi obrada dobivenih rezultata te njihova

interpretacija i prikladan prikaz. Konačni je cilj stvaranje geotehničkog profila tla na

razmatranoj lokaciji. On mora obuhvatiti sva mehanička svojstva tla u prostoru, koja su važna

za pouzdanu analizu i projektiranje danog zahvata u tlu. Pored rezultata terenskih istražnih

radova, uključuje i rezultate laboratorijskih pokusa na uzorcima izvađenim tijekom in-situ

ispitivanja (slika 10-20).

Slika 10-20. Tipični prikaz rezultata terenskih istražnih radova i laboratorijskih ispitivanja pri izradi

geotehničkog profila tla (lokacija Importanne Galerije u Zagrebu)

REFERENCE

Hight, D. W. (2000). Sampling methods: evaluation of disturbance and new practical techniques for high quality

sampling in soils. Keynote Lecture, Proc. 7th Nat. Cong. Of the Portuguese Geotech. Soc., Porto.

Mayne, P. W., Christopher, B. R., DeJong, J. (2001). Manual on Subsurface Investigations. National Highway

Institute, Publication No. FHWA NHI-01031, Federal Higway Administration, Washington, DC

SPT

0 200 400 600qu (kPa)

aksijalna čvrstoća

brzina posmičnih valova (down hole)brzina posmičnih valova (model)

0 20 40 60 80N (SPT)

0 200 400 600vs (m/s)

0 20 40 60 80 100% frakcija

nasip

čvrsta glina šljunak

kruta glina

0 20 40 60 80w (%)

% glina% glina+prah+pijesakgranica plastičnostiprirodna vlažnostgranica tečenja

30

25

20

15

10

5

0

du

bin

a (m

)

Page 16: UVOD U MEHANIKU TLA - Naslovnica - Građevinski fakultet · PDF fileMehanika tla i stijena str. Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje 1 GEOTEHNIČKI TERENSKI ISTRAŽNI RADOVI

Mehanika tla i stijena str.

Vlasta Szavits-Nossan 14. predavanje

16

Simons, N., Menzies, B., Matthews, M. (2002). A short course in geotechnical site investigation. Thomas

Telford, London.