Sveučilište u Rijeci Građevinski fakultet Stručni studij građevinarstva
Geotehničko Geotehničko inžinjerstvo Slijeganje i konsolidacija tla (Odabrana poglavlja iz: Nonveiller, E. (1990). Mehanika tla i temeljenje građevina. Školska knjiga, Zagreb - zimski semestar akademske godine 2006/07 )
0 SADRŽAJ 0 SADR SADRŽA ŽAJJ
2
1 SLIJE SLIJEGANJE GANJE I KONSOL KONSOLIDACIJA IDACIJA TLA..................... ........................................ ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ...................................... ...................... ... 3
2
1 SLIJEGANJE I KONSOLIDACIJA TLA
1.1
OPTEREĆENJE, SLIJEGANJE, KONSOLIDACIJA
Uslijed promjene opterećenja nekog područja mijenja se stanje naprezanja u tlu, što uzrokuje promjenu volumena tla. Vertikalna komponenta volumne deformacije naziva se slijeganjem. U slučajevima kada je tlo saturirano, najprije promjenu naprezanja preuzima voda (raste porni tlak). To izaziva neravnotežu u hidrauličkom polju u podzemnoj vodi, pokretanje vode sa mjesta višeg potencijala prema mjestima nižeg potencijala. S vremenom kroz proces dreniranja porni tlak opada, te razliku naprezanja preuzimaju čvrste čestice (raste efektivno naprezanje). Sa stajališta građevinara voda je kruta u odnosu na zrnatu strukturu tla, te će do realizacije slijeganja doći postupnu sa opadanjem pornih tlakova i porastom efektivnih naprezanja. Taj proces naziva se konsolidacija. Trajanje konsolidacije (slijeganje pri promjeni stanja naprezanja u tlu) ovisi o:
• • • • 1.2
intezitetnu i raspodjeli pornog pretlaka, dimenzijama polja u kojima su nastale promjene pornog tlaka, putu i uvjetima dreniranja, te propusnosti tla (slabopropusna tla, prah i glina, slijegat će dugo).
ODREĐIVANJE STIŠLJIVOSTI TLA U EDOMETRU
Edometar je sprava u kojoj se mjeri promjena visini h niskog cilindričnog uzorka tla promjera porast opterećenja P .
B
uz
Edometar se sastoji od metalnog prstena u koji se ugradi uzorak. Aparat je izrađen na način da se omogući obostrano dreniranje uzorka. Uzorak se polaže na porozni kamen velike propusnosti na metalnu podlogu aparata. Istim takvim kamenom uzorak se poklapa i na njega se postavlja metalna ploča koja se preko sustava utega centrično opterećuje.
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 bujanjem. Zatim se u stupnjevima povećava opterećenje do potrebne veličine. Prati se deformacija, te kada se smiri prelazi se na slijedeći stupanj opterećenja. Postupak se ponavlja i u rasterećenju. Na kraju se registrira visina ploče.
3
Rezultate pokusa prikazuju slijedeća slika:
1.3
PARAMETRI STIŠLJIVOSTI I DEFORMACIJE
Prema slici: trenutak
i-1
i
naprezanje
σi-1
σi
koeficijent pora
ei −1
=
h p ,i −1
hc
ei
=
h p ,i hc
Razlika: naprezanja
∆σ c = σ i − σ i −1
koeficijenta pora
∆e1 =
h p ,i
− h p,i −1 hc
= ∆hi h
c
gdje je: hc
=
V c A
=
W d A * γ s
A
poprečna površina uzorka (edometra),
V s
volumen čestica tla, 4
W d
težina suhog uzorka,
γ s
specifična težina čestica tla.
Modul stišljivosti tla (edometraski modul): M vi =
∆σ vi
ε 1
; gdje je vertikalna deformacija
ε 1
=
∆hi h0
U edometru su bočne deformacije spriječene, (ε2=ε3=0), a vezu modula stišljivosti i Youngovog modula elastičnosti E pruža slijedeći izraz: M v
= E
(1 − ν ) (1 − 2ν )(1 + ν ) 1
Youngovog modula elastičnosti E može se odrediti iz triaksijalnog pokusa (ε2=ε3≠0). Bitno je napomenuti da modul stišljivosti nije konstanta materijala već ovisi o intenzitetu i razini naprezanja. To znači da se za svaki inkrement naprezanja treba posebno računati modul stišljivosti. Pored toga što ponašanje materijala tla nelinearano, ono je i elastoplastično, što znači da je samo dio deformacija povratan (elasičan), a da drugi dio deformacija ostaje trajan. Pri ponovnom opterećenju materijal tla će se ponašati kruće.
Prema prethodnom dijagramu uočljivo je da deformabilnost tla ovisi o povijesti naprezanja. To znači da se materijal do određen razine naprezanja ponaša kruće, a nakon te razine mekše. Ta razina naprezanja odgovara razini naprezanja prekonsolidacije, tj. najvišoj razini naprezanja kojoj je materijal bio podvrgnut u svojoj povijesti. Za materijal čija je najviša razina naprezanja odgovara trenutnoj (geostatskoj) naziva se normalno konsidiranim. Prekonsolidacija može nastati:
• • •
od težine slojeva materijala koji su nakon taloženja u geološkom ciklusu erodirali, od težine ledenjaka, od kapilarnih sila koje djeluju u glinovitim suhim površinskim slojevima i dr.
Prema dijagramu definiraju se slijedeći parametri koji također služe proračunu deformacija: indeks kompresije (stišljivosti)
C c
=
e j
− e j +1
log
σ j +1 σ j 5
indeks rekompresije (bujanja)
C s
=
ei
− ei +1
log
σ i +1 σ i
Ti parametri nisu ovisni o intenzitetu i razini naprezanja. Proračun deformacije računa se: C s
log
σ i +1
na kraku ponovljenog opterećenja
ε i , i +1
•
na kraku prvog opterećenja
ε j , j +1
•
za interval naprezanja koji premašuje naprezanje prethodnog opterećenja ε i , j +1
1.4
=
•
=
1 + ei
=
C c 1 + e0
σ i
log
,
σ j +1 σ j
,
C s log σ p + C c log σ j +1 , 1 + e0 σ i σ p 1
PRORAČUN SLIJEGANJA
U praksi se proračun slijeganja provodi uz pretpostavku da je tlo linearno elastičan materijal. To je opravdno za sve slučajeve kada je faktor sigurnosti od sloma tako velik da radna naprezanja ne izazivaju distorzijsko bočno izmicanje. Parametri za proračun slijeganja - modul elastičnosti E i Poissonov koeficient ν - moraju se odrediti pokusom na neporemećenim uzorcima s promjenama naprezanja koje odgovaraju razmatranom problemu.
6
Prema karakteru materijala u temelju razlikuju se dva tipična slučaja:
• jako propusni materijali, u kojima deformacije ovise samo o deformabilnosti mineralnog skeleta i nastaju istodobno s opterećenjem,
•
1.4.1
slabo propusni materijali, u kojima pri naglom opterećenju nastaju odmah deformacije pri konstantnom volumenu i porni tlak, a tijekom konsolidacije dolazi do slijeganja.
Propusni materijali
Teško se vade neporemećeni uzorci tla, stoga se za propusne materijale parametri potrebni za proračun slijeganja dobivaju korelacijama sa slijedećim ispitivanjima:
• • • •
probno opterećenje na mjestu građevine, ispitivanje statičkom penetracijskom sondom, ispitivanje standardnom penetracijskom sondom (dinamička ispitivanja), mjerenje gustoće tla neutronskom sondom.
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
