GRAĐEVINSKI FAKULTET U BEOGRADU ODSEK ZA MENADŽMENT, TEHNOLOGIJU I INFORMATIKU
TEHNOLOGIJA GRAĐENJA POMOĆNI MATERIJALI ZA PRAĆENJE PREDAVANJA V. DEO ZEMLJANI RADOVI
2008.
ZEMLJANI RADOVI Zemljani radovi se od ostalih građevinskih radova razlikuju po obimu (daleko je veći od obima betonskih radova kao najmasovnijih radova u oblasti visokogradnje) i stepenu mehanizovanosti. Pomenuti stepen predstavlja odnos obima (vrednosti) radova izvedenih primenom mašina i ukupne vrednosti radova izvedenih na istom projektu te ima praktičnu vrednost jer ukazuje na stepen zamene ljudskog rada - mašinskim. S obzirom da je čovekova snaga na nivou 0,10 KS a snaga građevinskih mašina se meri i stotinama konjskih snaga stepen mehanizovanosti zemljanih radova pokazuje i stepen važnosti ovih radova za ljudsku civilizaciju jer se do koncentracije opisane snage na malom prostoru moglo doći samo mukotrpnim evolutivnim razvojem primitivnih alatki. Vekovni razvoj je nužno utrošio mnogo sredstava ranijih civilizacija ali se isplatio jer su te civilizacije svoj razvoj pa i samo postojanje zasnivale u velikoj meri i na stvaranju objekata (kanala, puteva, mostova ...) koji su mogli zadovoljiti određene, narasle društvene potrebe. Stoga je tehnologije iz familije zemljanih radova nemoguće potpuno razumeti ukoliko se pravilno ne razumeju osnovni principi funkcionisanja i racionalnog angažovanja građevinskih mašina. Čovek je, još u vreme prvih zajednica, počeo da menja prirodno okruženje prilagođavajući ga svojim potrebama i u tome je ostao dosledan do današnjih dana. Za razliku od kralja Menes-a koji je pre više od 5000 godina gradio na Srednjem Istoku kanale za navodnjavanje, ili Persijanaca koji su 300 godina posle njega gradili tunele za dovod pitke vode, ljudski rad je danas sveden na minimuma mašine su zauzele mesto hiljada radnika i brzo i pouzdano izvršavaju postavljene zadatke. Samo se još ponekad masovnim angažovanjem ljudske radne snage obavljaju zemljani radovi. Primer je kanal Severni Kiangsu (Kina) gde je 70 miliona kubnih metara zemlje iskopano za samo 80 dana, a slični i manji zahvati se javljaju i u drugim, danas malo razvijenim zemljama. U građevinskoj mašini su dve mašine: pogonsku mašinu koja mašinu pokreće pretvaranjem različitih oblika energije u pogonsku i radnu mašinu koja radnim organom kao neposrednim izvršiocem obavlja određenu operaciju. Daljim razvojem podele mašine dolazimo do njenih sklopova. Osnovni sklopovi su motor, transmisioni uređaj, sistem za upravljanje, sitem za pokretanje i radni organ. Svaki sklop sadrži desetine delova koji su oblikom, mestom u sklopu, vezama sa drugim delovima i načinom funkcionisanja prilagođeni izvršavanju specifičnih radnih zadataka. Primena mašina je uslov kvalitetnog i brzog završavanja većine radova u građevinarstvu. Da bi tu svoju ulogu građevinske mašine što bolje obavile čovek ih usavršava povećavajući njihove radne karakteristike (brzinu kretanja, veličinu radnog organa, manevarske sposobnosti ...), bezbednost i konform rukovaoca, pouzdanost vitalnih delova ili mašinskih sistema a smanjujući troškove rada u vezi sa potrošnjom goriva i maziva, zamenom habajućih delova i sličnog. Tako je i došao u poziciju da, umesto da sam nosi teret od 40 - 50 N brzinom od 3 - 5 km/h, takve poslove radi mašina noseći hiljadu puta veći teret deset puta većom brzinom. Sa povećanjem angažovanja mehanizacije na zameni ljudskog rada raste uloga i odgovornost onog koji planira rad mašina, njihovu tehnološku povezanost u proizvodnom procesu, brzinu i efikasnost otklanjanja kvarova. Iako građevinska firma može imati veliki broj mašina, za radove povećanog obima ili specifičnog karaktera mora se razmatrati i mogućnost iznajmljivanja mašina od izvođača sa neangažovanim kapacitetima, kao i mogućnost kupovine novih mašina.
Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
1
U slučaju iznajmljivanja mašina treba razlikovati dve varijante. Prva, kada se iznajmljuje za potreba jednog posla i druga, kada se mašina iznajmljuje na duži rok sa izgledima da bude otkupljena od vlasnika. Alternativa drugoj varijanti je kupovina nove mašine i treba joj dati prednost u slučaju zamene dotrajale mašine (uslov je da postoje sredstva u fondu amortizacije) i u slučaju potrebe za pouzdanijim radom - iznajmljene mašine uglavnom nemaju adekvatno održavanje što prati visoka učestalost otkaza delova ili sklopova mašine. Odluka se donosi tek nakon detaljne tehnološke i ekonomske analize. Svaki tehnološki proces predstavlja svojevrsni sistem u kome su elementi sistema radne operacije. Da bi takav sistem bio efikasan međusobni odnos radnih operacija mora biti usklađen i po pitanju vremena i po obimu izvršenog posla. Usklađenost po vremenu je posebno važna kod mašina sa cikličnim dejstvom. Sinhronizacija rada mašina neposredno vezanih procesom rada je uslov za harmonično funkcionisanje celog sistema i minimiziranje ukupnih troškova mašinskog rada. Iako zemljani radovi obuhvataju i radove na površini terena i radove ispod nje prva grupa se izdvaja po obimu i investicionoj vrednosti radova. Iskopi ispod površine terena su zato tehnološki složeniji i zahtevaju kompleksniju pripremu i kvalitetniju kontrolu. Osnovne operacije koje ove mašine obavljaju na površini terena su: a. PRIPREMA TERENA - podrazumeva mašinsko uklanjanje sveg niskog i visokog rastinja (i svakog drugog materijala organskog porekla) koje bi u toku procesa građenja ometalo izvođenje radova ili kretanje vozila, a u slučaju ostanka u telu objekta (nasipa, brane, ...) svojim raspadanjem izazivalo njegovo nepravilno sleganje, kao i drugih veštačkih objekata u tlu ili na tlu (poput temelja srušenih objekata, zaostalih instalacija, neorganskog šuta i sl.) koji ometaju fundiranje ili građenje objekta.
Učešće ljudskog rada u ovim operacijama je minimalno i svodi se na olakšavanje pristupa mašine frontu rada, sečenje debelih stabala i miniranje većih komada stene na površini terena ili temelja samaca srušenih hala, kao i eventualnu popravku konačnih rezultata rada. b. ISKOP MATERIJALA - uključuje iskop različitih materijala: vezanih i nevezanih, zatečenih u prirodnom stanju ili iz veštačkih objekata, suvih i vlažnih ili ispod vode ... a u cilju obezbeđivanja sirovinskog materijala potrebnog za izgradnju drugih objekata ili isključivo radi stvaranja prostora za njihovu izgradnju. Iskop materijala savremenim mašinama najčešće podrazumeva i njegov utovar u transportna sredstva. Čovek pritom učestvuje samo kao rukovaoc mašine a savremene komande mu omogućavaju da mašinama uspešno profilira i strane i dno iskopa. c. TRANSPORT MATERIJALA - je gotovo nezaobilazna operacija zemljanih radova jer je promena okruženja, kao deo svakodnevnih čovekovih aktivnosti, u vezi sa pomeranjima velikh zemljanih masa. Mašine za transport zemljanih materijala mogu biti univerzalne (za transportovanje različitih materijala) ili specijalizovane za određeni materijal, ali u svakom slučaju raspolažu hidrauličkom opremom za istovar (kipovanje) sadržaja svog koša. To čine izdizanjem jednog kraja koša ) sanduka i isipanjem materijala preko suprotne ivice. Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
2
d. UGRAĐIVANJE MATERIJALA - kao radna operacija predstavlja najsloženiju fazu zemljanih radova obzirom da je zahtevani kvalitet ovih radova - visok. Ugrađivanje se vrši najčešće uz pomoć dinamičkog dejstva mašine ili njenog radnog organa, a u slojecvima čiju debljinu direktno određuju svojstva materijala, performanse mašine i projektovani kvalitet radova.
Na savremenim mašinama za ugrađivanje postoje, kao delovi standardne opreme, digitalni uređaji za merenje stepena zbijenosti materijala, korekciju radnih parametara u sledećem radnom ciklusu i beleženje konačnih rezultata rada u cilju kompletiranja baze podataka o izvršenim radovima. Zbog svega ovoga je učešće ljudskog rada zanemarljivo malo i podrazumeva prevashodno aktivnu kontrolu i korekciju zahteva u pogledu nivoa zadovoljenja pojedinih komponenata projektovanog kvaliteta rada. e. POMOĆNI RADOVI - su svi oni radovi na kojima ove mašine učestvuju a da nije u pitanju rad sa zemljanim materijalima (uklanjanje snega sa saobraćajnih površina i sl.) ili nisu za njih direktno projektovane a uz pomoć priključnih uređaja i opreme mogu dati zadovoljavajuće rezultate rada.
SVOJSTVA TLA Za planiranje i izvršenje radova u tlu neophodno je razumeti procese u zemljinoj kori, strukturu tla i stena i njihove osobine koje su od značaja u inženjerstvu. Stene su prirodni agregati ili kombinacije jednog i više minerala; Minerali su prirodna, neorganska, čvrsta tela određenog hemijskog sastava i uređene atomske građe. U inženjerstvu termin stene se odnosi na materijal u komadima većim od 300 mm. Građevinsko tlo su čestice manje od 75 mm i definisano je standardom ASTM D2487. Obluci i komadi kamena od 75 mm do 300 mm su građevinsko tlo u širem smislu. Materijal ove granulacije značajan je za pojedine nasipe (kao što su nasute brane i donji stroj železnica) kao konstruktivni materijal, a u iskopima kao veoma vodopropustan materijal. Razliku geološkog i inženjerskog poimanja stena treba stalno imati na umu, jer se često poslovi geologa (inženjerska geologija) i građevinskog inženjera (geotehnika) prepliću. Stene se klasifikuju prema mineraloškom sastavu, veličini zrna i postanku na sledeće vrste: 1. Magmatske stene: granit, diorit, gabro (krupnozrne), riolit, andezit, bazalt (sitnozrne); 2. Sedimentne stene: konglomerat, breča, peščar, laporac (klastične), krečnjak, dolomit, kreda, kremen (neklastične); Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
3
3. Metamorfne stene: škriljci, šisti, gnajs, mermer. Formacija je individualna vrsta stene ili mnoštvo stena koje su homogenih geoloških svojstava sa određenim granicama u prostoru, tj. imaju definisanu zapreminu. Geološko vreme sačinjavaju ere, periode i epohe. Površina Zemlje pokrivena je vegetacijom, a manji deo je otkriven gde se može dobiti bilo potpuno transformisana stena kao tlo ili stene u razlišitim stepenima raspadanja. Sve to što se vidi na površini ukazuje na veliku raznolikost sastava onog dela Zemljine kore koje je od značaja za graditelja, što potvrđuju i istraživanja u manjim i većim dubinama. Raspadanje stena je kontinualni rad prirode na snižavanju planina, a sile raspadanja izazivaju 2 grupe procesa: 1. Hemijsko razlaganje rezultat je hidratacije, hidrolize, oksidacije, karbonizacije i rastvaranja. 2. Mehaničko usitnjavanje rezultat je zamrzavanja vode, temperaturnih promena vazduha, hlađenja stenske mase, kidanja delova radom vode i tektonskim pokretima, i dejstvom korenja biljaka. Kombinovani efekti hemijskog, jačeg i mehaničkog, slabijeg, izazivaju procenjenu brzinu raspadanja 15 cm stene na 10.000 godina in situ. Pored procesa raspadanja stena koji deluju na malom prostoru, deluju i globalni procesi, osnovni tvorci geomorfoloških formi, koje izaziva 6 sila: 1. led, 2. voda, 3. vetar, 4. vulkani, 5. gravitacija, 6. pokreti kore. Globalno dejstvo leda ogleda se u kretanju lednika i stvaranju sledećih formi: lateralne morene, terminalne morene, drumlini i eskeri. Voda je najmoćnija spoljašnja sila Zemlje čije se dejstvo ogleda u sledećim važnim formama: doline i klisure, plavne ravni, terase, muljni peskovi... Vetar stvara dve bitne forme: dinski pesak i les. Vulkani stvaraju tokove lave i vulkanske breče i tuf. Gravitacija se uočava u stvaranju talusa, klizišta i odrona. Pokreti Zemljine kore stvaraju rasede, nabore, sinklinale i antiklinale. Da bi se u mnoštvu karakteristika, kojima se pojedina tla međusobno razlikuju, mogao napraviti red, neophodan za jasno opisivanje određenog tla, dugo se tragalo za odgovarajućim sredstvom. Racionalan i jednostavan sistema klasifikacije koji su stvorili A. Casagrande, Corps of Engineers i Bureau of Reclamation je 1952. godine utvrđen pod oznakom USCS (Unified Soil Classification System). Iako se za tlo, zbog nabrojanih razloga, ne može očekivati egzaktna klasifikacija (kao što je periodni sistem hemijskih elemenata prof. Mendeljejeva) konačno je dobijena pouzdana osnova za inženjerska istraživanja i oblikovanje konstrukcija. Nakon toga objavljen je američki standard ASTM D-2487, kojim su se rukovodile i druge države koje su, varirajući pojedne veličine stvorile analogne standarde. Među njima se izdvaja britanski BS 5930 koji, kao i američki, ima veliku međunarodnu primenu, ali ima drugačije postavljene granice grupa tla. Za razumevanje analize tla, koju dobijamo kao deo tehničke dokumentacije pripremljene za realizaciju projekta. treba spoznati prema kojem je standardu rađena i koje su terenske i laboratorijske procedure identifikacije tla rađene. Jednom rečju, klasifikacija tla je osnovno oruđe u proučavanju svojstava tla i inženjerskom rasuđivanju pri građevinskim radovima sa tlom i ključni deo opisa kojim se identifikuje tlo sa kojim se radi.
GEOMEHANIČKE KARAKTERISTIKE TLA Ova grupa parametara predstavlja suštinsku odrednicu šireg izbora mašina za zemljane radove. Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
4
Količina vlage u tlu se odražava kako na veličini otpora rezanja (u fazi iskopa materijala) tako i na plastičnost i lepljivost materijala (u fazi utovara) koji utiču na koeficijent punjenja radnog organa. Vrlo često gradilišni putevi nemaju posebnu obradu pa higroskopnost tla igra veliku ulogu jer i pri malim padavinama utiče na efikasnost prianjanja pneumatika za putnu podlogu. U kontekstu klimatksih uslova ova odlika opredeljuje širi izbor za grupu "točkaša" ili "guseničara".
Svojstva tla se utvrđuju pregledom i terenskim ispitivanjem U odnosu na težine materijala u zbijenom i rastresitom stanju možemo izvršiti podelu na: •
Lake terene (suv zemljani ili glinovit materijal),
•
Srednje terene (obična zemlja, suvi pesak i/ili šljunak, peskovita zemlja, srednje vlažna glina, laka glina visoke vlažnosti, teška glinovita zemlja) i
•
Teške terene (mokar pesak i/ili šljunak, smrznuti pesak i/ili šljunak, tucanik, glinovito zemljište),
Podela na kategorije tla u zavisnoti od otpora tla prilikom rezanja pod uglom od 45o: I.
Kategorija (vrlo slab teren) - pesak, peskovita zemlja, laka glinovita zemlja, šljunak i tucanik; otpor rezanja do 0,5kp/cm 2.
II.
Kategorija (slab teren) - srednje vlažna glinovita zemlja, lake gline srednje i povećane vlažnosti; otpor rezanja od 0,5 do 1,0 kp/cm2.
III.
Kategorija (teren srednje čvrstoće) - glinovita zemlja male vlažnosti, teška glinovita zemlja i srednje gusta glina; otpor rezanja od 1,0 do 2,5 kp/cm2.
IV.
Kategorija (teren povećane čvrstoće) - slabi peščari sa glinom, slabi laporac i glinac, gusta glina; otpor rezanja od 2,5 do 5,0 kp/cm2.
V.
Kategorija (čvrst teren) - guste karbonske gline, slabi pkolkasti krečnjaci, mineralne stene i zamrznuti vlažni pesak; otpor rezanja do 5,0 do 10,0 kp/cm2.
VI.
Kategorija (vrlo čvrst teren) - guste gline, slabi pešćari, laporac, zamrznuti mokri pesak ili glinovita zemlja (do -3 0C); otpor rezanja od 10.0 do 15 kp/cm2.
VII. Kategorija (veoma čvrst teren) - gušće i čvršće modifikacije tla VI kategorije, zamrznuta glinovita tla II i III kategorije pri temperaturama tla do - 5 oC; otpor rezanja od 15,0 do 20.0 kp/cm2. VIII. Kategorija tla (izuzetno čvrst teren) - čvrsti peščari i laporci, tvrde gline i zamrznuto glinovito tlo pri temperaturama do - 20 oC; otpor rezanja od 20,0 do 30,0 kp/cm2.
INŽENJERSKE OSOBINE TLA VODOPROPUSTLJIVOST je svojstvo tla da propušta vodu kroz svoje pore (šupljine) koje su delimično ili potpuno povezane. Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
5
Šljunkovi sadrže makro pore, peskovi sadrže makro pore i kapilare, u prašinama su bitne kapilare, neporemećene gline sadrže kapilare i mikro pore, a ispucale gline sadrže i makro pore. Voda u tlu je u kretanju koje nastaje usled energetskog potencijala (razlika energije dva nivoa vode) stvorenog gravitacionim, kapilarnim, osmotskim ili termalnim gradijentom. Gravitaciono kretanje vode u tlu definiše se Darsijevim zakonom:
V = k ⋅ i (m/s) gde su:
V
- brzina proticanja (m/s)
k
- koeficijent propustljivosti (m/s)
i
- hidraulički gradijent
Pri gravitacionom kretanju vode u tlu javljaju se sile proceđivanja koje se dobijaju na osnovu mehanike fluida poroznih sredina u čijoj je osnovi Darsijev zakon. Za analizu kretanja vode u tlu neophodno je znati koeficijent k, koji se dobija u laboratoriji testovima sa konstantnim ili opadajućim pritiskom, a in-situ (na terenu) probnim pumpanjem. ČVRSTOĆA je otpor tla dejstvu sila do loma. Za sva tla čvrstoća na smicanje je kritična čvrstoća, jer tla pokazuju manji otpor smicanju nego aksijalnom naprezanju. Faktori koji utiču na čvrstoću na smicanje su: 1. svojstva materijala (tip tla, zasićenost, drenaža...) 2. spoljašnji faktori (istorija naprezanja, hemijsko raspadanje, bočna pomeranja...) 3. metod testiranja Coulomb je 1776. postavio zakon o čvrstoći tla na smicanje:
τf = C + σ ⋅ tan ϕ τf - čvrstoća smicanja
gde su:
C - kohezija σ - normalni napon ϕ - ugao unutrašnjeg trenja Merenje čvrstoće smicanja radi se u geomehaničkoj laboratoriji i in-situ. U laboratoriji se koriste testovi direktnog smicanja i triaksijalni test. Za test je presudno razmatranje promene primenjenog ukupnog napona u odnosu na disipaciju pornog pritiska u realnim okolnostima. In-situ merenja obuhvataju testove krilnom sondom, standardni test penetracije i statički penetrometar sa konusom (CPT) i presometar. STIŠLJIVOST je odnos promene zapremine tla (ΔV) i primenjenog opterećenja. Zavisi od vrste opterećenja (statičko, dinamičko), dužine trajanja opterećenja i prostornog rasporeda opterećenja, vrste tla, gustine i sadržaja vode. Navedeni uticaji izazivaju sledeće promene zapremine tla: o
kompresija je smanjenje zapremine usled statičkog opterećenja, istezanje je suprotno kompresiji,
o
konsolidacija je smanjenje zapremine nakon proteklog vremena, ekspanzija je suprotna konsolidaciji
o
skupljanje je smanjenje zapremine zbog kapilarnih napona u toku sušenja tla bubrenje je suprotno skupljanju,
Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
6
o
zbijanje je smanjenje zapremine usled dinamičkih sila vibriranja i udaranja, rastresanje je operacija suprotna zbijanju.
Svojstvo stišljivosti je prvenstveno vezano za promene pora i veoma malo za promene samog skeleta tla. Ispitivanje se vrši u laboratoriji edometrom i triaksijalnom aparatom, a in-situ presiometrom, statičkom i dinamičkom penetracijom, CBR-om i kružnom pločom.
PRISUSTVO PODZEMNIH VODA Nekvalitetni podaci o kretanju podzemnih voda mogu da dovedu izvođača u situaciju da u toku radova na iskopu bude zatečen sa neadekvatnom mehanizacijom. Visok nivo podzemne vode uslovljava promenu tehnologije rada a time i adekvatnu procenu njenih troškova. Rad u suvom, u ovakvim slučajevima može biti obezbeđen samo kvalitetnim depresiranjem nivoa vode ali i tada pred inženjerima ostaju problemi ukoliko se mora raditi u nedovoljno oceđenom materijalu. Vlažnost tla u prirodnom stanju je jedna od tehnološki najvažnijih osobina. Čestice tla mogu biti različite vrste, veličine i načina međusobne povezanosti a na sve te osobine utiče voda, nezaobilazni faktor prirodnih uslova u kojima, i pod uticajem vode, dolazi do fizičkih i hemijskih promena tla. Voda, prisutna u jednom ili više agregatnih stanja, doprinosi makro i mikro pomeranju čestica tla, reaguje sa njima rastvarajući postojeće veze i inicira reakcije hemijski aktivnih supstanci iz tla. Ona ispunjava pore tla i istiskujući mnogo pokretljiviji vazduh menja mehaničke, pa samim tim i tehnološke, osobine tla. Sloj zasićen vodom ima veću težinu od sloja koji se već ocedio ili je samo prirodno vlažan. Zasečen radovima na iskopu tla za potrebe izgradnje objekta, takav sloj ima manju stabilnost i pokazuje tendenciju klizanja ka zoni iskopa. Time ugrožava sigurnost radnika i remeti ritam tehnološkog procesa pa se javlja potreba za preduzimanjem specijalnih zaštitnih mera zaštite zone iskopa.
Brzina filtracije podzemne vode kroz tlo zavisi od osobina tla (vrste tla, granulometrije...). Nekoherentna tla pod uticajem suviše brze filtracije (efekat ispiranja tla) mogu izgubiti sitne čestice koje su neophodne za očuvanje granulometrijske strukture tla i time omogućiti stvaranje uslova za neželjena sleganja. U koherentnim materijalima je brzina manja pa se u cilju ubrzanja depresijacije mora povećati gustina mesta na kojima se crpljenje vrši. Čestice tla, oslobođene unutrašnjeg pritiska vode u porama, se sležu i povećavajući zone međusobnih kontakata daju tlu veću koheziju.
Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
7
Hidrogeološke karakteristike terena se dobijaju laboratorijskim ispitivanjem uzoraka prikupljenih istražnim radovima na mestima gde će zaštita radova biti neophodna. Poznati Darsijev zakon: Q = k A h L-1 u kome oznake zamenjuju sledeće veličine: Q - količina proceđene vode, k - koeficijent filtracije (vodopropustljivost), h - pad nivoa podzemne vode na dužini L (h/L je hidraulički gradijent), A - površina poprečnog preseka zone koja se posmatra, pokazuje da ćemo veću količinu proceđene vode imati u materijalima sa većom vodopropustljivošću ali i da u njima ta količina može biti povećana ukoliko ostvarimo veći hidraulički gradijent. Orijentacione vrednosti koeficijenta filtracije su date u tabeli: Stepen vodopropustljivosti
k (10- 6 m/s) > 1000
Visok Srednji Nizak
10 - 1000 0,1 - 10
Vrlo nizak
0,001 - 0,1
Ne postoji
< 0,001
Reprezentni tip materijala Čist šljunak Čist pesak i mešavine peska i šljunka Vrlo fini pesak Prašina i mešavine peska i gline Netaknute gline
Da bi se usvojile odgovarajuće mere neophodno je, pre analize grupe mogućih metoda rada, utvrditi do koje se dubine tla želi postaviti zaštita (oblast primene postojećih metoda nije ista za sve) i odgovoriti na ključno pitanje, da li se na gradilištu želi: a) privremena zaštita od dejstva podzemne vode (zaštita koja će trajati dovoljno dugo da se završe određen radovi ili objekat osposobi za samostalnu zaštitu), ili je potrebna b) trajna zaštita područja (pod ovim se podrazumeva „teritorija" ali i „dubina terena" do koje zaštita dopire). Polazeći od sredstava kojima u borbi sa vodom raspolaže inženjer mora vršiti izbor na bazi finansijskih sredstava koja su planom namenjena izradi zaštitnih objekata. Stepen ugroženosti zaštitnih objekata zbog opisanih okolnosti zavisi od pritiska podzemne vode (nivoa) na te građevine i kohezije koja vlada u tlu. Da bi se smanjio pritisak posebnim konstruktivnim merama može biti dopušteno delimično proceđivanje vode kroz "pore" zaštite ali to podrazumeva mere za crpljenje vode iz zone iskopa, mere koje zbog neophodnog nivoa pouzdanosti mogu biti finansijski neracionalne. Izbor metode rada zahteva dobro poznavanje tehnologija i podataka o objektu, klimatskom okruženju u vreme izgradnje, geomehaničkim i hidrološkim karakteristikama terena, kao i mnogim tehničkim detaljima i ograničenjima proisteklim iz osetljivosti objekta (ili metoda rada namenjenih njegovoj izgradnji) na promenu trase unutrašnjih puteva, dejstvo vibracija...
KONTROLA NIVOA PODZEMNE VODE Osnovna zaštita teritorije gradilišta i same zone iskopa moraju biti objekti za prihvatanje i odvođenje površinske vode. Takvi su nasipi i rovovi, građevine koje inženjerima stvaraju velike Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
8
poteškoće u organizaciji unutrašnjeg transporta ali ih treba primenjivati u svim slučajevima kada tehno-ekonomska analiza ne ukazuje na bolja rešenja.
Na nekim gradilištima problem je površinska voda, na drugim nema ni površinske vlage Jedan od načina zaštite je pobijanje čeličnih talpi po obodu zone iskopa i iskop materijala pod zaštitom ovog štita. Ovakav postupak je skup, traje relativno dugo i nije ga moguće primeniti u svim slučajevima. Slična ocena može biti data i metodima smanjenja permeabilnosti tla u zoni perimetra iskopa, između ostalog i zato što, kao i prethodni, zahtevaju primenu specijalne tehnologije. Ovoj grupi pripadaju metodi zamrzavanja tla (primena je moguća samo u slojevima koji su zasićeni vodom), primene elektro-osmoze (samo za materijale čija je permeabilnost manja od oko 10-8 m/s) i komprimovanog vazduha (karakteriše kesonski rad) ili injektiranja terena (visoki troškovi mogu biti prihvatljivi samo kod građevinskih radova velikog obima). Grupi metoda pripada i izrada betonskih dijafragmi u tlu. Ona je primerena objektima koji se fundiraju duboko (do 40 m) ili su podzemni sa malom visinom nadsloja pa se, kao racionalniji put realizacije posla, prihvata da se izgrade u otvorenom iskopu a zatim zatrpaju. Preovladavajući broj projekata zahteva primenu jeftinih a pouzdanih i jednostavnih tehnologija zaštite koje izvođač može primeniti oslanjajući se na sopstvene ljudske i materijalne resurse. Koja će metoda biti prihvaćena očito zavisi od njene sposobnosti da uspori ili zaustavi kretanje vode kroz izvedenu zaštitu. Ukoliko se radi o nekoherentnim materijalima voda se relativno lako može ocediti ukoliko se po obodu (perimetru) zone radova ili unutar nje iskopaju ocedni rovovi ili jame čije je dno na dubini većoj od dubine iskopa. Oceđenu vodu treba zatim prepumpati u otvoreni ili zatvoreni kanal ili na neki drugi način najkraćim putem odvesti van zone gradilišta.
DEPRESIRANJE PODZEMNE VODE Depresiranje podzemne vode može biti izvedeno linijski, dubokim rovovima, ili tačkasto primenom dubokih bušotina iz kojih se voda crpe pumpama postavljenim na površini terena. Zaštita rovovima može biti izvedena tako što se u nožici kosine iskopa izvede rov u koji se, pod odgovarajućim nagibom, polože perforirane cevi i zatrpaju čistim šljunkom. Oceđena voda se prikuplja u rovu, sloj šljunka oko cevi zadržava sitnije čestice tla isprane iz tla pod dejstvom hidrauličkog gradijenta i sprečava da se rupice na cevi zatvore. Cevi se tako postavljaju da se na mestima susticanja više njih formira čvor mreže proceđivanja iz koga se voda crpe pumpama i prebacuje u druge zone gradilišta ili specijalne instalacije u kojima neće biti štetna. Ukoliko se radi o iskopima u šljunkovitim ili peskovito-šljunkovitim materijalima ispumpavanje vode je najjeftiniji način zaštite. Nažalost, efikasnost metoda je ograničena kapacitetom pumpe a to znači da se na ovaj način može raditi samo sa bušotinama dubine do 5 - 6 m. Jedna pumpa može opsluživati nekoliko bušotina u nizu. Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
9
U toku rada treba kontrolisati sadržaj koji se izvlači iz bušotine jer se sa vodom izvlače i sitnije čestice koje su značajne za očuvanje strukture tla pa veći gubitak te komponente može dovesti do neželjenog sleganja terena. Osetljivost gradilišta na pojavu otkaza pumpi za depresiranje podzemne vode ne treba komentarisati, ona je nesumnjivo visoka, pa u rezervi uvek treba imati adekvatnu zamenu za ključne uređaje. Broj rezervnih pumpi zavisi od broja aktivnih, instaliranih pumpi i njihove pouzdanosti a troškovi držanja ovakve rezerve se obavezno stavljaju u kontekst štete koja bi nastala prodorom vode u zonu rada, materijale i opremu koja se tamo nalazi, i tek na osnovu toga odlučuje o broju i pojedinačnom kapacitetu pumpi.
Za crpljenje vode iz ocednih jama koja sadrži i sitnije čestice tla (prašina, sitan pesak) mogu poslužiti potapajuće pumpe (vidi slike) koje se potpuno uranjaju u vodu i rade bez usisne cevi a izbacuju vodu na visinu do 15 - 20 m. Pumpe ovog tipa su vrlo pouzdane a mogu se podesiti i da automatski prestaju sa radom kada nivo vode u jami padne ispod određenog nivoa, odnosno da automatski startuju kada nivo oceđene vode dostigne kritičnu granicu. Otporne su na izmenu režima rada i ne pokazuju osetljivost ukoliko se u toku rada usisnik izvuče iz vode. Kapacitet ovih pumpi je ograničen visinom prepumpavanja.
DRENIRANJE TLA Vertikalni drenovi (iglofiltri) se postavljaju i vade brzo i lako a imaju relativno veliku moć isisavanja vode iz tla čime se svrstavaju u "popularnu" opremu za kontrolu podzemne vode. Efikasni su u materijalima kao što su pesak, šljunak i njihove mešavine.
Postavljanje iglofiltra u mekano tlo se odvija pod dejstvom koncentrisanog mlaza vode (engl. jetting) a za prolaz kroz nešto čvršći površinski sloj (zbijeni pesak ili šljunak, tvrda glina) služi metalni probijač u vidu kratke cevi ojačanog vrha. Kada se voda pod pritiskom (oko 8 bara) kroz fleksibilnu cev dovede u zonu vrha iglofiltra ona, svedena na uzak mlaz, počinje da razbija veze Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
10
čestica tla, stvara gustu suspenziju i izlazi ka površini terena. Na ovaj način se u tlu stvara bušotina nepravilne konture kroz čiji porozni omotač može da se proceđuje voda iz tla.
Fundiranje velikih objekata zahteva primenu velikog sistema iglo-filtera Opisani problemi stabilnosti tla koje gubi vodu iz pora mogu ugroziti bušotinu i dovesti do urušavanja okolnog materijala pa se odmah nakon izrade bušotine oko fleksibilne cevi za odvod vode i iglofiltra na dnu bušotine ugrađuje čist pesak kao ispuna i filtar. Iglofiltar počinje da funkcioniše kada se pod dejstvom pumpe u sistemu stvori podpritisak koji usmerava kretanje vode ka rupicama u oblozi (cediljki) iglofiltra. S obzirom na potrebu postavljanja velikog broja drenova pokazuje se kao neracionalno rešenje aktiviranje posebne pumpe za svaki od njih. Stoga se niz drenova povezuje jednom cevi većeg prečnika, pri čemu se na mestima priključivanja njihovih dovodnih cevi postavljaju zatvarači koji služe za regulisanje protoka vode.
Kod iskopa kanala depresiranje podzemne vode stvara uslove za „rad u suvom“ Depresiranje podzemne vode je postupak čije su neophodnosti projektanti konstrukcije objekata koji se grade u tlu svesni već u fazi preliminarnih studija ili najkasnije u vreme izrade idejnog projekta. Ukoliko se istražnim radovima konstatuje prisustvo podzemne vode na nivou koji može remetiti tok glavnih radova preduzimaju se mere za praćenje promene tog nivoa (merenje piezometrima ili na sličan, pouzdan način) i podaci dostavljaju projektantima objekta.
Dragan Arizanović – Tehnologija građenja
5. predavanje
11
