1

PRIPRAVA TEMELJNIH TAL Potrebne preiskave zemljin iz sloja, v katerem bo pripravljen planum temeljnih tal: vlanost, lezne meje, dele organskih in humusnih primesi, optimalna vlanost (Proctor). Vlanost mora biti takna, da je pri zgoevanju dosegljiva predpisana gostota. e je vlanost veja, je potrebna povrinska stabilizacija, ali drugi tehnini ukrepi (dreniranje, nadomeanje). Vsebnost organskih in humusnih primesi mora biti dovolj majhna, da se raztopina natrijevega luga pri Abrams-Harderjevi kolorimetrini metodi obarva najve temno rumeno. V planumu temeljnih tal si ne elimo visoko plastinih zemljin. e je indeks plastinosti IP>35 in meja idkosti wL>65, razmislimo o poglobitvi izkopa ali o stabilizaciji tal. Priprava temeljnih tal poteka v naslednjih fazah: iroki odkop ali vsaj odriv humusa ter morebitnih

organskih ali zelo razmoenih plasti temeljnih tal, planiranje (zaradi odvodnje), stabilizacija (po potrebi), zgoevanje, kontrola ravnosti, zgoenosti in deformabilnosti

(izotopska sonda, krona ploa).

Na nagnjenih terenih stik med tlemi in nasipom stopniimo. Podobno postopamo, ko elimo raziriti obstojei nasip.

2

< 20

20 < < 30

> 30

3

Neposredno na planum temeljnih tal pogosto zgradimo prvi sloj nasipa v debelini 0,5 do 1,5 m iz kamnitega materiala, predvsem tam, kjer: - obstaja nevarnost vdora talne vode iz temeljnih tal v

nasip in je nasip sicer grajen iz materiala, obutljivega na vodo (ploskovni drenani filter),

- obstaja nevarnost poplavnih vod. V takem primeru gradimo nasip iz kamnitega materiala do kote maksimalne priakovane poplavne vode.

- je ogroena stabilnost temeljnih tal pod nasipom, gradimo kamnite pete pod vznoji nasipa:

Ojaitve planuma temeljnih tal Na malonosilnih temeljnih tleh se lahko pripeti, da ta niso primerna za gradnjo nasipa, niti ni moen dostop s teko gradbeno mehanizacijo. Tedaj si lahko pomagamo z ojaitvami temeljnih tal z geosintetinimi materiali. Obiajno so to: - geotekstil (polst in podobno) ali - geomree (obiajno plastine).

4

Uinek takih ojaitev neposredno pod nasipom se kae predvsem v: prerazporeditvi napetosti pod ozkimi bremeni (kolesa) in s

tem vejo lokalno varnost, kar omogoa transporte, enakomernejemu profilu posedkov pod bremeni. Tovrstni uinek je veji pri bolj togih mreah in geotekstilih. Polsti (netkani geotekstili) imajo praviloma majhne togosti in zaradi tega majhne ojailne uinke, uporabljamo pa jih predvsem zaradi filtrskih in loilnih sposobnosti. Uporabljamo jih predvsem tam, kjer bi gradnja gramoznega ali peenega nasipa neposredno na koherentno podlago lahko povzroila prodiranje drobnih frakcij iz temeljnih tal v nasip zaradi dinaminih uinkov in kapilarnega dviga. Zaglinjen gramoz je mnogo bolj obutljiv na pokodbe zaradi zmrzovanja in tajanja ter na samo prometno obremenitev. Polst je torej loilna in filtrska plast med koherentnimi temeljnimi tlemi in gramoznim nasipom. Geosintetiki pri zemeljskih delih

Zgoraj smo kratko opredelili le vloge geosintetikov, ki jih polagamo na planum temeljnih tal. Razvoj geosintetikov pa je privedel do zelo raznovrstnih geosintetinih materialov, ki jih prvenstveno razvramo po njihovi vlogi, ki jo vrijo v tleh (preglednica 1). Po znailnih lastnostih pa geosintetike razvramo v: Naziv Funkcije Geomree Ojaitev Geotekstili Ojaitev, loevanje, filtracija Geomembrane Bariere Bentonitne membrane Bariere Geokompoziti Zaita, dreniranje, loevanje Geosatovja Erozijska zaita

5

Preglednica 1: Znailne vloge geosintetikov v tleh

Ojaitev

S svojo togostjo in trdnostjo v lastni ravnini geosintetik sodeluje pri ugodnem prerazporejanju napetosti iz zelo obremenjenih v manj obremenjene dele tal.

Filtriranje

Za omogoanje hitrega odvajanja tekoin in hkratno prepreevanje migracije delcev zemljine izkoriamo lastnosi preno na ravnino geosintetika.

Bariere

Za prepreevanje migracije tekoin, plinov ali polutantov uporabljamo v preni smeri neprepustne ali malo prepustne membrane.

Dreniranje Za zbiranje in odvajanje tkoin uporabljamo geosintetike, ki imajo v lastni ravnini veliko prepustnost.

Loevanje Za prepreevanje meanja dveh razlinih vrst materialov.

Zaita Za zmanjevanje obremenitve na podlago in prepreevanje povrinskih pokodb.

Erozijska zaita

Za zaito povrin pred erozijo padavin in vetra.

6

California Bearing Ratio (CBR test) Bistven podatek o temeljnih tleh za potrebe dimenzioniranja vozine konstrukcije je rezultat CBR testa (California bearing ratio), ki ga izvajamo na vzorcih iz sloja, v katerem bo pripravljen planum temeljnih tal. CBR test izvajamo na valjastem vzorcu intaktne ali zgoene zemljine, vgrajene v valjast kalup premera 152 mm in viine 127 mm. Povrino preizkuanca zravnamo in nanj centrino postavimo bat premera 49,65 mm. S konstantno hitrostjo 1mm/min vtiskujemo bat v vzorec in merimo za to potrebno silo na vsakih 0,25 mm penetracije. Preizkus prenehamo pri penetraciji 7,5 mm. Aparatura je prikazana na spodnji sliki:

7

Izmerjene podatke vriemo v diagram sila-ugrezek. CBR vrednost je sila izmerjena pri testu na naem preizkuancu, deljena s silo pri testu na standardnem materialu. Obiajno izraunamo CBR pri penetraciji 2,5 mm in 5,0 mm ter kot CBR vrednost objavimo vejo od obeh.

CBR = P / Ps * 100%

P ... sila pri izbrani penetraciji na testnem preizkuancu Ps ... sila pri isti penetraciji na standardnem preizkuancu Rezultati na standardnem materialu so podani v standardih in jih povzemamo v spodnji preglednici, slika pa prikazuje znailen rezultat preiskave.

Odnos med silo in ugrezkom na standardnem CBR materialu Penetracija (mm) Sila (kN)

2,0 11,5 2,5 13,2 4,0 17,6 5,0 20,0 6,0 22,2 8,0 26,3

8

ZGOEVANJE ZEMLJIN - PROCTORJEV PREIZKUS Zemljine je potrebno ob pripravi temeljnih tal, vgradnji v nasipe, zemeljske pregrade kar najbolje zgostiti. Pri zgoanju pride do poveanja gostote zemljine preteno na raun zmanjanja volumna z zrakom zapolnjenih por, torej brez spremembe vlanosti. Namen zgoevanja zemljin je: dosei vejo strino trdnost, manjo deformabilnost in s tem manje posedke, zmanjati poroznost in s tem prepustnost. Izkae se, da je sposobnost zgoevanja zemljin pri neki energiji odvisna od vlanosti zemljine. Obstaja torej neka vlanost zemljine, pri kateri jo je mogoe z izbrano energijo najbolj zgostiti. Proctorjev preizkus je namenjen doloitvi optimalne vlanosti zemljine za vgradnjo v nasipe. Kot mero za zgoenost zemljine pri vrednotenju Proctorjevega preizkusa uporabljamo suho prostorninsko teo, ki je definirana z izrazom:

wwVW

VWs

D +=+== 1)1( (1)

redkeje pa za nekoherentne materiale tudi relativno gostoto:

minmax

max

eeeeDR

= (2) Slika 1 prikazuje znailno odvisnost suhe prostorninske tee od vlanosti in energije zgoevanja. Pri viji energiji zgoevanja seveda zemljine lahko bolj zgostimo. Za izbrano energijo zgoevanja pa obstaja neka optimalna vlanost wopt, pri kateri je mogoe zemljino najbolje zgostiti.

9

Rezultati tudi kaejo, da je optimalna vlanost tem nija, im vija je energija zgoevanja.

Slika 1: Odnos med suho prostorninsko teo, vlago in

energijo zgoevanja Krivulje D(w) se pri velikih vlanostih pribliujejo asimptoti, ki velja za povsem zasieno zemljino (pri Sr=100%). Preko te krivulje rezultati niso mogoi, saj v porah ni ve zraka, ki bi ga lahko iztisnili iz zemljine. Loimo dva postopka Proctorjevega preizkusa: Standardni Proctorjev preizkus in Modificirani Proctorjev preizkus. Potek standardnega Proctorjevega preizkusa (SPP) V standardiziran kovinski kalup premera 11,7 cm in viine 10 cm nabijemo zemljino pri izbrani vlanosti v treh slojih,

10

vsakega s 25 udarci bata tee 25 N, ki ga spuamo z viine 30,5 cm (standardna energija pri standardnem Proctorjevem preizkusu znaa 610 kNm/m3). Kalup z zemljino stehtamo, na reprezentativnih delih vzorca doloimo e vlanost. Sledi raun suhe prostorninske tee po enabi (1). Ta rezultat (izmerjena suha prostorninska tea pri izmerjeni vlanosti) predstavlja eno toko v konnem diagramu

)(wDD = . Vzorcu nato poveamo ali zmanjamo vlago (s tehtanjem je mogoe zelo natanno dosei zaeleno vlanost vzorca) in postopek ponovimo. Obiajno se tako izmeri doseeno suho prostorninsko teo pri najmanj petih razlinih vlanostih. Rezultat se prikae v diagramu (slika 2).

Slika 2: Rezultat Proctorjevega preizkusa in interpretacija

Ko izmerjene toke poveemo s krivuljo, lahko oditamo najvejo suho prostorninsko teo in vlago, pri kateri je mogoe zemljino najbolj zgostiti, to je optimalno vlago.

11

Optimalna vlaga koherentnih zemljin je obiajno blizu meji plastinosti. V praksi zahtevamo, da se dosee le doloen odstotek maksimalne suhe prostorninske tee (obiajno 92% do 98%), kar pomeni, da ima material ob vgradnji lahko nekoliko nijo ali vijo vlanost od optimalne (w1 do w2 na sliki 2). Obe mejni vrednosti vlanosti doloimo tako, da pri zahtevani (n.pr. 95%) suhi prostorninski tei na diagramu Proctorjeve preiskave povleemo vodoravnico in poiemo preseii s krivuljo. Modificirani Proctorjev preizkus (MPP) Preiskava je v grobem enaka kot pri standardnem postopku, le energija zgoevanja je veja, saj znaa 2750 kNm/m3. Vzorec zgoamo v petih plasteh, vsako s 25 vsakega s 25 udarci bata tee 40 N, ki ga spuamo z viine 40,2 cm. V ostalem se postopek ne razlikuje. Uporaba rezultatov Proctorjevega preizkusa To preiskavo uporabljamo vselej, ko vgrajujemo zemljino v nasipe, deponije, pregrade. Pri cestnih nasipih je v veljavi preglednica 2, ki podaja zahtevano zgoenost nasipnega materiala glede na material in glede na koto plasti v nasipu (glej tudi sliko 7). Na terenu merimo doseeno gostoto sloja tal () in vlago (w) nasipnega materiala z izotopsko sondo (slika 3), iz esar lahko doloimo tudi doseeno suho prostorninsko teo tal:

ww

VW

WW

VW

VWW

VW

DDs

s

wwsD +===

==1

(3)

12

Preglednica 2: Kriteriji za zgoenost na nasipih prometnic Opis del Po SPP

(%) Po MPP

(%) Planum temeljnih tal nad 2,0 m pod koto planuma posteljice iz zemljin 92 -

Planum temeljnih tal nad 2,0 m pod koto planuma posteljice iz kamnin - 92

Planum temeljnih tal od 2,0 do 0,5 m pod koto planuma posteljice iz zemljin 95 -

Planum temeljnih tal od 2,0 do 0,5 m pod koto planuma posteljice iz kamnin - 95

Planum temeljnih tal od 0,5 m pod koto planuma posteljice iz zemljin 98 -

Planum temeljnih tal od 0,5 m pod koto planuma posteljice iz kamnin - 98

Slika 3: Izotopska sonda

13

NASIPNI MATERIALI Nasipe lahko gradimo iz razlinih materialov: kamniti material (gramoz, prod apnenca, dolomita, magmatskih

kamnin, peenjaka), gru glinovcev, meljevcev (drobnozrnate sedimentne kamnine), peeni materiali, melji in gline (apnena stabilizacija), odpadni materiali (elektrofiltrski pepel s sloji grua, steklo, na

koke narezane avtomobilske pnevmatike pomeane z zemljino, ...) ,

umetni materiali (ekspandirana glina, stiropor, ipd.). Izbira materiala je zelo odvisna od masne bilance projekta, razpololjivih stranskih odvzemov in drugih virov surovin, od geometrije nasipa ter od lastnosti temeljnih tal. Preiskave o ustreznosti in pogojih vgradljivosti nasipnega materiala: osnovne preiskave: vlanost, lezne meje, zrnavost Proctor CBR preiskave lastnosti nasipnega materiala, zbitega po Proctorju doloanje recepture za stabilizacijo nasipnega materiala Stabilizacija nasipnih materialov Za stabilizacijo materialov se odloamo, ko - so razpololjivi materiali prevlani za vgradnjo (izboljanje), - izkazujejo prenizke mehanske lastnosti (stabilizacija), - so neodporni na kodljive uinke vode (utrditev).

Za izboljanje zemljin za vgradnjo v nasipe uporabljamo apno, cement, elektrofiltrski pepel, lindre in njihove kombinacije. Cement, elektrofiltrski pepel in lindra kot anorganska veziva so primerna za vse grobo in srednjezrnate zemljine ter za nizko plastine drobnozrnate zemljine, ki se dajo predrobiti in homogeno premeati. Njihova uporaba je zlasti primerna za poveanje

14

odpornosti zemljin na kodljive uinke vode (zunanja in notranja erozija, poruitev strukture ter utekoinjenje). Apno je primerno za drobnozrnate in srednjezrnate plastine zemljine, ki se dajo homogeno predrobiti in premeati. Uporaba apna je predvsem primerna za tovrstne zemljine, ki so prevlane za neposredno vgradnjo v nasip. Uporablja se tudi pri visokoplastinih zemljinah za znianje plastinosti in s tem zmanja deformabilnost ter pospei konsolidacija (znailni dodatki apna so 2 do 5% na suho teo zemljine). Elektrofiltrski pepel je primeren tudi za drobnozrnate zemljine s previsoko vlanostjo. Posebej je uporaba elektrofiltrskega pepela priporoljiva v kombinaciji s cementom ali apnom, saj mono povea uinke izboljanja.

15

KONTROLE PLANUMA TAL ALI NASIPA Vsak vgrajen sloj nasipa kakor tudi planum temeljnih tal preverjamo: - glede doseene gostote tal in vlanosti, - glede deformabilnosti (togosti) s krono ploo, - glede geometrijske tonosti (kota planuma lahko odstopa od

projektirane za najve 2 cm), - glede ravnosti (na dolini 4 m lahko ravnost odstopa za najve

3 cm pri nasipih iz zemljin in 5 cm pri nasipih iz kamnin). KONTROLA ZGOENOSTI MED GRADNJO Poznamo tri metode: peena metoda, izotopska sonda, kontinuirna kontrola zgoenosti. Peena metoda: iz planuma nasipnega sloja odvzamemo del materiala in ga stehtamo. Nastalo luknjo zapolnimo z znanim volumnom peska. Iz razmerja tee in volumna doloimo prostorninsko teo, po suenju pa e suho prostorninsko teo in vlanost. Slabost: tokovni podatek, potreben izkop materiala, suenje... Dobro: Varno in preprosto. Deluje, ko odpove vse ostalo. Izotopska sonda: S pomojo radioaktivnih izotopov neposredno oditamo gostoto in vlanost vgrajene zemljine. (slika 3) Slabo: Tokovni podatek, potencialno nevarno za zdravje. Dobro: Preprosto in zanesljivo. Kontinuirna kontrola zgoenosti (CCC Continuous Compaction Control): Merilec dinaminega odziva tal na vibracijsko zgoanje, nameen neposredno na komprimacijsko sredstvo (valjar) omogoa sprotno analizo zgoenosti med vibracijskim zgoanjem tal. Slabo: - Dobro: Zvezen zapis zgoenosti omogoa identifikacijo vseh

morebiti slabo zgoenih mest v nasipu.

16

MERITEV PODAJNOSTI NASIPNEGA MATERIALA

Slika 4: Meritev togosti planuma - s krono ploo

Slika 5: Isto - s krono ploo z lahko padajoo utejo

17

Poskus s krono ploo

V cestogradnji sta znana dva statina postopka za meritev modula komprimiranih plasti nasipov (slika 4): - vicarski postopek, pri katerem doloimo modul stisljivosti ME in - nemki postopek, pri katerem doloamo deformacijska modula

Ev1 in Ev2 ter dinamini postopek s padajoo utejo (slika 5), s katerim doloamo dinamini deformacijski modul Evd. Po vicarskem postopku se za doloanje modula stisljivosti zemljin uporablja toga krona jeklena ploa s premerom d = 30 cm. Tla se obremenjujejo postopno z obremenitvijo q = 50 kPa v 5 stopnjah do konne obremenitve q = 250 kPa. Merijo se posedki ploe. Prva meritev posedka se izvede takoj po obremenitvi, nadaljnje meritve si sledijo v asovnih intervalih po 3 minute toliko asa, da je razlika dveh zaporednih premikov manja od 0,05 mm. Modul stisljivosti ME se rauna po enabi:

dsqM E

=

Obiajno se modul stisljivosti izvrednoti za prirastek obtebe med 50 in 150 kPa (1. in 3. bremensko stopnjo) in ustrezno spremembo posedka tal. Po nemkem postopku togo krono jekleno ploo s premerom d = 30 cm obremenimo z najmanj 6 bremenskimi stopnjami. Velikost posamezne obtebe q mora biti takna, da je ustrezen posedek tal s manji od 2 mm. Izkustvene vrednosti bremenskih stopenj q so za razline zemljine med 20 in 50 kPa. Pri vsaki bremenski stopnji izmerimo posedek tal takoj po obremenitvi in vsako naslednjo minuto toliko asa, dokler ni razlika dveh zaporednih posedkov manja od 0,02 mm. Deformacijski modul Ev1 izraunamo po enabi:

dsqEv

= 75.01 18

Obiajno se modul Ev1 izvrednoti za prirastek obtebe med 2. in 5. bremensko stopnjo in ustrezno spremembo posedka tal.

Slika 6: Nemki postopek za doloevanje modulov Ev1 in Ev2

Po konanem obremenjevanju do maksimalne obtebe qmax togo jekleno ploo povsem razbremenimo v treh stopnjah (50%, 25%, 0%) in merimo v asovnih intervalih 1 minute dvike toge jeklene ploe. Po popolni razbremenitvi jekleno ploo ponovno obremenjujemo z obtebo q enako kot pri prvem obremenjevanju. Deformacijski modul pri ponovni obremenitvi Ev2 se izvrednoti za prirastek obtebe med 1. in 6. bremensko stopnjo in ustrezno spremembo posedka tal po enabi:

dsqEv

= 75.02 Meritev dinaminega deformacijskega modula s padajoo utejo se izvaja z napravo, prikazano na sliki 5. Ta vsebuje krono jekleno ploo premera 300 mm, navpino vodilo za prosto padajoo ute mase 10 kg, katere sunek pri udarcu na spodnjo vzmet mora trajati

19

18ms in katerega sila znaa najve 7,07 kN. Na vrhu vodila je zaklep, ki zadri ute pred meritvijo na natanno doloeni viini. Naprava zajema tudi elektronski merilec pospeka ploe. Izmerjeni potek pospeka se dvakrat integrira, s imer dobimo posedek ploe, takoj zatem pa iz znanega sunka sile e dinamini deformacijski modul. Po treh ponovitvah meritve se kot rezultat objavi povpreje vseh treh meritev. V cestogradnji se kot kriterij za vrednotenje kakovosti planuma temeljnih tal ali nasipa uporablja deformacijski modul Ev2 in razmerje deformacijskih modulov Ev2/Ev1 oziroma dinamini deformacijski modul Evd. Kriteriji so podani v tabeli na naslednji strani in na sliki 7.

Slika 7: Zahteve za kakovost v nasipe vgrajenega materiala

RAZMISLI! Kako bi postopal pri nasipih viine do 2 m, ki so grajeni na mehkih tleh, katerih planum ne zadoa gornjim kriterijem?

20

D

i

n

a

m

i

n

i

d

e

f

o

r

m

a

c

i

j

s

k

i

m

o

d

u

l

E

v

d

(

M

P

a

)

7

,

0

0

1

0

,

0

1

5

,

0

3

0

,

0

1

0

,

0

1

2

,

0

2

0

,

0

4

0

,

0

E

v

2

/

E

v

1

2

,

2

2

,

2

2

,

2

3

,

0

2

,

2

2

,

2

2

,

2

3

,

0

S

t

a

t

i

n

i

d

e

f

o

r

m

a

c

i

j

s

k

i

m

o

d

u

l

E

v

2

(

M

P

a

)

1

5

2

0

3

0

6

0

2

0

2

5

4

0

8

0

Z

a

h

t

e

v

a

n

i

m

o

d

u

l

i

p

r

i

g

r

a

d

n

j

i

c

e

s

t

n

i

h

i

n

e

l

e

z

n

i

k

i

h

n

a

s

i

p

o

v

O

p

i

s

d

e

l

P

l

a

n

u

m

t

e

m

e

l

j

n

i

h

t

a

l

o

d

2

,

0

d

o

0

,

5

m

p

o

d

k

o

t

o

p

l

a

n

u

m

a

p

o

s

t

e

l

j

i

c

e

i

z

:

z

e

m

l

j

i

n

i

z

b

o

l

j

a

n

i

h

z

e

m

l

j

i

n

k

e

m

i

n

o

s

t

a

b

i

l

i

z

i

r

a

n

i

h

z

e

m

l

j

i

n

k

a

m

n

i

n

P

l

a

n

u

m

t

e

m

e

l

j

n

i

h

t

a

l

o

d

0

,

5

m

p

o

d

k

o

t

o

p

l

a

n

u

m

a

p

o

s

t

e

l

j

i

c

e

(

=

p

o

s

t

e

l

j

i

c

a

)

i

z

:

z

e

m

l

j

i

n

i

z

b

o

l

j

a

n

i

h

z

e

m

l

j

i

n

k

e

m

i

n

o

s

t

a

b

i

l

i

z

i

r

a

n

i

h

z

e

m

l

j

i

n

k

a

m

n

i

n