1

1

NASUTE GRAEVINE ZBIJANJE TLA

2

2

3

3

4

4

ZBIJANJE TLA

GRAEVINE OD NASUTOG MATERIJALA

PRINCIPI ZBIJANJA TLA-IZVEDBA

POKUS PROCTOR

ZNAAJ VLANOSTI I GUSTOE

POKUSNA DIONICA

ZBIJANJE TLA PRI IZVREDBI PROMETNICA

CBR POKUS

KONTROLA ZBIJENOG TLA

5

5

GRAEVINE OD NASUTOG TLA

Najee se spominju graevine:

NASIPI BRANE PROMETNICE

Ovo su uz mostove jedine graevine u kojima je graevinski inenjer i u ulozi arhitekte (nema klasinog arhitekte).

CH kamen C

G G

G , C

ZATO ZBIJAMO TLO ?

- VEA GUSTOA - VEA VRSTOA (VEA NOSIVOST) - MANJA SLIJEGANJA - MANJA PROPUSNOST

PRINCIPI ZBIJANJA TLA

Tlo koje slui za izvedbu nasute graevine prolazi slijedee procese:

iskop u pozajmitu transport do mjesta ugradnje priprema za ugradnju razastiranje zbijanje

Tlo se zbija u slojevima:

glina i koherentna tla: visina slojeva 20-25 cm u zbijenom stanju nekoherentna tla (G,S): 30-100 cm, u zbijenom stanju krupni kamen: 100-200 cm

Strojevi za zbijanje

6

6

Izbor stroja za zbijanje ovisi o tipu tla, uvjetima zbijanja (blizina graevine ne doputa vibracije), debljini slojeva, tipu konstrukcije.

statiko zbijanje: bez vibracija, tipino za koherentna tla, (jeevi, glatki i gumeni valjci) zbijanje uz vibracije: nekoherentna tla Izbor vrste stroja i reima rada (broj prelaza, nain vibriranja) utvruje se na pokusnoj dionici.

POKUS PROCTOR

Zbijanje tla dovodi do poveanja gustoe, to utjee na promjene fizikalnih i mehanikih svojstava tla.

Promjena gustoe ovisi o:

vlanosti tla primijenjenoj energiji zbijanja nainu zbijanja (udarno, gnjeenjem, sa ili bez posminih deformacija)

Pokus kojim se utvruju svojstva zbijanja tla ustanovio je in. Proctor, i po njemu se zove PROCTOR POKUS.

Za koherentna tla koristi se manja energija zbijanja, za oko 4.7 puta nego za nekoherentna tla.

Postupak: u propisanom cilindru nabija se tlo udarcima klipa koji ima propisanu teinu i pada s propisane visine, u slojevima .

PROCTOR STANDARD PROCTOR MODIFICIRANI

koherento tlo: 3 sloja nekoherentno tlo: 5 slojeva energija zbijanja E energija zbijanja 4.7xE

Cilj: nai vlanost (iz nekoliko razliitih vlanosti) na kojoj se tlo uz istu energiju zbijanja najlake zbija

cilindri i batovi - runo automatski nabija

7

7

Postupak: prirediti tlo na pet razliitih vlanosti, zbijati svaki uzorak istom E, mjeriti postignutu gustou tla. Nacrtati ovisnost postignute gustoe o vlanosti.

d

linija potpune saturacije (0% zraka u porama)

max.gustoa E 1 > E2 E2

wopt w %

vrs

svrD Sw

S

+

= jednadba linije saturacije

OPTIMALNA VLANOST: vlanost pri kojoj se zadanom energijom zbijanja postie najvea gustoa; razliita je za razliite energije zbijanja.

MAKSIMALNA GUSTOA: gustoa koja se postie pri optimalnoj vlanosti uz zadanu energiju zbijanja

primjer:

tlo Wopt dmax CH 18-25% 1.55-1.65 gcm-3 CL 15-19% 1.6-1.8 G 3-6% 2-2.2

ZNAAJ VLANOSTI I GUSTOE TLA

Vlanost tla utjee na zbijanje tako to o njoj ovisi gustoa koju je mogue postii (bilo kojom energijom zbijanja) te struktura tla koja se ostvaruje (flokulasta, disperzivna) a o kojoj ovise svojstva tla.

Presudan je poloaj vlanosti tla prema optimalnoj vlanosti (vidi separat)- tj. w >=

8

8

d

linija potpune saturacije (0% zraka u porama)

max.gustoa E 1 > E2 E2

wopt w %

- linija optimalnih vlanosti za razliite energije zbijanja

- linija potpune saturacije oznaava da se ma kako velikom energijom zbijanja ne moe postii vea gustoa od njom odreene (nema zraka u porama, a voda u porama i estic tla su nestiljivi)

POKUSNA DIONICA

Na pokusnoj dionici utvruje se kojim strojem, u kojem reimu (broj prelaza, brzina kretanja, frekvencija i amplituda vibracija), koja debljina sloja se moe zbiti na potrebnu gustou.

/vidi separat/ - u posebnom dijagramu se ilustrira mjerenje slijeganja i gustoe, te se odluuje o potrebnom reimu rada. ploha : jednake visine ili u nagibu (samo za koherentna tla).

- objanjenje postupka na probnoj dionici

ZBIJANJE TLA PRI IZVEDBI PROMETNICA

Prometnice se grade kao nasute graevine: temeljno tlo, podloni nosivi sloj (ljunak), nosivi sloj (kruti cementom stabilizirani sloj), kolnika konstrukcija.

Svaki od ovih slojeva mora imati odreenu krutost (proraun) koja se u klasinom proraunu oslikava parametrom CBR (California Bearing Ratio).

CBR POKUS (California bearing ratio)

CBR je broj koji pokazuje koliko je neko tlo (u odreenom stanju zbijenosti) meke od vrsto zbijenog drobljenca za kojeg je CBR=100 (%).

kod wwopt tlo ima disperzivnu strukturu

9

9

CBR se ispituje na uzorcima formiranim po postupcima Proctor u posebnim cilindrima, mjerenjem dubine utiskivanja propisanog klipa u zbijeno tlo.

SILA, kN

dd pomak, mm 50mm

h=127 mm zbijeno tlo d=152 mm

postupak: tlo se zbije u cilindar, utiskuje se metalni klip brzinom 1 mm/min; mjeri se sila na svakih 0.25 mm, do 7.5 mm; vea sila od dvije (na 2.5 mm i na 5.0 mm) uzima se kao mjerodavna.

CBR=Ptla/Pkamena x 100%, Pkamena = 13.24 kN (2.5 mm), 19.96 kn (5 mm)

sila drobljenac tlo

penetracija

esto se ispituje i utjecaj vode na otpornost tla u CBR (to odgovara podlonosti tla na razmekavanje u nasipu ceste u uvjetima poveane vlanosti ili potopljenosti).

Cilindar za CBR se dri u vodi tako da mu je potopljen donji dio, i nakon to se utiskuje klip na nepotopljeni dio uzorka to isto se napravi na potopljenom dijelu uzorka (okrene se cilindar). Time se ustanovi razlika otpornosti koja se promatra u projektiranju prometnice.

10

10

Vrijednosti CBR za neke uobiajene vrste tla u prirodnom stanju u V.Britaniji:

tip tla indeks plastinosti % CBR (%) dubina vode ispod sloja tla vie od 600 mm 600 mm ili manje

plastine gline 70 2 1 60 2 1.5 50 2.5 2 40 3 2 prainasta glina 30 5 3 pjeskovita glina 20 6 4 10 7 5 prah - 2 1 pijesak (SP) bez plast. 20 10 SW 40 15 GW/SW 60 20

Slian pokus provodi se na terenu, posebnom oprememom.

Vano je zapamtiti: CBR je direktno ovisan o nedreniranoj vrstoi, pa vrijedi 1% (CBR)=25 30 kPa (cu)

KONTROLA ZBIJENOG TLA

Tlo ugraeno u slojeve nasute konstrukcije kontrolira se da bi se :

- ustanovila gustoa i vlanost ugraenog tla - ocijenila eventualna ugroenost ili potvrdile pretpostavke projekta - konstrukcija bila sigurna sukladno projektnom rjeenju

Kontroliraju se slijedea svojstva: - vlanost (uzorak) - gustoa (volumetar, kalibrirani pijesak, nuklearni denzimetar, voda u foliji, ito..) - stiljivost ploom (posebno za cestovne nasipe) - uzorci tla iz slojeva ispituju se u laboratoriju smicanje, vodopropusnost, stiljivost - statistika obrada podataka

11

11

IN SITU POKUSI ZA OCJENU SVOJSTAVA ZBIJENOG TLA UVJETI U TLU MEHANIKA

SVOJSTVA

gustoa - vlanost krutost modul - vrstoa

Kalibrirani pijesak

volumetar Nuklearni

denzimetar Cilindar

In situ

CBR FWD

Statiki pokus

ploom

Dinamiki pokus

ploom deflektograf

Reakcija na

zbijanje (CCC)

SASW

kriteriji:

vlanost w=wopt2-3%

gustoa d 0.95 dmax

uestalost ispitivanja: ovisi o karakteru graevine, npr. svakih 1000 m3, ili 10 po sloju i slino.

Pokusi za ispitivanje mehanikih svojstava tla

In situ CBR radi se po istom principu kao i laboratorijski CBR pokus, a to znai da se u tlo utiskuje cilindar i registrira otpor utiskivanju (kao sila) to se iskazuje kao postotak sile koju prua propisani referentni materijal (iji se otpor uzima kao 100%).

CBR vrijednosti za pojedine slojeve propisuju nacionalni prirunici za projektiranje (vidi OTU, npr.). CBR se moe i procijeniti: najee se u koherentnom tlu procjenjuje da je CBR u odnosu sa jednoosnom vrstoom (oko 50 kPa u jednoosnoj vrstoi vrijedi 1 u CBR).

Statiki pokus ploom: najei pokus u naoj praksi, svodi se na inkrementalno optereenje krune krute ploe i mjerenje njenog slijeganja (u sredini ploe) pod zadanim inkrementima optereenja. Rezultat ispitivanja je dijagram slijeganaj ploe u ovisnosti o optereenju. Kada se obavi konano optereenje ploa se rastereti i ponovo se optereuje istim reimom. Parametri se odreuju izmeu optereenja od 0,2 i 0,4 MPa. Iskazuju se slijedei parametri: modul reakcije podloge (k, kN/m3, potreban u proraunima interakcije temelja i tla) , module Ev (1 i 2) iz prvog i drugog ciklusa optereenja te njihov odnos k (vidi dalje).

12

12

Pokus ploom propisan je raznim normama. HRN ne poznaje optereenje i rastereenje kao druge norme (DIN, SN, AFNOR, BS) i to je loe. Potrebno je obaviti oba ciklusa optereenja i na temelju oba modula ocijeniti svojstva tla. Odnos ta dva modula vrlo je indikativan za zbijenost tla.

Budui da je pokus vrlo uobiajen kod nas, i da se esto koristi, opisuje se postupak interpretacije rezultata mjerenja prema DIN normi.

Prema normi DIN 18134:2001-09 interpetacija pokusa je slijedea: - nacrtaj dijagram naprezanja i slijeganja (vidi sliku) - izraunaj module Ev1 i Ev2 kao sekantni modul izmeu 30% i 70% maksimalnog optereenja toka 3.2.

norme - ako je max opter. 0,5 MN/m2 to znai : odredi iz dijagrama slijeganja za

prvo optereenje i ponovljeno optereenje na slijedeim vrijednostima:

0,15 MN/m2 i 0,35 MN/m2

izraunaj za prvo optereenje

15,035,01

20,030075,0ss

EV

= (MN/m2)

izraunaj za ponovljeno optereenje

15,035,02

20,030075,0ss

EV

= (MN/m2)

izraunaj odnos k=Ev2/ EV1 (obino se trai manje od 2,0)

Treba znati da je veliina ploe kojom se ispituje tlo vezana na promjer najveeg zrna (promjer ploe treba biti barem est puta vei od najveeg promjera zrna tla), ali i za debljinu sloja. To znai da e ploe promjera 30, 60 ili 100 cm biti koritene vodei rauna o granulometrijskom sastavu tla koje se ispituje i debljini sloja. Utjecajna dubina ploe je oko 1,5 puta vea od njenog promjera, to takoer treba uzeti u obzir kod ispitivanja i ocjene stanja tla. Ako je tanki sloj gline (npr. 20 cm debljine) postavljen iznad ljunka, onda e i ploa promjera 30 cm biti prevelika za ocjenu samo glinenog sloja (bit e zahvaen i ljunak i time e se pojaviti nerealno dobar rezultat koji se ne smije pripisati glinenom sloju; nasuprot tome ljunak debljine 100 cm ne moe se dobro ispitati ploom od 30 cm jer ona zahvaa samo prvu polovinu visine sloja, pa treba koristiti plou od 60 cm). S druge strane, ploa promjera 30 cm ne moe sluiti za ispitivanje kamenog nasipa zrna veeg od 10 cm, pa tada treba koristiti plou promjera barem 60 cm (bolje 100 cm).

13

13

14

14

KONTROLA ZBIJENOSTI TLA - METODE

VOLUMETAR propisanim nainom iskopa se rupa u tlu, iskopani materijal se spremi u vreicu za laboratorijsku obradu. Volumen iskopanog tla mjeri se utiskivanjem fleksibilne gumene membrane u jamu koja pod tlakom vode koji se regulira potiskivanjem klipa u cilindru iznad jame dobro prione uz stijenke iskopa i zapuni iskopani volumen tla. Promjena nivoa vode u cilindru, potrebna da se zapuni volumen iskopanog tla i koja odgovara volumenu iskopanog tla, oita se na skali rezervara vode. U laboratoriju se izmjeri masa iskopanog tla i vlanost tla, te se jednostavno odredi gustoa tla. Pogodan pokus za mijeane materijale i nekoherentno tlo, gdje se ne moe koristiti cilindar. Ogranien volumen uzorka, do cca 2 l. Potrebna kalibracija u laboratoriju kao kontrola preciznosti ureaja.

KALIBRIRANI PIJESAK iskopana rupa u tlu zapunjava se jednoliko graduiranim pijeskom za kojeg se zna gustoa koju postie u rahlom stanju sipanjem iz posude koja se dri stalno na povrinu hrpe, bez zbijanja (mali pad estica). Iz koliine utroenog pijeska za zapunjavanje rupe i njegove standardne gustoe izrauna se volumen rupe. U laboratoriju se izmjeri masa iskopanog tla i vlanost tla, te se jednostavno odredi gustoa tla. Pogodno za mijeane materijale i i koherentna tla. Nije ograniena veliina uzorka. Potrebna kalibracija u laboratoriju kao kontrola preciznosti. Ovim principom mogu se ispitivati i kameni materijali (npr. zapunjavanje jednolikim krupnijim agregatom). Potrebna kalibracija pijeska u laboratoriju.

CILINDRI vrlo est nain ispitivanja gustoe u koherentnim tlima. Pomou metalnog cilindra poznatih dimenzija (npr. D/H=60 - 80 / 100 mm) , otrog noa na dnu i tankih stijenki, vadi se uzorak tla koji se poslije obrauje u laboratoriju (volumen tla jednak je volumenu cilindra, masa se odredi vaganjem a vlanost suenjem). Utiskivanje se izvodi pomou tapa na ijem je dnu privren cilindar (navoj), i na kojem je uteg kojim se udara cilindar i zabija u tlu. Potrebno je osigurati to manje poremeenje uzorka, tako da se esto iskop cilidra s uzorkom treba obaviti uz pomo lopate. Uzorak se zatiti od gubitka vlage do laboratorija (folije, najlonske vreice) gdje se odredi masa iskopanog tla i vlanost tla, te se jednostavno odredi gustoa tla. Pogodno za koherentna tla. Mogu je izbor dubine ispitivanja, to je pogodno za ocjenu homogenosti tla po dubini. Nije osjetljiv na neravnost tla. Potrebno dugo vrijeme za iskaz rezultata (24 h zbog suenja).

NAPOMENA: navedene kontrole gustoe tla podrazumijevaju mjerenje vlanosti tla u laboratoriju (suenjem uzorka, na 1050C, kroz 24 sata). To znai da se odluka o dovoljnom stupnju zbijenosti tla ne moe donijeti ranije od 24 h od provedbe ispitivanja, to moe usporiti radove. Postoji metoda tzv. BRZI PROCTOR (Rapid Proctor) kojim se bre odreuje utjecaj vlanosti, pa se moe bre donijeti odluka o ispunjenosti uvjeta zbijanja.

15

15

NUKLEARNI DENZIMETAR ureaj kojim se temeljem promjene u intenzitetu zraenja zbog prolaska zraenja kroz tlo moe odrediti gustoa i vlanost tla. Ureaj mjeri gustou tla (na temelju pada zraenja od Cezija 137) i vlanost tla (na temelju usporenja neutrona Americium 210/Berillium- u sudaru s atomima vodika u tlu). Mjerenje se obavlja ili sa povrine (izvor i prijemnik su na povrini terena) ili iz dubine, kada se izvor utiskuje u rupu napravljenu ipkom propisanog promjera (dubina sputanja moe biti 5, 10, 15, 20 ili 25 cm). Postupak je brz, jednostavan, ponovljiv, rezultat je odmah dostupan. Veina ureaja ima ugraeno raunalo sa mogunosti upisa vrijednosti po Proctor-u pa se odmah moe dobiti i vrijednost i stupanj zbijenosti tla. Postupak zahtijeva obueno osoblje i stalnu kontrolu zraenja; ureaj je skup i zahtijeva kalibracije. Pogodan pokus za sve vrste tla, naroito kada se zahtijeva veliki broj ispitivanja, kada pojedinano ispitivanje postaje jeftino a mnotvo rezultata omoguuje dobru statistiku obradu i bolju ocjenu kvalitete izvedenih radova. Preciznost je vezana za nain i kvalitet kalibracije. Ureaj je tvorniki kalibriran na nekoliko materijala, ali je poeljno uvijek obaviti kalibraciju na materijalima koji se ispituju. Usporedna ispitivanja pokazuju dovoljnu pouzdanost u rezultate ovog ispitivanja.

Uestalost ispitivanja gustoe i vlanosti ovisi o poloaju sloja u poprenom presjeku, geometriji presjeka i vrsti materijala, te oekivanim mehanikim svojstvima.

Tablica 5. Uestalost ispitivanja, po m2 izvedeneog sloja

Hrvatska (OTU) Europa Statika ploa 500 - 1000 2000

CBR in situ 2000 1000 DPL (dinamika ploa) 500

Gustoa cilindar, kalibr. Pijesak, volumetar

500 volumetar nekoh. 1000 postelj.koher.

2000

Gustoa-nukl.denzimetar 500 nekoh.mat. 1000 Podobnost materijala 1000 - 2000 3000 9000 m3, ili tjedno

Napomena:

problem ispitivanja gustoe krupnozrnatog materijala (npr. kameni nabaaj) pojavljuje se kod nasutih brana, u zoni kamenog nabaaja na pokosima nasipa. Zrna takvog materijala mogu imati promjer 25 100 cm. Tada se za mjerenje gustoe moe primijeniti metoda sa vodom i membranom: iskopa se velika rupa, tako da masa najveeg zrna ne bude vea od 5% mase iskopanog tla; rupa se obloi nepropusnom prozirnom folijom i ispuni vodom. Volumen vode kojim se zapunjava rupa se mjeri, pa se iz izvagane mase iskopanog materijala i volumena vode odredi gustoa zone kamenog nabaaja. Ovaj postupak moe zahtijevati vie dana rada i nekoliko kamiona za transport iskopanog tla do mostne vage, gdje se mjeri masa tla odbijanjme mae vozila od mase vozila sa tlom.

16

16

MOGUNOSTI IZBORA STROJEVA ZA ZBIJANJE

Izbor stroja za zbijanje vrlo je vaan a uspjeno i efikasno zbijanje tla. vibracijama se lake zbija nekoherentno tlo, ali se i koherentno tlo moe dobro zbijati vibro-jeevima (valjak ima bodlje koje prodiru u tlo i gnjee ga).

Efikasnost odreenog valjka u zbijanju nekog tla moe se ustanoviti prema tablicama proizvoaa valjka. Uvijek se takav podatak mora potvrditi mjerenjem na pokusnoj dionici.

prosjeni uinak stroja tip stroja irina trake

(mm) brzina

kretanja (m/min)

broj prelaza

kompaktirana povrina/h

(m2/h)

debljina sloja (mm)

uinak

(m3/h) napomena

8 t glatki valjak 1800 70 4 1220 150 185 za sva tla, osim vlane gline i jednoliki pijesak

8 t vibrovaljak 2000 37 4 870 300 265 za sva tla 45 t pneumatski valjak 2400 66 3 4000 250 612 za sva tla, naroito dobar za

vlana koherentna tla

valjak-je (bez vibriranja) 3700 270 6 14

32

8200

3500

1530

225

1875

804

350

razliit broj prelaza za gline, pjeskovite gline, pjeskoviti ljunak

13.5 t valjak-mrea (s 80 KS vuen)

1600 135 7 1500 200 300

za sva tla irokog raspona vlanosti

13.5 t valjak-mrea (s 150 KS samopokretan)

1600 270 8 2640 200 536 nije pogodan za jednoliki pijesak i za vlane uvjete

4 t vibrovaljak 1700 40 7 485 225 111 za nekoherentna tla

Moderni valjci za zbijanje imaju na sebi mjerne ureaje koji na temelju vibracija bubnja mogu ocijeniti da li je tlo zbijeno ili ne (na temelju badarenja vibracija bubnja na tlu poznate zbijenosti). Takvim postupkom se moe pri valjanju u stroju (na posebnom pisau / ekranu) utvrditi pozicija dobro ili loe zbijenog tla, ve tjekom valjanja, pa se takav postupak zove NEPREKIDNI POSTUPAK KONTROLE ZBIJENOSTI (CONTINIOUS COMPACTION CONTROL, ili CCC postupak).