null

Univerzitet u Banjoj Luci
Rudarski fakultet Prijedor
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA I TLA
* Deformabilnost stena
* Deformabilnost tla
* Statička i standardna penetracija
Doc. dr Srđan Kostić, dipl.inž.geol.
Prijedor, 17/11/2014
DEFORMABILNOST STENA
Dijagram deformacija u funkciji pritiska
DEFORMABILNOST STENA
Dijagrami deformacije stena u funkciji pritiska i vremena – opterećenje
DEFORMABILNOST STENA
Dijagrami deformacije stena u funkciji pritiska i vremena – rasterećenje
DEFORMABILNOST STENA
Dijagrami deformacije stena u funkciji pritiska i vremena – opterećnje i rasterećenje
DEFORMABILNOST STENA
Stenske mase izloene dugotrajnim optere ćenjima
DEFORMABILNOST STENA
Definicije modula D i E po tzv. Salcburškom dogovoru
DEFORMABILNOST STENA
Definicije modula D i E po tzv. Salcburškom dogovoru
• izrazi za proračun modula glase:
p
D=k
u
p
E=k
ue
p – pritisak na stensku masu (MPa)
u – odgovarajuća deformacija stenske mase (cm)
ue – odgovarajuća povratna deformacija (cm)
k – koeficijent koji zavisi od oblika i veličine opterećene površine i karakteristika
stenske mase
• vrednost modula deformacije D zavisi od intervala pritiska za koji se eli sračunati
• kada se navodi vrednost modula D, uvek mora da se naznači i za koji interval
pritiska vai
DEFORMABILNOST STENA
Definicije modula D i E po Kujundi ću
DEFORMABILNOST STENA
Definicije modula D i E po Kujundi ću
DEFORMABILNOST STENA
Dinamički modul elastičnosti Edyn
E dyn = v
2
l
(
m + 1)(m − 2 )
ρ
m(m − 1)
vl
=
vt
2(m − 1)
m−2
m – Poasonov broj (1/ν),
ρ – gustina stene (kg/m3),
vl - brzina prostiranja longitudinalnih talasa (m/s)
vt - brzina prostiranja transverzalnih talasa (m/s)
• često se u praksi pribegava proračunu Edyn pretpostavljajući vrednost m, odnosno
uzimajući vrednost m iz neke tablice vrednosti Poasonovog broja dobijenih
merenjima, sa odgovarajućim opisima stenskih masa
• izrazi za proračun brzina prostiranja talasa izvedeni su pod pretpostavkom
elastičnosti, homogenosti i izotropije stenske mase
DEFORMABILNOST STENA
Tipovi stenskih masa po parametru deformabilnosti
Čvrsti i kompaktni krečnjaci
DEFORMABILNOST STENA
Tipovi stenskih masa po parametru deformabilnosti
Čvrsti i ispucali krečnjaci
DEFORMABILNOST STENA
Tipovi stenskih masa po parametru deformabilnosti
Škriljci ranih vrsta, preteno glineni škriljci
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Hidraulička raspinjača
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Hidraulička raspinjača
• izrazi za proračun modula deformacije D i modula elastičnosti E glase:
(a) proračun modula iz obodnih deformacija:
(
4F 1 −ν
D=
π 2uo r
2
(
)
4F 1 −ν 2
E=
π 2 u oe r
)
(b) proračun modula iz središnje deformacije:
(
2F 1 −ν 2
D=
π 2uc r
)
(
2F 1 −ν 2
E=
π 2 u ce r
)
F – ukupno opterećenje (MPa), ν – Poasonov koeficijent, r – poluprečnik
opterećenje površine, uo – izmerena ukupna obodna deformacija (cm), uoe –
povratni deo obodne deformacije (cm), uc - deformacija izmerena u centru
opterećene površine (cm), uce – povratni deo deformacije izmerene u centru
opterećene površine (cm)
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Hidraulički jastuk
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Hidraulički jastuk
• povećanje zapremine jastuka izaziva spuštanje nivoa vode u vodokaznoj cevi:
us =
ah
− (∆u v + ∆u b )
2A
us srednja deformacija (cm), h – razlika nivoa vode u vodostajnoj cevi (cm), A - površina
limenog jastuka (cm2), a – površina poprečnog preseka vodokazne i vodostajne cevi
(cm2), Δuv korekacija od stišljivosti vode (cm), Δub – korekcija od stišljivosti betona (cm)
• proračun modula deformacije D i modula elastičnosti E vrši se na osnovu sledećih
izraza:
2
1 −ν
D = 0,54 F
us r
1 −ν 2
E = 0,54 F
ue r
F – ukupno opterećenje (MPa), r – poluprečnik opterećene krune površi (cm), ν –
Poasonov koeficijent, us – ukupna srednja deformacija (cm), ue – povratni deo srednje
deformacije (cm)
• ako se moduli D i E računaju iz obodnih deformacija, primenjuju se sledeći izrazi:
D = 4F
1 −ν 2
π uo r
2
E = 4F
1 −ν 2
π 2 u oe r
uo izmerena ukupna obodna deformacija, a uoe – povratni deo obodne deformacije
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Probna komora
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Probna komora
• deformacije stena, koje nastaju pod izazvanim pritiskom mere se pomoću
specijalnih instrumenata, koji omogućuju registrovanje deformacija na daljini, tj.
izvan probne komore
• vrednosti modula deformacije D i modula elastičnosti E dobijaju se na osnovu
izmerenih promena prečnika probne komore na osnovu sledećih izraza:
pd m + 1
D=
u m
pd m + 1
E=
ue m
p unutrašnji hidrostatički pritisak (MPa), d – prečnik probne komore (cm), u –
ukupna deformacija (promena duine pre čnika probne komore) (cm), ue – povratni
deo deformacije (cm), m – Poasonov broj
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Radijalna presa
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Radijalna presa
• modul deformacije D i modul elastičnosti E sračunavaju se po sledećim izrazima:
pR m + 1
D =ψ
u m
pR m + 1
E =ψ
ue m
p – pritisak na stenu (MPa), u – ukupna deformacija, odnosno promena duine
poluprečnika (cm), ue – povratni deo deformacije (cm), R – poluprečnik krunog
iskopa (cm), m – Posaonov broj, ψ – koeficijent koji zavisi od dimenzija i oblika
opterećene površi
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Sondani dilatometar
STATIČKE METODE ISPITIVANJA DEFORMABILNOSTI STENA
Sondani dilatometar
• na osnovu rezultata dobijenih merenjima za svaki poloaj dilatom etra mogu da se
sračunaju odgovarajuće vrednosti modula deformacije D i modula elastičnosti E, po
sledećim obrascima:
pd m + 1
D=
u m
pd m + 1
E=
ue m
p – pritisak koji se prenosi na stensku masu (MPa), d – prečnik bušotine (cm), u –
ukupna deformacija (promena duine pre čnika bušotine) (cm), ue – povratni deo
deformcije (cm), m Poasonov broj stene koja se ispituje
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenje pomeranja konture prostorije u radijalnom pravcu (konvergencija)
• pod konvergencijom podrazumevamo promenu rastojanja između parova repera
ugrađenih po konturi podzemne prostorije ili po konturi podgradne konstrukcije u
radijalnom pravcu
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenje pomeranja konture prostorije u radijalnom pravcu (konvergencija)
• promena rastojanja između mernih tačaka (repera) moe da se meri mehani čki –
pomoću merne letve ili čelične merne trake, koja mora uvek da bude zategnuta
konstantnom silom ili pomoću laserskog uređaja
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenje pomeranja konture prostorije u radijalnom pravcu (konvergencija)
Merenje promene obima konture prostorije i podgrade
∆O
ε t , sr =
O
ΔO veličina promene konture prostorije ili podgrade, O obim
konture prostorije ili podgrade
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenje promene obima konture prostorije i podgrade
• poligonalni postupak opaanja
• kontinualni postupak opaanja
• pomoću teleskopskih letvi za merenje
promene obima i oblika čeličnog podgradnog
okvira
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenja radijalnih pomeranja do dubini masiva
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenja radijalnih pomeranja do dubini masiva
• pod uslovom da je najudaljenija tačka od konture prostorije dovoljno udaljena, i da se
moe smatrati da je nepokretna, odnosno da poreme ćaji u stenskoj masi nisu do nje
doprli, tada ovakva merenja mogu da poslue za prora čun apsolutnih veličina pomeranja
i proračuna specifične deformacije, za šta moe da se koristi obrazac:
∆l i − ∆l io
εi =
li
dijagam promena specifičnih pomeranja
u okviru jednog višestrukog ekstenzometra
MERENJE VELIČINE POMERANJA KONTURE PROSTORIJE I STENSKE MASE
Merenja radijalnih pomeranja do dubini masiva
DEFORMABILNOST TLA
Stišljivost
• stišljivost je svojstvo tla da smanjuje zapreminu pri povećavanju efektivnih napona
• ovo svojstvo je od posebnog značaja kada se analizira sleganje objekata koji se
oslanjaju na tlo
• proces opadanja pornih pritisaka, povećavanja efektivnih napona i smanjenja
zapremine tla naziva se konsolidacija, kada se naponi pornih pritisaka prenose na
skelet tla
• sleganja nastalo usled promene zapremine tla naziva se konsolidacionim
sleganjem i moe da bude relativno veliko kod objekata na mekim i stišl jivim
glinama
DEFORMABILNOST TLA
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
DEFORMABILNOST TLA
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
DEFORMABILNOST TLA
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
• ako se pretpostavi da se uzorak tla ponaša kao idelano elastičan materijal pri
delovanju efektivnih napona, iz uslova da su bočne deformacije sprečene imamo:
(
)
1 '
ε r = [σ r − ν σ r' + σ z' ] = 0
E
ν
'
odakle se dobija da je radijalni napon:
σr =
σ z' = K 0σ z'
1 −ν
• ako je ν=1/3 dobija se da je K0=0,5, što znači da su horizontalni naponi oko 50%
vertikalnog napona
• s obzirom na to da su pravcu x, y i z istovremeno i pravci glavnih napona, vai i da
je:
σ r' = σ z'
i σ 2' = σ 3' = σ x' = σ y' = K 0σ 1'
'
'
'
σ
σ
σ
σ
y
K0 =
= ' = r' = h'
σ
σz σz σv
'
x
'
z
DEFORMABILNOST TLA
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
• koeficijent bočnog pritiska realnog tla zavisi od prirode tla i prethodne istorije
opterećenja koja moe da se opiše stepenom prekonsolidacije OCR
• za normalno konsolidovana tla eksperimentalna ispitivanja su pokazala da su sa
dovoljnom tačnošću rezultati saglasni sa empirijskim izrazom (Jaky, 1944):
K0,NC=1-sinφ'
gde je φ' ugao smičuće otpornosti tla za efektivne napone
• karakteristične vrednosti koeficijenta pritiska tla
u stanju mirovanja za tipične normalno
konsolidovane šljunkove i peskove su u
granicama K0=0,4-0,5, a za prašine i gline
K0=0,5 – 0,7
DEFORMABILNOST TLA
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
K 0 = K 0, NC (OCR )
sin ϕ '
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
• za određeni interval napona moe da se definiše tangentni, odnosno sekantni modul
stišljivosti kao:
'
Mv =
∆σ z
∆ε z
• ako je neopterećen uzorak tla u edometru imao početnu visinu h0 i pri stepenici
opterećenja i smanjio visinu za Δhi, specifična deformacija je:
∆hi − ∆hi −1
∆ε z =
h0 − ∆hi
• priraštaj zapreminske deformacije, uz pretpostavku da su deformacije male, i da se tlo
ponaša kao elastičan materijal, određuje se kao (iz teorije elastičnosti-kontinuuma):
∆ε z = ∆ ε 1 + ∆ ε 2 + ∆ε 3 =
1 − 2ν s
(∆σ 1 + ∆σ 2 + ∆σ 3 )
Es
• veličine komponentalnih napona, pod pretpostavkom da se tlo ponaša kao elastičan
materijal, u edometarskim uslovima su (iz teorije elastičnosti-kontinuuma):
∆σ = ∆ σ
'
1
'
z
ν'
i ∆σ = ∆ σ =
∆σ 1'
1 −ν '
'
2
'
3
(
1 − 2ν ')(1 + ν ') ∆σ z'
∆ε z =
1 −ν '
∆σ z'
= ∆ε z =
E'
Mv
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
Mv =
1 −ν '
E'
(1 − 2ν ')(1 + ν ')
• treba imati u vidu da za ν=1/2, dobijamo beskonačnu veličinu modula stišljivosti za
svaku pozitivnu vrednost modula elastičnosti, što znači da se za ovu vrednost
Poasonovog koeficijenta materijal ponaša kao potpuno nestišljiv, tj. da ne menja
zapreminu pri promeni napona
• u primeni rešenja teorije elastičnosti se najčešće koristi pretpostavka da je veličina
ν=0,5 u proračunima trenutnih sleganja, koja nastaju kao posledica čisto
distorzijskih deformacija istovremeno sa nanošenjem priraštaja napona, ali se tada
koristi i odgovarajući ekvivalentni modul Eu za nedrenirane uslove
• u dreniranim uslovima Poasonov koeficijent zavisi od vrste tla i putanje napona; u
nedostatku specijalnih ispitivanja obično se za krupnozrno tlo usvaja ν'=0,15-0,35, a
za sitnozrna tla ν'=0,2-0,4
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
• često se koristi i koeficijent zapreminske stišljivosti mv, koji se definiše kao:
∆ εz
1
mv =
, odnosno mv =
'
Mv
∆σ z
• ako se definicija sekantnog modula izrazi u infinitezimalnom obliku kada Δσz' tei
nuli, dobija se tangentni modul stišljivosti u obliku funkcije:
( )
Mt σ
'
z
dσ z' ∆σ z'
=
≈
dε z
∆ε z
• veličina priraštaja deformacije Δεz usled priraštaja napona Δσz' za početnu veličinu
napona p0 je:
'
'
'
'
M
σ
=
M
+
k
σ
t z
0
z
p 0 + ∆σ z
'
∆ε z =
∫
p 0'
dσ z
( )
M t σ z'
( )
(
1  M 0 + k p0' + ∆σ z'
∆ε z = ln 
k 
M 0 + kp0'
)

Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
• Janbu (1967) je pokazao da se tangentni modul moe da opiše slede ćom
empirijskom jednačinom:
 σ z'
M t = mp a 
 pa





(1− a )
m modulni broj
pa referentni napon u veličini od 100kPa
a je naponski eksponent
a
a
 '
' 
'  

1  p0 + ∆σ z   p0  
εz =
ln
−
za a ≠ 0




ma 
pa
pa  




1  p0' + ∆σ z' 
ε z = ln
za a = 0
'

m 
p0

• ove karakteristične vrednosti mogu da
se koriste za preliminarnu ocenu
stišljivosti, dok se za konkrente slučajeve
parametri mogu da odrede opitima i/ili
analizama
merenih
sleganja
na
izgrađenim objektima
Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
• ako je odnos promene visine uzorka i početne visine priblino prava linija u polulogaritamskom dijagramu, onda koristimo tzv. Tercagijevu ,,konstantnu stišljivosti'':
 p0' + ∆σ z'
ln

p0'

C=
∆ε z




tako da je specifična deformacija:
• dijagram promene poroznosti
1  p0' + ∆σ z'
∆ε z = ln
C 
p0'




Edometarski opit – opit stišljivosti ili konsolidacije
Pokazatelji stišljivosti iz edometarskih ispitivanja
• nagib prave AB je koeficijent stišljivosti av:
av =
∆e
∆σ z'
= (1 + e0 )
∆εz
∆σ z'
= (1 + e0 )mv
• podrazumeva se da koeficijent stišljivosti av zavisi od početnog napona i veličine
priraštaja napona, a kao konstanta moe da se koristi kao aproksimacija r ealne
nelinearne zavisnosti koeficijenta poroznosti od napona
• naglasimo da su rastresiti peskovi stišljiviji od zbijenih i da su gline znatno stišljivije od
peska ili šljunka
• stišljivost glina je posebno osetljiva na prethodnu istoriju napona
NORMALNO KONSOLIDOVANE I PREKONSOLIDOVANE GLINE
• kae se da je tlo normalno konsolidovano ako od svog nastanka u prošlosti do
vremena kada ga posmatramo nije bilo izloeno ve ćem vertikalnom naponu p0' kome je
sada izloen
• element tla je prekonsolidovan ako je u svojoj prošlosti bio opterećen vertikalnim
naponom pc', naponom prekonsolidacije, koji je veći od sadašnje veličine vertikalnog
efektivnog napona p0‘
NORMALNO KONSOLIDOVANE I PREKONSOLIDOVANE GLINE
• stepen prekonsolidacije se definiše kao:
OCR=pc'/p0'
za normalno konsolidovano tlo, pc'=p0', tj. OCR=1, a za prekonsolidovano tlo pc'>p0',
tj. OCR > 1
• određivanje napona prekonsolidacije po metodi Kasagrandea
KONSOLIDACIJA
• proces postepenog smanjivanja zapremine, opadanja veličine pornog nadpritiska i
povećanja efektivnih napona naziva se procesom konsolidacije
KONSOLIDACIJA
• sloj tla na koji je nanet priraštaj vertikalnih napona Δp na velikoj površini, tako da
je promena napona po visini sloja konstantna
• priraštaj napona jednak je nanetom opterećenju, deformacije su samo vertikalne,
a i proces filtracije se odvija isključivo u pravcu upravnom na sloj, i to naviše, jer je
na donjoj konturi sloja pretpostavljena vodonepropusna kontura
KONSOLIDACIJA
• po Darsiju, hidraulički gradijent je –dh/dz, porni pritisak je u=γwh, tako da je brzina
filtracije:
dh
k ∂u
v = k × i = −k
=−
dz
γ w ∂z
• Darsijev zakon za homogeno anizotropno tlo moe da se napi še u sledećem obliku:
q x = k x i x dydz q x + dq x = k x (i x + di x )dydz
q y = k y i y dxdz q y + dq y = ky i y + di y dxdz
(
)
q z = k z i z dxdy q z + dq z = k z (i z + di z )dxdy
• ako zapremina pora u elementu tla ostaje
konstantna i ako se pretpostavi da je voda
nestišljiva, tada ukupni dotok vode u element tla
mora da bude jednak količini vode koja iz
elementa istekne:
(
)
q x + q y + q z = (q x + dq x ) + q y + dq y + (q z + dq z )
k x i x dydz + k y i y dxdz + k z i z dxdy = 0
KONSOLIDACIJA
i x = ∂h / ∂x, i y = ∂h / ∂y, i z = ∂h / ∂z,
di x =
∂ 2h
∂ 2h
∂ 2h
dx, di y =
dy , di z =
dz
∂x 2
∂y 2
∂z 2
2
2 
 ∂ 2h
∂
h
∂
h
kx
+ ky
+ kz
dxdydz = 0
2
2
 ∂x 2
∂
y
∂
z


2
2 
 ∂ 2h
dε v
∂
h
∂
h
kx
+ ky
+ kz
dxdydz =
2
2
 ∂x 2
dt
∂
y
∂
z


diferencijalna jednačina
filtracije
diferencijalna jednačina
konsolidacije
KONSOLIDACIJA
• za specijalan slučaj jednodimenzionog kretanja vode, jednačina kontinuiteta moe
da se napiše u obliku:
dε v
−
=
γ w ∂z 2
dt
k ∂ 2u
• gradijent promene zapremine moe da se izrazi i preko gradijenta e fektivnog
normalnog napona:
dε v
∂σ '
= mv
dt
∂t
dε v
∂u
= −mv
dt
∂t
∂u
k ∂ 2u
mv
=
∂t γ w ∂z 2
cv =
k
mv γ w
=
∂u
k ∂ 2u
∂ 2u
=
= cv
2
∂t mv γ w ∂z
∂z 2
kM v
γw
cv koeficijent konsolidacije
• ako se pretpostavi da su za dati interval napona pokazatelji stišljivosti mv ili Mv, i
koeficijent filtracije k konstante, sledi da je i koeficijent konsolidacije cv konstanta, pa
diferencijalna jednačina jednodimenzione konsolidacije glasi:
∂u
∂ 2u
= cv
∂t
∂z 2
KONSOLIDACIJA
• rešenje diferencijalne jednačine u=u(z,t) opisuje raspodelu veličine pornog natpritiska po
visini sloja u vremenu:
∞
Nz  (− N 2 Tv )
 2u i
u (t , z ) = ∑ 
sin
e

N
H
n=0 
ui početna veličina pornog pritiska i konstanta, tj. ui=Δp, n je ceo broj, N=π(2n+1)/2, Tv je
vremenski faktor, broj bez dimenzija, Tv = cvt / H2
• prethodni Izraz za fiksirano vreme t,
odnosno vremenski faktor Tv, opisuje
zavisnot pornog pritiska od z, odnosno
raspored
pornih
natpritisaka
iznad
hidrostatičke veličine po debljini sloja krivom
koja se naziva izohrona
• prosečni stepen konsolidacije U=U(t)=U(Tv)
moe da se dobije integrisanjem, a kona čan
rezultat je prikazan dijagramom i tabelom
karakterističnih vrednosti
KONSOLIDACIJA
• razvoj sleganja u vremenu s(t) sloja debljine D, za konstantnu vrednost koeficijenta
zapreminske stišljivosti mv, ili modula stišljivosti Mv je:
∆σ z'
s(t ) = scU (t ) =
DU (Tv )
Mv
gde je sc konsolidaciono sleganje sloja pri
potpunoj
disipaciji
pornih
pritisaka
generisanih nanetim opterećenjem
• stepen konsolidacije U(Tv) asimptotski tei
jedinici kada vreme tei beskona čnosti, Za
praktične potrebe obično se uzima da je do
potpune konsolidacije došlo kada je Tv > 3
• vremenski faktor se, u zavisnosti od nivoa
prosečnog stepena konsolidacije, moe da
izračuna iz sledećih priblinih izraza:
za U < 0,6, tj. U < 60%, Tv = (π / 4) U2
za U ≥ 0,6, tj. U > 60%, Tv = -0,9332log(1U)-0,0851
KONSOLIDACIJA
Određivanje koeficijenta konsolidacije cv
Metoda kvadratnog korena (Metoda Tejlora)
H2
cv = 0,848
t90
KONSOLIDACIJA
Određivanje koeficijenta konsolidacije cv
Logaritamska metoda (metoda Kasagrandea)
H2
cv = 0,197
t 50
KONSOLIDACIJA
Određivanje koeficijenta konsolidacije cv
• koeficijent konsolidacije moe da se razlikuje za isti uzorak, tako što se do bijaju
različite vrednosti za pojedine stepenice opterećenja; sa povećavanjem nivoa normalnih
napona smanjuje se koeficijent filtracije k, a povećava modul stišljivosti Mv
• za izvesni početni napon i priraštaj, cv zavisi i od prethodne istorije napona, tako da je
najmanji za područje normalne konsolidacije, a veći u slučaju prekonsolidovanog tla pri
ponovnom opterećenju ili rasterećenju
Granica tečenja
LL=30%
LL=60%
Primarna kompresija
cv = 5 x 10-3cm2/s
cv = 1 x 10-3cm2/s
Rekompresija i rasterećenje
cv = 4 x 10-3cm2/s
cv = 3 x 10-3cm2/s
METODE STATIČKE I STANDARDNE PENETRACIJE
• penetracija predstavlja terenski metod izučavanja fizičko-mehaničkih svojstava (zbijenost,
konsistencija, deformabilnost) slabo vezanih i nevezanih stenskih masa (tla)
• na osnovu penetracije, preko empirijskih obrazaca, mogu se odrediti nosivost i stišljivost tla
• prema načinu izvođenja razlikuju se statička i dinamička penetracija; pri statičkoj penetraciji
konus se utiskuje u tlo, a pri dinamičkoj penetraciji konus se nabija u tlo do određene dubine
OPIT STATIČKE PENETRACIJE (CPT OPIT)
• sastoji se u neprekidnom i ravnomernom utiskivanju konusnog vrha penetrometra u tlo,
brzinom od 2 cm/s, silom koju izaziva hidraulička presa, pri čemu se istovremeno meri dubina
utiskivanja i otpor tla utiskivanju konusa
• uređaj za izvođenje opita se sastoji od sonde - penetrometra, hidrauličkog sistema za
utiskivanje i izvlačenje sonde i mernog sistema za merenje otpora konusa, ukupnog otpora,
bočnog trenja i pornog pritiska
• rezultati opita se prikazuju grafički u vidu dva dijagrama:
• dijagram otpora vrha konusa penetrometra (Ckd = qc), izraenog u MPa
• dijagram otpora trenja po omotaču cevi (L), izraen u kN
• uz ove dijagrame obavezno se nanosi profil terena koji je dobijen kartiranjem jezgra istranog
bušenja
OPIT STATIČKE PENETRACIJE
0
0,0
2
4
6
8
10
12
14
Ckd (MPa)
0,0
2,0
Насип
Ckd (oтпор врха шиљка)
L
(oтпор омотача конуса)
4,0
5,0
Прашинастопесковита глина
8,0
6,0
8,0
Песак
10,0
11,5
12,0
Органогени
кречњак
14,0
15,0
0,0
10
20
30
40
50
60
70
L (kN)
OPIT STATIČKE PENETRACIJE
• statička penetracija koristi se za ispitivanje
nevezanih (peskovito-šljunkovitih) i vezanih
(glinovitih) stenskih masa radi:
• pogušćavanja podataka o geološkoj građi
terena između istranih radova
• utvrđivanja dubine, prostornog poloaja i
granica slojeva i proslojaka
• utvrđivanja dubine povlate osnovnih - čvrstih
stenskih masa
• određivanja
debljine
sedimenata u močvarama
organogenih
• određivanja
orijentacionih
kvantitativnih
pokazatelja u prirodnom stanju: zbijenosti
nevezanih i konsistencije glinovitih stena,
modula deformacije, ugla unutrašnjeg trenja i
dr.
• određivanja nosivosti tla prilikom fundiranja
• ocene kvaliteta zbijenosti nasipa
OPIT STATIČKE PENETRACIJE
Отпор врха конуса qc (MPa)
60
ПЕСАК
40
Јако
збијен
20
ШЉ
УНА
К
Прашина и
песак мешавина
Збијен
10
8,0
Средње
збијен
6,0
Песковита и
прашинаста
глина
Глиновит
песак и
прашина
4,0
Неорганска
Растресит
глина, компактна
и неосетљива
Врло тврда
2,0
Веома
растресит
Тврда
1,0
0,8
Чврста
0,6
Органска
глина
Мека
0,4
и мешана тла
Веома мека
0,2
0
1
2
3
4
5
6
7
Однос трења Rf = (fs/qc) ⋅ 100%
vrste i stanja tla na osnovu podataka opita statičke penetracije
OPIT STANDARDNE (DINAMIČKE) PENETRACIJE (SPT OPIT)
• sastoji se u nabijanju u tlo cilindra ili konusa (u zavisnosti od vrste stenskih masa)
ravnomernim udarcima malja određene teine i visine pada, pri čemu se istovremeno
meri dubina nabijanja cilindra i vrši brojanje udara malja neophodnih za nabijanje cilindra
na datu dubinu
c
Broj udara malja na 30 cm utiskivanja konusa
a
b
0
1
Glava
2
Glinovito
3
тло
4
5
Glina
6
Cev
7
НПВ
8
9
Pesak
Papuča
Šljunkovit pesak
Konus
10
Дуб
ина
(m)
11
12
13
10
20
30
40
50
60
70
80
OPIT STANDARDNE (DINAMIČKE) PENETRACIJE
relativna zbijenost i konzistencija tla (Terzaghi and Peck, 1968; Sanglerat, 1971)
Relativna zbijenost peska i SPT vrednosti i odnos prema statičkoj otpornosti vrha
konusa (qc) i ugla unutrašnjeg trenja
Relativna zbijenost
Statička
Ugao
SPT
otpornost vrha unutrašnjeg
Stanje
(N)
(ID)
zbijenosti
konusa (qc)
trenja (°)
4
0,2
vrlo rastresit
<2
< 30
4-10
0,2-0,4
Rastresit
2-4
30-35
10-30
0,4-0,6
srednje zbijen 4-12
35-40
30-50
0,6-0,8
Zbijen
12-20
40-45
50
0.8-1,0
>20
> 45
vrlo zbijen
N-vrednosti, konzistencija i jednoaksijalna čvrstoća na pritisak koherentnih tla
Jednoaksijalna
(N)
Stanje konsistencije
čvrstoća
(kN/m2)
<2
veoma mekano
< 20
2-4
Mekano
20-40
5-8
Čvrsto
40-75
9-15
Tvrdo
75-150
16-30
veoma tvrdo
150-300
> 30
ilavo
> 300
OPIT STANDARDNE (DINAMIČKE) PENETRACIJE
• penetracija je perspektivan metod za preliminarnu ocenu svojstava tla u podlozi
objekata
• njena osnovna prednost je velika efikasnost i kontinualnost u određivanju svojstava tla
• prednost primene opita penetracije sastoji se u tome što se relativno brzo izvodi i što je
nekoliko puta jeftinija od istranog bušenja
• u poređenju sa istranim bušenjem, vreme izvo đenja penetracije je do deset puta
kraće, a cena je nia od četiri do šest puta
• međutim, moramo imati u vidu da se penetracija ne moe izvoditi na dubin ama većim
od 20 m
• prema jugoslovenskim iskustvima, statička penetracija omogućava pouzdanije
prognoze geomehaničkih svojstava tla od dinamičke penetracije

Download Report