UNIVERZITET U SARAJEVU

GRADJEVINSKI FAKULTET

Prof.dr.Nenad GRUBI dipl.ing.gra

MEHANIKA TLA I STIJENA

-dodiplomski studij-Dio 1 (poglavlja 1 do 6)

1. POVIJESNI RAZVOJ MEHANIKE TLA I STIJENA

Pred vie desetaka tisua godina ljudi neolita gradili su zemljane gradjevine u obliku zemljanih humaka

U movarnim podrujima ljudi su gradili nastambe na pilotima tzv. sojenice

Kasnija razvijenija drutva - robovlasnika organizirani grandiozni radovi - piramida u starom Egiptu. U Egiptu graditelji su odabrali solidno tlo kao podlogu.

stari su graditelji uglavnom bili slabi poznavatelji tehnika temeljenja

Gradjevinska praksa se sve do modernih vremena osnivala na empirijskom pristupu pri rjeavanju problema fundiranja (temeljenja).

ljudi nisu u ta rana vremena uspijevali povezati uzrok i posljedicu

U srednjem vijeku temelji nisu ak shvaeni kao zasebni dio konstrukcije.

Standardni pristup je bio da se iskopa rov dubine jedan do dva metra neto vee irine nego nosivi zid. Ukoliko se pregledom dna iskopa ocijenilo da tlo moda nije dovoljno nosivo zabijani su drveni piloti kako bi temeljenje bilo sigurnije.

Smatra se da je osamnaesto stoljee period vremena u kome se rodilo konstruktivno ininjerstvo u modernom smislu.

Francuski fiziar Coulomb je postavio prvi jasan koncept prorauna pritiska tla

19-to stoljee Francuska: Poncelet, Poisson, Darcy i Bousinesq Engleska: Rankine Njemaka: Rebhan, Mller-Breslau i Zimmerman krajem 19-tog stoljea bile poznate mnoge ideje

mehanike tla, koje su naalost bile razbacane po biljekama autora, pojedinim publikacijama, arhivama izvodjaa

vedske eljeznice su 1912.g. osnovale struno tijelo sa zadatkom da istrai brojna klizita

vedski znanstvenik Atterberg ispitivao je konzistenciju razliitih tala te predloio novi sistem klasifikacije materijala tla

Rodjenje mehanike tla kao znanstvene discipline u dananjem obliku vezana je uz pojavu Karla v. Terzaghi-a (1883 do 1963),

1920 g. Josef Stini je zapoeo predavati predmetTehnika geologija na Bekom Univerzitetu. Daljnjem razvoju mehanike stijena znaajno je doprinjeo Leopold Mller.

Znaaj razvoja obaju disciplina demonstriran je primjerom katastrofe kod brane Vajont Slika 1.

Godine 1936 odrana je prva International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) u Cambridge, USA. Konferencije se i danas odravaju redovno svake 4 godine.

Brana Vajont za vrijeme punjenja akumulacijeMount Toc sa nestabilnim pokosom (bijeli oiljak

iznad vodne linije)

Grad Langarone prije nesree u listopadu/oktobru 1963

Ostaci Langaronea nakon poplave, koju je izazvalo

prelijevanje vode preko brane

Nesrea kod brane Vajont. 240 miliona m3 stijene sruilo se u rezervoar; klizna masa preletila je do suprotne obale i uzdigla se 260 m iznad nivoa jezera. Time je klizna masa izazvala vodni val vii od 100 m. ak 2 km nizvodno val je jo uvijek imao visinu preko 80 m. Vodni val je zbrisao je grad Longarone i ubio priblino 2000 ljudi

2.MEHANIKA TLA I STIJENA U ININJERSKOJ PRAKSI

Mehanika tla je znanstvena disciplina koja istrauje tlo kao sredinu sa specifinim svojstvima i kao takva dio je ope mehanike kontinuuma.

materijali se prouavaju kao linearno elastini / plastini sistemi, odnosno trai se ovisnost izmedju deformacija i naprezanja u vremenu, to se definira odredjenim idealizacijama koje nazivamo konstitutivnim modelom (zakonom) ili modelom ponaanja materijala.

Najjednostavniji oblik takovog odnosa ili zakona je Hookov izraz za elastino izduenje tapa.

Kako je materijal tla znatno kompleksniji materijal nego napr. beton ili elik, mehanika tla prouava i neke pojave specifine za tlo: konsolidacija tla, filtracija (teenje) vode kroz tlo, trenje medju esticama, specifini odnosi izmedju naprezanja (napona) i

deformacija.

Pri prouavanju ponaanja tla sluimo se: teoretskim istraivanjima (teoretska

mehanika tla), eksperimantalnim istraivanjima, prouavanjem ponaanja izvedenih

objekata.Mehanika tle i mehanika stijena se u

mnogim podrujima svoje prakse slue slinim ili istim metodama .

Glavni problemi mehanike tla

Glavni problemi kojima se bavi moderna mehanika tla su slijedei: Nosivost i slijeganje plitkih temelja, Temeljenja na pilotima (ipovima), Stabilnost kosina(*), Pritisci tla, Zemljani radovi zbijanje materijala tla, Velike gradjevne jame (*), Ponaanje i stabilnost tla pod dinamikim

optereenjima. Primjedba: Oznaka (*) znai da se ovi problemi ne

mogu prouavati bez poznavanja problema teenja vode u tlu!

Glavni problemi mehanike stijenaGlavni problemi kojima se bavi moderna

mehanika stijena su slijedei: Temeljenja na stijeni, Stabilnost stijenskih pokosa, Pritisci u stijenskom masivu kao i na

podgrade podzemnih prostorija.

3. TLO I STIJENA Tlo

U tehnikom smislu termin tlo se primjenjuje na najgornji dio zemljine kore.

Uloga tla A. Tlo je temelj gradjevinama i medij u kome se gradiSve gradjevinske konstrukcije su poduprte tim slojem ili

se nalaze u tom sloju. Dakle tlo svojim ponaanjem (deformacije, nosivost) direktno utjee na ponaanje gradjevinske konstrukcije (upotrebljivost, trajnost).

B. Tlo je graevinski materijalTlo se koristi kao graevinski materijal u zemljanim

radovima (nasute brane, nasipi prometnica itd.).

Definicija tlaU najveem broju sluajeva najgornji dio

zemljine kore se sastoji od sedimenata tj. depozita tvorenih od produkata raspada solidnih (intaktnih) stijena. Takav medij moe se na neki nain smatrati disperznim, tj. tlo se sastoji od odvojenih vrstih estica, koje nisu vezane ili su vezane na takav nain da je vrstoa veze izmedju estica mnogo puta manja nego vrstoa materijala samih estica. Tlo je trokomponentni materijal tj. vrste estice voda plinovi.

StijenaStijena za razliku od tla, koje je po naravi

disperzno, predstavlja masivnu sredinu. Osobina stijenskog masiva je pojava diskontinuiteta rasjeda, pukotina i slino. Stijenski masiv se standardno tretira kao diskotinuum. Inenjerska svojstva stijenskog masiva su u najveoj mjeri odredjena upravo pojavom, uestalou i karakterom diskontinuiteta.

Troenje Transport

Skrutnjava-nje

Topljenje

Metamorfoza

Kompakcija CementacijKristalizacija

Magma

Magmatske stijene

Sedimenti

Sedimentne stijene

Metamorfne stijene

Krug stijena-tlo-stijena u zemljinoj kori i postanak tla

Magmatske stijene Magmatske stijene nastaju skrutnjavanjem

magme, koja je izbaena iz dubine na povrinu zemlje. Magma je obino izbaena na povrinu (ekstruzija) ili u zonu blizu povrine (intruzija) kroz pukotinu u tlu ili vulkansko grotlo.

Tipovi stijena koji nastaju ohlaivanjem izbaene magme ovise o dva glavna faktora, i to:

sastav magme, brzina hladjenja magme.

Ime stijene Pojavnost Teksturagranit intruzivna grubagabro intruzivna grubabasalt ekstruzivna finadiorit intruzivna gruba

Troenje je proces razbijanja odnosno mijenjanja osnovne

stijene mehanikim ili kemijskimprocesom

Mehaniki proces troenja je proces kojim se veliki blokovi

stijene razbijaju u male komadie / estice ali bez promjene kemijskog

sastava

Procesi mehanikog troenja su kako slijedi: drobljenje stijene tijekom tektonskih pokreta u

rasjedima i slino, promjene temperature uslijed kojih dolazi do

volumenskih promjena mase, to dovodi do otvaranja pukotina,

smrzavanje vode u pukotinama stijene (pazi voda pri smrzavanju poveava volumen),

pomicanje ledenjaka, vjetar, vode tekuice (potoci, rijeke), oceanski valovi.

Tipini produkti mehanikog troenja magmatske stijene su morene, ljunak, pijesak i prah.

Kemijski proces troenja nastaje kada se originalni stijenski minerali kemijskom reakcijom transformiraju u nove minerale.

Jedan od takovih mehanizama je slijedei: izgaranjem organskih materija (napr. veliki

umski poari) stvara se ugljini dioksid (CO2), reakcijom vodene pare (H2O) i ugljinog dioksida

nastaje ugljina kiselina, tada reakcijom izmedju minerala magmatske

stijene i ugljine kiseline nastaju novi minerali. druge mogunosti su djelovanje otopljenih soli u

podzemnoj vodi kao i djelovanje organskih kiselina nastalih raspadom organskih materija.

Tipini produkti ove vrste raspada su minerali glina.

Transport produkata troenja stijeneProdukti raspada stijene mogu ostati na

mjestu raspada ili biti preneseni medijima kao to su led, voda, vjetar i gravitacija.

Tla koja ostaju na mjestu raspada stijene zovu se rezidualna tla. Karakteristino je za ta tla da najfinije estice nalazimo na povrini dok sa dubinom raste veliina estica dok u velikoj dubini ne dosegnemo raspucalu stijenu.

Transportirana tla klasificiramo u nekoliko grupa ovisno o nainu transporta i deponiranja:

Glacialna tla formirana transportom i depozitom gleerom (ledenjakom),

Aluvialna tla transportirana vodom tekuicom i deponirana uzdu vodotoka,

Jezerski sedimenti formirani u mirnim jezerima,

Maritimna tla formirana depozicijom u moru, Eolska tla transportirana i deponirana vjetrom, Koluvijalna tla tla transportirana gravitacijom

kao to se to deava kod velikih klizita.

Sedimentne stijene Sedimentne stijene nastale cementacijom Depoziti (naslage) ljunka, pijeska, silta i gline

mogu biti kompaktirani pod djelovanjem nadsloja i cementirani tvarima poput eljeznog oksida, kalcita, dolomita i kvarca. Cementirajue tvari se nalaze kao otopine u podzemnoj vodi, koja se filtrira kroz tlo. Te tvari tijekom vremena zapune pore tla i pretvaraju ga u sedimentnu stijenu. Tipine stijene koje nastaju ovim procesom su konglomerat, breccia, pjear itd.

Sedimentne stijene nastale kemijskim procesomStijene poput vapnenca (krenjak), krede, dolomita, gipsa i anhidrita pripadaju u grupu kemijskih sedimentnih stijena. Vapnenac je dodue nastao kombiniranim procesom iz kalcitnih depozita stvorenih od ivih organizama i anorganskim procesom.

Metamorfne stijeneMetamorfizam je proces mijenjanja sastava i teksture stijene, bez otapanja, a pod djelovanjem topline i pritiska. Tijekom metamorfizma stvaraju se novi minerali a mineralna zrnca se transformiraju u listiavu teksturu. Kao primjer moemo navest mramor koji nastaje rekristalizacijom iz vapnenca i dolomita.

Nastavak Kruga

Tektonskim procesima u zemljanoj kori dio stijena ponire u velike dubine gdje bude rastopljen i prelazi u magmu.

4. VRSTE TLA, OSOBINE, KLASIFIKACIONI

SISTEMI I SIMBOLI

Tla dijelimo na:

- sitnozrna tla (gline, prahovi)

- krupnozrna tla (ljunak i pijesak).

4.1. Zapreminski odnosi

Tlo je medij sastavljen od estica raznog oblika i veliine, koje ne ispunjavaju u cijelosti volumen tla. Postoje medjuprostori, koje nazivamo pore. Pore mogu biti ispunjene samo vodom, samo plinom (gasom) ili kombinacijom plina i vode.

U sluaju kada su pore: potpuno ispunjene vodom tlo je zasieno

ili saturirano. ispunjene samo plinom (zrakom) tlo je

suho. ispunjene kombinacijom plin i voda tlo je

vlano.

Idealizirani model jedininog volumena tla

PLIN -Vg

VODAVw

VRSTE ESTICEVs

Vv = volumen pora (engl. voids)Vg = volumen ispunjen plinom (engl. gas)Vw= volumen ispunjen vodom (engl. water)Vs= volumen vrstih estica tlaGw = teina vode u uzorkuGs = teina estica tla , vrste faze, u uzorkuG = ukupna teina uzorka

s = specifina teina vrste faze (estica tla), tj. teina jedininog volumena ispunjenig vrstim esticama bez pora

Karakteristini parametri:

Koeficijent porae= Vv/Vs = (V-Vs) / Vs

uvrstimo li Vs = Gs / s,

Porozitet: n = Vv / V = ( V- Vs ) / Vn = 1 Vs / V

1

s

s

G

Ve

Odnos izmedju dva koeficijenta poroznosti:

e = n / ( 1- n ) n = e / (1 + e)

Stupanj zasienosti ili saturacije: S = Vw / Vv

wss

sw

s

ssw

w

s

sw

w

GV

GGV

GG

V

GS

)(

11

vlana zapreminska teina = G / V vlanost w = Gw / Gs suha zapreminska teina d= Gs / V relacija izmedju suhe i vlane zapreminske

teine = G / V = (Gs + Gw) / V = (Gs (1 + w/Gs)) / V

= d (1 + w)

odnosno d= / (1 + w)

Specifina teina Za materijale tla koji uobiajeno dolaze u

praksi ta teina kree se u vrlo uskim granicama i to od 26 do 28 kN/m3 . Stoga se specifina teina tla kod rutinskih ispitivanja ne provodi. U sluaju znaajnije koliine organskih materijala u tlu specifina teina moe biti manja od 26 kN/m3

Zapreminska teina

Danas se u praksi koriste: metoda sa cilindrom poznatog volumena

(primjenjivo za koherentne materijale napr. glina),

metoda pomou kalibriranog pijeska, metoda pomou vode u plastinom omotu ili

balonu, metoda nuklearnog denzitometra, koji radi na

bazi korelacija prema prolasku nuklearnog zraenja kroz tlo, te daje zapreminsku teinu i vlanost.

Danas se u principu kod svih veih zemljnih radova koristi nuklearni denzitometar, koji je vrlo pouzdan i rezultati se dobivaju trenutno.

Vlanost Sadraj vlage u uzorku odredjuje se iz

teine vlanog i prosuenog istog uzorka

Odredjivanje granulometrijskog sastava

Kompozicija tla tj. sastav od estica razne veliine i oblika ima znaajan utjecaj na ponaanje tla

Vano razlikovati krupne i fine (sitne) estice tla .

regulativa u zemljama nastalim iz bive Jugoslavije: Df = 0.06 mm

US standardna sita (sito No.200) Df = 0.075 mm.

Odredjivanje granulometrijskog sastava tla vri se na dva naina:

Sijanjem za veliine zrna vee od Df, Hidrometarskom analizom

(areometriranje) za estice manje od Df

Sita za suho sijanje uzorka tla

Izgled laboratorijskih sita za suho sijanje

Sijanje - Postupak: osueni uzorak stavi na najkrupnije (najgornje) sito

te ukljui vibrator, odredi (izvai) masu (teinu) tla koje je ostalo na

pojedinom situ ( tj. M1, M2,.., Mi), Odredi totalnu masu tla M = M1 + M2 + .....+Mi + ....

+ Mn, Odredi kumulativnu masu tla zadranog iznad

svakog sita. Za i-to sito to je M1 + M2 + M3 + ....+Mi, Masa tla koje je prolo krot i-to sito je M

(M1+M2+....+Mi), Izraunaj postotak tla koje je prolo kroz i-to sito F = ( M (M1+M2+........+Mi))* 100 / M

Redoslijed konstrukcije granulometrijske

krivulje

Hidrometarska analiza ili areometriranje

Pokus odredjivanja granulometrijskog sastava estica tla manjih od Df zasniva se na pretpostavci da su estice tla kugle

za brzinu taloenja hipotetskih kuglica suspendiranih u nekoj tekuini moe primijeniti Stokes-ov zakon :

v =( ( s w ) D2 )/ (18 ),

s = specifina teina estice tla, w = specifina teina vode, = viskoznost vode, D = diametar ekvivalentne kugle kojom

modeliramo esticu tla.

Postupak pokusa: Standardno se koristi 50 g osuenog uzorka, Koristi se standardna menzura korisnog

volumena 1000 ml, Vodeno staklo (sodium hexametafosfat) se

koristi kao antikoagulans,

Menzura napunjena sa suspenmzijom i sa

uronjenim areometrom

Destliranom se vodom nadopuni menzura do 1000 ml,

Poslije intenzivnog mijeanja pristupa se mjerenju gustoe suspenzije pomou hidrometra / areometra,

Konstantno se mjeri temperatura suspenzije (pazi vikozitet ovisi o temperaturi vode!),

Oitava se dubina uranjanja areometra L u odredjenim vremenskim razmacima,

Koeficijent K odredjuje se prema tablicama iz standarda, napr. za temperaturu tekuine u menzuri od 20 0 C i specifinu teinu materijala od 26 kN/m3, koeficijent K = 0.01386

Granulometrijska krivulja

Rezultati dobiveni sijanjem i areometriranjem unose se na graf koji kao:

apscisu ima dijametar zrna tla u logaritamskom mjerilu

ordinatu postotak prolaska zrna za pojedini dijametar

Granulometrijska krivulja sijanje i hidrometarska analiza

Karakteristini dijametri zrnaca tla

Izvedene veliine na osnovi karakteristinih dijametara zrnaca:

Gdje je Cu = koeficijent uniformnosti, a Cc = koeficijent zakrivljenosti.

Tipine granice za neke materijale tla ljunak ............4.75 do 76.2 mm pijesak ............0.075 do 4.75 mm prah ................0.002 do 0.075 mm glina ...............ispod 0.002 mm

10

60

D

DC u

6010

230

DD

DC c

Konzistencija tla

Fino zrna tla u kojima se nalaze minerali gline pokazuju razliita svojstava kod razliitog stupnja vlanosti.

Svatko tko je etao u prirodi sjetit e se da je glinovito tlo nakon kie tamne boje i esto toliko meko da noga propada u tlo, dok je isto tlo za vrijeme sue svjetlije boje i vrlo vrsto. Sjeti se da je nepeena cigla - erpi u stvari dobro prosuena glina.

Empirijsko terensko odredjivanje konzistencije,

prema Carter,1983

Poetkom 1900 tih godina vedski znanstvenik Atterberg razvio je metodu odredjivanja konzistencije fino-zrnih tala

Ovisno o sadraju vlage ponaanje tla moe se podijeliti u etiri osnovne grupe, i to:

vrsto (engl. solid), poluvrsto (engl. semisolid), plastino ( engl. plastic), itko (engl. liquid) .

Pravac plastinosti

Laboratorijsko odredjivanje granice teenja

Casagrandeov aparat

Postupak odreivanja granice teenja

Laboratorijsko odredjivanje granice plastinosti (wp)

1. Pribor za test 2. Priprema mase za test (u

osueni materijal dodaje se kontrolirana koliina vode dakle priprema se smjesa sa poznatim w0).

3. Na staklenoj podlozi rukom se valja valji.

4. Po definiciji kada valji promjera 3 mm puca smatra se da je vlaga sa kojom je pripremljena smjesa za pokus upravo wp.

Granica skupljanja

Indeks plastinostiIp = wL wP

Indeks teenjaIL = ( w wP) / IP

Indeks konzistencijeIc = (wL- w)/ Ip

AktivnostA = Ip / ( % glinovite frakcije, teinski)

Indeks A se koristi za identificiranje glinovitih tala sa potencijalom bujanja

Karta plastinosti

Odreivanje granice skupljanja na osnovi karte

plastinosti

Klasifikacija tala neophodno uspostaviti sistem po kojem bi

se opisivala tla jednoznano, tj. da tlo opisano u tom sistemu bude jasno definirano za sve korisnike

Postoji vie sistema klasifikacije, no ovdje emo prikazati samo jedinstvenu klasifikaciju koju je postavio A. Casagrdande - UC klasifikacija

W = dobro graduiranoP = slabo graduirano

L = niska plastinost (wl < 50)H = visoka plastinost (wl > 50

Karta plastinosti sa podrujima materijala

ljunkovita tla Postotak zrna veih od Df oznaimo sa

R0,06 (postotak u odnosu na cijeli uzorak), a postotak zrna veih od D = 4,75 mm u

relaciji prema dijelu uzorka koji sadri estice vee od Df oznaimo kao R4,75. Odavde

definiramo to je ljunkovito tlo

Mjeovita tlaGC = glinoviti ljunakGM =prahoviti ljunakSC = glinoviti pijesak

SM = prahoviti pijesak

STIJENA, OSOBINE, KLASIFIKACIJA

Stijena, osobine stijenaStijena je materijal kojeg karakteriziraju pukotine ili

diskontinuiteti dakle radi se o diskontinuiranoj sredini. Stoga treba striktno razlikovati dva pojma:

Element stijene ili stijenski materijal, dakle intaktnu stijenu koja se nalazi izmeu diskontinuiteta.

Stijenska masa je ukupna in-situ masa koja sadri diskontinuitete. Stoga je to diskontinuirana sredina, koja esto ima heterogena i anizotropna ininjerska svojstva

Glavni tipovi strukturnih oblika

Ravnine slojevitosti dijele sedimentne stijene u slojeve. One predstavljaju prekide u tijeku taloenja materijala koji u konanici tvori stijenu. Ravnine slojevitosti mogu sadravati materijal koji je drugaijeg granulometrijskog sastava od sedimenata koji su tvorili stijensku masu

Nabor ili bora je struktura u kojoj su ravnine slojevitosti savijene uslijed djelovanja tektonskih sila.

Rasjedi su pukotine nastale relativnim pomakom stijenskih masa koje se nalaze nasuprotno od ravnine rasjedanja. Debljina rasjeda moe varirati od nekoliko metara u sluaju velikih rasjeda pa do nekoliko milimetara u sluaju lokalnih rasjeda. Uslijed kontinuiranih pomaka masa nasuprotnih na ravninu rasjeda dolazi do degradacije stijenskih masa, zbog ega su rasjedi zone oslabljenog degradiranog materijala odnosno materijala niske posmine vrstoe. Vie paralelnih rasjeda ine rasjednu zonu, koju karakteriziraju izrazito loa tla ili stijene

Zone smicanja su zone materijala tla debljine i do nekoliko metara u kojima se u prolosti desio posmini slom stijene. One predstavljaju zone otputanja napona u inae naizgled nepromijenjenoj stijenskoj masi. Ovaj strukturni oblik znatno je tee identificirati nego rasjednu zonu

Pukotine su najei i generalno uzevi najznaajniji strukturni oblik. Pukotine su prekidi diskontinuiteti u stijenskoj masi du kojih nema vidljivih pomaka. Grupa paralelnih pukotina se naziva pukotinska grupa. U sluaju kada se dvije ili vie grupa meusobno presijecaju imamo pukotinski sistem. Pukotine mogu biti otvorene, ispunjene ili zatvorene.

U mehanici stijena uobiejeno je koristiti termin diskontinuiteti kao kolektivni naziv za prethodno navedene strukturne oblike

Otkrivena ravnina

slojevitosti po kojoj je

kliznuo stijenski

blok

Orjentacija diskontinuiteta predstavlja definiranje prostornog poloaja ravnine diskontinuiteta.

Definira se padom () ravnine i smjerom pada (). Pad je kut izmeu horizontalne ravnine i ravnine diskontinuiteta. Smjer pada je azimut izmeu pravog sjevera i

smjera padanja ravnine diskontinuiteta

Mali ininjersko-geoloki kompas

Razmak diskontinuiteta je razmak izmeu diskontinuiteta mjeren po ortogonali izmeu dva

diskontinuiteta

Obino se izraava kao srednja vrijednost za promatranu pukotinsku grupu.

Razmak izmeu diskontinuiteta odreuje veliinu stijenskih blokova koji tvore stijensku masu.

Taj parametar bitno utjee na vrstou kao i deformabilnost stijenske mase

Kako se radi o parametru koji je posljedica viestrukih prirodnih pa time i iregularnih procesa razmak diskontinuiteta u principu nema jedinstvenu vrijednost ve rang vrijednosti. Stoga se obino trae forme statistike distribucije. Priest i Hudson (1976) su na osnovu prouavanja sedimentnih stijena u Velikoj Britaniji da je frekvencija pojavnosti nekog razmaka diskontinuiteta u obliku funkcije:

xexf )(

srednja frekvencija velike populacije razmaka diskontinuiteta

pri emu je srednji razmak Primjena distribucije frekvencije prema gornjoj

jednadbi omoguava statistike kalkulacije vjerojatne veliine blokova.

x

1

x

Klasifikacija razmaka diskontinuiteta prema ISMR Commision -1978

RQD (Rock Quality Designation)

Deer (1968) namjera da se kvantificira razmak diskontinuiteta

gdje je xi pojedinog komada jezgre veih od

0,1 m, dok je L ukupna duina zahvata buenja

L

xRQD i

100

Postojanost (perzistencija ili kontinuitet)je pojam koji koristimo za opisivanje povrinskerasprostranjenosti ili veliinu diskontinuitetaunutar ravnine. To je jedan od najvanijihparametara stijenske mase, a ujedno i jedankojeg je najtee odrediti.

- uobiajenoo je koristiti tzv. najeu ili modalnu duinu traga pukotine na izloenoj (otkrivenoj) povrini

Ilustracija postojanosti razliitih grupa diskontinuiteta

Grubostje mjera neravnosti i valovitosti stijenke diskontinuiteta u odnosu na srednju ravninu stijenke diskontinuiteta. Gruboa diskontinuiteta moe igrati znaajni utjecaj na posminu vrstou.

Otvor (apertura) je mjera razmaka otvorenog diskontinuiteta mjerena okomito na zidove diskontinuiteta koji omeuju otvor.

- veliina otvora utjee na posminu vrstou i

vodopropusnost stijenske mase

Prikazivanje strukturnih podataka

uobiajena primjena stereografske (hemisferske) projekcije

Tim postupkom definira se poloaj ravnina diskontinuteta u prostoru

Osnovna ideja je da zamislimo kuglu koja se moe slobodno micati u prostoru dok ju ne centriramo na promatranu ravninu diskontinuiteta.

-Sfera (povrina kugle) presjeena ravninom diskontinuiteta- Presjenu krivulju zovemo veliki krug. Okomica na ravninu kroz centar velikog kruga (ujedno i sfere) probada povrinu sfere u tokama koje zovemo

polovi ravnine

Osnovni principi stereografske projekcije iz donje

polihemisfere

Prikaz stereografske mree

Prikaz velikog kruga i pola ravnine-nagib pada ravnine diskontinuiteta 500 i

smjer nagiba 2300

Prikaz polova 351 diskontinuiteta (prema Hoek i

Brown, 1980

- Crni trokutii definiraju ravnine slojevitosti, kruii predstavljaju pukotine dok crna

toka oznauje

rasjed

Klasifikacija stijenske mase

U praksi se koristi vei broj klasifikacionih sistema no najee Q sistem razvijen od Barton-a (1974) i RMR (Rock Mass Rating) sistem razvijen od Bieniawskog (1973,1976 i 1989).

Bieniawski je svoj sistem razvio na osnovi podataka prikupljenih tijekom graevinskih radova (iskopa) u sedimentnim stijenama u Junoj Africi.

Elementi na osnovi kojh se odreuje RMR su slijedei:

vrstoa intaktnog stijenskog materijala. Jednoosna (aksialna) vrstoa uzorka mjeri se po postupku prikazanom u poglavlju 10. Alternativno za sve osim vrlo slabih stijena moe se koristiti PLI ( Point Load Index) ili tokasta vrstoa.

RQD kako je prikazano ranije. Razmak diskontinuiteta (pukotina).

Stanje u diskontinuitetu. Ovaj parametar uzima u obzir separaciju ili otvor diskontinuiteta, kontinuitet ili postojanost diskontinuiteta, grubost povrine, stanje stijenki (tvrda ili meka) kao i kao i prirodu materijala ispune.

Stanje podzemne vode. Ovaj parametar predstavlja pokuaj da se ocijeni utjecaj teenja podzemne vode kroz pukotine.

Orjentacija diskontinuiteta. Procjena kategorije (vrlo povoljno, povoljno, dobro i nepovoljno) se provodi u relaciji da li su pad i orjentacija pada slojeva povoljni u odnosu na smjer napredovanja napr. osi tunela.

ISTRANI RADOVI, SONDANO BUENJE I ISKOPI

Svrha istranih radova Odredjivanje prirode tla i stijene na mjestu gradnje i stratifikacija

(slojevi), Uzimanje neporemeenih i poremeenih uzoraka za vizualnu

klasifikaciju i provedbu odgovarajuih laboratorijskih pokusa (za usporedbu kod kontrole kvalitete betona uzimamo uzorke- kocke kako bi utvrdili vrstou betona),

Odredjivanje i dubine i kvalitete-vrste osnovne stijene ako na nju istraivanjima naiemo,

Provodjenje pokusa in situ tj. na licu mjesta kao to su vodopropusnost, krilna sonda, standardna penetracija, CPT, dilatometar itd.,

Promatranje povrinske odvodnje, Procjena konstrukcijskih problema kao to su to napr. bliske

gradjevine, Odredjivanje nivoa podzemne vode.

Planiranje istranih radova Prikupljanje podataka o tipu gradjevine i njenom

konstruktivnom sistemu te upoznavanje s odredbama lokalnih propisa,

Prikupljanje postojeeg fonda podataka o tlu na lokaciji ili u bliskom okoliu. Korisni podaci mogu se prikupiti iz slijedeih izvora: geoloke karte podaci prikupljeni u institucijama kao to je Zavod za

Izgradnju Grada ili sline institucije postojei podaci o tlu za bliske gradjevine

Pregled gradilita od strane vodeeg ininjera.Ininjer mora pregledati budue gradilite i okolinu. U mnogim sluajevima prikupljeni podaci su od neprocjenjive vrijednosti za planiranje buduih radova. Ponekad tip i izgled vegetacije moe ukazati na tip tla ili pojave povrinskih pomaka tla. Pristup gradilitu i povrinska odvodnja su od znaaja za planiranje radova. Pukotine na zidovima oblinjih gradjevina mogu biti indikacija mekih ili ekspanzivnih tala. Postojanje dubokog zasjeka u tlo u blizini moe dati korisnu informaciju o stratifikaciji (slojevi tla).

Detaljno istraivanje tla Ova faza obuhvaa uzimanje uzoraka iz sondanih

jama, zasjeka, potkopa ili geotehnikih buotina. Ne postoje neka vrsta pravila za odredjivanje broja i dubine buotina. Za veinu graevina najmanje jedna buotina na svakom uglu i u sredini gradjevine mogu biti dovoljni za prvu fazu istraivanja.

Buotine moraju proi kroz nepodobne temeljne materijale tla, napr. meka i nestabilna tla, te dosei vrste slojeve tla.

Sowers i Sowers (1970) su dali aproksimativnu formulu za definiranje dubine buenja za objekte visokogradnje:

dB = 6 S0.7 (m)

Razmak buotina Prema B. Das (1998)

Buenje Istrane buotine mogu se izvoditi raznim tehnikama: svrdla (engl. auger), koja se koriste za plitka istraivanja,

za tlo i meku stijenu. letea ili kontinuirana svrdla (engl. flight auger), za tlo i

meku stijenu rotaciono buenje (engl. rotary drilling) je procedura gdje

krune (engl. drilling bit) prikljuene na buae ipke (engl. drilling rod) glou tlo i omoguavaju napredak buotine u dubinu. Ova tehnika se koristi u pijescima, glinama i stijenama koje nisu jako raspucale, za tlo i stijenu.

ispiranje vodom (engl. wash boring) za tlo. udarno buenje (engl. percussion drilling) preteno u

stijeni.

Uzorkovanje Uzorkovanje je postupak kojim se uzimaju uzorci

tla. U principu razlikujemo tzv. neporemeene i poremeene uzorke.

Vano je naglasiti da zapravo ne postojineporemeen uzorak, jer svakom pa i najboljom metodom rada donakle poremeujemo uzorak. Kako se uzorci moraju prevesti u laboratorij, koji moe biti i na veim udaljenostima, zatita i nain transportiranja uzoraka su znaajni elementi umijea kompanije koja izvodi istrane radove.

Uzorkovanje u sondanim jamama, raskopima i potkopima

Poremeeni uzorci su u stvari grudve materijala tla iskopane runo ili mehaniki, koje su spremljene u jake plastine vree.

Neporemeeni uzorci se paljivo isijecaju trimaju posebnim noem. Zatim se paljivo navlai kalup-sanduk. Uzorak se odmah na terenu zalije tekuim parafinom te zatiti sa nekoliko sloja zatitnih folija. Ovaj postupak preputa se samo dobro treniranim laborantima, koji u principu rade u specijaliziranim institutima

Uzorkovanje u buotinama Poremeeni uzorci Ovi uzorci uzimaju se obino iz uzorkivaa

kojim se izvodi Standardni Penetracioni Test (SPT) - (engl. standard split-spoon sampler

SPT siguronosni eki

SPT pokus provodi se u buotini. Dno buotine (ort) mora biti paljivo oieno kako bi se

uklonio poremeeni material tla. SPT uzorkiva, koji je privren na buau ipku, zabija

se 450 mm u tlo. Zabijanje se izvodi ekiem koji se sastoji od padajue mase (63,5 kg), koja pada sa visine od 760 mm. Broj udaraca za prvih 150 mm se ignorira dok se broj udaraca za iduih 300 mm biljei kao N-vrijednost.

U sluaju kada se tlo sastoji od ljunka ili meke stijene uobiajeno je koristiti konini nastavak umjesto SPT uzorkivaa. iljak konusa je formiran tako da je kut izmeu strana konusa 600.

Neporemeeni uzorciOvi uzorci uzimaju se tzv. tankostijenim uzorkivaima, kojih

ima vie vrsta:

Shelby uzorkiva, tankostijeni cilindar koji se prikljui na buau ipku te se nakon toga hidrauliki polako utiskuje u tlo. Veina tih uzorkivaa imaju vanjski dijametar 76,2 mm. Kako bi se smanjio poremeaj uzorka odnos vanjskog i unutranjeg dijametra cilindra uzorkivaa mora biti im nii. Taj odnos izraunava se formulom:

Ar = (Dv2 Du2) / Du2

Na primjer Ar je za SPT uzorkiva standardnih dimenzija 1.10, dok je za standardni Shelby uzorkiva 0.14. Uobiajeno se smatra da je uzorak neporemeen ako je Ar oko 0.10

Uzorkivai sa klipom, se primjenjuju kada se trai najbolja kvaliteta uzoraka. Tipova ovih uzorkivaa ima mnogo, napr. Osterbergov, tankostijeni sa fiksnim klipom, vedski sa folijom itd.

Pribor tankostijenoguzorkivaa 50 mm

(preuzeto iz kataloga Wykeham

Farrance International 2005)