4. METODE POBOLJANJA OSOBINA TLA

4.1. Mehaniko poboljanje

4.1.1. Zamjena tla

Zamjena tla je najstariji poznati nain poboljanja osobina tla. Zamjena tla ima sljedee dobre strane: smanjuje se visina temelja i pritisak koji se prenosi preko zamijenjenog tla na slojeve ispod njega, smanjuje se ukupno slijeganje temelja, a isto tako se smanjuju i

neravnomjerna slijeganja zahvaljujui manjoj deformabilnosti zamijenjenog tla. Vei dio slijeganja se obavi za vrijeme graenja objekta i, najzad, zahvaljujui povoljnim drenanim osobinama zamijenjenog tla slijeganje temelja se obavlja bre. U zavisnosti od nivoa podzemne vode, razlikujemo tri postupka zamjene tla, a to su:

1. Zamjena betonom i produbljeno fundiranje 2. Zamjena nasipom traene zbijenosti iznad nivoa podzemne vode 3. Zamjena nasipom kod visokog nivoa podzemne vode

Slika 1. a) zamjena betonom; b) produbljeno fundiranje

Zamjena nasipom traene zbijenosti iznad nivoa podzemne vode je tehnika koju koristimo kada elimo da veoma deformabilno tlo debljine ne vee od 1,5 2,0m zamijenimo sa tlom manje deformabilnosti, a to je nekoherentan materijal bez glinovitih

primjesa ili organskih materija (ljunak ili pijesak). ljunani jastuci izvode se nasipanjem u slojevima debljine 20 25 cm, uz polivanje vodom i nabijanje.Metodom zamjene tla poveava se nosivost, a smanjuje slijeganje tla, to je najee zadana veliina.

Zamjena tla nasipom kod visokog nivoa podzemne vode

itko i slabo nosivo tlo esto se javlja na muljevitim i movarnim terenima. U zavisnosti od dubine itkog tla, razlikujemo dvije metode poboljanja tla, prikazane na sljedeim skicama.

1. Poboljanje itke podloge vibriranjem krupnog kamena u mulj, za

itko tlo debljine do 4,0m.

2. Za itko tlo debljine vee od 4,0m crpimo vodu iz graevinske jame 24 sata na dan, sve dok teina graevine ne bude dovoljna da nadoknadi uticaj

uzgona.

4.1.2. Poveanje gustine tla

4.1.2.1. Povrinsko zbijanje

Plitko ili povrinsko zbijanje takoe je jedna od najstarijih metoda poboljanja osobina tla. S obzirom na dugu primjenu ove metode postoji veliki raspon mehanizacije (valjci,

jeevi), koja se razlikuje po veliini, obliku i nainu rada. U zavisnosti od naina rada maine zbijanje moe biti statiko ili dinamiko.

1-vibro-nabija, 2-vibro-ploa, 3-valjak na gumenim tokovima,

4-vibracijski je, 5-vibracijski glatki valjak , 6-udarni valjak

Slika 4.2-1. Maine za plitko zbijanje.

Na slici 4.2-1 prikazane su maine za zbijanje, ije su karakteristike navedene u tablici 4.2-1.

Za izvoenje terenskog zbijanja potrebno je definisati sljedee: broj prijelaza,

debljinu slojeva, i

frekvenciju (uestalost) za vibracijsko zbijanje. Obino se koristi 4-6 prijelaza kod dinamikog zbijanja te 4-8 prijelaza kod statikog zbijanja. Debljina slojeva obrnuto je proporcionalna pritisku zbijanja, to je odreeno vrstom tla. Kod dinamikog zbijanja obino se primjenjuju pritisci od 50 100 kPa za pjeskovita, te 400 700 kPa za glinovita tla. Stepen zasienosti tla takoe ima uticaja na uinke zbijanja. Nekoherentna tla lake se zbijaju u potpuno zasienom ili potpuno suvom stanju, nego u djelimino zasienom stanju. Gline i prainaste gline jako su osjetljive na sadraj vode pri ugradnji (Proctorov opit). Uputstvo za izbor odgovarajue mehanizacije u zavisnosti od vrste tla i namjene prikazan je u tablici 4.2.1-1.

Povrinsko poveanje gustine tla moe se postii: valjanjem, nabijanjem i vibriranjem. Poveanje gustine tla valjanjem primjenjuje se ako je tlo sastavljeno od glinovitih i prainastih estica. Izborom optimalne teine valjka i broja prelaza mogue je poveati gustinu tla do dubine od 50-60 cm. Poveanje gustine na veoj dubini moe se postii mehanikim i pneumatikim nabijaima. Za poveanje gustine pjeskovitog tla, pored nabijanja, moe se primijeniti vibriranje vibrovaljcima, i to do dubine 1,0 m.

Kod povrinskog zbijanja tla esto koristimo razne dodatke, kako bismo izvrili stabilizaciju tla. Kre je jedno od klasinih dodataka, a pridruio se i cement. U novije doba koriste se sintetiki materijali, ulja, bitumeni itd. kao i najrazliitiji industrijski ostaci (topionika ljaka, pepeo i ljaka iz termoelektrana, letei pepeo, ugljena praina, cementna praina), koji slue kao vezivo ali neki mogu sluiti i kao punilo. Klasini redoslijed stabilizacije je:

1. Raskopavanje tla ( buldozerom ili rotofrezerom) 2. Usitnjavanje 3. Posipanje veziva pomou samohodnih razastiraa 4. Mijeanje materijala i veziva 5. Nabijanje valjcima i jeevima u zavisnosti od vrste tla

Buldozer kao maina za raskopavanje tla koristi rija. Zubi rijaa se u materijal potiskuju pod djelovanjem vlastite teine, teine dozera i sile potiska hidraulikih cilindara. Rijanje (raskopavanje) se obino obavlja dva puta u jednom smjeru ili jedanput uzduno i drugi put popreno. Za manje troenje same maine i rijaa, bolje je rijati s veom dubinom i manjom brzinom, a ne obrnuto.

Glavni dijelovi buldozera

1 - vozni ureaj (na gusjenicama, rjee na tokovima s gumama) 2 - pogonski motor (diesel motor velike snage) i do 850 kW, u zavisnosti od veliine maine) 3 - upravljaka kabina (s amortizacijom sjedita mainovoe)

4 - radni element - dozerski no (raonik, plug); na donjem kraju otrica od legiranog elika 5 - nosei okvir noa s hidraulikim cilindrima za manipulaciju noem 6 - rijaki (ripperski) ureaj - 1 ili vie zubi; namjena: raskopavanje (razrahljivanje) tvreg tla

Dubine rijanja su, u zavisnosti od snage dozera i tvrdoe rijanog materijala, od 0,2 do 2 m, a obino se kreu od 0,5 do 1 m. Pri tome najmanja dubina rijanja treba biti za 20 do 30% vea od debljine sloja koji se skida dozerom ili drugom mainom.

Broj i dimenzije rijaa ovise o tvrdoi materijala koji se razrahljuje (rije), dubini rijanja, snazi i vunoj sili dozera. Broj rijaa moe biti od 1 do 7, a najee je 1 do 3. Kod rijanja tvrih stijena i zaleenog tla koristi se samo jedan rija. Kod rijanja nevezanih stijena i tla koriste se vie rijaa.

Rotofrezer (pulvimikser) je traktor sa gumama koji na zadnjem dijelu ima poklopac

od lima ispod kojeg se nalazi vratilo sa noevima koji rotiranjem reu i mijeaju tlo do dubine prodiranja. esto imaju i sklop za razastiranje i silos za vezivo (stabilizacijski voz).

Za povrinsko mijeanje tla sa dodacima savremeniji je sistem Keller. Plitko suvo mijeanje nudi ekonomino rjeenje za radove na poboljanju ili sanaciji tla kada se radi o znaajnim koliinama vrlo slabog tla ili kontaminiranog povrinskog tla sa velikim sadrajem vode, kao to su naslage prekopanog tla, vlana organska tla ili otpadno blato. U ovoj metodi koriste se specijalni alati za mijeanje, koji se u najveem broju sluajeva fiksiraju za ruku bagera. Mijeanje se odvija vertikalno ili horizontalno, uz pomo alata za mijeanje koji lii na propeler sa mlaznicom za vezivno sredstvo u centru. Vezivno sredstvo se ubrizgava iz

odvojene jedinice koje sadri spremnik za vezivno sredstvo pod pritiskom, kompresor, isuiva vazduha i jedinicu za kontrolu koliine ubrizgavanja.

Stabilizacija se izvodi u fazama, prema operativnim mogunostima buee garniture, koja u principu obuhvata podruje od 8 do 10 m2 i dubinu do oko 4 m. Kada se primijeni odgovarajua koliina vezivnog sredstva, mijeanje se nastavlja da bi se obezbijedile optimalne karakteristike ovako nastale mjeavine.

Osnova za postupke stabilizacije moe biti: formiranje povoljnog granulometrijskog sastava ( tzv. mehanika stabilizacija) korekcija vlanosti tla ( dodavanjem hemijskog sredstva, npr. krea) korekcija veza izmeu vrstih estica ( dodavanjem vezivnog sredstva, npr. cementa)

Mehanika stabilizacija

Mehanika se stabilizacija primjenjuje kod nekoherentnih materijala nepovoljnog (jednolikog) granulometrijskog sastava, koji kao takav nije stabilan. Mehaniki stabilizirani materijal tla predstavlja homogenu mjeavinu odabranog lokalnog materijala, prirodnu ili pripremljenu mjeavinu sastavljenu preteno od kamena, ljunka ili pijeska i dijela mineralnog veziva (prainasto-glinovita frakcija). Pri tome krupnija kamena frakcija predstavlja skeletnu (nosivu) komponentu, a sitnozrna prainasto-glinovita frakcija je tzv. "mehaniko vezivo".

Sa stanovita moderne struke i prakse, mehaniki stabilna mjeavina predstavlja svaku kombinaciju lokalnog materijala tla (od stijena do glina), ija mehanika (reoloka) svojstva odgovaraju mjestu i funkciji u nekom od slojeva kolovozne konstrukcije. Kao takav

mehaniki stabilizirani materijal, sa gledita strukturnog (racionalnog) projektovanja, mora biti okarakterizovan svojim osnovnim svojstvima (E, ), odnosno komponente materijala u sastavu mehanike stabilizacije trebaju u potpunosti biti definisane u skladu sa vaeim propisima.

Stabilnost jednolikog zrnatog materijala moe se poveati ako mu se doda zrnati materijal drugaijih dimenzija zrna, ime se omoguuje da sitnija zrna mogu doi u upljine izmeu krupnijih zrna kao to je prikazano na slici.

To je ujedno i princip mahanike stabilizacije materijala. Dakle materijalu nepovoljnog, jednolikog granulometrijskog sastava koji kao takav ne moe biti stabilan dodaje se drugaiji, sitniji ili krupniji zrnati materijal ime mu popravljamo granulometrijski

sastav. Nakon mijeanja takav je materijal neophodno i zbiti ime mu poveavamo gustinu te dobijamo mehaniki stabilan sistem s velikim unutranjim trenjem.

Slika- ispuna upljina sitnozrnim materijalom

Mehanika stabilizacija podrazumijeva: formiranje optimalnog granulometrijskog sastava;

zbijanje sa najpovoljnijom vlanou ( optimalna vlanost omoguava optimalnu energiju zbijanja).

Optimalni granulometrijski sastav definie Talbot-ov izraz: n

D

d

D

d

P

P

gdje je:

Pd - sadraj zrna manjih od prenika d, PD- sadraj zrna manjih od prenika D, pri d40 i slino).

Formiranje mjeavine dva materijala, u odnosu 1:n, definisano je odnosima:

n

nPPP ddd

1

21 nd

d 1

2

1 12 ndd

Stabilizacija cementom

Postupak se sastoji od mijeanja tla i cementa u "pulverizovanom" stanju sa vodom (vodenom prainom) i zbijanja mjeavine. Dobija se "cementno" tlo ili "cementovano" tlo sa

5-10% cementa. Cementovano tlo je homogen materijal, visoke vrstoe (2-7 MPa), otporno je na eroziju, mraz, udar i koristi se kao nosei sloj ili pokriva za parkinge, fabrike podove i dr. Poboljano cementom, granularno tlo ima manji sadraj (2-5%) cementa i ima poboljana svojstva vrstoe. Poboljano glineno-prainasto tlo takoe ima poboljana svojstva.

Stabilizacija tla cementom danas je u potpunosti mehanizovana. Razvijene su i

usavrene maine za stabilizaciju koje daju velike radne uinke. Postupak stabilizacije radi se na samom gradilitu ("mix-in-place"), a ukljuuje 4 osnovne faze:

pripremu planuma,

razastiranje cementa,

mijeanje tla sa cementom i

zbijanje.

Pri pripremi planuma upotrebljava se uobiajena mehanizacija za tu vrstu posla - prevozna sredstva i grejderi.

Na pripremljeni planum cement se razastire pomou vuenih ili samohodnih mehanikih razastiraa, u potrebnoj koliini na jedinicu povrine. Razastiranje mora biti jednolino. Sitnjenje tla i mijeanje sa cementom obavlja se pomou rotofrezera. Zbog karaktera tla rijetko je potrebno obaviti rijanje prije nastupa rotofrezera. Treba primijeniti

potreban broj prelaza rotofrezera da se tlo propisno usitni i da se cement jednolino pomijea s tlom. U procesu mijeanja nekada je potrebno dodati odreenu koliinu vode radi pravilnog zbijanja. Valjanje se obavlja uobiajenim valjcima koji se primjenjuju u zemljoradnji za odreenu vrstu materijala (glatki, vibracijski, valjci na tokovima sa gumama). Debljina sloja je obino 20 cm. Po zavrenom valjanju, stabilizirani sloj treba odreeno vrijeme tititi od gubitka vlage, kako bi se mogao nesmetano razvijati proces ovravanja, to se postie vlaenjem. Obino je planum ve nakon 7 dana dobro nosiv i sposoban za gradilini promet i izradu kolovozne konstrukcije. Od posebne je vanosti to stabilizirani materijal ne mijenja, ili tek malo mijenja, svoja svojstva u uslovima raznih vlanosti, temperature i drugih uticaja tako da predstavlja pouzdanu podlogu.

Mehanizam stabilizacije tla cementom razliit je kod nekoherentnog tla i kod koherentnog tla. Kod nekoherentnog tla (npr. pijeska) pomijeanog sa cementom, uz prisutnost vode dolazi do hidratacije cementa, do stvaranja odreenih produkata (u prvom redu kalcijumovih i aluminijumovih hidrata) i do sljepljivanja i povezivanja zrnaca.

Obavijanje zrnaca je, zbog relativno male koliine cementa, nepotpuno, tako da sistem ima veliku poroznost, ali je inae vrst i stabilan, tj. mehaniki otporan, a isto tako znatno mu je poboljana otpornost protiv nepovoljnih vremenskih i hidrolokih okolnosti (kia, smrzavanje).

Kod mjeavine koherentnog tla (prainaste gline i sl.) i cementa dolazi isto tako do hidratacije i pojave vezivanja estica tla. Kod manje koliine cementa u stabilizacijskoj mjeavini mogu se stvoriti jezgre koje meusobno nisu povezane, ali ipak uvruju strukturu, dok se kod veih koliina cementa razvija fini cementni skelet koji proima materijal i poboljava mu mehanike karakteristike. Kod ove vrste materijala postoji i dodatni stabilizacijski efekt, jer se prilikom hidratacije iz cementa oslobaa odreena koliina ivog krea koje, zatim, stupa u reakciju s aktivnim silikatima i mineralima gline iz tla i u jednom duem, sporijem procesu dodatno poveava vrstou materijala. vicarski i njemaki propisi propisuju granina granulometrijska podruja za stabilizaciju cementom (slika).

Materijali s lijeve strane propisanog podruja nisu pogodni za stabilizaciju cementom zbog toga to su previe sitni i stoga zahtijevaju velike koliine cementa. Materijali s desne strane propisanog podruja su prekrupni i nepodesni za obradu mainama.

Osnovni materijal za stabilizaciju ne smije sadravati ni tetne materije, koje bi mogle omesti ili sprijeiti proces vezivanja cementa. Od takvih mogu se spomenuti organske tvari (u prekomjernoj koliini), a posebno su opasni sulfati. Stabilizaciju cementom mogue je primijeniti ako je wl40% i Ip15%, zbog mogunosti mijeanja sa cementom.

Voda koja se eventualno dodaje tlu radi postizanja optimalne vlanosti treba biti ista i pogodna za radove sa cementom. Voda u stabilizaciji ima dvije uloge - slui za podmazivanje estica i omoguavanje djelotvornog zbijanja (optimalna vlanost), te za proces hidratacije cementa. Zbog toga je potrebna vlanost mjeavine tla i neto via od optimalne vlanosti samog tla. U tabeli 6.1. prikazane su granice potrebnih koliina cementa kod pojedinih vrsta materijala u postocima od mase tla, kao i za stabilizaciju sloja tla debljine 20

cm.

Tabela 6.1. potrebne koliine cementa za stabilizaciju pojedinih materijala

Stabilizacija kreom

Kre je vezivo koje se proizvodi arenjem krenjaka: CaCO3 + toplota CaO + CO2 CaO + H2O Ca(OH)2 + toplota gdje je:

CaO negaen kre koji je nestabilan i u vlanoj sredini formira gaeni kre Ca(OH)2 u obliku praha. Primjena krea je ekonominija od primjene cementa, a efekti su:

smanjenje vlanosti tla ( hemijska reakcija) uz razvijanje toplote i isparavanje; formiranje vrste materije CaCO3; formiranje vrste materije- silikata tj. pucolanska reakcija sa glinom (spora reakcija

traje 2-3 godine);

jonska reakcija praena opadanjem Ip (wlconst, wp raste).

Granina granulometrijska podruja za stabilizaciju kreom su:

Za stabilizaciju kreom (vapnom) nije pogodno svako tlo. Napominje se da je za stabilizaciju tla kreom od posebne vanosti frakcija materijala ispod 0,002mm, koja se u geomehanici smatra istom glinom. Meutim ponaanje te frakcije u dodiru s vodom (plastinost) znatno se razlikuje kod pojedinih materijala razliitog porijekla. Razlog tome nije granulacija, ve mineraloki sastav gline. S inenjerskog gledita postoje tri glavne grupe minerala glina: kaoliniti, iliti i montmorilonit.

Kaoliniti Kaolinske gline nalaze se u dobro

dreniranim tlima, a nastale su u vlanim klimatskim okolnostima iz raspadnutih

kristalininih stijena.

Montmoriloniti Montmorilonitne gline karakteristine su za slabo drenirana i organska tla, a

nastale su od stijena s visokim

sadrajem eljeza i magnezijuma ili od vulkanskog pepela.

Iliti Iliti dolaze u tlima nastalim od morskih

sedimenata i nekih drugih stijena.

Pogodnost tla za stabilizaciju kreom

Iz razmatranja u prethodnoj taki vidljivo je da je za stabilizaciju kreom bitno da tlo sadri koloidne estice, odnosno minerale glina kako bi moglo doi do hemijskih reakcija koje daju stabilizacijske efekte. Zbog toga se moe rei da su za stabilizaciju kreom pogodne gline srednje do visoke plastinosti kao i krupnozrna nekoherentna tla (ljunkovita i pjeskovita) ukoliko sadre dovoljnu koliinu glinovitih frakcija.

Ako se radi o niskoplastinim glinama, prainama i istim nekoherentnim materijalima sam kre nije efikasan, ali mu se moe dodati neki pucolanski materijal kao to su zgura, letei pepeo, cement i slino. U tablici 2 su date preporuke o vrsti vezivnog sredstva u odnosu na mineraloki sastav gline.

Tablica 2. Preporuke za odabir vrste vezivnog sredstva u odnosu na mineraloki sastav gline

Najvea vrstoa kreom stabiliziranih mjeavina postie se sa glinovito-pjeskovito-ljunanim materijalom, gdje se javljaju dva vida vrstoe, kohezija usljed pucolanskih reakcija izmeu krea i minerala gline u glinenim frakcijama mjeavine i unutranje trenje i ispunjenost u krupnim frakcijama (ljunku).

Da bi se odredilo da li je neko tlo pogodno za stabilizaciju kreom potrebno je odrediti njegov granulometrijski sastav, granice konzistencije, odnos vlanosti i zbijenosti po Proctoru i mineraloki sastav. Dakako, ukoliko se sumnja u tetne materije, potrebno je i njih odrediti. Na slici 12. dat je dijagram iz kojeg se na osnovu granulometrijskog sastava moe odrediti pogodnost tla za pojedinane naine stabilizacije. Interesantno je da su u njemu ukljuena i praktina ogranienja za rad i to u podruju vrlo krupnih zrna i vrlo plastinih glina, jer se takva tla teko mogu mainama mijeati ili sitniti.

Vrste krea koje se primjenjuju kod stabilizacija tla

Za stabilizaciju tla upotrebljavaju se razliite vrste krea. Od vrste upotrijebljenog krea zavise karakteristike izvedenih stabilizacija. Isto tako postoje razlike i u pojedinim produkcijama koje proizlaze iz raznolikosti sirovine i moguim razlikama u tehnolokom procesu prerade. Ispitivanja su pokazala da razliite vrste znatno utiu na svojstva mjeavina tlo kre.

Kre proizveden od istog krenjaka CaCO3 zove se visoko kalcijumski ili kalcitni. Onaj proizveden od dolomita (CaCO3, MgCO3) naziva se visokomagnezijumski ili

dolomitni kre. Pri tome kalcitni kre treba imati do 8% magnezijumovog oksida (MgO) dok dolomitni kre ima 25 do 45% magnezijumovog oksida (MgO). Postoje tri osnovne vrste krea:

- ivi kre - hidratizirani kre i - hidraulini kre.

ivi kre dobija se peenjem kamena u vertikalnim ili poloenim rotacionim peima na temperaturi od oko 900C. Pri tome nastaje kalcijumov oksid (CaO) ili kalcijumov i

magnezijumov oksid (CaO+MgO). Nakon peenja dobijeni ivi kre je u komadima veliine tucanika a za primjenu u stabilizaciji on se melje u prah krupnoe od oko 0,1 mm.

Hidratizirani kre dobija se dodavanjem odreene koliine vode ivom kreu. Za razliku od gaenog krea gdje se ivom kreu dodaje i vie vode nego to je potrebno, tako da se dobije kaa, u procesu hidratacije ivom se kreu dodaje tek toliko vode da se zadovolji afinitet kalcijumovog oksida, CaO prema vodi. Radi se tako da se ivi kre melje na granulaciju do 15 mm, a zatim se gasi, pri emu se on raspada u sitni prah. Hidratacijom ivog kalcitnog krea dobija se kalcijumov hidroksid, Ca(OH)2 dok se hidratacijom ivog dolomitnog krea dobije dolomitni monohidrat Ca(OH)2+MgO. Poveanim pritiskom i duim zadravanjem uspio se dobiti hidratizirani kre oblika Ca(OH)2+Mg(OH)2, no ta vrsta krea nema znaenja kod stabilizacije tla. Kod hidratiziranog je krea vrlo vano da bude dovoljno sitan, kako bi imao veliku specifinu povrinu i kako bi mogao brzo i lako stupiti u reakciju s odreenim komponentama tla. Treba napomenuti da se ivi kre u prahu i hidratizirani kre mogu dodatkom posebnih sredstava uiniti vodoodbojnim. To su takozvani hidrofobizirani kreovi. Pri stabilizaciji oni pokazuju jaki efekat odbijanja vode i suenja tla.

Hidraulini kre takoe moe biti kalcitni ili dolomitni. Dobija se peenjem krenjaka ili dolomita koji nisu isti ve sadre i do 35% gline. Svojstva tog krea nalaze se izmeu normalnog krea i portland cementa, tj. ovaj kre ima u sebi pucolanskih komponenti tako da djeluje i kao samostalno vezivo. U naoj se zemlji ova vrsta krea ne upotrebljava za stabilizaciju tla.

ivi i hidratizirani kre se po svom djelovanju razlikuju u toliko to kod primjene ivog krea na vlano tlo dolazi do breg isuivanja, s jedne strane zbog vezivanja dijela vode a s druge strane zbog isparavanja, jer se tokom reakcije javlja i toplota. Iz tog je razloga vrlo

vlana tla bolje stabilizirati ivim kreom dok se tla sa sadrajem vode oko optimalne vlanosti stabiliziraju hidratiziranim kreom.

Hidraulini se kre zbog svojih aktivnih pucolanskih komponenti moe upotrijebiti za stabilizaciju tala koja sadre relativno malo minerala gline i kod kojih normalni kreovi nisu djelotvorni.

Uticaj krea na fizika i geomehanika svojstva stabilizirane mjeavine

Ve prilikom mijeanja tla i krea dolazi do hemijskih procesa i promjene strukture tla i te se promjene oituju u ovim osobinama:

Prirodni sadraj vode

Prirodni sadraj vode se sniava, vrlo intenzivno ukoliko se radi sa ivim kreom. U tom sluaju vlanost tla se moe smanjiti i do 10%. Kao to je ranije reeno osim vezivanja dijela vode, dolazi i do isparavanja zbog nastanka toplote u procesu gaenja ivog krea:

CaO+H2O=Ca(OH)2+15,3 Cal.

Granice konzistencije, indeks plastinosti i indeks konzistencije

Ubrzo nakon mijeanja tla s kreom dolazi do promjene plastinih karakteristika mjeavine. Granica krutosti raste a granica teenja ili se smanjuje ili raste, ali manje od granice krutosti, tako da se indeks plastinosti u svakom sluaju smanjuje. Tokom vremena dolazi do daljeg smanjenja plastinosti, indeks plastinosti se i dalje smanjuje. Ovakvo ponaanje ima uticaja i na konzistentno stanje jer se indeks konzistencije znatno poveava, ak i bez veeg isuivanja tla.

Granulometrijski sastav

Struktura tla postaje evidentno krupnozrnatija. Kompletan granulometrijski sastav

stabilizacije teko je odrediti u laboratoriji jer dolazi do potekoa kod areometrisanja. U svakom sluaju koliina estica manjih od 0,06 mm u mjeavini znatno pada kako s vremenom tako i s koliinom dodatog krea.

Odnos vlanost-zbijenost

Dodatkom krea Proctorove krive postaju povoljnije u graevinskom smislu. Optimalna vlanost se poveava a time i mogue podruje za ugradnju. Oblik Proctorovih krivih postaje blai, to znai da je materijal kod ugradnje manje osjetljiv na varijacije vlanosti. Maksimalna suva zapreminska masa po Proctoru se sniava, ali to ne smeta, jer procesima

vezanja stabilizacija dobija bolju vrstou i nosivost, nego to je to sluaj kod osnovnog glinovitog materijala bez veziva a koji bi imao veu gustinu.

Vodopropusnost

Vodopropusnost kreom stabiliziranih glinovitih materijala raste u odnosu na isti materijal bez dodatka krea. To je vjerovatno zbog promjene strukture pora u stabiliziranoj mjeavini.

Smiua vrstoa

Smiua vrstoa kreom stabiliziranog glinovitog materijala raste. Kohezijska komponenta se poveava od veziva koje nastaje pucolanskom reakcijom izmeu krea i minerala gline a ugao trenja se isto poveava od pobojane granulacije materijala. Zbog tog svojstva mogu se naprimjer nasipi od stabiliziranog materijala izvoditi sa znatno

strmijim nagibom nego to bi to bilo mogue kada bi se radili od istog glinovitog tla.

Jednoosna vrstoa

Jednoosna vrstoa zbijene mjeavine tlo-kre raste s vremenom pri emu je obino prvi mjesec prirast vrstoe vei dok je kasnije usporen. Dugotrajna ispitivanja pokazala su da vrstoa stabilizacije vremenom neprekidno pomalo raste. vrstoa raste i s porastom dodatka krea, meutim postoji neki sadraj krea, nakon kojeg vrstoa opada ili samo neznatno raste, a koji se moe smatrati tehniki ili ekonomski optimalnim. Taj sadraj moe varirati i u odnosu na starost stabilizacije. U praksi nije uvijek nuno da se ide do onog sadraja krea koji daje najpovoljnije mehanike karakteristike tretiranog tla, nego do onoga koji osigurava minimalne traene kriterijume za odreenu svrhu. vrstoa jako varira za razliite vrste tla, to je i logino s obzirom na njihove razliite mineraloke sastave i reaktivnost a znatan uticaj moe imati i vrsta upotrijebljenog tla. Poveana vrstoa na pritisak i nosivost (CBR) omoguavaju izradu slabije kolovozne konstrukcije a otpornost na vodu omoguava izradu posteljice koja je otporna na kiu i moe relativno due vremena biti nezatiena.

Otpornost na mraz

Apsolutna sigurnost kreom stabiliziranih materijala na mraz ne postoji. To znai, da ukoliko predviamo da stabilizacija slui kao konstruktivni element gornjeg stroja saobraajnice, moramo posvetiti znatnu panju odreivanju pravilne mjeavine, koja e biti u dovoljnoj mjeri otporna na taj uticaj. U tom je pogledu vrlo vano da stabilizacija prije izlaganja djelovanju smrzavanja bude dovoljno stara jer tada je vezanje najveim dijelom zavreno i materijal ima veu stabilnost i otpornost prema smrzavanju. Za postizanje otpornosti na mraz esto treba pribjei i dodavanju odreenih koliina drugih veziva uz kre, na primjer cementa, zgure i slinih materijala to jest izvesti takozvanu kompleksnu stabilizaciju. Ukoliko se ne radi o konstuktivnom elementu nego se radi o privremenoj

graevinskoj mjeri, kojoj je svrha da se naprimjer olaka ugradnja materijala onda otpornost stabilizacije na mraz nije znaajna.

Bubrenje

Bubrenje se smanjuje dok se nosivost izraena indeksom CBR poveava.

Odreivanje sastava stabilizacijske mjeavine

Prije poetka rada na stabilizaciji u laboratoriji se odreuje prethodni radni sastav (receptura). Nakon odreivanja osnovnih svojstava tla koje se eli stabilizirati (granulometrijski sastav, granice konzistencije, organske materije, Proctor) pristupa se izradi i

ispitivanju mjeavina tla s raznim dodacima krea.

Pored spomenutih svojstava kod mjeavina se ispituje vrstoa na pritisak na valjkastim uzorcima 10 cm visine 11,7 cm ili 15,2 cm i visine 15,2 cm koji se uvaju u vlanom prostoru 7 i 28 dana. Za posteljicu se trai da minimalna vrstoa na pritisak bude:

- nakon 7 dana 0,4 MN/m2

- nakon 28 dana 0,5 MN/m2.

Na osnovi dobijenih rezultata, a naroito uzimajui u obzir kriterijume za vrstou, bira se mjeavina za recepturu. Recepturom se daju ovi podaci:

- potrebna koliina krea u masenim % u odnosu na suvu masu tla,

- optimalna vlanost mjeavine tla i krea

- maksimalna suva zapreminska masa mjeavine po Proctoru

- vrstoa.

Potrebna koliina krea obino se kree od 3 do 5% od mase suvog tla, izuzetno do 10% za sluajeve vrlo plastinog i mokrog tla. Na sloj glinovitog tla debljine 20 cm razastire se prema tome oko 10 do 15 kg krea po m2.

Izvoenje stabilizacije kreom

Debljina sloja kree se od 15 do 25 cm, ali je mogue raditi i stabilizirane slojeve debljine do 40 cm. Stabilizacija tla posteljice kreom radi se postupkom na licu mjesta (mix in place). Prije poetka stabilizacije povrina sloja zemljanog materijala pripremi se prema projektu. Sloj se zatim raskopava pogodnim nainom, pri emu se zavrno sitnjenje obavlja rotofrezerima. Dubina usitnjavanja treba biti takva da se nakon mijeanja s vezivom i zbijanja dobije sloj projektovane debljine. Na raskopani se sloj zatim razastire potrebna koliina krea po jedinici povrine. Razastiranje se obavlja mehanikim sredstvima koja osiguravaju dovoljnu jednolinost razastiranja. Poslije se rotofrezerima mijea zemljani materijal i kre sve dok se ne dobije homogena mjeavina, to se provjerava prema boji mjeavine. U toku mijeanja dodaje se po potrebi odreena koliina vode kako bi se dobila optimalna vlanost mjeavine, a ako je materijal previe vlaan izlae se prethodno suncu i vjetru kako bi mu se vlanost smanjila na potrebnu mjeru. Mjeavina se zbija odmah ili nakon nekog vremena, to zavisi od vrste veziva, a mora biti odreeno prethodnim laboratorijskim ispitivanjima ili iskustvom. Zbijanje se obavlja jeevima, valjcima na tokovima s gumama ili glatkim valjcima do potrebne jednoline zbijenosti. Prije izrade konstrukcije posteljica trai odreeno vrijeme njege (3 do 7 dana) kroz koje se postie znatan dio stabilizacijskog efekta, a kasnije se svojstva stabiliziranog sloja neprestano i dalje pomalo poboljavaju. Njega se obavlja vlaenjem povrine pomou auto-cisterni.

Stabilizacija bitumenom

Bitumen je ugljovodonino vezivo. To je crna, polukruta ili kruta ljepljiva masa potpuno rastvorljiva u ugljendisulfidu (CS2). Dijele se na: prirodni (isti ili pratioci krenjaka i pjeara) i vjetaki ( tzv. naftni bitumeni). Elementarni sastav bitumena:

Ugljenik (C) 70-80%

Vodonik (H) 10-15%

Sumpor (S) 2-9%

Kiseonik (O) 1-5%

Azot (N) 0-2%

Za stabilizaciju bitumenom koristi se pjenasti bitumen ili bitumenska emulzija.

Pjenasti bitumen se proizvodi dodavanjem malih koliina vode (priblino 2 do 3 % u odnosu na masu bitumena) vruem bitumenu. Za ovaj postupak se koristi bitumen koji se i obino primjenjuje u proizvodnji vruih asfaltnih mjeavina, a najee su to bitumeni analogni BIT 60 do BIT 200. Kada se ubrizga, voda naglo isparava, uzrokujui tako eksplozivno pjenuanje bitumena u zasienoj vodenoj pari. Bitumen se na taj nain iri orijentaciono 15 do 20 puta od svoje poetne zapremine ime se njegov viskozitet znaajno smanjuje. U tom obliku, on je izuzetno pogodan za mijeanje sa hladnim agregatom. Pjenasti bitumen se moe koristiti kao vezivo za stabilizaciju razliitih vrsta agregata, poev od drobljenog kamena dobrog kvaliteta, do ljunkovitih materijala sa sadrajem estica relativno visoke plastinosti. Tipina struktura materijala stabilizovanog pjenastim bitumenom data je na slici.

Bitumenska emulzija je bitumen i voda sa odreenim emulgatorima ( stabilizatori). Prema stabilnosti ( brzini raspadanja) postoje: NE 50 (nestabilne emulzije), PE 55 (

polustabilne) i SE 55 (stabilne).

4.1.2.2. Dubinsko zbijanje

4.1.2.2.1. Kompakciono injektiranje

Kompakciono injektiranje koristi se za poboljanje svojstava tla poveanjem gustine i nosivosti tla zbijanjem. Metodu kompakcionog injektiranja koristimo u uslovima kod kojih je

dolo do slabljenja tla bilo zbog djelovanja ovjeka ili zbog prirodnih procesa u zemlji, odnosno pojava uruavanja u tlu. Takoe se moe primijeniti za pripremu terena za gradnju buduih objekata, kao ojaanje postojeih temelja nekog objekta, za izravnavanje i izdizanje slegnutih terena pod optereenjem.

Princip rada je sljedei: izbui se buotina odreene duine u koju se naknadno umee injekciona cijev. Zatim slijedi utiskivanje injekcione smjese u fazama npr. poevi od dna buotine prema vrhu. Nakon zavretka prethodne faze injektiranja, cijev se izvlai prema gore za odreenu duinu te slijedi sljedea faza utiskivanja injekcione smjese. Zadnja faza injektiranja je pri samoj povrini terena, nakon ega slijedi izvlaenje injekcione cijevi iz buotine ime zavrava proces injektiranja jedne buotine (Slika 4.3.5-2). Injekciona smjesa se utiskuje cilindrino kroz injekcione cijevi unutranjeg prenika minimalno 5 cm.

Slika 4.3.5-2. Proces injektiranja jedne buotine izvlaenjem injekcione cijevi od dna prema povrini.

Vrste tla u kojima se postiu dobri efekti primjenom kompakcionog injektiranja dijele se na 5 kategorija:

Rastresita krupnozrna tla iznad i ispod nivoa podzemne vode

Tla okarakterisana ovom kategorijom su najpogodnija za upotrebu kompakcionog

injektiranja. U ovakvim tlima se obino javljaju pijesci ili ljunci sa sadrajem praha i nekih glina. Broj udaraca, dobijeni SPT opitima, obino se kreu izmeu 0 do 15 ili 20. Kompakciono injektiranje se u ovim tlima izvodi bez obzira na postojeu gustinu i postojanje ili nepostojanje optereenja.

Meka nesaturisana sitnozrna tla

U ovim tlima se najveim dijelom javljaju mulj i/ili prah, te se kompakciono injektiranje moe primijeniti samo u sluaju da su tla nesaturisana. Zahvati u debelim saturisanim slojevima gline i praha mogu biti i dodatni problem, odnosno dodatno ubrzati

slijeganje, te se u takvim tlima ne bi smjelo izvoditi kompakciono injektiranje. Vrijednosti N

broja udaraca za meka nesaturisana sitnozrna tla, dobijene SPT opitima, obino se kreu izmenu 0 i 10.

Kolapsibilna tla

Kompakciono injektiranje se uspjeno primjenjuje i u naslagama prapora i lesa nastalim nanosima vjetra u suvim podrujima. Problem kod ove kategorije moe biti saturacija tla izazvana loe izvedenim drenenim sistemom na nekom odreenom podruju.

Porozna tla

Popunjavanje pora unutar tla ili stijena kompakcionim injektiranjem je efikasnije od

zapunjavanja pora itkim smjesama. Injekcione smjese utisnute kompakcionim injektiranjem lake je kontrolisati, te se smjese nee dodatno proirivati. Iz tih razloga se kompakciono

injektiranje koristi i kod sanacije terena kod kojih je dolo do uruavanja pojavom unutranjih erozija u podzemlju.

Tanki nepopravljivi slojevi praeni odreenim optereenjem

Tla mogu biti suvi ili saturisani prah, glina ili organsko tlo (treset), no debljine naslaga

ne bi smjele biti manje od 2 m te se slojevi trebaju nalaziti 2 m ispod optereenja izazvanog objektima na povrini.

Primarni cilj kompakcionog injektiranja jest zbijanje, odnosno poveanje gustine i vrstoe oslabljenih formacija tla. Takav efekat se postie cilindrinim utiskivanjem injekcione smjese kroz injekcione cijevi, usljed ega dolazi do irenja injekcione smjese i zbijanja okolnog tla. Tijelo koje se formira kompakcionim injektiranjem je uglavnom

kuglastog oblika prenika oko 1m ili vie u zavisnosti od uslova u tlu (Slika 4.3.5-1). Prilikom utiskivanja injekcione smjese u tlo, formirano tijelo se radijalno iri to izaziva i plastine deformacije u zonama kontakta injekcione smjese i okolnog tla, dok se u zonama udaljenijim

od tog kontakta estice tla zbijaju, tj. poveava im se gustina, te su u tom podruju deformacije vie elastine nego plastine.

Slika 4.3.5-1. Tijelo formirano kompakcionim injektiranjem

Parametri koji se uzimaju u obzir pri projektovanju zahvata kompakcionim injektiranjem su:

Razmak izmeu injekcionih cijevi Redoslijed injektiranja

Pritisak tokom injektiranja

Brzina injektiranja

Volumen injekcione smjese

Izdizanje

Injekciona smjesa

4.1.2.2.2. Dubinsko mijeanje tla sa dodacima

Dananja tehnologija omoguuje dodavanje veziva i mijeanje s tlom u dubokim slojevima. Na slici je prikazan nain izvoenja ovakvog poboljanja tla. Pribor se vrti i raskopava tlo do potrebne dubine. Zatim se kroz sredinju cijev pod pritiskom ubacuje vezivno sredstvo, pribor ubrzano rotira i mijea tlo i vezivo, a istovremeno se pribor programirano podie. Ovaj postupak se razlikuje od mlaznog injektiranja. Ne preporuuje se ovu tehnologiju koristiti kao zamjenu za ipove.

Metoda se moe primijeniti za nasipe na mekom tlu, podupiranje objekata fundiranih na temeljnim trakama, samcima i ploama, temeljenje mostova i turbina na vjetar, izradu zatitnih zidova iskopa primenom armiranih DSM(Depth Soil Mixing-DSM) stubova, stabilizaciju kosina, smanjenje mogunosti pojave likvefakcije, vodonepropusne zavjese i barijere, stabilizaciju i ovravanje okolnog tla i sl.

Dubinsko mijeanje tla sistemom Keller ( vlano i suvo mijeanje)

U osnovi postoje dvije razliite metode mijeanja. Postojee tlo koje treba poboljati moe se mijeati mehaniki bilo sa suspenzijom koja sadri vezivno sredstvo (vlana DSM metoda) ili sa suvim vezivnim sredstvom (suva DSM metoda). Ubrizgavanje suspenzije se

takoe moe primijeniti za pospjeivanje mehanikog mijeanja. Vlana metoda je adekvatnija za meku glinu, prainu i finozrni pijesak sa manjim sadrajem vode i za slojevito tlo ukljuujui tla sa izmijeanim slabim i vrstim slojevima. Suva metoda je pogodnija za meka tla sa vrlo visokim sadrajem vlage i stoga pogodna za mijeanje sa suvim vezivnim sredstvima. Stabilizacija organskih i muljevitih tla je takoe mogua, meutim tea je i iziskuje paljivo pripremljena vezivna sredstva i procedure izvoenja.

Mehaniko dubinsko mijeanje tla vlanom metodom ( vlana DSM metoda)

Kellerova metoda dubinskog mijeanja tla obuhvata utiskivanje specijalnog alata za mijeanje u tlo. Ovaj alat za mijeanje sastoji se od buee ipke, poprenih greda i buee krune. Buenje ne izaziva nikakve vibracije i pri tome se ubrizgava cementna suspenzija kroz mlaznice koje se nalaze na kraju svrdla. Kad se dostigne dubina koja je definisana projektom,

zapoinje faza izgradnje DSM stubova. U osnovi prenik takvih stubova moe varirati izmeu 40 do 240 cm u zavisnosti od primjene. Alat za mijeanje koji se moe kretati gore i dole du stuba radi poboljanja homogenosti mjeavine tla, omoguava ravnomjerno mijeanje suspenzije sa tlom cijelom duinom. Sastav i koliina injektirane suspenzije prilagoava se zahtijevanim osobinama poboljanog tla, uzimajui u obzir zahtijevanu vrstou i/ili zaptivnu funkciju. vrstoa se takoe moe poboljati dodavanjem raznih komponenti u suspenziju, kao to je npr. bentonit. Otpornost na smicanje DSM elemenata moe se uveati elinim ojaanjem koje se ugrauje u svjee stubove.

Vlanu DSM metodu mogue je izvesti unutar cijevi. Ova metoda, koja se zove Mijeanje tla unutar cijevi (Tubular Soil Mixing TSM), uglavnom se koristi za izvoenje stubova visokog kvaliteta koji se primjenjuju za kontrolu iskopa.

Tipini alat za mijeanje koji se koristi pri DSM metodi je:

Mehaniko dubinsko mijeanje tla suvom metodom (Suva DSM metoda)

Nasuprot vlanoj metodi, suvo mijeanje tla mogue je jedino u tlu koje sadri dovoljno vlage da omogui hemijsku reakciju vezivnog sredstva koje se injektira u suvom obliku sa tlom i podzemnom vodom. Osnovne prednosti suvog mijeanja su postizanje stabilizacije u dubokim naslagama vrlo slabog tla, ukljuujui organska tla, zatim visoka produktivnost, mala koliina povratnog materijala i ekonominost. Mogua su i izvoenja na niskim temperaturama.

Tipina oprema za suvu DSM metodu obuhvata stacionarni ili pokretni rezervoar za vezivno sredstvo i ureaj za injektiranje, kao i bueu garnituru specijalno dizajniranu za izvoenje stubova i opremljenu posebnim alatom za mijeanje. Tipini prenik stuba je 60 do 80 cm a dubina tretiranja je do 25 m. Punjenje i mijeanje suvog vezivnog sredstva sa tlom odvija se dok se buei pribor povlai, pri emu se alat za mijeanje okree u smijeru

suprotnom od smera u kom se okretao u fazi prodiranja. Vezivno sredstvo se transportuje od

rezervoara do maine kroz crijeva uz pomo komprimovanog vazduha. Koliina vezivnog sredstva se podeava promjenom brzine rotiranja toka za injektiranje. Vazduni pritisak i koliina vezivnog sredstva automatski se kontroliu kako bi se odreena doza vezivnog sredstva dovela do tretirane zone tla. Po pravilu plastine gline i praine ovruju se kreom ili mjeavinom cementa i krea, dok se za organska tla koriste mjeavine koje sadre pepeo iz visokih pei.

Izbor alata za suvo mijeanje u razliitim vrstama tla

4.1.2.2.3. Dubinsko zbijanje tla sa povrine

Ovo je ustvari dinamika stabilizacija tla sa povrine. Metoda se sastoji u tome da se teki maljevi sputaju(padanjem) sa velike visine uzrokujui zbijanje tla. Uobiajene su sljedee veliine:

masa malja do 170 t,

visina pada do 22 m,

efekat zbijanja dubine do 40 m,

razmak do 14 m.

Uinak zbijanja moe se priblino proraunati pomou jednaine:

W je teina tega u tonama, H visina pada u metrima, dok je n iskustveno 0,5.

Izgled dinamike stabilizacije:

Dinamika stabilizacija tla sa povrine moe se izvoditi i sa dodavanjem tla u nastale udubine. Princip rada prikazan je na sljedeoj skici:

4.1.2.2.4. Dubinsko zbijanje sondama i vibroflotacija

Ovaj nain poboljanja temeljnog tla je uinkovitiji od zbijanja s povrine. Vrlo je koristan za tla sklona likvefakciji ( objanjena u sljedeoj taki), a to su rastresiti pijesci jednolikog granulometrijskog sastava, kao i za ojaanje hidraulikih nasipa, nastalih refulisanjem pijeska. Relativno je jeftin i vremenski brz. Pokazalo se da je uinkovit do dubine od oko 4,0 m. Moe se izvoditi bez ili sa dodavanjem nekoherentnog tla u podtemeljno tlo. Postupak se temelji na pobudi estica nevezanog tla, koje se premjetaju iz rastresitog u zbijeniji poloaj. Na taj se nain postie vea relativna zbijenost (Dr) i poboljavaju fiziko-mehanika svojstva tla. Postupak premjetanja estica prilikom vibroflotacije:

Postupak vibroflotacije se u krupnozrnim tlima vri iskljuivo vibriranjem dok se u

koherentnim tlima prostor nastao vibriranjem i sputanjem sonde, dodatno puni ljunkom i tako nastaju uspravni drenovi koji ubrzavaju proces disipcije pornog pritiska u blioj okolini. U koherentnom tlu nije mogue vibriranjem pokrenuti estice tla.

Za bolji uinak postoji mogunost razbijanja tla vodom pod visokim pritiskom:

Vibroflotacija u rastresitom, nekoherentnom tlu bez dodavanja ljunka izaziva slijeganje tla na raun zbijanja, to najbolje moemo vidjeti na sljedeoj skici:

Vibriranje sa zamjenom materijala (eng. vibro-replacement) primjenjuje se u

koherentnim tlima, gdje se vibratorom stvori najprije cilindrina rupa koja se naknadno ispunjava krupno-zrnim materijalom (npr. ljunak ili drobljeni kamen). Zbijanje se moe poboljati upotrebom vode ili vazduha pod pritiskom koji se kroz cijev utiskuje, uzrokujui lom i istiskivanje prirodnog materijala koji se nadomijeta materijalom koji se utiskuje kroz cijev. Ova metoda najbolje rezultate daje u koherentnim tlima ija je nedrenirana smiua vrstoa Cu = 20 60 kPa. Postupak vibriranja u koherentnom tlu uz dodatak ljunka prikazan je na sljedeoj skici:

Primjenjivost metoda vibriranja u nekim materijalima:

4.1.2.2.5. ljunani ipovi

Ugradnja ljunanih ipova je odavno poznati nain poboljanja podtemeljnog tla. Izvodili su se nekom od tehnika za izvoenje ipova, s tim da je umjesto betona u tlo ugraen ljunak. Nove tehnologije znatno su proirile mogunosti izvoenja ljunanih ipova kao i njihovu uinkovitost. Danas se izvode uz vibriranje ( koje je objanjeno u prethodnoj taki), to bitno poveava poboljanje podtemeljnog tla u smislu dodatnog zbijanja. Ovako zbijenije tlo ima poveanu vrstou na smicanje ime je poveana nosivost, smanjeno slijeganje, ubrzano dreniranje, a smanjena je i opasnost od likvefakcije.

Likvefakcija je pojava koja se javlja u rastresitim, vodom zasienim pijescima uskog granulometrijskog sastava, u trenutku ciklike promjene stanja naprezanja uzrokovanog zemljotresom. Ciklika promjena stanja naprezanja izaziva potresanje tla, koje gubi vrstou na smicanje, te se ponaa kao viskozna tenost. Da bi dolo do likvefakcije moraju istovremeno biti ispunjena dva uslova:

1. Tlo mora biti rastresito, zasieno vodom, pjeskovito i na dubini od 0 do 10 metara ispod povrine tla;

2. Potres mora biti dovoljno jak da bi izazvao tlo sklono likvefakciji da se pokrene.

Granulometrijski sastav tla za koje se zna da je podlono likvefakciji dat je na sljedeoj skici:

Prilikom zemljotresa, ljunani ipovi oteavaju nastanak likvefakcije u njoj sklonom tlu. Jedan od razloga je razliita krutost ljunanih ipova i okolnog tla. Na ljunane ipove, kod kojih su dominantne gravitacione sile, nije mogu tako snaan uticaj ubrzanja od zemljotresa. ljunani ipovi djeluju drenirajue i trenutno mijenjaju sliku pornih pritisaka u korist poveanja efektivnih naprezanja u okolnom tlu.

Tehnologije izvoenja

U svim tehnikama izvoenja smisao je da se postigne:

1) zbijanje okolnog tla;

2) punjenje nastalog prostora nekoherentnim tlom vee propusnosti od okolnog tla.

Temeljno je da se ugradnja vri uporedo sa dubinskim vibriranjem te se na taj nain zbija okolno tlo, ali se zbija i ugraeni kameni agregat te postiu znaajni uinci. Tehnologija izvoenja ljunanog ipa prikazana je na sljedeoj skici:

4.1.2.2.6. Zbijanje miniranjem

Metoda je poznata dugi niz godina. Koritena je u Rusiji za zamjenu loeg, povrinskog sloja tla, naroito treseta, pri gradnji saobraajnica. Postupak se sastoji u tome da se u tlu izvedu buotine u koje se ugradi eksploziv, a zatim se prostor prekrije odreenom koliinom ljunka tako da nakon eksplozije ljunak utone u novonastali prostor. Tokom vremena se ova tehnika poboljanja temeljnog tla usavrila. Danas se na tritu mogu nai izvoai specijalizovani za ove vrste radova. Na sljedeoj skici prikazan je uinak miniranja:

Tehnologija je usavrena tako da se danas koristi u dva pravca: miniranje s povrine i miniranje u buotini. Miniranjem se pobuuju potresni talasi unutar mase tla. Oni izazivaju flotaciju estica. Koristi se za povrinsko i dubinsko zbijanje rastresitih, nekoherentnih tala, najee rastresitih pijesaka sklonih likvefakciji.

Raspored estica u tlu: lijevo- prije miniranja, desno- nakon miniranja

Uinak miniranja na povrini slian je dinamikoj stabilizaciji s povrine. Prema postojeim podacima, 1kg eksploziva (TNT) odgovara energiji udarca malja od 5 tona koji slobodno padne s visine od 100 metara. Tehniku mikrominiranja mogue je primijeniti pri visokom nivou podzemne vode kao i na povrini tla (dnu) ispod vode.

Uinak miniranja tla na povrini tla i ispod povrine vode prikazan je na skici:

Mogui naini punjenja pri mikrominiranju u buotini prikazan je na skici:

U koherentnim tlima nije mogue izazvati flotaciju i pomicanje estica. Tu se mikrominiranje moe koristiti za izvoenje pjeanih drenova. Za to je potrebno povrinu, na kojoj se izvodi poboljanje tla, prekriti nasipom od pijeska provjerene granulacije da zadovolji filtarsko pravilo. U trenutku miniranja pijesak puni nastali prostor u koherentnom tlu i

oblikuje uspravni dren koji uslovljava radijalno dreniranje.

Metoda poboljanja tla pomou eksploziva vrlo je zanimljiva zbog svoje upotrebljivosti u uslovima kod kojih je djelotvornost drugih metoda poboljanja tla slaba. Prije svega to se odnosi na zbijanje potpuno zasienih nekoherentnih materijala na podrujima od vie hiljada kvadratnih metara i dubinama do 40 m. Na temelju iskustava u primjeni mogu se definisati sljedee prednosti i nedostaci ove metode: Prednosti:

primjenjiva kod nekoherentnog i koherentnog tla

uinkovita na veim dubinama niski trokovi i uteda u vremenu stabilnost tretiranog tla

Nedostaci:

nemogunost primjene u izgraenim podrujima slaba djelotvornost iznad nivoa podzemne odnosno nadzemne vode

nuna probna ispitivanja prije primjene na odreenoj lokaciji osjetljivost na promjene terenskih uslova.

4.2. Fiziko i hemijsko poboljanje

4.2.1. Mlazno injektiranje

Mlaznim injektiranjem (jet grouting) stvaraju se u tlu valjkasta tijela sastavljena od

mjeavine injekcione smjese i estica tla, koji su poboljanih karakteristika u odnosu na prirodno tlo. Posve se razbija struktura tla, te se estice mijeaju (in-situ) s vezivnim sredstvom, pa nastaje homogenizovana masa poboljanih svojstava. Dubina injektiranja zavisi od raspoloive tehnologije ( builice), a iznosi 20-30 m, najvea poznata dubina je 70 m.

Tehnologija se primjenjuje kod raznih vrsta tla s raznim injekcionim smjesama:

- vodo-cementne;

- vodo-cementno-bentonitne smjese;

- u odreenim sluajevima koristi se i kre (ist kre, kre s cementom i dr.).

Za mlazno injektiranje koriste se visoki pritisci ( 30-70 MPa), smjesa se utiskuje u tlo

brzinom 250-300 m/s. Velika brzina smjese ( fluida) slui za razbijanje strukture tla, premjetanje estica i njihovo mijeanje sa fluidom. Pri izvoenju mlaznog injektiranja imamo tri sistema:

1) jednofluidni sistem ( injekciona smjesa) 2) dvofluidni sistem ( smjesa-vazduh ili smjesa-voda) 3) trofluidni sistem ( smjesa-voda-vazduh)

ema toka fluida kroz mlaznice u sva tri sluaja prikazana je na sljedeoj skici:

Ukoliko se radi o dvofluidnom sistemu gdje imamo vodu i smjesu, one se u tlo

ubrizgavaju kroz razliite mlaznice, a ne kao smjesa-vazduh. Smjesa se kroz mlaznicu proputa pod pritiskom od 300-500 bara, vazduh pod pritiskom od 7-12 bara, a voda pod pritiskom od 500 bara.

ematski prikaz postrojenja trofluidnog sistema:

Sasvim razumljivo je da, ukoliko se radi o dvofluidnom sistemu voda-smjesa, nema potrebe

za kompresorom za vazduh.

Osnovni parametri injektiranog tijela su:

dubina ( oko 20-30 m, najvea 70 m) prenik, to se najbolje vidi iz tabele

vrstoa na pritisak ( ljunak 20 MN/m2, pijesak 15 MN/m2, praina i glina 8 MN/m2 i organsko tlo 3 MN/m

2 )

vodopropusnost k = 10-7

do 10-9

m/s

modul elastinosti Modul elastinosti je razliit za pojedine vrste tla:

u ljunku je 10000-15000 MN/m2 u pijesku je 7000-10000 MN/m

2

u praini i glini 4000-5000 MN/m2 u organskom tlu 1500-3000 MN/m

2

Kako bismo imali pregledan uvid u parametre izvoenja mlaznog injektiranja, oni su prikazani tabelarno:

Primjena mlaznog injektiranja je mnogostruka: podgraivanje temelja, izrada dijafragme, zatita iskopa i zaptivanje dna dubokih graevinskih jama, ojaanje tla plitko temeljenih stubova mostova, hala, zatita rijene obale, kao vodonepropusne zavjese, sanacija klizita, zatita iskopa okna, tunela itd. Moemo zakljuiti sljedee:

to je vodocementni faktor (W/C) vei, vrstoa je nia to je vea koliina cementa, vrstoa je vea u pijesku i ljunku postiu se vee vrstoe nego u glini i praini to je injektirana smjesa starija, to joj je i vea vrstoa, s tim da je porast vrstoe

sporiji nego kod betona

izvoenjem injektiranja s 2-fluidnim sistemom postie se skoro dvostruki prenik valjka u odnosu na 1-fluidni, a kod 3-fluidnog sistema on je priblino 3 puta vei od prenika valjka izvedenog sa 1-fluidnim sistemom, ali samo 50% u odnosu na izvoenje sa 2-fluidnim sistemom

utroak cementa raste s porastom obima injektiranog tijela ali njegov udio u mjeavini cement - estice tla pada. Time je dijelom objanjiv i odreeni pad vrstoe injektirane mase tla kod rada s vie fluida u odnosu na jedan

cijena opreme za rad s vie fluida znatno se poveava, a to bitno utie i na cijenu konanog proizvoda.

Prednosti mlaznog injektiranja su:

Moe se koristiti kod svih vrsta tala (ljunak, pijesak, praina, glina) sa ekoloki prihvatljivim vodo-cementnim injekcionim materijalima

Veliki prenici valjaka injektiranih ipova tla (50-300 cm) izvode se priborom malih dimenzija

Prepreke u tlu (npr. komadi drveta, gromade kamena i dr.) mogu biti zaobiene ili uklopljene u injektiranu zonu tla

Mlazno injektiranje moe zapoeti na gotovo svakoj dubini, te biti zavreno na bilo kojoj dubini ispod povrine terena

Mlazno injektiranje izvodi se vertikalno, koso i horizontalno u odnosu na povrinu terena.

Nedostaci mlaznog injektiranja su:

Osnovni nedostatak je zahtjev za osiguravanjem nesmetane komunikacije (toka) fluida

od poloaja injektiranja do povrine terena. Ako je komunikacija sprijeena, to moe izazvati hidrauliki lom tla.

Cijena zna biti vrlo visoka

vrstoe injektiranog tla dosta variraju, a kod prainastih i glinovitih vrsta tla relativno su niske.

U sluaju kad su brzine podzemne vode velike, moe se dogoditi ispiranje cementa (prije nego to on vee), to onda utie na kvalitet ovrslog injektiranog volumena tla.

4.2.2. Elektrohemijsko ovravanje

U glinovitom tlu znatnu koliinu vode ini vezana voda, tj. voda koja se javlja u vidu vodenih filmova- membrana koje obuhvataju estice granularnog skeleta tla. Ove membrane od vode predstavljaju sredinu u kojoj se ispoljavaju razliiti elektrohemijski procesi. Ovi procesi izazivaju starenje glina ( dijagenezu) i poveanje njene gustine tokom vremena pod uticajem pritisaka slojeva koji se nalaze iznad njih. Vremenom one dobijaju osobine sline osobinama stijenske mase.

Proces starenja moemo ubrzati vjetakim putem ako kroz takvo tlo proputamo elektrinu struju i dodajemo mu hemijska sredstva potrebna za njihovo ovravanje. Pri proputanju struje konstantnog toka kroz glinovito tlo u njemu dolazi do migracije vlage pema negativnom polu- katodi. Ova pojava poznata je kao elektro- osmoza.

Elektro-osmoza je jo jedna od tehnika kojom se moe uspjeno odvoditi voda iz tla i uzrokovati prethodno slijeganje. U tlo se ugrade elektrode, eline cijevi povezane sa pozitivnim polom generatora i iglofiltri sa opremom za crpenje vode. Iglofiltri se spajaju sa

negativnim polom. Prostorno se katode i anode mogu rasporediti na razne naine (pravougaono, kvadratno, a najbolje heksagonalno, to vidimo na slici). Elktrode obino imaju duinu 12-15 m, rastojanje izmeu elektroda se kree od 0,8 do 1,0 m, a rastojanje izmeu redova je 2-5 m. U procesu ovravanja u tlo se dodaju hemijska sredstva, prvenstveno kalcijum hlorid. Heksagonalni raspored elektroda:

Metoda se uspjeno primjenjuje ukoliko su zadovoljeni sljedei uslovi: 1. saturisana praina ili prainasta glina 2. normalno konsolidovano tlo

3. mala koncentracija elektrolita (soli)

Uobiajeni parametri u primjeni su sljedei: napon: 50 - 100 V

jaina struje: 20 - 200 A potronja energije: 30 kWh/m

Slika 6.5-3 pokazuje poveanje nedrenirane smiue vrstoe uzrokovano statikom konsolidacijom te elektro-osmozom. Uoava se najvee poveanje vrstoe uz katodu.

Slika 6.5-3. Odnos vlanosti i vrstoe kod elektro-osmoze i statike konsolidacije.

Iz navedenog moemo zakljuiti da ovu metodu moemo svrstati i u fiziko-hemijsko poboljanje i u hidrauliko poboljanje.

Na slici 6.5-4 pokazani su rezultati edometarskog opita na dva uzorka tla od kojih je

prvi u prirodnom stanju, dok je drugi bio podvrgnut elektro-osmozi tokom 40 sati. Uoava se poveanje krutosti i optereenja prethodne konsolidacije kao posljedice elektro-osmoze.

Slika 6.5-4. Uticaj elektro-osmoze na konsolidacione karakteristike.

Metoda se obino koristi za rjeavaje sljedeih problema:

1. poveanje vrstoe senzitivnih glina prije iskopa (As Norveka) Ulazni podaci:

volumen tretiranog tla: 2000 m3

duina tretmana: 120 dana broj elektroda: 186 (F 19 mm, duljina 10 m)

razmak redova: 2 m

napon: 40 V

Postignuti efekti:

poveanje Su: 10 60 kPa slijeganje: 500 mm

2. poboljanje temeljnog tla ispod brane West Branch Dam (H=24 m) - 1967 Ulazni podaci:

volumen tretiranog tla: 580.000 m3

debljina sloja: 18 m

duina tretmana: 10 -12 mjeseci broj elektroda: 990 katoda i 660 anoda (l = 40 m)

razmak redova: 6 m

napon: 100 - 150 V

3. ipovi - poboljanje nosivosti omotaa

Slika 6.5-6. Promjena otpora prodiranja iljka usljed elektro-osmoze.

4.2.3. Termiko ovravanje

Termiko ovravanje se primjenjuje uglavnom u tlu eolskog porijekla. arenjem se postie stabilnija kohezija izmeu estica granularnog skeleta lesa. Na ovaj nain se moe postii ovravanje tla i do dubine 10-15 m.

arenje se izvodi ili ubrizgavanjem u buotinu uarenog vazduha ija se temperatura kree od 6000C do 8000C, ili zapaljenog tenog goriva, na primjer mazuta. Buotine prenika 10 do 20 cm, rasporeene na meusobnom rastojanju od 2-3- m, ispune se tenim gorivom koje se zapali. Teno gorivo se dovodi u raspriva- pulverizator pod pritiskom od 0,15 do 0,2 bara. Istovremeno se u buotinu ubrizgava hladan vazduh pod pritiskom od 1,5 bara, koji sniava temperaturu sagorijevanja sa 20000C na 800-10000C. Proces arenja traje od 5-10 dana. Po zavrenom procesu arenja otpornost tla na pritisak se poveava i do 1000 kN/m2. Isto tako se znatno poveava kohezija i vodonepropustljivost. Ovravanje tla termikim putem se, za sada, primjenjuje uglavnom za otklanjanje neravnomijernih slijeganja.

4.2.4. Smrzavanje

Kod izgradnje tunela i okana, gdje je materijal pokretljiv, tean, ispod nivoa podzemne vode, u gradovima gdje je nadsloj plitak itd. potrebno je primijeniti posebna sredstva i tehnike

za izvoenje. Postupak sa smrzavanjem tla se provodi tako da se sloj tla kroz koji treba iskopati

tunel zamrzne dovodei u njega kroz cijevi hladan vazduh ili hladnu tenost. Metoda se moe primijeniti na veoma velikim dubinama. Zamrzava se ue podruje oko mjesta rada i tako sukcesivno do zavretka objekta.

Umjetno smrzavanje tla, u dananjem obliku, je osmislio F.H.Poetsch 1883. godine. Najvanija komponenta smrzavanja tla je ispodpovrinski rashladni sistem koji se sastoji od niza rashladnih cijevi, instaliranih razliitim tehnikama buenja. Koliina, rastojanje, dubina i veliina rashladnih cijevi je jedinstvena za svako gradilite i odreena je na osnovu toplotnih i hidrolokih svojstava tla, rasporeda graevina na povrini i ekonominosti. Sistemi za smrzavanje tla dijele se na:

sistemi za hlaenje sa krunim tokom sekundarnog rashladnog sredstva

sistemi za ekspanziono hlaenje Kod sistema za hlaenje sa krunim tokom sekundarnog rashladnog sredstva, koji je prikazan na slici, postoji:

primarno rashladno sredstvo (izvor hlaenja), amonijak ili freon sekundarno rashladno sredstvo, otopina soli (hlorid kalcijuma, natrijuma,

magnezijuma ili litijuma)

Sistem za ekspanziono hlaenje koristi tekui nitrogen sa temperaturom ispod -1500C , to je prikazano na slici.

Smrzavanje se esto koristi u gradovima gdje nije doputeno sniavanje nivoa podzemne vode. Naime, sniavanjem nivoa podzemne vode poveala bi se efektivna naprezanja u tlu to bi uzrokovalo dodatna slijeganja. Koji e se rashladni materijal koristiti zavisi od karakteristika tla i vrste zahvata.

Nakon zavretka graenja i osiguranja objekta, hlaenje tla se prekida i nakon topljenja leda ponovo uspostavlja reim podzemne vode koji je vladao prije zamrzavanja. Brojni su primjeri iz prakse gdje je koriteno smrzavanje tla, a jedan od njih je iskop tunela ispod Limmat rijeke u Cirihu, to je prikazano na slici.

4.3. Hidrauliko poboljanje

4.3.1. Povrinsko odvodnjavanje

Povrinsko odvodnjavanje je sniavanje NPV pomou kanala i drenanih jama, to je prikazano na slici 5.1-1. To je najjednostavniji i najjeftiniji nain dreniranja. Primjenjiv je u pliim iskopima nainjenim u dobro graduiranim tlima i stijenama, te u sluaju da se ispod propusnog tla nalazi sloj nepropusnog materijala. Kod poduprtih iskopa treba paziti da ne

doe do pojave hidraulikog sloma tla.

Slika 5.1-1. Drenane jame i kanali.

Sniavanje NPV u kosinama koje su nainjene u glinama moe se ostvariti izgradnjom drena u noici i vertikalnih drenanih usjeka (slika 5.1-2).

Slika 5.1-2. Dreniranje kosine.

4.3.2. Gravitacioni i vakum bunari

Bunarima ili pumpanjem vode iz drenane buotine sniava se NPV u njenoj okolini. Obino se linija slobodne povrine vode sputa najmanje 0,5 m ispod kote iskopa u ljuncima i krupnim pijescima odnosno vie od 0,7m u sitnim pijescima. Upotreba gravitacionih bunara prikazana je na slici 5.2-1.

Slika 5.2-1. Vrste bunara

Sputanje linije slobodne povrine vode moe se obaviti i u nekoliko faza kako je prikazano na slici 5.2-2.

Slika 5.2.-2. Sputanje NPV u nekoliko faza

U finim pijescima i prainama (k = 10-4 10-6 m/s) crpljenje vode moe biti oteano zbog kapilarnih sila. U tom se sluaju gravitacioni tok vode poboljava koritenjem vakum-bunara (slika 5.2-3). Vakum-bunari moraju se postaviti vrlo blizu jedan drugoga 1 2,5 m, s razmakom izmeu redova od 15 20 m. Bunari mogu biti vertikalno ili koso poloeni.

Slika 5.2-3. Vakum-bunari

Koliina vode koja se moe izdrenirati iz elementa tla zavisi od koeficijenta propusnosti. U tlima s koeficijentom propusnosti 0,0001 0,01 m/s (ljunci, pijesci) postiu se najbolji uinci dreniranja. Pouzdano poznavanje koeficijenta propusnosti bitno je za projektovanje drenanih bunara i odabir pumpi za crpljenje vode. Poznat je empirijski izraz kojeg je dao Hazen (1892):

2

10DCk [cm/s]

gdje konstanta C zavisi od koeficijenta jednolinosti, Cu, kako je prikazano u Tablici 5.5-1 (Beyer).

Navesti emo i neke iskustvene pretpostavke. Koritenjem povrinskih pumpi moe se voda ispumpavati do maksimalno 8 m dubine. Razmak izmeu bunara ne bi trebao biti manji od 3 4 m za bunare prenika 150 mm, odnosno 5 6 m za bunare prenika 350 mm. Ukoliko treba brzo sniziti NPV razmak izmeu bunara moe se smanjiti na puno manje vrijednosti (do 0,2 m za ljunke i 1,5 m za fine pijeske).

Postupak projektovanja bunara

Postupak se provodi u nekoliko koraka:

Korak 1: Gruba procjena ukupne koliine vode koju treba iscrpiti.

Prava povrina iskopa zamjenjuje se krunom iste veliine, te se koristi relacija:

aL

yhkQtot

/ln

22

Veliine h, y i k odreuju se iz dimenzija izdana (vodonosnog sloja), zahtijevanog snienja NPV i vrste tla. Pri tome je a poluprenik zamjenjujue krune povrine. On se za pravougaoni iskop dimenzija x y odreuje prema:

yxa

khhCL w C=3000 za bunare.

Grubo se L za razne vrste tla moe procijeniti prema (Kezdi i Marko, 1969):

krupni ljunak i obluci L = 500 m, krupni ljunak L = 100 150 m, srednji ljunak L = 50 m, pijesak L = 33 m,

fini pijesak L = 5 10 m.

Da bi se mogao procijeniti L, mora se pretpostaviti h0. On se provjerava u koraku 3, te se po

potrebi postupak ponavlja.

Korak 2: Potrebni broj bunara.

maxQ

Qn tot

Korak 3: Provjera pretpostavljenog h0.

n

totxxxnL

hhkQ

21

2

0

2

ln/1ln

Iz ove se jednaine odredi h0, te se ponovno raunaju L i Q. Koraci 1 3 ponavljaju se dok se ne dobije zadovoljavajua podudarnost pretpostavljene i dobijene vrijednosti za h0.

Korak 4: Povratak na originalni iskop.

Potrebno je rasporediti n bunara po obodu iskopa. Provjeriti NPV na obodu i u sredini iskopa

koritenjem izraza:

nxxxnL

yhkQ

21

22

ln/1ln

Ukoliko je NPV preveliki, potrebno je poveati koliinu crpljenja. Proraun se u tom sluaju ponavlja za manji h0 i vei broj bunara.

Kapacitet pumpe procjenjue se iz izraza:

40

hQN

[kW], ako je Q u [l/s], a h u [m].

Slijeganje susjednih objekata procjenjuje se iz izraza:

`

0

`

0log1

v

v

cCe

Hs

wh

gdje je H debljina konsolidujueg sloja, s poetnim koeficijentom pora e i indeksom kompresije Cc.

Ukoliko je konsolidujui sloj male propusnosti i velike debljine, njegova konsolidacija moe biti vrlo spora tako da privremeno snienje NPV ne mora nuno uzrokovati slijeganje susjednih objekata. Ukoliko procijenjena slijeganja mogu uzrokovati tetu na susjednim objektima, moe se nametnuti potreba izgradnje vertikalne zagatne stijene kako se ne bi NPV znaajno mijenjala u podzemlju tih objekata.

4.3.3. Predoptereenje

Predoptereenjem, odnosno prethodnim optereenjem, postie se konsolidacija tla prije izgradnje nekog objekta, ime se smanjuje slijeganje tla nakon izgradnje. Ova se metoda koristi prilikom izgradnje zgrada, nasipa, saobraajnica i drugih objekata sa svrhom poboljanja temeljnog tla.

Teret q1 izazvati e ukupno slijeganje s1, u nekom vremenu t. Graevina, koja e na tlo predati teret q2, znatno manji od predpotereenja q1 (q2

Ovaj je postupak mogue primijeniti na povrinama za koje se unaprijed zna da e kroz neko vrijeme postati graevinsko zemljite sa unaprijed priblino odreenim optereenjima. Postupak se esto koristi za slijeganje veih povrina stiljivog, slabo propusnog tla (mulj) ispod buduih platoa koji nastaju nasipanjem. Tada se mogu izvesti nasipi dvostruko vee visine od projektovane. Kada se postigne zadovoljavajui stepen konsolidacionog slijeganja, nasipi se skidaju na projektovanu kotu, a slijeganje je ili zavreno ili preostaje vrlo mali postotak koji ne teti buduoj namjeni platoa. Uobiajene visine nasipa za predoptereenje su 4-6 metara, a uobiajeno izazovu slijeganje od 0,3 do 1,0 metra. Kod nekoherentnog tla predoptereenje uzrokuje poveanje gustine, dok kod koherentnog tla uzrokuje prethodnu konsolidaciju.

Slika dijagram slijeganja sa uinkom predoptereenja

Slijeganje usljed prethodnog optereenja rauna se iz izraza:

0

0

0

log1 p

ppC

e

Hs cpo

gdje su:

spo - slijeganje usljed prethodnog optereenja H - debljina konsolidujueg sloja e0 - poetni koeficijent pora Cc - modul kompresije

p0- poetno vertikalno naprezanje p - dodatno naprezanje usljed predoptereenja.

Nakon uklanjanja prethodnog optereenja i izgradnje objekta, slijeganje uzrokovano objektom znatno je manje i iznosi:

0

0

0

log1 p

qpC

e

Hs ro

gdje su:

so - slijeganje usljed optereenja od objekta Cr - modul rekompresije

q - dodatno naprezanje od objekta.

Za uspjeno provoenje ove metode, osim poznavanja naprezanja prethodne konsolidacije, potrebno je znati i nosivost temeljnog tla, kako ne bi dodatnim optereenjem izazvali pojavu sloma u tlu.

Na sljedeoj slici moemo vidjeti kako predoptereenje utie na smanjenje slijeganja.

Na sljedeoj slici moemo vidjeti uticaj predoptereenja na smanjenje trokova izgradnje temelja.

Proces konsolidacije moe se dodatno ubrzati izgradnjom vertikalnih drenova i horizontalnih drenanih tepiha. Vertikalnim drenovima ne postie se samo ubrzanje konsolidacije, nego i poveanje vrstoe mekih tala. Takoe, ugradnja vertikanih drenova nee poveati konanu veliinu slijeganja, nego samo ubrzati taj proces.

Na sljedeoj slici vidimo uticaj predoptereenja na ubrzavanje konsolidacije.

Vertikalni drenovi mogu biti izgraeni ili kao cilindrini drenovi od krupnozrnog

materijala (najee pijesak) ili kao geosintetiki drenovi. Cilindrini drenovi obino imaju prenik od 200 - 450 mm, a postavljaju se na udaljenosti 1,5 - 6 m. Geosintetiki drenovi uglavnom su pljosnati iako postoje i plastine cijevi krunog presjeka. Na slici 6.2 moemo vidjeti neke prefabrikovane drenove.

Slika 6.2. Savitljivi prefabrikovani drenovi: plastini i prirodna vlakna

Prednosti upotrebe sintetikih drenova su: jednostavna i brza ugradnja

jednostavno se skladite i transportuju maine za ugradnju su lake povoljna cijena.

Prema teoriji (Terzaghi, 1943.), vrijeme, t, potrebno da se odvije odreeni postotak konsolidacije, U%, zavisi izmeu ostalog od kvadrata puta koji je potreban da pree estica vode od mjesta najvieg do mjesta najnieg potencijala u posmatranom sloju tla.

vc

HTt

2

Bezdimenzionalni vremenski faktor T zavisi iskljuivo od prosjenog stepena konsolidacije (T=f(U%)), a koeficijent konsolidacije cv od svojstava tla i gustine vode (mv, k, w). Te se dvije vrijednosti za odreenu lokaciju i tlo ne mogu mijenjati. Ostaje jedino put vode, H, kao vrijednost pomou koje se moe regulisati vrijeme potrebno da se odvije eljeni stepen konsolidacije. Za postizanje takvog uinka pokazali su se idealni vertikalni drenovi. Izborom njihovog meusobnog razmaka moe se regulisati potrebni stepen konsolidacije, to vidimo na sljedeoj skici.

Iz skice vidimo da se estice vode kreu u vodoravnom smijeru, te emo i prethodnu formulu prilagoditi novonastalim uslovima.

h

eh

c

DTt

2

gdje su:

Th - odabrani vremenski faktor u horizontalnom pravcu

De=2Re - prenik valjkastog podruja uticaja drena

wv

hh

m

kc

- koeficijent konsolidacije u horizontalnom pravcu

kh - koeficijent filtracije u horizontalnom pravcu

mv - koeficijent stiljivosti, reciprona vrijednost modula stiljivosti w zapreminska teina vode

Vertikalni drenovi najee se postavljaju u pravougaonim ili estougaonim razmacima:

4.3.4. Upotreba geosintetika

Prema normi EN ISO 10318:2008 geosintetici se dijele na osnovne grupe prema

sljedeoj emi:

Izvor : Mulabdi M. & Bonjakovi M. : "Pojmovnik geosintetika", Sveuilite Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Graevinski fakultet, 2011.

U zavisnosti od funkcije koju obavljaju, od geosintetika se trae i ispituju sljedea svojstva: - fizika (linijska gustina, duina i irina, povrinska masa i debljina) - mehanika (vrstoa na zatezanje, prskanje pod pritiskom, otpornost na

probijanje- CBR opit i otpornost na paranje)

- hidraulika (permitivnost-vodopropusnost u smijeru okomitom na geotekstil, transmisivnost-svojstvo propusnosti geotekstila u ravnini, prividna veliina otvora ili ekvivalentna veliina otvora )

- otpornost prema okoliu (temperatura, hemikalije, svjetlost i bakterije).

Geotekstil

Geotekstil je planaran, propustan, polimerni (sintetiki ili prirodni) tekstilni materijal, koji moe biti netkani, pleteni ili tkani. Osnovni polimeri iz kojih se izrauju geotekstili su: polipropilen (92%) poliester (5%) polietilen (2%) poliamid (najlon 1%).

Netkani geotekstil je nainjen od usmjerenih ili nasumino orjentisanih vlakana, niti ili drugih elemenata, koja su mehaniki, termiki ili hemijski vezana. Obino se dodatno ojaavaju intenzivnim proivanjem. Imaju velika izduenja pri zatezanju i manju vrstou. Izgled netkanog geotekstila prikazan je na slici:

Pleteni geotekstil proizveden je omanjem jednog ili vie prediva, niti ili drugih

elemenata.

Mogu imati vrlo visoku vrstou i mala izduenja. Izgled pletenog geotekstila prikazan je na slici:

Tkani geotekstil nastaje preplitanje, obino pod pravim uglom, dviju ili vie skupina prediva, niti, traka ili drugih elemenata. Odlikuju se visokom vrstoom na izvlaenje, malim istezanjem i velikom propusnou. Izgled tkaog geotekstila prikazan je na slici:

Spajanje geotekstila:

Spajanje geotekstila moe se vriti na vie naina i to: - preklapanjem; veliina preklopa priblino iznosi 30-50 cm; - ivenjem; ovim nainom spajanja dobijaju se pouzdani i vrsti spojevi; - lijepljenjem; - termiki.

Skica naina spajanja geotekstila preklapanjem.

Geomrea

Geomree su proizvedene od polimera polietilena visoke gustoe (HDPE) ili polipropilena (PP) posebnom tehnologijom ekstrudiranja. Time se postie orijentacija molekula polimera, neka vrsta prednaprezanja, ime se znaajno poveavaju mehanike karakteristike materijala. vorovi su integralni dio strukture i osiguravaju krutost mrea u svim smjerovima u ravnini. Geomree, uz doputena odstupanja, imaju deklarisane karakteristike i mogu se koristiti za:

- ureenje slabo nosivog tla armiranjem nasutih slojeva, - izradu potpornih zidova i nasipa armiranjem tla, - armiranje asfalta kod izgradnje novih i rekonstrukcije dotrajalih povrina

saobraajnica, - zatitu od erozije, - izgradnju drenanih sistema.

Ovaj proizvod odlikuje visoka vrstoa i velika krutost.

Vrste geomrea prikazane su na skicama:

jednoaksijalna mrea

dvoaksijalna mrea

mrea za armiranje asfalta

Geosintetika barijera

Geosintetike barijere su geosintetiki materijal male propusnosti, upotrijebljen u geotehnikim i graevinskim zahvatima sa ciljem smanjenja ili spreavanja teenja fluida kroz konstrukciju. Ovi proizvodi pojavljuju se u tri varijante:

- polimerne geosintetike barijere (GBR-P), poznatije pod imenom geomembrane, monolitni proizvodi raznih debljina i sastava.

- glinene geosintetike barijere (GBR-C), geokompoziti koji se sastoje od dva geotekstila izmeu kojih je bentonitna glina u prahu. U praksi se esto nazivaju "bentonitni tepisi". Mogu biti ojaani proivanjem ime poveavaju inae malu smiuu vrstou.

- bitumenske geosintetike barijere (GBR-B), kompozitni proizvod, ne guva se, esto armiran mreama ili folijama, zatien bitumenskim premazima i povrinskim slojevima za razliite primjene.

Slika postavljanje i preklapanje GBR.

Geosintetici slue za: - razdvajanje - armiranje - filtriranje - dreniranje - zaptivanje (geomembrane)

Slika: Razdvajanje:a) bez geosintetika; b) sa geosintetikom

Slika: Armiranje (membranski nain)

Slika: Filtriranje: a) blokiranje; b) stvaranje lukova; c) zaepljivanje

Slika: Dreniranje

Izbor hidraulike metode u zavisnosti od granulometrijskog sastava tla