Istražni radovi

Edometarsko ispitivanje tla

Predviđanje slijeganja konstrukcija jedan je od najzahtjevnijih problema s kojima se susreću projektanti u geotehnici. Nepoznavanje i netočna pretpostavka stišljivosti temeljnog tla može dovesti do dodatnih naprezanja unutar konstrukcije te u konačnici do sloma iste.

Prilikom promatranja slijeganja, projektantima su najvažnije dvije komponente:

• vrijednost ukupnog slijeganja koje će se dogoditi
• vrijeme realizacije ukupnog slijeganja

Navedene dvije komponente mogu se približno točno odrediti na temelju rezultata laboratorijskih ispitivanja stišljivosti tla. U inženjerskoj praksi, jedan od najkorištenijih laboratorijskih uređaja za ispitivanja stišljivosti tla je edometar.

Edometar

Edometar je laboratorijski uređaj koji se bazira na ispitivanju stišljivosti tla pod određenim opterećenjem u uvjetima spriječenosti horizontalnih deformacija u tlu. Prilikom ispitivanja ugrađuje se neporemećeni uzorak tla, a mjeri se početna visina istog te promjena visine uslijed nanošenja opterećenja.

Osnovni dijelovi edometra su:

• Okrugli čelični prsten u koji se ugrađuje neporemećeni ispitni uzorak. Ugrađivanjem uzorka u kruti prsten sprječavaju se horizontalne deformacije tla tijekom ispitivanja. (2)
• Dvije porozne pločice s filter papirom koje se postavljaju ispod i iznad uzorka ugrađenog u prsten te omogućavaju dreniranje uzorka. (3)
• Kruta opteretna kapa koja je udubljena na vrhu te postavljena na gornju poroznu pločicu tako da prenosi opterećenje po cijeloj horizontalnoj površini uzorka jednoliko u svrhu dobivanja jednolikih deformacija uzorka. (4)
• Sustav za nanošenje opterećenja. Najčešće se opterećenje nanosi preko klipa na krutoj kapi koji je preko sustava poluge povezan sa utegom, a može se nanositi i hidraulički.
• Mjerna urica (osjetilo za mjerenje pomaka krute kape) za mjerenje deformacije uzorka. (5).

Edometarsko ispitivanje – postupak

Postupak edometarskog ispitivanja zasniva se na mjerenju vertikalnog pomaka uzorka uslijed nanošenja vertikalnog opterećenja. Ogledni primjer postupka dan je u nastavku:

– Ispitni uzorak se ugradi te se omogući zasićenje vodom.
– Očita se položaj kape koja pokriva uzorak.
– Nanese se prvi stupanj opterećenja; najčešće preko utega koji se objesi na polugu i time jednoliko optereti cijeli uzorak.
– Ponovno se očita položaj kape koja pokriva uzorak.

Prisutnost vode u porama tla usporava odvijanje deformacija. Najbrže promjene događaju se odmah po nanošenju opterećenja, a potom se kontinuirano usporavaju. Uobičajena vremena očitanja promjene položaja kape su nakon: 4 s, 8 s, 15 s, 30 s, 1 min, 2 min, 5 min, 15 min, 45 min, 2 h, 4 h, 8 h, 24 h, 2 dana, 3 dana…sve dok se deformacija ne umiri. Nakon što se deformacija umiri, nanese se sljedeći stupanj opterećenja; najčešće dva puta veći od prethodnog tijekom opterećivanja ili četiri puta manji od prethodnog tijekom rasterećivanja.

Rezultati edometarskog ispitivanja

Za svako povećanje vertikalnog opterećenja iscrtava se krivulja promjene visine uzorka u vremenu u polulogaritamskom mjerilu. Kao krajnji cilj jest uz pomoć izmjerenih vertikalnih pomaka dobiti uvid u promjenu volumena uzorka sa promjenom vertikalnog opterećenja. Promjena volumena uzorka prikazuje se preko promjene koeficijenta pora. Na slici u nastavku je prikazana edometarska krivulja (krivulja promjene volumena uzorka u odnosu na promjenu opterećenja).

Na temelju odnosa promjene koeficijenta pora sa promjenom vertikalnog naprezanja (vidljivo iz edometarske krivulje) dobiva se vrijednost koeficijenta stišljivosti uzorka tla (a_v) prema sljedećem izrazu:

Preko koeficijenta stišljivosti (a_v) moguće je odrediti vrijednost modula promjene volumena uzorka tla (m_v):

Preko modula promjene volumena (mv) jednostavno je odrediti modul stišljivosti tla (M_s) koji predstavlja ulazni podatak za deformacijsko ponašanje tla u većini programskih paketa za analizu interakcije tla i konstrukcije. Veza modula stišljivosti i modula promjene volumena dana je u nastavku:

Modul stišljivosti određene vrste tla nije konstantna vrijednost jer isti ovisi o određenom stanju naprezanja za koje se promatra promjena volumena. Iz tog razloga, pokus je potrebno provoditi za više raspona promjene vertikalnog opterećenja (npr. 50-100 kPa → 100-200 kPa → 200 – 400 kPa). Maksimalni rasponi opterećenja na koja se ispituje uzorak tla primarno ovise o dubini zahvata za koju nas zanimaju deformacijske karakteristike određenog sloja tla.

*Reference:
Jagodnik, V. (2017.): Eksperimentalna mehanika tla – skripta Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci
Zlatović, S. (2001.): Mehanika tla – bilješke za predavanja; Tehničko veleučilište Zagreb
Nonveiller, E. (1990.) Mehanika tla i temeljenje građevina (III. izdanje); Školska knjiga, Zagreb.

Pročitajte više: Laboratorijska ispitivanja, Diferencijalna slijeganja