Upotreba spektralne analize površinskih valova (SASW) u kontroli kvalitete poboljšanja temeljnog tla

Što je poboljšanje temeljnog tla?

 

Poboljšanje temeljnog tla uključuje niz tehnologija zbijanja i miješanja temeljnog tla i novog tla u kojima se prirodno tlo pretvara u novi materijal.

Korištenjem metoda poboljšanja temeljnog tla moguće je povećati nosivost tla, smanjiti ili držati pod kontrolom ukupna i diferencijalna slijeganja, smanjiti potrebno vrijeme za realizaciju deformacije i smanjiti propusnost tla.

Poboljšanje temeljnog tla može se provesti korištenjem niza različitih tehnologija. U odabiru prikladne tehnologije poboljšanja temeljnog tla potrebno je uzeti u obzir brojne čimbenike, od kojih su najznačajniji: cilj poboljšanja tla, stupanj povećanja krutosti, nosivosti ili propusnosti tla, dubina i ukupni volumen tla koje će se poboljšati, tip tla i njegove mehaničke osobine, dostupnost materijala za poboljšanje (pijesak, šljunak) i troškovi.

U sklopu projekta modernizacije željezničke pruge R201 Zaprešić – Zabok izvodi se poboljšanje temeljnog tla izvedbom šljunčanih stupnjaka. Šljunčani stupnjaci se ugrađuju metodom dubinskog vibracijskog zbijanja (deep vibro replacement, eng.) pri čemu se utiskivanjem materijala u mekše tlo stvaraju novi nosivi i vrlo propusni volumeni u obliku pilota. Materijal za izradu šljunčanih stupova je šljunak ili kameni drobljenac granulacije 16/32 mm.

 

šljunčani stupnjaci

Slika 1. Izvedba šljunčanih stupnjaka na lokaciji željezničke pruge Zaprešić-Zabok

 

Navedena metoda izravno poboljšava tlo pri čemu ga unošenjem energije zbijanja i unošenjem materijala šljunka zbija, ukrućuje, očvršćava i čini ga propusnijim. Uloga šljunčanih stupnjaka je ponajprije ubrzanje konsolidacije koherentnog tla. Stupnjaci djeluju kao vertikalni drenovi. Vrijeme izvođenja je kratko, a postupak izuzetno prilagodljiv terenskim uvjetima.

 

Opis spektralne analize površinskih valova (SASW)

 

Značajna pažnja pri izvođenju poboljšanja tla, daje se kontroli kvalitete postignutog poboljšanja.
Složeno stanje naprezanja i interakcija između šljunčanih stupnjaka i okolnog tla sprječava lokalno ispitivanje komponenata.

Da bi se utvrdio stupanj poboljšanja temeljnog tla, potrebno je provoditi ispitivanja koja uključuju veći volumen poboljšanog tla i odrediti njegove prosječne novo nastale krutosti.
Prosječno povećanje krutosti tla pomoću šljunčanih stupnjaka može se uspješno i pouzdano provesti pomoću nedestruktivnog postupka spektralne analize površinskih valova (SASW).

Ovim se postupkom profil modula posmika tla (G) može mjeriti u odnosu na dubinu, pri vrlo niskim deformacijama prije i nakon poboljšanja tla. Omjer modula posmika, nakon i prije poboljšanja, predstavlja stupanj poboljšanja tla koji se zatim koristi kao mjera uspješnosti izvedenih radova.

SASW metoda temelji se na disperzivnim karakteristikama Rayleighevih valova, uvažavajući činjenicu da se površinski Rayleighevi valovi različitih valnih duljina (frekvencija) prodiru do različitih dubina. Tako se valovi niže frekvencije, pa prema tome veće valne duljine šire dublje u medij nego valovi visoke frekvencije, odnosno male valne duljine.

sasw

Slika 2. Raspodjela vertikalnog gibanja čestice s dubinom za dva Rayleigheva vala s različitim valnim duljinama (Stoke et al, 1994)

 

Cijeli postupak podijeljen je u tri dijela:

  • Prikupljanje podataka na terenu
  • Određivanje krivulje disperzije;
  • Povratna analiza određivanja profila posmičnih brzina po dubini.

Potrebna je sljedeća mjerna oprema za prikupljanje podataka na terenu: generator površinskih valova, geofoni, analogno-digitalni pretvarač i računalo.

Osnovni zadatak generatora površinskih valova jeste mehaničkim udarcem generirati val sa što većim frekventim opsegom i što većom valnom energijom. Također je za pobuđivanje dubljih slojeva, odnosno generiranje nižih frekvencija potrebna jača pobuda nego za slojeve bliže površini za koje su potrebne više frekvencije.

Za mjerenje brzine prolazećeg vala koriste se vertikalno polarizirani geofoni. Olakšavajuća okolnost je da se u ovoj metodi kao rezultat mjerenja koristi fazni pomak između dva senzora, a ne amplituda koja je mnogo osjetljivija na pogreške mjerenja.

Analogno-digitalni pretvarač neophodan je da bi se analogni signal primljen od senzora digitalizirao i pretvorio u signal koji računalo može konvertirati, pohraniti i obraditi.

sasw

Slika 3. Shematski prikaz prikupljanja podataka

 

Krivulja disperzije predstavlja ovisnost brzine vala na površini i valne duljine odnosno frekvencije. Za svaki razmak senzora snimljeni vremenski signali oba senzora x(t) i y(t), brzom Fourierovom analizom transformiraju se iz vremenske u frekventnu domenu kojom se dobijaju frekventni signali X(f) i Y(f). Na ovako transformiranim signalima provodi se spektralna analiza.

Za uslojeni medij u kome krutost varira s dubinom, potreban je proces inverzije da bi se iz mjerene krivulje disperzije dobio profil brzina posmičniih valova po dubini.

sasw

Slika 4. Proces inverzije

 

Uporabivi rezultati ovog dinamičkog mjerenja su:

– Brzine posmičnih valova (vs) po dubini;

– Posmični moduli po dubini, G = ρ ∙ vs2

– Moduli elastičnosti po dubini, E = 2 ∙ ρ ∙ vs2 ∙ (1+ν)

– Debljine slojeva po dubini

 

Rezultati mjerenja

 

Na projektu modernizacije željezničke pruge R201 Zaprešić – Zabok, izvršena su mjerenja deformacijskih karakteristika tla do dubine 6 m, prije i poslije poboljšanja. Stupanj poboljšanja tla za jedno mjerno mjesto je prosječni omjer po dubini modula elastičnosti pri malim deformacijama prije i poslije poboljšanja.

 

sasw

Slika 5. Rezultati mjerenja

 

Poboljšanjem temeljnog tla izvedbom šljunčanih stupnjaka promjera D=800,0 mm, dubine L=6,0 m na rasteru 2,25 x 2,25 m, na SASW profilu D2-946 izmjeren je prosječni stupanj poboljšanja od 3,06.

 

*Izvor:

Kovačević M.S., Jurić-Kaćunić D., Ivanković A., Experiences of using SASW in the quality control of soil improvement by deep vibro compaction in Croatia, Transvib 2006, Faculty of Civil Engineering, University of Zagreb, Croatia.

Kovačević M. S., Kontrolna mjerenja poboljšanja tla spektralnom analizom površinkih valova (SASW), BR. IZV. SA-11/18, Modernizacija i elektrifikacija R201 na dionici Zaprešić-Zabok, Zavod za geotehniku, Građevinski fakultet sveučilišta u Zagrebu.

 

 

 

PRETPLATITE SE NA NAŠ NEWSLETTER!

Budite prvi koji će dobiti najnovije obavijesti i ekskluzivni sadržaj direktno u svoj inbox.