1 Što je mehanika tla, geotehnika? 1-1

1.1__ Problemi koje ćemo naučiti prepoznati, izbjeći, riješiti ili naći put rješenja 1-1

1.2 Što je tlo? Stijena i tlo, meka stijena i kruto tlo. 1-2

1.3 Mehanika tla, mehanika stijena, temeljenje, geotehnika. 1-2

1.1 Problemi koje ćemo naučiti prepoznati, izbjeći, riješiti ili naći put rješenja

Gradimo li građevinu od opeke, drveta, betona, čelika… na zemlji, potrebno je opterećenje od ljudi, opreme,… vjetra, snijega,… vlastite težine prenijeti na tlo. Čak i za automobil, avion ili brod, trebamo, bar povremeno, cestu, uzletište ili luku, opet na zemlji, opet na tlu. Gradiva redovito biramo pažljivo ili spravljamo po provjerenim procedurama redovito kontrolirajući kvalitetu. Ali tlo je takvo kakvo na mjestu nađemo: često vrlo nehomogeno, često bitno mekše i slabije od ostalih gradiva, te potpuno nepoznatih svojstava – jer je nastalo mimo naše volje, izbora ili kontrole kvalitete.

Temeljem se građevina naslanja i prenosi opterećenje na tlo ili na stijenu. Plitki je temelj proširenje zida ili stijene ð temeljna traka, stupa ð temeljna stopa, a pojedini temelji mogu biti spojeni u jednu cjelinu ð temeljna greda, temeljna ploča… O tome više u predmetu Geotehnika.

Slijeganje temelja je vertikalni pomak temelja odnosno građevine na nekom mjestu, dakle deformacija tla ispod temelja. Budući da građevina čini cjelinu, zanimaju nas i diferencijalna slijeganja, razlike između slijeganja susjednih dijelova građevine, o kojima će ovisiti nagibi poda…, pa i uporabivost građevine. Projektiranje i dimenzioniranje temelja mora uvažiti posebnosti podloge, konstrukcije i cijele građevine, da bi se izbjegla moguća oštećenja ili ometanja funkcioniranja građevine.

U slučaju posebno slabe podloge, izvodi se zamjena tla, poboljšanje tla ili se grade duboki temelji. Duboki su temelji grade se na većim dubinama, u obliku pilota, sanduka, bunara…

Da bismo saznali dovoljno o svojstvima tla, o stišljivosti, čvrstoći, propusnosti… trebamo se pozabaviti datim tlom in situ. Geološka znanja o lokaciji od velike su pomoći, jer često daju smjernice ili upozorenja: postojanje i pružanje slojeva, možda postojanje nekih posebno slabih slojeva, možda već razvijene klizne plohe, … ali stvarna svojstva konkretnog datog tla potrebno je ispitati za svaku lokaciju posebno, i to na različitim dubinama. Idealno bi bilo poznavati svaki element podloge, ali najčešće moguće je tek pojedine podatke pridružiti cijelom sloju, odnosno dijelu temeljnog tla. Pri tome

vadimo uzorke tla koje ispitujemo na licu mjesta i potom u laboratoriju ð mjerimo čvrstoću, stišljivost, vodopropusnost,… u kontroliranim uvjetima, tako dobivamo najtočnije podatke, ali svedene na elemente tla, i relativno mali broj “točkastih” podataka,

tijekom bušenja pregledavamo cijelu jezgru, te, prema boji, teksturi i drugim svojstvima prepoznatljivim vizualno i jednostavnim ispitivanjem, zaključujemo o rasprostiranju tla kroz bušotinu ð dobivamo “linijske” podatke: po bušenoj vertikali, možemo detektirati postojanje slojeva, tj. granica između slojeva,

radimo različite in situ pokuse koji pokrivaju cijeli ispitivani volumen, mjerimo elektropropusnost ili brzinu širenja valova kroz tlo i slično ð dobivamo podatke niske preciznosti, ali takve da potvrđuju prostiranje slojeva ili ukazuju na postojanje slabih leća…

…geotehnički istražni radovi.

Izvodimo li duboki podrum u blizini postojećih zgrada (danas česte interpolacije), nije moguće raditi sa širokim iskopom. Kopanjem uz građevinu i njenu podlogu dovode se u pitanje uporabivost ili oštećenja postojećih građevina. Rješenje može pružati poduporna konstrukcija koja preuzima pritiske i sprječava deformiranje (prvenstveno horizontalno, te vertikalno) temeljnog tla postojećih objekata - ako je vrlo pažljivo projektirana i izvedena, sa dovoljnim poznavanjem tla i zahtjeva objekata.

Grade li se ceste, ili je iz drugih razloga potrebno izvesti stepenicu, denivelaciju terena, opet je poduporna konstrukcija, možda potporni zid, ili neki novi oblik pridržanja (armirano tlo…) geotehnički objekt koji pridržava tlo, preuzima pritiske tla i kontrolira deformaciju tla.

Tlo je također gradivo za cijeli niz nasipa i brana (nasute brane). Radi li se o cestovnom ili željezničkom nasipu, osnovna mu je uloga stabilnost. Deformacije tla u nasipu ne smiju smanjivati kvalitetu prometa. Radi li se o brani ili hidrotehničkom nasipu, vodonepropusnost postaje jedan od bitnih zahtjeva. Pri tome, budući da se radi o golemim količinama materijala, pozajmište, mjesto uzimanja materijala, treba biti što bliže mjestu ugradnje. Svi se ovi zahtjevi mogu ispuniti izborom redoslijeda ugradnje pojedinih zemljanih materijala, a možda i injektiranjem, dodavanjem geotekstila ili sličnog, te veoma pažljivom izvedbom.

Postojeće kosine također dio su geotehničke djelatnosti: stabilnost kosine može biti poremećena kada se gradi na kosini, ili može postati zanimljiva nađe li se kosina u području u kome borave ili djeluju ljudi. Klizište je ime za velike pokrete zemljanog materijala, skupa sa šumama ili naseljima na površini, do kojih dođe uslijed potresa, promjene režima podzemnih voda ili u nizu drugačijih situacija. Sanacija klizišta jedan je od čestih zadataka geotehničara u Hrvatskoj, posebno u zagrebačkom području.

Odlagališta otpada otvorila su novo područje u geotehnici. Prvo, svojstva otpada slična su svojstvima tla. Drugo, podloga za odlagalište otpada posebni je geotehnički objekt, često sastavljen od naizmjeničnih slojeva gline (što manje propusnosti) i sintetičkih membrana (praktički nepropusnih), sa šljunčanim drenažnim slojevima. Osim pitanja ugradnje, treba voditi brigu i o ponašanju podloge u različitim uvjetima tijekom njenog života, dakle zauvijek.

Slijeganje tla može biti povezano sa drugim ljudskim djelatnostima ili prirodnim pojavama. Na primjer crpljenje vode u području grada Mexico učinilo je takve promjene u podzemlju da su površinski temeljene građevine slegle i do oko 7 metara. Pri tome objekti temeljeni duboko ostali su gotovo nepomični, te su izvirili metrima iznad površine terena.

Tako i smrzavanje tla ili – u vrlo hladnim područjima – topljenje tla (npr. ispod zgrada u kojima se grije) mogu izazvati nezanemarive deformacije tla.

Dinamički opterećeno tlo čini posebno područje geotehnike.

Potres posebno može promijeniti svojstva tla. Utjecaj potresa pri tome, budući da se na građevinu prenosi kroz tlo, bitno ovisi o svojstvima tla. Tlo može pojačati djelovanje potresa ili ga smanjiti. U rahlom tlu pri potresu dolazi do zbijanja, a – ako je tlo zasićeno vodom – može doći i do likvefakcije (liquefaction), pojave smanjivanja čvrstoće tla i – u ravnim područjima – do višemetarskog slijeganja i ključanja tla (boiling), pri čemu zakopani objekti, kao vodovodne i kanalizacione cijevi… isplivaju na površinu potrgavši se pri tom, ili – na kosinama – do klizanja takozvanog tečenja tla (flow failure) na duljinama od više metara ili kilometara.

Posebnu pažnju u geotehnici dajemo vodi zbog važnosti koju ima pristustvo vode na ponašanje tla, kao i zbog golemih šteta koje mogu nastati zanemari li se ili krivo procijeni djelovanje vode.

1.2 Što je tlo? Stijena i tlo, meka stijena i kruto tlo.

U geologiji (v. kolegij Geologija i petrologija te pripadnu literaturu) studiraju se nastajanje i vrste stijena:

¨ eruptivne ili magmatske stijene

¨ sedimentne (taložne) stijene (faza trošenja, transport, taloženje, stvrdnjavanje ili litifikacija, dijageneza ili promjena minerala): klastične i neklastične sedimentne stijene

¨ metamorfne stijene

ili

¨ vezane i čvrste stijene: magmatske, dio sedimentnih i metamorfne stijene:

ð u geotehnici: stijene

¨ poluvezane stijene: gline, prah, slabi lapori, prapor ili les

ð u geotehnici: koherentno ili sitnozrno tlo: većina čestica sitnije od 0,6 mm

meka stijena i kruto tlo: prijelaz između stijene i tla

¨ nevezane stijene: šljunak, pijesak:

ð u geotehnici: nekoherentno ili krupnozrno tlo: većina čestica veće od 0,6 mm

1.3 Mehanika tla, mehanika stijena, temeljenje, geotehnika.

Svojstva stijena dominantno su određena kontinuiranošću i raspucalošću: uzorak stijene, ispitan u laboratoriju, pokazat će svojstva materijala, ali će do deformiranja ili loma u stijeni doći prije svega u ovisnosti o postojećim sustavima pukotina. Mehanika stijena je disciplina koja se bavi svojstvima i ponašanjem stijenske mase. (rock mechanics)

Tlo je sastavljeno od čvrstih čestica koje čine skelet tla, i vode i zraka u porama između čvrstih čestica. Za razliku od komada stijene, kamena, čestice tla se djelovanjem vode, ili, na primjer prstima, mogu odvojiti od grumena tla. Mehanika tla je disciplina koja se bavi svojstvima i ponašanjem tla. (soil mechanics)

Temeljenje je dio inženjerstva koji, primjenjujući saznanja iz mehanike tla, rješava onaj dio projektiranja i izvedbe građevine koji se odnosi na temelje.

Geotehnika pokriva i temelje i poduporne konstrukcije i nasipe i brane i sve ostale inženjerske ili znanstvene djelatnosti vezane za tlo, a također i kruto tlo, te meku stijenu i stijenu.

Iako je tlo oduvijek nezaobilazni dio graditeljskog posla, te predmet znanosti negdje od 18. stoljeća, začetnikom discipline smatra se Karl Terzaghi koji je prvu knjigu sa ovom temom objavio 1925. godine. Konferencije Međunarodnog društva za mehaniku tla i temeljenje održavaju se od 1936. otprilike svake četiri godine, a 1997. godine, društvo je preimenovano u Međunarodno društvo za mehaniku tla i geotehničko inženjerstvo (International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering) zbog bitnog proširenja područja djelatnosti unutar discipline. U Hrvatskoj djeluje – vrlo aktivna – Hrvatska udruga za mehaniku tla i geotehničko inženjerstvo.

top

home