DIPLOMSKA NALOGA VISOKOŠOLSKI STROKOVNI ŠTUDIJSKI PROGRAM PRVE STOPNJE OPERATIVNO GRADBENIŠTVOLjubljana, 2021

(1)

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo

DIPLOMSKA NALOGA

VISOKOŠOLSKI STROKOVNI ŠTUDIJSKI PROGRAM PRVE STOPNJE OPERATIVNO GRADBENIŠTVO

Ljubljana, 2021

Hrbtna stran: 2021

ADIS KOŽAR

VPLIV PRIPRAVE VZORCA ZEMLJINE NA REZULTATE PROCTORJEVEGA TESTA

KOŽAR ADIS

(2)

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo

Kandidat/-ka:

Mentor/-ica: Predsednik komisije:

Somentor/-ica:

Član komisije:

Ljubljana, _____________

Diplomska naloga št.:

Graduation thesis No.:

ADIS KOŽAR

VPLIV PRIPRAVE VZORCA ZEMLJINE NA REZULTATE PROCTORJEVEGA TESTA

INFLUENCE OF SOIL SAMPLE PREPARATION ON PROCTOR TEST RESULTS

prof. dr. Janko Logar asist. dr. Jasna Smolar

(3)

Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa. I Dipl. nal. Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

STRAN ZA POPRAVKE

Stran z napako Vrstica z napako Namesto Naj bo

(4)

II Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa.

Dipl. nal., Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

BIBLIOGRAFSKO – DOKUMENTACIJSKA STRAN IN IZVLEČEK UDK: 624.131.1/.2(497.4)(043.2)

Avtor: Adis Kožar

Mentor: prof. dr. Janko Logar, univ. dipl. inž. grad.

Somentor: asist. dr. Jasna Smolar, univ. dipl. inž. grad.

Naslov: Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa Tip dokumenta: Diplomska naloga – visokošolski strokovni študij

Obseg in oprema: 33 str., 13 preg., 11 sl., 10 graf., 4 en.

Ključne besede: Proctorjev preskus, vlažnost, optimalna vlažnost, zgoščanje, suha gostota, maksimalna suha gostota

Izvleček

V diplomski nalogi smo ugotavljali vpliv postopka priprave preizkušancev na rezultat preiskave vgradljivosti. Preiskave smo izvedli v laboratoriju, z uporabo Proctorjevega preskusa, na treh vzorcih glin, glina Pl/Q (CL), referenčna glina (CH) in kraška glina (CH)) in na vzorcu piritnih ogorkov.

Preizkušance smo pripravili po mokrem postopku priprave (naravna vlaga; w0 – dovlažimo oz. na zraku enakomerno osušimo do želene vlage) in po suhem postopku priprave (predhodno sušenje materiala pri T = 105 °C in navlaženje). Mokri postopek priprave preizkušancev bolje ustreza tehnološkim postopkom, ki se uporabljajo pri vgrajevanju materialov v nasipe in zasipe, je pa v primerjavi s suhim postopom priprave bolj zahteven in traja dalj časa.

Rezultati preiskav vgradljivosti kažejo, da ima različen postopek priprave preizkušancev različen vpliv na različne vrste materialov, tudi če so ti po USCS klasifikaciji enako klasificirani. Glina Pl/Q (CL) in kraška glina (CH), pripravljeni po mokrem postopku, izkazujeta višjo optimalno vlago in nižjo maksimalno suho gostoto, kot isti glini, pripravljeni po suhem postopku, medtem ko postopek priprave preizkušancev nima pomembnega vpliva na parametre vgradljivosti referenčne gline (CH). Pri piritnih ogorkih, ki niso plastični in imajo značaj melja do meljastega peska, postopek priprave preizkušancev vpliva le na maksimalno suho gostoto, ki je nižja v primeru suhega postopka priprave.

Vpliv postopka priprave preizkušancev se kaže tudi na enoosni tlačni trdnosti zgoščenih preizkušancev in na meji židkosti. Preizkušanci, pripravljeni po mokrem postopku, izkazujejo generalno nekoliko višje tlačne trdnosti od preizkušancev pripravljenih po suhem postopku. Zaradi predhodnega sušenja (suhi postopek) se zniža tudi meja židkosti preiskanih glin.

(5)

Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa. III Dipl. nal. Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

BIBLIOGRAPHIC – DOCUMENTALISTIC INFORMATION AND ABSTRACT UDC: 624.131.1/.2(497.4)(043.2)

Author: Adis Kožar

Supervisor: Prof. Janko Logar, Ph.D.

Cosupervisor: Assist. Jasna Smolar, Ph. D.

Title: Influence of soil sample preparation on Proctor test results Document type: Graduation Thesis – Higher professional studies

Scope and tools: 33 p., 13 tab., 11 fig., 10 graph., 4 eq.

Keywords: Proctor procedure, water content, optimum water content, compaction, dry density, maximum dry density

Abstract:

In this thesis, we investigated the influence of the test preparation method of the test specimens on the result of the embeddability tests. The tests were carried out in the laboratory, using the Proctor test, on three clay samples (Pl/Q clay (CL), reference clay (CH) and karst clay (CH)) and on a sample of pyritic charcoal.

The test specimens were prepared by moist preparation method (natural moisture; w0 - moisten or air dry uniformly to the desired moisture) and dry preparation method (pre-drying the material at T = 105

°C and moistening). The moist preparation method of the test specimens corresponds better to the technological processes used for embedding materials in embankments and backfills, but is more demanding and time-consuming compared to the dry preparation method.

The results of the embeddability tests show that different test specimen preparation methods have different effects on different types of materials, even if they are classified in the same way according to the USCS classification. Pl/Q clay (CL) and karst clay (CH) prepared by the moist method show a higher optimum moisture content and a lower maximum dry density than the same clays prepared by the dry method, while the preparation method of the test specimens has no significant effect on the embeddability parameters of the reference clay (CH). In the case of non-plastic pyritic charcoal, which have a character of molasses to silty sand, the preparation method of the test specimens only affects the maximum dry density, which is lower in the case of the dry preparation method.

The influence of the preparation method is also reflected in the unconfined compressive strength of the compacted test specimens and in liquidity limit. Moist-prepared test specimens generally exhibit slightly higher compressive strengths than dry-prepared test specimens. The drying method also lowers the liquidity limit of the clays tested.

(6)

IV Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa.

ZAHVALA

Rad bi se zahvalil mentorju prof. dr. Janku Logarju, univ. dipl. inž. grad., in somentorici asist. dr. Jasni Smolar, univ. dipl. inž. grad., za strokovno pomoč, usmerjanje in nasvete pri izdelavi diplomske naloge.

Prav tako se zahvaljujem Manci Hrovat, mag. inž. stavb., in Timoteju Jurčku, mag. inž. grad., za pomoč pri izvajanju preiskav v laboratoriju.

Posebno se zahvaljujem tudi svoji družini, sošolcu Amirju Karadžiću in vsem ostalim, ki so mi ves študij stali ob strani.

(7)

Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa. V Dipl. nal. Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

KAZALO VSEBINE

STRAN ZA POPRAVKE ... I BIBLIOGRAFSKO – DOKUMENTACIJSKA STRAN IN IZVLEČEK ... II BIBLIOGRAPHIC – DOCUMENTALISTIC INFORMATION AND ABSTRACT ... III

1. UVOD ... 1

2. NAMEN IN CILJI NALOGE ... 3

3. MATERIALI V RAZISKAVAH ... 4

3.1. 3RO sever, odsek Velenje – Slovenj Gradec ... 4

3.2. Glina iz glinokopa Renče ... 4

3.3. HC Novo mesto - Maline... 5

3.4. Piritni ogorki ... 5

4. LABORATORIJSKE PREISKAVE ... 6

4.1. Standardne preiskave ... 6

4.2. Priprava preizkušancev in izvedba laboratorijskih preiskav ... 6

4.2.1. Proctorjev preskus ... 7

5. REZULTATI EKSPERIMENTALNEGA DELA ... 14

5.1. Indeksne lastnosti ... 14

5.2. Rezultati SPP... 15

5.2.1. Glina Pl/Q ... 16

5.2.2. Referenčna glina ... 17

5.2.3. Kraška glina ... 19

5.2.4. Piritni ogorki ... 20

6. PRIMERJAVA IN ANALIZA REZULTATOV EKSPERIMENTALNEGA DELA ... 22

6.1. Enoosna tlačna trdnost ... 22

6.2. Stopnja zgoščenosti v povezavi z naravno vlago ... 27

6.3. Analiza rezultatov eksperimentalnega dela ... 28

7.

ZAKLJUČEK ... 29

VIRI ... 30

PRILOGE ... 32

(8)

VI Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa.

KAZALO SLIK

Slika 1: Pogled na izvrtano jedro. Vzorec je bil odvzet na globini 8,0 – 10,4 m (foto: arhiv KGT)... 4

Slika 2: Glina iz glinokopa Renče. ... 4

Slika 3: Vzorec kraške gline, RAZ-2 0,80 - 1,80 m. ... 5

Slika 4: Pogled na sveže izvrtano jedro piritnih ogorkov. ... 5

Slika 5: Ugotavljanje meje plastičnosti vzorca gline (Pl/Q) (levo) in ugotavljanje gostote zrn v piknometrih (desno). ... 6

Slika 6: Mehanski Proctorjev aparat. Številke na sliki označujejo sestavne dele naprave, naštete zgoraj. ... 8

Slika 7: Vzorec pada bata na preizkušanec (DIN 18127:2012-09). ... 10

Slika 8: Proctorjevi krivulji (1 - SPP, 2 – MPP), krivulja polne zasičenosti materiala (Sr = 1) in krivulja na = 0,12. Na Proctorjevih krivuljah je označen tudi rezultat preiskave za obe energiji zgoščevanja, optimalna vlaga (wPr oz. mod wPr) in maksimalna suha gostota (Pr oz. mod Pr) (DIN 18127). ... 11

Slika 9: Proctorjeve krivulje različnih vrst zemljin, krivulji 100% saturacije (Sr = 100%) in optimalne saturacije (Sr = Sr opt) ter primerjava strukture preizkušanca na suhi in mokri strani Proctorjeve krivulje (prirejeno po Tatsuoka, Gomes Correia, 2018). ... 12

Slika 10: Pogled na preizkušanec med preiskavo enoosne tlačne trdnosti. ... 13

Slika 11: Preizkušanci po končani preiskavi enoosne tlačne trdnosti ... 26

(9)

Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa. VII Dipl. nal. Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Zahteve zgoščenosti (Žmavc, 1989) ... 2

Preglednica 2: Laboratorijske preiskave in uporabljeni standardi ... 6

Preglednica 3: Parametri pri izvedbi Proctorjevega preskusa (povzeto po DIN 18127). S sivo barvo je osenčena vrstica s parametri, uporabljenimi pri preiskavah v sklopu te naloge... 7

Preglednica 4: Maksimalno dovoljeno zrno v preizkušancu glede na premer kalupa (povzeto po DIN 18127) ... 7

Preglednica 5: Potreben čas hranjenja dovlaženih vzorcev pred zgoščanjem (ASTM D698 - 12) ... 9

Preglednica 6: Število pripravljenih preizkušancev po mokrem in suhem postopku priprave ... 9

Preglednica 7: Število preizkušancev za posamezno preiskavo SPP in število izvedenih preiskav enoosne tlačne trdnosti zgoščenih preizkušancev ... 12

Preglednica 8: Indeksne lastnosti materialov ... 14

Preglednica 9: Rezultati SPP za glino (Pl/Q). ... 17

Preglednica 10: Rezultati SPP za referenčno glino ... 18

Preglednica 11: Rezultati SPP za kraško glino. ... 20

Preglednica 12: Rezultati SPP za piritne ogorke. ... 21

Preglednica 13: Rezultati eksperimentalnega dela ... 32

(10)

VIII Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa.

KAZALO GRAFOV

Graf 1: USCS klasifikacija preiskanih glin (moker – mokri postopek priprave preizkušanca, suh – suhi postopek priprave preizkušanca). ... 15 Graf 2: Proctorjeve krivulje (SPP) materialov pripravljenih po mokrem postopku. Primerjalno so za referenčno glino prikazani tudi arhivski podatki iz literature. ... 16 Graf 3: Glina Pl/Q – Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na referenčno Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj). ... 17 Graf 4: Referenčna glina - Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj). ... 18 Graf 5: Kraška glina - Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na referenčno Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj). ... 20 Graf 6: Piritni ogorki - Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na referenčno

Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj). ... 21 Graf 7: Proctorjeve krivulje (zgoraj) in rezultati preiskav enoosne tlačne trdnosti zgoščenih

preizkušancev iz vseh materialov (spodaj) – mokri postopek priprave. ... 23 Graf 8: Proctorjeve krivulje (zgoraj) in rezultati preiskav enoosne tlačne trdnosti zgoščenih

preizkušancev iz vseh materialov (spodaj) – suhi postopek priprave. ... 24 Graf 9: Rezultati enoosnega tlačnega testa vseh preiskanih materialov nabitih pri naravni vlagi w0

(zgoraj) in pri vlagah podobnih optimalnim vlagam posameznega materiala (spodaj). ... 25 Graf 10: Proctorjeve krivulje v povezavi s stopnjo zgoščenosti 98 % in naravno vlago ... 27

(11)

Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa. IX Dipl. nal. Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

ASTM American Society for Testing and Materials

d premer vzorca (mm)

DIN Deutsches Institut für Normung

h višina vzorca (mm)

ISO International Organization for Standardization Ic Indekskonsistence (-)

Ip Indeks plastičnosti (%) MB, MBf vrednost metilen modro (g/kg) MPP modificiran Proctorjev preskus qu enoosna tlačna trdnost (Pa, kPa) Sr stopnja zasičenosti (%, -)

SIST Slovenski inštitut za standardizacijo SPP standardni Proctorjev preskus

T temperatura (°C)

w vlaga (%)

wA vodovpojnost, Enslin - Neff (%)

wL meja židkosti (%)

wopt optimalna vlaga, določena po SPP ali MPP (%) wP meja plastičnosti (%)

w0 naravna vlaga (%)

γ prostorninska teža (kN/m³)

ρ gostota (Mg/m³)

ρd suha gostota (Mg/m³)

dmax maksimalna suha gostota, določena po SPP ali MPP (Mg/m³)

(12)

(13)

Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa. 1 Dipl. nal., Ljubljana, UL FGG, Visokošolski študijski program I. stopnje Operativno gradbeništvo.

1. UVOD

V gradbeništvu so zemljine, zdrobljene kamnine in kameni agregat najbolj razširjen material. Kadar se uporabljajo pri gradnji voziščnih konstrukcij za pripravo temeljnih tal in pri zemeljskih delih (npr. nasipi in zasipi), jih je treba, za doseganje potrebnih inženirskih lastnosti, kar najbolje zgostiti (Pavšič, Lenart, 2003).

Ljudje so skozi zgodovino, zaradi različnih potreb, prakticirali zgoščanje zemljin. Gradnjo cest za potrebe vojske in trgovine, poznamo že iz obdobja Rimljanov. Z razvojem novih tehnologij so se skozi čas razvijala tudi orodja in naprave, s katerimi so ljudje zgoščali tla (Kodikara, Islam, Sounthararajah, 2018).

Pri procesu zgoščanja zemljine pride do povečanja gostote na račun zmanjšanja prostornine z zrakom zapolnjenih por. Zemljine zgoščamo, da dosežemo ustrezno trdnost in togost plasti, zmanjšamo deformabilnost in s tem zmanjšamo posedke in deformacije, zmanjšamo poroznost, prepustnost in občutljivost na zunanje vplive, kot so poplave, neurja, suša itd. (Logar, 2020).

Na učinkovitost zgoščanja zemljin in drugih materialov poleg mineraloške sestave, zrnavosti in drugih parametrov, bistveno vpliva tudi vsebnost vode (Backus, 2016). Z enako energijo zgoščanja lahko isto zemljino pri različnih vlagah različno zgostimo. Preiskava, ki povezuje maksimalno doseženo suho gostoto zemljine in optimalno vlago zemljine, pri kateri je maksimalna suha gostota dosežena z znano energijo zgoščanja, je poimenovana po ameriškem inženirju Ralphu Proctorju, ki je odkril, da je zgoščanje zemljin odvisno od vlage, energije zgoščanja in vrste zemljine (Pavšič, Lenart, 2003).

S Proctorjevim preskusom tako z znano energijo zgoščanja na eksperimentalni način določimo optimalno vlago wopt, pri kateri se preiskana zemljina najbolj zgosti in doseže maksimalno suho gostoto ρdmax(Logar, 2020). Vpliv na wopt in ρdmax ima lahko tudi postopek priprave preizkušancev. Različni standardi za izvedbo Proctorjevega preskusa (SIST EN 13286-2:2010, DIN 18127, ASTM D698 - 12) priporočajo t.i. mokri in/ali suhi postopek priprave preizkušancev. Vpliv postopka priprave vzorca na rezultat preiskave (wopt, ρdmax) pa v standardih ni ovrednoten, prav tako nismo našli podatkov v dostopni literaturi.

V laboratoriju ugotovljene referenčne vrednosti wopt in ρdmax so ključne za vrednotenje vgradljivosti materialov (priprava ustrezno vlažnega materiala) in pri kontroli kakovosti vgrajenih plasti v zemeljskih objektih (Pavšič, Lenart, 2003). Zemljine na terenu zgoščamo z uporabo statičnih in dinamičnih valjarjev, vibracijskih plošč ali pa se zgoščajo hidravlično. Po končanem zgoščanju je treba preveriti, ali je dosežena zahtevana zgoščenost. Kriterij za zgoščenost (stopnja zgoščenosti, DPR) je podan kot minimalni zahtevani odstotek maksimalne suhe gostote, določene s Proctorjevim preskusom v laboratoriju (Maček, 2018). Pri vgrajevanju velikih količin materialov na terenu tudi ni moč zahtevati, da imajo ti točno optimalno vlago. Zato se glede na kriterij minimalne zahtevane stopnje zgoščenosti, na podlagi rezultatov Proctorjevega preskusa, določi sprejemljivo območje vlage, pri kateri je material možno ustrezno zgostiti.

(14)

2 Kožar, A. 2021. Vpliv priprave vzorca zemljine na rezultate Proctorjevega testa.

Kontrola kakovosti vgrajenih materialov na terenu

Kakovost izvajanih in izvedenih del je treba na terenu preverjati skladno z zahtevami podanimi v Posebnih tehničnih pogojih za zemeljska dela in temeljenje (Žmavc, 1989), veljavnimi Tehničnimi specifikacijami za javne ceste ali s posebnimi zahtevami v projektni dokumentaciji. Kontrolo kakovosti vgrajenih plasti v zemeljskih objektih običajno izvajamo z meritvami dosežene gostote in vlage. Pri tem uporabljamo naslednje tri metode: izotopsko sondo, umerjene cilindre ali peščeno metodo (Logar, 2020). Iz razmerja izmerjene dosežene suhe gostote vgrajenih plasti (d) in maksimalne suhe gostote (dmax), dosežene z zgoščanjem enake zemljine po Standardnem ali Modificiranem Proctorjevem preskusu, lahko izvrednotimo doseženo stopnjo zgoščenosti DPR (enačba 1) in jo primerjamo z zahtevano vrednostjo v tehničnih pogojih ali projektni dokumentaciji. Primer zahtev, ki jih morajo izpolniti izvajalci zemeljskih del pri pripravi temeljnih tal in gradnji nasipov (povzet po Žmavc, 1989), je v Preglednici 1.

𝐷_𝑃𝑅= ^𝜌^𝑑

𝜌_{𝑑𝑚𝑎𝑥} (1)

Kjer sta:

• 𝜌_𝑑 dosežena suha gostota,

• 𝜌_{𝑑𝑚𝑎𝑥} maksimalna suha gostota po Proctorju.

Preglednica 1: Zahteve zgoščenosti (Žmavc, 1989)

Zgoščenost, DPR [%]

Planum temeljnih tal in nasipi, zasipi in klini od 2,0 do 0,5 m pod koto planuma posteljice iz

zemljin 95 (SPP)

izboljšanih zemljin 95 (SPP)

kemično stabiliziranih zemljin 95 (SPP)

kamnin 95 (MPP)

več kot 2,0 m pod planumom posteljice iz zemljin

izboljšanih zemljin

kemično stabiliziranih zemljin kamnin

92 (SPP) 92 (SPP) 92 (SPP) 92 (MPP)

(15)

2. NAMEN IN CILJI NALOGE

Ker so referenčne Proctorjeve vrednosti (wopt in ρdmax), določene z laboratorijskimi preiskavami, ključne za vrednotenje vgradljivosti materiala v fazi načrtovanja gradnje in za kontrolo kakovosti vgrajenih plasti, smo v diplomski nalogi preiskovali vpliv priprave vzorcev na rezultate Proctorjevega preskusa.

Osredotočili smo se na mokri in suhi postopek priprave vzorcev in primerjalno študijo izvedli na treh drobnozrnatih zemljinah in piritnih ogorkih.

Cilji diplomskega dela so identificirati:

• vpliv vlažnosti na doseženo suho gostoto materiala (pri zgoščanju z znano energijo),

• vpliv postopka priprave vzorcev ("mokri" / "suhi" postopek) na rezultate Proctorjevega preskusa (wopt in ρdmax), izvedenega na različnih materialih,

• vpliv postopka priprave vzorcev na enoosno tlačno trdnost nabitih preizkušancev.

(16)

3. MATERIALI V RAZISKAVAH

Preiskave smo izvedli na treh vzorcih drobnozrnatih zemljin in enem vzorcu piritnih ogorkov. V nadaljevanju je kratek opis preiskanih materialov.

3.1. 3RO sever, odsek Velenje – Slovenj Gradec

Vrtina VSG-T5-V4p, iz katere je bil na globini 8,0 - 10,4 m (Slika 1), odvzet vzorec za raziskave v sklopu diplomske naloge, je bila izvrtana na trasi tretje razvojne osi sever, odsek Velenje – Slovenj Gradec, v Velenju, na območju, ki ga do globine ca. 20 m tvorijo pretežno pliokvartarni sedimenti.

Vzorec je bil do dneva preiskave hranjen v zračno zaprti plastični vreči. Za lažjo pripravo preizkušancev za Proctorjev test smo zemljino predhodno naribali z ribežnom. V nadaljevanju bomo uporabljali oznako vzorca: glina (Pl/Q).

Slika 1: Pogled na izvrtano jedro. Vzorec je bil odvzet na globini 8,0 – 10,4 m (foto: arhiv KGT).

3.2. Glina iz glinokopa Renče

Glina iz glinokopa Renče je homogeno vlažna, hranjena v zračno zaprtih plastičnih vrečah. V laboratorij UL FGG KGT so jo kot referenčni material dostavili sodelavci podjetja Structum d.o.o.. V nadaljevanju bomo uporabljali oznako vzorca: referenčna glina.

Slika 2: Glina iz glinokopa Renče.

VSG-T5-V4p

(17)

3.3. HC Novo mesto - Maline

Vzorec kraške gline je bil odvzet iz razkopa RAZ-2, na globini 0,80 – 1,80 m, na trasi hitre ceste (HC) Novo mesto - Maline. Do izvedbe preiskav je bil vzorec hranjen v zračno zaprti plastični vreči. Za lažjo pripravo vzorcev smo naravno vlažno zemljino naribali z ribežnom. V nadaljevanju bomo uporabljali oznako vzorca: kraška glina.

Slika 3: Vzorec kraške gline, RAZ-2 0,80 - 1,80 m.

3.4. Piritni ogorki

Piritni ogorki so metalurški odpadek, ki je nastajal pri praženju piritne rude. Vzorec je bil odvzet na zaprtem odlagališču nenevarnih odpadkov Bukovžlak (ONOB) v Celju, iz vrtine DCv-2 na globini 6 – 8 m. Do izvedbe preiskave so bili piritni ogorki hranjeni v plastičnem vedru, zaprtem s pokrovom. V nadaljevanju bomo uporabljali oznako vzorca: piritni ogorki.

Slika 4: Pogled na sveže izvrtano jedro piritnih ogorkov.

(18)

4. LABORATORIJSKE PREISKAVE 4.1. Standardne preiskave

V preglednici 2 navajamo laboratorijske preiskave, ki smo jih izvajali, in standarde, ki smo jih uporabljali pri eksperimentalnem delu naloge.

Preglednica 2: Laboratorijske preiskave in uporabljeni standardi

Laboratorijska preiskava Uporabljen standard

USCS klasifikacija ASTM D 2487-17e1

Ugotavljanje vlažnosti SIST EN ISO 17892-1:2015

Ugotavljanje meje židkosti in meje plastičnosti SIST EN ISO 17892-12:2018 Ugotavljanje prostorninske gostote SIST EN ISO 17892-2:2015

Enoosni tlačni preskus SIST EN ISO 17892-7:2018

Standardni Proctorjev preskus

SIST EN 13286-2:2010, DIN 18127, ASTM D698 – 12(2021)

Ugotavljanje gostote zrn SIST EN ISO 17892-3:2016

Preskus z metilen modrim SIST EN 933-9:2009+A1:2013

Ugotavljanje adsorpcije vode Enslin-Neff DIN 18132

4.2. Priprava preizkušancev in izvedba laboratorijskih preiskav

Postopkov izvajanja laboratorijskih preiskav, ki so bile v celoti izvedene po standardnem postopku, ne bomo opisovali.

Utrinki izvajanja preiskav ugotavljanja meje plastičnosti in gostote zrn so na Sliki 5.

Slika 5: Ugotavljanje meje plastičnosti vzorca gline (Pl/Q) (levo) in ugotavljanje gostote zrn v piknometrih (desno).

(19)

4.2.1. Proctorjev preskus

Proctorjev preskus je namenjen določitvi optimalne vlažnosti zemljine, pri kateri je ob zgoščanju možno doseči maksimalno suho gostoto. Ta preskus se uporablja, ko vgrajujemo zemljino v nasipe, zasipe, deponije, pregrade (Backus, 2016).

Glede na vrsto materiala in zahtevane lastnosti vgrajene zemljine ločimo dva postopka Proctorjevega preskusa, ki se razlikujeta v energiji zgoščanja. Standardni Proctorjev preskus (SPP), pri katerem material zgoščamo z energijo 0,6 MNm/m³, je namenjen preiskavam vezljivih in peščenih zemljin, modificirani Proctorjev preskus (MPP), z energijo zgoščanja 2,7 MNm/m³, pa ugotavljanju parametrov vgradljivosti zmesi kamnitih zrn, zdrobljenih kamnin in gramozov (Žlender, Vrecl Kojc, Dolinar, 2013).

Parametri pri izvedbi standardnega in modificiranega Proctorjevega preskusa so podani v Preglednici 3, maksimalno dovoljeno zrno glede na premer kalupa pa v Preglednici 4.

Preglednica 3: Parametri pri izvedbi Proctorjevega preskusa (povzeto po DIN 18127). S sivo barvo je osenčena vrstica s parametri, uporabljenimi pri preiskavah v sklopu te naloge.

energija zgoščanja

premer

kalupa višina

kalupa premer

bata višina

pada bata masa bata število plasti

število udarcev /

plast d1 (mm) h1 (mm) d2 (mm) h2 (mm) m (kg)

SPP 100 120 50 300 2,5 3 25

SPP 150 125 75 450 4,5 3 22

SPP 250 200 125 600 15,0 3 22

MPP 100 120 50 450 4,5 5 25

MPP 150 125 75 450 4,5 5 59

MPP 250 200 125 600 15,0 3 98

Preglednica 4: Maksimalno dovoljeno zrno v preizkušancu glede na premer kalupa (povzeto po DIN 18127)

premer kalupa maksimalno dovoljeno zrno d1 (mm) dmax (mm)

100 20,0

150 31,5

250 63,0

V sklopu diplomske naloge smo parametre zgoščanja drobnozrnatih zemljin in piritnih ogorkov ugotavljali s standardnim Proctorjevim preskusom. Pri pripravi preizkušancev smo upoštevali smernice standardov ASTM D698-12, DIN 18127 in SIST EN 13286-2:2010, za samo izvedbo preiskave (zbijanje preizkušancev) pa DIN 18127. Ker smo pri pripravi preizkušancev in izvedbi preiskave uporabili kombinacijo različnih standardnih metod, v nadaljevanju podajamo kratek opis preiskave, s poudarkom na pripravi preizkušancev. Ovrednotenje slednjega na rezultat preiskave je cilj te naloge.

(20)

Sestavni deli naprave za izvedbo Proctorjevega preskusa (Slika 6):

• valjast kalup z odstranljivim podaljškom v katerem material zgoščamo (1),

• podstavek na katerega namestimo valjast kalup (2),

• kladivo oziroma bat, ki prosto pada na zgornjo površino zemljine v valjastem kalupu (3),

• mehanizem za nastavitev višine in števila padcev bata (mehanski zgoščevalnik) (4).

Pripomočki za pripravo preizkušancev ter meritve gostote in vlage:

• pripomočki za strganje preizkušancev (npr. nož, ribežen …),

• različne posodice in pladnji za pripravo, shranjevanje in mešanje vzorca zemljine,

• PVC vrečke,

• lopatica, gladilka, nož,

• tehtnica,

• stiskalnica za iztiskanje preizkušancev iz kalupov,

• ventilacijski sušilnik z možnostjo nastavitve temperature.

Slika 6: Mehanski Proctorjev aparat. Številke na sliki označujejo sestavne dele naprave, naštete zgoraj.

Priprava preizkušancev

Preizkušance za izvajanje standardnega Proctorjevega preskusa smo pripravili po tako imenovanem mokrem in suhem postopku (angl. moist and dry preparation method).

Mokri postopek priprave preizkušancev

Pri mokrem postopku priprave preizkušancev, ki ga kot prednostnega navaja standard ASTM D698 – 12, smo izhajali iz naravno vlažne zemljine oz. piritnih ogorkov (w0). Iz vzorca, ki smo mu izmerili naravno vlago, smo pripravili najmanj pet (5) preizkušancev. Enega smo z energijo po Standardnem Proctorjevem preskusu zgostili pri izhodiščni (naravni) vlagi, preostale pa smo do želene vlage za izvedbo Proctorjevega preskusa enakomerno osušili na zraku oz. jih dovlažili z vodo iz ljubljanskega vodovoda. Pri tem smo sledili usmeritvam standarda ASTM D698 – 12, ki pravi, da moramo v primeru dovlaževanja preizkušancev paziti, da dodano vodo čim bolj enakomerno porazdelimo po celotnem preizkušancu in ga homogeno premešamo, ko pa želimo preizkušancem zmanjšati vsebnost vode, jih moramo zračno sušiti pri sobni temperaturi ali v sušilniku na temperaturi do 60 °C. Med sušenjem je treba preizkušance večkrat premešati. Vlago preizkušancev smo glede na izhodiščno (naravno) vlago vzorca in ocenjeno optimalno vlago določili tako, da sta bila najmanj dva preizkušanca zgoščena pri

1 2 3

4

(21)

vlagi višji od optimalne (t.i. mokra stran), najmanj dva pa pri vlagi nižji od optimalne (t.i. suha stran).

Ustrezno vlažne preizkušance smo pred zgoščanjem homogeno premešali in hranili v tesno zaprtih PVC vrečah najmanj 16 ur (Preglednica 5), da se je vlaga uravnotežila. Bolj skop opis mokrega postopka priprave preizkušancev je podan tudi v standardu SIST EN 13286-2:2010, medtem ko standard DIN 18127 mokrega postopka priprave preizkušancev posebej ne obravnava.

Nadmernih zrn nismo odstranjevali, ker jih zemljine in piritni ogorki niso vsebovali.

Preglednica 5: Potreben čas hranjenja dovlaženih vzorcev pred zgoščanjem (ASTM D698 - 12)

Klasifikacija Minimalni čas hranjenja [h]

GW, GP, SW, SP ni zahtevan

GM, SM 3

Druge zemljine 16

Suhi postopek priprave preizkušancev

Pri suhem postopku so bili osnova za preiskave preizkušanci, ki so bili predhodno sušeni do konstantne suhe mase (ko med dvema zaporednima tehtanjema ni razlike v masi) v peči na 105 °C in nato navlaženi na želeno vlago. Standardna postopka po ASTM D698–12 in DIN18127 sicer omejujeta temperaturo, pri kateri se lahko sušijo preizkušancu pred navlaževanjem, na 60 °C. V diplomski nalogi smo, zaradi lažje interpretacije rezultatov, uporabili enotno temperaturo predhodnega sušenja in temperaturo pri preiskavah ugotavljanja vlage (105 °C). Enako kot pri mokrem postopku, smo tudi pri suhem postopku pripravili pet (5) preizkušancev, od katerih sta imela najmanj dva vlago nižjo od optimalne (ti. suha stran), najmanj dva pa vlago višjo od optimalne (ti. mokra stran), eden pa vlago, ki je približno enaka izhodiščni (naravni). Tudi pri suhem postopku priprave smo preizkušance, pripravljene pri željeni vlagi, pred zgoščanjem za najmanj 16 ur tesno zaprli v PVC vreče in homogeno premešali, da se je vlaga uravnotežila.

Prednosti in omejitve postopkov priprave preizkušancev

Pri mokrem postopku priprave preizkušancev je enakomerno sušenje na zraku zamudno, saj je treba maso preizkušancev redno preverjati in jih večkrat homogeno premešati, da se na površini ne ustvarijo suhe grudice. Pri suhem postopku je prednost ta, da so preizkušanci hitreje pripravljeni, saj ni treba čakati, da se zračno osušijo na želeno vlago. Slabša stran suhega postopka je ta, da v naravi ne najdemo zemljine, ki bi bila predhodno sušena in bi jo nato za potrebe gradnje samo dovlažili in zgostili. Mokri postopek priprave preizkušancev torej bolje ustreza tehnološkim postopkom, ki jih lahko uporabljamo pri rednem vgrajevanju materialov v nasipe in zasipe.

Pregled pripravljenih preizkušancev

Za ugotavljanje vpliva postopka priprave vzorcev na rezultat Proctorjevega preskusa smo iz istega vzorca, pripravili različno vlažne preizkušance po mokrem in suhem postopku priprave. Število preizkušancev iz posameznega vzorca zemljine oz. piritnih ogorkov je za uporabljena postopka priprave preizkušancev podano v Preglednici 6.

Preglednica 6: Število pripravljenih preizkušancev po mokrem in suhem postopku priprave

Material Postopek Število preizkušancev

glina (Pl/Q) moker 6

suh 11

referenčna glina moker 9

suh 9

(22)

kraška glina moker 8

suh 6

piritni ogorki moker 5

suh 6

Obe glini iz trase tretje razvojne osi (glino Pl/Q in kraško glino) smo zaradi koherentne narave in težkognetne konsistence, za lažjo pripravo homogeno vlažnih preizkušancev, pri naravni vlagi predhodno naribali z ribežnom.

Vzorce zemljin, posušene v sušilniku za pripravo po suhem postopku, smo pred dodajanjem vode zdrobili na čim manjše grudice (maksimalno zrno 4,75 mm). Tako smo dosegli lažjo porazdelitev vlage v zemljini in pripravili homogene preizkušance za zgoščanje.

Potek zgoščanja vzorcev

Preizkušance smo zgoščevali po standardu DIN 18127. Preiskave smo izvedli po standardnem Proctorjevem preskusu (SPP) z mehanskim zgoščevalnikom, njegovi sestavni deli so prikazani na Sliki 6. Za vsak Proctorjev preskus smo predhodno stehtali valjast kalup, v katerem smo preizkušanec zgoščevali. Masa preizkušancev, ki smo jih zgoščevali, je bila cca. 2,5 kg. Dimenzije kalupa, dimenzije bata in parametri zgoščevanja, ki smo jih uporabili, so navedeni v prvi vrstici Preglednice 3 (sivo osenčeno). Na Sliki 7 je shematsko prikazan vzorec pada bata po površini preizkušanca med zgoščanjem. Pri nasipavanju preizkušanca v cilinder smo bili pozorni, da je bilo nasute zemljine toliko, da je v zgoščenem stanju zapolnila približno tretjino višine cilindra. Po končanem zgoščanju smo z gladilko odstranili odvečni del zemljine, ki po standardu (SIST EN 13286-2:2010) ne sme segati več kot 10 mm nad kalup, in površino poravnali z robom valjastega kalupa. Če se na površini, po odstranjevanju odvečnega dela, pojavijo luknje, jih je treba ustrezno zapolniti z materialom iz preostalega dela preizkušanca (ostanek). Kalup s preizkušancem smo stehtali (do grama natančno) in preizkušanec s pomočjo stiskalnice iztisnili iz kalupa. Preizkušancu smo določili vlago s sušenjem v sušilniku do konstantne mase. Pred določanjem vlage smo preizkušancem, ki se pri iztiskanju in kalupa niso deformirali in poškodovali, izmerili tudi enoosno tlačno trdnost. Opisan postopek preiskave samo ponavljamo za različno vlažne preizkušance iz istega vzorca in za preizkušance iz različnih vzorcev.

Slika 7: Vzorec pada bata na preizkušanec (DIN 18127:2012-09).

(23)

Rezultat Proctorjevega preskusa

Rezultat preiskave je diagram, kjer so na abscisni osi vlage zgoščenih preizkušancev, na ordinatni osi pa pripadajoče suhe gostote (Slika 8). Izmerjene točke opišemo s krivuljo, ki se jim najbolje prilega. To je tako imenovana Proctorjeva krivulja, iz katere lahko odčitamo maksimalno suho gostoto in vlago, pri kateri je mogoče zemljino najbolj zgostiti, to je optimalno vlago (Kodikara, Islam, Sounthararajah, 2018). Poleg izmerjenih vrednosti in krivulje odvisnosti suhe gostote od vlage na diagramu podamo tudi krivuljo polne zasičenosti materiala (Sr = 100 % oz. 1,0). Suho gostoto materiala pri polni zasičenosti izračunamo po formuli :

ρd = ρs 1+ ^𝑤×ρs

ρwx𝑆𝑟

(2) kjer je:

• ρd suha gostota zemljine (Mg/m³),

• ρs gostota zrn zemljin, (Mg/m³),

• ρw gostota vode (Mg/m³),

• w delež vode (-),

• Sr stopnja zasičenja, v tem primeru Sr = 1,0.

Na Sliki 8 je krivulja polne zasičenosti (Sr = 1,0) prikazana za gostoto zrn s = 2,68 g/cm³. Vlage nabitih preizkušancev desno od krivulje Sr = 1,0 niso možne, saj iz materiala ni mogoče iztisniti več zraka (Logar, 2020). Standard (DIN 18127) navaja poleg izrisa krivulje polne zasičenosti materiala, tudi izris krivulje, kjer znaša odstotek z zrakom napolnjenih por 12 % (na = 0,12).

Slika 8: Proctorjevi krivulji (1 - SPP, 2 – MPP), krivulja polne zasičenosti materiala (Sr = 1) in krivulja na = 0,12. Na Proctorjevih krivuljah je označen tudi rezultat preiskave za obe energiji zgoščevanja,

optimalna vlaga (wPr oz. mod wPr) in maksimalna suha gostota (Pr oz. mod Pr) (DIN 18127).

(24)

Proctorjeve krivulje različnih vrst zemljin in struktura zgoščenih preizkušancev

Na Sliki 9 so prikazane Proctorjeve krivulje različnih vrst zemljin (CH, CL, ML, SW, GW), krivulja Sr

= 100 % in krivulja optimalne saturacije (Sr = Sr opt < 100%). Shematsko je prikazana tudi struktura zemljine na mokri (visoko saturirano) in suhi (nizko saturirano) strani Proctorjeve krivulje. Različne vrste zemljin se različno zgoščajo. Najvišjo maksimalno suho gostoto in najnižjo optimalno vlago izkazujejo dobro graduirani gramozi (GW), najvišjo optimalno vlago in najnižjo maksimalno suho gostoto pa mastne gline (CH). Kljub enaki doseženi suhi gostoti preizkušancev puste gline, CL (točki 1 in 2, rumena simbola na Sliki 9), je vlaga in posledično struktura zemljine na mokri in suhi strani različna. Preizkušanec z nižjo vlago (w1) ima več z zrakom in manj z vodo zapolnjenih por kot preizkušanec z isto suho gostoto in višjo vlago (w2).

Slika 9: Proctorjeve krivulje različnih vrst zemljin, krivulji 100% saturacije (Sr = 100%) in optimalne saturacije (Sr = Sr opt) ter primerjava strukture preizkušanca na suhi in mokri strani Proctorjeve krivulje

(prirejeno po Tatsuoka, Gomes Correia, 2018).

Enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev

Zgoščenim preizkušancem, ki se med iztiskanjem iz Proctorjevih kalupov niso poškodovali, smo izmerili tudi enoosno tlačno trdnost (Preglednica 7, Slika 10). Preiskave enoosne tlačne trdnosti so bile izvedene pri hitrosti stiskanja 1,0 mm/min. Pri vseh treh glinah so se beležili odčitki na vsakih 0,2 mm vertikalnega pomika, pri piritnih ogorkih pa na vsakih 0,1 mm. Iz izmerjenih soodvisnosti osna sila in vertikalnega pomika smo izračunali enoosno tlačno trdnost preizkušancev in pripadajočo deformacijo ob porušitvi.

Preglednica 7: Število preizkušancev za posamezno preiskavo SPP in število izvedenih preiskav enoosne tlačne trdnosti zgoščenih preizkušancev

Material Postopek Število preizkušancev

za SPP

Število izvedenih enoosnih preiskav

glina (Pl/Q) moker 6 4*

suh 11 11

referenčna glina moker 9 9

suh 9 8*

kraška glina moker 8 5*

suh 6 4*

piritni ogorki moker 5 4*

(25)

suh 6 5*

*enoosni tlačni preskus ni izveden na vseh zgoščenih preizkušancih zaradi porušitve/deformacije preizkušanca pri iztiskanju iz Proctorjevega kalupa

Slika 10: Pogled na preizkušanec med preiskavo enoosne tlačne trdnosti.

(26)

5. REZULTATI EKSPERIMENTALNEGA DELA 5.1. Indeksne lastnosti

V Preglednici 8 so rezultati preiskav ugotavljanja naravne vlage, meje židkosti in meje plastičnosti, adsorpcije vode po metodi Enslin-Neff in adsorpcije za organski kation metilen modro (MB). Dodana je tudi USCS klasifikacija preiskanih materialov. Med glinami je pliokvartarna glina (Pl/Q) klasificirana kot pusta glina (CL), preostali dve glini, kljub bistveno različni meji židkosti, kot mastna glina (CH).

Rezultati preiskave ugotavljanja meje židkosti kažejo, da imajo preizkušanci, pripravljeni po suhem postopku priprave, nižjo mejo židkosti od preizkušancev pripravljenih po mokrem postopku priprave (Graf 1). Največja razlika se kaže pri kraški glini, kjer je razlika v meji židkosti kar 41 %. Pri meji plastičnosti značilnega odstopanja zaradi priprave preizkušancev nismo prepoznali. Piritni ogorki niso plastičen material, pri rokovanju se utekočinjajo. Preiskav ugotavljanja meje židkosti, meje plastičnosti, vodovpojnosti in MBf piritnih ogorkov zato nismo izvajali.

Najnižjo naravno vlago med vsemi preiskanimi materiali izkazuje referenčna glina, najvišjo pa piritni ogorki. Podatek o naravni vlagi je pri mokrem postopku priprave preizkušancev za Proctorjev preskus služil kot izhodiščna vrednost za določanje količine vode, ki smo jo morali dodati preizkušancu oz. jo z enakomernim sušenjem na zraku iz preizkušanca odstraniti. Iz vsakega vzorca smo zgoščali po en naravno vlažen preizkušanec, na podlagi katerega smo ocenili vgradljivost naravno vlažnega materiala in določili vlago ostalih preizkušancev za SPP.

Gostota zrn preiskanih glin je značilna za slovenske zemljine in je bistveno nižja od gostote zrn piritnih ogorkov. Visoka gostota zrn piritnih ogorkov (s = 4,20 Mg/m³), ki so nastajali pri praženju pirita (FeS2) pri temperaturi do 850 °C, je posledica njihove mineralne sestave, v kateri prevladuje hematit (Fe2O3), ki ima gostoto zrn (s = 5,1-5,3 Mg/m³).

Iz Preglednice 8 je razvidno tudi, da je kraška glina, ki ima najvišjo mejo židkosti, najbolj vodovpojen material, glina (Pl/Q) z najnižjo mejo židkosti pa najmanj. Nasprotno je pri kraški glini sposobnost adsorpcije organskega kationa metilen modro najnižja, najvišja pa pri referenčni glini. Rezultat je pričakovan in odraža specifično mineralno sestavo kraške gline, v kateri so poleg drugih mineralov prisotni tudi železovi minerali, ki dajejo kraški glini značilno rdečkasto-oranžno barvo.

Rezultati kažejo, da predhodno sušenje preizkušanca vpliva na mejo židkosti in posledično indeks plastičnosti glin (nižja meja židkosti), vendar ne v tolikšni meri, da bi se spremenila USCS klasifikacija (Graf 1).

Preglednica 8: Indeksne lastnosti materialov

Material Postopek priprave vzorca USCS klasifikacija Naravna vlaga Meja židkosti Meja plastičnosti Indeks plastičnosti Gostota zrn Vodovpojnost Metilen modro

w0[%] wL[%] wP[%] IP[%] ρ[Mg/m³] wA[%] MBF

[g/kg]

Glina (Pl/Q) moker CL 23,7 44 24 20

2,65

suh CL 40 24 16 67 26

Referenčna glina

moker CH 18,9 56 18 38

2,70

suh CH 52 20 32 69 32

Kraška glina moker CH 35,5 137 31 106 2,72

(27)

suh CH 96 31 65 105 22

Piritni ogorki moker * 39,9 - - -

4,20

suh * - - - - -

* niso plastični, so nevezljivi, imajo značaj melja do meljastega peska - ni merjeno zaradi značaja materiala

Graf 1: USCS klasifikacija preiskanih glin (moker – mokri postopek priprave preizkušanca, suh – suhi postopek priprave preizkušanca).

Preizkušanec kraške gline, pripravljen po mokrem postopku, presega območje vrednosti na grafu, zato smo rezultat prikazali na desnem robu Grafa 1 in zraven zapisali dejansko vrednost meje židkosti in indeksa plastičnosti.

A-linija deli gline od meljev: Ip= 0,73(wL – 20) (3)

U-linija je tako imenovana zgornja linija (upper limit line): Ip= 0,90 (wL – 8) (4) Zemljine se običajno ne nahajajo v diagramu nad U-linijo.

5.2. Rezultati SPP

Na Grafu 2 so Proctorjeve krivulje vseh štirih materialov, pripravljenih po mokrem postopku. Vidimo, da doseže kraška glina pri enaki energiji zgoščanja (0,6 MNm/m³) najnižjo maksimalno suho gostoto in ima najvišjo optimalno vlažnost. Glina (Pl/Q) in referenčna glina se maksimalno zgostita pri podobni vlagi (wopt  20 %), vendar referenčna glina dosega višjo maksimalno suho gostoto (dmax = 1,69 Mg/m³).

Poleg rezultatov SPP referenčne gline, pridobljenih v sklopu diplomske naloge, so na grafu prikazani tudi rezultati povzeti iz literature (Maček et al., 2011). Vidimo, da so referenčne SPP vrednosti referenčne gline, izmerjene leta 2011 in v sklopu te naloge, primerljive. Piritni ogorki dosegajo podobno maksimalno suho gostoto kot glina (Pl/Q), a nekoliko višjo optimalno vlago (wopt = 31,9 %).

Rezultati tudi kažejo, da lahko imajo zemljine z enako klasifikacijo (npr. referenčna glina in kraška glina, obe CH) bistveno različne referenčne parametre vgradljivosti, ki odražajo tudi mineralno sestavo zemljine.

V nadaljevanju tega poglavja bomo rezultate SPP in preiskav ugotavljanja enoosne tlačne trdnosti podali in interpretirali za vsak material posebej, v povezavi s postopkom priprave preizkušancev. Primerjavo rezultatov za vse preiskane materiale bomo podali v ločenem poglavju naloge (tč. 6).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

IP(%)

w_L(%)

glina (Pl/Q), moker glina (Pl/Q), suh referenčna glina, moker referenčna glina, suh kraška glina, moker kraška glina,

CL - ML ML ali OL suh

MH ali OH CL ali OL

CH ali OH

(w_L= 137 %, I_P= 106 %)

(28)

Graf 2: Proctorjeve krivulje (SPP) materialov pripravljenih po mokrem postopku. Primerjalno so za referenčno glino prikazani tudi arhivski podatki iz literature.

5.2.1. Glina Pl/Q

Na Grafu 3 zgoraj sta Proctorjevi krivulji gline Pl/Q za mokri in suhi postopek priprave preizkušancev, na Grafu 3 spodaj pa pripadajoče vrednosti enoosne tlačne trdnosti zgoščenih preizkušancev. Kot je razvidno iz Grafa 3 (zgoraj) različen postopek priprave vzorca (moker/suh) vpliva na rezultat preiskave.

Preizkušanci, pripravljeni po mokrem postopku. izkazujejo višjo optimalno vlago in nekoliko nižjo maksimalno suho gostoto, kot preizkušanci pripravljeni po suhem postopku. Preizkušanci, pripravljeni po suhem postopku priprave, ne izkazujejo izrazite maksimalne vrednosti suhe gostote. Na grafu je viden plato vrednosti suhe gostote (1,62 – 1,64 Mg/m³) na območju vlage med 11,5 % in 19 %.

Izvrednotena maksimalna suha gostota in optimalna vlaga preizkušancev, pripravljenih po suhem postopku, sta zato informativni, dejansko obnašanje zemljine med nabijanjem pri različnih vlagah pa je razvidno iz Grafa 3 (zgoraj). Optimalna vlaga preizkušancev. pripravljenih po mokrem postopku, je 20,8%, preizkušancev. pripravljenih po suhem postopku, pa cca. 16,4 % (Preglednica 9). Rezultati kažejo, da je optimalna vlaga za oba načina priprave preizkušancev nižja, kot je naravna vlaga zemljine, ki znaša 23,7 % (Preglednica 8).

Enoosne tlačne trdnosti zgoščenih preizkušancev, pripravljenih po mokrem postopku, so na mokri strani Proctorjeve krivulje, pri primerljivi vlagi generalno nekoliko višje od enoosnih tlačnih trdnosti zgoščenih preizkušancev, pripravljenih po suhem postopku. Pričakovano pa, ne glede na postopek priprave preizkušancev, enoosna tlačna trdnost z naraščanjem vlage upada.

1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

ρd(Mg/m3)

w (%)

glina (Pl/Q) –mokri postopek priprave preizkušancev

referenčna glina - mokri postopek priprave preizkušancev

referenčna glina, arhivski podatki (Maček et al., 2011)

kraška glina - mokri postopek priprave preizkušancev

piritni ogorki - mokri postopek priprave preizkušancev

(29)

Graf 3: Glina Pl/Q – Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na referenčno Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj).

Preglednica 9: Rezultati SPP za glino (Pl/Q).

5.2.2. Referenčna glina

Na Grafu 4 (zgoraj) so prikazani rezultati Proctorjevega preskusa referenčne gline. Razlike v Proctorjevi krivulji zaradi različnega postopka priprave preizkušancev ni, zato je izvrednotena le ena Proctorjeva krivulja, ki je ustrezna za oba postopka priprave preizkušancev. Posledično so za oba postopka priprave preizkušancev enotne tudi vrednosti optimalne vlage in maksimalne suhe gostote, podane v Preglednici 10. Kot vidimo iz Grafa 4 (zgoraj) so rezultati pridobljeni v sklopu te naloge tudi primerljivi arhivskim podatkom (Maček et al., 2011). Optimalna vlažnost (19,6 %) se zelo malo razlikuje od naravne vlažnosti

1,50 1,55 1,60 1,65 1,70

5 10 15 20 25 30

ρd(Mg/m3)

w(%)

w0, zračno sušen oz. dovlažen –mokri postopek priprave preizkušancev

sušen 105°C, dovlažen –suhi postopek priprave preizkušancev.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

5 10 15 20 25 30

qu(kPa)

w (%)

sušen 105°C, dovlažen –suhi postopek priprave preizkušancev

mokri postopek priprave preizkušancev

suhi postopek priprave preizkušancev

Optimalna vlaga 20,8 % 16,4 %

Maksimalna suha gostota 1,62 Mg/m³ 1,64 Mg/m³

Gostota zrn (za vrednotenje

linije Sr =1,0) 2,65 Mg/m³ 2,65 Mg/m³

(30)

zemljine (18,9 %) (Preglednica 8), kar kaže, da je trenutna naravna vlaga zemljine primerna za izvajanje gradbenih del in vgrajevanje, npr. v nasipne plasti.

Za razliko od Proctorjeve krivulje referenčne gline, na katero postopek priprave preizkušancev nima vpliva, se slednji kaže v enoosni tlačni trdnosti zgoščenih preizkušancev. Iz Grafa 4 (spodaj) je razvidno, da zgoščeni preizkušanci, pripravljeni po mokrem postopku, dosegajo višjo enoosno tlačno trdnost od primerljivo vlažnih preizkušancev, pripravljenih po suhem postopku. Opazimo tudi, da enoosna tlačna trdnost z naraščanjem vlage močno upada.

Graf 4: Referenčna glina - Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj).

Preglednica 10: Rezultati SPP za referenčno glino

1,50 1,55 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80

10 15 20 25 30

ρd(Mg/m3)

w (%)

w0, zračno sušen oz. dovlažen - mokri postopek priprave preizkušancev sušen 105°C, dovlažen –suhi postopek priprave preizkušancev

arhivski podatki, Maček et al. (2011)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

10 15 20 25 30

qu(kPa)

w (%)

w0, zračno sušen oz. dovlažen - mokri postopek priprave preizkušancev

Optimalna vlaga 19,6 %

Maksimalna suha gostota 1,69 Mg/m³

Gostota zrn (za vrednotenje linije Sr =1,0) 2,70 Mg/m³

(31)

5.2.3. Kraška glina

Na Grafu 5 (zgoraj) so prikazani rezultati Proctorjevega preskusa preizkušancev iz kraške gline. Kot vidimo iz Grafa 5 (zgoraj), različen postopek priprave preizkušancev (moker / suh) vpliva na rezultat preiskave. Preizkušanci pripravljeni po mokrem postopku izkazujejo višjo optimalno vlago in nižjo maksimalno suho gostoto kot preizkušanci pripravljeni po suhem postopku. Optimalna vlaga nabijanja za preizkušance pripravljene po mokrem postopku je 43,4 %, za preizkušance pripravljene po suhem postopku pa 33,4 % (Preglednica 11), kar je bližje naravni vlagi zemljine (35,5 %). Znatna je tudi razlika vrednosti maksimalne suhe gostote, ki za preizkušance pripravljene po mokrem postopku znaša 1,22 Mg/m³, za preizkušance pripravljene po suhem postopku pa 1,33 Mg/m³ (Preglednica 11).

Iz Grafa 5 (zgoraj) vidimo tudi, da pri mokrem postopku priprave en preizkušanec izkazuje bistveno višjo suho gostoto (d = 1,26 Mg/m³ pri w  35%) kot ostali preizkušanci. Pri vrednotenju Proctorjeve krivulje ga nismo upoštevali, saj smo izvedli dve kontrolni točki pri primerljivi vlagi ca. 35 %, ki odstopanja v suhi gostoti nista potrdili. Verjetno je prišlo pri točki, ki odstopa, do napake pri izvedbi preiskave.

Rezultati preiskav enoosne tlačne trdnosti (nabitih preizkušancev) so prikazani na Grafu 5 (spodaj).

Zgoščeni preizkušanci pripravljeni po mokrem postopku dosegajo pri primerljivi vlagi višjo enoosno tlačno trdnost kot zgoščeni preizkušanci, pripravljeni po suhem postopku. Preizkušanci na suhi strani Proctorjeve krivulje do vlage ca. 30 % izkazujejo višje tlačne trdnosti od preizkušancev nabitih pri optimalni vlagi. Preizkušanec z najnižjo vlago (w  21%) pa kaže upad tlačne trdnosti, ki je lahko posledica slučajne napake (samo en preizkušanec) ali pa odraža dejansko obnašanje preizkušanca.

1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35

20 30 40 50 60

ρd(Mg/m3)

w (%)

w0, zračno sušen oz. dovlažen – mokri postopek priprave preizkušancev

(32)

Graf 5: Kraška glina - Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na referenčno Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj).

Preglednica 11: Rezultati SPP za kraško glino.

5.2.4. Piritni ogorki

Na Grafu 6 (zgoraj) sta Proctorjevi krivulji piritnih ogorkov za mokri in suhi postopek priprave preizkušancev, na Grafu 6 (spodaj) pa pripadajoče vrednosti enoosne tlačne trdnosti zgoščenih preizkušancev. Vidimo, da postopek priprave preizkušancev (moker/suh) ne vpliva bistveno na optimalno vlago piritnih ogorkov, vpliva pa na maksimalno doseženo suho gostoto (Graf 6, zgoraj). Pri približno enaki optimalni vlagi (wopt  32 %), piritni ogorki pripravljeni po mokrem postopku priprave izkazujejo maksimalno suho gostoto 1,62 Mg/m³, ki je višja od maksimalne suhe gostote preizkušancev piritnih ogorkov, pripravljenih po suhem postopku (1,58 Mg/m³) (Preglednica 12). Optimalna vlaga piritnih ogorkov je nižja kot njihova naravna vlaga (39,9 %). To kaže, da so naravno vlažni piritni prevlažni za kontrolirano vgrajevanje v zemeljske objekte.

Graf 6 (spodaj) prikazuje odvisnost enoosne tlačne trdnosti od vlažnosti zgoščenih preizkušancev.

Zgoščeni preizkušanci pripravljeni po mokrem postopku dosegajo višjo enoosno tlačno trdnost od zgoščenih preizkušancev pripravljenih po suhem postopku. Najvišja tlačna trdnost je bila izmerjena na preizkušancih, zgoščenih pri wopt, ki znaša za oba načina priprave približno 32 %. Enoosna tlačna trdnost preizkušancev piritnih ogorkov upada tako na mokri kot tudi na suhi strani Proctorjeve krivulje.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

20 30 40 50 60

qu(kPa)

w (%)

w0, zračno sušen oz. dovlažen – mokri postopek priprave preizkušancev

sušen 105°C, dovlažen – suhi postopek priprave preizkušancev

linije Sr =1,0) 2,72 Mg/m³ 2,72 Mg/m³

(33)

Graf 6: Piritni ogorki - Vpliv postopka priprave preizkušancev (mokri / suhi) na referenčno Proctorjevo krivuljo (zgoraj) in enoosna tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev (spodaj).

Preglednica 12: Rezultati SPP za piritne ogorke.

1,45 1,50 1,55 1,60 1,65

15 20 25 30 35 40 45

ρd(Mg/m3)

w (%)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

15 20 25 30 35 40 45

qu(kPa)

w (%)

linije Sr =1,0) 4,20 Mg/m³ 4,20 Mg/m³

(34)

6. PRIMERJAVA IN ANALIZA REZULTATOV EKSPERIMENTALNEGA DELA 6.1. Enoosna tlačna trdnost

Graf 7 (zgoraj) je enak Grafu 2 in je na tem mestu ponovno prikazan zaradi boljše sledljivosti in lažjega razumevanja parametrov vgradljivosti in pripadajoče tlačne trdnosti različnih vrst materialov. Na grafu 7 (spodaj) pa so prikazani rezultati preiskave enoosne tlačne trdnosti zgoščenih preizkušancev, pripravljenih po mokrem postopku. Vertikalne črte prikazujejo optimalno vlago posameznega materiala (barvna shema je enaka kot na legendi).

Za vse tri gline (glina (Pl/Q), referenčna in kraška glina) vidimo, da imajo preizkušanci zbiti na suhi strani Proctorjeve krivulje (vlaga nižja od optimalne) višjo enoosno tlačno trdnost, od preizkušancev zbitih na mokri strani Proctorjeve krivulje (vlaga višja od optimalne) in pri optimalni vlagi. To je najverjetneje posledica različne mikrostrukture, ki jo tvori zemljina na suhi in na mokri strani Proctorjeve krivulje in je nismo preiskovali (Tatsuoka, Gomes Correia, 2018). Zgoščeni preizkušanci piritnih ogorkov dosežejo maksimalno enoosno tlačno trdnost pri optimalni vlagi. Pri vlagah različnih od optimalne, pa tlačna trdnost zgoščenih preizkušancev piritnih ogorkov upada, ne glede na položaj na Proctorjevi krivulji (mokra ali suha stran).

Približno pri optimalni vlagi izkazujejo najnižjo enoosno tlačno trdnost zgoščeni preizkušanci kraške gline (qu  110 kPa), najvišjo in primerljivo pa preizkušanci iz gline Pl/Q in referenčne gline (qu  250 kPa).