2 - IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA

15-Mar-21

Beograd, 2021.

Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti samo za nastavu na daljinu studenta Građevinskog fakulteta

Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.

Univerzitet u Beogradu – Građevinski

fakultet www.grf.bg.ac.rs

Studijski program: GRAĐEVINARSTVO

Modul: K, PŽA, HVE, MTI

Godina/Semestar: 2. godina / 3. semestar

Naziv predmeta (šifra): MEHANIKA TLA (B2O2MT)

Nastavnik: doc. dr Sanja Jocković

Naslov predavanja: IDENTIFIKACIJA TLA

KLASIFIKACIJA TLA

Datum: 3.3.2021.

Predavanja iz mehanike tla

Školska 2020/21.

IDENTIFIKACIJA TLAKLASIFIKACIJA TLA

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Klasifikovanje podrazumeva proces grupisanja i etiketiranja.

Klasifikacioni sistem mora da pruži informacije o očekivanim inženjerskim osobinama tla:deformabilnost, čvrstoća, vodopropusnost i ugradljivost.

Krajnji cilj nije klasifikacija, već sagledavanje mogućeg ponašanja mase tla u uslovima od interesa.

Osnovni klasifikacioni pokazatelji su veličina zrna tla i plastičnost tla.

Postoji više različitih klasifikacionih sistema kojima je pokušano grupisanje materijala prema sličnimosobinama. Svaki od njih prilagođen je posebnoj nameni (geotehenika, izgradnja saobraćajnica,hidrotehnički radovi i dr.). Nijedan od njih nije jednoznačno prihvaćen za širu primenu jer svaki imanedostatke ili prednosti za određenu namenu.

IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA


a

Školska 2020/21.

Generalna osnova za klasifikaciju pretežno neorganskog tla je podela na dve glavne klase sagraničnom vrednošću veličina zrna od 0,075 mm (u nekim zemljama za granicu se usvaja veličinazrna od 0,074 ili 0,06 mm).

Pored navedenih klasa u prirodi se nalazi i treset, materijal koji ima vlaknastu strukturu i nepovoljnegeotehničke karakteristike.

Tako se tlo generalno može podeliti:

1. Krupnozrna tla sadrže preko 50% zrna krupnijih od 0,075 mm (ili 0,06 mm)

2. Sitnozrna tla sadrže preko 50% zrna sitnijih od 0,075 mm (ili 0,06 mm)

3. Organska tla


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Strukturu krupnozrnog tla čine kompaktnazrna a mogu se predstaviti kuglicama ilisličnim pravilnim oblicima


Struktura sitnozrnog tla sa znatnim učešćemgline uslovljena je oblikom veoma malihpločastih zrna


a

Školska 2020/21.


KRUPNOZRNA TLA variraju sa veličinama zrna odkomada stene do šljunka i peska:

• Blokovi d>200 mm

• Obluci (drobina) 200>d>60 mm

• Šljunak 60>d>2 mm

• Pesak 2>d>0.06 mm

Kvarc je mineral koji preovladava u sadržajumnogih šljunkova i peskova

Terenska identifikacija je relativno jednostavna,jer se skoro sva zrna vide golim okom

Krupnozrno tlo može da sadrži primese sitnihfrakcija

Kvalitativni pokazatelji o veličinama i obliku zrnasu najčešće dovoljni za identifikaciju.

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

SITNOZRNA TLA se najvećim delom sastoje od zrna prašine igline:

• Prašina 0.06>d>0.002 mm

• Glina d<0.002 mm

U pogledu mineralnog sastava postoje veće varijacije, jer su zaformiranje zrna, osim mehaničkih uticaja, uključeni i hemijskiprocesi.

Ne mogu se sva zrna videti golim okom, tako da se primenjujuindirektni opiti za identifikaciju, a zasnivaju se na osobini dasitnozrni materijali, naročito ako sadrže glinene čestice,menjaju konzistentno stanje sa promenom sadržaja vode.

Za ovu osobinu, koju nemaju krupnozrni materijali, koristi seizraz plastičnost.

NAPOMENA: Plastičnost, kao pojam, se koristi i za opisnaponsko‐deformacijskog ponašanja u sasvim drugom i znatnopreciznijem kontekstu.



a

Školska 2020/21.


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.



a

Školska 2020/21.

ORGANSKA TLA sadrže organske materije nastaleraspadanjem biljnih i životinjskih produkata.

Organske materije su od vitalnog značaja zapoljoprivrednu upotrebu zemljišta i od manjegznačaja su za građevinskog inženjera, jer sepovršinska zona tla uklanja pre izgradnje većinegrađevinskih objekata.

Relativno visoko prisustvo organskih materija reda5% do 10% može ukazivati na relativno velikukompresibilnost.

Ova tla su izrazito nepovoljna sa građevinske tačkegledišta.


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

GRANULOMETRIJSKI SASTAV je definisan krivom koja opisuje sadržaj zrna različite veličine izražen uprocentima težine.

GRANULOMETRIJSKI SASTAV TLA


a

Školska 2020/21.

1. Metoda sejanja (krupnozrno tlo)

• Suvo sejanje

• Mokro sejanje

2. Metoda sedimentacije (sitnozrno tlo):

• Metoda hidrometrisanja

• Metoda sa pipetom

3. Kombinovana metoda (kada više od 10% uzorka prođe kroz sito otvora d=0.075/0.063 mm)


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Metoda sejanja se koristi za određivanjegranulometrijskog sastava krupnozrnogmaterijala (pesak, šljunak, drobina)

Standard propisuje da se koriste sita koja ćeobezbediti kontinuitet granulometrijske krive

npr. za pesak



a

Školska 2020/21.

Krupnozrno tloGRANULOMETRIJSKI SASTAV TLA

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Veličini zrna sitnozrnog tla pripisuje prečnik kuglice (ekvivalentno sferičnozrno) koja tone u stubu vode određenom brzinom u procesu sedimentacije(taloženja)

Zrna većeg prečnika imaju veću brzinu taloženja

Metoda je bazirana na Stoksovom zakonu koji važi za laminarno strujanje:

Brzina taloženja ekvivalentnog sferičnog zrna u suspenziji proporcionalna jekvadratu prečnika zrna, a obrnuto proporcionalna viskozitetu suspenzije

NEDOSTACI: ne važi za turbulentno strujanje, pretpostavljeno je sferično zrno, približna metoda, indirektna

Metoda hidrometrisanja (areometrisanja) se koristi za određivanjegranulometrijskog sastava sitnozrnog materijala (prašina, glina, organsko tlo).Čestice sitnozrnog tla su zalepljene jedna za drugu i ne može se primenitimetoda sejanja



a

Školska 2020/21.

Sitnozrno tlo


Metoda hidrometrisanja

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.


Sitnozrno tlo

Metoda hidrometrisanja


a

Školska 2020/21.


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Osim oblika granulometrijske krive, za opis krupnozrnog tla upotrebljavaju se i sledeći numeričkipokazatelji:

Koeficijent jednoličnosti ili koeficijent uniformnosti:

Koeficijent zakrivljenosti:

dobro graduiran šljunak: Cu > 4 1 < Cz < 3

dobro graduiran pesak: Cu > 6 1 < Cz < 3

d10 ‐ efektivna veličina zrna predstavlja najveće zrno od kojeg je 10 % materijala u uzorku manje od ove veličine. Analogno se definišu i veličine d30 i d60

60

10u

dC

d

230

10 60z

dC

d d



a

Školska 2020/21.


P (%)

d (mm)10%

30%

60%

d10 d30 d60

60

10u

dC

d

230

10 60z

dC

d d

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Specifična površina se definiše kao odnos ukupnih površina svihzrna u jedinici mase tla (m2/g).

Ukoliko su zrna sitnija utoliko je njihova specifična površina veća

Slojevi molekula vode prianjaju uz površinu čestica minerala glinehidrogenskom vezom, molekuli tako da su zrna obmotana slojemadsorbovane ("vezane") vode

Voda uz česticu gline ima relativno visok viskozitet, koji opada sarastojanjem od zrna. Dalje od zrna se nalazi tzv. slobodna voda.

Usled interakcije vode sa česticama gline, ovakvi materijalipokazuju plastična svojstva, odnosno materijal ima osobinu damenja konzistentno stanje pri promeni vlažnosti.

Zrna minerala gline

GRANICE KONZISTENTNIH STANJA


a

Školska 2020/21.


GRANICE KONZISTENTNIH STANJA (Aterbergove granice konzistencije, granice plastičnosti ) seodnose isključivo na sitnozrna tla.

Aterbergove granice služe da se bliže definišu, na indirektan način, osobine glinovitihkomponenti u tlu.

Za glinovite materijale je karakteristično da menjaju konzistentno stanje pri promeni sadržajavode.

Predstavljaju vlažnosti pri kojima tlo prelazi iz jednog konzistentnog stanja u drugo:

Granica tečenja wL (LL)

Granica plastičnosti wP (PL)

Granica skupljanja wS (SL)

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.



a

Školska 2020/21.

wL < 20 % ‐ neplastično (NP)

20 % < wL < 35 % ‐ niska plastičnost (L)

35 % < wL < 50 % ‐ srednja plastičnost (I).

wL > 50 % ‐ visoka plastičnost (H)

GRANICA TEČENJA (LL) wL je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz tečnog u plastično konzistentno stanje

GRANICA PLASTIČNOSTI (PL) wp je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz plastičnog u polučvrstokonzistentno stanje.

GRANICA SKUPLJANJA (SL) ws je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz polučvrstog u čvrstokonzistentno stanje. To je vlažnost pri kojoj je sitnozrno tlo dostiglo minimalnu zapreminu prisušenju, tako da pri manjoj vlažnosti ne dolazi do promene zapremine tla.

ODREĐUJU SE LABORATORIJSKIM OPITIMA!!!


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

GRANICE KONZISTENTNIH STANJA – Granica tečenja wl

GRANICA TEČENJA (LL) wL je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz tečnog u plastično konzistentno stanje

Tlo ima malu, ali merljivi smičuću čvrstoću

Metode određivanja:

Kasagrandeovom treskalicom

Metoda sa konusom


a

Školska 2020/21.

GRANICE KONZISTENTNIH STANJA – Granica plastičnosti wp

GRANICA PLASTIČNOSTI (PL) wp je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz plastičnog u polučvrstokonzistentno stanje.

Plastično konzistentno stanje – oblik tla se može menjati bez narušavanja kontinuiteta (bez pojavepukotina u tlu)

U domenu vlažnosti između granice tečenja i granice plastičnosti čvrstoća tla se menja za oko 100 puta.

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

INDEKS PLASTIČNOSTI Ip definiše interval:

Ip = wL ‐ wp [%]

INDEKS KONZISTENCIJE Ic je pokazatelj kojim se numerički definiše stanje konzistencije:

LC

P

w wI

I

IC < 0 Tečno stanje

0 < IC < 1.00 Plastično stanje

1 < IC < 1.25 Polutvrdo stanje

IC > 1.25 Tvrdo stanje

Najznačajniji ili najveći deo mehanike sitnozrnog tla bavi se područjem u granicama vlažnosti tla u ovom rasponu od LL do PL!!!

INDEKS TEČENJA (LI) IL je alternativni pokazatelj konzistentnog stanja:

1 CP

w PLLI I

I



a

Školska 2020/21.

INDEKS KONZISTENCIJE je pokazatelj kojim se numerički definiše stanje konzistencije:

IC = 0.00 ‐ 0.25 Vrlo meko konzistentno stanje, može se utisnuti pesnica.

IC = 0.25 ‐ 0.50 Meko konzistentno stanje, može se utisnuti palac.

IC = 0.50 ‐ 0.75 Srednje‐plastično konzistentno stanje, može se utisnuti palac sa većim naporom.

IC = 0.75 ‐ 1.00 Tvrdo‐plastično konzistentno stanje, ne može se utisnuti palac, ali može vrh zaoštreneolovke.

IC = 1.00 ‐ 1.25 Polutvrdo konzistentno stanje, tlo se praktično ne deformiše pod opterećenjima koja semogu naneti rukom ili zašiljenim predmetom.

IC > 1.25 Tvrdo tlo, praktično nedeformabilno za tipična opterećenja od građevina uobičajenihdimenzija.


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

KOLOIDALNA AKTIVNOST GLINE A indirektna je mera specifične površine izražena empirijskim pokaz‐ateljem koji je definisao Skempton (1953) neimenovanim brojem u obliku:

PIA

C F CF ‐ procenat zrna gline, tj. zrna manjih od 2 mikrona (0.002 mm).

Tla sa većom aktivnošću imaju veću tendenciju da menjaju zapreminu pri promeni vlažnosti i bez znatnije promene napona (bubrenje tla).

Za realna tla, koja predstavljaju mešavine različitih minerala, prihvaćena je sledeća klasifikacija prema aktivnosti:

A < 0.75 Neaktivne gline

A= 0.75 ‐ 1.25 Normalne gline

A > 1.25 Aktivne gline



a

Školska 2020/21.

JEDINSTVENA KLASIFIKACIJAUSCS klasifikacija (Unified Soil Classification System) iliAC klasifikacija (Airfield Classification)

PRIMARNA OZNAKA OPISNA OZNAKA

Krupnozrna tla sa G (šljunak) W dobra preko 50 % zrna S (pesak) U jednolična graduiranost većih od 0,075 mm P slaba

F prašine primese C gline Sitnozrna tla sa M (prašina) L niska preko 50 % zrna C (glina) (I) (srednja) plastičnost manjih od 0,075 mm O (organsko tlo) H visoka Vlaknasta struktura Pt (treset)

Osnovni princip: svaki tip tla se može opisati koristeći dva slova, a mogu se upotrebiti i dvojni simboliprema šemi prikazanoj u narednoj tabeli.

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

JEDINSTVENA KLASIFIKACIJA ‐ USCS


a

Školska 2020/21.

JEDINSTVENA KLASIFIKACIJA TLA ‐ USCS

Krupnozrna tla se klasifikuju prema veličini zrna, obliku granulometrijske krive izražene koeficijentomjednoličnosti CU i koeficijentom zakrivljenosti CZ

Ukoliko je sadržaj primesa sitnozrnih frakcija relativno mali (<5%), dopunski simbol je W ili U ili P:

dobro graduiran šljunak GW: Cu > 4 1 < Cz < 3

dobro graduiran pesak SW: Cu > 6 1 < Cz < 3

Ukoliko krupnozrno tlo sadrži više od 12% sitnih frakcija, dopunski simboli je F ili C

Ukoliko krupnozrno tlo sadrži između 5% i 12% sitnih frakcija, koriste se dvojni simboli (GW/GF, SU/SC)

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Sitnozrna tla klasifikuju se na osnovu pokazatelja konsistentnog stanja, prema Kasagrandeovom dijagramu plastičnosti

Grupe M (prašine) i O (organska tla) definisane su istimpoljima ispod "A linije"

U takvom slučaju određuje se granica tečenja naprirodnom tlu i na uzorku koji je prethodno bio izložensušenju na temperaturi višoj od 1050C.

Tlo se klasifikuje kao organsko i prvi simbol je O ako je:wL(sušeno)/wL(prirodno) < 0.75.

Ukoliko ovaj uslov nije ispunjen, tlo se klasifikuje kao neorganska prašina M.

JEDINSTVENA KLASIFIKACIJA TLA ‐ USCS


Školska 2020/21.

ZBIJENOST TLA

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

ZBIJENOST TLA

U primeni tla kao građevinskog materijala za izradu nasipa, zapunjavanje prirodnih depresija i u raznimdrugim okolnostima nastaje potreba da se materijal iskopa, prenosi i ugradi nasipanjem.

Da bi se poboljšale karakteristike nasutog materijala on se podvrgava zbijanju.

Zbijanje je postupak kojim se povećava gustina, tj. zapreminska težina tla, zrna se pakuju bliže jednodrugom uz smanjivanje zapremine vazduha, ali se na ovaj način najčešće ne menja znatnozapremina vode u tlu!!!


a

Školska 2020/21.

DONJI STROJ SAOBRAĆAJNICENasipanje i zbijanje

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.



a

Školska 2020/21.


15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

ZBIJENOST TLA

Razastiranje

Zbijanje


a

Školska 2020/21.

STRUKTURA KRUPNOZRNOG TLA

Pojam struktura, ili tačnije mikro‐struktura, koristi se da opiše geometriju i vezu skupa zrna i pora izmeđunjih.

Strukturu krupnozrnog tla čine kompaktna zrna a mogu se predstaviti kuglicama ili sličnim pravilnim oblicima

Najrastresitije stanje Najzbijenije stanje

emax eminGranične poroznosti: (određuju se laboratorijski)

Vmax

γd, min

Vmin

γd, max

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Zavisnost između stanja poroznosti datog tla i njegovih graničnih poroznosti se opisujepokazateljem koji se naziva relativna zbijenost Dr:

max

max min

( )r

e eD x 100 %

ee

max min

minmax

( )d d dr

d d d

D x 100 %

Umesto pokazatelja Dr koji se izražava u procentima može se koristiti i indeks zbijenosti Id:

min

max min

d d d

d d

I

Pokazatelj relativne zbijenosti se koristi isključivo za krupnozrna tla koja sadrže manje od 15% sitnozrnih frakcija!



a

Školska 2020/21.

Kvalitativni opis zbijenosti dat je u Tabeli gde se u koloni (a) nalazi opis koji daju Lambe i Whitman(1969), a u koloni (b) je opis po Meyerhofu (1956):

Relativna zbijenost (%)

Opis ( a ) ( b ) Veoma rastresito 0 - 15 0 - 20

Rastresito 15 - 35 20 - 40

Srednje zbijeno 35 - 65 40 - 60

Zbijeno 65 - 85 60 - 80

Jako zbijeno 85 - 100 80 -100


Mehaničko ponašanje krupnozrnih materijala u znatnoj meri zavisi od relativne zbijenosti. Ukolikoje veća relativna zbijenost manja je deformabilnost, veća smičuća čvrstoća, a manjavodopropusnost.

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

Struktura sitnozrnog tla sa znatnim učešćem gline uslovljena je oblikom veoma malih pločastih zrna i pratećim površinskim efektima. Karakteristične strukture prikazane su na Slici:

STRUKTURA SITNOZRNOG TLA

Flokulacija je postupak okupljanja koaguliranih čestica


a

Školska 2020/21.

Stanje zbijenosti se opisuje jediničnom težinom tla u suvom stanju. Ako je zapreminska težinavlažnog tla γ i vlažnost w, zapreminska težina u suvom stanju je:

1d w

Zapreminska težina u suvom stanju γd dobijena zbijanjem zavisi od vlažnosti w i primenjene energije zbijanja

Za datu energiju zbijanja postoji OPTIMALNA VLAŽNOST koja odgovara maksimalnoj zbijenosti

ZBIJENOST TLA

OPTIMALNA VLAŽNOST se određuje PROKTOROVIM OPITOM

15-Mar-21


a

Školska 2020/21.

HVALA NA PAŽNJI

Documents

2 - IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA