Fizicka Svojstva Stena i Tla -2 -Final

FIZIKA SVOJSTVA STENA I TLA

Univerzitet u Banjoj LuciRudarski fakultet Prijedor

* Plastinost i konsistencija tla

* Vodopropustljivost tla

* Kapilarnost tla

Doc. dr Sran Kosti, dipl.in.geol.

* Kapilarnost tla

* Bubrenje tla

* Zbijenost tla

Prijedor, 20-21/10/2014

PLASTINOST I KONSISTENCIJA TLA

svojstvo stena da se pod delovanjem spoljanjih sila deformiu i zadre

novoformirani oblik; predstavlja tipino svojstvo gline i glinovitog tla

plastinost glina i glinovitog tla zavisi od:

mineralnog sastava estica manjih od 0,002mm (kaolinit, ilit, montmorilonit)

sastava katjona (gline koje sadre jednovalentne jone su plastinije od glina

koje sadre dvovalentne jone)

koliine i sastava porne vode sa poveanjem koncentracije vode smanjuje se

debljina opni oko estica, a sa tim i plastinost glina

stepen pokretljivosti estica glina pod dejstvom spoljanjh sila, pri odreenoj stepen pokretljivosti estica glina pod dejstvom spoljanjh sila, pri odreenoj

vlanosti, naziva se konsistencija; plastinost je srednje konsistentno stanje;

Aterberg je izdvojio sedam stanja konsistencije

Stanje konsistencije Granica konsistentnog

Okvirno Pojedinano stanja

vrsto stanjevrsto

PoluvrstoPlastino stanje ilavo-plastino

Lepljivo-plastinoTeno stanje ilavo-teno

Gusto-tenoRetko-teno

Granica skupljanja (Ws)

Granica plastinosti (Wp)

15-30%

Granica teenja (Wl)

40-60%

od konsistencije tla zavisi njegova otpornost na

dejstvo spoljneg optereenja; zbog toga je kod

prouavanja stabilnosti i nosivosti tla potrebno

poznavanje njegovih plastinih svojstava i stanja

konsistencije


Indeks plastinosti


razlika izmeu vlanosti na granici teenja i vlanosti

na granici plastinosti

Ip = L P

indeks plastinosti pokazuje koja je koliina vode potrebna da neko koherentno tlo

pree iz plastinog u teno stanje

razlika u koliini vode izmeu granice teenja i granice plastinosti zavisi od

krupnoe vrstih estica, od njihovog oblika i mineralnog sastava

Vrsta

tla

Indeks

plastinosti (%)

Pesak 0

Praina 2-10

Glinovito tlo 10-25

Glina 25-75

krupnoe vrstih estica, od njihovog oblika i mineralnog sastava

na osnovu odnosa p/L moe se oceniti ugao unutranjeg trenja i modul stiljivosti

Mv


Indeks konsistencije

odnos razlike vlanosti na granici teenja i prirodne vlanosti prema razlici vlanosti na

granici teenja i granici plastinosti

PI

L

PL

LcI

=

=

indeks konsistencije Ic

stanje konsistencije tla

< 0 teno stanje konsistencije

0 0,25 stanje tene plastinosti

0,25 0,50 stanje vrlo mekane plastinosti

0,50 0,75 stanje mekane plastinosti

0,75 1,00 stanje tvrde plastinosti

> 1,0 (do granice skupljanja) poluvrsto stanje

> 1,0 (iznad granice skupljanja) vrsto stanje

prema naim propisima razlikuju se dva stepena plastinog stanja konsistencije:

teko gnjeiva konsistencija, 1 > Ic > 2/3

lako gnjeiva konsistencija, 2/3 > Ic >0

Indeks teenja

odnos vika vode u tlu preko granice

plastinosti prema indeksu plastinosti:


PI

P

PL

PcI

=

=

Indeks teenja IL

Stanje konsistencije tla

< 0 Tvrda tla

0 1,0 Plastina tla

> 1,0 Tena tla

Kasagrandeov klasifikacioni dijagram plastinosti

CL - neorganska glina male plastinosti

CH - neorganska glina visoke plastinosti

CI - neorganska glina srednje plastinosti

ML - neorganska praina male plastinosti

OL - organska praina i glina male plastinosti

MH - visoko elastina praina velike plastinosti

OH - organska glina visoke plastinosti

A linija: Ip=0,73(L-20)%

CI

Odreivanje granica konsistencije tla

Odreivanje granice teenja

(pomou tzv. Kasagrandeove treskalice)


Odreivanje granice skupljanja

Odreivanje granice plastinosti

vri se na isti nain kao kod

terenskog opita plastinosti

(valjanjem komada tla u valjak

debljine 3mm)

Odreivanje granica konsistencije tla


VODOPROPUSTLJIVOST TLA

prema Darsijevom zakonu (Darcy, 1856), koji vai za strujanje u zasienoj poroznoj

sredini, koliina vode koja protekne kroz presek sa povrinom A, ili jednostavno protok

Q, proporcionalan je hidraulikom gradijentu:

AL

hhkAikQ 21

==

relativna vodopropustljivost [Terzaghi, Peck, 1967]


Vodopropustljivost Koeficijent filtracije k (m/s)

Velika > 10-4

Srednja 10-3 10-5

Mala 10-5 10-7

Vrlo mala 10-7 10-9

Zanemarljiva < 10-9

tipine vrednosti koeficijenata vodopropustljivosti za neke vrste tla (m/s)

Vrsta tla Koeficijent filtracije k (m/s)

ist ljunak 1 5x10-2

isti peskovi i meavine sa ljunkom 5x10-2-5x10-5

Sitnozrni peskovi i praine 5x10-5-5x10-7

Ispucale gline 5x10-2-5x10-7

Neispucale gline < 5x10-7

Vodopropustljivost zavisi do sledeih pet faktora:

1) veliina zrna k=f(d2)

za peskove (cm/s): k=C(d10)2, C =100 - 150

2) koeficijent poroznosti

koeficijent filtracije opada sa poveanjem zbijenosti tla, tj. sa smanjenjem

poroznosti; za peskove:

e

eak

+

=

1

3


odnos koeficijenata vodopropustljivosti za peskove pri minimalnoj i maksimalnoj

zbijenosti retko prelazi vrednost od oko 3

za gline i glinovito tlo ova zavisnost je sloenija:

za razliku od peskova, vodopropustljivost glina je znatno osetljivija na promenu

koeficijenta poroznosti; pri promeni koeficijenta poroznosti sa e=0,9 na e=0,6,

koeficijent filtracije moe da se smanji ak i za dva reda veliine

eak

+

=

1

bek =log

3) viskozitet vode (temperatura)

4) oblika zrna, njihova raspodela i povezanost, tj. struktura tla

5) koliina vazduha u porama

mehurii vazduha smanjuju slobodan presek za protok vode na slian nain kao i

t(0C) 30 20 15 10 5

kt/k

201,25 1,00 0,87 0,77 0,66


mehurii vazduha smanjuju slobodan presek za protok vode na slian nain kao i

vrsto zrno skeleta tla

Metode za merenje vodopropustljivosti tla

za vodopropusne materijale (ljunak, pesak) opit sa konstantnim pritiskom

za slabo vodopropusne materijale (praina, glina) opit sa opadajuim pritiskom

terenski opit odreivanja vodopropustljivosti


Opit sa konstantnim pritiskom

uzorak tla se stavlja u cilindar visine L sa poprenim

presekom povrine A

voda tee pod pritiskom visine stuba vode h koja je

tokom opita konstantna

zapremina vode V, koja protekne u vremenu t,

odreuje se merenjem koliine vode u menzuri

protok vode: Q = V / t = k x A x h/L, tako da je: k = (V

x L) / (A x h x t)

Opit sa opadajuim pritiskom

voda tee pod poetnim pritiskom stuba vode visine h0

nivo vode u bireti opada tokom opita tako da se na kraju

vremenskog intervala t izmeri visina stuba vode h1

koliina istekle vode V meri se u bireti ija je povrina

unutranjeg preseka A'

Opit sa opadajuim pritiskom

ako se za vremenski interval dt nivo vode u bireti spusti za dh, uslov kontinuiteta je:

ili integrisanjem gornje jednaine u granicama od h0 do h1:

AL

hk

dt

dhA

dt

dV==

'dt

LA

kA

h

dh

'=

0ln

'

h

h

At

LAk =

odnosno


1hAt

Odreivanje vodopropustljivosti in situ

razmatra se protok kroz vodopropusni sloj, izdan, izmeu dva nepropusna sloja

crpljenje vode vri se iz bunara ili buotine koja se protee kroz ceo popreni presek

izdani i voda dotie samo iz izdani

crpljenje vode vri se sa konstantnim protokom tako da dolazi do snienja nivoa

podzemne vode oko bunara


Odreivanje vodopropustljivosti in situ

ako je promena pijezometarske visine dh, tada je Darsijev zakon:

prethodna jednaina se integrie u granicama od h1 do h2 i od r1 do r2:

Hrdr

dhkQ pi2=

( )( )Hhh

rrQk

21

21

2

/ln

=

pi

Kapilarnost tla

svojstvo tla da apsorbuje tenost pod dejstvom sile povrinskog napona

javlja se u tlu sa kapilarnom poroznou i karakteristina je za slabovezana laporovito-

glinovita i nevezana sitnozrna tla, kod kojih visina kapilarnog penjanja moe iznositi i do

nekoliko metara

visina kapilarnog penjanja zavisi od

veliine i oblika pora, ispunjenosti pora

vazduhom, kao i od hemijskog sastava

vode

kada zaronimo kapilarnu cev u sud sa

vodom nivo vode u kapilarnoj cevi e se

podii, jer na molekule vode na povrini u

cevi, pored privlanih sila drugih molekula

vode, deluju i privlane sile molekula

staklenih zidova cevi (sila adhezije)

povrina vode u kapilarnoj cevi obrazuje

menisk, konkavnog oblika

kao posledica razlike pritiska vazduha i vode na

povrini membrane, javlja se sila pritiska na povrini

vode, ija je veliina u rasponu 59-76 mN/m; ta sila u

membrani izaziva njenu zakrivljenu povrinu (menisk)

ako se sa ua oznai pritisak vazduha, sa uw pritisak

vode, sa Ts kapilarna sila, a sa r irina kapilare, tada

sledi iz jednaine ravnotee membrane da je

Kapilarnost tla

sila kapilarnog usisavanja2

2Tuu

s

wa=sila kapilarnog usisavanja

visinu kapilarnog penjanja vode

moemo odrediti pod pretpostavkom

da je ugao izdizanja meniska =0:Vrsta stene Visina kapilarnog penjanja (m)

Pesak, krupnozrni 0,02-0,05

Pesak, sitnozrni 0,35-0,70

Praina 0,50-5,00

Ilovaa 5,00-15,00

Posna glina 15,00-50,00

Masna glina preko 50,00

w

wa

w

s

c

uu

r

Th

pi

==

2

2

pi2r

uuwa=

Ispitivanje kapilarnosti

Opit odreivanja kapilarne visine direktnim merenjem

sanacija terena u cilju otklanjanja tetnog delovanja kapilarnih pojava vri se:

izradom drenaa

postavljanjem tamponskog sloja od ljunka i peska (ispod temelja objekata, donjih

strojeva puteva i pruga)

snienjem nivoa izdani crpljenjem

hidroizolacijom objekata

Kapilarnost tla

Ispitivanje kapilarnosti

Opit odreivanja kapilarne visine pomou kapilarimetra Beskova

hk

= 13,6 Hg + h

kod Jirgensonovog kapilarimetra meri

se pritisak vazduha koji je potreban da

vazduh prodre kroz uzorak, odnosno da

savlada kapilarne sile

merenje visine kapilarnog penjanja merenje visine kapilarnog penjanja

vode u Iaboratoriji vri se samo na

poremeenim uzorcima, tako da visina

kapilarnog penjanja odreena na ovaj

nain ima samo kvalitativnu vrednost

Bubrenje tla

svojstvo pojedinih vrsta tla da pod dejstvom vode poveavaju svoju zapreminu

osetljivost i intenzitet bubrenja zavise od vie faktora: granulometrijski i mineralni

sastav tla, kao i hemijski sastav porne vode

za tla koja pri zasienju vodom bubre, ispunjavaju sledei uslov:

3,01

30

ocena sklonosti tla prema veliini standardnog bubrenja

Sklonost bubrenju Vrednost standardnog bubrenja Bst(%)

Niska sklonost bubrenju 1,5

Bubrenje tla

Srednja sklonost bubrenju 1,5-5

Visoka sklonost bubrenju 5-25

Vrlo visoka skonost bubrenju > 25

stepen bubrenja i mogua promena zapremine mogu se da se procene na osnovu

poznavanja klasifikacionih svojstava tla

korelacija izmeu indeksa plastinosti i bubrenja gline

Bubrenje tla

Ispitivanje sklonosti tla ka bubrenju

edometarski opit

Mere protiv tetnog bubrenja

prethodno potapanje tla u osnovi temelja

zamena tla koje bubri materijalom koji ne bubri

izrada drenanog sistema oko objekta radi smanjenja vlanosti tla

kod dubokih temelja fundiranje na ipovima

edometarski opit

opit triaksijalne kompresije

Zbijenost tla

Zbijenost nevezanog tla

zavisi od veliine i oblika vrstih estica, kao i od strukture tla

zbijenost nevezanog tla izraava se relativnom zbijenou ID, koeficijentom koji

pokazuje stepen zbijenosti tla u odnosu na najveu zbijenost:

minmax

max

ee

eeID

=

krajnje vrednosti relativne zbijenosti su ID=0 (e=emax) za najreu strukturu, odnosno ID=1 krajnje vrednosti relativne zbijenosti su ID=0 (e=emax) za najreu strukturu, odnosno ID=1

(e=emin) za najguu strukturu

Zbijenost peska Relativna zbijenost ID

retko zbijeni pesak 0 - 1/3

srednje zbijeni pesak 1/3 - 2/3

gusto zbijeni pesak 2/3-1

kod nasipa na putevima i na nasutim branama zahteva se da je ID=2/3-1

prema USBR-u, relativna zbijenost ID za vetake nasipe treba da bude vea od 0,7

zavisi ne samo od veliine i oblika vrstih sastojaka, kao i od strukture tla, ve i od

kohezije u tlu i koliine vode

kontrola zbijenosti tla vri se pomou suve zapreminske teine tla: d=Wd/V

(kN/m3), gde je Wd teina potpuno isuenog uzorka tla (kN), a V zapremina istog

uzorka tla u stanju njegove zbijenosti pre suenja (m3)

Zbijenost tla

Zbijenost vezanog tla

Proktorov opit

Proktorov opit

za kontrolu zbijenosti tla esto se usvaja indeks zbijanja Iz

koji predstavlja odnos

suve zapreminske teine tla d

prema zapreminskoj teini dobijenoj po Proktoru p

Iz =d / p

Proktorov opit

ako se ne raspolae sa podacima laboratorijskih ispitivanja, priblini intervali

optimalnih sadraja vode iz modifikovanih Proktorovih opita mogu da poslue kao

orijentacija za ocenu stanja vlanosti tla

Vrsta tla

Verovatna vrednost optimalne vlanosti u

% prema modifikovanom Proktorovom

opitu

Pesak 6-10

Meavina peska i praine 8-12

Praina 11-15Praina 11-15

Glina 13-21

dosadanja ispitivanja su pokazala da je odnos opt i pokazatelja konsistencije

sledei:

Proktorov opit L (%) P (%) Ip (%)

opt -0,5 L P + (2 do 3)% Ip - (1 do 2)%

Laboratorijski opit penetracije (CBR) za ocenjivanje sposobnosti zbijanja tla

sastoji se u penetraciji uzorka cilindrinim klipom

odreenom brzinom, pri emu se meri otpor pri prodiranju

klipa do dubine od 2,54mm (1 in) i 5,04mm (2 ina)

dobijene vrednosti otpora se izraavaju u odnosu na otpor

za istu veliinu prodiranja klipa u jedan standardni materijal

slian Proktorovom opitu: u cilindar odreene visine i

prenika ugradi se odreena koliina materijala, a potom

izvri se zbijanje materijala u 3 slojeva sa 12, 25 i 55

udaraca po sloju i sa 4-5 razliitih sadraja vodeudaraca po sloju i sa 4-5 razliitih sadraja vode

potom se na zbijeni uzorak stavi se ploa odreene teine

(reda veliine optereenja od kolovoza)

donji kraj cilindra se potom zameni perforiranom ploom i

pusti se da uzorak upija vodu 4 dana

komparaterom se meri bubrenje (jednoosovinsko!)

nakon isteka 4. dana, uzorak se izlae prodiranju klipa

odreene dimenzije; mere se dubine prodiranja klipa za

odreenu vrednost sile utiskivanja

Laboratorijski opit penetracije (CBR) za ocenjivanje sposobnosti zbijanja tla

proraun CBR-a se vri prema

sledeem obrascu:

%1005,10

%;1007

%)0,5()5,2(

MPa

P

MPa

PCBR

mmmm

=

Zbijenost CBR%

Vrlo slaba 2-5

Slaba 5-8 zbijenost tla procenjuje se prema vrednosti CBR

Slaba 5-8

Srednja do dobra 8-20

Vrlo dobra 20-30

Documents

Fizicka Svojstva Stena i Tla -2 -Final