28
FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA Univerzitet u Banjoj Luci Rudarski fakultet Prijedor * Granulometrijski sastav stena i tla * Otpor stena i tla na dejstvo mraza * Zapreminska težina stena i tla Doc. dr Srđan Kostić, dipl.inž.geol. * Zapreminska težina stena i tla * Specifična težina stena i tla * Poroznost stena i tla * Vlažnost stena i tla Prijedor, 07-08/10/2014

FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

  • Upload
    dokhanh

  • View
    250

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA

Univerzitet u Banjoj LuciRudarski fakultet Prijedor

* Granulometrijski sastav stena i tla* Otpor stena i tla na dejstvo mraza* Zapreminska težina stena i tla

Doc. dr Srđan Kostić, dipl.inž.geol.

* Zapreminska težina stena i tla* Specifična težina stena i tla* Poroznost stena i tla* Vlažnost stena i tla

Prijedor, 07-08/10/2014

Page 2: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Granulometrijski sastav stena i tla

• procentualno učešće zrna određenog prečnika u ukupnoj težini tla

• granulometrijski sastav tla daje važne i sigurne podatke o njegovim pojedinim fizičkimsvojstvima

• ako u tlu preovlađuju glinene čestice veličine ispod 0,002mm, onda se već na osnovu togamože da zaključi da je tlo plastično, koherentno, higroskopno, visoke kapilarnosti, malepropustljivosti i da ima mali ugao unutrašnjeg trenja

• granulometrijski sastav tla se predstavlja krivama granulometrijskog sastava• granulometrijski sastav tla se predstavlja krivama granulometrijskog sastava

1 – šljunčani pesak2 – prašinasti pesak3 – peskovita prašina4 – glinovito tlo5 – glina

Page 3: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Cu = d60 / d10

d60 prečnik zrna koji odgovara ordinati 60%, d10 prečnik zrna koji odgovara ordinati 10%

Podela tla po stepenu neravnomernosti:

o Cu<5 tlo je ravnomernog sastava (neravnomerno granulisano), odnosno u tlu

Stepen neravnomernosti tla (Allen Hazen)

Granulometrijski sastav stena i tla

o Cu<5 tlo je ravnomernog sastava (neravnomerno granulisano), odnosno u tlupreovlađuje jedna frakcija

o 5<Cu<15 tlo je umereno neravnomernog sastava (umereno granulisano)

o Cu>15 tlo je neravnomernog sastava (ravnomerno granulisano), odnosno u tlu nepreovlađuje jedna frakcija, već je više frakcija približno podjednako (ravnomerno)zastupljeno

Page 4: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Klasifikacija tla

Granulometrijski sastav stena i tla

• za tla u kojima preovlađuju čvrstečestice veličine < 2mm, koristi se

trougli dijagram Američkog biroa za tlo

Page 5: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Laboratorijsko određivanje granulometrijskog sastava tla

• metoda sejanja – za krupnozrna nevezana tla sa preovlađujućom veličinom čestica do0,06mm

• metoda hidrometrisanja – za sitnozna slabovezana tla sa preovlađujućom veličinom česticaispod 0,2mm

Metoda sejanja

Page 6: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Metoda sejanja

ostatak na jednom situ ima veličinu čestica koja odgovara otvoru čestica koja odgovara otvoru prethodnog sita kroz koje je prošao

Page 7: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Metoda hidrometrisanja

• ova metoda zasniva se na fizičkom zakonu da mineralna zrna različite veličine, a iste zapreminsketežine, imaju različitu brzinu tonjenja u vodi; ukoliko su zrna veća, utoliko je njihovo tonjenje bržepri istoj zapreminskoj težini

• na ovoj pojavi zasnovan je Štoksov zakon, koji daje brzinu tonjenja loptastih čestica u tečnojmasi u funkciji njihovog prečnika

( ) ( )scmDsv /2

2

9

2

−=

ηωγγ

gde je γs – zapreminska težina čvrstih čestica (kN/m3), γω – zapreminska težina tečne mase u kojojčestica tone, η – otpor tečnosti, koeficijent viskoznosti (Nxs/cm2), D – prečnik lopaste čestice (cm)čestica tone, η – otpor tečnosti, koeficijent viskoznosti (Nxs/cm2), D – prečnik lopaste čestice (cm)

• Stoksov zakon važi samo za mineralna zrna prečnika 0,2-0,0002mm

• odstupanja od Štoksovog zakona:

o Štoksov zakon se odnosi na tela loptastog oblika, dok su čestice tla manje od 0,2mmpljosnatog oblika

o Štoksov zakon pretpostavlja da je sredina kroz koju tone loptasto telo homogena ineograničenog prostranstva

o u obrascu Štoksovog zakona pretpostavljena je zapreminska težina čvrste čestice

Page 8: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

• opit hidrometrisanja vrši se pomoću areometra, koji se još naziva i hidrometar ili denzimetar

Metoda hidrometrisanja

Page 9: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

• odmah po stavljanju menzure na sto,spušta se areometar u tečnu masu, a zatimpočinje čitanje podela na areometru posle30'', 1' i 2' računajući od trenutka stavljanjamenzure u vertikalan položaj

• dalja čitanja se vrše u 5', 15', 45', 2h, 5h i24h računajući od trenutka stavljanjamenzure u vertikalan položaj, prespuštanja na sto

Metoda hidrometrisanja – Vršenje opita

• nakon 24h ne vrše se dalja čitanja, jer sečestice koje još lebde u vodi nalaze poddejstvom Braunovog kretanja i manje suod 0,0002mm

• kod svakog čitanja posle 15' od početkataloženja, meri se temperatura tečne masei beleži

• na osnovu ovih čitanja određuje sevrednost za prečnik d i količinu čvrstihčestica P u % bilo računom ili grafički

Page 10: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

( ) ][1800

mmts

HD

ωγγη

−=

• po isteku vremena taloženja t, na dubini H nema čvrstih sastojaka prečnika većeg od D, jertakvi sastojci imaju brzinu tonjenja veću od v=H/t i istaložili su se na dubini većoj od H; uistom trenutku čvrsti sastojci prečnika manjeg od D lebde u vodi iznad dubine H u istojkoličini kao i u početku taloženja, jer je njihova brzina taloženja manja od v=H/t

• prečnik D čvrstih zemljanih sastojaka koji su se taložili za vreme t od površine tečne masedo dubine H dobija se iz navedenog Štoksovog zakona:

Metoda hidrometrisanja

količini kao i u početku taloženja, jer je njihova brzina taloženja manja od v=H/t

• procenat čestica koje u datom trenutku t lebde u vodi na dubini H ispod površine, uodnosu na celu količinu zemljane mase potopljene u vodu, dobija se iz sledećeg obrasca:

( )TcRs

s

dWP +

−= 11

100%

γγ

gde je Wd – težina tla u suvom stanju, R1 – čitanje na areometru, CT – korekcija zbog razlike utemperaturi tečnosti, ukoliko temperatura tečne mase pri čitanju nije kalibracionatemperatura areometra, γs – zapreminska težina čvrstih čestica tla

Page 11: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u
Page 12: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u
Page 13: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Otpor stena i tla na dejstvo mraza

• termičko širenje stena je promena zapremine stena usled promene temperature;kvantitativno se izražava termičkim koeficijentom linearne ili zapreminske dilatacije, koji jesrazmeran prvobitnoj dužini (L0) i temperaturnom gradijentu (∆T), a zavisi od vrste stena

)12( TToLL −⋅⋅= α∆

Termički koeficijenti linearne dilatacije nekih vrsta stena (Kujundžić, 1974)

Vrstastene Termički koeficijent linearnedilatacijeα⋅10-5Vrstastene Termički koeficijent linearnedilatacijeα⋅10-5

(1/K)

Granit 0,6-0,9

Dijabaz 0,54

Peščar 0,5-1,2

Krečnjak 0,5-0,79

Mermer 0,3-1,5

Kvarcit 1,1

Page 14: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

• otpornost stena na delovanje mraza zavisi od poroznosti (veličine, oblika, povezanosti irasporeda pora i njihove ispunjenosti vodom), čvrstoće stena, a potom od intenziteta idužine trajanja mraza i cikličnog smenjivanja mraza i otopljavanja

• suve stene dobro podnose niske temperature, dok vlažne i stene potpuno zasićene vodomsu manje postojane na dejstvo mraza

• najotpornije na delovanje mraza su stene velike čvrstoće i male poroznosti (većinamagmatskih stena, dobro vezane sedimentne i masivne metamorfne stene)

Otpor stena i tla na dejstvo mraza

• neotporne na delovanje mraza su stene velike poroznosti i male čvrstoće (gline, glinci,lapori i laporci i dr.)

• superkapilarno porozne stene su postojane na mrazu jer se voda iz takvih pora najvećimdelom iscedi, a deo vode koji zaostane ima dovoljno prostora za širenje leda pri leđenju, pane dolazi do stvaranja pritisaka na zidove pora i razaranja stena (bigar)

• postojanost čvrsto vezanih stena na delovanje mraza definiše se odnosom čvrstoća napritisak uzoraka stene posle smrzavanja i suvog uzorka pre smrzavanja

Page 15: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

• delovanje mraza kod prašinastih i glinenih stena je specifično

• usled leđenja i otapanja vode u ovim stenama nastaju specifične pojave kao što sunadimanje i izdizanje, soliflukcija i dr. (tzv. mrazno-dinamičke pojave)

• pri leđenju nastaju kristalizacione sile koje izazivaju kretanje vodenih kapi u područje većformiranih ledenih sočiva (klinova), čime se stalno povećava zapremina ledenih sočiva;debljina tako nastalih ledenih sočiva kreće se od 0,1 do 10 mm, a ukupne deformacijekoje tom prilikom nastaju mogu da iznose od 30 do 50 cm

Otpor stena i tla na dejstvo mraza

• na veličinu deformacija stena utiču intenzitet i dužina trajanja mraza, granulometrijskisastav i blizina nivoa podzemne vode

• granulometrijski sastav uslovljava veličinu pora, a ona utiče na vodopropustljivost ikapilarnost stena - rastresite stene sa zrnima > 0,02 mm imaju malu visinu kapilarnogpenjanja, a čestice veličine < 0,002 mm imaju sporo kapilarno penjanje; stene saveličinom zrna između ovih granica podložne štetnom delovanju mraza

• osim uslova u pogledu granulometrijskog sastava mora da postoji mogućnostdospevanja vode u zonu dejstva mraza; ukoliko je nivo podzemnih voda plići, mogućnostdeformacija tla usled dejstva mraza je veća, a suprotno ukoliko je nivo podzemne vodedublji

Page 16: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

• zbog stvaranja ledenih sočiva, u glinenim stenama, dolazi do velikih oštećenja kod plitkofundiranih objekata, puteva, aerodromskih pista i dr.

• dubina dejstva mraza u našoj zemlji je do 0,8-1,0 m, otuda konstrukcije fundirane na dubinijednakoj ili većoj od 1,0 m nisu izloženi delovanju mraza

• dejstvo otkravljivanja - zaleđene glinene stene pri otkravljivanju u površinskom delu terenapretvaraju se u kašastu masu ispod koje se nalazi zaleđeni vodonepropustljivi sloj; kašastaglinena masa je presićena vodom i skoro bez ikakve čvrstoće te se stoga pod pritiskom lakoistiskuje ispod saobraćajnica (puteva i pruga), poletno-sletnih staza aerodroma i sl., pri čemunastaju deformacije u terenu i na objektima

Otpor stena i tla na dejstvo mraza

nastaju deformacije u terenu i na objektima

Ocena sklonosti tla dejstvu mraza

• ispitivanje prašinasto-glinenih stena u pogledu postojanosti na mrazu vrši se na osnovusadržaja čestica < 0,02 mm

• postoji nekoliko kriterijuma za ocenu osetljivosti prašinasto-glinovitih stena na dejstvomraza, a u praksi se najčešće koriste kriterijumi Kasagrandea, Ruklija i Šajbla

Page 17: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Kasagrandeov kriterijum

Ocena sklonosti tla dejstvu mraza

Page 18: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Rukljiev kriterijum

Šajblov kriterijum

D <

0,0

2m

m

Šajblov kriterijum

Page 19: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Zaštita protiv dejstva mraza u tlu

• najefikasnija mera je izrada tamponskog sloja, čija debljina se određuje tako da ukupnadebljina kolovoza i tamponskog sloja bude 0,8m za težak saobraćaj i do 0,6m za laki saobraćaj;najčešće je debljina tamponskog sloja 0,3m ispod kolovoza dovoljna zaštita protiv dejstvamraza

• materijal za izradu tamponskog sloja je obično pesak ili peskoviti šljunak koji treba dazadovolji sledeće uslove: indeks plastičnosti Ip < 5, sadržinu frakcije d < 0,02mm manju od 3%, istepen neravnomernosti Cu > 7; gornji deo tamponskog sloja u debljini od 20cm ne sme dabude jednoličan i sitnozrni pesak zbog nedovoljne zbijenosti i ograničene nosivosti; u ovomdelu tamponski sloj treba da bude peskovit šljunak sa 30-70% zrna veličine 2-30mm

Zapreminska težina stena i tla

]3/[ mkNV

W=γγ -zapreminska težina stene u prirodnom stanju (kN/m3)W-težina uzorka stene koji se ispituje (kN)V-zapremina uzorka zajedno sa porama (m3)

• u praksi se koriste: zapreminska težina tla u prirodnom stanju (γ), zapreminska težina potpunosuvog tla (γd), zapreminska težina čvrstih čestica (γs), zapreminska težina potopljenog tla (γ′) izapreminska težina potpuno zasićenog tla (γz)

Page 20: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

• zapreminska težina stena zavisi od mineralnog sastava tj. specifične težine minerala,poroznosti i vlažnosti

• kako su kod većine čvrstih stena poroznost i vlažnost zanemarljivo mali (ispod 1%) to njihovazapreminska težina zavisi, uglavnom, od specifične težine minerala

• kod poluvezanih stena poroznost i vlažnost mogu iznositi više od jednog procenta (čak i donekoliko desetina procenata), te njihova zapreminska težina zavisi, pored mineralnog sastava, iod poroznosti i vlažnosti

Zapreminska težina stena i tla

Vrednosti zapreminskih težina nekih vrsta stenaVrednosti zapreminskih težina nekih vrsta stena

Vrsta steneZapreminska težina (kN/m3)

minimalna srednja maksimalnaGraniti 25,10 26,10 27,10Dioriti 27,70 28,50 29,30Gabri 26,20 28,60 30,50Peridotiti 30,70 31,20 32,00Daciti 22,50 25,40 28,40Andeziti 21,60 25,40 27,10Krečnjaci 21,90 26,60 28,70Oniksi 26,70 26,90 27,30Peščari 22,10 25,80 26,90Mermeri 26,50 27,00 28,20Serpentiniti 25,50 26,80 28,10

Približne vrednosti zapreminskih težina tla

Page 21: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Određivanje zapreminske težine tla

Postupak sa cilindrom

• ovaj postupak se najviše primenjuje i vrši na terenu i u laboratoriji, za vezano i nevezano tlo

• metalni cilindar poznate zapremine, sa zaoštrenom ivicom, utiskuje se u tlo ili u neporemećeniodnosno veštački zbijeni uzorak, tako da se potpuno ispuni zemljanom masom; potom se površinauzorka izravna nožem sa gornjom i donjom ivicom cilindra i odmah zatim zatvori metalnimpoklopcima, a potom se izmeri na vagi.

• ako je W težina uzorka sa cilindrom i poklopcima, W0 težina samog clindra sa poklopcima, a Vzapremina cilindra, onda je zapreminska težina tla γ = (W-W0)/V [kN/m3]

Postupak sa potapanjem uzorka u živu

]3/[ mkNzWzW

V

W γγ ==

• ako je W težina uzorka, Wz težina istisnutežive, γz – zapreminska težina žive(γz=136kN/m3), Vz – zapremina istisnute živekoja je jednaka zapremini uzorka: Vz x γz = Wz,onda je zapreminska težina tla

Page 22: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Specifična težina stena i tla

w

s

w

sVsWGs

γγ

γ==

/ Gs - specifična težina čvrstih čestica steneWs - težina suvog uzorka tla (kN/m3)Vs - zapremina čvrstih čestica (m3)

• specifična težina zavisi samo od mineralnog sastava stena

o kod monomineralnih stena ona je vrlo slična ili ista kao specifična težina minerala kojiizgrađuju tu stenu

o kod polimineralnih stena ona je približno jednaka srednjoj vrednosti specifičnih težinao kod polimineralnih stena ona je približno jednaka srednjoj vrednosti specifičnih težinaminerala koji izgrađuju stenu.

• variranje vrednosti specifičnih težina kod stena je malo (od 2,5 do 3,2); niže vrednosti specifičnihtežina se javljaju kod stena koje izgrađuju silicijsko-aluminijski minerali, a veće vrednosti kod stenaizgrađenih od fero-magnezijskih minerala; najniže vrednosti specifičnih težina se javljaju kod stenakoje izgrađuju minerali sa hemijski vezanom vodom; najviše vrednosti specifičnih težina se javljajukod stena koje sadrže rudne minerale (često i preko 3,2)

• kod iste vrste stena specifična težina može da se razlikuje u zavisnosti od preovlađujuće vrsteminerala; na primer, kod kvarcnih i kvarcnoliskunovitih peščara ona je u granicama 2,69-2,70, akod gvožđevitih peščara može dostići vrednost od 3,0 do 3,2

Page 23: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Određivanje specifične težine stena i tla

• poremećeni uzorak tla ili sprašeni uzorak stena se osuši u sušnici na 1050C, zatim se stavi ueksikator da se ohladi na sobnoj temperaturi, a potom se dobro isitni u laboratorijskoj šolji

• opit se vrši pomoću piknometra, staklene bočice sa dugačkim grlićem zapremine 100cm3;piknometar se zatvara čepom sa kapilarnom cevi u sredini za ispuštanje vodene pare; za svakipiknometar poznata je težina sa čepom W0 i njegova težina ispunjenog vodom do gornje ivicekapilarne cevi Wω na kalibracionoj temperaturi t=200C

• isušeni i ohlađeni uzorak sipa se u piknometar u količini oko 30gr i izmeri na vagi zajedno sapiknometrom sa tačnošću 0,01gr; oduzimanjem težine piknometra W0 od bruto težine W dobijase težina suvog uzorka W =W – W ; potom se u piknometar sipa destilovana voda tako da budese težina suvog uzorka Ws=W – W0; potom se u piknometar sipa destilovana voda tako da bude2cm iznad uzorka

• nakon što uzorak bude ceo provlažen, piknometar se zagreva kako bi se kuvanjem tečne mase unjemu istisli svi vazdušni mehurići iz uzorka i vode; kuvanje treba da traje 30min za nevezana tla,a 45min za vezana tla

• po završenom kuvanju piknometar se ohladi na sobnu temperaturu, pa se zatim dopunidestilovanom vodom do vrha grlića, ovaj se zatvori staklenim čepom, pri čemu se suvišna vodaistisne kroz kapilarnu cev

• potom se izmeri piknometar sa vodom i uzorkom i dobije težina Wωp sa piknometromispunjenim tečnom masom do gornje ivice kapilarne cevi

Page 24: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

]3/[česticačvrstih Zapremina

uzorka suvog TežinamkNs =γ

• kako je zapremina tela potopljenog u vodu jednaka zapremini istisnute vode, to je zapreminačvrstih čestica Vs jednaka zapremini vode koju je uzorak istisnuo iz piknometra

( )( ) 3/10/ mkNpWsWWsV ωω −+=

• prema tome, zapreminska težina čvrstih čestica je:Vs

sWs =γ

Određivanje specifične težine stena i tla

Zapreminska težina čvrstih čestica je:

Poroznost stena i tla

• definiše se odnosom ukupne zapremine pora i šupljina prema jedinici zapremine stena i tla

• koeficijent poroznosti: e = Vp/Vs

• definiše se odnosom ukupne zapremine pora i šupljina prema jedinici zapremine stena i tla

• prema vremenu nastanka poroznost može biti primarna i sekundarna

• primarna poroznost - nastaje u procesu nastanka stene i tla, pri očvršćavanju magmatskihstena (pukotine kontrakcije), kod metamorfnih stena pri rekristalizaciji primarnih mineralaobrazuju se latentne mikropukotine, dok kod sedimentnih stena primarna poroznost se obrazujeu toku sedimentacije i dijageneze

• primarna poroznost nastaje: između zrna - međuzrnska poroznost kod šljunka i peska, kaorezultat taloženja organskih ostataka (organogeni krečnjaci, bigar), u toku razlaganja organskihostataka - cevasta poroznost lesa; primarna poroznost u toku dijageneze sedimenata moženastati i kao rezultat dehidratacije sedimenata ili njihovog skupljanja (litogenetske pukotine)

%100⋅+

==VsVp

pV

V

Vpn

Page 25: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

3 1 2 4

(c) (d)

(a) (b)

• strukturni tipovi poroznosti: a) međuzrnska poroznostb) pukotinska poroznostc) kavernoznostd) cevasta - crevasta poroznost

Poroznost stena i tla

• najveću poroznost poseduju glinenestene (50-80%)

• veliku poroznost poseduju i nekeefuzivne stene (50-60%), kao što suefuzivne stene (50-60%), kao što suplovućac i vulkanski tufovi, kao i nekesedimentne stene: organogenikrečnjaci, kreda i dijatomiti (30-35%)

• najmanjom poroznošću odlikuju seneraspadnute intruzivne magmatskestene

(a) najređa složenost, n = 48%, e = 0,92

(b) srednja složenost, n = 40%, e = 0,67

(c) najgušća složenost, n = 26%, e = 0,35

(a) (b) (c)

Page 26: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Vrsta

stene

Ukupna poroznost (%)

minimalna srednja maksimaln

a

Granit 0,3 1,9 5,0

Diorit 0,3 1,3 2,5

Gabro 0,1 0,9 5,1

Dacit 0,3 3,9 13,0

Peščar 0,3 4,9 17,0

Krečnjak 0,3 1,8 27,2

Mermer 0,3 1,1 4,3

Šljunak 24,0 28,0 36,0

Ukupna poroznost nekih vrsta stenaPoroznost stena i tla

• metalni cilindar poznate zapremine utisnese u neporemećeno tlo ili uzorak većihdimenzija, izravna se gornja površina uzorkasa ivicama cilindra i stavi da se osuši na1050C do stalnosti težine

• zatim se ostavi da se ohladi na sobnojtemperaturi i ponovo izmeri na vagi zajednosa cilindrom

Određivanje poroznosti tla

Šljunak 24,0 28,0 36,0

Glina 34,0 42,0 57,0

Mulj 76,0 80,0 89,0

Les 35,0 45,0 59,0

Vrednosti koeficijenta poroznosti za neka nekoherentna tla

sa cilindrom

• ako je V unutrašnja zapremina cilindra, Vm

zapremina čvrstih sastojaka tla bez pora, Wd

težina uzorka u suvom stanju, γs zapreminskatežina čvrstih čestica, poroznost tla je:

VmV

VmVV

V

pVn −=

−== 1

• zapremina Vm određuje se na osnovu suvetežine uzorka Wd, Wd=Vm x γs, odakle jeVm=Wd/γs

Page 27: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Vlažnost stena i tla

Vrste vode u tlu

• porna voda - sastoji se iz slobodne gravitacione vode, koja se kreće pod dejstvom gravitacijeodozgo naniže u svim pravcima, zatim kapilarne vode koja se kreće pod dejstvom kapilarnih sila ivode površinskog napona koja se drži površinskim naponom u uglovima između čvrstih čestica tlai naziva se još ugaona porna voda; sva ova voda se može potpuno da ukloni sušenjem tla natemperaturi od 1000C

• adsorbovana voda - obavija čvrste čestice za koje je vezana molekularnim silama; to je tzv.vodeni film, čija se debljina kreće od 6-80μm; ova voda može samo delimično da se uklonisušenjem na 1000Csušenjem na 100 C

• konstituciona voda - hemijski sjedinjena u kristale minerala čvrstih čestica tla; ove vode ima vrlomalo i ne može da se ukloni sušenjem tla na temperaturi od 1000C, pa stoga može da se smatrakao sastavni deo čvrste čestice

Količina vode u tlu

Tlo potpuno zasićeno vodom

• ako se poroznost tla označi sa n, zapreminska težina čvrstih čestica sa γs, a zapreminska težinavode sa γω, onda se vlažnost zasićenog tla ωz može da izrazi jednačinom:

( ) sn

nz γ

ωγω−−

=1

Page 28: FIZIČKA SVOJSTVA STENA I TLA - …geomehanika.weebly.com/uploads/4/0/9/...i_tla_-_1.pdf · Granulometrijski sastavstenaitla • procentualno učešće zrna određenog prečnika u

Količina vode u tlu

Tlo delimično zasićeno vodom

• ako se sa W označi težina vode u tlu, sa Wd težina čvrstih čestica (suva težina tla), onda jevlažnost tla ω=W/Wd; u ovom slučaju vlažnost može da se izrazi stepenom zasićenja Sr, kaoodnosom stvarne težine vode u tlu prema onoj težini vode u istom tlu kada bi sve pore bileispunjene vodom :

zrS

ωω=

• granične vrednosti za stepen zasićenja su Sr=0 za potpuno suvo tlo, i Sr=1,0 za potpuno zasićenotlo; za malo vlažna tla Sr=0-0,5, za vrlo vlažna tla Sr=0,5-0,8, a za vodom zasićena tla Sr=0,8-1,0

Određivanje vlažnosti tla laboratorijskom metodom pomoću električne sušniceOdređivanje vlažnosti tla laboratorijskom metodom pomoću električne sušnice

• komadić tla iz neporemećenog uzorka stavi se između dva konkavna stakla (tzv. sahatnastakla), koja se pričvrste metalnom stezalicom i sve zajedno se izmeri na analitičkoj vagi, apotom stavi u električnu sušnicu gde se suši na 1050C do stalnosti težine

• po završenom sušenju, uzorak, zatvoren u sahatna stakla stezalicom, stavi se u eksikator da seohladi na sobnu temperaturu, nakon čega se ponovo izmeri

• ako je W težina uzorka u prirodnom stanju vlažnosti sa sahatnim staklom i stezalicom, Ws –težina uzorka u suvom stanju sa sahatnim staklom i stezalicom, Wt – težina sahatnog stakla istezalice, vlažnost tla je:

tWsWsWW

−−

==stanju suvomu tlatežina

vodetežinaω