GS P3 Pokazatelji Klasifikacija Mraz · 10/14/2019 2 Univerzitet u Beogradu GRAĐEVINSKI FAKULTET KATEDRA ZA GRAĐEVINSKU GEOTEHNIKU GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICA Školska2019/20 3.Parametrifizičkogstanja

10/14/2019

1

Univerzitet u Beogradu GRAĐEVINSKI FAKULTETKATEDRA ZA GRAĐEVINSKU GEOTEHNIKU

GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICAŠkolska 2019/20

GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICA

3.1 OSNOVNI POKAZATELJI TLA3.2 KLASIFIKACIJA TLA3.3 UTICAJ MRAZA NA TLO



3. Parametri fizičkog stanja, identifikacija i klasifikacija tla, uticaj mraza na tlo

SADRŽAJ:

1. Odnosi faza u tlu

2. Pokazatelji fizičkog stanja tla

3. Identifikacija i klasifikacija tla

4. Uticaj mraza na tlo




ODNOSI FAZA U TLU

Sa građevinske tačke gledišta, tlo je prirodna mešavina mineralnih zrna, koja se mogurazdvojiti mehaničkim postupkom.

Predstavlja necementirani skup granularnog (zrnastog) materijala mineralnog i organskogporekla.

Cementne veze između zrna mogu u izvesnoj meri uticati na mehaničko ponašanje mase tlaali se podrazumeva da su cementne veze između zrna relativno slabe. Ukoliko su cementneveze znatne čvrstoće, tada se najčešće može govoriti o steni, a ne o tlu.

Sastoji se od tri faze: čvrste (zrna tla), tečne (voda) i gasovite (vazduh)




POKAZATELJI FIZIČKOG STANJA

9.807w

ss s w

s

W GV

Specifična težina (relativna gustina) je odnos jedinične težine čvrstih čestica i jedinične težine vode.

Zapreminska težina čvrstih čestica je odnos težine čvrstih čestica i njihove zapremine u uzorku.

[kN/m3]

[kN/m3]

s s ss

w w

γ /W V= = Gγ γ

Za pirodna tla:Gs=2.6‐2.8Za organska tla: Gs<2

10/14/2019

2





Zapreminska težina tla je odnos ukupne težine uzorka W i njegove zapremine V:

3/s w

s w a

W + W W = = kN mV + + V V V

Treba imati u vidu da se kod laboratorijskih merenja masa meri u gramima izapremina u cm3, a sve zapreminske težine izražavaju u jedinicama sile pojedinici zapremine u kN/m3.

Za laku konverziju rezultata 1 g/cm3 = 9.807 kN/m3.





Zapreminska težina tla u suvom stanju (Vw=0) je odnos težine čvrstih čestica Ws i ukupne zapremine uzorka V:

3/s sd

s a

W W= = kN mV + V V

Zapreminska težina tla u zasićenom stanju je odnos ukupne težine uzorka Wz kada su sve pore ispunjene vodom i njegove zapremine V:

3/z s w ,zz

s w

+ W W W= = kN mV + V V

. Zapreminska težina tla u potopljenom stanju:

z w= [ kN / m3 ]

Odnos zapreminskih težina: 's z d





Zapreminska težina mešavine u suvom stanju.

[kN/m3]

k sk f dfdmdm

k f

V VWV V V

0sk dkk

sk

n

0sk dk

1dm

fk

sk df

PP

sk dk

Pk – težinsko učešće krupnozrne frakcijePf – težinsko učešće finozrne (sitnozrne) frakcije

k k sk

f f df

P VP V

(1)

100%(1)k fP P (2)

40%kP

k – krupnozrno tlof – finozrno (sitnozrno) tlo




***Podsećanje***

POSTELJICA je završni sloj nasipa u debljini od 30–50 cm, ilisamoniklo tlo u useku na koji se polaže gornji stroj saobraćajnice.

Posteljica predstavlja temelj kolovozne konstrukcije.

Mora imati propisima odredenu čvrstoću i zbijenost da bi moglapreuzeti opterećenja gornjeg ustroja.

Mora imati potrebnu nosivost i ravnosti uz preciznu nivelacijupropisanu projektom.

10/14/2019

3





Poroznost (relativna poroznost) je odnos zapremine pora Vv i ukupnezapremine uzorka V. Može da se izražava i u procentima.

Sadržaj vazduha je odnos zapremine vazduha Va u uzorku i ukupnezapremine uzorka V.

Koeficijent poroznosti je odnos zapremine pora Vv i zapremine čvrstihčestica u uzorku Vs.

vVn = V

(1 )1

a sa r

V e w Gn n SV n

v

s

Ve = V 1

en = (x100 %)e1

ne = n





Vlažnost je odnos težine vode i težine čvrstih čestica u uzorku.

Vlažnost pri zasićenju.

Stepen zasićenja je odnos zapremine vode u uzorku i zapremine pora.

, 1 1w w w s

rv w z z

ws

V W n w Gw wSV W w n ew

(·100) [%]

w w w

s d

W nwW

(·100) [%]

( ) 1 1v w s w w wz w

s s d s s d

V V Vw e nW W

(·100) [%]

Sr = 0 suvo tlo0 < Sr <100% delimično zasićeno tloSr = 100% zasićeno tlo





(1 )(1 )1 1

s w s r sd d w w w w

s w a

W W G w S e GW w nV V V V e e

(1 )(1 ) 1

s s sd s

s v

W W nV V V w e

(1 ) (1 ) [(1 ) ]1

szz d z d w w s w s w

G eW w n n n n G nV e

1 11

v a w s dw a

s

V V V V en n nV V V e

(1 )1

a sa r

V e w Gn n SV n

11

v ss s

s d

V ne w GV n




IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA

Klasifikovanje podrazumeva proces grupisanja i etiketiranja.

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

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

Osnovni klasifikacioni pokazatelji su veličina zrna tla i plastičnost tla.

Postoji više različitih kvalifikacionih sistema kojima je pokušano grupisanjematerijala prema sličnim osobinama. Svaki od njih prilagođen je posebnojnameni (geotehenika, izgradnja saobraćajnica, hidrotehnički radovi i dr.). Nijedanod njih nije jednoznačno prihvaćen za širu primenu jer svaki ima nedostatke iliprednosti za određenu namenu.

10/14/2019

4




Generalna osnova za klasifikaciju pretežno neorganskog tla je podela na dveglavne klase sa graničnom vrednošću veličina zrna od 0,075 mm (u nekimzemljama za granicu se usvaja veličina zrna od 0,074 ili 0,06 mm).

Pored navedenih klasa u prirodi se nalazi i treset, materijal koji ima vlaknastustrukturu i nepovoljne geotehničke 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






KRUPNOZRNA TLA variraju sa veličinama zrna od komada stene do šljunka ipeska:

• 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 sadržaju mnogih šljunkova i peskova

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

Krupnozrno tlo može da sadrži primese sitnih frakcija

Kvalitativni pokazatelji o veličinama i obliku zrna najčešće dovoljni zaidentifikaciju.




SITNOZRNA TLA se najvećim delom sastoje od zrna prašine i gline:

• 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, menjajukonzistentno stanje sa promenom sadržaja vode.

Za ovu osobinu, koju nemaju krupnozrni materijali, koristi se izrazplastičnost.

NAPOMENA: Plastičnost, kao pojam, se koristi i za opis naponskodeformacijskog ponašanja u sasvim drugom i znatno preciznijemkontekstu.





ORGANSKA TLA sadrže organske materije nastale raspadanjem biljnih iživotinjskih produkata.

Organske materije su od vitalnog značaja za poljoprivrednu upotrebuzemljišta i od manjeg značaja su za građevinskog inženjera, jer sepovršinska zona tla uklanja pre izgradnje većine građevinskih objekata.

Relativno visoko prisustvo organskih materija reda 5% do 10% možeukazivati na relativno veliku kompresibilnost.

Ova tla su izrazito nepovoljna sa građevinske tačke gledišta.


10/14/2019

5




GRANULOMETRIJSKI SASTAV je definisan krivom koja opisuje sadržajzrna različite veličine izražen u procentima težine. Određuje se:

1. Metodom sejanja (krupnozrno tlo)• Suvo sejanje• Mokro sejanje

2. Metodom hidrometrisanja (sitnozrno tlo)

3. Kombinovanom metodom (kada više od 10% uzorka prođe kroz sito otvora d=0.075 mm)

IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA – Granulometrijski sastav








Osim oblika granulometrijske krive, za opis krupnozrnog tla upotrebljavaju se isledeći numerički pokazatelji:

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 % materijalau uzorku manje od ove veličine. Analogno se definišu i veličine d30 i d60

60

10u

dCd

230

10 60z

dCd d





IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA – Granice konzistentnih stanja

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

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

Za glinovite materijale je karakteristično da menjaju konzistentno stanjepri promeni sadržaja vode.

Predstavljaju vlažnosti pri kojima tlo prelazi iz jednog konzistentnogstanja u drugo:

1) Granica tečenja wL (LL)

2) Granica plastičnosti wP (PL)

3) Granica skupljanja wS (SL)

10/14/2019

6









wL < 20 % ‐ neplastično (NP)

20 % < wL < 30 % ‐ niska plastičnost (L)

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

wL > 50 % ‐ visoka plastičnost (H)

GRANICA TEČENJA wl je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz tečnog u plastično konzistentno stanje

GRANICA PLASTIČNOSTI wp je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi izplastičnog u polučvrsto konzistentno stanje.

GRANICA SKUPLJANJA ws je granična vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz polučvrstogu čvrsto konzistentno stanje. To je vlažnost pri kojoj je sitnozrno tlo dostiglominimalnu zapreminu pri sušenju, tako da pri manjoj vlažnosti ne dolazi dopromene zapremine tla.





INDEKS PLASTIČNOSTI definiše interval:

Ip = wl - wp [%]

INDEKS KONZISTENCIJE je pokazatelj kojim se numerički definiše stanjekonzistencije:

LC

P

w wI I

IC < 0 Tečno stanje0 < IC < 1.00 Plastično stanje1 < IC < 1.25 Polutvrdo stanje

IC > 1.25 Tvrdo stanje

IC = 0.00 ‐ 0.25 Vrlo meko konzistentno stanjeIC = 0.25 ‐ 0.50 Meko konzistentno stanjeIC = 0.50 ‐ 0.75 Srednje‐plastično konzistentno stanjeIC = 0.75 ‐ 1.00 Tvrdo‐plastično konzistentno stanjeIC = 1.00 ‐ 1.25 Polutvrdo konzistentno stanjeIC > 1.25 Tvrdo tlo





KOLOIDALNA AKTIVNOST GLINE A indirektna je mera specifične površineizražena empirijskim pokazateljem koji je definisao Skempton (1953)neimenovanim brojem u obliku:

PIA CF

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

Tla sa većom aktivnošću imaju veću tendenciju da menjaju zapreminu pripromeni vlažnosti i bez znatnije promene napona.

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

A < 0.75 Neaktivne glineA= 0.75 ‐ 1.25 Normalne glineA > 1.25 Aktivne gline

10/14/2019

7




KLASIFIKACIJA MATERIJALA ZA POTREBE SAOBRAĆAJNICA PREMASTANDARDU ZA ZEMLJANE RADOVE NA PUTEVIMA (SRPS U.E1.010:1981)

KLASIFIKACIJA TLA PREMA PRIVREMENIM TEHNIČKIM PROPISIMA ZAZEMLJANE RADOVE U GRAĐEVINARSTVU (GN 200)

JEDINSTVENA KLASIFIKACIJA TLA (USCS ‐ Unified Soil Classification System)

KLASIFIKACIJA UPRAVE JAVNIH PUTEVA SAD ‐ AASHTO klasifikacija(American Association of State Highway and Transportation Officials)


Klasifikacioni sistemi koji se mogu koristiti za potrebe projektovanja i izgradnje saobraćajnica:





KLASIFIKACIJA MATERIJALA ZA POTREBE SAOBRAĆAJNICA PREMA STANDARDU ZA ZEMLJANE RADOVE NA PUTEVIMA (SRPS U.E1.010:1981)

Klasifikacija se obavlja na osnovu pogodnosti tla kao materijala za izvršenje zemljanih radova (iskop,utovar, prevoz, ugrađivanje i zbijanje), odnosno pogodnosti tla kao osnove na kojoj će se graditi trupsaobaćajnice (nosivost i stišljivost pod opterećenjem i osetljivost na destruktivna dejstva).

1. Zemljana tla

Humusno tlo čine glinoviti i prašinasti materijali koji sadrže organske materije podložneprocesima razlaganja i truljenja, pa se ne koristi za izgradnju donjeg stroja i uklanja sedo potrebne dubine sa površine građenja;

Sitnozrna vezana tla obuhvataju: gline, prašine, prašinaste gline, peskovite prašine i les,a karakteriše ih plastičnost, odnosno mogućnost promene konsistentnog stanja sapromenom vlažnosti;

Krupnozrna nevezana tla obuhvataju: peskove, šljunkove i njihove mešavine, aosnovna karakteristika je neplastičnost;

Mešovita tla sastoje se od mešavine krupnozrnih nevezanih i sitnozrnih vezanihmaterijala u različitim odnosima.





KLASIFIKACIJA MATERIJALA ZA POTREBE SAOBRAĆAJNICA PREMA STANDARDU ZA ZEMLJANE RADOVE NA PUTEVIMA (SRPS U.E1.010:1981)

2. Kamenita tla

Polučvrsta kamenita tla obuhvataju sve mineraloški vezane materijale koji se zbogstrukture ili ispucalosti mogu kopati bez upotrebe eksploziva, a to su: lapori, peščari,slabo vezani konglomerati, raspadnuti škriljci i raspadnute zone vrlo čvrstog kamenitogtla;

Čvrsta kamenita tla obuhvataju sva mineraloški vezana kamenita tla koja se kopaju saupotrebom eksploziva, a to su: dolomiti, krečnjaci i ostale metamorfne, sedimentne ieruptivne stene srednje čvrstoće i ispucalosti;

Veoma čvrsta kamenita tla u koja spadaju mineraloški vezana kamenita monolitna tlavelike čvrstoće, za čiji se iskop mora upotrebiti eksploziv, a obuhvataju: monolitne ijedre krečnjake i sve monolitne eruptivne stene.

3. Specijalna tla

Obuhvataju vodom zasićena tla male nosivosti i velike stišljivosti koja sadrže organske ineorganske sastojke: muljevi, treset, barske zemlje i sl. Ovakva tla ne mogu se upotrebiti niza izgradnju, ni za podlogu bez posebnih prethodnih radova.




IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLAKLASIFIKACIJA TLA PREMA PRIVREMENIM TEHNIČKIM PROPISIMA ZA ZEMLJANE

RADOVE U GRAĐEVINARSTVU (GN 200) Opis Iskop

Zapremniskatežina

[kN/m3]

vp [km/s]

RQD [%]

Nagib kosine useka

I Humusno tlo (uklanja se)

Lopata Grejder Skreper

12–13 0.2

II Sitnozrno vezano tlo (gline i prašine)

Ašov Utovarivač

Grejder Skreper

14–16 0.2-0.5

III Krupnozrno nevezano tlo

(pesak, šljunak)

Pijuk Ašov

Buldozer 16–20 0.5-1.0

IV

Mešavine komada čvrstih stena i zrna

tla (prelaz ka stenama):

Drobina, trošne stene

Pijuk Buldozer sa rijačem

Bager Retko eksploziv

20–25 1.0-2.0 25-50 1.5:1-1:1

V Polučvrsto kamenito

tlo, meke stene: lapor, glinac, peščar

Buldozer sa rijačem Bager

Povremeno eksploziv

22–27 2.0-3.0 50-75 2:1-3:1

VI Čvrsto kamenito tlo: Krečnjak, dolomit

Eksploziv 24–28 2.5-5.0 75-90 5:1-10:1

VIIVeoma čvrsto kamenito tlo: Granit, bazalt

Eksploziv 25–30 5.0-7.0 90-100 5:1-10:1

Klasifikacija se vrši na osnovu triparametra:

1. Vrsta iskopa

2. Zapreminska težina

3. Brzina vp (longitudinalnih)talasa

10/14/2019

8






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 dvojnisimboli prema šemi prikazanoj u narednoj tabeli.




IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLAJEDINSTVENA KLASIFIKACIJA TLA (USCS ‐ Unified Soil Classification System)






Krupnozrna tla se klasifikuju prema veličini zrna, obliku granulometrijske krive izraženekoeficijentom jednoličnosti CU i koeficijentom zakrivljenosti CZ, ukoliko je sadržajprimesa 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)






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

Grupe M (prašine) i O (organska tla)definisane su istim poljima ispod "Alinije"

U takvom slučaju određuje se granicatečenja na prirodnom tlu i na uzorkukoji je prethodno bio izložen sušenjuna temperaturi višoj od 1050C.

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

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

10/14/2019

9






Prema ovoj klasifikaciji tla su razvrstana u 7 grupa, od kojih su neke podeljene napodgrupe, tako da postoji 12 kategorija tla.

Sistem je pogodan za klasifikaciju zemljanih materijala u nasipu, posteljici itemeljnom tlu puteva.

Klasifikovanje tla se vrši na osnovu podataka o:• Granulometrijskom sastavu• Granici tečenja• Indeksu plastičnosti• Veličini grupnog indeksa materijala






GRUPNI INDEKS služi za ocenu kvaliteta tla kao materijala za posteljicu. Zavisi od:• količine materijala koja prođe kroz sito otvora 0.075mm (sito No 200),• granice tečenja• indeksa plastičnosti

GI=0 vrlo dobar zemljani materijalGI=0‐1 dobar zemljani materijalGI=2‐4 srednje dobar zemljani materijalGI=5‐9 loš zemljani materijalGI=10‐20 vrlo loš zemljani materijal

GI = 0.2 ∙ a + 0.005 ∙ a ∙ c + 0.01 ∙ b ∙ da, b zavise od procenta prolaza kroz sito No 200c zavisi od granice tečenjad zavisi od indeksa plastičnosti






Zrnasti materijali (35% ili manje od ukupne količine prolazi kroz sito otvora 0.075mm)

Prašinasto glinoviti materijali (više od 35% od ukupne količine prolazi kroz sito otvora 0.075mm)

Klasifikaciona grupa A1 A3 A2 A4 A5 A6 A7 Podgrupa A1a A1b A2-4 A2-5 A2-6 A2-7 A7-5 A7-6

Granulometrijski sastav:

prolazi kroz sito 2mm

prolazi kroz sito 0.42mm

prolazi kroz sito 2mm

max 50

max 30

max 15

max 50

max 25

min 51

max 10

max 35

max 35

max 35

max 35

min 36

min 36

min 36

min 36

min 36

Osobine frakcije koja prolazi kroz sito 0.42mm: Granica tečenja wl [%]

Indeks plastičnosti Ip [%]

max 6

max 6

nije plastično

max 40

max 10

min 41

max 10

max 40

min 11

min 41

min 11

max 40

max 10

min 41

max 10

max 40

min 11

min 41

min 11

min 41

min 11

Grupni indeks 0 0 0 0 0 max 4 max4 max 8 max 12 max 16 max 20 max 20

Najčešće vrste važnih frakcija

Drobina, šljunak, pesak

Finozrni pesak Prašinasti ili glinoviti šljunak i pesak Prašina Glina

Opšta vrednost tla za posteljicu Odlično Dobro Osrednje Slabo






Za sitnozrna tla i krupnozrna sa primesama:

Slično Kasagrandeovom dijagramu plastičnosti

10/14/2019

10




UTICAJ MRAZA NA TLO

Usled zamrzavanja površinskog sloja tla može doći do izdizanja njegove površine, pričemu nakon povišenja temperature u proleće, takva mesta ostaju veoma meka iraskvašena.

Ova pojava može izazvati velika oštećenja na kolovoznim konstrukcijama, oblogamakanala i plitkim temeljima.

Ukupna promena zapremine tla, zavisno odporoznosti, može biti približno između 2.5% i 5%, što bi u našim klimatskim uslovima izazvaloizdizanje površine tla od 2 do 4 cm, a ukrupnozrnom tlu, šljunku ili pesku može biti imanje jer se pri zamrzavanju izvesna količinavode može istisnuti iz pora.

U određenim okolnostima, mogu se zapaziti iznatno veće promene zapremine praćeneizdizanjima i od po 50 cm, što znači da jemehanizam ove pojave znatno složeniji odopisanog




UTICAJ MRAZA NA TLO Temperatura, pri kojoj dolazi do

zamrzavanja vode, zavisi i odveličine pora a efekti mržnjenjaće zavisiti i od brzine hlađenja.

Ukoliko se uzorak postepenozamrzava na gornjem kraju iako nema dotoka vode, znatandeo zamrznute vode će seakumulirati u gornjem deluuzorka u obliku tankih ledenihslojeva i sočiva (Slika 1)

U najmanjim porama voda mrzne na temperaturi koja je manja od nule (oko ‐50C) tako da u donjempodručju zamrznutog sloja voda biva zamrznuta samo u krupnijim porama, a u sitnijim porama vodaostaje u tečnom stanju, što omogućava migraciju vode ka zoni u kojoj već postoje kristali leda.

Ukoliko je sistem otvoren postoji zona iz koje se voda može penjati kapilarnim efektima, kristali ledarastu i formiraju ledena sočiva ili slojeve leda

Rezultat je značajan porast količine vode u zoni zamrzavanja, segregacija vode u ledena sočiva i pojavabubrenja tla koja u umerenom klimatskom pojasu najčešće iznosi i do 15 cm.

Takva pojava je moguća samo u sitnozrnom tlu.

Međutim, ukoliko postoji sloj krupnozrnog tla na izvesnoj dubini, tako da je kapilarno penjanjesprečeno, (Slika 3), uzorak pri zamrzavanju se ponaša kao da je potpuno izolovan od dotoka vode.




UTICAJ MRAZA NA TLO

Proces odmrzavanja izaziva veće i važne nepovoljne uticaje na temelje objekata ipovršinske konstrukcije u mnogim područjima

Zamrznuto tlo je veoma tvrdo i čvrsto, ali kada se formirana ledena sočiva istope kadvreme otopli, tlo postaje prezasićeno i prelazi u stanje tečne ili žitke konsistencije, takoda ne može da primi veća opterećenja.

Ako se to dogodi u podlozi kolovozne konstrukcije, ova zona se izuzetno deformiše inastaju "udarne rupe".




UTICAJ MRAZA NA TLO

Nepovoljno dejstvo mraza se ispoljava u sledećim slučajevima:

1. Tlo mora biti zasićeno ili blisko zasićenom stanju. Delimično zasićeno

tlo se takođe smrzava, ali se led formira u obliku relativno ravnomerno

raspoređenih kristala od kojih svaki može da zauzme uvećanu

zapreminu na račun zapremine pora ispunjenih vazduhom. Za veliko

bubrenje tla pri smrzavanju dubina zamrzavanja mora da doseže do

dubine kapilarnog penjanja, kako bi se uspostavio proces migracije vode

ka području ledenih sočiva.

10/14/2019

11




UTICAJ MRAZA NA TLO


2. Tlo mora da bude sitnozrno. Segregacija (odvajanje, razdvajanje) vode

se retko pojavljuje kada su pore takve veličine da u njima dolazi do

mržnjenja pri temperaturi od 00 C. Izdizanje, ako se i pojavi, ograničeno

je na svega oko 10 % proširenja pora. Sa druge strane veoma sitnozrna

tla, gline visoke plastičnosti, su toliko malo vodopropusna da se voda

kreće ka ledenim sočivima veoma sporo. Prisustvo prslina može ovaj

proces ubrzati. Odavde sledi da su u pogledu uticaja mraza najopasnija

ona tla koja imaju relativno visok sadržaj prašinastih frakcija! Takva tla

sadrže sistem malih pora, ali istovremeno i vodopropusnost nije sasvim

mala.




UTICAJ MRAZA NA TLO


3. Temperaturni gradijent bi trebao da bude relativno mali. Temperaturni

gradijent opisuje promenu temperature sa dubinom. Ukoliko je

gradijent veliki zona zamrzavanja je relativno plitka a bubrenje malo.




UTICAJ MRAZA NA TLO

Za materijal od koga je izgrađena posteljica su bitni sledeći uslovi:1. Trajanje i apsolutna veličina niskih temperatura2. Položaj nivoa podzemne vode3. Osetljivost tla na mraz4. Izolaciona svojstva kolovozne konstrukcije

Jedan od merodavnih klimatskih pokazatelja je indeks mraza koji se definiše kaozbir proizvoda između prosečne dnevne temperature manje od nule i broja dana,što je integral ilustrovan na idealizovanom sinusnom dijagramu prikazanom na Slici

srI Т t Indeks mraza:

Dubina zone zamrzavanja:z A I A=3‐10 (5)

jug Srbije 50‐70 cmcentralna Srbija 70‐90 cmVojvodina 90‐100 cm

Prosečna vrednost iz tri najhladnije zime u periodu od 30godina ili najhladnija zima poslednjih 10 godina




UTICAJ MRAZA NA TLO

Za ocenu osetljivosti tla na dejstvo mraza postoje različiti kriterijumi zasnovani nagranulometrijskom sastavu. Jedan od najpoznatijih je Casagrande‐ov kriterijum (1932)

Tla podložna nepovoljnom delovanju mraza:

• jednolična (U) tla (d60/d10≤5) ako sadrže više od 10 % zrna sitnijih od 0.02 mm.

• dobro graduirana (W) tla (d60/d10≥15) ako sadrže preko 3% zrna sitnijih od 0.02 mm.

10/14/2019

12




Osetljivost tla na dejstvo mraza prema SRPS U.E1.012:1981

UTICAJ MRAZA NA TLO

S obzirom na osetljivost na dejstvo mraza materijali se dele:

1. Povoljne – ne menjaju bitno strukturu i vlažnost pri zamrzavanju

2. Nepovoljne – menjaju strukturu i znatno bubre pri zamrzavanju

Osetljivost na dejstvo mraza se određuje na osnovu:

1. Granulometrijskog sastava (prolaz kroz sito 0.02 mm)

2. Indeksa plastičnosti Ip

Materijali su svrstani u četiri kategorije G1, G2, G3 i G4



3. Parametri fizičkog stanja, identifikacija i klasifikacija tla, uticaj mraza na tloUTICAJ MRAZA NA TLO

Kategorija Osetljivost Vrsta tla

G1 Neosetljivo tlo ‐ Šljunak sa 10% zrna sitnijih od 0.02mm

G2 Malo osetljivo tlo ‐ Šljunak sa 10‐20% zrna sitnijih od 0.02mm‐ Pesak sa 3‐15% zrna sitnijih od 0.02 mm

G3 Srednje osetljivo tlo‐ Šljunak sa >20% zrna sitnijih od 0.02mm‐ Pesak sa >15% zrna sitnijih od 0.02mm‐ Glina sa Ip>12%

G4 Vrlo osetljivo tlo‐ Prašina ili prašinasti pesak sa >15% zrnasitnijih od 0.02mm

‐ Glina sa Ip12%

Osetljivost tla na dejstvo mraza prema SRPS U.E1.012:1981




UTICAJ MRAZA NA TLO

Mere zaštite od delovanja mraza

Izrada posteljice od G1 ili G2 materijala (minimalne debljine 0.2‐0.4 m zavisno odvrste i debljine kolovozne konstrukcije)

Izrada posteljice od stabilizovanog tla krečom ili cementom Povećanje debljine donjeg nosećeg sloja kolovozne konstrukcije tako da se posteljica

spusti ispod dubine zamrzavanja Postavljanje horizontalnih prekidnih drenaža da bi se izvršio prekid kapilarnog

penjanja Pouzdano odvodnjavanje podtla i planuma. U slučaju visokog nivoa podzemne vode

postavljaju se drenažni rovovi koji obaraju NPV

Kolovozna konstrukcija




UTICAJ MRAZA NA TLO

Drenažni rovovi koji obaraju NPV

10/14/2019

13




UTICAJ MRAZA NA TLO

Granulometrijske zone za materijale dmax<2 mm

Documents

GS P3 Pokazatelji Klasifikacija Mraz · 10/14/2019 2 Univerzitet u Beogradu GRAĐEVINSKI FAKULTET KATEDRA ZA GRAĐEVINSKU GEOTEHNIKU GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICA Školska2019/20 3.Parametrifizičkogstanja