Granulometrijski sastav tla

Granlometrijski sastav je definisan krivom koja opisuje sadržaj zrnarazličite veličine izražen u procentima težine. Ovaj kalasifikacioni sistemje jednostavan za definisanje graničnih veličina zrna (šljunk, pesak,prašina) i njihovih relativnih veličina (sitan, srednji, krupan). Veličina zrnaprečnik se pripisuje zrnu koje može da prođe kroz skup sita sa različitimkvadratnim otvorima.Opit sejanja i korišćenje sita nije moguće u slučaju da se tlo sastoji odglinenih i prašinastih frakcija, veličina takvih zrna se obično određujeopitom hidrometrisanja ili aerometrisanja pomoću kojeg se veličini zrnasitnozrnog tla pripisuje prečnik kuglice koja tone u stubu vode brzinomposmatrane čestice u procesu sedimentacije (JUS U.B1.018.)Osim oblika granulometrijske krive za opis krupnozrnog tlaupotrebljavaju se i sledeći numerički pokazatelji:

d10 -efektivna veličina zrna predstavlja najveće zrno od kojeg je

10% materijala u uzorku manje od ove veličine.

d30 srednja veličina zrna

d60/d10=CU -koeficijent jednoličnosti (koeficijent uniformnosti).

Kaže se da je šljunak široko graduiran ako je CU>4 a pesak ako je CU>6.U tom slučaju može biti dobro gaduiran ako je ispunjen dopunski uslovizražen koeficijentom zakrivljenosti.

Koeficijent zakrivljenosti se koristi za bliže definisanje graduiranosti:

6010

2

30

dd

dC

z

Kaže se da tlo može biti dobro graduirano ako je Cz=1-3.

STRUKTURA TLA

Tlo je formirano od zrna i čestica i pora između njih. Pore mogu bitiispunjene vodom, vazduhom ili vodenom parom. Nekoherntna tla mogubiti rastresita ili dobro složena.Poroznost tla je manja što je zastupljeno više različitih frakcija. Zavisnostizmeđu neke poroznosti i granične poroznosti se opisuje pokazateljemrelativna zbijenost Dr:

%100minmax

max

ee

eeD

r

ili preko jedinične težine u suvom stanju:

%100minmax

minmax

ddd

ddd

rD

Umesto pokazatelja Dr u novije vreme se koristi indeks zbijenosti ID

decimalan neimenovan broj 100 puta manji od Dr. Na primer ako jeDr=75% tada je ID=0.75.

Relativna zbijenost (%) Opis0-15 veoma rastresito

15-50 rastresito50-70 srednje zbijeno70-85 zbijeno85-100 jako zbijeno

Da bi se poboljšale karakteristike nasutog materijala on se podvrgavazbijanju. Zbijanje je postupak kojim se povećava gustina, tj zapreminskatežina tla, zrna se pakuju bliže jedna drugom uz smanjivanje zapreminevazduha, ali zapremina vode se na ovaj način ne menja. Rastresito tlo serazastire u slojevima debljine 10-50cm, a zatim zbija valjanjem,vibracijama ili udarcima malja. Generalno ukoliko je zbijenost veća, većaće biti smičuća čvrstoća i manja deformabilnost tla.

Sl. 1.1. Kriva zbijanja za različite tipove tla

Stepen zbijenosti

(%)100Rcmaxd

d

Plastičnost tla

GRANICE KONSISITENTNIH STANJA ili Aterbergove granice konsistencije(granice plastičnosti). Odnose se isključivo na sitnozrna tla.

GRANICA TEČENJA wL se određuje standardizovanim opitom u

Kasagrande-ovoj treskalici. Kaže se da uzorak tla ima vlažnost na granicitečenja wL ako se on nakon obrade profilisanim nožem ustandardizovanoj posudi sa sferičnim dnom spoji na dužini od 10-11mmposle 25 udaraca generisanih uzastopnim udarcima pri padovima savisine od 10mm brzinom od 2 udarca u sekundi. Rezultati se nanose napolulogaritamski dijagram sa koga se očitava tražena vlažnost zapropisani broj udarca. Pomoću ovog pokazatelja sitnozrne frakcije tlamogu se podeliti na:

neplastično wL<20%niska plastičnost 20%<wL<35%srednja plastičnost 35%<wL<50%visoka plastičnost wL>50%

Sl. 1.2. Konsistentna stanja sitnozrnog tla u zavisnosti od vlažnosti

GRANICA PLASTIČNOSTI wP (granica valjanja) određuje se

standardizovanim opitom. Kaže se da uzorak tla ima vlažnost na graniciplastičnosti ako se od njega valjanjem na krutoj podlozi mogu napravitivaljčići prečnika oko 3mm i dužine oko 70mm, tako da se pri tome nanjemu mestimično pojavljuju pukotine.

INDEKS PLASTIČNOSTI definiše interval IP=wL-wP. Najznačajniji ili

najveći deo mehanike sitnozrnog tla se bavi područjem u ovom rasponu.Karakteristično je da se nedrenirana smičuća čvrstoća prerađenoguzorka tla u ovom intervalu vlažnosti menja za oko 100 puta. Zato seuvodi pokazatelj indeks konsistencije:

P

L

CI

wwI

tako da se pomoću ovog indeksa mogu definisati sledeća konsistentnastanja:

tečno stanje IC<0plastično stanje 0<IC<1polutvrdo stanje 1<IC<1.25tvrdo stanje IC>1.25

Tlo sa IC<0 je predmet izučavanja Mehanike fluida. U intervalu IC=0-1mogu se bliže opisati empirijski kriterijumi.IC=0.00-0.25 vrlo meko konzistentno stanje, može se utisnuti

pesnicaIC=0.25-0.50 meko konzistentno stanje, može se utisnuti palacIC=0.50-0.75 srednje plastično konzistentno stanje, može se

utisnuti palac sa značajnim naporomIC=0.75-1.00 tvrdo-plastično konzistentno stanje, ne može se

utisnuti palac, ali može vrh zašiljene olovke

IC=1.00-1.25 polutvrdo konzistentno stanje, tlo se praktično nedeformiše pod opterećenjima koja se nanose rukomili zašiljenim predmetom

IC>1.25 tvrdo tlo, praktično nedeformabilno za uobičajenaopterećenja od građevina uobičajenih dimenzija.

INDEKS TEČENJA IL je alternativni pokazatelj konsistentnog stanja koji

se ponekad koristi umesto indeksa konsisitencije:

P

P

LI

wwI

(1.6)

Ukoliko je IL>1 vlažnost prirodnog tla je veća od granice tečenja tako dase ponaša kao tečnost. Ukoliko je indeks tečenja negativan, vlažnost tlaje manja od granice plastičnosti i zato je sitnozrno tlo u polučvrstom iličvrstom stanju.

GRANICA SKUPLJANJA wS sa fizičke tačke gledišta je vlažnost koja jedovoljna da vodom popuni sve pore kada je sitnozrno tlo neopterećenospoljnim naponima dostiglo minimalnu zapreminu pri sušenju, najmanjavlažnost pri kojoj se neopterećeno tlo može potpuno zasititi vodom.

S

ww

SW

VWw

gde jeΔV promena zapremine uzorka između dva opisana stanjaWS težina čvrstih čestica

indeks stišljivosti Cc=0.009 (wL-10%)

KOLOIDNA AKTIVNOST GLINE A (aktivnost) je indirekna mera

specifične površine izražena empirijskim pokazateljem (Skempton,1953):

CF

IA P

gde je CF procenat zrna manjih od 2mikrona (0.002mm)

Neaktivne gline A<0.75Normalne gline 0.75<A<1.25Aktivne gline A>1.25

Tla sa većom aktivnošću imaju veću tendenciju da menjaju zapreminupri promeni vlažnosti i bez značajne promene napona.

JEDINSTVENA KLASIFIKACIJA

Prvobitan predlog dao je Kasagrande, 1948. poznat kao AC klasifikacija, anaši domaći standardi su JUS U.B1.001/1990 i JUS U.B1.003/1190.

PRIMARNE OZNAKE OPISNE OZNAKE

Krupnozrna tla:sa preko 50% zrna većih od0.075 mm W dobra graduiranostŠLJUNAK G U jednolična graduiranostPESAK S P slaba graduiranost

Sitnozrna tla:sa preko 50% zrna manjih od0.075 mm

primese

F prašinaste primeseC primese gline

PRAŠINA M L niska plastičnostGLINA C I srednja plastičnost

ORGANSKO TLO O H visoka plastičnost

Vlaknasta struktura Pt - treset

Zadaci

1. Pesak mase 0,31 kg ima osobine Vmax=207 cm3 Vmin=171 cm3

što je ustanovljeno u laboratoriji.Prirodni pesak iz nasipa V=450 cm3 ima masu u suvom stanju

Md1=0.78 kg i s=27,10 kN/m3. Odrediti relativnu zbijenost (Dr) iStepen zbijenosti (Rc). Kolika je vlažnost ovakvog uzorka kada sezasiti vodom.

3

min

dmaxd m/kN8,17807,9

171

310g

V

M

3

max

dmind m/kN7,14807,9

207

310g

V

M

rastresit pesak zauzima Vmax zapreminu i daje dmin zapreminskutežinu

zbijen pesak zauzima Vmin zapreminu i daje dmax zapreminskutežinu

U prirodnom stanju

3

1

1dd m/kN0,17807,9

450

780g

V

M

sređivanje jedinica je pokazano u prethodnim vežbama

522,08,17

8,171,27e

maxd

maxdsmin

844,07,14

7,141,27e

mind

mindsmax

594,017

171,27e

d

ds

776,0522,0844,0

594,0844,0

ee

eeDr

minmax

max

ili

777,0

7,148,1717

7,14178,17Dr

mindmaxdd

minddmaxd

Stepen zbijenosti

%5,951008,17

17100Rc

maxd

d

Vlažnost pri zasićenju

%5,21100807,91,27

1

17

111w w

sdz

2. Peskovito tlo ima relativnu zbijenost Dr=0,8. U laboratoriji jeustanovljeno da je zapremina uzorka mase Ms=300gr unajzbijenijem stanju Vmin=175 cm3 a Vmax=200 cm3

Specifična težina je Gs=2.65Odrediti: Zapreminu uzorka u prirodnom stanju i zapreminsketežine u suvom i zasićenom stanju.Rešenje:

3wss

w

ss m/kN99,25807,965,2GG

s

ss

s

s

s

ss

V

gMV

V

gM

V

W

kN1094,2s

mkg94,2

s

mgr1,2942807,9300gM 3

22s

3343

s cm2,113m10132.199,25

1094,2V

kako je 1V

V

V

VVe

ss

s

dobijamo

767,012,113

2001

V

Ve

s

maxmax

546,012,113

1751

V

Ve

s

minmin

iz

)546,0767,0(8,0767,0)ee(Dree

ee

eeDr minmaxmax

minmax

max

59,0e

3s

ss

s cm1802,113159,0V1eV1V

V

V

VVe

36

3s

d m/kN35,1610180

10942.2

V

W

371,059,01

59,0

e1

en

3wdz m/kN2099,19807,9371,035,16n

3. Dat je indeks plastičnosti glinovitog tla IP=20%, indeks stišljivostiCc=0.36 i indeks konsistencije IC=0.90.Odrediti:

-prirodnu sadržinu vode u tlu w=

-granicu plastičnosti wP=

-indeks tečenja IL=

Rešenje: %10w009,0C LC

%501040w009,0

36,010w%10w009,036,0 LLL

PL

LC

ww

wwI

%302050IwwwwI PLPPLP

%321850w18w503050

w509,0

%101001,01003,05,0

3,032,0

ww

wwI

PL

PL

kontrola:IC+IL=10,9+0,1=1

PL

L

ww

ww

PL

P

ww

ww1

ww

ww

ww

wwww

PL

PL

PL

PL

4. Za dato tlo određeni su:

-indeks skupljanja IS=4,0-indeks plastičnosti IP=14,0-indeks konsistencije IC=1,0-indeks stišljivosti CC=0,2

Kolika je prirodna sadržina vode ovog tlaKoliki su:

-indeks tečenja IL=

-granica tečenja wL=

-granica plastičnosti wP=

-granica skupljanja wS=

Rešenje: %10w009,0C LC

%22,321022,22w009,0

20,010w%10w009,020,0 LLL

%22,32wL -granica tečenja

%22,181422,32IwwwwI PLPPLP

%22,18wP -granica plastičnosti

%22,14422,18IwwwwI SPSSPS

%22,14wS -granica skupljanja

%22,180,140,122,32IIwwwwIII

wwI PCLLPC

P

LC

%22,18w -prirodna vlažnost ista kao granica plastičnostikontrola:IC+IL=1

%0100010014

1822,01822,0

I

wwI

P

PL

1,0+0,0=1,0

Uzorak 1

PRAŠINA PESAKGLINA

ŠLJUNAKKAME ENJ

sitna sred a krupna sitni sred i krupni sitni sred i krupninj nj nj100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

pro

laz

kroz

sito

(%)

0.0

00

2

0.0

00

4

0.0

00

60

.00

08

0.0

01

0.0

02

0.0

04

0.0

06

0.0

08

0.0

1

0.0

2

0.0

40

.06

0.0

80

.1

0.2

0.4

0.6

0.81 2 4 6 8

10

20

40

60

80

10

0

20

0

40

0

60

0

Tabela granulometrijskog sastava tla

Pre D (mm)čnik zrna

Opis tla:1. Više od 50% zrna krupnijih od 0.075mm - KRUPNOZRNO TLO

Više od 50 % zrna krupnijih od 2mm – šljunak GManje od 5% sitnozrnih primesa – GW, GU ili GP

2. CU=D60/D10=11mm/1.2mm=9.2>4 tlo nejednakog sastava

Cz= = izmedju 1 i 3

Tlo je dobro graduirani šljunak GW

Uzorak 2

PRAŠINA PESAKGLINA

ŠLJUNAKKAME ENJ

sitna sred a krupna sitni sred i krupni sitni sred i krupninj nj nj100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

pro

laz

kroz

sito

(%)

0.0

00

2

0.0

004

0.0

00

60

.00

08

0.0

01

0.0

02

0.0

04

0.0

06

0.0

08

0.0

1

0.0

2

0.0

40

.06

0.0

80

.1

0.2

0.4

0.6

0.8 1 2 4 6 8

10

20

40

60

80

10

0

20

0

40

0

60

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10

20

30

40

50

60

70

47

SF

SC-SC

SF

ML OLili

MI OIili

MH OHiliCL

CI

CH

A-linija

I =O.73(w-2

0)

P

L

granica te e a w (%)č nj L

Indeks

pla

sti

no

stiI

(%)

čp

Casagrandeov dijagram plasti nostič

Tabela granulometrijskog sastava tla

Pre D (mm)čnik zrna

Opis tla:1. Više od 50% zrna sitnijih od 0.075mm - SITNOZRNO TLO

Granica tečenja 50 % - prašine, gline i organska tla visokeplastičnosti

2. Na dijagramu plastičnosti tlo pada iznad A linije (WL=57% i IP=36%) ugline visoke plastičnosti.Tlo je CH – visoko plastična glina