Upload
jasbojanot
View
124
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Geotehnika
Citation preview
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
PLASTINOST I KONSISTENCIJA TLA
Indeks plastinosti
PLASTINOST I KONSISTENCIJA TLA
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
PLASTINOST I KONSISTENCIJA TLA
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:
PLASTINOST I KONSISTENCIJA TLA
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)
PLASTINOST I KONSISTENCIJA TLA
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
PLASTINOST I KONSISTENCIJA 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 TLA
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
VODOPROPUSTLJIVOST TLA
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
VODOPROPUSTLJIVOST TLA
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
Metode za merenje vodopropustljivosti tla
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
Metode za merenje vodopropustljivosti tla
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
Metode za merenje vodopropustljivosti tla
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