3 IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA.............................................3—2

3.1 Što su identifikacijski pokusi?...........................................................................................................................................3—23.1.1 Identificikacija krupnozrnatih tala (nekoherentnih tala).................................................................................................3—23.1.2 Identifikacija sitnozrnatih tala (koherentnih tala)...........................................................................................................3—2

3.2 Klasifikacija tla.....................................................................................................................................................................3—33.2.1 Čemu služi klasifikacija tla?..........................................................................................................................................3—33.2.2 Jedinstvena klasifikacija...............................................................................................................................................3—33.2.3 Klasifikacija prema ISO 14688 (1997) i ISO 14688-2 (2000)........................................................................................3—4

3.3 Geološki uvjeti postanka tla...............................................................................................................................................3—63.3.1 Procesi u tlu.................................................................................................................................................................3—63.3.2 Mineraloški sastav tla...................................................................................................................................................3—63.3.3 Struktura tla..................................................................................................................................................................3—7

3.4 Reference.............................................................................................................................................................................3—7

POPIS SLIKA

str.slika 3.1 Primjeri granulometrijskih krivulja, prema draft ISO/DIS 14688-1, sl.-1........................................................................3—5slika 3.2 Dijagram plastičnosti prema draft ISO/DIS 14688-1, sl-2.............................................................................................3—5slika 3.3 Neki primjeri struktura za idealne kuglice: (a) jednoliko graduiran materijal, rahla struktura, n = 0,48; (b) jednoliko

graduiran materijal, gusta struktura, n = 0,26; (c) kuglice dvaju promjera, vrlo gusta struktura, n < 0,26.....................3—7slika 3.4 Struktura taloženja vrlo sitnih čestica: (a) sačasta; (b) pahuljasta................................................................................3—7

1

3 IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA

3.1 ŠTO SU IDENTIFIKACIJSKI POKUSI?

Treba razlikovati pojmove identifikacija i klasifikacija. Identifikacija je proces određivanja stanovitih osobina tla. Klasifikacija je proces uspoređivanja tih osobina tla s osobinama grupe u nekom sustavu klasifikacije. Tada promatrani uzorak možemo klasificirati tj. svrstati ga u klasifikacijsku grupu.

Identifikacijski se pokusi obavljaju na terenu i u laboratoriju. Na terenu se radi o skupu jednostavnih pokusa koji se izvode rukama ili uz pomoć noža. Služe za svrstavanje uzoraka u klasifikacijke skupine, na temelju čega se određuju daljnja terenska i laboratorijska ispitivanja. Budući da terenski pokusi mogu dati samo ocjenu traženih osobina, konačno se materijali mogu klasificirati tek na temelju laboratorijskih ispitivanja.

Na terenu, prvi je korak da se tla razdijele obzirom na na dominantna zrna:

pojedinačna zrna vidljiva prostim okom (dogovorno, d > 0,060 mm) krupnozrnato, nevezano, nekoherentno tlo, dvije grupe: pijesci i šljunci;

pojedinačna zrna nevidljiva prostim okom (dogovorno, d < 0,060 mm) sitnozrnato, vezano, koherentno tlo, dvije grupe: prah i glina.

Za identifikaciju na terenu potrebno je određeno iskustvo osobe koja je obavlja. Ona je prvenstveno vizualna. Greška može nastati, primjerice, kod određivanja granulometrijskog sastava, kad se količine određuju vizualno (po volumenu), a traže se odnosi u masama. Tlo je redovito mješavina krupno- i sitnozrnatog materijala, pa postoje dodatni kriteriji za određivanje klasifikacijske grupe.

3.1.1 Identificikacija krupnozrnatih tala (nekoherentnih tala)

Izvađeni uzorak materijala rasprostremo na neku ravnu površinu (novine, ploča) i vizualno odredimo kolika je količina (postotak) koje vrste čestica (s obzirom na njihovu veličinu). Utvrdimo li da prevladavaju krupnija zrna, slijedeći korak je odrediti oblik zrna:

uglast;

poluuglast;

poluzaobljen;

zaobljen.

Nakon toga pokušamo odrediti granulometrijski sastav, odnosno je li materijal dobro, jednoliko ili loše graduiran. Za šljunak i krupni pijesak se vizualno to uglavnom može odrediti, dok za sitnije materijale ne može. Treba reći da se vizualno mogu odrediti samo odnosi volumena pojedinih frakcija, dok se odnosi masa (koji se ucrtavaju u granulometrijski dijagram) mogu odrediti tek na temelju vaganja u laboratoriju, pa je i to uzrok moguće greške kod vizualnog procjenjivanja granulometrijskog sastava.

3.1.2 Identifikacija sitnozrnatih tala (koherentnih tala)

Na terenu uzimamo među prste malo vlažni uzorak tla. Ustanovljavamo slijedeće:

Lijepljenje za prste. Ako se uzorak lijepi za prste, radi se o glini ili o organskoj glini. Prah i treset se ne lijepe za prste.

Miris, boja i sjaj uzorka nam mogu pomoći da ocijenimo plastičnost i sadržaj organske komponente. Sjaj određujemo zarezivanjem površine grumena slabo vlažnog do suhog materijala. Voštan sjaj se javlja kod gline visoke plastičnosti, mutan sjaj kod gline srednje plastičnosti, a bez sjaja su prah i organske niskoplastične gline. S obzirom na miris, svježe zarezana površina gline može biti: bez mirisa, imati zemljan miris ili mirisati po organskoj truleži. Tada uzorak ima i karakterističnu tamnu do crnu boju.

2

Reakcija na potresanje. Materijal se izmiješa s vodom u veličini loptice za stolni tenis tako da bude u lakognječivom stanju. Kuglica se stavi na dlan, a gornja se površina poravna nožem. Drugom rukom lagano udaramo s donje strane po ruci koja drži kuglicu i čeka pojavu vode na poravnatoj površini kuglice. Kad se voda pojavi, ruka se stisne, pa raširi i promatra brzinu nestajanja vode s površine kuglice. Brza je reakcija kod prašinastih i niskoplastičnih materijala.

Konzistentno stanje određuje gnječenjem uzoraka među prstima, pa slijedi:

žitko konzistentno stanje – ne može se valjati (blato).

lako gnječivo – može formirati valjčiće tanje od 3 mm;

teško gnječivo – valjčići od 3 mm se ne drobe, ali malo tanji se drobe;

polučvrsto – može se gnječiti, drobe se valjčići od 3 mm;

čvrsto konzistentno stanje – uzorak se mrvi u male komadiće;

Sadržaj kalcijevog karbonata. Još jedan dodatni pokus koji se ponekad provodi daje podatak o količini kalcijevog karbonata u sastavu čestica, CaCO3. Pokus se provodi tako da se na površinu uzorka kapne nekoliko kapi solne kiseline i prati reakcija, Nonveiller (1981):

ne šumi: < 1 % težinskog udjela;

šumi kratko, slabo: 1÷2 %;

šumi jače, kratko: 2÷4 %;

šumi jako, dugo: > 5 %.

Suha čvrstoća. Ako je uzorak suh, pokušavamo prstima stisnuti grudicu materijala. Velika je čvrstoća glinovitih, visokoplastičnih materijala, a srednja kod glina srednje plastičnosti. Niska je za sve ostale materijale.

3.2 KLASIFIKACIJA TLA

3.2.1 Čemu služi klasifikacija tla?

Klasifikacija tla je već više puta spominjana. Radi se, dakle, o svrstavanju materijala tla u grupe sličnih svojstava. Kao što je već rečeno, interesantna su prvenstveno svojstva materijala za iskope i građenje; često kažemo i da su to inženjerska svojstva. Treba reći da se, samo na temelju klasifikacijske grupe, ne mogu odrediti svojstva materijala, već treba obaviti i odgovarajuće terenske i laboratorijske pokuse. Klasifikacijske grupe nam služe da ocijenimo raspon vrijednosti u kojemu se rezultati pokusa mogu kretati (da ne pravimo grube greške).

3.2.2 Jedinstvena klasifikacija

U nas je uobičajena tzv. jedinstvena klasifikacija koja materijale dijeli prema veličini zrna, a sitnozrnate još i prema plastičnosti. Za nju je potrebno provesti relativno jednostavna laboratorijska ispitivanja kao što su sijanje, areometriranje i Atterbergove granice. Razradio ju je Arthur Casagrande (1948), pa je još zovu i AC-klasifikacija. Kasnije su se pojavile još neke klasifikacije, koje su bile povezane s poznatim institucijama za standardizaciju kao što su DIN, British standard, AFNOR (Francuska) i ASTM (SAD). Sve su one bazirane na istim principima kao i jedinstvena klasifikacija, ali su nastojale u svoje klasifikacijske sustave uvrstiti grupe materijala koje su karakteristične za «njihova» tla. Što se tiče novih evropskih propisa za građevinarstvo – eurokodova (za geotehniku Eurokod 7), ne predviđa se vlastiti sustav klasifikacije već će eurokodovi preuzeti sustav koji predlaže Međunaroda organizacija za normizaciju – ISO, norme ISO 14688 (1997) i ISO 14688-2 (2000), o čemu će biti riječi nešto kasnije.

Važno je uočiti da su dosadašnje klasifikacije tla tretirale samo već poremećeno tlo. Takav pristup vuče porijeklo još od Atterberga koji je bio geokemičar i određivao je svoje granice da razvrsta materijale tla za keramičku industriju.

3

Jedinstvena klasifikacija1 tla ima (prema Nonveiller, 1981):a) Oznake glavnih grupa materijala tla; klasificiraju se u grupe prema veličini zrna, odnosno

dominantnim razredima zrna - (predavanje 02 - tablica 2.2) (u zagradama su odgovarajući međunarodno usvojeni simboli, koji uglavnom dolaze iz engleskog jezika):

šljunak (gravel – G),

pijesak (sand – S),

prah (silt – M2),

glina (clay –C) i

organsko tlo (organic soil – O),

treset (peat – Pt). b) Za krupnozrnata tla se uvode i dopunske opisi, prema graduiranosti i količini sitnih čestica, iz

čega slijede i dopunske oznake:

dobro graduirano (well – W),

dobro graduirano s dovoljno sitnih čestica da veže krupna zrna (with clay – C),

slabo graduirano, nedostaje neki razred zrna, nema sitnih frakcija (poor – P),

slabo graduirano, s mnogo prašinastih čestica (fines – Fs),

slabo graduirano, s mnogo glinovitih čestica (fines, clay – Fc),

jednolično graduirano, jednozrnato, malo sitnih čestica (uniform – U).

Za krupnozrnate materijale se opis dobija kombinacijom osnovne grupe i dopunskih opisa (iz a i b), pa tako imamo i simbole materijala za razne šljunke: GW, GC, GP, GFs, GFc i GU. Tako se isto dobije i za pijeske, što ukupno čini deset grupa.

c) Sitnozrnata tla se svrstavaju u klasifikacijske grupe prema plastičnosti i to prema vrijednosti granice tečenja, wL:

wL < 35 % , niskoplastično tlo (low – L),

35 < wL < 50 %, srednjeplastično tlo (intermediate – I),

50% < wL , visokoplastično tlo (high – H).

Materijali iznad A-linije u dijagramu plastičnosti (predavanje 02 - slika 2.9) su gline, a ispod, prahovi i organske gline. Za sitnozrnata tla se opisi dobiju kombinacijom iz a) i c), pa su tako i simboli ML, MI i MH te CL, CI, CH, a za organsko tlo je OL, OI i OH. Ove grupe, s krupnozrnatim materijalima, daju ukupno 20 grupa.Američki standard (ASTM, D-2487) i danas uvažava jedinstvenu klasifikaciju, s time da nema krupnozrnate materijale tipa Fs i Fc, a kod sitnozrnatih, srednje plastičnosti (I).

3.2.3 Klasifikacija prema ISO 14688 (1997) i ISO 14688-2 (2000)

Kao što je već rečeno, Međunaroda organizacija za normizaciju – ISO, s ciljem klasificiranja tla, je izdala norme ISO 14688 (1997) i ISO 14688-2 (2000). To su još uvijek nacrt norme i prednorma, pa tako nemaju punu snagu. Također su primijećene neke nedosljednosti. Naime, ISO 14688 (1997) razlikuje pet stupnjeva plastičnosti: nisku (L), srednju (I), visoku (H), vrlo visoku (very high – V) i ekstremno visoka (extremely high – E) (slika 3.2). S durge strane, ISO 14688-2 (2000) ima samo tri stupnja plastičnosti (predavanje 02 - tablica 2.5). U ovim normama nisu na jasan način predložene klasifikacijske grupe s oznakama kao što je to u jedinstvenoj klasifikaciji. Zbog toga se ovdje navode samo neki elementi klasifikacije po tim normama.

Nacrt norme ISO 14688 (1997) slijedi, u stvari, British Standard, BS 5930. Kao i jedinstvena klasifikacija, i ova slijedi svrstavanje materijala prema veličini zrna u ritmu brojeva 2 i 6 (predavanje 02 - tablica 2.2). Sitnozrnati materijali se klasificiraju na temelju dijagrama plastičnosti (za materijale ili frakcije materijala čija su efektivna zrna manja od 425 m).

1 Istini za volju, američki standard za klasificiranje, iako se također zove jedinstvena klasifikacija ima neke grupe i oznake drugačije, ali ovdje se držimo opisa kakvi su dani u Nonveillerovoj knjizi, a i kakvi vrijede po hrvatskim normama.2 slovo M za prah je dao A. Atterberg prema nazivu jednog naselja u Švedskoj (Mo), jer nije u jeziku našao prikladan naziv za materijal između pijeska i gline (prema Šuklje, 1967).

4

slika 3.1 Primjeri granulometrijskih krivulja, prema draft ISO/DIS 14688-1, sl.-1.

slika 3.2 Dijagram plastičnosti prema draft ISO/DIS 14688-1, sl-2.

Na slika 3.2 je prikazan dijagram plastičnosti s odgovarajućim klasifikacijskim grupama za takve materijale.

Za krupnozrnate materijale, tipovi graduiranosti se određuju na temelju koeficijenta jednoličnosti, cu i koeficijenta zakrivljnosti, cc . Tako dijagrame slika 3.1. opisujemo na slijedeći način:

1) GLINA,

2) jednoliko graduirani prašinasti fini PIJESAK,

3) pjeskovito šljunkovito prašinasta GLINA,

4) slabo graduirana prašinasto šljunkoviti PIJESAK i5

5) dobro graduiran prašinasti pijesak fini do krupni ŠLJUNAK.

3.3 GEOLOŠKI UVJETI POSTANKA TLA

3.3.1 Procesi u tlu

Ovdje će se o procesima u tlu reći nešto u najkraćim crtama jer su to pojave koje se tretiraju u geoznanostima kao što su to geologija i inženjerska geologija, pa više zainteresiranog čitaoca upućujem na literaturu specijaliziranu literaturu, primjerice, Šestanović (1993).

Nama su, sa stanovišta mehanike tla, zanimljivi oni (dugotrajni) procesi koji izazivaju promjene u sastavu zemljine kore. Rezultati tih procesa su:

1) raspadanje stijena;

mehanički: led, abrazija, vegetacija

kemijski: oksidacija, karbonizacija, hidratacija, otapanje u vodi, desilikacija

2) transport produkata raspadanja;

gravitacija, voda, vjetar, led

3) sedimentacija transportiranih čestica.

veličina čestica, ioni u vodi

3.3.2 Mineraloški sastav tla

S geomehaničkog aspekta, mineraloški sastav krupnozrnatog materijala tla nema veliki značaj, dok kod sitnih čestica glavne osobine i ponašanje ovise upravo o mineraloškom sastavu.

Glina je poluvezana klastična stijena pretežno izgrađena od minerala glina (kaolinit, ilit, montmorilonit), kvarca, klorita, Fe-hidroksida, feldspata, te organskih i drugih primjesa, veličine čestica D < 0.002 mm. Ishodišni materijal postanka glina povezan je s kemijskim trošenjem stijena, a svi ostali procesi nastanka mehaničkog su karaktera. Ako su vlažne, gline odlikuje plastičnost, što je posljedica koloidnog stanja većine minerala koji ih izgrađuju.

Različite su boje:

bijele – ako su čiste;

žute i smeđe – od limonita;

zelenkaste – od klorita;

crvene – od hematita;

crne – od organskih materijala.

Jedna od bitnih karakteristika glina jest njihova sposobnost bubrenja i skupljanja, što je rezultat ionske zamjene. Ovisno o zamijenjenim ionima, mijenjaju se i svojstva glina. Gline s kalcijskim i magnezijskim ionima bubre tek neznatno, ali ako se ti ioni zamijene ionom natrija sposobnost bubrenja se jako povećava. Mineraloški sastav se reflektira i u aktivnosti gline (vidi predavanje 02 - poglavlje 2.4.3.6)

3.3.3 Struktura tla

Struktura tla je raspored čvrstih čestica u tlu. Strukture koherentnih i nekoherentnih materijala tla međusobno se bitno razlikuju. Kod nekoherentnog tla, dominantan čimbenik koji utječe na formiranje strukture tla je gravitacija. Kod koherentnih tala važan je utjecaj ne samo gravitacije već i molekularnih sila.

Za nekoherentna tla struktura se može prikazati nekim primjerima strukture za idealne kuglice, slika 3.4 (prema Nonveiller, 1979):

6

(a ) (b) (c)

slika 3.3 Neki primjeri struktura za idealne kuglice: (a) jednoliko graduiran materijal, rahla struktura, n = 0,48; (b) jednoliko graduiran materijal, gusta struktura, n = 0,26; (c) kuglice dvaju promjera, vrlo gusta struktura, n < 0,26

Kod koherentnih tala prevladava utjecaj molekularnih sila. Struktura može biti saćasta ili pahuljasta. Najčešće imamo kombinacije jedne i druge strukture.

(a ) (b)

slika 3.4 Struktura taloženja vrlo sitnih čestica: (a) sačasta; (b) pahuljasta

3.4 REFERENCE

nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje

Holtz, R. D., & Kovacs, W. D. (1981). An introduction to geotechnical engineering, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.

ISO 14688 (1997), draft international standard, Geotechnics in civil engineering - Identification and classification of soil, classification and quatification, International Standardisation Organisation.

ISO 14688-2 (2000), Geotechnical engineering - Identification and classification of soils, Part 2: Classification principles and quatification of descriptive characteristics (draft prEN ISO/DIS 14688-2:2001), International Standardisation Organisation.

Kvasnička, P. (2003): Predavanja iz predmeta Mehanika tla i Geotehnika na RGN fakultetu – Zagreb

Lambe, T. W. & Whitman, R. V. (1969). Soil mechanics. Massachusetts Institute of Technology, John Willey & Sons, Inc., New York.

Morgenstern, N. (2000). Common ground. GeoEng2000. Vo. 1., Melbourne, Australia, 1-20.

Nonveiller, E. (1979). Mehanika tla i temeljenje građevina. Školska knjiga, Zagreb

Šestanović, S. (1993). Osnove inženjerske geologije – primjena u graditeljstvu. Udžbenici sveučilišta u Splitu. Sveučilište u Splitu.

7