Transcript mehanika_tla1 - WordPress.com

PRIRODA TLA I
OSNOVNI
POKAZATELJI
Tipični problemi Mehanike tla






ocena sposobnosti tla da primi opterećenje temelja
konstrukcija građevinskih objekata
analiza stabilnosti zemljanih konstrukcija, nasipa i
nasutih brana
određivanje pritisaka tla na konstrukcije
prognoziranje kretanja vode kroz tlo
stabilnost prirodnih padina, potencijalnih ili aktivnih
klizišta i drugih kosina
poboljšanje mehaničkih osobina tla

Mehanika tla se bavi mehaničkim ponašanjem veće mase tla,
dok se hemijska ili fizička priroda u vezi sa mikroskopskim
osobinama ne razmatraju (geologija, minerologija, pedologija)

Mehanika tla se uglavnom bazira na mehanici neprekidnih
sredina, a u rešavanju nekih problema i mehanici krutih tela. U
mehanici tla se primenjuje i otpornost materijala, jer kao i
drugi materijali tlo ima ograničenja u odnosu na nosivost
1.1 POSTANAK TLA

Sa građevinske tačke gledišta, tlo je prirodna mešavina mineralnih zrna,
koja se mogu razdvojiti mehaničkim postupkom. Tlo je, najčešće,
necementirani skup granularnog (zrnastog) materijala mineralnog i
organskog porekla. Cementne veze između zrna mogu u izvesnoj meri
uticati na mehaničko ponašanje mase tla ali se podrazumeva da su
cementne veze između zrna relativno slabe. Ukoliko su cementne veze
znatne čvrstoće, tada se najčešće može govoriti o steni, a ne o tlu.

Tlo nastaje kao proizvod mnogih hemijskih i fizičkih procesa raspadanja
površinskih delova stena koji su izloženi spoljnim uticajima. Zrna tla
nastaju u cikličnom procesu raspadanja čvrstih stena usled uticaja
temperaturnih promena, sunca, vode i hemijskih procesa
FIZIČKI PROCESI

Izazivaju raspadanje osnovne stene na fragmente, komade stena različitih
veličina:
Zamrznuta voda u prslinama, ciklično mržnjenje i kravljenje može
izazvati degradaciju do znatne dubine
U drugim ekstremnim uslovima visokog zagrevanja površine u
pustinjama kamen se zagreje do relativno visoke temperature u toku dana, a
posle se u toku noći ponovo relativno brzo hladi.
Fizički procesi pri nastanku tla nakon degradacije osnovne stene
mogu se opisati erozijom usled dejstva vetra, vode ili glečera. Rezultat
fizičkog raspadanja su čestice koje imaju isti sastav kao i stena od koje su
nastale
HEMIJSKI PROCESI

Izazivaju promenu tipa minerala osnovne stene usled dejstva vode (naročito
ako sadrži tragove kiselina, baza ili CO2). Hemijsko raspadanje proizvodi
nove minerale, mehanički slabije i veće zapemine od minerala u zdravoj
steni. Krupnija zrna su čvršća i mineral je najčešće kvarc. Manja zrna su
verovatno slabija. Gline čine tla sastavljena od mekih sitnih čestica da se
optičkim mikroskopom ne mogu jasno videti. Ove pokazuje da se može
očekivati izvesna razlika u mehaničkom ponašanju.
Ogroman broj minerala koji se nalaze u zemljinoj kori može se podeliti na 4
osnovne grupe:
1.
2.
3.
4.
Relativno čvrsti i postojani minerali: kvarc, feldspati (grade peskove i
šljunkove)
Manje čvrsti ali stabilni silikati: olivin, augin, hornblenda
Meki ljuspasti alumosilikati koji se lako mrve: liskun, biotit, muskovit
Veoma meki minerali glina: kaolinit, monmorionit, ilit
Kod različitih vrsta tla mogu se očekivati različita mehanička ponašanja
Tla kakva se nalaze u prirodi mogu se podeliti na:
 Transportovana
 Rezidualna
Transportni faktori:
 Gravitacija, nastaju koluvijalna tla
 Voda, nastaju: aluvijalna, marinska, lakustrinska tla
 Vetar, eolska tla
 Glečeri, formiraju morene
Rezidualna tla: brzina raspadanja je veća od brzine odnošenja
1.2 IDENTIFIKACIJA I KLASIFIKACIJA TLA


Biraju se kriterijumi za klasifikaciju koji omogućuju klasifikovanje uz
minimalni napor i trošak, tako da se nakon završene klasifikacije može
dobiti orijentaciona predstava o mogućem ponašanju i svojstvima tla
(stišljivost, čvrstoća, vodopropusnost, ugradljivost)
Kao generalna osnova za klasifikaciju normalnog, pretežno neorganskog
tla, usvojena je podela na dve glavne klase sa graničnom vrednošću
veličina zrna od 0,075 mm, a u nekim zemljama za granicu se usvaja
veličina zrna od 0,074 ili 0,06 mm, tako da:
- krupnozrna tla sadrže preko 50% zrna većih od 0,075 mm (ili 0,06 mm)
- sitnozrna tla sadrže preko 50% zrna manjih od 0,075 mm (ili 0,06 mm)

KRUPNOZRNA TLA variraju sa veličinama zrna od komada stene do
šljunka i peska. Kvarc, zbog svoje tvrdoće i postojanosti, je mineral koji
preovladava u sadržaju mnogih šljunkova i peskova, ali se pojavljuju i
drugi minerali sa različitim relativnim učešćem. Terenska identifikacija je
relativno jednostavna

SITNOZRNA TLA se najvećim delom sastoje od zrna prašine i gline.
Ne mogu se sva zrna videti golim okom, menjaju konzistentno stanje sa
promenom sadržaja vode. Za ovu osobinu, koju nemaju krupnozrni
materijali, koristi se u Mehanici tla izraz plastičnost.

ORGANSKA TLA u našem podneblju uvek sadrže organske materije,
koje se najvećim delom pojavljuju u delimično raspadnutim oblicima
vegetacije uz humus
GRANULOMETRIJSKI SASTAV TLA
Definisan je krivom koja opisuje sadržaj zrna različite veličine izražen u
procentima težine
"Prečnik", koji se pripisuje zrnu, je prečnik najveće kuglice, koja može da prođe
kroz kvadratni otvor sita iste veličine kroz koji prolazi i zrno.
Pokazatelji za opis krupnozrnog tla:
d10
d50
efektivna veličina zrna
srednja veličina zrna
cu= d60 / d10
cz= (d30)2 /( d10 d60)
koeficijent uniformnosti
koeficijent zakrivljenosti
cu>4
cu>6
cz= 1-3
1.3 ODNOSI FAZA I POKAZATELJI FIZIČKOG
STANJA TLA
SPECIFIČNA TEŽINA Gs
Gs =
Ws /Vs
w
=
s
w
težina suvog uzorka tla
zapremina čvrstih čestica
Ws
Vs
JEDINIČNA TEŽINA ČVRSTIH ČESTICA
s =
Ws
Vs
= Gs  w
g w = 9.807 kN/m3
POROZNOST ili RELATIVNA POROZNOST
n=
Vv
V
KOEFICIJENT POROZNOSTI
e=
Vv
Vs
n=
e
1 e
(x100 %)
e=
n
1 n
SADRŽAJ VODE ili VLAŽNOST
w=
Ww
(x100 %)
Ws
STEPEN ZASIĆENJA
Sr =
Vw
(x100%)
Sr =
Ww
(x100%)
W w,z
Vv
Sr =
wz
Sr =
Sr = 0
0 < Sr < 100%
Sr = 100%
suvo tlo,
nezasićeno ili delimično zasićeno tlo,
zasićeno tlo,
w
w Gs
e
(x100%)
TEŽINE i ZAPREMINE
JEDINIČNA TEŽINA TLA ili zapreminska težina
=
W
W s +W w
=
V
V s +V w +V a
 kN / m3 


Jedinična težina tla u suvom stanju
d=
Ws
=
V
Ws
V s +V a
 kN / m3 


  1  w   d
e=
s d
d
Jedinična težina tla u zasićenom stanju
z =
Wz
V
=
W s + W w ,z
V s +V w
 kN / m3 


 z  1  wz   d
 
1 
wz  

 w
s 
 d
 =  z   w
GRANICE KONZISTENTNIH STANJA, ili
Aterbergove granice konzistencije
granice se odnose isključivo na sitnozrna tla
Pomoću ovog pokazatelja, koji se označava sa LL ili wL, sitnozrne frakcije tla mogu se
podeliti na sledeće osnovne grupe:
wL < 20 %
- neplastično (NP)
20 % < wL < 50 %
- niska plastičnost (L)
wL > 50 %
- visoka plastičnost (H)
INDEKS PLASTIČNOSTI definiše interval IP = LL - PL. Najznačajniji ili najveći deo
mehanike sitnozrnog tla bavi se područjem u granicama vlažnosti tla u ovom
rasponu od LL do PL
INDEKS KONZISTENCIJE je pokazatelj kojim se numerički definiše stanje
konzistencije izrazom:
IC 
wL  w
IP
tako da se pomoću ovog indeksa mogu definisati sledeća konzistentna stanja:
IC < 0
tečno stanje
0 < IC < 1.00 plastično stanje
1 < IC < 1.25 polutvrdo stanje
IC > 1.25 tvrdo stanje
1.4 JEDINSTVENA KLASIFIKACIJA
AC klasifikacija (Airfield Clasification)
Krupnozrna tla (preko 50% zrna većih od 0,075 mm)
PRIMARNA OZNAKA
Krupnozrna tla sa
preko 50 % zrna
većih od 0,075 mm
Sitnozrna tla sa
preko 50 % zrna
manjih od 0,075 mm
OPISNA OZNAKA
G (šljunak)
W
S (pesak)
U
P
F
C
M (prašina)
L
C (glina)
(I)
O (organsko tlo) H
dobra
jednolična graduiranost
slaba
prašine primese
gline
niska
(srednja) plastičnost
visoka
Sitnozrna tla (preko 50% zrna manjih od 0,075 mm)
C- glina
M- prašina
O- organsko tlo