Transcript Tlo

GENEZA I SVOSTVA TALA
STABILNOST KOSINA 2013/14
DEFINICIJA TLA
● Geologija
● Tlo je prirodni površinski materijal u kojem se odvija rast
zemnih biljaka
● Inženjerska geologija
● Tlo je skup mineralnih čestica i/ili organske tvari u obliku
naslaga koje se mogu razdvojiti blagim mehaničkim
djelovanjem i koji sadrži različite količine vode i zraka
(ponekad i drugih plinova) (ISO, 14688-1:2002(E))
GENEZA TLA
● Tla nastaju kao produkti trošenja
● Međusobno će se razlikovati tla koja nastaju fizičkim
trošenjem od tala koja nastaju kemijskim trošenjem
● Često je tlo produkt trošenja koji je bio transportiran i istaložen
na mjestu koje je udaljeno od njegova ishodišta
● Ostala tla su rezidualna tla
● Brzina nastanka tla ovisi o procesima trošenja, ali i o vrstama
ishodišnog materijala i to prvenstveno zbog:
● veličine zrna ishodišnog materijala;
● mineralnom sastavu ishodišnog materijala;
● temperaturi tijekom trošenja;
● prisustnosti vode.
GENEZA TLA
● Geneza tla bitno utječe na inženjerska svojstva tla
● Transportirana tla
● eolska tla
● fluvijalna tla
● glacijalna tla
● jezerska tla
● marinska tla
● vulkanska tla
● koluvijalno tlo – nastaje vrlo kratkim transportom pod utjecajem
gravitacije
● Rezidualna tla
● eluvijalno tlo – nastaje “in situ” prenašanjem topivih komponenti iz
gornjeg u donji horizont tla
● tektonsko tlo-nastaje drobljenjem stijena uslijed tektonskih pokreta
OSNOVNA PODJELA TLA
Koherentna
tla
Nekoherentna
tla
Cl
Si
Sa
Glina
Prah
Pijesak
0.002
0.063
Šljunak
2.0
Veličina zrna (mm)
Sitnozrnasta
tla
Co
Gr
Krupnozrnasta
tla
Bo
Oblutak
63
200
Blokovi
OSNOVNI NAZIVI TLA
Osnovne komponente tla, prema veličini čestica (ISO, 14688-1:2002(E))
Frakcije
Simboli
Veličina čestica (mm)
LBo
> 630
Bo
> 200 do 630
Co
> 63 do 200
Gr
CGr
MGr
FGr
> 2.0 do 63
> 20 do 63
> 6.3 do 20
> 2.0 do 6.3
Krupni pijesak
Srednji pijesak
Sitni pijesak
Sa
CSa
MSa
FSa
> 0.063 do 2.0
> 0.63 do 2.0
> 0.2 do 0.63
> 0.063 do 2.0
Prah
Krupni prah
Srednji prah
Sitni prah
Si
CSi
MSi
FSi
> 0.002 do 0.063
> 0.02 do 0.063
> 0.0063 do 0.02
> 0.002 do 0.0063
Glina
CL
≤ 0.002
Podfrakcije
Veliki blok
Vrlo
krupnozrnato Blok
tlo
Oblutak
Šljunak
Krupni šljunak
Srednji šljunak
Sitni šljunak
Krupnozrnato
tlo
Pijesak
Sitnozrnato
tlo
FIZIČKA SVOJSTVA TLA
● Boja
● Sastav
● Struktura i tekstura tla
● Gustoća, volumni i težinski odnosi (gustoće, jedinične težine,
porozitet, koeficijent pora, vlažnost)
● Granulometrijski sastav
● Stanje konzistencije i granice plastičnost
● Čestice šljunka, oblutaka i blokova najčešće su fragmenti stijena
● Čestice pijeska i sitnije najčešće su mineralne čestice: kvarca,
tinjaca, feldspata i minerala glina
● U tlima je veća suha čvrstoća često posljedica prisutnosti
karbonatnog cementa
KOHERENTNA I NEKOHERENTNA TLA
● Između tala postoji važna razlika s obzirom na promjene koje
im se događaju s povećanjem vlažnosti ili sušenjem
● Tla koja se sastoje od sljepljenih čestica, neovisno o tome
jesu li suha ili vlažna, iskazuju koheziju
● Kohezija ovisi o distribuciji veličine čestica, tj. o
granulometrijskom sastavu
● Koherentna tla imaju značajan udio sitnozrnastih čestica
(prah i glina)
● sitnozrnate čestice u koherentnom tlu su slijepljene čak i ako
nema vode u tlu, a to je osobito izraženo ako u tlu ima gline
KOHERENTNA I NEKOHERENTNA TLA
● Nekoherentna tla su ona koja imaju malo sitnozrnastih
čestica ili ih uopće nemaju (pijesak, šljunak)
● nekoherentna tla mogu biti sljepljena samo ako su vlažna, a
nakon sušenja se mrve (raspadaju na pojedine čestice)
● razlika između koherentnih i nekoherentnih tala je važna zbog
razumijevanja ponašanja tla (tj. deformiranja) uslijed
naprezanja
ZAOBLJENOST, OBLIK I HRAPAVOST POVRŠINE ZRNA
Parametar
Opis
● Procjena za krupnozrnasta tla –
šljunci, oblutci i blokovi
Vrlo uglasto
Uglasto
Zaobljenost
Poluuglasto
Poluzaobljeno
Zaobljeno
Dobro zaobljeno
Izometričan
Oblik
Plosnat
Izdužen
Hrapavost
površine zrna
Hrapava
Glatka
trenje
BOJA TLA
● Boja tla definirana je mineralnim sastavom i sadržajem
organske tvari
● Organska tvar često daje tamne – sive ili crne nijanse boji tla
● Željezovite komponente često imaju utjecaj na boju tla
Forma
Kemijska formula
Boja
Željezni oksid
FeO
Siva
Hematit
Fe2O3
Crvena
Limonit
2Fe2O3*3H2O
Žuta
ORGANSKA TVAR
● Prisutnost organskih tvari značit će npr. na veću stišljivost tla,
ponekad nedopustivo veliku, smanjivanje čvrstoće i nosivosti tla, te
osjetljivost na promjenu količine vlage. Također, vrlo je značajno
koliko su napredovali procesi raspadanja organske tvari
● Potrebno je razlikovati organska tla (treset – koja su vrlo tamna,
male gustoće i obično su zasićena vodom) od mineralnih tla s
organskim sadržajem
● Miris i boja mogu pokazati prisutnost organskih tvari, a posebnim se
testom može dokazati količina: bilo izgaranjem bilo primjenom
kemikalija
Tlo
Sadržaj organske tvari
Nisko-organsko
2–6
Srednje-organsko
6 – 20
Visoko-organsko
> 20
MINERALI GLINA
● Sekundarni minerali
● Minerali glina nastaju trošenjem nekih alumosilikata, osobito
djelovanjem atmosferilija ili hidrotermalnih procesa na nižoj
temperaturi.
● Alteracija feldspata u kaolinit vrlo je čest proces kojim se troši
granit
● Minerali glina često ispunjavaju diskontinuitete i rasjede u
stijenskoj masi
● Sačinjavaju ih individualne čestice glina
● Minerali glina su visoko reaktivni s električno nabijenim
površinama čestica
● Svojstva glina ovise o sadržaju vrsta minerala gline i slaganju
individualnih čestica
● I vrlo mali udio minerala glina u tlu mijenja njihova svojstva
MINERALI GLINA – INŽENJERSKA SVOJSTVA
● U kontaktu s vodom minerali mijenjaju svojstva koja su
vezana za njihovu strukturu
● Plastičnost
● Ljepljivost
● Kohezija
● Stezanje
● Bubrenje
● Za inženjerske probleme često su značajna svojstva stezanja
i bubrenja
MINERALI GLINA - SPECIFIČNA POVRŠINA
● Specifična površina – površina čestice po jediničnoj masi (m2/g)
● Što je manja, izduženija i pločastija čestica, veća je njena specifična površina
Montmorilonit
50-120 m2/gm (vanjska
površina)
700-840 m2/gm
(uključujući međuslojni
prostor)
Međuslojna površina
Ilit
Kaolinit
65-100
m2/gm
10-20
m2/gm
MINERALI GLINA
● Specifična površina, naboj + voda  ekspanzija
● Minerali glina oblikuju se u tanke sitne listiće, pločice ili
štapiće promjera najviše do 5 μm
●  velika specifična površina
● Izomorfna zamjena  negativan naboj površine
● Mg2+ ioni mogu zamijeniti Al3+ u oktaedrijskim slojevima
● Al3+ može zamijeniti Si4+ u tetraedrijskim slojevima
● Višak negativnog naboja!
+ + + +_
+ _ _ __
+ _ _ _ __
+_
_ _ _ _ __ _
___ _ _
MINERALI GLINA - STRUKTURA
GRANICE PLASTIČNOSTI
Povećanje sadržaja vode
Prisutnost vode u
sitnozrnastim tlima u
velikoj mjeri utječe na
njihova svojstva
Suho tlo
Stanje
konzistencije
Tekuće
stanje
Plastično
stanje
Polučvrsto
stanje
Čvrsto
stanje
Atterbergove granice ili
granice plastičnosti
Ako je w > wL materijal se ponaša kao
tekućina
Granica tečenja, wL
Granica plastičnosti, wP
w = wP najniži sadržaj vode pri kojem
je materijal plastičan
Granica stezanja, wS
Ako je w < wS nema promjene
volumena sušenjem
INDEKS KONZISTENCIJE
● Indeks konzistencije (Ic) – mjera čvrstoće materijala “in situ”
● w0 – prirodna vlažnost materijala
LABORATORIJSKI
wL  w0 wL  w0
IC 

wL  wP
IP
TERENSKI
Stanje
konzistencije
IC
Reakcija tla prema gnječivosti
Vrlo mekano
< 0.25
Gnječenjem u ruci se istiskuje između prstiju
Mekano
0.25 – 0.5
Može se modelirati laganim pritiskom
Polutvrdo
0.5 – 0.75
Ne može se modelirati prstima, ali se mogu formirati
postojani valjčići f = 3 mm
Tvrdo
0.75 – 1
Puca pri pokušaju formiranja valjčića, ali se ima
dovoljnu vlažnost za ponovo modeliranje u grudicu
Vrlo tvrdo
>1
Tlo je isušeno i izgubilo nijansu boje, ne može se
modelirati, drobi se. Može se zagrebsti noktom
AKTIVNOST GLINE
● Aktivnost gline (Ac) – odnos indeksa plastičnosti i težinskog
postotka čestica (N) (u postocima) koje su manje od 2 mm
● (Skempton, 1953)
IP
Ac 
N
Opis gline
Mineral gline
Ac
Neaktivne
Kaolinit
Ac < 0.75
Normalne
Ilit
0.75 < Ac < 1.25
Aktivne
Montmorilonit
Ac > 1.25
Mitchell, 1993
AKTIVNOST GLINE
● Svrha određivanja aktivnosti gline je mogućnost određivanja
njihovog geotehničkog ponašanja
● Aktivne ili vrlo aktivne gline
● Velike promjene volumena u doticaju s vodom - bubrenje
● Značajno smanjenje volumena sušenjem
● Vrlo su kemijski reaktivne
AKTIVNOST GLINE
● Položaj minerala glina u dijagramu plastičnosti
● Montmorilonit  Ilit  kaolinit
60
U-linija
montmorillonite
50
indeks plastičnosti
veza s njihovom aktivnošću
illite
A-linija
40
30
kaolinite
20
halloysite
10
chlorite
0
0
10
20
30
40
50
60
granica tečenja
70
80
90
100
MINERALI GLINA - EKSPANDIRAJUĆA SVOJSTVA
● Ekspanzija – bubrenje utječe
na inženjerska svojstva
Skupina
Bubrenje
● Primanje vode minerala
uzrokuje visoku plastičnost,
ljepljivost i koheziju
Kaoliniti
Ne
● Smektitne gline su vrlo
ljepljive kad su vlažne i vrlo
čvrste kad su suhe
Finozrnasti
tinjci
Minimalno
Kloriti
Minimalno
Vermikuliti
Bubre
Smektiti
Maksimalno
● Najčešći mineral iz grupe
smektita je montmorilonit
MINERALI GLINA - SLAGANJE ČESTICA
● Na slaganje čestica minerala glina utječu pH, kiselost,
temperatura i prisutnost kationa u vodi
Dispergirano slaganje
Čestice se međusobno
odbijaju
Flokularno slaganje
U kontaktu su pozitivno
nabijeni rubovi i negativno
nabijene plohe (EF i EE)
Planparalelno slaganje
Face to face (FF)
● Čestice gline (listići ili pločice) često se orijentiraju okomito na
djelovanje najvećeg naprezanja ili paralelno slojevitosti
INDEKS GUSTOĆE – VELIČINA PORA
Skica pokazuje kako indeks gustoće nije
dovoljno pouzdan pokazatelj inženjerskih
značajki zrnastih tla
Dva tla istog indeksa gustoće mogu imati
pore različitih veličina
Zbog toga je za procjenu inženjerskih
svojstava važno odrediti i distribuciju
veličina pora
Holtz and Kovacs, 1981
KLIZIŠTE GROHOVO (DOLINA RJEČINE)
SADRŽAJ SITNIH ČESTICA
GRANULOMETRIJSKE ANALIZE
GEOMEHANIČKA
ANALIZA
SEDIMENTOLOŠKA
ANALIZA
INDEKS I GRANICE PLASTIČNOSTI
AKTIVNOST GLINE