Tehničko
veleučilište u Zagrebu. Graditeljski odjel. 2000/2001.
Mehanika
tla. Bilješke za predavanja. sastavila dr.sc. Sonja Zlatović, dipl.ing.građ.
3.2 Klasifikacija
nekoherentnih ili krupnozrnih tala
3.3 Indeksni
pokazatelji za nekoherentna tla
3.4 Klasifikacija
koherentnih ili sitnozrnih tala
3.5 Indeksni
pokazatelji za koherentna tla
3.6 Identifikacija
tla na terenu
Postoji niz različitih klasifikacija tla, te, u
različitim zemljama, unekoliko različitih standarda prema kojima se
vrši klasifikacija. Uglavnom, tla se dijele prije svega na
v
nekoherentna ili krupnozrna tla, za koja vrijedi da je više od 50% mase ili težine
čvrstih čestica veličine šljunka ili pijeska (tj. čestica
koje se vide golim okom): to su sipka
tla, kod kojih je koheziona sila između čvrstih čestica
zanemariva.
v
koherentna ili sitnozrna tla, za koja vrijedi da je više od 50% mase ili težine
čvrstih čestica veličine praha ili gline (tj. čestica koje
se ne vide golim okom): to su tla kod kojih je koheziona sila između
čvrstih čestica bitna, i zbog velike specifične površine
čvrstih čestica i zbog postojanja električnih sila koje vežu vodu:
to su tla koja se na neki način dadu mijesiti.
Kako su sastavljena od većinom od krupnih zrna
između kojih su kohezione sile zanemarive, ponašanje nekoherentnih tala
uvjetovano je prije svega veličinom njihovih zrna tj. granulometrijskim sastavom.
Zato se i klasifikacija nekoherentnih tala zasniva na granulometrijskom
sastavu. Prije svega, razlikuju se dvije grupe prema veličini najviše
zastupljenih zrna (mjereći postotak mase ili težine):
v
šljunci (gravel đ oznaka G) su nekoherentna tla u kojima su pretežno zastupljena zrna
šljunka,
v
pijesci (sand đ oznaka S) su nekoherentna tla u kojima su pretežno zastupljena zrna
pijeska.
Svaka od ovih grupa dalje se dijeli prema granulometrijskom
sastavu koji se zorno vidi iz oblika granulometrijskog dijagrama. Oznake se razlikuju.
v
dobro graduirana (well graded đ dodatna oznaka W) su tla – šljunci, GW ili pijesci, SW, širokog
granulometrijskog područja sa svim frakcijama dobro zastupljenim (npr. CU
= D60/D10 veće od 4 za šljunke ili 6 za pijeske, CC
= (D30)2/(D10D60) između 1 i
3), sitnih čestica ima manje od 5%
v
slabo graduirana tla (poorly graded đ dodatna oznaka P) – šljunci, GP ili pijesci, SP – kojima nedostaje
neka frakcija unutar granulometrijskog područja (ne zadovoljavaju uvjete
za dobro graduirana tla), sitnih čestica ima manje od 5%
v
jednolično graduirana tla (uniformly
graded đ dodatna oznaka U) – šljunci, GU ili pijesci, SU – koje čini jedna frakcija, sitnih čestica ima
manje od 5%
v
slabo graduirana tla sa mnogo
prašinastih čestica (silt đ dodatna
oznaka M ili Fs) – šljunci, GFs ili pijesci, SFs, sitnih
čestica ima više od 12%, a klasificiraju se kao prah (v. 3.4)
v
slabo graduirana tla sa mnogo
glinovitih čestica (clay đ dodatna oznaka C ili Fc) – šljunci, GFc ili pijesci, SFc, sitnih čestica ima više od 12%, a klasificiraju se
kao prah (v. 3.4)
v
kombinacije tala ako je sitnih
čestica 5 do 12% i slično, npr. SFc/SFs.
Ukratko, klasifikacija nekoherentnih tala vrši se prema
granulometrijskom sastavu, prije svega prema veličini zrna i širini ili
pravilnosti zastupljenih frakcija. Posebni značaj daje se – zbog utjecaja
na ponašanje tla – prisutnosti sitnih čestica, koje se opisuju onako kako
se klasificiraju sitnozrna tla.
Klasifikacija tla odnosi se samo na čvrste čestice
toga tla i za provođenje potrebnih postupaka dovoljan je poremećeni
uzorak (tj. nije nužan neporemećeni uzorak tla kome treba sačuvati i
strukturu i vlažnost). Ipak, pripadnosti određenoj klasi, pri opisu nekog
zemljanog materijala, dodaju se i svi ostali dostupni podaci: veličina
najvećeg zrna, zaobljenost, tvrdoća, mineraloški sastav, boja, možda
geološki podaci i slično. Radi li se o neporemećenom tlu, opisuje se
i zbijenost tla i slično.
Relativni koeficijent pora najčešće se koristi kao
pokazatelj zbijenosti nekoherentnog tla, uspoređujući dati
koeficijent pora sa maksimalnom i minimalnom vrijednosti dobivenom standardnim
postupcima (v. 2.6)
Dr
= (emax – e)/(emax - emin)
Postoje različite
ocjene stupnja zbijenosti:
npr. tlo je rahlo ako je 0 < Dr < 0,33, srednje zbijeno ako je 0,33 < Dr < 0,66, zbijeno ako je 0,66 < Dr
ili vrlo rahlo ako 0 < Dr < 15%, rahlo ako 15%
< Dr < 35%, srednje zbijeno
ako 35%
< Dr < 65%, zbijeno ako 65% < Dr < 85%, vrlo zbijeno ako 85% < Dr .
Novija istraživanja pokazuju, međutim, da ocjena
zbijenosti predstavlja samo dio informacije: stanje naprezanja u tlu drugi je
bitni parametar, uz koeficijent pora (u odnosu na neke vrijednosti
karakteristične za dato tlo), nužan za predviđanje ponašanja tla. To
je vrlo zanimljivo područje znanosti u brzom razvoju.
Koherentna ili sitnozrna
tla najčešće se klasificiraju prema granicama plastičnosti i
sadržaju organskih tvari u dijelu uzorka koji čine čestice manje od
oko 3 mm (1/8”). Pri tome se koristi dijagram
plastičnosti:
v
prahovi (silt, oznaka M) su koherentna tla čiji par vrijednosti wL, IP u dijagramu plastičnosti odgovara području ispod
A – linije i nemaju organskih tvari. Dijele se prema granici tečenja na
v
prah niske plastičnosti (low
plasticity), ML za koje wL < 35
%
v
prah srednje plastičnosti (intermediate
plasticity), MI za koje 35 % < wL < 50 %
v
prah visoke plastičnosti (high
plasticity), MH za koje 50 % < wL
v
gline (clay đ oznaka C) su
koherentna tla čiji par vrijednosti wL, IP u dijagramu plastičnosti dođe iznad A – linije,
(i nema organskih tvari)
v
glina niske plastičnosti (low
plasticity), CL za koje wL < 35
%
v
glina srednje plastičnosti (intermediate
plasticity), CI za koje 35 % < wL < 50 %
v
glina visoke plastičnosti (high
plasticity), CH za koje 50 % < wL
v
v
organske gline (organic clay đ oznaka O) su koherentna tla čiji par vrijednosti wL, IP u dijagramu plastičnosti i sadrže organske tvari
v
niske plastičnosti (low plasticity), OL za koje wL < 35
%
v
srednje plastičnosti (intermediate
plasticity), OI za koje 35 % < wL
< 50 %
v
visoke plastičnosti (high
plasticity, OH za koje 50 % < wL
v
v
treseti (peat đ oznaka Pt) su
vlaknasta i vrlo organska tla, velike plastičnosti
Za ovakovu je klasifikaciju koherentnog tla potrebno
poznavati sadržaj organskih tvari, te, na dijelu tla iz koga su odstranjene
čvrste čestice veće od 3 mm, izvesti pokuse za određivanje
granice tečenja i granice plastičnosti. Nije, dakle, potrebno imati
neporemećeni uzorak tla, kojemu bi bile sačuvane izvorna struktura i
vlažnost. Ipak, pripadnosti određenoj klasi, pri opisu nekog zemljanog
materijala, dodaju se i svi ostali dostupni podaci: veličina najvećeg
zrna, možda mineraloški sastav, boja, miris, možda geološki podaci i
slično. Ako je to moguće, opisuje se i gnječivost tla i
slično.
Osim indeksa plastičnosti, IP = wL - wP, koji opisuje plastičnost i najčešće se
koristi za klasifikaciju tla, dakle za opis svojstava čvrstih
čestica, često se koristi i niz drugih veličina koje
uspoređuju granice plastičnosti i slične veličine.
Indeks
konzistencije, Ic (index
of consistency)
Ic
= (wL – w)/(wL - wP),
vlažnost
u datom (prirodnom ili slično) stanju, uspoređuje sa granicama
tečenja i plastičnosti.
Ic = 0 ako je uzorak na granici tečenja, Ic = 1 na granici plastičnosti,
uzorak
je u plastičnom stanju ako je 0 < Ic < 1, u žitkom ako je Ic < 0.
Indeks tečenja, IL (liquidity index)
IL
= (w – wP)/(wL - wP),
koji također vlažnost u datom
(prirodnom ili slično) stanju, uspoređuje sa granicama tečenja i
plastičnosti ali tako da IL = 0 ako
je uzorak na granici plastičnosti, IL = 1 na granici tečenja, uzorak je u plastičnom stanju
ako je 0
< IL < 1, u žitkom ako je IL
> 1.
Klasifikacija tla obavlja se na reprezentativnom uzorku tla u laboratoriju. Prije nego se laboratorijska ispitivanja obave, čak prije nego se uzorci otpreme, uobičajeno je, odmah pri vađenju uzoraka, sve dostupne podatke zapisati. Čak klasifikacija tla obavlja se prema granulometrijskom sastavu ocijenjenom vizuelno, te na osnovu jednostavnih pokusa koji se dadu obaviti na terenu. U knjizi profesora Nonveillera dat je lijepi pregled ovih pokusa, kao i potencijalnih zaključaka.