121344.pdf

7/25/2019 121344.pdf

1/28

FIZIKA SVOJSTVA STENA I TLA

Univerzitet u Banjoj LuciRudarski fakultet Prijedor

* Granulometrijski sastav stena i tla* Otpor stena i tla na dejstvo mraza

Doc dr !r"an #osti$% dipl in &eol

* Zapreminska teina stena i tla* !pecifi'na teina stena i tla* Poroznost stena i tla

* (lanost stena i tla

Prijedor% ) +),-.)-/).0

7/25/2019 121344.pdf

2/28

Granulometrijski sastav stena i tla

procentualno u'e1$e zrna odre"eno& pre'nika u ukupnoj teini tla &ranulometrijski sastav tla daje vane i si&urne podatke o nje&ovim pojedinim fizi'kimsvojstvima

ako u tlu preovla"uju &linene 'estice veli'ine ispod )%))/mm% onda se ve$ na osnovu to&amoe da zaklju'i da je tlo plasti'no% ko2erentno% 2i&roskopno% visoke kapilarnosti% malepropustljivosti i da ima mali u&ao unutra1nje& trenja

ranulometri ski sastav tla se redstavl a krivama ranulometri sko sastava

3 1ljun'ani pesak! 3 pra1inasti pesak" 3 peskovita pra1ina# 3 &linovito tlo

$ 3 &lina

7/25/2019 121344.pdf

3/28

%u & '() * ' )d4) pre'nik zrna koji od&ovara ordinati 4)5% d.) pre'nik zrna koji od&ovara ordinati .)5

Podela tla po stepenu neravnomernosti6

Ste+en neravnomernosti tla :

7/25/2019 121344.pdf

4/28

Klasi,ika-ija tla

Granulometrijski sastav stena i tla

za tla u kojima preovla"uju 'vrste'estice veli'ine 8 /mm% koristi se

trougli 'ijagramAmeri.kog /iroa 0a tlo

7/25/2019 121344.pdf

5/28

La/oratorijsko o're1ivanje granulometrijskog sastava tla

metoda sejanja 3 za krupnozrna nevezana tla sa preovla"uju$om veli'inom 'estica do)%)4mm

metoda 2idrometrisanja 3 za sitnozna sla?ovezana tla sa preovla"uju$om veli'inom 'esticaispod )%/mm

2eto'a sejanja

7/25/2019 121344.pdf

6/28

2eto'a sejanja

ostatak na jednom situ ima veli'inu'estica ko a od ovara otvoru

pret2odno& sita kroz koje je pro1ao

7/25/2019 121344.pdf

7/28

2eto'a 3i'rometrisanja

ova metoda zasniva se na fizi'kom zakonu da mineralna zrna razli'ite veli'ine% a iste zapreminsketeine% imaju razli'itu ?rzinu tonjenja u vodi@ ukoliko su zrna ve$a% utoliko je nji2ovo tonjenje ?repri istoj zapreminskoj teini

na ovoj pojavi zasnovan je 4toksov 0akon% koji daje ?rzinu tonjenja loptasti2 'estica u te'nojmasi u funkciji nji2ovo& pre'nika

( ) ( )scm Dsv / 2

2

9

2

=

&de je As 3 zapreminska teina 'vrsti2 'estica :k -m C;% A 3 zapreminska teina te'ne mase u kojojest ca tone% E 3 otpor te nost % oe c ent v s oznost Fs cm % D 3 pre n opaste est ce cm

!toksov zakon va5i samo 0a mineralna 0rna +re.nika )6!7)6)))!mm

odstupanja od toksovo& zakona6

o

toksov zakon se odnosi na tela loptasto& o?lika% dok su 'estice tla manje od )%/mmpljosnato& o?lika

o toksov zakon pretpostavlja da je sredina kroz koju tone loptasto telo 2omo&ena ineo&rani'eno& prostranstva

o u o?rascu toksovo& zakona pretpostavljena je zapreminska teina 'vrste 'estice

7/25/2019 121344.pdf

8/28

opit 2idrometrisanja vr1i se pomo$u areometra% koji se jo1 naziva i 2idrometar ili denzimetar


7/25/2019 121344.pdf

9/28

odma2 po stavljanju menzure na sto%spu1ta se areometar u te'nu masu% a zatimpo'inje 'itanje podela na areometru posleC)HH% .H i /H ra'unaju$i od trenutka stavljanjamenzure u vertikalan poloaj

dalja 'itanja se vr1e u 9H% .9H% 09H% /2% 92 i/02 ra'unaju$i od trenutka stavljanjamenzure u vertikalan poloaj% prespu1tanja na sto

2eto'a 3i'rometrisanja 8 Vr9enje o+ita

nakon /02 ne vr1e se dalja 'itanja% jer se'estice koje jo1 le?de u vodi nalaze poddejstvom Braunovo& kretanja i manje suod )%)))/mm

kod svako& 'itanja posle .9H od po'etkataloenja% meri se temperatura te'ne masei ?elei

na osnovu ovi2 'itanja odre"uje sevrednost za pre'nik d i koli'inu 'vrsti2'estica P u 5 ?ilo ra'unom ili &rafi'ki

7/25/2019 121344.pdf

10/28

( )][

1800mm

t s

H D

=

po isteku vremena taloenja t % na du?ini = nema 'vrsti2 sastojaka pre'nika ve$e& od D% jertakvi sastojci imaju ?rzinu tonjenja ve$u od v=H/t i istaloili su se na du?ini ve$oj od =@ uistom trenutku 'vrsti sastojci pre'nika manje& od D le?de u vodi iznad du?ine = u istoj

pre'nik D 'vrsti2 zemljani2 sastojaka koji su se taloili za vreme t od povr1ine te'ne masedo du?ine = do?ija se iz navedeno& toksovo& zakona6


% =

procenat 'estica koje u datom trenutku t le?de u vodi na du?ini = ispod povr1ine% uodnosu na celu koli'inu zemljane mase potopljene u vodu% do?ija se iz slede$e& o?rasca6

( )T c Rss

d W P += 11

100%

&de je I d 3 teina tla u suvom stanju% R. 3 'itanje na areometru% 7J 3 korekcija z?o& razlike u

temperaturi te'nosti% ukoliko temperatura te'ne mase pri 'itanju nije kali?racionatemperatura areometra% As 3 zapreminska teina 'vrsti2 'estica tla

7/25/2019 121344.pdf

11/28

7/25/2019 121344.pdf

12/28

7/25/2019 121344.pdf

13/28

Ot+or stena i tla na 'ejstvo mra0a

termi'ko 1irenje stena je promena zapremine stena usled promene temperature@kvantitativno se izraava termi'kim koeficijentom linearne ili zapreminske dilatacije% koji jesrazmeran prvo?itnoj duini :L) ; i temperaturnom &radijentu :J;% a zavisi od vrste stena

)12

( T T o

L L =

Jermi'ki koeficijenti linearne dilatacije neki2 vrsta stena :#ujundi$% .K 0;

rsta stene erm oe c ent nearne atac e -

(1/K)Granit 0,6-0,9

Dijabaz 0,54

Pe ar 0,5-1,2

Kre njak 0,5-0,79

Mermer 0,3-1,5

Kvarcit 1,1

7/25/2019 121344.pdf

14/28

otpornost stena na delovanje mraza zavisi od poroznosti :veli'ine% o?lika% povezanosti irasporeda pora i nji2ove ispunjenosti vodom;% 'vrsto$e stena% a potom od intenziteta iduine trajanja mraza i cikli'no& smenjivanja mraza i otopljavanja

suve stene do?ro podnose niske temperature% dok vlane i stene potpuno zasi$ene vodom

su manje postojane na dejstvo mraza najotpornije na delovanje mraza su stene velike 'vrsto$e i male poroznosti :ve$inama&matski2 stena% do?ro vezane sedimentne i masivne metamorfne stene;


neotporne na delovanje mraza su stene velike poroznosti i male 'vrsto$e :&line% &linci%lapori i laporci i dr ;

superkapilarno porozne stene su postojane na mrazu jer se voda iz takvi2 pora najve$imdelom iscedi% a deo vode koji zaostane ima dovoljno prostora za 1irenje leda pri le"enju% pa

ne dolazi do stvaranja pritisaka na zidove pora i razaranja stena :?i&ar;

postojanost 'vrsto vezani2 stena na delovanje mraza defini1e se odnosom 'vrsto$a napritisak uzoraka stene posle smrzavanja i suvo& uzorka pre smrzavanja

7/25/2019 121344.pdf

15/28

delovanje mraza kod pra1inasti2 i &lineni2 stena je specifi'no

usled le"enja i otapanja vode u ovim stenama nastaju specifi'ne pojave kao 1to sunadimanje i izdizanje% soliflukcija i dr :tzvmrazno -dinamike pojave ;

pri le"enju nastaju kristalizacione sile koje izazivaju kretanje vodeni2 kapi u podru'je ve$

formirani2 ledeni2 so'iva :klinova;% 'ime se stalno pove$ava zapremina ledeni2 so'iva@de?ljina tako nastali2 ledeni2 so'iva kre$e se od )%. do .) mm% a ukupne deformacijekoje tom prilikom nastaju mo&u da iznose od C) do 9) cm


na veli'inu deformacija stena uti'u intenzitet i duina trajanja mraza% &ranulometrijskisastav i ?lizina nivoa podzemne vode

&ranulometrijski sastav uslovljava veli'inu pora% a ona uti'e na vodopropustljivost ikapilarnost stena + rastresite stene sa zrnima > )6)! mm imaju malu visinu kapilarno&

penjanja% a 'estice veli'ine < )6))! mm imaju sporo kapilarno penjanje@ stene saveli'inom zrna izme"u ovi2 &ranica podlone 1tetnom delovanju mraza

osim uslova u po&ledu &ranulometrijsko& sastava mora da postoji mo&u$nostdospevanja vode u zonu dejstva mraza@ ukoliko je nivo podzemni2 voda pli$i% mo&u$nost

deformacija tla usled dejstva mraza je ve$a% a suprotno ukoliko je nivo podzemne vodedu?lji

7/25/2019 121344.pdf

16/28

z?o& stvaranja ledeni2 so'iva% u &linenim stenama% dolazi do veliki2 o1te$enja kod plitkofundirani2 o?jekata% puteva% aerodromski2 pista i dr

du?ina dejstva mraza u na1oj zemlji je do )%,+.%) m% otuda konstrukcije fundirane na du?ini jednakoj ili ve$oj od .%) m nisu izloeni delovanju mraza

dejstvo otkravljivanja + zale"ene &linene stene pri otkravljivanju u povr1inskom delu terenapretvaraju se u ka1astu masu ispod koje se nalazi zale"eni vodonepropustljivi sloj@ ka1asta&linena masa je presi$ena vodom i skoro ?ez ikakve 'vrsto$e te se sto&a pod pritiskom lakoistiskuje ispod sao?ra$ajnica :puteva i pru&a;% poletno+sletni2 staza aerodroma i sl % pri 'emu


nastaju deformacije u terenu i na o?jektima

O-ena sklonosti tla 'ejstvu mra0a

ispitivanje pra1inasto+&lineni2 stena u po&ledu postojanosti na mrazu vr1i se na osnovusadraja 'estica < )%)/ mm

postoji nekoliko kriterijuma za ocenu osetljivosti pra1inasto+&linoviti2 stena na dejstvomraza% a u praksi se naj'e1$e koriste kriterijumi #asa&randea% Ruklija i aj?la

7/25/2019 121344.pdf

17/28

Kasagran'eov kriterijum

O-ena sklonosti tla 'ejstvu mra0a

7/25/2019 121344.pdf

18/28

:ukljiev kriterijum

4aj/lov kriterijum

D 8 )

% ) / m m

7/25/2019 121344.pdf

19/28

Za9tita +rotiv 'ejstva mra0a u tlu

najefikasnija mera je izrada tamponsko& sloja% 'ija de?ljina se odre"uje tako da ukupnade?ljina kolovoza i tamponsko& sloja ?ude )%,m za teak sao?ra$aj i do )%4m za laki sao?ra$aj@naj'e1$e je de?ljina tamponsko& sloja )%Cm ispod kolovoza dovoljna za1tita protiv dejstvamraza

materijal za izradu tamponsko& sloja je o?i'no pesak ili peskoviti 1ljunak koji tre?a dazadovolji sle'e;e uslove 6 indeks plasti'nosti p 8 9% sadrinu frakcije d 8 )%)/mm manju od C5% istepen neravnomernosti 7 u > @ &ornji deo tamponsko& sloja u de?ljini od /)cm ne sme da?ude jednoli'an i sitnozrni pesak z?o& nedovoljne z?ijenosti i o&rani'ene nosivosti@ u ovomdelu tamponski sloj tre?a da ?ude peskovit 1ljunak sa C)+ )5 zrna veli'ine /+C)mm

Za+reminska te5ina stena i tla

]3 / [ mkN V W

= +zapreminska teina stene u prirodnom stanju :k -m C;I+teina uzorka stene koji se ispituje :k ;(+zapremina uzorka zajedno sa porama :m C;

u praksi se koriste6 zapreminska teina tla u prirodnom stanju :A;% zapreminska teina potpunosuvo& tla :Ad;% zapreminska teina 'vrsti2 'estica :As;% zapreminska teina potopljeno& tla :A; izapreminska teina potpuno zasi$eno& tla :Az;

7/25/2019 121344.pdf

20/28

zapreminska teina stena zavisi od mineralno& sastava tj specifi'ne teine minerala%poroznosti i vlanosti

kako su kod ve$ine 'vrsti2 stena poroznost i vlanost zanemarljivo mali :ispod .5; to nji2ovazapreminska teina zavisi% u&lavnom% od specifi'ne teine minerala

kod poluvezani2 stena poroznost i vlanost mo&u iznositi vi1e od jedno& procenta :'ak i donekoliko desetina procenata;% te nji2ova zapreminska teina zavisi% pored mineralno& sastava% iod poroznosti i vlanosti

Za+reminska te5ina stena i tla

Vrsta steneZapreminska teina (kN/m 3)

minimalna srednja maksimalnaGraniti 25,10 26,10 27,10Dioriti 27,70 28,50 29,30Gabri 26,20 28,60 30,50Peridotiti 30,70 31,20 32,00

Daciti 22,50 25,40 28,40Andeziti 21,60 25,40 27,10Kre njaci 21,90 26,60 28,70Oniksi 26,70 26,90 27,30Pe ari 22,10 25,80 26,90Mermeri 26,50 27,00 28,20

Serpentiniti 25,50 26,80 28,10

Pri?line vrednosti zapreminski2 teina tla

7/25/2019 121344.pdf

21/28

O're1ivanje 0a+reminske te5ine tla

7/25/2019 121344.pdf

22/28

S+e-i,i.na te5ina stena i tla

ws

ws

V s

W Gs

==

/ Gs + specifi'na teina 'vrsti2 'estica steneI s + teina suvo& uzorka tla :k -mC;

( s + zapremina 'vrsti2 'estica :m C;

specifi'na teina zavisi samo od mineralno& sastava stena

o kod monomineralni2 stena ona je vrlo sli'na ili ista kao specifi'na teina minerala kojiiz&ra"uju tu stenu

o o po m nera n s ena ona e pr no e na a sre n o vre nos spec n e na

minerala koji iz&ra"uju stenu

variranje vrednosti specifi'ni2 teina kod stena je malo :od /%9 do C%/;@ nie vrednosti specifi'ni2teina se javljaju kod stena koje iz&ra"uju silicijsko+aluminijski minerali% a ve$e vrednosti kod stenaiz&ra"eni2 od fero+ma&nezijski2 minerala@ najnie vrednosti specifi'ni2 teina se javljaju kod stena

koje iz&ra"uju minerali sa 2emijski vezanom vodom@ najvi1e vrednosti specifi'ni2 teina se javljajukod stena koje sadre rudne minerale :'esto i preko C%/;

kod iste vrste stena specifi'na teina moe da se razlikuje u zavisnosti od preovla"uju$e vrsteminerala@ na primer% kod kvarcni2 i kvarcnoliskunoviti2 pe1'ara ona je u &ranicama /%4K+/% )% a

kod &vo"eviti2 pe1'ara moe dosti$i vrednost od C%) do C%/

7/25/2019 121344.pdf

23/28

O're1ivanje s+e-i,i.ne te5ine stena i tla

poreme$eni uzorak tla ili spra1eni uzorak stena se osu1i u su1nici na .)9) 7% zatim se stavi ueksikator da se o2ladi na so?noj temperaturi% a potom se do?ro isitni u la?oratorijskoj 1olji

opit se vr1i pomo$u piknometra% staklene ?o'ice sa du&a'kim &rli$em zapremine .))cmC@piknometar se zatvara 'epom sa kapilarnom cevi u sredini za ispu1tanje vodene pare@ za svakipiknometar poznata je teina sa 'epom I ) i nje&ova teina ispunjeno& vodom do &ornje ivicekapilarne cevi I na kali?racionoj temperaturi t M/)) 7

isu1eni i o2la"eni uzorak sipa se u piknometar u koli'ini oko C)&r i izmeri na va&i zajedno sapiknometrom sa ta'no1$u )%).&r@ oduzimanjem teine piknometra I ) od ?ruto teine I do?ijase teina suvo& uzorka I sMI 3 I ) @ potom se u piknometar sipa destilovana voda tako da ?ude/cm iznad uzorka

nakon 1to uzorak ?ude ceo provlaen% piknometar se za&reva kako ?i se kuvanjem te'ne mase unjemu istisli svi vazdu1ni me2uri$i iz uzorka i vode@ kuvanje tre?a da traje C)min za nevezana tla%a 09min za vezana tla

po zavr1enom kuvanju piknometar se o2ladi na so?nu temperaturu% pa se zatim dopunidestilovanom vodom do vr2a &rli$a% ovaj se zatvori staklenim 'epom% pri 'emu se suvi1na vodaistisne kroz kapilarnu cev

potom se izmeri piknometar sa vodom i uzorkom i do?ije teina I p sa piknometromispunjenim te'nom masom do &ornje ivice kapilarne cevi

7/25/2019 121344.pdf

24/28

]3 / [ estica vrstihZapremina

uzorkasuvogTeinamkN s =

kako je zapremina tela potopljeno& u vodu jednaka zapremini istisnute vode% to je zapremina'vrsti2 'estica ( s jednaka zapremini vode koju je uzorak istisnuo iz piknometra

( )( ) 3 / 10 / mkN pW sW W sV += prema tome% zapreminska teina 'vrsti2 'estica je6

VssW

s =

O're1ivanje s+e-i,i.ne te5ine stena i tla

Zapreminska teina 'vrsti2 'estica je6

7/25/2019 121344.pdf

25/28

3 1 2 4

(c) (d)

(a) (b)

strukturni tipovi poroznosti6a; me"uzrnska poroznost?; pukotinska poroznostc; kavernoznostd; cevasta + crevasta poroznost

7/25/2019 121344.pdf

26/28

(rstastene

Ukupna poroznost :5;minimalna srednja maksimaln

aGranit )%C .%K 9%)Diorit )%C .%C /%9Ga?ro )%. )%K 9%.

Dacit )%C C%K .C%)Pe1'ar )%C 0%K . %)#re'njak )%C .%, / %/ermer )%C .%. 0%C

Ukupna poroznost neki2 vrsta stena

7/25/2019 121344.pdf

27/28

(lanost stena i tla

Vrste vo'e u tlu

porna voda + sastoji se iz slo?odne &ravitacione vode% koja se kre$e pod dejstvom &ravitacijeodoz&o nanie u svim pravcima% zatim kapilarne vode koja se kre$e pod dejstvom kapilarni2 sila ivode povr1insko& napona koja se dri povr1inskim naponom u u&lovima izme"u 'vrsti2 'estica tlai naziva se jo1 u&aona porna voda@ sva ova voda se moe potpuno da ukloni su1enjem tla na

temperaturi od .)))

7 adsor?ovana voda + o?avija 'vrste 'estice za koje je vezana molekularnim silama@ to je tzvvodeni film% 'ija se de?ljina kre$e od 4+,)Qm@ ova voda moe samo delimi'no da se uklonisu1enjem na .)) ) 7

konstituciona voda + 2emijski sjedinjena u kristale minerala 'vrsti2 'estica tla@ ove vode ima vrlomalo i ne moe da se ukloni su1enjem tla na temperaturi od .)) ) 7% pa sto&a moe da se smatrakao sastavni deo 'vrste 'estice

Koli.ina vo'e u tlu

Jlo potpuno zasi$eno vodom

ako se poroznost tla ozna'i sa n% zapreminska teina 'vrsti2 'estica sa As% a zapreminska teinavode sa A % onda se vlanost zasi$eno& tla z moe da izrazi jedna'inom6

( ) snn

z

= 1

7/25/2019 121344.pdf

28/28

Koli.ina vo'e u tlu

Jlo delimi'no zasi$eno vodom

ako se sa I ozna'i teina vode u tlu% sa I d teina 'vrsti2 'estica :suva teina tla;% onda jevlanost tla MI-I d@ u ovom slu'aju vlanost moe da se izraziste+enom 0asi;enja S r% kaoodnosom stvarne teine vode u tlu prema onoj teini vode u istom tlu kada ?i sve pore ?ileispunjene vodom 6

zr S

=

&rani'ne vrednosti za stepen zasi$enja su ! rM) za potpuno suvo tlo% i !rM.%) za potpuno zasi$enotlo@ za malo vlana tla !rM)+)%9% za vrlo vlana tla !rM)%9+)%,% a za vodom zasi$ena tla !rM)%,+.%)

komadi$ tla iz neporeme$eno& uzorka stavi se izme"u dva konkavna stakla :tzv sa2atnastakla;% koja se pri'vrste metalnom stezalicom i sve zajedno se izmeri na analiti'koj va&i% apotom stavi u elektri'nu su1nicu &de se su1i na .)9 ) 7 do stalnosti teine

po zavr1enom su1enju% uzorak% zatvoren u sa2atna stakla stezalicom% stavi se u eksikator da seo2ladi na so?nu temperaturu% nakon 'e&a se ponovo izmeri

ako je I teina uzorka u prirodnom stanju vlanosti sa sa2atnim staklom i stezalicom% I s 3teina uzorka u suvom stanju sa sa2atnim staklom i stezalicom% It 3 teina sa2atno& stakla istezalice% vlanost tla je6

t W sW sW W

==

stanjusuvomutlateina vodeteina

121344.pdf

Documents

Transcript of 121344.pdf