GENEZA I SVOSTVA TALA STABILNOST KOSINA 2013/14

DEFINICIJA TLA Geologija Inženjerska 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 Veličina zrna (mm) Cl Si Sa Gr Co Bo Glina Prah Pijesak Šljunak Oblutak Blokovi 0.002 0.063 2.0 63 200 Veličina zrna (mm) Sitnozrnasta tla Krupnozrnasta tla

OSNOVNI NAZIVI TLA Osnovne komponente tla, prema veličini čestica (ISO, 14688-1:2002(E))

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 Zaobljenost Vrlo uglasto Uglasto Poluuglasto Poluzaobljeno Zaobljeno Dobro zaobljeno Oblik Izometričan Plosnat Izdužen Hrapavost površine zrna Hrapava Glatka Procjena za krupnozrnasta tla –šljunci, oblutci i blokovi 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 65-100 m2/gm Ilit Kaolinit 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

Atterbergove granice ili granice plastičnosti Prisutnost vode u sitnozrnastim tlima u velikoj mjeri utječe na njihova svojstva Stanje konzistencije Atterbergove granice ili granice plastičnosti Tekuće stanje Ako je w > wL materijal se ponaša kao tekućina Granica tečenja, wL Plastično stanje Povećanje sadržaja vode Granica plastičnosti, wP Polučvrsto stanje w = wP najniži sadržaj vode pri kojem je materijal plastičan Granica stezanja, wS Čvrsto stanje Ako je w < wS nema promjene volumena sušenjem Suho tlo

Reakcija tla prema gnječivosti INDEKS KONZISTENCIJE Indeks konzistencije (Ic) – mjera čvrstoće materijala “in situ” w0 – prirodna vlažnost materijala LABORATORIJSKI 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) 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 veza s njihovom aktivnošću montmorillonite illite kaolinite halloysite chlorite

MINERALI GLINA - EKSPANDIRAJUĆA SVOJSTVA Ekspanzija – bubrenje utječe na inženjerska svojstva Primanje vode minerala uzrokuje visoku plastičnost, ljepljivost i koheziju Smektitne gline su vrlo ljepljive kad su vlažne i vrlo čvrste kad su suhe Najčešći mineral iz grupe smektita je montmorilonit Skupina Bubrenje Kaoliniti Ne Finozrnasti tinjci Minimalno Kloriti Vermikuliti Bubre Smektiti Maksimalno

MINERALI GLINA - SLAGANJE ČESTICA Na slaganje čestica minerala glina utječu pH, kiselost, temperatura i prisutnost kationa u vodi Čestice gline (listići ili pločice) često se orijentiraju okomito na djelovanje najvećeg naprezanja ili paralelno slojevitosti Dispergirano slaganje Flokularno slaganje Planparalelno slaganje Čestice se međusobno odbijaju U kontaktu su pozitivno nabijeni rubovi i negativno nabijene plohe (EF i EE) Face to face (FF)

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