1
Poglavlje 1
PRIRODA TLA i OSNOVNI POKAZATELJI
1.1 POSTANAK TLA
Sa gra
đ
evinske ta
č
ke gledišta, tlo je prirodna mešavina mineralnih zrna, koja se mogu
razdvojiti mehani
č
kim postupkom, na primer, mešanjem u vodi. Tlo je, naj
č
eš
ć
e,
necementirani skup granularnog (zrnastog) materijala mineralnog i organskog porekla.
Cementne veze izme
đ
u zrna mogu u izvesnoj meri uticati na mehani
č
ko ponašanje mase
tla ali se podrazumeva da su cementne veze izme
đ
u zrna relativno slabe. Ukoliko su
cementne veze znatne
č
vrsto
ć
e, tada se naj
č
eš
ć
e može govoriti o steni, a ne o tlu, i zato
je takav materijal predmet razmatranja u Mehanici stena. Granice izme
đ
u Mehanike tla i
Mehanike stena, dve srodne geotehni
č
ke discipline, nisu veoma oštre. Mehanika stena
se bavi medijem koji se sastoji od stene izdeljene na komade diskontinuitetima a
Mahanika tla se bavi materijalom koji se sastoji od relativno
č
vrstih zrna izme
đ
u kojih
su šupljine, pore tla, u potpunoj komunikacionoj vezi.
Zrna tla mogu biti razli
č
itih veli
č
ina, oblika i mineralnog sastava, pri
č
emu se
podrazumeva da u ukupnoj zapremini znatan prostor zauzimaju intergranularne šupljine
- pore. U porama se može nalaziti vazduh, voda ili mešavina vazduha i vode. Stena se
od tla razlikuje po tome što se sastoji od relativno kompaktnih blokova stenske mase
koja je izdeljene praznim ili zapunjenim diskontinuitetima.
Tlo nastaje kao proizvod mnogih hemijskih i fizi
č
kih, mehani
č
kih procesa
raspadanja površinskih delova stena koji su izloženi spoljnim uticajima. Genezom tla bi
trebalo da se bavi geologija. Zrna tla nastaju u cikli
č
nom procesu raspadanja
č
vrstih stena
usled uticaja temperaturnih promena, sunca, vode i hemijskih procesa. Prema tome,
destruktivni procesi u formiranju tla od osnovne stene mogu biti fizi
č
ki i hemijski.
FIZI
Č
KI PROCESI
izazivaju raspadanje osnovne stene na fragmente, komade stena
razli
č
itih veli
č
ina. Zamrznuta voda u prslinama, usled delimi
č
no spre
č
enog širenja,
izaziva velike napone pove
ć
avaju
ć
i prslinu koja je odvaja od mase stene. Cikli
č
no
mržnjenje i kravljenje može izazvati degradaciju do znatne dubine. Ukoliko se proces
odvija na padini, komadi se odvajaju i pomeraju nizbrdo ostavljaju
ć
i novu površinu
izloženu procesu daljeg raspadanja. U drugim ekstremnim uslovima visokog zagrevanja
površine u pustinjama kamen se zagreje do relativno visoke temperature u toku dana, a
posle se u toku no
ć
i ponovo relativno brzo hladi. Temperaturne razlike izazivaju
promene napona, a one mogu izazvati raspadanje komada stena. Fizi
č
ki procesi pri
nastanku tla nakon degradacije osnovne stene mogu se opisati erozijom usled dejstva
vetra, vode ili gle
č
era. Rezultat fizi
č
kog raspadanja su
č
estice koje imaju isti sastav kao
1. PRIRODA TLA i OSNOVNI POKAZATELJI
2
i stena od koje su nastale i proporcije karakteristi
č
nih dimenzija zrna su relativno bliske.
Dalja modifikacija oblika i veli
č
ine zrna nastaje pri njihovom transportu i deponovanju
do mesta na kojima ih nalazimo.
HEMIJSKI PROCESI
izazivaju promenu tipa minerala osnovne stene usled
dejstva vode. Hemijsko raspadanje proizvodi nove minerale, mehani
č
ki slabije i ve
ć
e
zapemine od minerala u zdravoj steni. Krupnija zrna su
č
vrš
ć
a i mineral je naj
č
eš
ć
e
kvarc. Manja zrna su verovatno slabija. Gline
č
ine tla sastavljena od mekih sitnih
č
estica da se opti
č
kim mikroskopom ne mogu jasno videti. Ove pokazuje da se može
o
č
ekivati izvesna razlika u mehani
č
kom ponašanju. Peskovi, u kojima je predominantan
kvarc, su manje stišljivi od glina. Svi zrnasti materijali poseduju osobine trenja, koje
zavise od tipa minerala i najmanje je kod glina. Da trenja nema, tlo bi se ponašalo kao
teška te
č
nost.
Kakva se nalaze u prirodi, tla se dele se na transportovana i rezidualna.
Transportovana tla su nastala na jednom mestu, a zatim su transportovana i deponovana
na drugo, dok su rezidualna tla ostala na mestu gde su nastala raspadanjem stene.
1 .2 IDENTIFIK ACI JA i KLASIFIKACI JA TLA
Klasifikovanje podrazumeva proces grupisanja i etiketiranja. Pri tome je mogu
ć
e
zamisliti više razli
č
itih klasifikacionih sistema zavisno od namene. Klasifikacioni
sistem za potrebe mehanike tla mora da pruži informacije o o
č
ekivanim inženjerskim
osobinama tla pošto se ono klasifikuje. Inženjerske osobine koje su od primarnog
interesa u gra
đ
evinarstvu su
kompresibilnost,
č
vrsto
ć
a, vodopropusnost i ugradljivost
.
Direktno odre
đ
ivanje navedenih osobina zahteva dosta vremena, specijalnu opremu i
kvalifikovanu radnu snagu. Ako bi se izvršila masovna ispitivanja inženjerskih
svojstava na svim raspoloživim uzorcima, prestala bi potreba da se tlo klasifikuje.
Krajnji cilj nije klasifikacija, ve
ć
sagledavanje mogu
ć
eg ponašanja mase tla u uslovima
od interesa. Prema tome, biraju se kriterijumi za klasifikaciju koji omogu
ć
uju
klasifikovanje uz minimalni napor i trošak, tako da se nakon završene klasifikacije
može dobiti orijentaciona predstava o mogu
ć
em ponašanju i svojstvima tla.
Standardizovani klasifikacioni opiti omogu
ć
uju da se relativno jednostavnim opitima
vrste tla rasporede u tipove sa sli
č
nim geotehni
č
km osobinama.
Rezultati klasifikacionih ispitivanja služe, izme
đ
u ostalog, i za izbor uzoraka za
ispitivanje inženjerskih svojstava, kao i za ocenu reprezentativnosti rezultata u odnosu
na masu tla i broj ispitanih uzoraka. Jedan od razloga za masovnu primenu klasifikaci-
onih ispitivanja je mogu
ć
nost da se iz jednog skupa identifikacionih pokazatelja ocene
geomehani
č
ki parametri primenom odgovaraju
ć
ih empirijskih korelacija.
Osnovni klasifikacioni pokazatelji za ove namene su, pre svega,
veli
č
ina zrna
tla a
zatim eventualna "lepljivost" ili, striktnije,
plasti
č
nost
tla.
Rezidualna i transportovana tla se pojavljuju u beskona
č
nim varijacijama veli
č
ina
zrna od hiljaditih delova milimetara do decimetarskih dimenzija. Kao generalna osnova
1. PRIRODA TLA i OSNOVNI POKAZATELJI
4
GRANULOMETRIJSKI SASTAV TLA
Granulometrijski sastav je definisan krivom koja opisuje sadržaj zrna razli
č
ite veli
č
ine
izražen u procentima težine. Dijagram za ovakvo opisivanje prikazan na Slici 2.1 je
potekao u MIT (SAD) i usvojen je za standard u mnogim zemljama, iako ima i
druga
č
ijih. Ovaj klasifikacioni sistem je jednostavan jer za definisanje grani
č
nih
veli
č
ina frakcija zrna, (šljunak, pesak, prašina), i njihovih relativnih veli
č
ina, (sitan,
srednji, krupan), primenjuje samo brojeve 2 i 6, što se lako pamti. Me
đ
utim, realna tla
se sastoje od mešavine raznih frakcija u razli
č
itim proporcijama, tako da se vrste tla,
prema granulometrijskom sastavu, moraju preciznije razlikovati.
Sasvim intuitvno, može se o
č
ekivati da
ć
e se skup veoma malih zrna ponašati
razli
č
ito od agregacije velikih
č
estica, što predstavlja osnovu za primenu veli
č
ine zrna
kao kriterija za klasifikaciju tla. Prvo treba definisati veli
č
inu zrna. Zbog takvih
razli
č
itih oblika mora se arbitrarno definisati mera veli
č
ine zrna. Veli
č
ina zrna, koje se
vide golim okom, tj. pesak i krupnija zrna, opisuje se "pre
č
nikom" koji se pripisuje zrnu
koje može da pro
đ
e kroz skup sita sa razli
č
itim otvorima kvadratnog oblika.
"Pre
č
nik",
koji se pripisuje zrnu, je pre
č
nik najve
ć
e kuglice, koja može da pro
đ
e kroz kvadratni
otvor sita iste veli
č
ine kroz koji prolazi i zrno.
Opit sejanja i koriš
ć
enje sita nije mogu
ć
e
ako se tlo sastoji od glinenih i prašinastih frakcija, jer su ona isuviše sitna i krhka da bi
se mogla uspešno i jednostavno mehani
č
ki izdvojiti po veli
č
ini. Veli
č
ina takvih zrna se
odre
đ
uje "opitom hidrometrisanja" ili "areometrisanja", pomo
ć
u kojeg se veli
č
ini zrna
sitnozrnog tla pripisuje pre
č
nik kuglice koja tone u stubu vode brzinom posmatrane
č
estice u procesu sedimentacije.
1. PRIRODA TLA i OSNOVNI POKAZATELJI
5
Slika 2.1. Granulometrijski dijagram
1.3 ODNOSI FAZA i POKAZATELJI FIZI
Č
KOG STANJA TLA
Tlo se sastoji od tri faze: od
č
vrstih zrna, vode i vazduha
pa se njihovo relativno u
č
eš
ć
e
u masi tla opisuje odgovaraju
ć
im pokazateljima. Radi opisivanja osnovnih odnosa
uzorak tla sa fazama koje ga
č
ine može se predstaviti modelom prikazanim na Slici 2.2.
Č
vrstu fazu
č
ine mineralna zrna razli
č
itog sastava i oblika. Te
č
nu fazu
č
ini voda, koja u
prirodi ne mora biti hemijski
č
ista. Gasovitu fazu
č
ini naj
č
eš
ć
e vazduh i vodena para.
Slika 2.2. Model tla sa u
č
eš
ć
em pojedinih faza. (a) Element prirodnog tla,
(b) Element tla izdeljen na faze
