Istražni radovi

Granice konzistentnih stanja tla

Tlo se u svom prirodnom stanju pojavljuje na različite načine. Sve karakteristike tla, od njegove prirodne vlažnosti do raspodjele veličine zrna, daju nam pozadinu za razumijevanje njegova ponašanja. Svaka informacija koja nam približava karakter tla, omogućava postizanje veće sigurnosti u predviđanju budućih situacija na nekoj lokaciji, ili pak saniranje već postojećih. Jedno od neizostavnih ispitivanja u tom smislu je ispitivanje granica konzistentnih stanja tla.

S obzirom na velik broj različitih vrsta tla, inženjersku praksu olakšava klasifikacija tla – procedura kojom se različita tla svrstavaju u grupe sličnih svojstava. Na taj način olakšano je proučavanje i razumijevanje rezultata ispitivanja, kao i usporedba istih. Klasifikacijom tla moguće je u grubim crtama odrediti očekivani raspon kretanja njegovih svojstava.

U geotehničkoj praksi, tlo opisujemo u svrhu karakterizacije njegovih fizikalnih i mehaničkih svojstava. Za koherentna tla posebno je važan podatak o konzistentnom stanju tla.

Konzistentno stanje tla odnosi se na krutost tla u stanju prirodne vlažnosti. Vlažna sitnozrnata tla pokazuju izrazito svojstvo plastičnosti, ovisno o njihovoj vlažnosti w. Ako je vlažnost vrlo mala, tlo je u čvrstom konzistentnom stanju, pri čemu se ponaša krto i može se lomiti u komade. Kod postupnog povećanja vlažnosti, tlo prelazi u polučvrsto konzistentno stanje, zatim u plastično konzistentno stanje, dok je pri velikoj vlažnosti u tekućem ili žitkom konzistentnom stanju. Na granicama između navedenih konzistentnih stanja, odgovarajuće vrijednosti vlažnosti nazivaju se granicom stezanja w_S, granicom plastičnosti w_P i granicom tečenja w_L. Ove se granice konzistencije još nazivaju i Atterbergovim granicama. Sitnozrnato tlo ima svojstvo plastičnosti za sve vrijednosti vlažnosti između granice plastičnosti i granice tečenja.

Granica tečenja w_L je vlažnost pri kojoj tlo prelazi iz tekućeg u plastično stanje. Za određivanje granice tečenja Arthur Casagrande, austrijski geotehničar i inženjer, razvio je poseban uređaj u kojem se vlažan uzorak tla razmazuje u ovalnu zdjelicu. U uzorku se posebnim nožem zarezuje utor širine 11 mm, a zdjelica ritmički pada s određene visine na podlogu. Pri tom se mjeri broj udaraca zdjelice u podlogu potrebnih da se utor zatvori na duljinu od oko 1 cm. Ovaj se postupak ponavlja pri različitim vlažnostima uzorka. Vlažnost uzorka se nanosi na ordinatu odgovarajućeg dijagrama, a na apscisu u logaritamskom mjerilu nanosi se broj udaraca potrebnih za zatvaranje utora. Na dobivenoj se krivulji označi točka koja odgovara broju udaraca od 25. Vlažnost uzorka koja odgovara toj točki je granica tečenja w_L.

Alternativno se za određivanje granice tečenja koristi postupak pomoću padajućeg stošca, u kojem se stožac mase 80 g s kutom šiljka od 300, ili stožac mase 60 g i kutom šiljka od 600, prisloni na zdjelicu s vlažnim tlom i pušta da prodre pod vlastitom težinom u uzorak tla. Granica tečenja je postignuta kada stožac prodre u tlo 20 mm za stožac s kutom od 300, odnosno 10 mm za stožac s kutom od 600.

Granica plastičnosti w_P je vlažnost pri kojoj tlo postaje previše suho da bi bilo plastično, tj. ne može se oblikovati a da mu se ne naruši kontinuitet. Za granicu plastičnosti koristi se postupak ručnim valjanjem valjčića vlažnog tla na odgovarajućoj podlozi. Ako se valjčići lome pri debljini od oko 3 mm, oni su na granici plastičnosti.

Budući da su u mehanici tla najvažnije granica plastičnosti i granica tečenja, koje definiraju raspon vlažnosti tla pri kojima se tlo ponaša plastično, definira se indeks plastičnosti:

Važno je znati koliko se prirodna vlažnost tla nalazi blizu granici tečenja, pa se definira indeks konzistencije:

Temeljem granica konzistentnih stanja tla, odnosno temeljem granice tečenja i indeksa plastičnosti tla, stvoren je dijagram plastičnosti koji omogućava klasifikaciju sitnozrnatih tla.

Iako naizgled jednostavne, obje metode određivanje granice tečenja, kao i metoda određivanja granice plastičnosti tla, opetovano su dokazane kao dostatne i pouzdane metode ispitivanja tla u svrhu njegove klasifikacije i neophodnog definiranja fizikalnih i mehaničkih svojstva istog.

*Reference:

Kovačiević, M.S., Jurić-Kaćunić, D. (2014): Europska klasifikacija tla za inženjerske potrebe, Građevinar 66 (2014) 9, 801-810.
Mulabdić, M., Glavaš, T. (2000): Određivanje konzistentnog stanja tla, Građevinar 52 (2000) 12, 719-725.
Szavits-Nossan, V. (2012): Mehanika tla i stijena, 3. Predavanje, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Pročitajte više: Laboratorijska ispitivanja čvrstoće stijenske mase