Granulometrijska analiza

Svako tlo sadrži čestice (zrna) različite veličine i oblika. Čestice se grupiraju u raspone veličina (frakcije), a raspodjela frakcija čini granulometrijski sastav tla (lat. granulum – zrnce).

Granulometrijski sastav tla osnovni je opisni parametar tla, a koristi se u procjeni fizikalnih i mehaničkih svojstava tla, u klasifikaciji tla, te kao indikator ili kao stvarna mjera u ocjeni pogodnosti tla za planirani zahtjev.

Krupne frakcije utvrđuju se sijanjem, a sitne frakcije hidrometrijskom analizom ili taloženjem. Postoji niz kategorizacija tla, a ISO 14688-1 prepoznaje sljedeće frakcije:

kategorizacija frakcija tla — *Tablica 1. Kategorizacija frakcija tla (ISO 14688-1)*

Koherentno tlo je ponekad potrebno podvrgnuti pripremi prije ispitivanja u svrhu uklanjanja organskih čestica ili kalcitičnih veza čija prisutnost može remetiti postupak ispitivanja i dati neprecizne rezultate. Osim toga, u postupku hidrometrijske analize tlo je potrebno tretirati s antikoagulansom. Pojedinačne čestice sitnozrnog tla u suspenziji se spajaju i tvore veće čestice, što je postupak koji se naziva flokulacija. Antikoagulans osigurava disperzivnost (raspršenost) čestica, čime se nastoje izbjeći pogreške u mjerenju.

Ispitivanje se provodi na reprezentativnom uzorku, pri čemu se veća masa tla dijeli na manje dijelove, a jedan takav dio dovoljne pojedinačne mase koristi se za ispitivanje.

Granulometrijska analiza može se provesti na tri načina:

Ispitivanje nekoherentnog tla sijanjem, kada je sitnih čestica vrlo malo ili ih nema (manje od 10% uzorka sitnije je od 0,063 mm)
Ispitivanje koherentnog tla hidrometrijskom analizom, kada su krupne čestice zastupljene samo u mjestimičnom zrnu (sav uzorak sitniji je od 2 mm, a manje od 10% uzorka krupnije je od 0,063 mm)
Kombinirano ispitivanje, kada tlo sadrži i krupne i sitne čestice (npr. zaglineni šljunak ili prašinasti pijesak)

Sijanje

Sijanje je postupak kojim se u uzorku tla određuju udjeli čestica šljunka i pijeska.

Sita različitih veličina poslože se u željenom poretku, a sijanje je moguće provesti ručno ili pomoću mehaničke treskalice. Nekoherentno tlo bez prisustva sitnih čestica podvrgava se sijanju u „suhom“ postupku, dok je kombinirano tlo potrebno isprati („mokri“ postupak) i time ukloniti čestice manje od 0,063 mm. Nakon što se isprani uzorak osuši, ispituje se sijanjem jednako kao u „suhom“ postupku.

*Slika 1. Ispiranje tla od sitnih čestica prije sijanja*

Hidrometrijska analiza (areometriranje, taloženje)

Hidrometrijska analiza postupak je kojim se u uzorku tla određuju udjeli čestica praha i gline. Naziva se još i areometriranje po areometru, instrumentu koji se koristi za mjerenje gustoće tekućine, odnosno suspenzije tla.

Pomoću gustoće, dubine na kojoj je gustoća izmjerena, te vremena taloženja moguće je odrediti promjer čestica i njihov udio u uzorku.

Postupak se temelji na Stokesovom zakonu, izrazu za silu otpor kojom su opterećeni sferični predmeti sa veoma malim Reynoldsovim brojevima (vrlo male čestice) u neprekidnom viskoznom fluidu, a pomoću kojeg se određuje brzina tonjenja čestice u fluidu:

gdje je ν brzina tonjena čestice D promjer čestice, ρ_S gustoća čestice, ρ_L gustoća tekućine, μ dinamička viskoznost tekućine, a g ubrzanje gravitacije.

Uzorku se posebno određuje prirodna vlažnost w, koja se koristi za korekciju mase.

Uzorak se tretira otopinom antikoagulansa, nakon čega se uklanjaju sve čestice veće od 2 mm. Razmočeni uzorak prenosi se u menzuru. U suspenziju se spušta areometar, s kojeg se očitava dubina u različitim vremenskim intervalima do 24 sata. Uz očitanje s areometra, bilježi se i temperatura suspenzije.

*Slika 3. Areometar uronjen u menzuru ispunjenu suspenzijom tla*

aerometriranje — Slika 4. Grafički prikaz postupka areometriranja; 1 – uzorak, 2 – četvrtanje, 3 – vaganje, 4-sušenje za određivanje vlažnosti, 5 – močenje i miješanje, 6 – disperzijsko sredstvo, 7 – sito za odvajanje, 8 – posuda za ispravanje, 9 – sušenje materijala krupnijeg od otvora na situ, 10 – sijanje, 11 – vaganje, 12 – suspenzija materijala sitnijeg od otvora na situ, 13 – metoda areometriranja,14 – izračun rezultata

Prikaz rezultata

Rezultati ispitivanja najčešće se prikazuju u grafičkom obliku, kao granulometrijska krivulja. Pomoću nje već se vizalno mogu procijeniti određeni parametri kao što su koeficijent zakrivljenosti (C_c) i koeficijent jednolikosti (C_u), a oni se uz krivulju iskazuju i kvantitativno. Često se prikazuju i promjeri zrna ispod kojih je određen postotak zrna uzorka (d₁₀, d₂₀, d₃₀ i d₆₀), kao i udio osnovnih grupa tla u uzorku.

*Reference:

Jocković, S. (2022): Mehanika tla, Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu
HRN EN ISO 14699-1 (2018): Geotehničko istraživanje i ispitivanje – Identifikacija i klasifickacija tla – 1. dio: Identifikacija i opis
HRN EN ISO 17892-4 (2016): Geotehničko istraživanje i ispitivanje – Laboratorijsko ispitivanje tla – 4. dio: Određivanje granulometrijskog sastava
Mulabdić, M. (2018): Ispitivanje tla u geotehničkom laboratoriju, Građevinski i arhitektonski fakultet, Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku

Pročitajte više: Laboratorijska ispitivanja čvrstoće stijenske mase, Edometarsko ispitivanje tla

Istražni radovi