Danas je Savo Kusić fokusiran na drvene prozore, drvo-aluminijske prozore, prozore po narudžbi, vrata i zahtjeve za ponude. Ovaj tekst ostaje kao tehnička arhiva i nije ponuda geotehničkog projektiranja, laboratorijskih ispitivanja ili zemljanih radova.
Faze materijala u tlu
Tlo se sastoji od tri faze: čvrste, tekuće i plinovite. Krutu fazu predstavljaju krute čestice, tekuća voda, a plinovitu fazu zatvoreni zrak ili vodena para u porama tla.
Određene vrste tla mogu se sastojati od jedne, dvije ili tri faze, što znači da sastav tla može biti jednofazni, dvofazni ili trofazni sustav. Fizikalna svojstva tla ovise o pojedinim fazama.
Nekoherentno tlo, kao što je potpuno suhi pijesak ili šljunak, sastoji se samo od jedne faze - čvrstih čestica. Zrak koji postoji u porama tog tla nije zatvoren i ne suprotstavlja se kretanju krutih čestica, pa se ne može smatrati fazom.
Vlažno koherentno tlo iznad razine podzemne vode, koje se sastoji od čvrstih čestica i zatvorenih pora, ispunjeno dijelom vodom, a dijelom zrakom ili vodenom parom, je tlo trofaznog sustava. U slučaju kretanja krutih tvari, voda i zrak u porama tla su suprotstavljeni istovremeno.
Tlo ispod razine podzemne vode, čije su pore potpuno ispunjene vodom, tako da u njima nema zraka i vodene pare, dvofazni je sustav. Pretpostavlja se da je tlo u dubljim slojevima dvofaznog sustava, jer zatvoreni zrak u porama tla na većim dubinama nema značajan utjecaj na njegova fizikalna svojstva, koja su u tom slučaju određena svojstvima krute i tekuće faze.
Granulometrijski sastav
Čvrsti sastojci tla su mineralne ili organske tvari različitih veličina, od velikih oblutaka i blokova, veličine nekoliko stotina i tisuća milimetara do veličine jedne molekule. Kao što znate, molekula je milijunti dio milimetra, jedan milimikron. Najmanja veličina krutih tvari u tlu smatra se 20 mili mikronima.
Debljina čvrstih čestica tla ima vrlo velik utjecaj na njegova fizikalna svojstva. Ta se krupnoća izražava granulometrijskim sastavom, koji predstavlja omjer pojedinačnih veličina zrna po njihovim težinskim udjelima prema ukupnoj masi tla. Podjela tla prema granulometrijskom sastavu različita je u različitim zemljama. Naša podjela je sljedeća:
Ograničenja veličine čestica
Veličina 2 mm – granica između krupnozrnog i sitnozrnog sastava tla. Čvrste čestice do 2mm pokazuju kapilarno podizanje vode u tlu. Krupnozrnato tlo nema kapilarnosti.
Veličina 0,2 mm – granica između krupnozrnatog (oštrog) i sitnozrnatog (mekog) pijeska.
Veličina 0,02 mm - granica do koje se pojedinačna zrna u tlu mogu prepoznati golim okom.
Veličina 0,002 mm – granica između rastresite zemlje i gline
Veličina 0,0002 mm – granica između gline i koloidne gline.
Čvrsti sastojci ispod 0,002 mm imaju veliki utjecaj na fizikalna svojstva tla. Ti sastojci daju tlu koheziju, a ako su manji i obilniji u tlu, tlo je kohezivnije. Međutim, kohezija tla također ovisi o mineralnom sastavu krutih čestica manjih od 0,002 mm. Ako te čestice nastaju raspadom vrlo tvrdih minerala kao što je kvarc, tada je njihova kohezija vrlo niska ili nikakva, a njihova apsorpcija vode također je relativno niska. Ako su čestice ispod 0,002 mm nastale razgradnjom glinenih materijala, onda imaju vezivna svojstva koja su tim jača što su čestice manje, dok je upijanje vode takvih čestica vrlo visoko.
Granulometrijski sastav tla pruža važne i pouzdane podatke o nekim njegovim fizičkim svojstvima. Ako u tlu prevladavaju čestice gline ispod 0,002 mm, tada se već može zaključiti da je takvo tlo plastično, koherentno, higroskopno, visoke kapilarnosti, male propusnosti i malog kuta unutarnjeg trenja.
Granulometrijski sastav tla predstavljen je linijama granulometrijskog sastava (sl. 1).
Sl. 1 - Linije granulometrijskog sastava tla: 1-šljunčani pijesak; 2-prašnjavi pijesak; 3-pješčana prašina; 4-glinasto tlo; 5-glina
Ordinata granulometrijskog sastava pokazuje težinski udio krutih čestica manjih od promjera predstavljenog apscisom zadane točke. Na primjer, u točki A linije 4 ordinata pokazuje da postoje čestice 92% manje od 2 mm, a da su preostale čestice 8% veće od 2 mm.
Klasifikacija tla prema granulometrijskom sastavu
Tla koja sadrže čvrste čestice veće od 2 mm klasificiraju se prema općoj podjeli tla prema granulometrijskom sastavu, prikazanoj na sl. 1. Pri tome se kao osnovna frakcija uzima ona koja je najzastupljenija u tlu, a ostale su dopunske. Na primjer, ako je opća granulacija tla većinom pijesak s manjim udjelom šljunka, tada se takvo tlo svrstava u šljunčane pijeske, a suprotno od njih bi bili pjeskoviti šljunak. U klasifikaciji se mogu naznačiti i udjeli pojedinih frakcija u tlu. Na primjer, ako tlo sadrži 15% glinu, 45% prašinu, 30% pijesak i 10% šljunak, može se klasificirati kao glinasto tlo s 15% glinom i 10% šljunkom.
Međutim, za sitnozrnata tla koja sadrže čvrste čestice manje od 2 mm, klasifikacija na temelju njihovog granulometrijskog sastava obično se vrši prema trokutastom dijagramu. Postoji nekoliko takvih dijagrama, od kojih ćemo navesti najosnovniji iz U.S. Bureau of Soils, sl. 2.
Sl. 2 - Trokutasti dijagram Američkog ureda za tlo
Dijagram se sastoji od tri koordinatne osi presavijene u jednakostranični trokut, u kojem svaka os predstavlja jednu frakciju, naime pijesak, prašinu i glinu u % težine cjelokupne mase tla. Površina dijagrama podijeljena je u zone 10, od kojih svaka predstavlja posebnu vrstu tla. Svaka stranica trokuta predstavlja apscisu od koje se uzdižu ordinate paralelne s druge dvije apscise.
Svaka točka u ovom dijagramu ima 3 koordinate koje predstavljaju postotke navedene frakcije 3 u danom tlu i određuju vrstu tla. Tako, na primjer, točka M na dijagramu predstavlja glinu. Dobiva se na način da se iz dijagrama granulometrijskog sastava sl. 1 odrediti pojedinačne frakcije, koje bi u ovom slučaju bile (linija 4 na sl. 1): 35% glina, 25% prašina, 40% pijesak, dok je količina 8% šljunka zanemarena jer iznosi manje od 10%.
Ova se klasifikacija odnosi na frakcije pijeska, prašine i šljunka prema američkoj podjeli, ali je još uvijek prihvaćena kao takva zbog komparativnih vrijednosti i iskustva koje ima s takvom klasifikacijom.
Stupanj neravnomjernosti tla
Prema Allenu Hazenu, stupanj neravnomjernosti tla je omjer (sl. 3)
U=d60/d10
gdje je d60 promjer zrna koji odgovara ordinati 60%, a d10 je promjer zrna koji odgovara ordinati 10%.
Za U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
za U = 5 – 15 tlo je umjereno neujednačenog sastava,
za U > 15 tlo ima neujednačen sastav.
Kada je linija granulometrijskog sastava strma, vrijednost stupnja neravnine U je mala, dok je za ravnu liniju velika. Najmanja vrijednost za U je 1. Što je linija granulometrijskog sastava ravnija, vrijednost U je veća. Za pijesak je najčešće U=1-15, za glinasta tla U=10-90, ali za tla vrlo neujednačenog sastava U može imati vrlo visoke vrijednosti.
Sl. 3 - Određivanje promjera zrna d60 i d10
Pravilo filtra
Ovo pravilo temelji se na granulometrijskom sastavu filtra čija je zadaća smanjiti hidraulički gradijent na kontaktu tla i kamenog drenažnog sloja za prijelaznu veličinu zrna, kako bi se spriječilo ispiranje sitnih čestica tla podzemnom vodom. Osnovni uvjeti koje filtarski sloj treba zadovoljiti su da bude vodopropusn i stabilan.
Postoji nekoliko pravila za sastav filtera, među kojima će ovdje biti navedeno samo Terzaghijevo pravilo kao najpoznatije.
Terzaghijevo pravilo
Terzaghijevo pravilo glasi: Granulacija filtra treba biti takva da njegova zrna u količini od 15% dijelova težine cijele mase filtra (F15) budu najmanje 4 puta veća od najvećih čestica zemlje na kojoj se nalazi filtar (baze) u količini od 15% težinskih dijelova baze (B15), a da ne budu veće od 4 puta B85, tj. veličine najmanjih čestica na 85% težinskih dijelova baze. Ovo pravilo se može izraziti relacijama:
F15/B15 > 4 i F15/B85 < 4.
Prvi omjer osigurava vodopropusnost filtra, dok drugi jamči njegovu stabilnost.
Sl. 4 - Terzaghia pravilo filtra
Najmanje i najveće čestice baze prikazane su na sl. 4 granične linije 1 i 2. Linije ograničenja filtra su 3 i 4. Stanje F15 > 4_B15_ predstavljeno je točkom a na graničnoj liniji 3, stanje F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Preporuča se da linija granulometrijskog sastava filtra bude približno paralelna s linijom granulometrijskog sastava baze.
Umjesto dviju krajnjih linija granulometrijskog sastava baze kao na sl. 4, može biti jedna linija prosječne granulacije. U tom slučaju, točke B15 i B85 su na istoj liniji (kao na slici 5).
Najčešće je razlika u granulaciji između podloge i drenažnog sloja tolika da jedna zona filtera nije dovoljna za prijelaz između podloge i sloja. U ovom slučaju filter se sastoji od nekoliko zona filtera, koje se određuju prema istom pravilu, sve dok se ne postigne najveća veličina zrna drenažnog taloga.
Sl. 5 - Primjer proračuna filterskih slojeva
Navedene podjele, granične veličine i pravila preneseni su iz povijesnog izvora i nisu zamjena za trenutnu geotehničku klasifikaciju, laboratorijsko izvješće, dizajn filtera ili plan izvedbe. Stvarno tlo i sustav odvodnje zahtijevaju reprezentativno uzorkovanje, odgovarajuća ispitivanja, provjeru podzemnih i površinskih voda, erozivnosti i unutarnje stabilnosti, te ocjenu ovlaštenog stručnjaka prema važećim propisima i uvjetima konkretnog projekta.