Inženjerska geologija [PDF]

Zitiervorschau

PREDGOVOR Sadržaj knjige je uskladjen sa nastavnim planom i programom predmeta Inženjerska geologija na Gradjevinskom odseku Fakulteta tehničkih nauka u Novom Sadu. Obim knjige prevazilazi mogućnosti koje pruža fond časova 3+2 u jednom semestru. Kjnigu, po obimu strogo primerenu nastavnom planu i programu, bilo bi mnogo lakše, brže i jednostavnije napisati. I pored toga odlučio sam se da ona bude ovakva kakva je sada. Opredeljenje za ovakav pristup je u ličnom stavu da je solidna osnova iz inženjerske geologije neophodna za sticanje odgovarajućih znanja iz predmeta mehanika tla, fundiranje i gradjevinski materijali. Ono što studenti ne nauče do polaganja ispita iz inženjerske geologije, naučiće u vremenu posle toga. Sve stenske mase u sklopu terena su, po pravilu, anizotropne, heterogene i u odredjenom naponskom stanju. Prekomerna uprošćavanja, kako se to često čini da bi se matematički rešili odredjeni problemi, mogu biti višestruko pogrešna. Zato treba naći meru izmedju težnji nekih istraživača terena da se primat da proračunima i drugih istraživača terena koji veću težinu daju izučavanju strukturnih svojstava stenskih masa i izboru parametara za proračune, ne zapostavljajući i potrebna uopštavanja. Izvesno je da istraživači terena, kako se to u knjizi naglašava, treba da terenskim istražnim radovima prikupe što je moguće više informacija, da te podatke i one koji se dobiju laboratorijskim metodama na valjan način obrade, uključujući i potrebne proračune. Knjiga će biti dovoljna i studentima drugih gradjevinskih fakulteta, za sticanje potrebnih znanja iz oblasti inženjerske geologije. Takodje, studenti završnih godina studija gradjevinske struke i inženjeri, moći će u ponovnom čitanju ove knjige naći dosta korisnih informacija i podataka. Osim studenata gradjevinskih fakulteta, knjiga će biti od koristi i studentima i inženjerima: pojedinih odseka Rudarsko-geološkog fakulteta, Poljoprivrednog fakulteta, Prirodno-matematičkog fakulteta. Učestvovao sam, samostalno ili sa drugim stručnjacima, u realizaciji istraživanja terena za raznovrsne objekte, za različite faze istraživanja. Posebno ističem istraživanja za: podzemne objekte, klizišta, brane i akumulacije, zgrade i dr. Izvesno je da su ta iskustva našla svoj autentični odraz u knjizi. U većini slučajeva, zbog ograničenosti prostora, lični stavovi i iskustva su prikazani u vrlo sažetoj formi, ali i to zasigurno obogaćuje ovu knjigu. Generalizovani stavovi i opšte prihvaćena stručna znanja su zasigurno dominantno zastupljena. Knjiga treba da posluži studentima da steknu dovoljno znanja za normalno odvijanje nastave iz predmeta mehanika tla i fundiranje. I pored toga što su mnoge formule date u knjizi, u svim poglavljima težilo se tome da se prikaže kako je najveći obim istraživanja terena usmeren na to da se što je moguće preciznije uradi geotehnička karta područja i geotehnički presek terena. Greške koje iz toga proizilaze po pravilu su višestruko veće nego greške koje su uzrokovane izborom poznatih metoda proračuna.

Većinu poglavlja su pre publikovanja detaljno pregledali stručnjaci koji se bave predmetnom problematikom. Na tome im se zahvaljujem. Posebno želim da se zahvalim recenzentima: prof. dr Petru Lokinu, dipl. ing. geol., prof. dr Radomiru Foliću, dipl. ing. gradj. i prof. dr Ljubomiru Rokiću, dipl. ing. geol. Zahvalnost dugujem i svim sponzorima i pojedincima koji su materijalno pomogli da se ova knjiga publikuje. Autor doc. dr Milinko Vasić, dipl. ing. geol.

2

1. UVOD

Inženjerska geologija je naučno-stručna oblast geologije. Ona je bazirana na metodološkim postupcima istraživanja i ispitivanja terena mnogobrojnih specijalizovanih naučnih disciplina, prevashodno u oblasti geologije, kojima je osnovni cilj i zadatak da se na bazi kompleksne metodologije ispitivanja terena precizira interakcijsko delovanje terena i objekata svih vrsta. To znači da je glavni zadatak istraživanja i ispitivanja terena utvrdjivanje bitnih činjenica koje se odnose na stenske mase u sklopu terena, svojstva i njihove karakteristike, stanja u sklopu terena i to sve sa stanovišta potreba graditeljstva. Osim praktične primene inženjerske geologije u gradjevinarstvu, gde je njen značaj daleko najvažniji, ona je našla praktičnu primenu i u rudarstvu, urbanističkom planiranju i naročito posledenjih godina u zaštiti geološke sredine. Inženjerska geologija je relativno mlada naučna disciplina. Njen značaj je naročito ispoljen u drugoj polovini prošlog veka, a uslovljen je procvatom gradjevinarstva uopšte. Naime, izrazito je veliki civilizacijski napredak ostvaren u tom periodu, kada su u svetu, pa i kod nas, gradjeni mnogobrojni veoma važni objekti: brane, akumulacije, tuneli, podzemni objekti raznovrsne namene, putevi i železnice, objekti visokogradnje i dr. Mnogi objekti su iziskivali potrebu ne samo da se oni prilagode datim terenskim uslovima, već i obavezu da se vrše odredjena poboljšanja svojstava terena, za čega je takodje bila obavezna solidna istraženost terena. Zasigurno se može tvrditi da, kako su projektovani i gradjeni sve složeniji i veći objekti, tako je narastala i potreba sve bolje istraženosti terena i preciziranje geotehničkih uslova njihove izgradnje. Nesporan je i veoma veliki doprinos upravo inženjerske geologije u tom pogledu. Glavni pravci u kojima se sada razvija inženjerska geologija su: - izučavanje mineralno-petroloških svojstava stena, njihovih fizičko-mehaničkotehnoloških i drugih svojstava, u cilju korišćenja prirodnih materijala u industriji gradjevinskih materijala i gradjevinske galanterije; 3

- kompleksna geotehnička izučavanja većih ili manjih područja, regionalna i detaljna, za potrebe višenamenskog korišćenja i očuvanja prirodne sredine; - detaljna geotehnička ispitivanja i istraživanja za potrebe izgradnje i eksploatacije najraznovrsnijih gradjevinskih objekata, uključujući i specijalna ispitivanja i istraživanja za potrebe poboljšanja svojstava terena; Istraživanjima terena bave se i druge naučno-stručne discipline. Većina njih je u osnovi razvijena iz geologije, kao matične nauke. Osim njih izučavanjima terena bave se i naučne discipline koje su prevashodno razvijene u oblasti gradjevinarstva, kao što su mehanika tla i mehanika stena, u posledenje vreme i gradjevinska geotehnika. Prema pristupu koji je dat u ovoj knjizi nema bitnih sporenja izmedju tih naučnih disciplina u pogledu toga šta je i u kojoj meri predmet izučavanja navedenih disciplina. Naime, bazna znanja koja pruža inženjerska geologija, pre svih preciziranje litoloških modela, sa mnogobrojnim važnim strukturnim svojstvima, neophodna je podloga za formiranje svih drugih modela: matematičkih, mehaničkih i dr. U pojedinim slučajevima kada se rešavaju praktični problemi, naročito u oblastima mehanike tla i mehanike stena, pojedini istraživači terena mišljenja su da ima izvesnih preklapanja i to je skoro po pravilu izraženo kada se radi o relativno malim i jednostavnim objektima, ili kada se radi o relativno povoljnim terenima pa se izvodi relativno malo istraživanja. Velika većina istraživača teži tome da istraživanja imaju timski karakter, da ih ne čini samo jedan istraživač ili grupa istraživača terena jednog usmerenja. Praksa je pokazala, naročito kad su u pitanju objekti od kapitalnog značaja, da je timski rad odnosno multidisciplinarnost od najvećeg stručnog i praktičnog značaja. Knjiga je napisana tako da pruža bazna znanja iz vrlo široke oblasti geologije, a koja su od velike praktične koristi pri projektovanju, izgradnji i eksploataciji gradjevinskih objekata. U poglavljima 3 i 4 data su najvažnija saznanja iz oblasti mineralogije i petrologije. Pristup pisanju tih poglavlja je takav da se daju činjenice koje su opšteprihvaćene u mineralogiji i petrologiji, ali sa stalnim naglaskom na praktični značaj u domenu inženjerske geologije. Naime, vrlo često, bar kad su u pitanju jednostavni gradjevinski objekti, samo poznavanje vrsta stena u konstrukciji terena može biti dovoljno za rešenje mnogih praktičnih problema. Na bazi datog u mineralogiji i petrografiji, kao i završenih praktičnih vežbi, moguće je uraditi geotehnički model terena po parametru litogenetskog sastava. Naravno, njegova nadogradnja, kao i preciziranje, predmet su detaljnih ispitivanja. Problemi granica medju litogenetskim jedinicama, kao i strukturnih svojstava stenskih masa u sklopu terena, vrlo često su takvi da je preciziranje tih elemenata najobimniji, najkomplikovaniji i najskuplji deo istraživačkog posla. Takva konstatacija je apsolutno tačna kad su predmet istraživanja veća područja, npr. područje akumulacionog basena, pregradni profil brane, duži tuneli, podzemni objekti i dr. Zato je izučavanju strukturnih svojstava dat odgovarajući značaj. U knjizi su razmatrani: nabori, rasedi, pukotine. Za veliki broj relativno jednostavnih i malih objekata, naročito objekata visokogradnje, kod kojih je interakcijsko delovanje takodje malo, a gradja područja jednostavna i poznata, preciziranje karakteristika nekih bitnih svojstava (Ms, C, ϕ) i prateći proračuni (nosivost i sleganje) mogu biti najvažniji deo, a ne izučavanje strukturnih svojstava. 4

Stenske mase mogu biti sveže - neizmenjene i u različitim stadijumima alterisanosti-izmenjenosti. Kao takve one se moraju tretirati kako sa stanovišta iskoristljivosti prirodnih mineralnih materija i stena u industriji gradjevinskog materijala i gradjevinske galanterije, a isto tako kao podloga objektima ili sredina u kojoj se gradi. U knjizi se to obrazlaže, kao i karakteristike najbitnih fizičko-mehaničkih svojstava uzoraka stenske mase, sveže ili izmenjene. U poglavlju inženjerska hidrogeologija dat je kratak prikaz vrsta podzemnih voda, uslovi njihovog formiranja, uticaji podzemnih voda na karakteristike pojedinih svojstava i njihova agresivnost. Za potrebe gradjevinarstva veoma značajni su geološko-geotehnički uslovi zaštite od podzemnih voda. Navedene su osnovne metode zaštite kao i osnovni obrasci po kojima se sniženja mogu sračunati. Uporedo sa iskorišćavanjem boljih terena za izgradnju, kao i usložnjavanjem konstruktivnih karakteristika i drastičnog povećanja dimenzija pojedinih gradjevinskih objekata, naročito dolazi do izražaja potreba da se vrše poboljšanja svojstava terena. Ona mogu biti trajnog ili privremenog karaktera. Zato je ukratko, u poglavlju geotehničke melioracije terena, dat prikaz metoda poboljšanja, takodje i pojedina važna objašnjenja koja mogu biti od koristi širokom krugu čitalaca. Vrlo često prirodnim procesima, ili neodgovarajućim ljudskim aktivnostima, mogu nastupiti štetne posledice po objekte, a one mogu proisteći zbog zemljotresnih aktivnosti u Zemljinoj kori, ili aktiviranja savremenih geoloških procesa: kliženja, odronjavanja, jaružanja, erozije svih vrsta, sleganja terena i dr. Ti procesi se detaljno izučavaju u inženjerskoj geologiji i od izuzetne su važnosti pri planiranju iskoristljivosti prostora, takodje o njima se mora voditi računa i pri izgradnji na svakoj mikrolokaciji. Inženjerska geologija je fundamentalna naučno-stručna disciplina u okviru geotehnike. Za rešenje problema preciziranja uslova izgradnje pojedinih objekata koriste se uobičajene metode istraživanja koje se koriste i u drugim specijalizovanim naučno-stručnim disciplinama geologije. Razlike su u tome što npr. nije primarno u inženjerskoj geologiji, ili geomehanici, izučavanje mineralnog ili petrološkog sastava terena onako kako je to praksa u mineralogiji ili petrologiji, već analiza značaja i uticaja takvog sastava na uslove izgradnje i eksploatacije konkretnih objekata. U ovoj knjizi dat je prikaz najčešće primenjivanih metoda istraživanja, objašnjenja postupaka i rezultati koji se njima dobijaju. Takodje navedene su osnovne postavke izrade programa i projekata istraživanja terena, kao i načelni sadržaji elaborata o rezultatima istraživanja. Celokupan sadržaj knjige napisan je tako da je ona, po mišljenju autora koji je učesnik na mnogobrojnim stručnim poslovima vrlo raznovrsnim po vrstama i objektima, dobra i široka osnova za proširenje znanja iz pojedinih naučnih disciplina koje se bave izučavanjem terena. To se prevashodno odnosi na mehaniku tla, mehaniku stena, fundiranje, hidrogeologiju, prirodne gradjevinske materijale. Takodje, neophodno je naglasiti da je pristup pisanju knige nedvosmisleno takav da inženjersku geologiju stavlja na centralno mesto u disciplinama geotehnike, koja ima cilj i zadatak da objedinjuje rezultate svih drugih naučnih disciplina koje se bave istraživanjima terena. Takav zaključak 5

je logičan, nedvosmislen, jedino je ispravan, ako se realno podje od činjenice da su proračunski modeli samo više ili manje, uspešno ili neuspešno, uprošćeni prirodni modeli. Opšte je prihvaćen stav da u prirodnim uslovima nema idealno elastičnih materijala, da su stenske mase po pravilu diskontinualne, heterogene, anizotropne i u promenljivim uslovima naponskog stanja. Upravo u tim činjenicama nalazi se i centralno mesto inženjerske geologije, da na bazi potrebnog obima i vrsta istražnih radova omogući izbor dovoljno reprezentativnog modela terena, za koji će se nadalje vršiti potrebne analize i proračuni.

6

2.GEOLOŠKO-GRADJEVINSKE SREDINE 2.1. Geološka gradja zemlje i zemljine kore Pod pojmom geološke gradje podrazumeva se litološki sastav, starost i tektonska svojstva stenskih masa. Njihovo preciziranje je relativno jednostavno u slučajevima malih područja kada se izvode detaljna i obimna ispitivanja i istraživanja, pa i tada do ograničene dubine, tj. do dubine dokle se izvode ispitivanja. Kada su u pitanju duboki delovi Zemljine kore odredjeni rezultati se poseduju, ali se oni ipak moraju prihvatiti kao hipotetički u značajnoj meri. Postanak Zemlje kao planete u Sunčevom planetarnom sistemu još uvek nije naučno dokazan. Mnogobrojne su hipoteze kojima su činjeni pokušaji da se to dokaže: Kant – Laplasa, Džinsa, Šmita, Fesenka i dr. Navedene hipoteze zasnovane su na pretpostavkama: po jednima da je postojala hladna gasovito-prašinasta pramaglina, po drugima usijana pramaglina razredjenih gasova nevezanih elemenata. Neki od njih bili su mišljenja da je Zemljia nastala otkidanjem dela Sunčeve mase. Ono što je naučno dokazano je da je Zemlja modifikovano loptastog oblika, tj. ima oblik obrtnog elipsoida. Ekvatorijalni poluprečnik Zemlje je oko 6381 km, polarni oko 6360 km. Na bazi geofizičkih ispitivanja, tj. na bazi jasno izraženih diskontinuiteta u pogledu brzina prostiranja elastičnih talasa, utvrdjeno je da se u gradji Zemlje mogu izdvojiti njeno jezgro, prelazni pojas i zemljina kora (Sl. 2. 1.). Diskontinuiteti su na dubini 8-70 km koliko je i debljina Zemljine kore. Najmanja je u područjima okeanskih oblasti, a najveća u kontinentalnim oblastima. Sledeća nagla promena brzina prostiranja talasa je na dubini od oko 2880 km, gde je granica prelazne zone i Zemljinog jezgra. U okviru jezgra mogu se izdvojiti unutrašnje i spoljašnje jezgro sa medjusobnom granicom na oko 5140 km. Sa praktičnog stanovišta inženjerske geologije značajna je samo Zemljina kora, jer se u njoj odvijaju gradjevinske i druge ljudske aktivnosti, a dublji delovi su značajni sa stanovišta naučnog interesa da se nepoznato, ili nedovoljno poznato, istraži. Izvesno je da se dubina do koje su doprla direktna ispitivanja, naročito u smislu dubokih bušotina, 7

izvedenih prevashodno za potrebe dobijanja nafte i gasa, stalno produbljuje. Najdublje bušotine su dubine oko 16 km. Ni Zemljina kora nije podjedanko detaljno istražena u površinskim svom delu i dublje. Razlog tome je u činjenici da je za potrebe graditeljstva od izuzetno velikog značaja samo plitki, pripovršinski njen deo do dubine od svega nekoliko metara ili nekoliko desetina metara, kolika je obično i zona sadejstva objekta i terena. Izvesnih specifičnosti ima kod nekih vrsta objekata kod kojih je zona sadejstva relativno velika. Takvi objekti mogu biti u celini, ili pojedini njihovi delovi, duboko u podzemlju. Zemljinu koru izgradjuju vrlo raznovrsne vrste stena. Daleko najveće učešće u gradji imaju čvrsto Sl. 2.1. Shematski prikaz isečka Zemlje, od površine vezane magmatske i metamorfne stene, u manjem obimu i sedimentne do njenog jezgra; B, C - prelazna zona; D stene. Nevezane i poluvezane stene Zemljina kora; E - atmosfera su po pravilu u površinskoj zoni terena, naročito u ravničarskim područjima i područjima uz reke. Genetski posmatrano, njihov nastanak je vezan za sedimentacione uslove taloženja, u manjem obimu usled navejavanja eolskog materijala. Veliki značaj poluvezanih i nevezanih stena, tj. tla u gradjevinarstvu proizilazi upravo iz činjenice da su od tih stena izgradjena skoro sva područja u kojima je došlo do grupisanja stanovništva i formiranja gradova sa svim njihovim sadržajima u urbanističkom i graditeljskom smislu. Do toga je došlo po prirodi stvari, jer su u tim područjima najlakše zadovoljavane osnovne ljudske potrebe za hranom, vodom, relativno jednostavnom izgradnjom svih vrsta infrastrukturnih i komunalnih objekata. Stenske mase u Zemljinoj kori zahvaćene su procesima alteracija - izmena, pod dejstvom tzv. spoljašnjih uticaja. Izmene su najintenzivnije na površini terena, opadaju sa dubinom, a samo u retkim slučajevima na površini su neizmenjene stene i to po pravilu kad se izmenjeni materijal nekim prirodnim procesima odnosi. Značaj izučavanja površinske kore raspadanja stena je višestruk, jer su u toj zoni znatno smanjena otporna i deformabilna svojstva stena, povećana je vodopropustljivost, najveći broj klizišta je u njoj formiran i dr. Temperatura stena je promenljiva po dubini. Od površine terena do tzv. neutralnog pojasa temepratura koleba, promenljiva je zavisno od spoljašnjih uticaja. U neutralnom pojasu, koji je najčešće na dubini 15-30 m, temperatura je konstantna i jednaka je srednjoj godišnjoj temperaturi mesta na površini. Od neutralnog pojasa temperatura stalno raste, prosečno posmatrano 1o C za svakih 33 m dubine. 8

Sl. 2.1. Shematski prikaz građe zemljine kore; 1, 2, 3-Zemljina kora; 4, 5-prelazna zona

Geološka hronologija Zemljine kore Nastankom čvrstih stena zemljine kore i prvih mora i okeana, počele su da se odvijaju odredjene promene u Zemljinoj kori, koje traju sve do današnjih dana. Na to nam ukazuju mnogobrojna istraživanja koja su do sada izvodjena uglavnom u plićim delovima Zemljine kore, ali su dovoljna da bi se stekli zaključci o gradji i evoluciji kroz hiljade, milione, pa i stotine miliona godina. Prva Zemljina kora bila je izgradjena samo od čvrstih silikatnih rastopa (magmatskih stena). U početku geološke istorije bila je vrlo tanka, pa su se kroz nju lako probijali novi magmatski rastopi. Vremenom Zemljina kora je postajala sve deblja, mada su se njene dublje mase verovatno delom ponovo stapale. U toj razvojnoj etapi reljef Zemljine kore je bio sav roav (neravan) od mnogih vulkanskih kratera i raznovrsnih preloma kao i prvih nabora, a unutrašnja gradja kore takodje se jako menjala. Kasnije, kruženjem vode u prirodi, obrazovanjem površinskih tokova i dejstvom drugih spoljašnjih sila, počinju se obrazovati i sedimentne stene. One se deponuju u jezerima, morima i drugim depresijama Zemljine kore. Danas, posle mnogo miliona godina i mnogih strukturnih izmena, sedimentne stene obrazuju mestimično naslage debljine desetak i više kilometara. Povećanjem debljine Zemljine kore, te mestimičnim spuštanjem sedimentnih i magmatskih stena u njene dublje delove, gde vladaju veliki pritisci i temeprature, došlo je do preobražaja (metamorfisanja) navedenih stena. Promene litološkog sastava Zemljine kore često su praćene i strukturnim promenama njene gradje, gde dolazi do stalnih ubiranja i rasedanja stenskih masa. Usled toga na sadašnjoj površini Zemljine kore postale su dostupne direktnom posmatranju sve litološke vrste stena različitih geoloških starosti. Primenjuju se različite metode za odredjivanje starosti stenskih masa Zemljine kore. Najstarija je stratigrafska hronologija, koja se zasniva na principu da su slojevi koji se nalaze niže po pravilu stariji od slojeva koji su nataloženi preko njih. Takodje, niži delovi jednog istog sloja su stariji od viših delova. Iz toga sledi da su promene litoloških 9

vrsta stena u vertikalnom preseku posledica promenjenih uslova sedimentacije na posmatranoj lokalnosti. Najčešće se koristi paleontološka metoda, koja takodje odredjuje relativnu starost stena zemljine kore. Na osnovu okamenjenih ostataka (fosila) nekadašnjih vrsta životinja i biljaka, koje su karakteristične za pojedina geološka razdoblja, vrši se razdvajanje sedimentnih naslaga po relativnoj starosti uZemljinoj kori. To je moguće jer se živi svet tokom geološke istorije stalno menjao. Od prvih primitivnih i jednostavnih organizama, razvijale su se sve složenije i složenije vrste do današnjih predstavnika. Na osnovu više stotina hiljada raznovrsnih fosila, rekonstruisana je opšta evolucija organskog sveta, pa su na osnovu nje odredjene i karakteristične vrste fosila za pojedina razdoblja duge istorije Zemljine kore. Za odredjivanje apsolutne starosti koriste se metode radiometrijske hronologije, za one stene koje sadrže radioaktivne minerale. Iz odnosa količine urana i uranskog olova dobijenog radioaktivnim raspadanjem uranskih ruda, odredjuje se vreme proteklo od momenta kada je to raspadanje počelo. Na taj način je moguće iz spontane dezintegracije minerala izračunati apsolutnu starost stene. Ovom metodom odredjena je starost rude uranita iz Karelije, a ona iznosi 1,85 milijardi godina. Najstarije stene Zemljine kore, čija je starost odredjena pomoću stroncijuma 87 i rubidijuma 87, se nalaze u arhipelagu Svetog Pavla u Atlantiku. One su stare 4,5 milijardi godina.

Podela geološkog vremena Pošto su u svakoj etapi geološke istorije živele odredjene vrste i odgovarajući evolucioni oblici organizama, to je pružilo mogućnosti da se slično istoriji čovečanstva i u istoriji Zemljine kore izdvoji nekoliko vremenskih odeljaka sa karakterističnim serijama slojeva. Najveće vremenske jedinice u istoriji Zemljine kore su ere: arhajska, algonkijska, rifejska, palozojska, mezozojska i kenozojska (Tablica br. 2.1.). Prve tri se još zovu zajedničkim imenom prekambrija. One su trajale najduže (oko 2-3 milijarde godina). Debljina stena stvaranih u prekambriji iznosi nekoliko desetina kilometara. Od njih su izgradjeni veliki delovi postojećih kontinentalnih blokova, a mahom su potpuno metamorfisane. U geološkoj hronologiji ere se dele na manje vremenske jedinice, tj. periode, a one dalje na epohe. Sedimentne stene stvarane za vreme jedne ere nazivaju se grupe, što znači da svakoj eri odgovara grupa sedimenata. Geološkim periodama odgovaraju manje naslage sedimenata koje se nazivaju sistemi slojeva, koji se dalje dele na serije slojeva, koje opet odgovaraju manjim vremenskinm razdobljima, tj. epohama. Odeljci serija nazivaju se katovi, koji se dalje dele na potkatove, a ovi na zone, koje su najmanje stratigrafske jedinice slojeva.

10

Tablica br. 2.1. Podela geološkog vremena GEOLOŠKA PERIODA EPOHA ERA Kenozoik (Kz) Kvartar (Q) Holocen (Q2) Pleistocen (Q1) Neogen (Ng) Pliocen (Pl) Miocen (M) Paleogen (Pg) Oligocen (Ol) Eocen (E) Paleocen (Pc) Mezozoik Kreda (K) Gornja kreda (K2) (Mz) Donja kreda (K1) Jura (J) Gornja jura (J3) Srednja jura (J2) Donja jura (J1) Trijas (T) Gornji trijas (T3) Srednji trijas (T2) Donji trijas (T1) Paleozoik (Pz) Perm (P) Karbon (C) Devon (D) Silur (s) Ordovicijum (O) Kambrijum (Cm) Rifej (R) Prekambrija Algonkija (Ptz) Arhaik (Ar)

PERIOD-TRAJANJE (miliona godina) 1 10 15

25 30

70

45

40

155

345

>2700

Paleozojska era ima šest perioda: kambrijum, ordovicijum, silur, devon, karbon i perm, koje su ukupno trajale oko 345 miliona godina. Stene stvarane u paleozojskoj eri su sada najvećim delom metamorfisane, a manjim delom su ostale nepromenjene, tj. slojevite, masivne i većinom čvrste i dobro vezane. U njima se mogu naći fosilni ostaci koji karakterišu doba starog organskog sveta i koji su ponekad dobro sačuvani. U kambrijumskim sedimentima ima najviše ostataka izumrlih zglavkara (trilobita) i crvuljaka (brahiopoda). Ordovicijum karakteriše pojava krečnjačkih algi, korala, a u devonu prve prave kopnene biljke. U karbonu se jako razvija niže bilje, gde su tadašnje papratnjače dostizale visinu sadašnjih stabala listopadnog bilja (do 30 m), a u životinjskom svetu javljaju se vodozemci. Perm karakteriše pojava četinara i gmizavaca. Mezozojska era je trajala oko 155 miliona godina. Deli se na tri periode: trijas, juru i kredu. Stene stvarane u mezozoiku su većinom čvrste i dobro vezane, mestimično metamorfisane. Od živog sveta za mezozojsku eru naročito je karakterističan razvoj gmizavaca. Kenozojska era trajala je oko 56 miliona godina. Obuhvata dve periode: tercijar (paleogen i neogen) i kvartar, kome pripada i današnje doba. Sedimentne stene stvarane u 11

kenozoiku su većinom slabije vezane i meke, ili su potpuno nevezane. Izuzetno one mogu biti i metamorfisane u kontaktnima sa magmatskim probojima. Za tercijarnu periodu naročito je karakterističan razvoj kičmenjaka i kopnenog bilja (cvetonoša). U pleistocenu (starijoj epohi kvartarne periode) postaje čovek. Iz tog vremenskog razdoblja pronadjeni su ostaci (vilica) i najstarijeg fosilnog pračoveka u blizini Pekinga, za koga se smatra da je živeo pre milion godina. Tačno utvrdjena starost stenskih masa u sklopu terena, kao i njihovi medjusobni odnosi, u značajnoj meri olakšavaju preciziranje litogenetskih jedinica od površine terena do neke dubine. Na bazi tih elemenata moguće je relativno puzdano prikazati litogenetske jedinice kako u prvoj projekciji, na karti, tako i u vertikalnom ili bilo kom drugom preseku. Profili terena koji su uradjeni na bazi litogenetskog sastava terena predstavljaju opšte geološke profile terena. Kada se osim tih litogenetskih podataka poseduju i podaci koji su rezultat istražnog bušenja, pregleda iskopa istražnih galerija, istražnih okana ili drugih istražnih radova, mogu se uraditi precizniji profili terena, koji se uobičajeno nazivaju inženjerskogeološki profili ili preseci terena. Oni mogu biti opšte ili specijalne namene. Dobro poznavanje litogenetske starosti sedimentnih tvorevina i to onih koje su nastale u relativno velikim sedimentacionim basenima, omogućuje relativno jednostavno njihovo prikazivanje na odgovarajućim litološkim profilima terena. Osnovna prirodna zakonomernost je da su u dubljim delovima sedimentnog basena taloženi stariji sedimenti, a potom mladji preko njih. Zanemarujući odredjene nepravilnosti koje mogu natupiti u priobalnim delovima sedimentacionog basena, u dubljim delovima basena su uslovi taloženja relativno pravilni i istaložavani sedimenti su u prvobitnom položaju horizontalni, ili približno horizontalni - subhorizontalni. Po nastanku sedimenata, u dugotrajnom vremenskom periodu, dolazilo je do mnogobrojnih izmena prvobitno nastalih sedimenata slojeva, vršena je njihova konsolidacija ili drugi vidovi dijagenetskog očvršćavanja, kao i procesi tektonskih poremećaja. Kao najbitnija posledica tih poremećaja je njihovo dovodjenje u nagnuti položaj, sa promenljivim padnim uglovima, koji variraju do vertikalnog položaja.

2.2. Sredine izgradjene od čvrstih stena Izuzev relativno plitkih površinskih delova terena, Zemljina kora je izgradjena od čvrstih, kamenitih, stenskih masa. Zastupljene su vrlo raznovrsne stene: magmatske, sedimentne i metamorfne. Najviše zakonomernosti i pravilnosti u ispunjavanju prostora pružaju sedimentne stene, daleko manje magmatske i metamorfne. Razlog tome je u činjenici da su čvrste sedimentne stene takve da je mnogo lakše prognozirati i pratiti njihove prostorne odnose, smenjivost u prostoru, zakonomernosti u prirodnim procesima kojima su oni izvodjeni iz svog prvobitnog položaja, u kom su nastali i dovodjenje u neki novi položaj. Kod slojevitih sedimentnih stena osnovno njihovo obeležje su slojevi, bilo da su slojevi unutar jedne iste vrste stene ili medjuslojni kontakti različitih vrsta stena. U okviru masivne sedimentne stene često su zastupljeni pojedinačni proslojci, tanji ili deblji slojevi iste ili druge stene, što vrlo lako omogućuje reinterpretaciju i izučavanje prostornih elemenata koji su u vezi sa slojevitošću. Metamorfne stene su sve čvrsto vezane. Teže su za izučavanje i precizno predstavljanje na svim profilima terena, bez obzira na to da li su nastale metamorfisanjem sedimentnih ili magmatskih stena. 12

Magmatske stene su sve čvrsto vezane. U prirodi se nalaze u obliku različitih magmatskih tela, koja po svojim karakterističnim oblicima, veličini, odnosu prema okolnim stenama zadobijaju specifične nazive. Najosnovnija njihova podela je na magmatska tela koja su ogromnih dimenzija po prostranstvu koje zauzimaju, npr. u području grada Njujorka, pa do onih koja su samo pojedinačne tanke a dugačke žice koje presecaju okolne stene. Opšte inženjerskogeološke karakteristike čvrstovezanih stena su da su to stene sa relativno velikim vrednostima čvrstoća, velikom kohezijom i unutrašnjim trenjem. Praktično posmatrano, sve čvrsto vezane stene su mnogostruko bolja sredina za fundiranje svih vrsta objekata nego što su to poluvezane i nevezane stene. Monolitni delovi čvrstih stena se praktično uvek smatraju da su kruta, nedeformabilna, tela. Pri prekoračenju čvrstoće tih stena, prevashodno zbog tektonskih procesa koji se dogadjaju u Zemljinoj kori, ili iz drugih razloga, nastaju prekidi mineralne materije: rasedi i pukotine. Mnoga bitna svojstva čvrstovezanih stena proističu iz toga kako je stenska masa ispucala, bilo u pogledu stepena ispucalosti ili načina ispucalosti. Problemi koji u takvim sredinama mogu nastupiti upravo su u vezi sa ispucalošću stenske mase, kao npr.: stabilnosti padina, stabilnost iskopa, vodopropustljivost, alterisanost, uslovi sidrenja i injektiranja itd. Naučna disciplina koja se dominantno bavi izučavanjem mehaničkih svojstava čvrstovezanih stena naziva se mehanika stena.

2.3. Gradjevinsko tlo Uobičajeno u gradjevinskoj praksi, takodje i u geotehnici, gradjevinsko tlo čine poluvezane i nevezane stene. Naučna disciplina koja izučava gradjevinsko tlo naziva se mehanika tla. Praktično posmatrano, sva tla mogu biti singenetska i postgenetska. To znači da su prva nastala u prirodnim uslovima taloženja prethodno raspadnutog i transportovanog prirodnog materijala, a druga su nastala prirodnim procesima raspadanja svih vrsta stena, bez bitnijeg iznosa pomeranja te raspadine, ili su u pitanju veštački nasuta tla. U prirodi se često nalaze smene poluvezanih i nevezanih stena, a takodje medju njima i slojevi i sočiva gde se vrši dijagenetsko očvršćavanje - povezivanje prirodnom mineralnom materijom, zrna ili fragmenata stena. Takvi primeri su naročito česti npr. u pliocenim peskovima po obodou Fruške Gore, a ima ih i u okviru terasnih aluvijalnih sedimenata, ili u okviru padinskih drobinskih materijala nrp. u kanjonu Morače. Sve to navodi na neophodnost interdisciplinarnog izučavanja, pa čak npr. ni u okviru geomehanike nemoguće je pojedine probleme striktno podeliti na one koje se tiču samo mehanike tla ili samo mehanike stena. Singenetska tla mogu biti vrlo raznovrsna. Najzastupljenija su ona koja izgradjuju: gline, lapori, peskovi, šljunkovi, mešavina glinovito-peskovito-šljunkovitih stena, les i dr. Sve su to poluvezane i nevezane sedimentne stene. Po svojoj genezi te stene mogu biti vezane za: marinske uslove taloženja, jezerske, rečne, odlagane na kopnu gde oslabi prenosna moć vetra. Generalno posmatrano ima značajnih razlika izmedju tih stena, zavisno od uslova sedimentacija. Ono što je, ipak, najvažnije, ne navodeći detalje, to je da što je manja sedimentaciona sredina to su i promenljivosti i sočivasta smenjivanja sedimenata veća i obrnuto. Takodje, specifičnosti su i u vezi sa uslovima prinošenja prirodnog materijala, uslovima njegovog istaložavanja i dr. pa se ne mogu medjusobno poistovetiti uslovi sedimentacije npr. u aluvionima Dunava, Tise, Drine i drugih reka. To je 13

još jedan, u nizu drugih, od bitnih parametara koji opredeljuju obim i vrste istražnih radova, a ne samo vrsta i dimenzije objekata. Jedna specifična vrsta tla predstavljena je kopnenim lesom. Ta stena uvek izgradjuje teren od površine do maksimalne dubine od 40 m (u našoj zemlji). Les i tereni koje izgradjuje su dovoljno dobro i obimno istraživani i poznati: prostorni položaj u konstrukciji terena; svojstva i karakteristike bitnih svojstava; problemi u vezi sa dopunskim sleganjem usled naknadnog raskvašavanja; upotrebljivost u industriji gradjevinskog materijala. Pojam gradjevinskog tla obuhvata i sve vrste stena intenzivno izmenjenih površinskim uticajima i to: zemljastu, glinovitu, drobinsku zaglinjenu raspadinu. Sve navedene vrste stena se po mnogo čemu ponašaju slično kao i glinovito-peskovitošljunkovita tla koja su nastala u procesu sedimentacije. Navedene vrste raspadnutog materijala, u kori površinskog raspadanja, vrlo su rasprostranjene čak i u terenima kod kojih su neposredno ispod raspadine čvrstovezane stene. Za razliku od čvrstovezanih stena kod kojih se monolitni delovi smatraju krutim, nedeformabilnim telima, sve vrste poluvezanih i nevezanih stena su pod dejstvom dopunskog opterećenja deformabilne, stišljive. Površinskim uticajima izmenjene stene, tj. kora površinskog raspadanja, na geotehničkim profilima terena se lako izdvajaju i predstavljaju, pogotovu ako se poseduju rezultati bušenja, geofizičkih ili drugih detaljnih ispitivanja.

14

3.PETROGENI MINERALI 3.1. Opšte o mineralima Minerali su prirodna jedinjenja čiji se sastav može izraziti hemijskom formulom. Njihove morfološke, strukturne i fizičke osobine, takodje geneza, klasifikacije i postojanost, detaljno se izučavaju u naučnoj disciplini koja se zove mineralogija. Velika većina do sada poznatih mineralnih vrsta su neorganskog porekla (kvarc, kalcit, samorodno zlato i dr.), a samo manji broj je organskog porekla (nafta, bitumen, ćilibar, ugalj i dr.). Minerali izgradjujuZemljinu koru i po tome se razlikuju od organizama i sintetskih anorganskih jedinjenja. Minerali su najčešće jedinjenja dva ili više hemijskih elemenata. Mali broj minerala je izgradjen od jednog elementa kao što su npr. samorodno zlato, platina i dr. U prirodi se nalaze, najčešće, u čvrstom agregatnom stanju, u vidu tvrdih prirodnih tela. Pojedine mineralne vrste su u tečnom ili gasovitom stanju. Minerali su najčešće dobili nazive po svom hemijskom sastavu, po jako izraženim fizičkim svojstvima ili po istraživaču koji ih je po prvi put otkrio. Tako je npr. kalcit dobio naziv po svom hemijskom sastavu, olivin po zelenoj boji, a vernadskit po imenu akademika Vernadskog, koji je prvi dokazao njegovo postojanje. Do sada je utvrdjeno oko 2000 minerala različitih naziva, a zajedno sa svim njihovim varijetetima oko 4000. Ipak, svi minerali nisu podjednako važni u gradji stena. Od tako velikog broja poznatih minerala, svega nekoliko desetina mineralnih vrsta izgradjuje glavnu masu stena. Pored petrogenih - nemetaličnih minerala, u prirodi su zastupljeni i metalični minerali, iz kojih se odredjenim tehničko-tehnološkim procesima dobijaju korisni metali. Minerali su homogena, po pravilu anizotropna tela. To znači da su oni u svakom svom delu istog strukturnog sklopa i hemijskih osobina, što se lako utvrdjuje savremenim metodama ispitivanja, pre svega rendgenskim, mikroskopskim i hemijskim metodama. Njihova anizotropija je naročito izražena kod svih kristalnih oblika minerala, a ogleda se u tome da su parametri pojedinih svojstava bitno različiti u različitim pravcima. Amorfni minerali su izotropni. Takodje kristalni minerali iz tzv. teseralne sisteme približavaju se izotropnim u pogledu nekih fizičkih i mehaničkih svojstva, npr. u pogledu toplotnog širenja u pravcu tri glavne ose simetrije. Često su minerali izgradjeni od dve ili više mineralnih komponenti, tako što te mineralne komponetne u gradji učestvuju sa promenljivim procentualnim udelom. Ta 15

pojava naziva se izomorfija, a sam mineral je izomorfna smeša. Primer izomorfne smeše dve komponente je npr. mineral olivin koga čini mineral forsterit Mg 2SiO4 i fajalit Fe2SiO4, ili npr. plagioklasi iz grupe feldspata koji su izomorfne smeše minerala u čijoj gradji učestvuju Na i Ca. Minerali se mogu udruživati - povezivati, medjusobno, po tačno utvrdjenim zakonima. Ta pojava se naziva bližnjenjem minerala. Svojstva i karakteristike minerala koji izgradjuju neku stenu bitno utiču na svojstva i karakteristike te iste stene. Tako npr. tvrdi minerali izgradjuju tvrde stene, a pogotovu je to slučaj ako su ispunjeni dodatni uslovi da su isti sveži-neizmenjeni i da je vizivo izmedju minerala takodje čvrsto - silicijsko.

3.2. Postanak minerala Minerali u stenama su primarnog ili sekundarnog porekla. Primarni su oni koji su nastali kad i sama stena. Sekundarni minerali nastaju preobražajem, tj. raspadanjem, primarnih mineralnih vrsta koji su u steni, ili su u stenu uneti nekim naknadnim prirodnim procesima. Prirodni procesi nastajanja minerala i njihovo raspadanje, kad se za to steknu uslovi, traju i trajaće u budućnosti. Najvažniji vid nastanka primarnih minerala je magmatogeni. Tako nastali minerali se često nazivaju i endogeni minerali. Njihov nastanak je vezan za očvršćavanje hladjenje magme, tj. hladjenje silikatnog rastopa koji se obrazuje u dubljim delovima Zemljine kore ili gornjim delovima mantije. Magmu čine teško isparljive komponente (SIO2, Al2O3, Fe2O3, Fe3O4, MgO, CaO, Na2O i dr.) i lako isparljive komponente (H2O, HCl, CO, CO2, SO2, SO3, H2S i dr.). Pri procesu hladjenja magme dolazi do kristalizacije minerala i obrazovanja odgovarajućih stena. Kristalizacija različitih mineralnih vrsta je direktno vezana za termičke uslove, stanje pritisaka koji vladaju u magmi, vlažnosti magme i dr. Postoje zakonitosti u pogledu redosleda kristalizacije pojedinih mineralnih vrsta iz magme, koje dosta dobro ilustruje tzv. Bovenova shema redosleda kristalizacije (Sl. 3.1.).

Sl. 3.1. Bovenova šema redosleda kristalizacije minerala iz magme Pri odvijanju procesa stvaranja magmatogenih minerala prvi nastaju olivini, približno na 1673 K (1400 0C), zatim mnogi drugi i tek na najnižim temperaturama muskovit. Isto tako, značajno je da je vezivanje pojedinih vrsta minerala u polimineralne agregate, tj. stene, takodje zakonito. Vezuju se minerali koji su nastali u približno istim termodinamičkim uslovima, a ne oni koji su nastali u bitno drugačijim uslovima. U tom 16

pogledu npr. nemoguće je naći u prirodi magmatsku stenu koju kao bitni minerali izgradjuju muskovit i olivin. U početnim fazama kristalizacije minerala magme su uglavnom suve, sa relativno malom količinom para i gasova. Kako sve veća količina iskristalisava - prelazi u očvrslo stanje, tako se povećava udeo lakoisparljivih komponenti u magami (10-90%). Te uslove prati i nastanak novih mineralnih vrsta, tj. obrazovanje pneumatolitskih minerala. Nadalje, temperatura zaostalog neiskristalisalog dela i dalje opada. U uslovima kada je ona ispod kritične temeperature vode, tada se zaostali lakoisparljivi sastojci kondenzuju i obrazuju se hidrotermalni rastvori. Iz tih rastvora nastaju hidrotermalni minerali. Zaostali rastvor se dalje hladi i iz ohladjenog dela nastaju hidratogeni minerali. Minerali koji nastaju od ostataka organizama nazivaju se biogeni minerali. Minerali koji nastaju procesima koagulacije iz koloidnih rastvora su koloidni.

3.3. Unutrašnja gradnja minerala i njihov spoljašnji oblik Unutrašnja gradja minerala je veoma složena, što je uslovilo da se dosta kasno ona precizno definiše. Tek pri kraju XVIII veka došlo se do saznanja da nedeljive čestice koje izgradjuju svaki mineral imaju tačno odredjene položaje unutar kirstalne rešetke. Kasnije, ova je ideja razradjivana od strane mnogih istraživača da bi 1912. g Laue pomoću rendgenskih zraka definitivno utvrdio da je materija u kristalima rasporedjena po tipu trodimenzionalnih rešetki. U strukturi kristalnih rešetki osnovni elementi su atomi ili joni koji su medjusobno udaljeni po principu minimalne potencijalne energije. Metodama strukturne analize pokazano je da atomi u kristalnoj rešetki nisu neutralni, već su pozitivno ili negativno naelektrisani. Silama privlačnosti suprotno naelektrisane čestice održavaju se na tačno odredjenim rastojanjima, što je uslovljeno jonskim ili atomskim radijusima koji su po pravilu različiti čak i kod minerala istog hemijskog sastava (grafit, dijamant). Prema tome kakva je unutrašnja gradja minerala, tj. raspored atoma i jona svi minerali su podeljeni na kristalne, kristalaste i amorfne. Kod kristala pravilan je unutrašnji raspored formnih elemenata i kao posledica toga pravilan je spoljašnji oblik. Kristalasti minerali imaju pravilnu unutrašnju gradju, kao i kristali, ali im je nepravilan spoljašnji oblik. Amorfni minerali nemaju pravilnu unutrašnju gradju niti pravilan spoljašnji oblik (Sl. 3.2.).

Sl. 3.2. Oblici minerala: kristali (a); amorfni (b); kristalasti (c)

17

Kristali (od grč. reči krystallos = led) su pravilni poliedarski oblici minerala. Imaju osnovne i izvedene elemente. Pod osnovnim elementima podrazumevaju se ivice, rogljevi i pljosni. Pljosni su spoljašnje ravni kristala. Linije po kojima se seku dve pljosni nazivaju se ivice, a rogljevi su tačke preseka tri ili više pljosni. Izvedeni elementi kristala su, pre svega, elementi simetrije koje čine ose simetrije, ravni i centri simetrije. Prema elementima simetrije postoji ukupno 230 mogućih kombinacija. Svi kristalni oblici mogu se svrstati u sedam kristalografskih sistema (Sl. 3.3.) i to: teseralnu, tetragonalnu, rombičnu, monokliničnu, romboedarsku, heksagonalnu i trikliničnu. Podela na navedenih sedam sistema izvedena je prema elementima simetrije, položaju pljosni u odnosu na zamišljene ose, kao i uglovima izmedju osa. Tako npr. kristalni oblici teseralne sisteme, kod koje je osnovni oblik kristala kocka - heksaedar, imaju tri zamišljene ose simentije, medjusobno upravne. Odsečci koje čine pljosni u odnosu na te tri ose iste su dužine. Izvedeni oblici se dobijaju zarubljivanjem heksaedra u predelu rogljeva ili ivica. Da bi se razvili pravilni spoljašnji oblici kristala, potrebno je da su zadovoljeni odredjeni termodinamički uslovi pri njihovom nastajanju. Pre svega potrebno je da se proces kristalizacije odvija dovoljno sporo. Rastojanja izmedju centara, oko kojih se kristali razvijaju, treba da su dovoljno udaljena tako da kristali ne smetaju jedni drugima. Naravno da su ovakvi uslovi u prirodi znatno redji od uslova u kojima se minerali razvijaju u vidu kristalastih zrna. Značaj poznavanja unutrašnje gradje minerala u stenama je u tome što gradja ukazuje na uslove nastanka minerala, time i stena koje izgradjuju odredjeni minerali i procese koji su se u mineralima i stenama odvijali postgenetski. Petrogeni minerali se u stenama pojavljuju, najčešće, u vidu kristalastih zrna. Za njih je karakteristično da imaju pravilnu unutrašnju gradju, kao i kristali, a da imaju nepravilan spoljašnji oblik. Takva pojava minerala - kristalastih agregata (agregat = od lat. Aggregare = nagomilati) objašnjava se nedostatkom slobodnog prostora za razviće kristala, odnosno istovremenim razvitkom velikog broja mineralnih individua. U ovim slučajevima minerali se najčešće pojavljuju u stenama u vidu kristalastih zrna, prutićastih, vlaknastih, igličastih, listastih ili drugih oblika. Treći vid pojavljivanja su amorfni minerali. Nepravilna im je unutrašnja gradja, a takodje i spoljašnji oblik. Najčešće se u prirodi susreću u vidu kuglastih, grozdastih, bubrežastih ili nepravilnih Zemljia stih masa. Oni su izrazito izotropna tela. Kohezija, brzina prostiranja svetlosti, provodjenje toplote i neka druga svojstva su kod njih jednaka u svim smerovima. Amorfni minerali mogu nastati na različite načine. Jedan način je vezan za magmu kada iz bilo kog, od više mogućih, razloga magma može dospeti na površinu terena, ili blizu njene površine, kada se kristalizacija odvija veoma brzo. Tada nema vremena da se izvrši uredjenje atoma, jona i molekula po tipu trodimenzionalne kristalne rešetke, već magma ili lava očvrsne u različitim formama vulkanskih stakala. Drugi način nastanka amorfnih minerala je iz koloidnih smeša koje se od molekularnih razlikuju po veličini, tj. ne prolaze kroz membranu. Iz vodenog rastvora koagulacijom prelaze iz sol stanja u gel modifikaciju, kada se susretnu dva različito naelektrisana sola. Jedno od važnih svojstava ove mineralne vrste je to da su izrazito nestabilni. To se ogleda u tome da teže vremenom da predju u stabilniju mineralnu modifikaciju sa pravilnim rasporedom atoma i jona.

18

Sl. 3.3. Kristalografske sisteme i osnovni oblici kristala u njima

19

3.4. Fizička svojstva minerala Minerali su prirodna jedinjenja, po pravilu homogena i anizotropna, kod kojih su odredjenim metodološkim postupcima utvrdjena njihova najbitnija fizička i druga svojstva. Na bazi nekih karakterističnih svojstava pojedini minerali mogu se lako razlikovati jedni od drugih, a time i makroskopskim metodama brzo prepoznavati. Za razliku od tih, velika većina minerala se ne može lako prepoznati samo na bazi makroskopskog pregleda, već su potrebna detaljnija ispitivanja. Minerali su veoma važna sirovina u industriji gradjevinskog materijala, hemijskoj industriji, poljoprivredi i drugim granama. Minerali su izgradjivači stena, pa zbog toga njihova fizičko-mehanička svojstva bitno utiču na pojedina svojstva stena i terena u celini. Naravno, nekada i drugi uticajni činioci, npr. ispucalost stenske mase, mogu značajno sniziti karakteristike pojedinih svojstava, bez obzira na mineralni sastav predmetne stene. Najvažnija fizička svojstva minerala su: tvrdoća, cepljivost, specifična težina, sjajnost, ogreb, providnost, magnetičnost, elektroprovodljivost, provodljivost toplote i dr. Tvrdoća je otpor koji minerali, koji su u čvrstom agregatnom stanju, pružaju pri paranju njihovih površina nekim tvrdim predmetom. Zavisi od rasporeda jona i atoma u kristalnoj rešetki. Kada je struktura gušća, atomi i joni su na medjusobno kraćim rastojanjima, tada je tvrdoća veća i obrnuto. Karakteristični primer tome su minerali dijamant, koji je izrazito tvrd i mineral grafit koji je izrazito mek. Oba minerala su po hemijskom sastavu čist ugljenik, sa različitim rasporedom atoma i jona u trodimenzionalnoj kristalnoj rešetki (Sl. 3.4.).

Sl. 3.4. Struktura dijamanta i grafita Tvrdoće minerala se mogu medjusobno uporedjivati, a takodje tvrdoće nepoznatih minerala u odnosu na tvrdoće poznatih. U tom cilju je Mohs 1820. g. predložio opisnu skalu koja se sastoji od deset minerala. Po toj skali najmekši mineral je talk, najtvrdji 20

dijamant. Svaki naredni mineral u skali para sve prethodne. Izrazito su tvrdi minerali topaz, korund i dijamant, koji pripadaju grupi dragog kamenja. Sa praktičnog stanovišta bitno je to da je npr. stena izgradjena samo od kvarca (kvarcit) veoma čvrsta, tvrda, otporna stena, dok je stena koja je izgradjena od znatno mekšeg kalcita (krečnjak) značajno mekša od prethodnog. U nekim slučajevima je bolje kada su meki minerali i stene (npr. za iskopavanje). U drugim sluačjevima, npr. kada je potrebno imati abrazivni materijal, potrebno je imati isključivo tvrdi mineral, tj. korund. Mohsova skala tvrdoća je kvalitativna i na osnovu nje se ne može kvantitativno izraziti čvrstoća minerala. Da bi se taj nedostatak otklonio, predloženo je da se tvrdoća korunda označi sa 1000. U odnosu na njega odredjene su i tvrdoće ostalih minerala (tablica br. 3.1.). Tablica br. 3.1. Mohsova skala tvrdoće minerala Naziv minerala Mohsova tvrdoća Opis Talk

1

Gips Kalcit

2 3

Fluorit

4

Apatit Ortoklas Kvarc Topaz Korund Dijamant

5 6 7 8 9 10

Lako se para noktom Para se noktom Para ga liveno gvoždje Para ga običan čelik Para ga čelik Slabo para staklo Lako para staklo Slabo seče staklo Para ga dijamant Seče staklo

Relativna tvrdoća u odnosu na korund 0,04 1,25 4,5 5,0 6,5 37 120 175 1 000 140 000

Cepljivost minerala je svojstvo da se pod dejstvom sile usitnjavaju - cepaju paralelno kristalnim pljosnima. Neki minerali su cepljivi (halit, kalcit, pirokseni i dr.), a neki su bez cepljivosti (kvarc, opal i dr). Iz definicije cepljivosti, lako je zaključiti da su svi amorfni minerali bez cepljivosti kao i pojedini kristalno-kristalasti minerali. I kod tih minerala, pri prekoračenju granične tvrdoće - čvrstoće, dolazi do razaranja čvrste mineralne materije po odredjenim površinama, ali se to ne naziva cepljivošću već prelomom. Površine preloma mogu biti: ravne, zatalasane, glatke, hrapave, iveraste, školjkaste, fibrozne i Zemljia ste. Ravni cepljivosti, po pravilu, paralelne su nekoj kristalnoj pljosni (Sl. 3.5.). Prema strukturi one su ujedno i ravni u kojima su najgušće složeni atomi, joni i molekuli koji izgradjuju mineral. Zbog toga se npr. grafit savršeno cepa po bazi. Rastojanja izmedju atoma ugljenika u ravni te baze su 1,45 angstrema, a izmedju tih ravni su 3,41 A0. Cepljivost može biti savršena, jasna ili potpuna, nesavršena ili nepotpuna i rdjava ili slabo izražena. U zavisnosti od oblika kristala i pljosni po kojima je mineral cepljiv, takodje se razlikuje više vrsta cepljivosti: bazna, po pljosnima prizme, po pljosnima heksaedra, po pljosnima romboedra, pinakoidalna i dr. Cepljivost ukazuje na izrazitu anizotropiju minerala u pogledu pojedinih karakterističnih svojstava. 21

Sl. 3.5. Cepljivost minerala (a) i bližnjenje kristalnih oblika (b) Pri delovanju naprezanja na minerale moguća su tri slučaja. Prvi je da je mineral izložen delovanju sile relativno malog intenziteta, da se deformiše do izvesnog iznosa i da se po prestanku dejstva sile vraća u prvobitni položaj. Za takve deformacije važi Hukov zakon ( σ = E e ⋅ ε e ), tj. radi se o elastičnim deformacijama. Pri dejstvu sile većeg intenziteta najčešće, pored elastičnog dela, postoji i plastična deformacija, a po prekoračenju čvrstoće nastupa lom. Osnovni oblici deformacija čvrstih tela su linearno sabijanje, istezanje i smicanje. Tipični elastični minerali su listasti oblici liskuna muskovita. Tanke liske su potpuno savitljive i po prestanku njihovog savijanja vraćaju se u prvobitni oblik. Slično muskovitu savitljivi su i hloriti, ali ako se pokušaju po savijanju vratiti u prvobitni položaj, tada će se slomiti. Za razliku od njih ogromna većina drugih mineralnih vrsta su krti minerali. Oni se pri savijanju vrlo brzo lome, a ponekad i potpuno stroše. Specifična težina minerala je težina mineralne materije jedinične zapremine pri normalnom pritisku i temperaturi 277 K (4 0C). U gradji litosfere sa 98,5% učestvuje samo 8 elemenata (tablica br. 3.2.). Na osnovu specifične težine elemenata koji najviše učestvuju u gradji petrogenih minerala može se lako zaključiti da je najveći broj mineralnih vrsta specifične težine od 24 - 35 kN/m 3. Minerali iz grupe karbonata, silikati aluminijuma i alkalija najčešće imaju specifičnu težinu manju od 30 kN/m 3, a minerali sa magnezijumom i gvoždjem veću od 30 kN/m3. Pored toga što na težinu utiču elementi koji grade mineral, takodje i sama gustina atoma i jona utiče na težinu. Minerali gušće strukture su teži i obrnuto, što dobro ilustruje dijamant čija je težina 35,1 kN/m 3, dok je težina grafita 22 kN/m3. Oba su čist ugljenik, različite strukture. Tablica 3.2. Težina i zastupljenost osnovnih elemenata u gradji Zemljine kore Elemenat Specifična težina % Elemenat Specifična težina (kN/m3 ) (kN/m3 ) O 13,4 42,7 Ca 16 Si 24 27,6 Na 9,7 Al 27 8,8 K 8,7 Fe 79 5,1 Mg 17,4 22

% 3,6 2,64 2,6 2,1

Metalični minerali - rude, naročito minerali gvoždja, znatno su teži od velike većine petrogenih minerala (npr. pirit ima težinu 50 kN/m3). Po pravilu veće su težine kristalni oblici jednog te istog minerala nego njegovi amorfni predstavnici. Jedini izuzetak je kristalni oblik minerala vode - led, koji je lakši nego njegov tečni agregat. Boja minerala može poticati od hemijskog sastava - idiohromatski obojeni i od primesa - alohromatski obojeni minerali. Kakvu će boju imati mineral zavisi od talasnih dužina koje supstancija apsorbuje pri prolasku ili reflektovanju svetlosti. Zato se može govoriti o boji minerala u propuštenoj ili reflektovanoj svetlosti. Minerali koji apsorbuju svetlost celokupnog spektra talasnih dužina su bezbojni. Nasuprot njima, oni koji apsorbuju jedan deo talasnih dužina imaju boju propuštene ili reflektovane svetlosti. U prirodi se nalaze minerali najraznovrsnijih boja i nijansi. Nekada su njihove boje veoma privlačne i čine ih veoma dragocenim. Pojedini su jednobojni (malahit je uvek zelen, azurit - plav). Velika većina mineralnih vrsta nalazi se u različitim bojama, ili nijansama jedne te iste boje. Tome najviše doprinose uklopci i primese neke druge mineralne materije, a ne osnovni sastav. Tako npr. mineral kvarc je idiohromatski bezbojan - gorski kristal. Medjutim, znatno češće u kvarcu ima smeša, alohromatski je obojen, pa je čak zadobio i nove nazive (čadjavac - tamnomrki kvarc, morion-potpuno crn kvarc, ametist - ljubičasto obojen kvarc, citrin - žuti kvarc koji je ujedno i njegova najredja vrsta). Količina strane materije, koja daje boju mineralu, često je tako mala da se jedva može odrediti. Boja petrogenih minerala je od najvećeg značaja kod ukrasnog kamena za potrebe graditeljstva. Pored toga, a zajedno sa sjajnošću, lako je zaključiti da li se radi o svežim mineralima, ili onima koji su zahvaćeni procesima prirodnog raspadanja, što je takodje od značaja pri izboru kamena kao gradjevinskog materijala. Prvi i osnovni znak da je odredjena mineralna vrsta, odnosno stena, zahvaćena procesima raspadanja je gubljenje sjajnosti minerala i promena boje. Sjajnost minerala zavisi od količine reflektovanih zraka i od veličine indeksa loma. Ako je jako reflektovanje i veliki indeks loma, tada imaju dijamantsku sjajnost (dijamant, sfalerit). Pored te sjajnosti kod nekih minerala je izražena staklasta (kvarc, feldspat). Vlaknasti minerali (azbest) imaju svilastu sjajnost. Listasti minerali (muskovit) imaju tipičnu sedefastu sjajnost, što je prouzrokovano interferencijom i totalnom refleksijom svetla od tankih listića. Metalični minerali imaju metalnu sjajnost. Po intenzitetu odbijenog svetla razlikuju se sledeće sjajnosti: blistava, sjajna i svetlucava. Elektroprovodljivost je svojstvo minerala da provode struju, odnosno da pri prolasku struje kroz njih pružaju odredjeni specifični električni otpor. Taj otpor je recipročna vrednost elektroprovodljivosti i izražava se u omm (om metara). Sadržaj Fe komponente u mineralima (pirit, halkopirit, magnetit, limonit i dr.) povećava elektroprovodljivost. Slično je i sa mineralima koji su sa povećanim sadržajem vode, kakav je slučaj kod glina sa vodom oko glinenih čestica, a što utiče na relativno dobro provodjenje električne struje. Većina petrogenih minerala (kvarc, feldspati, liskuni, kalcit i dr.) loši su provodnici struje (Tablica br.3.3.). Neki medju njima su odlični izolatori, pa su kao takvi našli odgovarajuću primenu. Tablica 3.3. Specifični električni otpor minerala, prema J. Jakosky-u Anhidrit Halit Glina Kvarc 103-105 omm 30 - 105 omm 1,5 x 10-4 - 35 omm 105 omm Halkopirit Liskuni Kalcit Magnetit 5 - 1,5 x 103 omm 9 x 102 - 9 x 105 105 omm 6 x 10-1-50 omm 23

omm Elektroprovodljivost je jedno od karakterističnih svojstava minerala po kome su oni izrazito anizotropna tela. To najvećim delom zavisi od rasporeda atoma i jona u trodimenzionalnoj kristalnoj rešetki. Baš zbog toga minerali istog hemijskog sastava, kakvi su dijamant i grafit, a različitih strukturnih svojstava, imaju različite provodljivosti struje. Specifični električni otpor kod dijamanta je 1 x 10-6 omm i predstavlja odličan izolator. Za razliku od njega grafit je odličan provodnik, kao takav je našao veliku primenu, sa specifičnim električnim otporom 8 x 10 do 6 x 10 omm. Značaj poznavanja elektroprovodljivosti minerala i stena uopšte je veliki, kako u elektroindustriji, isto tako i u geotehnici odnosno u geofizici. Na bazi elektroprovodljivosti stenskih masa razvijena je jedna relativno velika grupa metoda geofizičkih ispitivanja terena koje su široko prihvaćene u geotehnici, koje se, po pravilu, primenjuju u kombinaciji sa drugim metodološkim postupcima ispitivanja. Pri prolasku toplote kroz minerale oni se različito ponašaju. Pojedini u potpunosti absorbuju toplotne zrake, zagrevaju se. To su atermni minerali, npr. magnetit i hematit. Neki propuštaju termičke zrake, npr. halit i oni se nazivaju dijatermni minerali. Opšte posmatrano, poznata su tri osnovna načina prenošenja toplote i to: provodjenje ili kondukcija, prenošenje ili konvekcija i zračenje ili radijacija. Provodjenje toplote odvija se kroz mineralnu materiju i u tom pogledu neki minerali su dobri provodnici toplote, dok su drugi loši. Makroskopski posmatrano bolji provodnici toplote se u ljudskoj ruci osećaju hladnijim. Najbolji provodnici toplote su srebro i bakar. Prenos toplote konvekcijom vrši se kretanjem vode ili gasova iz jednog područja u drugo i uz uslov da su u tim područjima različite temperature. Prenos toplote zračenjem vrši se kada minerali - tela nisu u kontaktu, kretanjem elektromagnetnih talasa (fonova) u prostoru izmedju tih tela. Pri povećanju temperature minerali se različito ponašaju. Kristali i kristalasti minerali pokazuju izrazito anizotropna svojstva. Pri tome su uvek veće vrednosti koeficijenta termičkog širenja minerala u pravcu dužih odsečaka na kristalografskim osama. Manji broj minerala pokazuje izotropna svojstva u pogledu termičkog širenja. U ovoj grupi su minerali koji kristališu teseralno i svi amorfni minerali. Pojedini minerali mogu se lako makroskopskim metodama odrediti po svojim karakterističnim fizičkim osobinama. Tako npr. lako je prepoznati mineral halit (NaCl), bez obzira na raznorazne boje u kojima se u prirodi nalazi i to po karakterističnom slanom ukusu. Lako je identifikovati gline, koje pokazuju, pri zadahu, karakterističan miris glina. Kada su gline suve, veoma je izraženo njihovo svojstvo da upijaju vodu - higroskopne su. Prirodno vlažne lako se lepe za mokre prste i alat. Jaka magnetičnost je izražena kod magnetita, slabije kod pirhotina i nekih drugih minerala. Rude urana, torijuma i radijuma pokazuju svojstva radioaktivnosti.

3.5. Klasifikacija i prikaz petrogenih minerala Petrogeni minerali učestvuju u gradji stena. Prema procentualnoj zastupljenosti, kao i njihovom uticaju na najbitnija svojstva stena, svi petrogeni minerali podeljeni su na bitne, sporedne i akcesorne. Po boji minerala uobičajena je podela na femske i salske minerale. Prvu grupu čine minerali u čijem sastavu učestvuju Fe i Mg (gvoždjevito-magnezijski minerali). Oni su 24

uvek različitih nijansi crne ili zelene boje. Drugu grupu minerala čine oni u čijem sastavu obavezno učestvuje Si i Al. Minerali te grupe nalaze se u različitim bojama: beli, crveni, svetlosivi, bledoružičasti do bezbojni. Minerali se mogu klasifikovati prema fizičkim, strukturnim, morfološkim svojstvima, a takodje prema hemijskom sastavu. Najčešće upotrebljavano razvrstavanje minerala je, upravo, po njihovom hemizmu i u tom pogledu najvažniji petrogeni minerali su: silikati, oksidi, hidroksidi, karbonati, sulfati, sulfidi, fosfati, nitrati i dr.

Oksidi Svi hemijski elementi, osim fluora i plemenitih gasova, sjedinjuju se s kiseonikom, neki lakše neki teže i takva jedinjenja nazivaju se oksidi. Kiseonik je uvek dvovalentan. U gradji Zemlje, do dubine 16 km, prema istraživačima Klarku i Vašingtonu, učestvuje sa 46.6%. Takodje, izrazito veliko je njegovo učešće u gradji kako mineralnih vrsta, tako vode i vazduha. On se veoma lako spaja sa drugim elementima i to spajanje se u hemiji naziva gorenje ili oksidacija (npr. rdjanje gvoždja, prevodjenje jednih mineralnih vrsta u druge). Lavoazje (Lavoisier 1743-1794) je kiseonik nazvao oxygenium zato što mnogi kiseonikovi spojevi-oksidi , kad dodju u vodu, stvaraju sa njom kiseline. Najvažnije mineralne vrste oksida, njihov hemijski sastav, tvrdoće i specifične težine su date u tablici br.3.4. Oksidi kao i svi drugi petrogeni minerali, u čvrstom su agregatnom stanju, izuzev vode, koja je u više agregatnih stanja. Grupu čine i metalični minerali. Razlog zašto se oni navode, a ne navode se mnogobrojni drugi metalični minerali čiji je značaj u ekonomskoj geologiji veliki, u tome je što su te mineralne vrste često zastupljene u stenama i to u vidu sitnih uprskanih zrna. Oni su štetni u stenama, jer se magnetit relativno brzo prevodi u stabilniju mineralnu modifikaciju hematit, a hematit takodje u sekundarni mineral limonit, koji je štetan u stenama. Tablica br. 3.4.: Minerali grupe oksida Naziv Hemijski Tvrdoća sastav Voda H2O 1,5 Kvarc SiO2 7 Magnetit Fe3O4 5,6-6,5 Hematit Fe2O3 5,5-6,5 Korund Al2O3 9

Spec. težina (kN/m3) 9,175 26,6 52 48-53 39-41

Kristalografska sistema Heksagonalna Teseralna Heksagonalna Heksagonalna

Voda, zajedno sa vazduhom i mineralima, izgradjuje svet. Učestvuje u gradji Zemlje tako što ulazi u sastav pojedinih mineralnih vrsta. Pored toga ona često zapunjava pore i pukotine koje su na različite načine nastale u Zemljinoj kori. Najveće količine vode nalaze se u tečnom stanju, u manjoj količini je u gasovitom i čvrstom stanju. Osim toga voda izgradjuje sve površinske vode (potoke, reke, jezera, mora, okeane, lednike u područjima sa hladnom klimom). U gasovitom stanju najzastupljenija je u atmosferi. Prema nekim procenama voda učestvuje u gradji Zemlje sa oko 1%. Do dubine 16 km, po istraživaču Vernadskom, vode ima više od 250 x 10 6 km3 . Procenjuje se da je zapremina leda oko 20 x 106 km3 .

25

Po hemijskom sastavu voda je H2O. Težinski posmatrano vodonik učestvuje u gradji vode sa 11,11%, a kiseonik sa 88,89%. Pri pritisku od 10 kN/m2 tačka topljenja leda je na 00 C. Led kristališe heksagonalno. U tankim pločama je providan, a u debljim naslagama plavičasto-zelene boje. Voda je toliko značajna mineralna sirovina da se bez nje jednostavno ne bi mogao zamisliti život. Sa stanovišta inženjerske geologije ovde su nabrojani samo neki veoma značajni aspekti uticaja vode: • mehaničko delovanje površinskih i podzemnih voda, leda i lednika, • hemijsko delovanje vode, • aktivnost endogenih i egzogenih geoloških procesa, • naponska stanja izazvana dejstvom vode, • uslovi rada u terenu kao radnoj sredini. Pored svega toga voda je veoma značajna i kao mineralna sirovina. Kvarc je silicijum dioksid koji u gradji stena učestvuje u vidu više sličnih mineralnih vrsta (tridimit, kristobalit, kalcedon, jaspis). Koja od navedenih vrsta će nastati pri kristalizaciji mineralne materije, pre svega, zavisi od temperature i pritisaka (Sl.3.6.).

Sl.3.6. Varijeteti SIO2 minerala i njihov nastanaka u zavisnosti od termodinamičkh uslova. Po karakteristikama najvažnijih fizičko-mehaničkih svojstava sve navedene mineralne vrste su, u praktičnom smislu, skoro podudarne. Zbog toga se nadalje daje samo opis kvarca. Najčešće u sebi ima uključene gasne, tečne ili čvrste inkluzije. One mu daju različite boje i za svaku takvu vrstu, u praksi su odomaćeni specifični nazivi. Bezbojan, bez inkluzija, se naziva gorski kristal; žuti-citrin je najredja vrsta; ljubičast-ametist; crn-morion; mlećno beli-belutak. Kvarc se često nalazi u prirodi u obliku kristala (Sl.3.7.), za razliku od mnogih drugih mineralnih vrsta kod kojih su kristalni oblici retki. Kristali kvarca su u obliku romboedara koji pokazuju da se radi o niskotemperaturnom kvarcu, ili heksagonalnih prizmi koje se često završavaju bipiramidama (piramide na oba kraja prizmi) 26

koje sigurno pokazuju da se radi o visokotemperaturnom kvarcu čiji je nastanak vezan za nastanak vulkanskih stena. I pored čestih pojava u obliku kristala, ipak su neuporedivo najveće količine kvarca u obliku kristalastih zrna. Retko su ta zrna makroskopski vidljiva. Najčešće se radi o veličini zrna koja se mogu razlikovati nekim od instrumenata za uvećanje, npr. Mikroskopom. Kvarc je mineral koji nastaje u svim geološkim sredinama izuzev u ultrabazičnim. To znači da se nalazi kao bitan sastojak magmatskih, sedimentnih i metamorfnih stena. Količinski posmatrano, on je u nekim stenama zastupljen u velikoj količini, a u nekima ga ima toliko malo da te stene svrstavamo u bezkvarcne (npr. sijenit ima do 5% kvarca). Kvarc je tvrd mineral. To znači da je za rad u stenama koje on izgradjuje, koje su masivne i sa čvrstom silicijskom vezom medju njima, potrebno imati specijalne alate (npr. bušenje se mora izvoditi upotrebom dija-mantskih kruna). Pri dejstvu statičkog opte - rećenja na kvarcna Sl.3.7. Kristali kvarca zrna, ili kvarcne stene, kvarc je otporan. Za razliku od toga pri delovanju dinamičke sile kvarc se ponaša kao krt materijal tj. brzo puca. Nastanak kvarca je vezan za širok dijapazon termodinamičkih uslova. To uslovljava da on može da nastane, kako se uobičajeno kaže, na sve poznate načine: magmatski, pegmatitski, hidrotermalno, metamorfno, sedimentno. SIO2 je jedna od najstabilnijih mineralnih modifikacija u stenama. To znači da se pri promeni termodinamičkih uslova vrši njegovo prevodjenje iz jedne u drugu mineralnu modifikaciju, ali bez promene hemijskog sastava. Zbog toga se kvarc ubraja u malobrojnu grupu minerala koji se praktično ne raspadaju, ne rastvara se u vodi, a jedino ga rastvara fluorovodonična kiselina. Magnetit i hematit su rude gvoždja. Osim u rudnim ležištima, u stenama je rasprostranjeno njihovo nalaženje u vidu uprskanih, medjusobno odvojenih zrna. Spadaju u grupu akcesornih minerala u stenama. Nepovoljni su zbog relativno brzog raspadanja i štetnog dejstva na stene u kojima se nalaze. Kada se govori o tom dejstvu prevashodno se misli na kvarenje estetskih vrednosti kamena. Magnetit se često nalazi u vidu teseralnih oktaedara i rombdodekaedara, a takodje u vidu zrna. Neprovidan je, crne boje i ogreba. Prirodno je magnetičan. Neki oblici privlače samo jedan magnetni pol, a drugi oba. Po tome što je relativno težak u odnosu na većinu drugih petrogenih minerala, lako ga je razlikovati makroskopski. Nastaje kao primarno magmatogeni mineral. Pored toga nastaje i pri kontaktnom i regionalnom metamorfizmu drugih stena. Hematit se nalazi u prirodi u vidu pločastih, listastih, iverastih i kompaktno Zemljia stih masa. U kristalnom obliku su lepi i relativno pravilno razvijeni romboedarski 27

oblici. Takve pojave su retke. Zato se hematit razvija najviše u obliku kristalastih zrna u masama koje su različitih nijansi mrkocrvene boje. Uvek je crvenkastog ogreba. Nastaje magmatski, regionalno i kontaktno metamorfno. Hematit je jedna od najvažnijih ruda gvoždja. Na nekim mestima, kao npr. na Uralu, ležišta hematita su izrazito velika. Pri raspadanju lako prelazi u limonit koji se u gradjevinskom kamenu ocenjuje kao štetan i nepovoljan. Korund je aluminijumov oksid, često sa primesama Cr, Ti i Fe (feri gvoždja). Najčešće, upravo, zbog prisustva navedenih primesa obojen je različitim bojama koje ga svrstavaju u cenjeno drago kamenje. Kada su lepih crvenih boja nazivaju se rubini, plavi su safiri, bezbojni leukosafiri, a zeleni smaragdi. Korund nema cepljivosti. Prelom mu je neravan. Zbog svoje tvrdoće našao je primenu kao abrazivni materijal. Nastaje magmatogeno, pri regionalnom i kontaktnom metamorfizmu stena.

Hidroksidi Hidroksidi su prirodna jedinjenja u čijoj gradji učestvuje vezana zeolitna voda u molekularnom obliku H2O, ali sa neodredjenim brojem molekula. Najvažniji, kao petrogeni minerali, su hidroksidi gvoždja, aluminijuma i silicijuma (tablica br.3.5.). Tablica br.3.5.: Mienerali grupe hidroksida Naziv Limonit Boksit Opal

Hemijski sastav

Tvrdoća

Fe2O3 H2O

2-5

Al2O3 Si2O3

Specifična težina (kN/m3) 35-40

2,5-6,5 5,5-6,5

Oblici minerala

Napomena

Amorfni

Koloidni mineral

23-35 22

Limonit je ruda gvoždja koji nastaje: raspadanjem velikog broja minerala gvoždja (hematita, magnetita, siderita, pirita); iz vodenih rastvora. Tipičan je amorfni mineral, što je u direktnoj vezi sa njegovim nastankom. Nalazi se u prirodi u bubrežastim, grozdastim, Zemljia stim, sigastim i drugim nepravilnim oblicima. Ponekad se limonit nalazi u vidu skrama, ili Zemljia stih nakupina karakteristične limonitski žute boje-oker. Oker često služi kao materijal za dobijanje žute boje. Limonit je polumetaličan mineral. Važan je kao ruda (npr. u rudniku Ljubija) sa manjim sadržajem gvoždja u odnosu na hematit. U gradjevinskom materijalu, kamenu ili agregatu za beton, je štetan i nepovoljan. Boksit je ruda aluminijuma, koju čini više mineralnih vrsta: dijaspor; bemit; hidrargilit i sporogelit. Svi oni su hidroksidi aluminijuma. Naročito u karbonatnim stenama boksiti su često zastupljeni kao sporedni minerali koji nastaju u površinskoj zoni terena tj. u kori raspadanja i ukazuju na procese površinskih izmena karbonatnih stena. Upravo zbog toga se i navode u petrogenim mineralima. Minerali iz grupe boksita su specifične težine od 2,3 (hidrargilit) do 3,5 kN/m3 (dijaspor i bemit). Tvrdoća im takodje varira, od 1 (sporogelit) do 7 (dijaspor i bemit). 28

Opal je amorfna mineralna supstanca SiO 2 sa 3-20% vode. Specifične je težine 1925kN/m3, a tvrdoće po Mosu 5,5-6,5. U prirodi se nalazi u svim oblicima koji su karakteristični za amorfne minerale. Može biti bezbojan, ali najčešće u različitim nijansama crvene, plave, zelene i drugih za oči privlačnih boja. Zbog toga se opal često koristi za dekorativne svrhe i ubraja u poludrago kamenje. Nastaje hidrotermalnim izmenama ultrabazičnih stena tj. alteracijama serpentina

Sl. 3.8. Zonarno građeni opal

Karbonati Karbonati su soli ugljene kiseline (H2CO3). Grupu karbonata čini relativno dosta minerala sa Ca, Mg, Fe, Mn, Zn. Oni se mogu lako zamenjivati i činiti odgovarajuće izomorfne smeše. Po tome se često nazivaju članovima izomorfne grupe minerala kalcita. Imaju slične kristalografske oblike, genezu, slična fizička i hemijska svojstva. Svi, izuzev aragonita, npr. imaju romboedarsku cepljivost, veliki negativni dvolom svetlosti itd. U pogledu geneze, važno je da su oni tipični hidratogeni minerali, koji nastaju iz hladnih voda. U vodi je rastvorena odgovarajuća mineralna materija npr. kod kalcita kalcijum bikarbonat koji pri prekoračenju zasićenja, iz bilo kojih od više mogućih razloga, biva preveden u CaCO3. Zatim, je moguć nastavak procesa, tj. rastvaranje kalcita u vodenoj sredini, ili usled atmosferilija. Najvažniji petrogeni minerali iz grupe karbonata su prikazani u tablici br.3.6. Tablica br.3.6.: Mienerali grupe karbonata Naziv Hemijski Tvrdoća sastav Kalcit CaCO3 3 Magnezit MgCO3 4-4,5 Dolomit CaCO3 3,5-4 MgCO3 Aragonit CaCO3 3,5-4

Spe.težina (kN/m3) 27,2 29-31 28,5-29,5

Kristalografska sistema

29-30

Rombična

Romboedarska Romboedarska Romboedarska

Kalcit se u prirodi relativno često nalazi u formi kristala koji se svrstavaju u romboedarsku kristalografsku sistemu. Takvi oblici se najčešće nalaze duž pojedinih pukotina, kaverni i drugih podzemnih šupljina. Ipak, daleko najveće količine kalcita se nalaze u karbonatnim stenama u vidu kristalastih zrna.

29

Teško se rastvara u običnoj vodi. U 1 litru vode rastvara se 13 mg kalcita. Medjutim, kada u vodi ima ugljen dioksida, a skoro uvek ga ima u manjim ili većim količinama, tada se kalcit lako prevodi u kalcijum bikarbonat. CaCO3 +H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 Kristali kalcita su bezbojni i providni kada je kalcit čist i nazivaju se islandskim kalcitom. Bistri kristali služe za dobijanje polarizovanog svetla u Nikolovim prizmama. Takvi kristali su optički anizotropni i kod njih se svetlo dva puta prelama. Jednom se to dešava pri ulasku svetlosti u kristal, a drugi put pri njenom izlasku iz kristala. Ipak, takvi kalciti su znatno redji, a češći su obojeni primesama i nalaze se u različitim bojama. Vrlo lepi kristali su bele i crvenkaste boje, a znatno redje se nalaze u nijansama braon boje. Boja sivo-crnih krečnjaka, u kojima je takodje kalcit dominantan mineral, uglavnom dolazi od prisustva organske materije. Pored kalcita koji nastaju iz pravih jonskih rastvora, veoma velike naslage kalcita i stena od njih, nastale su biogenim putem. Takav način nastanaka je vezan za živi svet koji u vodenoj sredini koristi karbonatnu komponentu za svoj skelet i ljušture. Posle izumiranja organizama, ostaci padaju na dno vodene sredine, tu se talože i tako nastaju karbonatne naslage. Lako se rastvara u razblaženoj hlorovodoničnoj kiselini (HCl) uz burno oslobadjanje CO2. Magnezit je najčešće veoma sitnozrn, kriptokristalast, jedar, izrazito bele boje. SL. Kristalni varijeteti su romboedri, providni su, ali 3.9. Kristali kalcita se vrlo retko nalaze u prirodi. Prelomi su mu veoma karakteristično školjkasti. Nastaje pri hidrotermalnim izmenama u ultrabazičnim stenama-peridotitima i serpentinisanim peridotitima. Procesi hidrotermalnih izmena su, po pravilu, praćeni formiranjem magnezita u obliku liski, žica, redje i debljih sočiva. Pošto su ultrabazične stene zeleno-crnih boja, a magneziti beli, lako je zaključiti da je to veoma upadljiva teksturna karakteristika stene i minerala koji je u njoj nastao. Pored navedenih ležišta žičnog tipa, poznata su i sedimentaciona ležišta magnezita. Ona su nastala na mestima gde se vršilo taloženje transportovane magnezitske supstancije. Značaj magnezita u stenama je u tome da on ukazuje na odredjene procese koji su se dešavali u primarnim mineralima i stenama uopšte. Prevashodno se misli na to da je njegovo formiranje vezano za proces raspadanja primarnih mineralnih vrsta i obrazovanje sekundarnih. Postojan je mineral u odnosu na atmosferilije. Ima veliki značaj kao sirovina u industriji, naročito za spravljanje vatrostalnih proizvoda, porculana i veštačkog kamena (ksilolita). Dolomit je dvoguba so kalicjuma i magnezijuma. Kristalni oblici ovog minerala su u obliku romboedara. U stenama, masivnim ili slojevitim, najčešće je zastupljen u vidu kristalastih zrna. Često se u karbonatnim stenama smenjuju partije kalcita i dolomita, a što 30

je pre svega uslovljeno mogućnostima mešanja kalcijske i magnezijske komponente. Kristalni oblici dolomita imaju cepljivost paralelnu pljosnima romboedra. I druga karakteristična fizičko-mehanička svojstva dolomita su praktično istovetna kalcitu. U makroskopskom pogledu moguće ga je od kalcita razlikovati po tome što su njegovi prelomi oštrijih ivica i što se intenzivno rastvara u hlorovodoničnoj kiselini kada je ona zagrejana, a ne hladna. Aragonit je alotropska modifikacija CaCO3. To znači da mu je potpuno istovetan hemijski sastav kao kod kalcita, a razlikuje se od njega po oblicima u kojima kristališe. On je rombična modifikacija CaCO3. Relativno lako se razlikuje od kalcita po karakterističnim igličastim i prizmatično izduženim oblicima u kojima se pojavljuje, a koji su često zonarno i loptasto rasporedjeni. Nastaje iz toplih voda. Često je lepih boja i to nijansi žute, redje plave, crvene, crne i dr. boja, što stenu mermerni oniks, koju on izgradjuje, čini najkvalitetnijim ukrasnim gradjevinskim kamenom.

Sulfati Sulfati su soli sumporne kiseline H2SO4. Grupu sulfata čini relativno veliki broj mineralnih vrsta od kojih su petrogeno najvažniji gips i anhidrit. Tablica br.3.7.: Mienerali grupe sulfata Naziv Hemijski Tvrdoća sastav Anhidrit CaSO4 3-4 Gips CaSO4 H2O 2

Specifična težina (kN/m3) 28-30 23

Kristalografska sistema Rombična Monoklinična

Anhidrit kristališe rombično u obliku tabličastih kristala. Najčešće se nalazi u obliku sitnozrnih agregata. Različitih je boja: beo, siv, plavičast, a može biti i bezbojan. Pojavljuje se zajedno sa gipsom, halitom i drugim mineralnim vrstama. Nastaje sedimentaciono iz hemijskih rastvora, u manjim količinama hidrotermalno u vulkanskim oblastima. Anhidrit je nestabilna mineralna vrsta. Teži da primi u sebe vodu, da predje u stabilniju mineralnu modifikaciju tj. u gips. Taj proces je praćen povećanjem zapremine za oko 60% i povećanjem pritisaka do 1100 atm. Gips se u prirodi nalazi u obliku kristala i zrnastih agregata. Kristalni oblici pripadaju monokliničnoj sistemi i razvijeni su u obliku monokliničnih, pločastih, prizmi. Česte su pojave udruživanja po dve kristalne individue i to tako da su zaokrenute za 180 0 oko podužne ose. Tada takvo spajanje čini oblike slične lastinom repku, po čemu su druze zadobile naziv. Takvi oblici se nazivaju blizancima, što je opšti pojam u mineralogiji, a pojava srastanja mineralnih individua se naziva bližnjenjem. Zrnasti gips može biti izgradjen od zrna promenljive veličine. Kada su ona veoma sitnozrna tada se gips naziva alabasterom i služi u vajarstvu. Pored tih oblika nalazi se kao Zemljia st, praškast i listast. Posle pečenja na temperaturi 1200-1300C prelazi u pečeni gips. Proces je praćen gubitkom 75% kristalne vode. Karakteristično je da takav gips može ponovo da primi vodu i da npr. iz praškastog oblika predje u očvrslu masu što je našlo veoma veliku praktičnu primenu kako u gradjevinasrstvu tako u medicini i drugim oblastima ljudske delatnosti. Nečist prirodni gips služi u poljoprivredi za djubrenje zemljišta. Ako se gips peče na višim 31

temperaturama npr. na 4000 C, tada ne može više u sebe da prima vodu i gubi svojstvo vezujućeg materijala.

Sl.3.10. Kristali gipsa: fotosnimak (a); shema udružena dva kristala (b) Gips je primesama različito obojen. Može biti beo, siv, žut, ružičast redje je i bezbojan. Nastanak je vezan za sedimentacione procese iz hemijskih rastvora. Pored toga nastaje hidrotermalnim procesima i u kori raspadanja. Pri površinskom raspadanju stena, u kori raspadanja, pre svega u laporima i srodnim stenama koje sadrže CaCO3 minerale i sulfidpirit, dolazi do hemijskih reakcija i formiranja gipsa. Tako npr. u kori raspadanja beogradskih lapora, na lokaciji narodnog pozorišta, pojave gipsa u glini su na dubini 15-20 m. Gips je mineralna vrsta koja se vrlo lako raspada-rastvara u vodi. =

Sulfidi Sulfidi su jedinjenja elemenata su sumporom. Grupu čine brojni minerali od kojih su svakako najvažniji rudni minerali Ag, Cu, Pb, Zn, Ni, Hg, As, Fe, Mo i dr. Od svih njih petrogeno je najvažniji pirit zato što je on veoma čest sporedni sastojak stena. U stenama se često nalazi u vidu haotično rasporedjenih pojedinačnih zrna, redje u vidu nagomilanja duž pojedinih mikroprslina i pukotina, a prisustvo u bilo kom od tih oblika se ocenjuje kao nepovoljno. Nepovoljno je zato što je pirit podložan relativno brzom raspadanju, a to je u hemijskom smislu praćeno nastajanjem gvoždjevog sulfata i sumporne kiseline. Sumporna kiselina, koja tako nastaje, nagriza sve vrste gradjevinskih materijala. 32

2FeS2 + 2H2O + 7O2 = 2FeSO4 + 2H2 SO4 12FeSO4 + 6H2 O + 3O2 = 4Fe2 (SO4)3 + 2Fe2O3 + 3H2O Fe2(SO4)3 + 6H2 O = Fe2 O3 . 3H2O + 3H2SO4 Osim u obliku nepravilnih nagomilanja, ili zrna, često se u prirodi nalaze kristalni oblici pirita. Tada su to lepi heksaedri (kocke), oktaedri i dr. Karakteristične je zlatno-žute boje. Izrazito veliku zastupljenost ima u kombinaciji sa drugim mineralima iz grupe sulfida, oksida i drugim rudama. Nastaje hidrotermalno na svim temperaturama, redje sedimentno.

Haloidi U grupi haloida značajni su minerali halit, silvin, fluorit i kriolit. Petrogeno je najvažniji mineral halit. Halit NaCl kristališe teseralno u obliku heksaedara. Najveće količine halita (kamena so) su u obliku kristalastih zrna. Kada je čist tada je providan i prozračan. Najčešće se u halitu nalaze uklopci i primese različitih mineralnih materija pa je zbog toga različito obojen (beo, žut, ružičast, crn, plav i dr.). Kristali su u obliku kocki i imaju cepljivost paralelnu pljosnima kristala. Po tim ravnima od velike kocke, može se usitnjavanjem dobiti veliki broj malih. Kamena so se sjaji kao da je od stakla tj. ima staklastu sjajnost. Tvrdoća soli, po Mosovoj skali je 2, a specifična težina 21-22 kN/m3 . Halit se nalazi: kao tipska sedimentna stena izmedju slojevitog lapora (laporca) npr. u Tušnju i Tetimi kod Tuzle; rastvoren je u morskoj vodi sa oko 3%; u slanim jezerima. Iz pravih hemijskih rastvora u morskoj vodi so će preći u čvrsto stanje kada se zato steknu odgovarajući uslovi tj. kada se prekorači granica rastvoljivosti NaCl u vodi. To se može ostvariti u lagunama usled povećanog isparavanja, a koje su odredjenim pregradama odvojene od ostalog dela mora. Slično se dogadja i u tzv. slaništima na obali mora u koja se upušta morska voda iz kojih isparavanjem zaostaje so. Pored toga do obaranja soli može doći zbog povećane koncentracija soli u vodi usled naknadnog prinošenja soli, zato što je u vodu dospela neka od supstancija koja pogoduje procesu kristalizacije, ili se mogu promeniti temperaturni uslovi. Halit je veoma značajna mineralna materija za industrijske potrebe. Zbog svojih specifičnosti, koja je u brzom i lakom raspadanju-rastvaranju halita u vodi, eksploatacija soli iziskuje potrebne mere opreza. U slučaju nekontrolisane eksploatacije može doći do štetnih sleganja terena, oštećenja pa i rušenja brojnih objekata, kao što se desilo u centralnoj zoni grada Tuzle. U području izvozno-eksploatacionog okna u Tuzli, izlužena so je na dubini 270,30-288,80 m (IB-1), a drugi horizont soli koji nije izlužen, je na istoj bušotini na dubini 338,20-358,90 m. Geodetski izmerena sleganja površine terena, usled eksploatacije slanice u centralnom delu tog grada, iznosi više od 10m.

Silikati

33

Silikati su soli ortosilicijske (H4SiO4), metasilicijske (H2SiO3) ili polisilicijske kiseline. Najzastupljeniji su minerali u svim osnovnim vrstama stena: magmatskim, sedimentnim i metamorfnim. Prema istraživačima Klarku i Vašingtonu silikati učestvuju u gradji Zemlje sa preko 80%, a od površine terena do dubine 16 km učestvuju sa više od 95%. Izrazito velika zastupljenost silikata u gradji stena uslovljena je velikim i raznolikim mogućnostima povezivanja SIO4 tetraedara. Svaki taj zamišljeni tetaraedar, u čijem centru je Si a na rogljevima O atomi je četvorostruko negativno naelektrisan. Za kompenzaciju tih četiri negativno naelektrisane valence uključuje se veoma veliki broj elemenata (Mg, Fe, Ca, Na, K, Al i dr.) ili su ti tetraedri medjusobno povezani preko O atoma. Deo SiO 4 tetraedara može biti zamenjen kod alumosilikata aluminijevim tetraedrima (AlO3). Prema vidovima povezivanja SiO4 tetraedara razlikuje se više grupa silikata i to: nezosilikati, sorosilikati, ciklosilikati, tektosilikati, filosilikati i inosilikati (Sl.3.11)

34

Sl.3.11. Podela silikata prema načinima povezivanja SiO4 tetraedara 1) nezosilikati; 2) sorosilikati; 3) ciklosilikati; 4) tektosilikati; 5,6) inosilikati; 7,8) filosilikati Kod nezosilikata SiO4 tetraedri su nezavisni jedan od drugog (nezos = ostrvo). Medjusobno su povezani pomoću katjona Mg, Fe, Al i dr. Takve veze su kod olivina, granata, epidota i dr. minerala. Sorosilikati imaju vezu izmedju dva SiO4 tetraedra preko jednog O atoma. Sličnu vezu imaju i ciklosilikati, s tim što je kod njih cikličan raspored O i Si atoma tako da jednu celinu-prsten čini tri, četiri ili šest tetraedara. 35

Tektosilikati imaju takav vid povezivanja tetraedara da svaki atom kiseonika gradi dva susedna SiO4 tetraedra (npr. feldspati). Filosilikati imaju SiO4 tetraedre rasporedjene u ravnima. To je i osnovni razlog zašto su minerali ove grupe tipični listasti minerali, sa cepljivošću koja je izražena upravo po tim ravnima. Takav vid povezivanja imaju talk liskuni, hloriti, gline i dr. Inosilikati su minerali kod kojih su SiO 4 tetraedri povezani kiseonikovim jonima u beskonačne nizove (pirokseni) i beskonačne trake (amfiboli). Navedeni vidovi povezivanja SiO4 tetraedara se ne mogu videti makroskopskim metodama ispitivanja, već isključivo najdetaljnijim mikroskopskim i rendgenskim ispitivanjima.

Feldspati Feldspatima pripada veliki broj mineralnih vrsta. Učestvuju, kao bitni minerali, u gradji skoro svih vrsta stena. Procenjuje se da feldspati učestvuju u gradji litosfere sa oko 60%. U magmatskim stenama učestvuju sa oko 59%, u metamorfnim stenama sa oko 30% i sedimentnim stenama sa oko 11%. Učešće feldspata u gradji sedimentnih stena je mnogo veće ako se računa da su pojedine sedimentne stene najvećim svojim delom nastale raspadanjem primarnih feldspata., kao npr. gline. Najvažniji minerali medju feldspatima su: ortoklas (tzv. or komponenta) K(AlSi3O8), albit (ab komponenta) Na(AlSi 3O8) i anortit (an komponenta) Ca(Al 2Si2O8). Feldspati se retko nalaze u vidu samo jedne mineralne vrste već su to mešanci. Upravo zato su oni brojni, jer su česte izomorfne smeše Na, K i Ca komponente tj. mineralnih vrsta feldspata u čijoj gradji učestvuju navedeni elementi. Naročito velike mogućnosti mešanja su izmedju ab i an komponente. Minerali tih izomorfnih smeša nazvani su zajedničkim imenom plagioklasi. Najvažniji mineralni predstavnici plagioklasa su prikazani u tablici br.3.8. Tablica br.3.8.: Izomorfne smeše plagioklasa Naziv minerala ab-albitske komponente (%) Albit Oligoklas Andezin Labrador Bitovnit Anortit

90-100 70-90 50-70 30-50 10-30 0-10

an-anortitske komponente (%) 10-0 30-10 50-30 70-50 90-70 100-90

Feldspati su podeljeni na kisele (ortoklas, sanidin, mikroklin, albit i dr.), prelazne (oligoklas i andezin) i bazične (labrador, bitovnit i anortit). Makroskopskim metodama, za razliku od drugih detaljnijih metoda, je veoma otežano prepoznavanje navedenih vrsta feldspata. Nekada je to moguće na bazi karakterističnih boja, npr. kod labradora po plavičastoj boji-labradoriziranje, kod plagioklasa po karakterističnoj zonarnoj gradji koja je naročito izražena kod vulkanita, ili posredno na bazi karakterističnih vrsta magmatskih stena koje oni grade. Po pravilu u kiselim magmatskim stenama preovladjujuće su zastupljeni kiseli feldspati, kod prelaznih magmatskih stena po kiselosti 36

zastupljeni su preovladjujuće prelazni feldspati i kod bazičnih stena bazični feldspati. Mikroklin ima jasnu karakterističnu mrežastu strukturu (Sl.3.12.) koja se nekada i makroskopski vidi, a mirkoskopskim metodama pogotovu. Iz razloga što su svi feldspati praktično istih vrednosti karakteristika najvažnijih fizičko-mehaničkih svojstava, takodje, istovetan im je genetski nastanak, to se ovde daju samo vrednosti za ortoklas. Kristališe monoklinično. U stenama se najčešće nalazi u vidu tabličastih ili nepravilnih zrna. Ima savršenu prizmatsku cepljivost u dva medjusobno upravna pravca, po čemu je i dobio naziv. Prelom mu je neravan. Nalazi se različito obojen. Najčešće je žućkastoSl.3.12. Mrežasta struktura mikroklina ružičaste, bele i crvene boje. Tvrdoća po Mosovoj skali je 6 do 6,5. Specifična težina mu je 25,5 kN/m3 . Nastanak feldspata je vezan za magmatogene procese tj. za konsolidaciju magme. Na najvišim temperaturama prvo iskristalisava anortit, a zatim slede bitovnit, labrador, andezin, oligoklas, ortoklas i dr. Proces rekristalizacije feldspata se odvija i nakon njihovog nastanka. Vrlo je dugotrajan i u osnovi se svodi na to da, u geološki dugom vremenskom periodu, nestabilnije mineralne modifikacije prelaze u stabilnije npr. ortoklas u mikroklin. Raspada se u hidratisane alumosilikate-minerale glina i taj proces se često naziva kaolinizacijom. Proces raspadanja je vrlo spor pa se može, u praktičnom smislu, podrazumevati da ako su u gradjevinske objekte ugradjene stene koje izgradjuju sveži feldspati, oni se neće raspasti u eksploatacionom veku objekata. Inače prvi znak da su feldspati zahvaćeni procesima raspadanja je gubljenje njihove staklaste sjajnosti. Na osnovu svega sledi da su feldspati poželjni i dobri sastojci stena. U industriji porculana ortoklas se koristi sa 17-37%, glina 66% i kvarc 12-30%. Kaolinizacija se hemijski može izraziti: 2K(AlSi 3O8) + 2H2O + CO2 = Al2((Si2O5 (OH)4) + 4SiO2 + K2CO3 Pri delovanju povišenih pritisaka i temepratura, kao i procesa hidrotermalnih izmena feldspati prelaze u sitnoljuspičasti mineral koji se zove ssericit. Sericitizacija se hemijski može izraziti: 3K(AlSi3O8) + H2O + CO2 = KAl2

[ ( AlSi3O10 )( OH ) 2 ] + 6SiO

2

+ K2CO3

Feldspatima su srodni feldspatoidi. Oni imaju znatno manje silicije od feldspata. Najvažniji predstavnici su leucit, analcim i nefelin.

Liskuni 37

Grupu liskuna čine minerali muskovit, biotit i sericit. Oni su tipični listasti minerali iz grupe filosilikata. Učestvuju u gradji zemljine kore sa oko 3,8%. Svi kristališu monoklinično. Hemijski sastav im je nešto komplikovaniji i može se shematski izraziti u sledećem obliku: X+ Y3++ (AlSi3O10) Z2 ili X+ Y2+++ (AlSi3O10) Z2 Gde su: X+ - jednovalentni elementi: Na,K Y++ - dvovalentni: Mg,Fe Y+++ - trovalentni: Al,Fe Z - (OH) Muskovit je liskun u čijoj gradji učestvuju K i Na, srebrnasto bele boje, pripada grupi tzv. salskih minerala. Ime je dobio po Moskvi kroz koju je izvožen kao tzv. rusko staklo. Ima savršenu cepljivovst. To znači da se i najtanje liske mogu usitnjavati u još sitnije, što je kod muskovita i makroskopski veoma prepoznatljivo. Tanke liske su potpuno providne. Liske debljine nekoliko mm, providne, bez oštećenja bilo koje vrste, u prošlosti su služile kao prozorsko staklo. Deblje liske su prozračne, a kompaktnije mase su neprovidne. Izrazito je elastičan mineral. To znači da kada se liske izvedu iz svog prvobitnog položaja-saviju pod dejstovm sile, one će se po prestanku dejstva sile vratiti u svoj prvobitni položaj. Zbog toga on pripada tzv. grupi elastičnih minerala, za razliku od nekih krtih minerala kakvi su hloriti, koji se bez loma mogu saviti a pucaju pri pokušaju da se vrate u prvobitni položaj. Male je tvrdoće, 2-3. Specifična težina muskovita je 28-29 kN/m3. Ima sedefastu, blistavu sjajnost. Pri prolasku struje pruža veoma veliki specifični električni otpor, 102 - 106 Omm, što ga svrstava u odlične izolatore. Veliku primenu ima u elektroindustriji. U procesima raspadanja minerala i stena u kojima je on zastupljen, muskovit zaostaje kao stabilna mineralna vrsta. Praktično, on se samo fizički usitnjava pri odredjenim procesima, a hemijski se ne raspada. Zbog toga je vrlo često, zajedno sa kvarcom, jedan od krajnjih produktata njihovog raspadanja. U stenama se često nalazi u vidu pojedinačnih sitnih liski, a redje u većim nagomilanjima, kao npr. u pegmatitima Prokuplja. Zbog svoje savršene cepljivosti i teškoća u glačanju i poliranju ukrasnog gradjevinskog kamena, smatra se da je nepoželjan sastojak tog kamena. Biotit je liskun u čijoj gradji učestvuju Mg i Fe, nijansi je crne boje, pripada grupi tzv. femskih minerala. Tvrdoće je po Mosovoj skali 2-3, a specifične težine 28-32 kN/m3. Zbog učešća Fe u hemijskom sastavu on je znatno bolji provodnik struje, nije izolator kao muskovit, pa se zbog toga ne koristi u elektroindustriji. Hemijski je nepostojaniji od mukovita, brže se raspada i to u hlorit i limonit. Ostale osobine su mu vrlo slične muskovitu. Sericit je sitnoljuspičasti agregat muskovita. U svemu ostalom je praktično istovetan muskovitu. 38

Amfiboli Amfiboli i pirokseni učestvuju u izgradnji magmatskih stena sa oko 16,8%. U grupu amfibola spadaju minerali tremolit, aktinolit i hornblenda. Njihov hemijski sastav se može shematski izraziti u sledećem obliku: (OH)2 X2Y5 (Z8O22) gde su: X - Ca,Na, Mg, Fe Y - Mg, Fe, redje Al, Fe, Ti Z - Si, manjim delom Al Na bazi hemijskog sastava sledi da su amfiboli femski minerali tj. magnezijskogvoždjeviti silikati. Crne do zelenkaste su boje, staklaste sjajnosti kada su sveži. Najvažniji i najzastupljeniji u stenama su monoklinični amfiboli, a rombični i triklinični su retki i skoro bezznačajni. Kristalni oblici su, po pravilu, izdužene prizme i izdužena zrna koja su nekoliko puta duža od poprečnog preseka. Poprečni presek je šestougaoni, sa jasnom cepljivošću koja je paralelna dvema dužim pljosnima prizme (Sl.3.12). Ugao koji medjusobno zaklapaju ta dva pravca cepljivosti je 1240. Nastaju kao tipični magmatogenipirogeni minerali, na relativno visokim temepraturama. Pored toga, mogu nastati i procesima metmorfizma. Svi amfiboli se raspadaju relativno sporo. Dugotrajnim procesom prevodjenja primarnih amfibola u sekundarne minerale, koji nastaju njihovim raspadanjem, obrazuju se kalcit (proces kalcitisanja), epidot (epidotisanje), hlorit (hloritisanje). Nastanku tih sekundarnih mineralnih vrsta potpomažu hidrotermalni procesi. Petrogeno je najvažniji amfibol hornblenda. Nalazi se u obliku izduženih zrna zeleno-crne boje. Staklaste je sjajnosti, tvrdoće 5-6, specifične težine 29-35 kN/m 3 . Poželjan je sastojak stena.

Pirokseni Pirokseni su grupa minerala koja je vrlo slična amfibolima. Slični su u pogledu nastanka, hemijskog sastava, fizičko-mehaničkih svojstava, raspadanja. Njihov hemijski sastav se može shematski izraziti u sledećem obliku: XY(Z2O6) gde su: X - Mg,Fe,Ca redje Na Y - Mg, Fe (fero i feri), al, Ti, Mn Z - Si delom Al Petrogeno su značajni rombični i monoklinični pirokseni. Triklinični su manje značajni. Rombični pirokseni su enstatit, bronzit i hipersten, a monoklinični augit, diopsid i dijalag. Svi su tipski magmatogeni minerali i nastaju na visokim temperaturama. Redje nastaju kontaktno metamorfno. Kada su kristalni nalaze se u vidu kratkihzdepastih prizmi. Staklaste su sjajnosti, izuzev bronzita i dijalaga koji su metalične 39

sjajnosti. Boja im je, kao i kod amfibola, različitih nijansi crno-zelene. Tvrdoća je 5-6, a specifična težina 30-39 kN/m3. Poprečni presek piroksena je osmougaoni (Sl.3.13.). Jasno im je izražena cepljovost po pljosnima osmostranih prizmatičnih oblika. Ta dva pravca cepljivosti medjusobno zaklapaju uglove od 870. U odnosu na amfibole, pirokseni se mogu lako razlikovati kada su kristali ili zrna dovoljno krupni. Preciznijim metodama ispitivanja mogu se, pored ostalog, razlikovati i po tome što su amfiboli sa (OH) - grupom u hemijskom sastavu, pirokseni bez (OH)-. Odnos (Mg,Fe):Ca je kod Sl.3.13. Poprečni presek kristala amfibola 5:2, kod piroksena 1,2:1. a) pirokseni; b) amfiboli Raspadanjem pirokseni prelaze u sekundarne minerale tj. kalcit, epidot, hlorit, serpentin. U dinamometamorfnim zonama mogu od njih nastati amfiboli. Pirokseni su bitni minerali u bazičnim i ultrabazičnim stenama.

Olivini U grupi minerala koji su nazvani zajedničkim imenom olivini najvažniji minerali su forsterit i fajalit. Forsterit je magnezijumov silikat Mg2SiO4 , a fajalit gvoždjev silikat Fe2SiO4. Olivini su najčešće maslinasto zelene boje, redje nijansi crne boje. Kristalni oblici se svrstavaju u rombičnu kristalografsku sistemu. Medjutim, takvi oblici su izrazito retki. Najšeće se nalaze u stenama zemljine kore u obliku kristalastih zrna. Olivini su bez cepljivosti. Relativno su tvrdi i teški minerali. Tvrdoća im je 6-7, a specifična težina 30-32 kN/m3 kod forsterita, a fajalita 43 kN/m3 . Olivini su tipski magmatogeni minerali. Kristališu iz magme kao prvi petrogeni minerali. Oni se često nazivaju geološkim termometrima, jer iskristalisavaju na tačno odredjenim temperaturama, tj. na oko 14000 C. Minerali su postojani ako se termodinamički uslovi bitno ne menjaju tokom vremena. Kada to nije slučaj, vrši se prilagodjavanje minerala novonastalim uslovima, tako što se postojeće forme minerala prilagodjavaju novim uslovima, ili se vrše još veće transformacije tako da minerali prelaze u nove. Iz tih razloga su obimna prevodjenja olivina u sekundarni serpentin. Prvo nastaje mrežasti serpentin, što se može mikroskopskim metodama jasno videti i detaljno ispitivati. Kao posledica tog prevodjenja u serpentin (serpentinizacija peridotita) u mreži serpentinita kao zadnji neraspadnuti zaostaju zrna peridota-olivina. Na kraju tog procesa i ta zaostala zrna olivina prelaze u serpentin. Procesima hidrotermalnih izmena olivini prelaze u magnezite. Olivini izgradjuju peridotite, gabro stene i bazalte. Zbog svoje zelene i crne boje, relativno velike težine, brojnih pukotina i mikroprslina koje su često prisutne u njima, retko se upotrebljavaju kao gradjevinski kamen. Glačane i polirane ploče olivinskog sastava, nijansi zelene boje, su lep ukrasni kamen za unutrašnje oblaganje u zgradama i kao takve mogu se naći na tržištu.

Serpentin i talk 40

Serpnentini i talk su hidratisani alumosilikati magnezijuma. Serpentin 3MgO 2SiO2 2H2O kristališe monoklinično i najčešće se nalazi u stenama u zrnastim, ljuspičastim (antigorit) ili vlaknastim agregatima (hrizotil, serpofit i vlaknasti azbest). Naročito lepi oblici serpentina su vlaknasti oblici hrizotila i vlaknastog azbesta. Oni najčešće ukazuju na odredjene hidrotermalne procese, koji su se dogadjali u stenama, pri kojima su i sami nastali. Serpentini nemaju cepljivosti. Smolaste i masne su sjajnosti. Boja im je zelena do crna. Prelom im je iverast, školjkast do nepravilan. Tvrdoće su 2,5-4, a specifična težina 2527 kN/m3. Talk 3MgO 4SiO2 H2O je monokliničan. Masnog je opipa, savitljiv ali neelastičan. Boje je bele, svetlozelene do sive. Specifične težine je 27-28 kN/m3, a tvrdoće 1. Sekundarni je mineral, nastaje raspadanjem olivina i piroksena. Zastupljen je u talkovim škriljcima ili u peridotitsko-serpentinitskim stenama duž pojedinih pukotina u vidu tankih presvlaka. Upotrebljava se u industriji kozmetike, papira i kao toplotni izolator.

Hloriti Hloriti su hidratisani alumosilikati magnezijuma i gvoždja. Bitni su minerali u tzv. zelenim stenama, tj. hloritskim škriljcima. Zelene su boje. Male su tvrdoće 1-2,5. Specifična težina im je 26-30 kN/m . Krti su minerali, ljuspasti, savršene cepljivosti, sedefaste sjajnosti. Zbog male tvrdoće i savršene cepljivosti, gradjevinski kamen koga oni izgradjuju nije doborog kvaliteta.

Minerali glina Pod pojmom glina obuhvaćeno je više vrsta minerala. Svi oni nastaju raspadanjem primarnih alumosilikata, najviše raspadanjem feldspata. Zbog veoma sitnih zrna od kojih je glina izgradjena, kao i nemogućnosti da se ona razlikuju i prepoznaju makroskopskim metodama, do skora se mislilo da su gline amorfne mineralne vrste, tj. da imaju potpuno nepravilnu i unutrašnju gradju i spoljašnji oblik. Savreme metode ispitivanja, putem elektronskog miskroskopa, kao i rendgenske metode isipitvanja, potvrdile su da je raspored atoma i jona u mineralima glina pravilan, da se nalaze i u kristalnim oblicima. Minerali glina se mogu prepoznavati metodama bojenja, termičkim metodama i rendgenskim metodama. Mešanjem u tačno odredjenim supstancama različite vrste glina daju drugačije boje. Termičke metode su bazirane na zagrevanju minerala glina i njihovom sposobnošću oslobadjanja vezane vode na odredjenim temperaturama. Rendgenskim metodama se odredjuju elementi kristalne rešetke pojedinih mineralnih vrsta i na bazi toga je moguće najpreciznije odrediti i samu mineralnu vrstu (Sl.3.14).

41

Svi minerali glina se mogu grupisati u tri kristalne grupe i jednu amorfnu. Kristalni predstavnici iz grupe kaolinita su: kaolinit, nakrit i halojzit. U grupi monmorionita su: monmorionit, nontronit i glaukonit. Treću grupu čini ilit. Amorfni predstavnik minerala glina je alofan.

Sl. 3.14. a) Shematski prikaz koloidne čestice, po S. Karamati; b) Voda oko glinene čestice, po A. F. Lebede-u Minerali glina, pored silicije, uvek sadrže aluminijum i znatne količine vode. Glinene čestice su negativno naelektrisane. Kao takve za njih su vezani katjoni mnogih elemenata i disocirana voda. Količina vode i debljina opni vode oko glinene čestice su promenljivi, čestice se na okupu drže tom vodom i usled toga gline se svrstavaju u poluvezane stene. Kada je debljina opnene vode tolika da prelazi mogućnosti njenog fizičkog vezivanja za česticu tada gline prelaze u tečno stanje, a taj višak vode podleže zakonima gravitacije, tj. može teći pod dejstvom sile gravitacije. Minerali glina lako primaju vodu i tako povećavaju zapreminu-bubre. Tvrdoća minerala glina je od 1-3. Specifična težina im je od 20 kN/m3 (monmorionit) do 26 kN/m3 (kaolinit). Boje su različite usled primesa: bele, sive, žute, crne i dr. Genetski kaoliniti su vezani za rastvore sa Na, zemnoalkalnim elementima i fero gvoždjem, a monmorionit za bazičnije rastvore. Gline izgradjuju velika područja i to u površinskoj zoni terena, gde je interakcijsko delovanje sa objektima najveće, pa su stoga te stene veoma značajne sa stanovišta preciziranja uslova fundiranja objekata. Osim toga gline su veoma važan gradjevinski materijal. Služe kao osnovna mineralna sirovina za različitu glinenu robu: blokove, ciglu, crep, pločice, cevi, porcelan i dr. Zbog slabe vodopropustvljivosti služe za izradu injekcionih emulzija, isplake za bušenje terena i dr. Gline sadrže vodu, mnoge alkalijske i amonijske soli koje su značajne za razvoj biljnog sveta, a time i živog sveta uopšte. 42

43

4. STENE UVOD Stene su prirodni polimineralni, redje monominelarni, agregati. Nazivi stena potiču od mineralnog sastava i načina povezivanja minerala u steni (granit, krečnjak i dr. ), ili su fragmenti već postojećih stena tako nagomilani da se te skupine nazivaju specifičnim imenima (pesak, drobina i dr.). Sve stene, koje su zastupljene u gradji zemljine kore, podeljene su u tri grupe: čvrstovezane, poluvezane i nevezane. Mineralna zrna su, u čvrstovezanim stenama, medjusobno koheziono povezana tankom mineralnom kristalizacionom opnom. Kod poluvezanih stena mineralna zrna su koheziono povezana, kao i kod čvrstovezanih stena, s tom razlikom što su sile povezivanja izrazito slabijeg intenziteta. Fragmenti stena kod nevezanih stena se na okupu drže samo silama trenja. Osim stena sa više minerala, znatno je manje monomineralnih stena. Njih izgradjuje samo jedna mineralna vrsta (olivin u dunitu, kalcit u krečnjaku i dr.). U gradji zemljine kore pored stena, u manjoj meri, učestvuju i rude. One zahvataju relativno mala prostranstva, u odnosu na stene. Da li se radi o rudnom ležištu, ili ne, zavisi od procentualne zastupljenosti jednog ili više elemenata u rudi, u odnosu na zastupljenost u gradji zemljine kore. Ako mineralno ležište ima takve dimenzije i procentualnu zastupljenost da se ekonomično može eksploatisati, onda se naziva "rudno ležište". Na osnovu uslova i načina nastanka stene su klasifikovane u tri velike grupe: magmatske, metamorfne i sedimentne. Magmatske su nastale očvršćavanjem usijanog rastopa-magme. Kada se očvršćavanje magme vrši u dubljim delovima litosfere tada nastaju dubinske magmatske stene. U slučajevima kada magma izbije na površinu terena tada od lave nastaju izlivne ili vulkanske stene. U magmatskim stenama, ili drugim koje su u kontaktu sa magmatskim telom, formiraju se žične stene. One su relativno velike dužine u odnosu na njihovu debljinu. Za obrazovanje sedimentnih stena neophodni preduslovi su da se vrši raspadanje već postojećih stena, njihov transtoprt, sedimentacija i dijagenetsko očvršćavanje. Od postojećih magmatskih ili sedimentnih stena, kada one iz bilo kojih razloga, dospeju u uslove povećanih pritisaka i povišenih temperatura, vrši se preobražajmetamorfisanje i tako nastaje treća velika grupa stena tj. metamorfne stene. 44

Sve stene se odlikuju sopstvenim sklopom. Pod tim pojmom podrazumevaju se struktura i tekstura stena. Struktura stena obuhvata: genezu; oblik; veličinu; način medjusobnog srastanja mineralnih zrna. Tekstura stena predstavlja izgled stene u prostoru, tj. stepen uredjenosti i pravilnosti rasporeda pojedinih minerala koji grade stenu.

4.1. Magmatske stene Magmatske stene nastaju iz viskoznog, tečnog, rastopa u procesu njegovog očvršćavanja. To se dešava u dubljim delovima zemljine kore, u plitkoj površinskoj zoni terena, ili kada magma-lava izbije na površinu terena onda tu i očvrsne.Magma se od teško i lako isparljivih komponenti. Teško isparljive komponente su SIO2 ,Al2O3 , Fe2O3 , Fe3O4 , MgO, CaO, Na2O i dr., a lako isparljive komponente su H 2O, HCl, CO, CO2 , SO2 , SO3 , H2S i dr. Pri procesu hladjenja magme dolazi do kristalizacije minerala i obrazovanja odgovarajućih stena. Kristalizacija različitih mineralnih vrsta je najdirektnije vezana za termičke uslove, stanje pritisaka koji vladaju u magmi, vlažnost magme i dr. To se ne odvija haotično, već po odredjenim zakonitostima u pogledu redosleda iskristalizacije pojedinih mineralnih vrsta iz magme, koje su prikazane u nastanku magmatogenih minerala u Bovenovoj šemi redosleda kristalizacije. Odnos lako isparljivih i teškoisparljivih komponenti, u jednom rastopu, predodredjuje da li je ta magma vlažna ili suva. To pogoduje da se pri hladjenju, više ili manje, razvijaju minerali kojima pogoduju jedni ili drugi uslovi. Lakoisparljive komponente, voda i gasovi, delom ulaze u sastav pojedinih mineralnih vrsta, a u nekim slučajevima duž pukotina i raseda izbijaju na površinu terena i tako se oslobadjaju. Količine oslobodjenih gasova su pri pojedinim vulkanskim eshalacijama izuzetno velike. Prema savremenim shvatanjima magma potiče iz dubljih delova litosfere. U tim delovima vladaju izuzetno veliki pritisci i povišene temperature, ali se još uvek održava čvrsto stanje omotača. Ako iz bilo kojih razloga dodje do smanjenja pritisaka, ili npr. usled povećane radioaktivnosti dodje do povišenja temperature, tada dolazi do prevodjenja stenskih masa u tečno stanje, tj. dolazi do njihovog stapanja i nastanka magmatskih ognjišta. Takav stopljeni materijal-magma može da migrira i da u daljem procesu dodje do njenog očvršćavanja u dubljim delovima zemljine kore ili do njenog izbijanja na površinu. Temperaturu magme u unutrašnjosti nije moguće direktno utvrditi. U tom cilju vršena su brojna merenja temperature na aktivnim vulkanima i utvrdjeno da je temperatura lave izmedju 900 - 1400 0C. Ako se ima u vidu da je magma na svom putu do površine već delimično ohladjena može se sa sigurnošću tvrditi da je temperatura magme nešto viša od navedenih vrednosti tj. za granitski rastop oko 1000 0C, a za dunitski oko 1500 0C. Pravilo je da sadržaj lakoisparljivih komponenti u magmi snižava temperaturu kristalizacije minerala.

4.1.1. Oblici magmatskih tela Od očvrsle magme, ili lave, formirana su magmatska tela vrlo različitih oblika. Oblik tih tela je uslovljen najviše dubinom na kojoj se očvršćavanje odvija, a pored toga odnosom očvrslog tela prema slojevitim stenama u okviru kojih je telo nastalo. Najvažniji oblici magmatskih tela (Sl.4.1.) su: batolit, sil, fakolit, Lopolit, Lakolit, štok, žica, ploča, vulkanska kupa, nek, kaldera, krater vulkana. Batoliti su magmatska tela ogromnih 45

dimenzija i u praktičnom smislu, za potrebe graditeljstva, može se podrazumevati da je njihova dubina neograničena. Ostala magmatska tela su mnogostruko manja, u odnosu na batolit, ali su i ona u pojedinim slučajevima izrazito velika. Unutar magmatskih tela postoje brojni prekidi materijalnog jedinstva koji su u vidu raseda i pukotina. Njima je stenska masa podeljena u blokove različitih oblika i dimenzija. Svaki takav blok naziva se monolit. Unutar monolita često su prisutne prsline i naprsline koje delimično presecaju monolit. Monolitni delovi magmatskih blokova se lakše razdvajaju, pod dejstvom dinamičke sile, duž pojedinih karakterističnih latentnih površina. Te površine ustvari čine površine lučenja.

Sl.4.1. Oblici magmatskih tela, prema Butleru U pojedinim slučajevima, lučenje je izraženije i nastalo je kao posledica kontrakcije magme u vreme njenog hladjenja. Kada je lučenje pravilno: stubasto; kockasto; pločasto ili sličnih poliedarskih oblika, tada se kameni blokovi mogu relativno jednostavno oblikovati. Naročito je to povoljno pri izradi kocki i ivičnjaka za puteve, blokova za zidanje i obzidjivanje i bilo koje druge namene. Nepovoljno je slučaj kad je lučenje nepravilno, pogotovu kad je kuglasto. Tada je po pavilu nemoguće, ili veoma otežano relativno brzo i jednostavnim orudjem, dletom i čekićem, dobiti pravilne poliedarske oblike. I kada se obrada i usitnjavanje vrši rezanjem, lučenje je od velikog uticaja na uslove i mogućnosti te obrade.

46

4.1.2. Sklop magmatskih stena Pojam sklopa obuhvata strukturu i teksturu magmatskih stena. Na vrstu strukture utiču: veličina zrna, medjusobna povezanost zrna, geneza stene. Osnovne vrste struktura magmatskih stena su: zrnasta, porfirska, ofitska i porfiroidna. Za zrnasti tip strukture karakteristično je da su sva zrna iskristalisala, da su medjusobno vezana kohezionim silama. Zrna su najčešće izometrična i približno podjednake veličine. To sve ukazuje na lagan proces očvršćavanja magme u jednom dugotrajnom ciklusu. Po ovakvom tipu strukture lako su prepoznatljive dubinske magmatske stene koje se još često nazivaju i plutonitima. Slična zrnastoj strukturi je porfiroidna struktura. Za nju je karakteristično da su sva zrna takodje istristalisala, kao i kod zrnaste strukture. Medjutim, u samom procesu očvršćavanja nekim zrnima pogoduju termodinamički uslovi, kao i uslovi vlažnosti, pa pojedine vrste minerala brže rastu od drugih. Time se dobija stena koja ima pojedine minerale koji su krupniji od drugih. Na prvi pogled taj tip strukture je sličan porfirskoj i ako suštinski je različit, pa je zbog toga i struktura dobila naziv porfiroidna. Porfirska struktura je karakteristična po tome što se krupnija zrna, koja se nazivaju fenokristali, nalaze u tzv. osnovnoj masi. Tu osnovu masu čine kristalna sitna zrna koja su po vrsti identična fenokristalima, ili u slučajevima kada je proces hladjenja nagao i ne Sl.4.2. Karakteristični oblici deljenjalučenja magmatskih stena a) Stubasto; stignu minerali osnovne mase da iskristališu onda je ona amorfna. Ovaj vid strukture b) Pločasto; c) Kuglasto ukazuje da se proces hladjenja odvijao u dve faze. U prvoj, proces hladjenja je tekao relativno dugo i sporo, iskristalisala su krupna zrna i ona su bila uronjena-okružena magmom. U drugoj fazi, zbog raznih okolnosti, došlo je do brzog hladjenja zaostale neiskristalisale mase i iz nje je nastala tzv. osnovna masa. Kada je proces hladjenja vrlo brz tada osnovna masa naglo očvrsne. Zbog toga ona postaje amorfna tj. bez ikakve pravilnosti u unutrašnjoj gradji. Ako je proces hladjenja u toj drugoj 47

Sl.4.3. Zrnasti tip strukture a) Mikroskopski snimak b) Fotografija

Sl.4.3. Porfirski tip strukture a) Mikroskopski snimak b) Fotografija

fazi nešto sporiji, još uvek mogu zrna očvršćavati tako da su sačuvane pravilnosti u unutrašnjoj gradji. Za makroskopsko pre-poznavanje stena sa porfirskim tipom strukture bolje je kada je stena izgradjena od procentualno veće količine osnovne mase nego što ima fenokristala. Kada su fenokristali veoma sitni otežano je makroskopsko razli-kovanje zrnaste i porfirske strukture. I u tim slučajevima, na mikroskopskim prepa-ratima, lako se razlikuju ta dva osnovna tipa stukture. Porfirski tip strukture je karakte-rističan za izlivne-vulkanske stene. 48

Ofitska struktura je karakterističan kod malog broja stena, npr. kod dijabaza. Za tu strukturu je karakteristično da su izdužena zrna plagioklasa medjusobno isprepletana u formi rešetke,a izmedju njih je iskristalisao piroksen. U zavisnosti od toga da li su zrna koja učestvuju u gradji neke stene pravilnih oblika ili nisu, da li je osnovna masa kristalasta ili drugačija, uobičajeno je više podvrsta navedenih struktura magmatskih stena. Pod pojmom teksture stene se podrazumeva prostorni raspored mineralnih zrna koja grade stenu. Ona mogu činiti ure-djene ili neuredjene sklopove, tj. mogu popu-njavati prostor stene tako da su pravilno ili nepravilno orijentisana; približno homogenoravnomerno ili nepravilno rasporedjena u prostoru. U pojedinim delovima mogu biti nagomilani pojedini minerali, ili oni mogu biti tako rasporedjeni da izmedju njih ostaju nepopunjene pore i šupljine. Osnovni vidovi tekstura magmatskih stena su: masivna (homogena), planparalelna, fluidalna, šlirasta, mehurasta i mandolasta. Kod masivne teksture svi minerali u steni su rasporedjeni bez ikakvih pravilnosti. Za razliku od masivne, kod planparalelne teksture listasta ili izdužena zrna su iskristalisala duž paralelnim ravnima. Njihovi položaji su uslovljeni pravcima kretanja magme ili delovanjem blagih usmerenih pritisaka koji su Sl.4.5. Shematski prikaz osnovnih tekstura magmatskih stena: masivna vladali u magmi. Šlire predstavljaju nagomilanja tamnih minerala u steni. Mehurasta tekstura je (a); paralelna (b) karakteristična za magme bogate parama i gasovima kod kojih je pri očvršćavanju zaostalo dosta šupljina. Kada se ti prazni prostori zapune mineralnom materijom, dijagenetski ili postgenetski, najčešće kalcitom ili kvarcom, tada stena ima mandolastu teksturu.

4.1.3. Klasifikacija i prikaz magmatskih stena Prema hemijskom sastavu tj. procentualnoj zastupljenosti silicije (SiO2) magmatske stene se mogu klasifikovati na kisele (silicije ima više od 66%), prelazne ili inetrmedijarne (silicije ima od 52-66%), bazične (silicije ima od 45-52%) i ultrabazične (silicije ima manje od 45%). Prema tome i sve vrste magmi iz kojih nastaju magamtske stene, podeljene su na granitsko-sijenitske, granodioritske, gabro, peridotitske i nefelinske. Navedene vrste magmi imaju svoje dubinske, izlivne i žične predstavnike. Konsolidacijom svih magmi prvo iskristalisavaju sporedni sastojci, koji zbog promena u magmi ne mogu više da budu u stopljenom stanju, a potom kristališu svi ostali bitni i drugi sastojci stena. U stenama minerali mogu biti bitni, sporedni i akcesorni (slučajni). Bitni su oni koji su zastupljeni u značajnoj količini i na bazi kojih je stena i zadobila svoj naziv. Sporedni se nalaze u malim količinama i kao takvi mogu se nalaziti u više različitih vrsta stena. Akcesorni se takodje javljaju u malim količinama i uglavnom ukazuju na neke specifične procese koji su se dogadjali u vreme nastanka stene ili kasnije. Povezivanje različitih minerala u steni nije haotično. Spajaju se minerali koji kristališu na relativno istovetnim termodinamičkim i drugim uslovima. Zbog toga nema magmatskih stena u kojima su zajedno, kao bitni minerali, kvarc i olivin. Dubinske magmatske stene su nastale u dubljim delovima zeljine kore. Imaju zrnasti tip strukture što je posledica dugotrajnog i laganog procesa očvršćavanja magme. 49

Žične magmatske stene se nalaze u vidu žica koje presecaju matični plutonit ili okolne stene. Kada je sastav žičnih stena identičan matičnom plutonitu, a razlika je samo u strukturi tih žica, tada se te žične stene nazivaju ašistnim. Kod druge vrste žičnih stena, diašistnih, njihov sastav se unekoliko razlikuje od sastava matičnog plutonita. Žične stene se razlikuju od okolne mase i po boji dominantnih minerla. Kada su oni izgradjeni pretežno od feldspata i kvarca, npr. u aplitu, tada su žice znatno svetlije od matične stene (žične stene tzv. aplitskog niza). Obrnuto, kada su dominantni femski minerali žice su znatno tamnije od matične stene (žične stene tzv. lamprofirskog niza). Izlivne magmatske stene se klasifikuju prema starosti na mladje-kenotipne i starije -paleotipne.

Stene granitske magme Redosled iskristalisavanja-očvršćavanja minerala u stenama granitske magme je sledeći: 1. Sporedni sastojci: cirkon, magnetit, apatit; 2. Muskovit i biotit, redje augit i hornblenda; 3. Kiseli feldspati; 4. Kvarc. Dubinske magmatske stene su granit i sijenit. Žične su granitporfir, sijenitporfir, aplit, pegmatit i mineta. Izlivne stene su kvarcporfir, porfir, riolit i trahit. Dubinske magmatske stene su graniti kod kojih je kvarc bitan mineral i sijeniti kod kojih je kvarc sporedan (do 5%). Graniti su dobili naziv po zrnastoj strukturi (granum=zrno). Uobičajeno je u tehničkoj petrografiji da se po krupnoći zrna dele stene, pa i graniti, kako je to dato u balici br.4.1. Najčešće graniti u svom sastavu imaju kiseli feldspat, kvarc, jedan ili oba liskuna, muskovit i biotit. Redji su graniti sa hornblendom ili augitom. Nazivi granita su po pravilu po količinski najzastupljenijem mineralu koji ih gradi. Vrlo lepi graniti crvene boje su iz nalazišta u Finskoj, tzv. rapakivi graniti. Crvena boja im potiče od crvenih feldspata. Slični njima, crvene su boje i naši sijeniti iz mesta Tande u Istočnoj Srbiji. Struktura im je zrnasta, a samo retko porfiroidna. U pogledu teksture graniti su najčešće masivni, redje su šlirasti, kuglasti, gnajsoliki. Fizičko-tehnička svojstva svežih granita su sledeća: zapreminska težina im je u granicama 25-27 kN/m3; ukupna poroznost magmatskih stena uopšte, pa i granita, je mala i iznosi 0,3-5% (najčešće 1,9%); čvrstoća na pritisak je od 110-245 MN/m2 (najčešće oko 180 MN/m2 ); habanje svežih granita iznosi 3-8 cm3 /50 cm2 . Graniti su postojani su na dejstvo mraza. U dugotrajnom vremenskom periodu, tzv. geološkom vremenu, graniti su podložni raspadanju. Konačni produkt fizičko-hemijskog raspadanja granita je granitski grus. On ustvari predstavlja raspadnutu dezintegrisanu stenu, tako da su feldspati potpuno Tablica br. 4.1.: Podela stena prema krupnoći zrna Klasifikacija po Veličina zrna veličini zrna ( mm ) Grubozrne > 10 Krupnozrne 5-10 Srednjezrna 3-5 Stinozrna 1-3 Veoma sitnozrna 2 (mm) Drobina Šljunak Breča Konglom etrar

Psamiti 0.02-2 (mm) Pesak

Alevroliti 0.002-0.02 (mm) Alevrit

Peliti < 0.002 (mm) Mulj

Peščar

Les Crvenica Alevrolit

Glina Lapor Glinac Laporac

Tablica br.4.3.: Podela drobine i breče prema veličini zrna Naziv Veličina fragmenata (mm) Blokovi veća od 1000 Krupice 250-1000 Vrlo krupna 100-250 59 Srednje krupna 10-100 Sitna 5-10 Vrlo sitna 2-5

Drobina i breča su klastične sedimentne stene kod kojih su fragmenti krupniji od 2 mm i imaju oštre, nezaobljene, ivice. Najčešće nastaju padinskim procesima pa se i nazivaju padinska

drobina, ili padinska breča. Izuzev toga poznate su i one koje nastaju tektonskim procesima pa su po tome i zadobile naziv. Kada su po sastavu pre-težno organskog porekla nazivaju se lumakele. Zbog relativno velike krupnoće fragme-nata (tablica br.4.3.), može se u drobini i breči makroskopskim metodama prepo-znati petrološki sastav fragmenata. U tom pogledu postoje: krečnjačke, mermerne, granitske, serpentinitske i dr. Vezivo, cement, koji povezuje fragmente može biti raznovrsno. Najčvršću vezu daje silicijsko vezivo, a najslabiju glinovito. Stene koje imaju karbonatno vezivo su zadovoljavajuće čvrste, pod uslovom da su takvi i fragmenti koji se vezuju (krečnjačke breče). Breče su masivne. Njihova čvrstoća najviše zavisi od petrološke vrste fragmenata, vrste veziva i načina povezivanja. Kod breča sa karbonatnim i silicijskim vezivom čvrstoća na pritisak varira od 100-150 MN/m2. Breče sa pojedinih lokalnosti služe za dobijanje vrlo lepih ukrasnih gradjevisnkih ploča. Kao takve najpoznatije su mermerne breče iz Ropočeva, osim njih dobre su krečnjačke i serpentinitske breče. Šljunak i konglomerat su stene koje imaju zaobljena zrna prečnika većeg od 2 mm. Smatra se da je za potpuno zaobljavanje fragmenta stene potrebno da materijal bude nošen i kotrljan u vodenoj sredini na putu dugačkom 10-30 km. Zbog relativno velike krupnoće zrna u ovim stenama je moguće, makroskopskim metodamam prepoznati petrografski sastav stena. Obzirom da je šljunak nastao od transportovanog materijala u vodenoj sredini, to je moguće na bazi sastava šljunka tačno znati i sastav slivnog područja. Slivna područja su najčešće heterogena, u pogledu vrsta stena koja ih izgradjuju, pa su shodno tome šljunkovi i konglomerati takodje heterogeni. Samo retko šljunkovi su homogeni i tada su sastavljeni samo od jedne vrste stena ili jednog minerala. Prema mestu gde se obrazuju dobili su nazive: potočni, rečni, jezerski, morski, pustinjski. Šljunak je odličan gradjevinski materijal. Povoljan je za izradu nasipa, drenaža, a naročito Tablica br.4.4.: Podela šljunka i kao agregat betona. Za spravljanje svežeg betona koristi se mešavina više frakcija. Za to je povoljan konglomerata prema veličini zrna Naziv Veličina fragmenata šljunak koji je nastao od svih vrsta svežih magmatskih stena. Najvažnije je da u šljunku (mm) nema glinovito-prašinastih čestica, organskih Oblutice veće od 250 materija, škriljavih stena ili listastih minerala, Vrlo krupan 100-250 stena sa piritom i drugih nečistoća. Takodje Krupan 60-100 nepovoljan je šljunak izgradjen od amorfne Srednje krupan 10-60 silicijske materije (opal, rožnac, jaspis) zbog Sitan 5-10 stupanja u hemijsku reakciju sa kalcijskom Vrlo sitan 2-5 komponentom iz cementa.

60

Konglomerati su obično slojeviti. Petrografski sastav, vrste veziva, načini vezivanja su slični kao kod breča. Čvrstoća na pritisak konglomerata je od 50-120 MN/m 2, a izuzetno kod onih koji imaju silicijsko vezivo i pretežno ih čine silicijska zrna, može biti i veća od 200 MN/m2. Za razliku od šljunka, kognlomerati imaju neuporedivo manju upotrebu u graditeljstvu. Pesak i peščar su stene sa veličinom zrna 0,02-2 mm. Stepen zaobljenosti zrna zavisi od dužine njihovog transporta. Makroskopskim metodama ispitivanja, eventualno, se može prepoznati njihov mineralni sastav. Redje u peskovima je zastupljen samo jedan mineral i tada se nazivaju monomineralnim ili oligomiktnim. Češće, peskove izgradjuje više mineralnih vrsta, najčešće kvarc i muskovit i tada se nazivaju polimineralnim ili polimiktnim. Pored kvarca i muskovita često su u peskovima zastupljeni i drugi minerali, po pravilu oni koji su dosta fizičko-hemijski otporni, kao npr. cirkon, rutil, apatit, granat, magnetit, turmalin, zlato i dr. Prema najzastupljenijem ili najvažnijem mineralu, peskovi dobijaju svoje nazive npr. kvarcni pesak iz Rgotine (SiO2 ima preko 99,65%). Prema krupnoći zrna razvrstavaju se u sledeće: krupnozrne 1-2 mm; srednje veličine zrna 0,5-1 mm; sitnozrne 0,02-0,5 mm. Po genezi materijala, načinu transporta i sedimentacionoj sredini pesak se deli na: marinski, jezerski, rečni, eolski. Naročito velike količine peska su nastale u morskim uslovima taloženja, u pliocenoj periodi, sačuvane su do danas. Iz geoloških perioda starijih od pliocena, narotičo u pojedinim od njih ili njihovim odeljcima, zaostale su ogromne količine vezanog peska-peščara. Pesak ima veliku primenu u gradjevinarstvu, livačkoj industriji i industriji stakla, služi za dobijanje pojedinih vrsta korisnih mineralnih sirovina. U gradjevinarstvu se najviše koristi za spravljanje maltera. Krupnozrniji se koriste za zidanje, a sitnozrniji za malterisanje. Za te potrebe najbolji je pesak Dunava, Drine, Morave i drugih većih reka. Pesak mora biti čist, bez prisustva značajnijih količina limonita, gline, prašine i organskih materija. Upravo pojedine od tih komponenti su vrlo često zastupljene u eolskim, jezerskim i prekvartarnim peskovima pa se oni ocenjuju kao nepovoljni. U livačkoj industriji pesak se koristi za kalupe. U industriji stakla su najstroži kriterijumi u pogledu mineralne zastupljenosti kvarca i čistoće. Za to je neophodan kvarcni pesak sa učešćem silicije preko 98%. Peščar je vezani pesak nekim prirodnim cementom. Cementi mogu biti uneti u stenu singenetski, kada je nastala i sama stena ili postgenetski. Najčešće su peščari slojeviti, redje masivni. Mineralni sastav, veličina zrna, nazivi su identični peskovima. Čvrstoća na pritisak im je najčešće u granicama 100-180 MN/m2. Kod kvarcnih peščara sa silicijskim vezivom može dostići vrednosti i do 340 MN/m 2 . Zapreminska težina im je 22-27 KN/m 3. Imaju poroznost u iznosu 0,3-17% što je znatno više nego kod magmatskih stena. Boja peščara je najčešće siva, žuta, crvena (permski peščar), crna, bela. Primena im je raznovrsna: za temelje objekata, stepenike, spoljnu dekoraciju zgrada, potporne stubove, nasipe i dr. Les je peskovito-prašinasta stena, eolskog porekla. U njegovoj gradji dominantni minerali su kvarc (50-70%), feldspati i kaoliski minerali (10-20%), liskuni i kalcit (2-30%). Zrna krupnija od 0,1 mm učestvuju sa oko 20%, zrna veličine 0,1-002 mm sa oko 70% i zrna sitnija od 0,002 mm sa oko 10%. Stena je poluvezana, a vezivo je 61

kalcitska komponenta. Poluvezana je, jer su kohezione sile medju zrnima slabe, pa u slučaju njegovog dospeća u vodu, ili prodora vode u njega i provlažavanja, dolazi do gubljenja kohezije i razaranja primarne strukture lesa. Do toga dolazi usled rastvorljivosti karbonatne komponente i delovanja kapilarnih napona.

Sl. 4.10. Profil terena na lokaciji reyervoara Tatarsko brdo-Novi Sad, l-horizonti lesa; pz-"pogrebena Zemljia " Fizičko-mehaničke karakteristike lesa su sledeće: veličina čestica je najčešće u granicama 0.01-0,05 mm. Stepen ujednačenosti zrna U = d10/d60 je manji od 5. Zapreminska težina lesa u prirodno vlažnom stanju je 13,9-19,5 kN/m3, a u suvom stanju 11,5-17,8 kN/m3. Na naknadno provlažavanje je osetljiviji les manjih vrednosti zapreminske težine. Ima veliku ukupu poroznost, 30-50%. Koeficijent filtracije je veći u vertikalnom pravcu (K>10-5 m/s) nego u horizontalnom. Les je prljavo žute boje, sa jasno izraženom makroporoznošću. Unutar naslaga lesa nalaze se tzv. "pogrebene zemlje". Njihova debljina je najčešće oko 1 m. Ukupna debljina lesa, sa horizontima "pogrebene zemlje" kod nas je do 40 m, u Kini do 400 m. Po mineralnom sastavu "pogrebena Zemljia " se ne razlikuju mnogo od pravog lesa, stim što je nešto više glinovite komponente. Pogrebene zemlje su 62

braon-crvene boje, po tome se jasno razlikuju od pravog lesa i one ustvari predstavljaju produkte raspadanja lesa, u njegovoj površinskoj zoni, za vreme prekida u navejavanju i donošenju novih horizonata. Prema istraživaču Gorjanoviću maksimalan broj "pogrebenih zemalja" može biti sedam. Najčešće na lesnim odsecima se jasno zapaža 1-3 "pogrebene zemlje". U podinskoj zoni lesnih horizonata, u manjoj količini i duž pojedinih pukotina i kaverni po celoj debljini lesa, obrazuju se nagomilanja karbonatno-glinovitog sastava koja se nazivaju lesnim lutkicama. One sastavu najviše odgovaraju laporcima, najrazličitijih su oblika, pa su po tome i dobile naziv. Nastale su tako što voda, krećući se kroz les, rastvara CaCO3 komponentu iz lesa, a potom se ponovo karbonat istaložuje iz vode i očvršćava zajedno sa prašinasto-glinovitom komponentom. Les ima jedno vrlo važno i korisno svojstvo da je na obodima lesnih platoa, ili u iskopima, nagib kosina relativno stabilan i kada su one skoro vertikalne. Ustvari često su u lesu prisutne vertikalne pukotine koje potpomažu obrušavanju pojedinih blokova, zatim moguće je da dodje do naknadnog provlažavanja čime se stabilnost umanjuje. Pored toga bitna je dužina vremenskog perioda u kom se razmatra stabilnost prirodnih i veštačkih kosina, kao i stepen stabilnosti koji se zahteva. Les se koristi u industriji gradjevinkog materijala kao odličan materijal za izradu: cigle, blokova i crepa. Grupi alevrita pripadaju još prašina (alevrit) i vezana prašina (alevrolit). Glina je veoma značajna jer često izgradjuje teren na kome se grade objekti, a takodje ima veliki praktični značaj u industriji gradjevinskog materijala. Nastaje uglavnom raspadanjem primarnih alumosilikata. Prema vodećem mineralu koji gradi glinu naziva se kaolinitska, monmorionitska i ilitska. U glini često ima uklopaka i drugih minerala, peskovitih zrna, limonita, organskih materija. Tada su gline nečiste. Pored mineraloške klasifikacije gline se često dele na: ilovače koje su posne gline sa velikim sadržajem peska i kalcijum karbonata; umu u sebi sadrži dosta magnezijuma; laporovita glina ima CaCO 3 u iznosu 5-15%; porculanska glina je masna mlečnobele do sivobele boje, visoko vatrostalna. Prema mestu postanka gline se dele na rečne, barske, jezerske i marinske. Fizičko-mehanička svojstva glina su vrlo različita u zavisnosti od vodnofizičkih svojstava, u manjoj meri i zavisno od mineralne vrste. Stoga su date orijentacione vrednosti koje su dobijene na nekim uzorcima aluvijalne gline: specifična težina oko 25-27 kN/m 3; zapreminska težina suvog uzorka oko 12-15 kN/m 3, a prirodno vlažnog uzorka oko 16-20 kN/m3 ; vlažnost uzorka u prirodnom stanju oko 16-51%, na granici tečenja oko 36-65%, vlažnost uzorka na granici plastičnosti oko 22-39%; kohezija 5-35 kN/m 2; ugao unutrašnjeg trenja 15-250; modul stišljivosti 5-10 MN/m2 , Ckd izmedju 1.000-3.000 kN/m2. Glina ima veliki praktični značaj u industriji gradjevinskog materijala. Glavna je sirovina za dobijanje blokova, crepa, cigle, keramičkih pločica. Pored toga, koristi se za isplaku pri bušenju i zaptivnom injektiranju stenskih masa u procesu poboljšanja svojstava terena. Glinac je dijagenetski očvrsla glina. Po pravilu je slojevite teksture. Lako se raspada pod dejstvom površinskih uticaja. Lapor je poluvezana stena u kojoj pored glinovite komponente ima CaCO 3 u iznosu 35-65%. U kori raspadanja lapor je žućkaste boje, a dublje, u svežim masama je sive ili crvenkaste boje. Po fizičko-mehaničkim svojstvima i bitnim karakteristikama srodan je glini. 63

Dijagenetski očvrsli lapor se naziva laporac. Najčešće je slojevite teksture, podložan uticajima površinskog raspadanja. U industriji gradjevinskog materijala koristi se cementni laporac za dobijanje cementa. Mulj izgradjuju najsitnje čestice. Po prirodi sedimentecionog procesa, iz rastvora koji sadrži klastična zrna, zadnje se obaraju te sitne čestice koje daju mulj. U mineraloškom pogledu pretežno ga grade gline. Sitne čestice mulja imaju veliku specifičnu povšrinu i za sebe vežu relativno veliku količinu vode. Takodje pripadaju grupi stena sa najvećom ukupnom poroznošću koja iznosi i do 80%. Dijageneza mulja je dugotrajan proces. Zbog toga, kao i velike poroznosti, velikih sleganja, nestabilnosti i slabe-skoro nikakve nosivosti, mulj je izrazito slaba stena za fundiranje objekata. Veoma nepovoljan je u agregatu za beton i malterima. Nepovoljnost je u tome što mulj, ako ga ima, obavija zrna peska, šljunka, drobljenika i sprečava adheziju tj. povezivanje mineralnih zrna sa vezivom-cementom. Prema našem standardu u krupnom agregatu za spravljanje betona može maksimalno biti 5% muljevitih sastojaka, u sitnom do 1%. U agregatu koji se dobija drobljenjem, muljevitih sastojaka sme da bude više za 50% nego u prirodnom nedrobljenom.

Hemijske i organogene sedimentne stene Hemijske stene su nastale iz pravih jonskih rastvora. Najvažnije stene hemijskog porekla su: gipsit, anhidrit, bigar, mermerni oniks, kamena so i led. Gipsit i anhidrit se često nalaze udruženi ili u partijama koje se medjusobno smenjuju. Obe stene, kao i kamena so-halit, su monomineralne stene i sva bitna svojstva tih stena su istovetna svojstvima minerala. Bigar je hemijski sediment koji nastaje istaložavanjem CaCO3 iz kalcijumbikarbonata. To se obično dešava na izvorima, u rekama i jezerima. Biljni svet kao i proces intenzivnog raspršivanja vode na vodopadima, pogoduju oslobadjanju CO2 i taloženju kalcijumkarbonata. Bigar je izrazito porozna stena bele, žućkste i crvenkaste boje. Lak je, dobro provetriv. Dobar je zvučni i toplotni izolator. Kao takav dobar je gradjevisnki kamen za zidanje pojedinih delova zgrada, minareta i dr. Male je čvrstoće pod pritiskom 3-15 MN/m2. Otporan je na djestvo mraza zbog prisutne makroporoznosti. Mermerni oniks je takodje CaCO3 stena. Nastaje iz toplih voda, redje iz hladnih. Glavni mineral koji ga izgadjuje je aragonit i to najčešće u vidu izduženih zrna. Naročito lepi mermerni oniksi su oni kod kojih se zonarno smenjuju različite boje (žute, plave, crvene, bele i dr.). Oniks se dobro glača i polira i naročito do lepog izražaja tada dolaze zonarno gradjeni i različito obojeni. Zbog toga se mermerni oniks ubraja u najkavalitetniji ukrasni gradjevinski kamen. Najviše se koristi za izradu ukrasnih ploča različitih dimenzija, u manjoj meri kao skulptorski kamen. Organogeni sedimenti su nastali taloženjem ostataka životinjskog i biljnog sveta. Zbog toga su podeljeni na zoogene, koje su nastale sedimentacijom skeleta i ljušturica životinjskog sveta, a fitogene su nastale sedimentacijom stabala, grana, lišća, polenovog praha i drugih delova i sastojaka biljaka. Krečnjak je zoogena sedimentna stena koja ima veliko rasprostranjenje. U nekim područjima cele geološke formacije su izgradjene od krečnjačko-dolomitskih stena. Krečnjak je nastao od fosilnih ostataka, ljuštura i skeleta, mnogobrojnih vrsta morskih i jezerskih životinja: brahiopoda, amonita, korala, numulita, cefalopoda, litotamnija. Manje količine krečnjaka nastaju kao hemijski talozi. 64

Retko su krečnjaci čisti. Obično se smenjuju sa dolomitima i sadrže minerale gvoždja, gline, organske materije, zrna Tablica br.4.5: Podela karbonatno peska i dr. Tekstura im je masivna ili glinovitih stena slojevita. Prema zastupljenosti glinovite i CaCO3 kompo-nente postoji više vrsta GlineGline (%) Naziv stene CaCO3 krečnjačko glinovitih stena (tablica br.4.5). (%) Prema učešću CaCO3 i (Ca,Mg)CO3 0-5 Krečnjak 95-100 postoji više vrsta krečnjačko dolomitskih 5-25 Laporoviti 75-95 stena (tablica br.4.6. ). Krečnjak Krečnjaci su najčešće belo-žute boje. 25-35 Glinoviti 65-75 Kada u svom sastavu imaju primese Krečnjak gvoždjevih oksida obojeni su crveno. 35-65 Laporac 35-65 Usled prisustva organske materije oni mogu biti nijansi crne boje. Često su u 65-85 Glinoviti 15-35 krečnjacima zastupljene kvrge i druga laporac manja ili veća nagomilanja, rožnaca što se 85-95 Laporoviti 5-15 ocenjuje kao nepovoljno. Čvrstoća na glinac pritisak krečnjaka je od 20-295 MN/m2. 95-100 Glinac 0-5 Zapreminska težina im je 21-28,7 kN/m3. Ukupna poroznost varira od 0,3-27%. Tablica br.4.6. Podela krečnjačko Abanje je relativno veliko i iznosi 10-70 dolomijskih stena 3 cm /50 cm2, najčešće 16 cm3/50 cm2. U CaCO3 x Naziv stene CaCO pojedinim područjima krečnjaci su MgCO3 intenzivno karstifikovani. Time su na 3 (%) (%) površini nastali brojni površinski oblici (škrape, vrtače, uvale, karstna polja), a 0-10 Krečnjak 90ispod površine terena podzemni oblici 100 (karstni kanali, pećine). 10-50 Dolomitski 50-90 Krečnjaci imaju vrlo veliku primenu krečnjak u gradjevinarstvu. Koriste se kao lomljen i 50-90 Kalcijski 10-50 drobljen kamen, za zidanje, za izradu dolomit ploča, kao agregat za beton, mineralna 90-100 Dolomit 0-10 sirovina za kreč. U crnoj metalurgiji se koriste za topljenje ruda. U poljoprivredi služe za djubrenje zemljišta. Veliku i raznovrsnu primenu imaju i u hemijskoj industriji. Dolomiti su najčešće nastali domomitizacijom krečnjaka i u terenu se, po pravilu, smenjuju partije jedne ili druge vrste stene. Po genezi, sklopu, fizičko-mehaničkim i tehničko-tehnološkim svojstvima veoma su slični krečnjacima. Rožnac je silicijska stena nastala sedimentacijom ostataka skeleta radiolarija. Po hemijskom sastavu je SiO2. Nalaze se u većim količinama u tzv. dijabaz-rožnoj formaciji, takodje u krečnjacima i dolomitima u obliku kvrga, često u vidu tankih slojeva i sočiva. Boja im je vrlo različita: sivobela, crvena, crna, zelenkasta. Kaustobioliti su fitogene i zoogene sedimentne stene koje gore kada se zapale. Čine ih ugljevi, nafta, asfalt, bitumijski škrljci. Ugljeva ima više vrsta. U tercijarnim stenama je nastao treset ugljenisanjem barskog bilja (trska, rastavić, mahovina). Odlikuje se niskom kaloričnom vrednošću (8,3620,9 MJ/kg) i što je važnije sa stanovišta geotehničkih uslova izgradnje objekata imaju 65

veliku poroznost i veliku stišljivost. Zapreminska težina mu je 9-12 kN/m3. Zastupljeni su u vidu slojeva debljine 1-3 m i to u smeni sa glinama, peskovima i ugljevitim glinama. Mrki ugalj je srednje kalorične moći, do 30,1 MJ/kg. Nastaje ugljenisanjem trava, četinara, palmi i listopadnog drveća. Ugljenisanje traje u dugom geološkom vremenu. Medju mrkim ugljem razlikuju se lignit, običan mrki ugalj i sjajni mrki ugalj. Najznačajniji lignitski baseni, sa velikim površinskim kopovima lignita su na Kosovu, Kolubari, Kostolcu. Sjajni mrki ugalj se eksploatikše u Resavskim rudnicima, Aleksincu i Bogovini. Kameni ugalj pri sagorevanju daje više toplote, do 33,4 MJ/kg. Nastaje ugljifikacijom mrkog uglja ili biljnog sveta. U ovoj vrsti uglja ostaci živog sveta se mogu videti samo mikroskopskim metodama ispitivanja. Sadrže ugljenika 80-90%. Većinom su paleozojske i mezozojske starosti. Kod nas ih je manje nego mrkog uglja. Eksploatišu se na Rtnju, Dobroj Sreći i Vrškoj Čuki. U vreme kada su u Dinaridima stvarane debele naslage krečnjačko-dolomitskih stena, u pojedinim značajnim industrijskim regionima su taložene debele naslage kamenog uglja kao npr. u Donjeckom basenu, Rurskoj i Sarskoj oblasti i dr. Ugljevi su vrlo važno gorivo i industrijska sirovina za više stotina proizvoda. Nafta je prirodna, tečna, organska mineralna sirovina. Nastala je raspadanjem biljnih i životinjskih ostataka i to pretežno od morskog planktona u plitkim zalivima. Plankton se taloži zajedno sa muljevitim česticama gline. Tako se stvara tzv. sapropelni mulj. i u njemu se složenim hemijskim izmenama stvaraju ugljovodonici, nafta i metan. Iz područja u kojima su nastali mogu migrirati u porozne stene i formirati sekundarna ležišta.

4.3. Metamorfne stene Nastaju procesima metamorfizma već postojećih stena, u dubljim delovima zemljine kore. Taj proces se odvija pod dejstvom povišenih temeperatura i povećanih pritisaka, ili njihovim zbirnim uticajima. Procesi koji prate nastanak sedimentnih stena, a koji su takodje vezani za relativno niske temperature i male pritiske, ne ubrajaju se u metamorfne procese već u procese površinskog raspadanja ili oksidaciju stena. Povišene temperature, koje utiču na metamorfizam potiču od: povećanja temperature idući od neutralnog pojasa u dubinu shodno geotermskom gradijentu; intruzija magme; radioaktivnih procesa i tektonske aktivnosti. Pritisci su veći u dubljim delovima zemljine kore. Ako stenska masa, iz bilo kojih razloga, dospe iz plićih u te dublje zone vršiće se njeno prilagodjavanje tim novim uslovima, doćiće do metamorfizma stene. Pritisci mogu biti jednaki u svim pravcima i takvo naponsko stanje se naziva hidrostatičkim. Takvi uslovi su u dubokim delovima zemljine kore. U plićim delovima zemljine kore najčešće deluju usmereni pritisci - stres. Metamorfizam se odvija u svim vrstama stena kada su one izložene zajedničkom dejstvu povišenih pritisaka i temeperatura ili njihovom pojedinačnom delovanju. Kada se vrši metamorfizam magmatskih stena novonastale metamorfne stene nazivaju se ortometamorfne, a kada se metamorfišu sedimentne nazivaju se parametamorfnim. Mineralni sastav metamorfnih stena je veoma raznovrstan. Metamorfisanjem minerali menjaju svoj hemizam-prevode se u nove vrste, ili hemijski sastav ostaje isti, a minerali rastu i prelaze u vrste koje su stabilne na novonastalim termodinamičkim uslovima. U pogledu dejstva stresa razlikuju se tri grupe minerala. Prvu grupu čine minerali kojima stres potpomaže da se oni uvećavaju-rastu, drugi su oni kod kojih dejstvo stresa zaustavlja njihov rast i treći su indiferentni, na njih stres nema nikakav uticaj. 66

4.3.1. Vrste metamorfizma Regionalni metamorfizam se odvija u uslovima povišenih pritisaka i temperatura. Dubina, na kojoj se proces odvija je velika, a kao posledica toga su metamorfisanja stena u velikim područjima-regionima. Kontaktni metamorfizam se odvija na kontaktu magme i okolnih stena. Iz toga je jasno, da veličina područja u kome se odvija kontaktni metamorfizam zavisi od veličine magmatskog tela, temeperature tog tela, vlažnosti magme i vrste okolnih stena. Ipak, taj oreol kontaktno metamorfnih stena je mali u odnosu na regionalno metamorfne stene. Tako npr. na kontaktu granodioritske magme, sa okolnim stenama (pretežno peščari), na području Boranjskog granodioritskog masiva, pojas-oreol kontaktno metamorfnih stena (pretežno kornita) je širok oko 1 km. Dinamometamorfizam se odvija u relativno uskim zonama uz rasede i rasedne zone. Izazvan je povišenim pritiscima i temperaturama pri aktivnosti procesa rasedanja. Ultrametamorfizam je karakterističan za duboke delove zemljine kore i uslove kada zbog visokih temperatura (preko 6000C) dolazi do delimičnog ili potpunog stapanja svih vrsta stena koje pokretima dospeju u ta područja. Retrogradni metamorfizam se odvija u stenama koje su tektonski pokretima, iz područja sa visokim pritiscima i temperaturama, dospele u područja sa nižim pritiskom i temperaturom. Prilagodjavanje novim uslovima odvija se retrogradno, tj. vrše se odgovarajuće izmene minerala i stena. Prema dubini litosfere u kojoj se vrši metamorfizam, istraživači Grubenmann i Niggli su izvršili podelu na epizonu, mezozonu i katazonu. Epizona je najplića. U njoj je temperatura malo povišena, pritisak je uglavnom usmeren. Najvažniji minerali u metamorfnim stenama ove zone su: kvarc, kalcit, albit, aktinolit, sericit, hlorit, serpentnin, talk, epidot, coisit, granati, dolomit, magnetit i dr. Mezozona se nalazi izmedju epizone i katazone. U njoj je stres slabiji, a hidrostatički-litostatički pritisak jak. Mineralni sastav stena mezozone je sledeći: kvarc, ortoklas, albit, kiseli plagioklasi, muskovit, biotit, hornblenda, granati, kalcit, magnetit, rutil i dr. Katazona je najdublja. U njoj su temperature visoke, stres izostaje, hidrostatički pritisak je veliki. Mineralni sastav stena katazone je sledeći: kvarc, ortoklas, plagioklasi, olivin, pirokseni, granati, kordijerit, vezuvijan, andaluzit, silimanit, biotit, magnetit. U novije vreme podela metamorfizma se sve više vezuje za kvantitativno stanje napona i temperaturne opsege u kojima se vrše izmene stena. Time se vrši razvrstavanje na facije i prevazidjeni su odredjeni problemi koji su bili nerešeni kod podele na zone Grubenmanna i Nigglia. Pre svega misli se na to da je i u plitkoj i srednjoj zoni moguće imati pojedina područja, u kojima su izrazito povećani pritisci i povišene su temperature, zbog tektonskih, migracionih, radioaktivnih i drugih procesa koji se odvijaju uZemljinoj kori. Mineralne facije (Sl.4.12.), po istraživaču Barthu, su: facija zelenih škriljaca (grinšist facija); epidot-amfibolitska facija; amfibolitska facija; granulitska facija i dr. Pored termodinamičkih uslova, za razgraničenje pojedinih facija je značajna i pojava karakterističnih mineralnih asocijacija. Tako je za granicu izmedju zelenih škriljaca i epidot-amfibolitsku značajna pojava biotita.

67

Sl.4.12. Facije metamorfnih stena, po Barthu

4.3.2. Sklop metamorfnih stena Sklop metamorfnih stena uveliko zavisi od stepena metamorfizma i promena koje su izvršene na postojećim stenama. U tom pogledu novonastale, metamorfne, stene mogu biti takve da je delimično sačuvan sklop tih stena koje se menjaju, ili je taj proces toliko intenzivan da nastaju stene sa novim sklopom. Kod intenzivnih izmena potpuno se gubi primarna struktura stene. Nastaju nove stene i nove strukture od kojih su najznačajnije sledeće: homeoblastične (granoblastična, lepidoblastična, nematoblastična), heteroblastične (porfiroblastična). Granoblastična struktura se odlikuje približno istom veličinom i oblikom zrna. Lepidoblastična se odlikuje prisustvom listastih minerala (liskun, hlorit, talk), a nematoblastična prisustvom izduženihprizmatičnih minerala (hornblenda, augit, dijalag i dr.). Kada je metamorfizam umeren tada su delimično sačuvane strukture postojećih stena, a delimično su formirane nove. Za takve stene uobičajeni su nazivi struktura primarnih stena, samo one zadobijaju prefiks blasto (blastoporfirska struktura, blastoofitska, blastopsamitska i dr.). Razlika izmedju primarne i novoformirane strukture je u tome što su neka zrna, ili sva, uvećavana procesima metamorfizma (blasteza je reč koja označava rast, uvećanje). Osnovne teksture metamorfnih stena su: masivna, škriljava, trakasta, okcasta, ubrana, bobičava. Prema teksturi je i izvršena osnovna podela metamorfnih stena na masivne i škriljce. Masivne teksture su one kod kojih nema nikakvih pravilnosti rasporeda mineralnih zrna u prostoru. Minerali su rasporedjeni haotično. Škriljave teksture su one kod kojih je došlo do uredjenja sklopa, listasti minerali su rasporedjeni u ravnima škriljavosti i to tako da im je šira površina upravna na dejstvo pritisaka. Ravni škriljavosti su medjusobno paralelne, ali i sa čestim medjusobnim isklinjavanjima jednih u druge. Naročito je to slučaj kod ubranih tekstura, plisiranih, okcastih, kad su te stene isprekidane rasedima i smičućim pukotinama. Ubrane teksture su one kod kojih su ravni škriljavosti povijene. Kada su amplitude ubranih tekstura svega nekoliko mm nazivaju se plisiranim. Kod okcastih tekstura ističu se okca, nagomilanja najčešće kvarca ili feldspata, a oko njih 68

povijaju ostala mineralna zrna. Paralelne teksture nastaju: zbog naizmeničnog rasporeda zrnastih i listastih minerala; zbog naizmeničnog rasporeda tamnih i svetlih minerala; zbog naizmeničnog rasporeda krupnozrnih i sitnozrnih minerala.

4.3.3. Klasifikacija i prikaz metamorfnih stena Metamorfne stene se klasifikuju, prema teksturi, na masivne i škriljce. U masivne spadaju: mermer, kvarcit, amfibolit i serpentinit. Škriljci se dele na škriljce višeg i nižeg stupnja kristaliniteta. Kod prvih se može markroskopskim metodama prepoznati mineralni sastav, tektustura im je škriljava. U škriljcima nižeg stupnja metamorfizma, ne može se prepoznati mineralni sastav makroskopskim metodama, tekstura je takodje škriljava. Najznačajniji škriljci su: gnajs, mikašist, argilošist, filit i vrlo velika grupa drugih škriljaca koji su naziv dobili prema vodećem mineralu u njima (hloritski škriljac, amfibolski, talkov i dr.). Mermer je masivna stena nastala kontaktnim i regionalnim metamorfizmom kalcitskih i dolomitskih stena. Najčešće je kalcitska, redje dolomitska stena. Kod minerala dolomita, koji je nestabilan na visokoj temperaturi, hemijski proces dedolomitizacije se odvija tako da nastaje mermer (kalcitski), a magnezijumov oksid pri prijemu vode prelazi u mineralnu vrstu brucit. CaCO3 x MgCO3

CaCO3 + MgO + CO2

Mermer najčešće nastaje metamorfisanjem u epizoni i mezozoni, redje i u katazoni zemljine kore. Strukture je granoblastične. Zbog uvećanja kalcitsko-dolomitskih zrna pri metamorfisanju stene, zrna se najčešće vide golim okom. To je jedan od bitnih elemenata za makroskopsko razlikovanje mermera od krečnjaka i dolomita. Kod krečnjaka, za koje je uobičajeno je da se definišu kao jedre stene, zrna se ne vide golim okom, kriptokrsitalasta su. Pored kalcita i dolomita u mermerima se često nalaze i sporedni minerali: kvarc, liskun (cipolinski mermer), hlorit, grafit, organska materija i dr. Najčešće je mlečno bele boje, ako je prisutna organska materija stena je nijansi crne. Pojedine primese mogu mermerima dati vrlo lepe boje slonove kosti, zelenkaste nijanse, sive, žute. Nasuprot tome prisustvo pojedinih nepoželjnih minerala u mermerima (npr. kvarc, muskovit) čini ih lošijim nego što bi bili bez njih. Zapreminska težina mermera je 26,5-28,2 kN/m 3 . Čvrstoća pod pritiskom može biti vrlo različita, 54-266 MN/m 2 , najčešće oko 120 MN/m 2. Ukupna poroznost je u granicama 0,3-4,3%, najčešće manja od 1%. Glačaju se lako i dobro. Mermer ima veoma veliku primenu u gradjevinarstvu. Primena je kao i kod krečnjaka raznovrsna, ali najviše se upotrebljavaju za spoljašnje i unutrašnje ukrasno oblaganje zgrada (zidne i podne ploče), za izradu spomenika, u vajarstvu. Mermerne ploče se dobro glačaju, dugotrajne su, vrlo prijatne za posmatranje i kao takve su cenjen ukrasni kamen. Problemi na mermernim pločama mogu nastupiti kada se vrši promena prvobitne boje i sjaja glačanih površina. To nastupa kod mermernih ploča koje su sa većom količinom organske materije ili se nalaze u industrijskim područjima gde na njih utiču CO 2 i H2S. Veliki kamenolom sa površinskom eksploatacijom kvalitetnih, belih u manjoj količini sivobelih, mermera je na Venčacu kod Arandjelovca. Kvarcit je masivna metamorfna stena nastala uglavnom metamorfisanjem kvarca i kvarcnih peščara sa silicijskim vezivom. Osim kvarca, kao bitnog minerala, u njima se 69

mogu nalaziti i sporedni minerali: liskuni, hloriti, feldspati, gvoždjev oksid, granat i dr. Ako se poveća količina liskuna u njima, kvarciti postaju prelazne stene prema mikašistima; sa hloritima su prelazne stene prema hloritskim škriljcima; sa feldspatom su prelazne stene prema gnajsevima. Tvrdi su, krti, oštrih ivica na prelomima, malo porozni. Čvrstoća pod pritiskom je najčešće oko 200 MN/m2 , varira u granicama 100-300 MN/m2 . Zapreminska težina im je od 25-26,8 KN/m3. U terenu se najčešće javljaju u vidu kvarcnih sočiva unutar različitih vrsta škriljaca. Izrazito su nepovoljne stene za rad u njima. Kao gradjevinski materijal imaju malu i ograničenu primenu. Dinas kvarciti (čist kvarcit bez primesa) se koriste za izradu dinas opeka koje imaju primenu pri oblaganju topioničkih peći. Serpentinit je masivna metamorfna stena zeleno-crne boje. Nastala je uglavnom od stena peridotitske i gabro magme koje kao bitne minerale sadrže olivin, piroksene i amfibole. Zbog izrazito velike zastupljenosti pukotina i prslina serpentiniti se iverasto cepaju i mala im je primena kao gradjevinskog grubo lomljenog i redje tesanog kamena. Samo retko iz njih se mogu dobiti relativno veliki blokovi iz kojih se dalje mogu rezati ploče. Ima ga u značajnim količinama u svim našim peridotitsko-serpentinitskim masivima (Zlatibor, Maljen, F.Gora itd.) Amfibolit nastaje metamorfisanjem gabra i njemu srodnih stena. Sa tom stenom ima identičan mineralni sastav. Čvrst je i žilav. Čvrstoća mu je 200-370 MN/m 2, zapreminska težina 28-31 KN/m3, poroznost obično manja od 1%. Upotrebljava se kao i sve sveže dubinske magmatske stene. Škriljave metamorfne stene imaju veliki broj vrsta. Medju njima gnajs je jedna od značajnih stena, kako u pogledu rasprostranjenosti, isto tako i kao kvalitetan gradjevinski kamen. Po mineralnom sastavu je identičan granitu. Ima kvarca, feldspata, oba liskuna, redje hornblendu. Sporedni su epidot, hlorit, grafit, silimanit i dr. Akcesorni su cirkon, apatit, rutil, magnetit. Kvarca i feldspata ima do 85%, a njihov pojedinačni udeo je različit. Stene od kojih nastaje gnajs mogu biti: granit, monconit, granodiorit, kvarcdiorit, peščari sa feldspatima (arkoza) i dr. I pored toga što je gnajs stena visokog stupnja metamorfizma česte su prelazne stene kod kojih je izvršen metamorfizam, ali su sačuvana obeležja i onih stena od kojih su nastali. Zbog toga postoji puno raznovrsnih naziva u ovoj grupaciji stena kao npr. granito-gnajs, sijenito-gnajs, škriljavi gnajs, kataklastični gnajs, silimanitski gnajs, distenski gnajs, grafitski gnajs, pelitski gnajs, augitski gnajs itd. Podela gnajsa po veličina zrna je ista kao i kod granita. Najčešće su zrna izometrična, u pojedinim slučajevima neka su znatno veća od drugih kao npr. zrna kvarca i feldspata kod okcastih gnajseva. Čvrstoća pod pritiskom je u granicama od 56-279MN/m2. Tako veliki raspon proizilazi iz mnogobrojnih vrsta gnajsa, još više od pravca ispitivanja u odnosu na površine škriljavosti. Najveće vrednosti su u slučajevima kada je pravac optrerećenja upravan na te površine. Ukupna poroznost je od 0,4-5,5%. Zapreminska težina mu je od 25,2-29,4 MN/m3. Raspadanje je slično granitima. Zbog svoje škriljave teksture brže se raspadaju nego graniti. 70

Upotrebna vrednost gnajsa, kao gradjevinskog kamena, zavisi od stepena njegove škriljavosti. Povoljniji su manje škriljavi varijeteti. Od glina metamorfisanjem nastaju stene argilošist, filit i mikašist. Argilošist predstavlja prvi stadijum metamorfisanja glina, filit je sledeći, a mikašist zadnji. U argilošistu ima relativno malo svetlucavih minerala (sericita), u filitu izrazito dosta pa su mu površine sjajne. Po tome ih je moguće makroskopski razlikovati. Lako je zaključiti da su medju njima prelazi postupni i česti. Mikašist je škriljac visokog stupnja metamorfizma. Ima iste minerale kao i gnajs, izostaje feldspat. Ukoliko u mikašistu izostanu liskuni on prelazi u kvarcite. Obrnuto, kada nema kvarca prelazi u škriljce sa imenom najzastupljenijeg minerala. Čvrstoća pod pritiskom mu je 30-50 MN/m2. Varijeteti sa veoma izraženom škriljavošču nemaju nikakvu primenu u gradjevinarstu. To isto važi i za druge škriljce. Filiti su najčešće crne boje. Čvrstoća pod pritiskom im je manja od 30 MN/m 2. Lako se cepaju u ploče i to paralelno ravnima škriljvosti. Kao lokalni geološki gradjevinski materijal često su upotrebljavani za pokrivanje pojedinih seoskih objekata. Velika je njegova zastupljenost u stenama tzv. drinskih paleozojskih škriljaca. Argilošisti su prelazi izmedju glinaca i filita. Nemaju nikakav značaj kao gradjevinski materijal. Intenzivno i brzo se raspadaju delovanjem procesa površinskog raspadanja. Kao takvi daju dosta površinske raspadine u kojoj se mogu razviti drugi geološki procesi (spiranje, jaružanje, klizanje i dr.). Postoje i druge mnogobrojne vrste škriljaca (biotitski, muskovitski, sericitski, hloritski, amfibolski i mnogi drugi). Imaju škriljavu teksturu i po pravilu su intenzivno ubrani i ispucali. Svi su bez ikakvog značaja kao gradjevinski kamen. Takodje, veoma su podložni uticajima površinskog raspadanja i kao takvi daju koru raspadanja stena koja je pogodna za razvoj drugih savremenih geodinamičkih procesa u terenu.

71

72

5. FIZIČKO-MEHANIČKO-TEHNOLOŠKA SVOJSTVA STENA

5.1. Fizička svojstva 5.1.1. Osnovna fizička svojstva Osnova fizička svojstva stenskih masa su: specifična i zapreminska težina, poroznost i vlažnost. Ta svojstva imaju veliki praktični značaj pri oceni geotehničkih uslova za izgradnju različitih objekata, oceni stabilnosti veštačkih nasipa i prirodnih padina, upotrebi stena kao gradjevinskog materijala itd. Vlažnost je naročito značajna kod poluvezanih i nevezanih stena, a mnogo manje kod čvrsto vezanih stena. Svaka stenska masa se sastoji iz čvrste mineralne materije i pora koje mogu biti zapunjene vodom ili vazduhom. Prema tome stene su izgradjene od čvrste, tečne i gasovite komponente. Većina čvrsto vezanih stena, naročito magmatskih i pojedinih vrsta metamorfnih stena, poseduju poroznost pukotinskog tipa dok su monolitni delovi bez poroznosti. Kada su poznati zapremina stene (V), zapremina mineralne komponente (V s), zapremina pora (Vp), zapremina vode u porama (Vw), zapremina vazduha u porama ( Va), zapreminska težina stene (W), težina mineralne komponente stene (W s), težina vode u porama (Ww), moguće je odrediti najvažnija fizička svojstva stene.

Težina stena Specifična težina stene je težina mineralne materije, Ws (bez vode i vazduha) jedinične zapremine, Vs. W γ = s (kN/m3) s V s 73

Zavisi isključivo od težine minerala koji stenu izgradjuju. U tom pogledu, teže su stene koje izgradjuju magnezijsko-gvoždjeviti minerali, nego one koje izgradjuju kalijsko natrijski. Najčešće vrednosti specifičnih težina stena su od 26-28 kN/m3 (Tablica br.5.1). Kod čvrstih stena specifična težina je praktižno identična težini monolita, ukoliko su oni bez pora. Sa povećanjem pukotinske ili druge poroznosti povećava se razlika izmedju specifične i zapreminske težine. Generalno posmatrano, u tom pogledu, magmatske stene imaju uglavnom malu poroznost (do 5%, koja je najčešće pukotinskog tipa). Poluvezane i nevezane stene imaju dosta pora pa im specifična težina može značajno varirati u odnosu na specifičnu. Zapreminska težina stena u prirodno vlažnom stanju je težina stene jedinične zapremine i to sa prirodnom vlažnošću i neporemećenom prirodnom strukturom . Može se odrediti merenjem sledećih veličina: Tablica br.5.1:Specifična težina stena Vrsta stene Specifična težina γ s (kN/m3) Pesak 26,6 Les 26,8 Glina 27,3 Argilošist 26,3-28,6 Peščar 26,2-27,4 Krečnjak 24-27,1 Dolomit 27,4-28,2 Vulkanski tuf 27,1-28,4 Bazalt 28,2-29,5 Porfirit 27-29,9 Granit 26,7-27,2 Piroksenit 31,5-33,2

Ws + Ww 3 ( kN / m ) V Vs + V w + V a Zapreminska težina stene u suvom stanju je težina apsolutno suve stene, tj. težina stene posle njenog sušenja u sušnici. Pri tome ne primenjuju se nikakvi postupci kojima bi se narušio prirodni raspored zrna ili fragmenata u skeletu stene. γn =

W

=

γd =

W s ( kN / m3) V +V s p ili γ d = γ s(1 − n)

Zapreminska težina zasićene stene je težina njene jedinične zapremine kad su sve pore zasićene vodom.

γz =

W +W s w, z V +V s w ili 74

3 ( kN / m )

γ z = γ d + nγ w Zapreminska težina potopljenog tla je težina tla u izdanskoj zoni. ' γ = γz − γw

Poroznost stenskih masa Poroznost stenskih masa je njihovo svojstvo da poseduju pore: pukotine, medjuzrnske pore, kaverne i druge oblike šljupljina. Porozna stenska masa može biti zapunjena vodom ili vazduhom. U slučju da se pore naknadno zapunjavaju mineralnom materijom tada dolazi do smanjenja prvobitne poroznosti. Dimenzije pora mogu biti različite, od onih koje se ne vide golim okom, već samo ako su uvećane, do onih koje su makroskopski viljive. Prema dimenzijama pora L.V.Pustovalov je predložio podelu na superkapilarne dimenzija većih od 0,5 mm, kapilarne od 0,5-0,002 i subkapilarne dimenzija manjih od 0,002 mm. Kroz pore se kreće voda, gasovi, nafta. Poroznost utiče na pojedina značajna svojstva stena, pre svega na vodopropustljivost, čvrstoću i dr. U superkapilarnim porama voda se može kretati pod dejstvom sile gravitacije. U kapilarnim ona se kreće pod dejstvom kapilarnih sila, a u subkapilarnim sva voda je vezana za površine čestica molekularnim i elektrostatičkim silama. Ukupna zapremina pora u jednoj steni, nezavisno od veličine pora i njihove povezanosti, čini ukupnu poroznost stene (n). Poroznost može biti: pukotinska; medjuzrnska; kombinovana npr. u peščarima i pukotinska i medjuzrnska. U grupi peskovito-šljunkovitih stena, osnovni tip poroznosti je medjuzrnski. Čvrsto vezane magmatske, metamorfne i pojedine vrste sedimentnih stena imaju kao osnovni tip pukotinsku poroznost. Redje su stene sa kombinovanim tipom poroznosti: pukotinskim i medjuzrnskim, npr. peščari kod kojih nije prostor izmedju zrna popunjen mineralnom materijom, a prisutne su i pukotine. Poroznost se izražava u procentima i predstavlja odnos: Vp

n=

V

⋅ 100(%)

V=Vp+Vs gde su: Vp - Ukupna zapremina pora, Vs - Zapremina mineralne materije, stene, V - Ukupna zapremina stenske mase. Poroznost se često predstavlja još jednim parametrom koji je nazvan koeficijent poroznosti. On predstavlja odnos zapremine pora i zapremine mineralne materije.

75

Vp

n=

n=

e 1+ e

V

⋅ 100(%)

s e=

;

n 1− n

Veza izmedju koeficijenta poroznosti, specifične težine stene i težine uzorka u suvom stanju je sledeća: γs − γd e= γd U hidrogeologiji, takodje u geologiji nafte i gasa, upotrebljava se pojam efektivne poroznosti. Predstavlja onaj deo poroznosti, u odnosu na ukupnu poroznost, iz koje se može odredjenim tehičko-tehnološkim postupcima crpljenja dobiti voda, nafta ili gas. Poroznost je promenljiva, kako u različitim vrstama stena tako i u istoj steni, zavisno od genetskih uslova, dispozicije u sklopu terena, naponskog stanja, prirodnih procesa rastvaranja, dijageneze i konsolidacije (Tablica br.5.2.). Merenjem težina uzorka može se izračunati poroznost: γ −γ d n= s γ s Procentualna zastupljenost pora u stenama je različita. U magmatskim, metamorfnim i pojedinim vrstama sedimentnih stena, poroznost je mala. Obično iznosi od dela procenta do 5%, redje više. Izuzeci su neke vrste lava i vulkanski tufovi kod kojih poroznost može dostići i više od 10%, npr. tuf iz Armenije, čija je poroznost 55-60%, koji je zbog toga našao vrlo dobru primenu kao termoizolacioni materijal u zgradarstvu. Medju sedimentnim stenama, veliku poroznost imaju neki peščari i organogeni krečnjaci, sa poroznošću od 35-45%. Gline imaju veliku ukupnu poroznost, a malu efektivnu. U njima prisustvo pora može iznositi i više od 60%. Muljevi su stene sa najviše pora u sebi i do 80%. Naročito u stenama psefitske grupe (šljunčane stene), na iznos poroznosti, pored veličine zrna, utiče i složenost zrna u prostoru. U stenskim masama, u sklopu terena, raspored pora nije ravnomerno rasporedjen. Najviše pora je u površinskoj zoni terena, u kori raspadanja, a sa dubinom količina pora i njihova veličina se, po pravilu, smanjuje. To se odnosi na sve vrste stena, stim što su smanjenja u čvrsto vezanim stenama uslovljena najviše smanjenjem ispucalosti stenske mase, a kod poluvezanih i nevezanih stena smanjenje procentualne zastupljenosti pora po dubini terena je uslovljeno povećanim naponima koji vladaju u terenu a time i boljom složenošću zrna i zbijenošću stene.

76

Tablica br.5.2.: Poroznost karakterističnih vrsta stena VRSTA STENE P O R O Z N O maximalna SEDIMENTNE STENE Savremeni nanosi 90 Mulj 89 Glina 57 Les 59 Alevrit 34 Pesak, sitnozrn 26 Pesak, krupnozrn 31 Pesak, Šljunkovit 25 Šljunak, sitnozrn 25 Šljunak, krupnozrn 24 Peščar, stariji 26 Peščar, mladji 42 Krečnjak 34 Dolomit 33 Gipsit 6 METAMORFNE STENE Mermer 6 Kvarcit 3,4 Gnajs 2,4 Amfibolit 1,1 Škriljac-liskunski 10 MAGMATSKE STENE Granit 1,9 Porfirit 6,73

S T (%) minimalna

srednja

80 76 34 35 61 53 46 30 38 36 1 2 0,2 1,5 0,1

80 80 42 45 46 43 39

0,11 0,008 0,3 0,9 0,49

1,0 1,0 1,0 1,0 4,0

0,02 0,38

1,0 2,0

34 28 11 20 5 5,0 3,0

Vlažnost stena Vlažnost stene predstavlja količina vode koja se nalazi u porama stene, ili steni uopšte, a može se iz nje odstraniti zagrevanjem na temperatur 105 0C. Sušejem se može odstraniti samo fizički vezana voda, ali ne i hemijski vezana koja učestvuje u gradji minerala. Prirodna vlažnost stena nije konstantna vrednost, već je promenljiva u prostoru i vremenu. Vlažnost je zavisna od vrste stene, količine atmosferskih taloga, temperature i pritiska vazduha, takodje od mesta gde se ona nalazi u terenu i veze sa podzemnom vodom. Vlažnost je važno svojstvo stena. Manje je važno kod čvrstih stena gde se poistovećuje sa tzv majdanskom vlagom. U poluvezanim i nevezanim, naročito sitnozrnim stenama, ovo svojstvo u velikoj meri utiče na osnovna fizička i inženjerska svojstva stena. Tako nrp. suve gline su faktički tvrda tela. Pri povećanju vlažnosti one postepeno gube svoju čvrstoću, prelaze u meko stanje, a zbog primanja u svoj sastav velike količine vode mogu preći u potpuno tečno stanje tj. mogu potpuno izgubiti čvrstoću.

77

Vlažnost stena je odnos težine vode, koja se nalazi u porama stene i težine suve stene. Kada je utvrdjena težina stene do sušenja u sušari i težina suve stene, posle sušenja, može se lako odrediti težina vode i vlažnost stene. Izražava se u procentima. w=

Ww ⋅ 100% Ws ili

w=

W−W s ⋅ 100% Ws

Stepen zasićenosti Sr predstavlja količnik vlažnosti stene u prirodnom stanju i vlažnosti potpuno zasićenog uzorka. Sr =

w n ⋅ 100(%) wsat

5.1.2. Vodnofizička svojstva stena Podzemna voda, koja zapunjava pore u stenskoj masi, vrši stalni uticaj na stene u kojima se nalazi, a takodje i stene utiču pre svega na hemizam podzemne vode i filtracione tokove. Podzemna voda utiče na procese rastvaranja stenske mase, mehaničku sufoziju, obrazovanje klizišta, utiče na površinsko raspadanje stenske mase i druge savremene geološke procese, bubrenje nekih vrsta stena, izmene čvrstoće stene i dr. Vodopropustvljivost stena je svojstvo stena da propuštaju vodu kroz pore koje su prisutne u steni. U ispucalim stenama filtracija vode se obavlja duž pukotina, a u stenama medjuzrnskog tipa poroznosti voda prolazi kroz pore izmedju zrna. Ukoliko stena ima poroznost oba navedena tipa (npr. pešćar) filtracija će se obavljati i kroz medjuzrnske pore i duž pukotina. Kretanje vode se odvija pod dejstvom: sile zemljine teže; kapilarnih sila; osmotskih sila; električnog toka; isparavanjem; smrzavanjem i dr. Vodopropustljivost čvrstih stenskih masa najviše zavisi od svojstava pukotina: dužine, zeva, pukotinske zapune, svojstava zidova pukotina, njihove medjusobne povezanosti. Isto tako kao što se podrazumeva da su ti monolitni delovi pratično nedeformabilni, da su kruti, isto tako se podrazumeva da su oni i vodonepropusni. Izuzetak u tome su monoliti unutar kojih postoje pore, najčešće singenetskog porekla, npr, šupljine usled zaostalih gasova u konsolidaciji magme i kada su te pore medjusobno povezane. U pojedinim podzonama, najčešće u površinskoj zoni terena, ili dublje duž rasednih zona, stenska masa može biti sa mnogobrojnim pukotinama, koje je dele u veoma sitne monolite. Za takav vid ispucalosti čvrstih stenskih masa, gde se održava laminarno tečenje, može se primeniti Darcy-jev zakon filtracije. Inače, zakon filtracije vode definisao za peskovitu sredinu. 78

Darsijeva brzina je:

v=

Q A

= KI (m / s)

gde su: v - Darsijeva brzina (m/s), Q - Proticaj vode kroz površinu A, K - Darsijev koeficijent filtracije, I - hidraulički gradijent (I =

dH

) dL Vodopropustljivost kroz glinu, glinac, lapor i dr. slične stene je veoma mala i to su praktično vodonepropusne stene. U pogledu veličine koeficijenta vodopropustljivosti sve stene se mogu podeliti na vrlo propusne, propusne, polupropusne i nepropusne (Tablica br.5.3. ). Ispitivanje vodopropustljivosti stena Tablica br.5.3.: Klasifikacija stena se vrši u laboratorijskim i terenskim prema vodopropustljivosti uslovima. Za to su razvijene brojne metode Klasifikacija stena Koeficijent ispitivanja. U terenskim uslovima najčešće u pogledu filtracije (K) se koriste metode koje su bazirane na: vodopropustvljivosti (m/s) − nalivanju vode u bušotinu, Vrlo propusne >10-10 − upumpavanjev vode pod pritiskom Propusne −2 - −5 u bušotinu, 10 10 − crpljenju vode iz bunara, Polupropusne −5 −9 10 - 10 − merenju gubitaka vode u tunelima i probnim komorama, Nepropusne < 10−9 − merenju gubitaka vode iz akumulacija. Tablica br.5.4.: Gubici vode iz akumulacija na pregradnim profilima brana, po B.Kujundžiću Naziv brane i Vrste stene u zoni Visina Dužina Zaprem. akumulacije temelja brane brane akumul. 106 m3 Stevenson Creek Granit 19 43 (USA) Chaudanne Krečnjak 70 92 16 (Francuska) Schrach (Švajcarska) Ispucali krečnjak 111 156 147 Lavaud-Gelade Raspadnuti granit 22 230 25 (Francuska) Portillon (Francuska) Granit 30 200 21 Camarasa (Španija) Dolomitični 92 220 163 kavernozni krečnjak Peruća (Jugoslavija) Ispucali kredni 66 450 540 krečnjak Sklope-Kruščica Krečnjačka breča 81 210 142 (Jugoslavija) 79

Gubitak vode lit/s 0,5 2,5 1,6-7,5 30 18-140 12602640 700 300

Vodopropustljivost stenskih masa u sklopu terena je svojstvo koje je od itekako velikog praktičnog značaja. Samo u naznakama navode se neki slučajevi kad je vodopropustljivost od velikog značaja: - u vodosnabdevanju; - dreniranju terena; - akumuliranju vode u akumulacionim basenima i gubicima iz njih; - doticaju vode u iskope svih vrsta; - stabilnosti pojedinih objekata. Kapilarnost stena je svojstvo da se voda kreće duž kapilara. To kretanje vode, suprotno dejstvu gravitacije, pripisuje se površinskom naponu vode. Visina kapilarnog penjanja zavisi najviše od prečnika kapilara koje voda kvasi. Ukoliko su prečnici manji, penjanje je veće i obrnuto. Gornja površina vode je konkavnog oblika koji se zove meniskus, a dodiruje zidove kapilare pod uglom α koji se naziva ugao dodira. Vrednost tog ugla zavisi od vrste materijala i nečistoća zidova. Kapilarno penjanje je od praktičnog značaja samo kod kapilarnih pora, a bezznačajno je kad su u pitnjau pore veličina superkapilarnih. Visina kapilarnog penjanja se može izraziti formulom: hc =

C e⋅d

10

gde su: hc - visina kapilarnog penjanja, C - empirijska konstanta koja zavisi od oblika zrna i nečistoća zrna (vrednosti C su od 0,1 - 0,5), d10 - Efektivna veličina zrna, (sa granulometrijske krive) e - koeficijent poroznosti. Kapilarno penjanje je različito u različitim vrstama stena. U glinama je sporo, najveće je u odnosu na druge petrološke vrste stena. Iznos tog penjanja je nekoliko metara, u pojedinim slučajevima i više desetina metara. U pesku je kapilarno penjanje brzo i relativno malo (do 0,5 m). U šljunku, praktično posmatrano, kapilarnog penjanja nema. Za neke praktične potrebe, upravo zato se šljunak koristi. Bubrenje stena je svojstvo da stene pri upijanju vode povećavaju svoju zapreminu. Karakteristično je za gline, lapore i druge stene koje u sebi sadrže glinovitu komponentu. U toku bubrenja dolazi do primanja-upijanja dodatnih količina vode u samu stenu, time dolazi do povećanja vlažnosti i poroznosti stene. Suštinski vrši se povećanje debljine opnene vode oko negativno naelektrisanih glinovitih čestica. Bubrenje zavisi od vrste mineralne materije, takodje i od hemizma vode. Kada je u vodi koju stena upija manja količina soli nego u vodi koja se već nalazi oko glinenih čestica do bubrenja će dolaziti. U uslovima kada je u slobodnoj vodi više soli nego u porama stene do bubrenja neće doći, već će nastupiti obrnuti proces, tj. proces smanjenja zapremine. Najviše bubre stene izgradjene od monmorionita, najmanje one koje gradi kaolinit. U pogledu prisustva katjona i njihovog uticaja na bubrenje, istraživanja su 80

pokazala da bubrenju najviše pogoduju jednovalentni katjoni, a najmanje trovalentni, kao što sledi: Li >Na > K > Mg > Ca > Al > Fe3+ Bubrenje se može izračunati ako je odredjeno sledeće: Vb − V o ⋅ (100%) V o ili wb − w o ⋅ (100%) w o Gde su: Vb, wb - zapremina, ili vlažnost, nabubrele stene, Vo,wo - zapremina, ili vlažnost, stene pre bubrenja Kao kriterijum za ocenu sklonosti stena prema bubrenju obično se usvaja odnos koeficijenta poroznosti stene i koeficijenta poroznosti na granici tečenja. Uslov za to je sledeći: e − ew l < 0,4 1+ e gde su: e - koeficijent poroznosti stene, e wl − koeficijent poroznosti stene na granici tečenja Pritisak koji nastupa usled procesa bubrenja iznosi od 300-1000 kN/m2. Lepljivost stene je njeno svojstvo da se lepi-prianja za različite materijale ili alate. U praktičnom smislu najznačjanija je lepljivost stena za radni alat, delove mašina kojima se vrši iskopavanje, premeštanje i transport stenske mase. Lepljivost stena zavisi od mineralnog sastava stene, veličine zrna i vlažnosti stena. To svojstvo je najizraženije kod glina i lapora, kao i njima srodnih stena i uveliko zavisi od njihove vlažnosti. Opiti su pokazali da lepljivost stena raste sa povećanjem vlažnosti do odredjene vrednosti, a po prekoračenju kritične vlažnosti, pri kojoj je lepljivost najveća, naglo se smanjuje lepljiovost stene. Lepljivost se izražava u kN/m 2 i ima dimenzije pritiska. Najčeščće lepljivost iznosi 5-20 kN/m2, izuzetno može biti i preko 110 kN/m2.

81

5.1.3. Ostala fizička svojstva Toplotna svojstva stena i stenskih masa Toplotna svojstva stena su važna sa stanovišta da stene kao gradjevinski materijal treba da doprinesu tome da se toplota u hladnim danima sačuva, a leti da se objekti ne zagrevaju previše. O ovim aspektima se ne vodi uvek dovoljno računa. Kod nekih specifičnih objekata toplotni rezim može biti izuzetno važan. Naročito je to izraženo kod hidrotehničkih objekata kao što su tuneli i okna sa vodom pod pritiskom. Nekada su pojedini delovi tunela, ili okana, duboko ispod zemljine površine gde je temperatura znatno viša nego što je temperatura vode koja prolazi kroz te objekte. Usled toga dolazi do rashladjivanja stenske mase, što bitno utiče na sekundarno naponsko stanje oko objekta. To kao posledicu može izazvati drugačije naprezanje u betonskoj oblozi tunela i ako se pri projektovanju nije vodilo dovoljno računa, mogu u njoj nastati prsline i druga oštećenja. Najvažnije karakteristike toplotnih svojstava stenskih masa su: specifična toplota, provodljivost toplote, provodljivost temperature, linearno i zapreminsko toplotna širenje. Pod pojmom specifične toplote podrazumeva se količina toplote koja jediničnoj masi povisi temperaturu za jedan stepen. Izražava se u cal/gr 0C ili Kcal/kg 0C. t Q t c = ρ(χ 2 − χ 1) gde su: Qt-količina toplote (cal), ρ-specifična masa tela (gr), χ1-temperatura pre zagrevanja ( 0C), χ2-temperatura posle zagrevanja ( 0C). Specifična toplota stenskih masa, kao trofaznog sistema, uslovljena je specifičnom toplotom čvrste, tečne i gasovite komponente Provodljivost toplote stenskih masa je njihova sposobnost da provode toplotu. Karakteristika ovog svojstva je koeficijent provodljivosti ( λ t) i ima dimenzije cal/cm sek 0 C ili kcal/ m čas 0C. Tablica br.5.5.: Specifične toplote stena, t λt ⋅ A ⋅ (χ − χ ) prema N.N.Kobranovoj, Q 2 1 = V.V.Rževskom, G.J.Noviku i dr. t L Naziv stene Specifična toplota gde su: cal/gr 0C Anhidrit 0,12 Qt-količina toplote (cal), Diorit 0,15 t-vreme (sec), Granit 0,16 A-površina kroz koju prolazi toplota (m2), Krečnjak 0,16-0,24 L-rastojanje izmedju dva preseka sa temperaturama Gabro 0,17 χ1 i χ2. Dijabaz 0,17 Provodljivost toplote minerala je najčešće od Gnajs 0,18 0,002-0,006. Provodljivost toplote vode iznosi Peščar 0,18-0,24 0,0014, leda oko 0,005. Granito-gnajs 0,19 Mermer 0,19 Bazalt 0,20 Gips 0,20-0,25 82 Kreda 0,21 Dolomit 0,22

Provodljivost temperature (kt) predstavlja brzinu prostiranja promene temperature usled apsorpcije ili predaje toplote unutar stene. Parametar ovog svojstva je koeficijent provodljivosti temperature i izražava se u m2/čas. t λ t k = t γ ⋅C n gde su: λt − koeficijent provodljivosti toplote (cal/cm sek 0C),

γ n − zapreminska težina,

Ct - specifična toplota (cal/gr 0C) Pod uticajem temperaturnih razlika stenske mase menjaju zapreminu. To se izražava koeficijentom linearnog i zapreminskog širenja. Tablica br.5.6.: Provodljivost temperature stena ∆L = α ⋅ L ( χ 2 − χ1 ) Naziv stene Koeficijent provodljivo- gde su: −3 sti temeperature k ⋅10 α − termički koeficijent linearne defor(m2/čas) macije (kod gipsa 0,22 x 105; granita (0,6 do 0,9) x 10-5; dolomita 1,2 x 10-5) Gips 1,1 L - veličina monolita Peščar 1,6-8,7 Krečnjak 1,8-7,1 Granit 2,2-9,7 Provodljivost zvuka Bazalt 2,4-4,2 Na provodjenje zvuka najviše utiču Dijabaz >2,7 teksturna svojstva stena. Najbolji provodnici Gabro 2,8-4,8 su masivne stene, bez pora i pukotina. Kvarcit 4,3-11 Ukoliko pore i pukotine postoje, bolji Andezit