MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

Transkript

1 MECHANIKA HORNIN A ZEMIN podklady k přednáškám doc. Ing. Kořínek Robert, CSc. Místnost: C 314 Telefon: Internetové stránky: fast10.vsb.cz/korinek

2 Katedra geotechniky a podzemního stavitelství Mineralogie, petrografie Všeobecná geologie Inženýrská geologie Statika Pružnost a plasticita Mechanika hornin a zemin Zakládání staveb Pozemní, dopravní, vodní stavby Inženýrské a geotechnické stavby Zemní stavby a konstrukce

3 Mechanika hornin a zemin Fázové prostředí hornin a zemin Popisné a fyzikální vlastnosti hornin Proudění vody horninami Fyzikálně-chemické vlastnosti, konsolidace zemin Klasifikace hornin pro inženýrské účely Napětí a napjatost v horninových tělesech Deformační charakteristiky hornin Pevnostní parametry hornin Konsolidace zemin Geotechnické kategorie, mezní stavy Filtry, konstrukce filtrů Stabilita svahů, sanace svahových poruch Tlaky zemin na konstrukce Úprava vlastností zemin, zhutňování zemin Modelování v geomechanice, geotechnický monitoring Literatura: Šimek a kol.: Mechanika zemin, SNTL Praha 1990 Hulla a kol.: Mechanika zemín a zakladanie stavieb, ALFA Bratislava 1991

4 Geologický smysl Inženýrský smysl HORNINA SKALNÍ POLOSKALNÍ ZEMINY Zvětrávání mechanické či chemické VAZBY-primární VAZBY-sekundární SLOŽENÍ SLOŽENÍ Živce 60% Pyroxen, amfibol 17% Křemen 12% Slídy 4% Ostatní 7%

5 Odlišnost zeminy od jiných látek: -sestává ze tří fází (látky partikulární) a) b) c) d) vzájemný poměr těchto fází a jejich vzájemný vztah definuje 4 aspekty partikulární povahy zemin: - Mechanická interakce, - Chemická interakce, - Fyzikální interakce, - Vzájemný podíl na přenášení zatížení mezi jednotlivými fázemi

6 Vznik zemin Inovace studijního oboru Geotechnika Z hlediska vzniku zemin rozlišujeme: - Zeminy reziduální, geologicky eluvium - Zeminy sedimentární: Naplavené, říční Svahové Váté Ledovcové Mořské usazeniny Z hlediska historie zatížení a fyzikálně mechanických vlastností rozlišujeme: a) Zeminy normálně konsolidované b) Zeminy překonsolidované ZEMINY Normálně konsolidované Překonsolidované σ x σ z σ x σ z σ x σ z

7 Mineralogické složení Zeminy obsahují: a) Prvotní materiály mechanické zvětrávání horninových minerálů b) Druhotné minerály chemické zvětrávání prvotních minerálů. Největší význam jílové minerály. Hlavní skupiny jílových minerálů: G 7A S G 7A S Pevná vazba Schéma krystalické mřížky kaolinitu 10A 10A Vodní molekuly + kationty v mezivrstvách Schéma krystalické mřížky montmorillonitu Vázaný kationt 10A 10A Schéma krystalické mřížky illitu

8 Druhy vod v zemině Voda volná: Gravitační Kapilární Voda vázaná: Pevně (adsorbovaná) Slabě (osmotická) Hydroskopická lyosféra (difuzní obal) Difuzní obal minerálních povrchů

9 Struktura zemin Inovace studijního oboru Geotechnika Makrostruktura lze ji pozorovat okem nebo lupou může být výsledkem: Vzniku zemin, Změn, které nastaly po sedimentaci, Způsobem zpracování zeminy jako stavebního materiálu Mikrostruktura je třeba rozlišovací schopnosti mikroskopu ovlivňuje: Velikost zrn při sedimentaci: - u větších zrn převládá gravitační účinek. Pro všechny prachové, písčité a větší částice bude struktura mít povahu jednotlivých zrn - u zrn < 0,01 mm (tzv. koloidy s měrným povrchem > 25 m 2 /g) bude struktura mít povahu Přenosové prostředí, Prostředí, ve kterém sedimentace probíhala. Stabilita struktury: Zeminy metastabilní změnou struktury při zatížení nebo zavodnění dochází ke změně objemu. Zeminy objemově nestálé projevem je prosednutí nebo bobtnání.

10 Inovace studijního oboru Geotechnika

11 nesoudržné zeminy soudržné zeminy fyzikální stav závisí na pórovitosti mechanické vlastnosti ovlivňuje především ulehlost stlačitelnost malá, možné dobře zhutnit vibrací fyzikální stav závisí na vlhkosti mechanické vlastnosti závisí v rozhodující míře na konzistenčním stavu zeminy stlačitelnost střední až vysoká, vibrace pro zhutňování málo účinné o smykové pevnosti rozhoduje úhel vnitřního tření, který prakticky nezávisí na vlhkosti úhel vnitřního tření je nízký, často rozhoduje soudržnost, která závisí na vlhkosti zeminy Výměnné kationty v jílech Změna kationtů v podzemní vodě vede k výměně kationtů v adsorbčním komplexu. Schopnost kationtů nahradit kationty původního adsorbčního komplexu. Fe 3+ > Al 3+ > H + > Ca 2+ > K + > Na + Zlepšování vlastností zemin fyzikální i mechanické

12 Agresivita podzemních vod Vody hladové: - různá tvrdost - vyluhují vápno ze stavebních hmot Vody kyselé: - ph <7 - Reagují s volným CO 2 a vytvářejí rozpustné soli Vody uhličité: - obsahují volný agresivní CO 2 - Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O - CaCO 3 je rozpustný Vody síranové: - obsahují SO Ca(OH) 2 + SO 4 CaSO 4 + H 2 O - CaSO 4 je rozpínavý Vody hořečnaté: - obsahují MgCl 2 (chlorid hořečnatý) - jsou méně časté Vody alkalické: - obsahují amonné soli, oleje, tuky, mastné kyseliny H 2 S

13 Obsah uhličitanu vápenatého Forma výskytu: Přítomnost CaCO 3 způsobuje: Indikace na místě kyselina HCl: Větší množství CaCO 3 příčina světlých odstínů barvy zeminy.

14 Obsah organických látek Největší obsah: Charakteristické znaky: Nevhodné jsou v podložce zemních těles nebo uložené uvnitř tělesa.

15 Barva a zápach zeminy Základní barva Šedá až černá barva Žlutá až hnědá barva Modrozelená Zápach vápna Hnilobný zápach