Vznik zemin Cyklus tvorby zemského povrchu v geologickém času

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Vznik zemin Cyklus tvorby zemského povrchu v geologickém času"

Matyáš Špringl
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Mechanika zemin 1. Vznik zemin, fáze zeminy, půdně mechanické vlastnosti, obsah pevné fáze (složení - velikost částic), mineralogické složení, tvar zrn, 2. Křivka zrnitosti, indexové vlastnosti zemin, klasifikační systémy 3. Voda v zemině, propustnost zemin, síly mezi kapalnou a pevnou fází, struktura zemin, Darcyho zákon, proudový tlak

velikost částic), mineralogické složení, tvar zrn, 2.

2 4 základní procesy Denudace (různé typy zvětrávání- fyzikální, chemické) Transport a ukládání Sedimentace (přeměna ve skalní horninu) Pohyb zemské kůry (pozvolné či náhlé zemětřesení)

3 Vznik zemin Cyklus tvorby zemského povrchu v geologickém času

4 Zvětrávání Fyzikální redukuje velikost částic, zvyšuje povrchovou plochu a pórovitost, např změna teploty, vliv ledu apod. Chemické závisí na přítomnost vody, je nutná hydratace (povrchová absorpce vody), rozlišujeme hydrolýzu, výměnu kationtů, oxidaci, rozpouštění atd. Klima vliv podnebí, topografie, biologických faktorů

Chemické závisí na přítomnost vody, je nutná hydratace (povrchová absorpce

5 Transport Reziduální zeminy (eluvia) vznikly zvětráním a nebyly transportovány Transportované zeminy Deluvia gravitační projevy na svazích (svahové z.) Aluvia zeminy transportované vodou

6 Struktura zemin MAKROSTRUKTURA - Velké měřítko, sledujeme texturu zeminy - vrstvičky zemin, trhliny a místa oslabení MIKROSTRUKTURA - malé měřítko, sledujeme strukturu ojedinělých zrn - hlavně jílovitých minerálů a jejich spojování

oslabení MIKROSTRUKTURA - malé měřítko, sledujeme

7 Jílovéčástice v elektronickém mikroskopu Jíl Písek (30000x) (2000x)

8 Složení jílových minerálů Jílové minerály se skládají ze dvou odlišných prvků křemíku a hliníku Čtyřstěn křemíku Osmistěn hliníku

9 Jílové minerály Vrstvy čtyřstěnů a osmistěnů tvoří jednotlivé jílové minerály, jejich vazby ovlivňují chování jílů

10 Druhy jílových minerálů Kaolinit (barvy, farmacie) Illit Montmorillonit Bentonit (stavebnictví)

11 Disperzní struktura Umělý stav pomocí chemických látek, výslednice všech sil je záporná, kontakt stěna - stěna

12 Flokulace Sedimentace v moři, výslednice všech sil je kladná, kontakt hrana - stěna

13 Zeminy jako 3 fázové prostředí Zrna Vzduch Voda

14 Zrna zeminy Zemina obsahuje částice od 1x10-3 až po 1x10 3 mm. Tvar částice se nahrazuje náhradním průměrem d (předpokládá se koule) Podle náhradního průměru rozeznáváme frakce zeminy

15 Frakce zeminy (velikost zrn)

16 Křivka zrnitosti Je součtováčára, jejíž každý bod udává kolik procent z celkové hmotnosti vzorku činí hmotnost všech zrn menších než určitý průměr zrna d v mm.

17 K čemu křivka zrnitosti slouží Pro klasifikaci zemin Pro určení propustnosti zemin Pro určení namrzavosti zemin Určení vhodnosti zeminy do drenáží Určení vhodnosti zeminy do betonu

18 Zkoušky pro určení křivky Sítový rozbor (prosévací) Pro zrna > 0,06 mm Výsledkem jsou zbytky na sítech, propady v % musím dopočítat

19 Zkoušky pro určení křivky Hustoměrná metoda Na základě Stokesova zákona určím zastoupení částic

20 Zrnitostní křivka

21 Charakteristiky křivky Číslo nestejnozrnitosti d x průměr zrn připadající x% propadu zrn < 5 stejnozrnné > 15 nestejnozrnné

22 Určení d x

23 Číslo křivosti Charakteristiky křivky

24 Fáze v zemině Pevná fáze (zrna) Kapalná a plynná (voda a vzduch v pórech)

25 Vzájemné poměry fází

26 3 poměry objemů (1) Číslo p=orovitosti e (dáno desítkově, 0.65) e = Celkový objem po rů ( V ) Celkový objem pevné fáze ( V ) p s

27 3 poměry objemů (1) Číslo p=orovitosti e (dáno desítkově, 0.65) e = Celkový objem po rů ( V ) Celkový objem pevné fáze ( V ) (2) Pórovitost n (dána procentně, 65%) pro e = 1 je n = 50% n = Vs e e = V (1 + e) 1+ e s (3) Stupeň nasycení S r (dán desítkově, 0,25) S = p Celkový objem po rů ( V ) n = p 100% Celkový objem vzorku ( V ) Objem vody ve vzorku ( Vw ) Celkový objem po rů ( V ) p s

28 Stupeň nasycení - saturace Dělení zemin dle S r : vysušené - S r = 0,0 suché - S r = 0 až 0,22 zavlhlé - S r < 0,25 vlhké - S r = 0,25 až 0,80 velmi vlhké - S r > 0,80 vodou nasycené - S r = 1,0 Saturace je důležitá při určování stability svahů a podzemních stavbách

29 Stupeň nasycení saturace (2) Stabilita svahů je významně ovlivněna povrchovou vodou.

30 Pórovitost Pórovitost písků bývá %, tedy nižší než u hlín a jílů, kde je %, i když póry v písku jsou větší. Aplikace: změny objemu při posunu zrn e = 0.91, Kontraktance e = 0.65, Dilatance

31 Pórovitost (2) Zemina Číslo pórovitosti Pórovitost [%] Obj. tíha suché zem. e max e min n max n min γ dmin γ dmax Stejnozrnný písek 1,0 0, ,0 18,5 Prachovitý písek 0,90 0, ,7 20,0 Hrubozrnný písek 0,95 0, ,4 21,7 Štěrk 0,85 0, ,0 22,9

32 Pórovitost (3) Hydraulická vodivost Která zemina (Ači B) má vyšší hydraulickou vodivost? A) e = 0.91 B) e = 0.65 Voda může snadněji proudit zeminou s vyšší hydraulickou vodivostí

33 Pórovitost (4) A) e = 0.91 Ucpání Malá částice nemůže projít skrz pór B) e = 0.65

34 Obsah vody v zemině Vlhkost (hmotnostní) w (dána procentně ) Hmotnost vody ve vzorku ( M v) w = 100% Hmotnost vzorku vysušeného ( M ) Pro některé organické zeminy w>100% až do 500 % Pro quick jíly (sensitivní), w>100% Hustota vody (závisí na teplotě) s

35 Hustota (měrná hmotnost) udává množství látky čili míru setrvačnosti tělesa. Hustota je všude stejná. Hustota, tíha Hmotnost (Hmota) zákl. fyz. veličina, učuje se vážením (porovnání tíhových účinků) Tíha je síla, gravitace působící na těleso. Hodnota není stejná pro g všechna místa (Newtonův druhý zákonγ = ρ g = ρ F = ma) γ Objemová tíha se používá častěji než hmotnosti (např. výpočet tíhy nadloží) Hustota, ρ = Hmotnost Objem Tíha Hmotnost g Objemová tíha, γ = = Objem Objem : gravitační zrychlení Voda, = m sec kn m 3 2

36 Hmotnosti zeminy a. Objemová hmotnost suché zeminy Hmotnost pevných částic( M s ) ρ d = Celkový objem vzorku ( V ) b. Objemová hmotnost zeminy v přirozeném uložení (0%<S<100%, Nenasycená) ρ = Hmotnost vzorku ( M s + M w) Celkový objem vzorku ( V ) c. Objemová hmotnost plně nasycené zeminy (S=100%, V a =0) ρ sat Hmotnost pevných částic + vody ( M s + M w) = Celkový objem vzorku ( V ) d. Objemová hmotnost zeminy pod hladinou vody ' ρ = ρ sat ρ w

37 Hmotnosti zeminy 2 Objemová tíhy zeminy pod hladinou vody: γ' = γ sat γ w Archimedův zákon: Vztlaková síla působící na ponořené těleso je rovna tíze kapaliny vytlačené tělesem. Hustota pevných částic (měrná hmotnost pevných částic): M Měrná tíha pevných částic: γ ρ = ρ s s = s g V s s

38 Zeminy nesoudržné charakteristiky

40 Zeminy soudržné charakteristiky

41 Index plasticity

42 Stupeň konzistence

45 Aplikace U jemnozrnných zemin voda velice ovlivňuje jejich vlastnosti Příklad Quick jíly (sensitivní) vlhkost větší než 100% a cementaci vnitřních vazeb. Při porušení vnitřních vazeb vyplavením solí dojde k jejich plnému ztekucení během okamžiku. Jílové částice Voda

46 Typical Values of Specific Gravity

47 Otázky a odpovědi 1. Zapamatujte si základní definice w, e, ρ s, S r, 2.Fáze v zemině přes zobrazení fází. 3.Pokud nemám objem tělesa, tak předpokládám V s =1 or V t =1,.

48 Příklad U neporušeného vzorku o průměru 120 mm a výšce 30 mm byla zjištěna hmotnost m, hmotnost vysušeného vzorku m s, měrná hmotnost zrn ρ s, vlhkosti na mezi tekutosti w L a plasticity w P. Stanovte objemovou hmotnost přirozeně vlhké (ρ) i vysušené (ρ d ) zemi-ny, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (S r ), číslo plasticity (I P ), stupeň konzistence (I C ), plasticitu a konzistenci. Dále stanovte objemovou hmotnost plně nasycené zeminy (ρ sat ) a objemovou tíhu zeminy pod vodou (γ su ). m [g] m s [g] ρ s [kg/m3] w L [%] w p [%]

49 Velikost zrn

50 Křivka zrnitosti

52 Zkoušky

53 Charakteristiky křivky

54 Charakteristiky křivky (2)

55 Zrnitostní křivka

56 Proctorova zkouška

57 Křivky zhutnění

58 Jednotný systém klasifikace UCSCS

61 Dělení štěrků

64 Trojúhelníkový digram

65 Popis zeminy

66 Voda v zemině

67 Darcyho zákon

68 Propustoměr

69 Koeficient propustnosti

Podobné dokumenty

2.cvičení. Vlastnosti zemin

2.cvičení. Vlastnosti zemin 2.cvičení lastnosti zemin Složení zemin a hornin Fyzikální a popisné vlastnosti Porovitost Číslo pórovitosti n = e = p p s.100 [%] [ ] n e = e = n 1 + e 1 n lhkost Měrná Objemová w w m m w =.100 [%] =