Zkoušení zemin a materiálů v podloží pozemní komunikace -zhutnitelnost a únosnost

Transkript

1 Zkoušení zemin a materiálů v podloží pozemní komunikace -zhutnitelnost a únosnost Dušan Stehlík Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební, ústav pozemních komunikací .stehlik.d@fce.vutbr.cz zdroje: ČSN EN , ČSN EN , ČSN , Bartoš, J. Stanovení zhutnitelnosti zemin, diplomová práce, VUT 2004 Soil Mechanics Laboratory Manual,B.M. DAS (Chapters 6, 7) Soil Properties, Testing, Measurement, and Evaluation, C. Liu, J. Evett Matthew A. Dettman, P.E:

2 Obsah části: Proctor standard Účinky hutnící energie Proctor modifikovaný Specifikace pro polní zhutnění CBR, IBI Namrzavost zemin

3 Zhutnění Zvýšení únosnosti, objemové hmotnosti Zhutnění eliminace vzduchových pórů ze zeminy mechanickým způsobem pomocí zhutňovacích prostředků Stupeň zhutnění je stanoven hodnotou objemové hmotnosti suché zeminy

4 Účinek zhutnění na zeminu vzduch voda zemina vzduch voda zemina Nezhutněná zemina Zhutněná zemina

5 Výhody zhutnění Zhutnění ovlivňuje: zvyšuje pevnost, zvyšuje únosnost snižuje možnosti sedání příznivě ovlivňuje objemové změny pozitivně mění hydraulickou vodivost

6 Zhutňovac ovací křivka Závislost křivky -ρ d vs. w Vrcholem křivky je maximální zhutnění zeminy (ρ dmax ) na optimální vlhkost (w opt ) ρ = m V ρ 100. ρ = d w

7 Proctorova zkouška ka standardní Proctor (1933) Účel: nalézt optimální vlhkost zeminy při maximálním zhutnění ČSN EN Zařízení: Standard Proctor 942 cm g pěch 305 mm výška dopadu pěchu 3 vrstvy zhutňované zeminy 25 úderů/vrstva

8 Zhutnitelnost Proctor laboratorní zařízen zení

9 Postup 1. cca 15 kg zeminy frakce 0/16 mm, 2. stanovit objem a hmotnost zhutňovací formy, 3. smontovat zhutňovací zařízení, 4. 3 vrstvy po 25 dobře rozmístěných úderech pěchu, 5. oříznutí zbytku poslední vrstvy zhutněné nad rozměr formy 6. Stanovení hmotnosti zhutněného vzorku i s formou s přesností 1 g 7. odběr vzorku na stanovení vlhkosti zhutněné zeminy (20-30 gramů)

10 Zhutnění - postup

11 Výsledky Vykreslení závislosti mezi objemovou hmotností suché zeminy a vlhkosti najít ρ d (max) a w opt Vykreslit křivku 0% mezerovitosti (neboli saturace S=100%)

12 Standard Proctor Modifikovaný Proctor

13 Účinky zhutňovac ovací energie Vývoj hutnící techniky (střední a těžké vibrační válce) změna standard na modifikovaný Zvýšení hutnící schopnosti válců upravuje: - ρ d (max) se zvyšuje - w opt sesnižuje E PS = m. g. h. n. i V 2,5.9,81.0, ,5956MJ / m 3 E PM = m. g. h. n. i V 4,5.9,81.0, ,5 2,6652MJ / m 3

14

15 Modifikovaná Proctorova zkouška ka Modifikovaná energie pro vyšší hutnící intenzitu (hrubozrnný materiál, větší hloubky prohutnění) ČSN EN Modifikovaný Proctor: forma 942 cm 3, častěji 2119,5 cm 3 pěch 2500 g, častěji 4500 g výška dopadu 305 mm, častěji 457 mm počet zhutňovaných vrstev 3, častěji 5 počet úderů na vrstvu 56

16 Specifikace pro zhutnění na stavbě Stanovuje se relativní zhutnění v % (míra zhutnění D) Relativní zhutnění? Proctorova zkouška standardní nebo modifikovaná D = [%] ρ ρ d,( stavba) d,max( lab).100 ρ d ~ (90 100%) Obsah vody v zemině musí být w opt ±3% pro směsné zeminy a w opt ±5% pro jemnozrnné zeminy.

17 Specifikace zhutnění konstrukce pozemní komunikace

18 Stanovení míry zhutnění zhutněné vrstvy Nejběžnějšímetody jsou: Radiačnímetody (Troxler) Písková kuželová metoda Membránový objemoměr

19 Vibrační metody zhutnitelnosti přiblíženíhutněnína stavbě, větší účinnost zhutnění oproti Proctorovy až 1,5 až 2x, zvláště pro zrnité materiály (problémy se stejnozrnností), v ČR neznámé, nedůvěra v možnosti vibrace, po Evropě rozšířené, zvláště v Anglii

20 Vibrační pěch Účel el: stanovení zhutnitelnosti zrnitých materiálů ČSN EN Zařízení: Vibrační pěch forma Ø150 mm úderů/min N síla přitížení 1 min. na 1 vrstvu 3 vrstvy zhutňované zeminy

21 Vibrační pěch

22 Vibrační stůl ZAŘÍZENÍ ZÁVAŽÍ popsané v ČSN EN ZKUŠEBNÍ VÁLEC ocelový vibrační stůl frekvence (50±2) Hz 3000 vibrací za minutu možnost změny amplitudy mezi 0,1 a 0,4 mm VIBRAČNÍ STŮL zkušební válec objem 12308,8 cm 3 výška 200 mm průměr 280 mm možnost připevnit zk. válec k vibračnímu stolu zátěž hmotnost (86,2±0,5) kg

23 Vibrační stůl

24 Stanovení poměru únosnosti zemin (CBR a IBI) Dušan Stehlík Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební, ústav pozemních komunikací .stehlik.d@fce.vutbr.cz zdroje: ČSN EN Nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy Část 47: Zkušební metoda pro stanovení kalifornského poměru únosnosti, okamžitého indexu únosnosti a lineárního bobtnání

25 Kalifornský poměr únosnosti CBR vyjádření odolnosti zhutněné zeminy (síla) proti pronikání ocelového trnu Ø 50 mm rychlostí (1,27±0,20) mm/min. srovnávací standardní materiál CBR sat = 100 % zemina zhutněná do formy Ø150 mm a výšky 120 mm optimální vlhkostí w opt specifická hutnící energie podle zhutnitelnosti (např. Proctor)

26 Zrání vzorku pro zkoušen ení CBR 4 dny ve vlhkém m prostřed edí při relativní vzdušné vlhkosti 98% vzduchotěsný obal, víka na čela vzorku, klimatizovaná komora 4 dny saturace ve vodě celý vzorek pod vodou přístup vody z obou stran vzorku (děrované desky) možnost měření lineární objemové změny kombinace 4 dny vlhko + 4 dny saturace

27 Postup stanovení CBR po zrání vzorek 15 min. okapat ocelový trn těsně nad zhutněnou vrstvu spodní zhutněná strana pod zkušební lis (rychlost (1,27±0,20) mm/min přítlak na začátku zkoušky 40 N při CBR nad 6% zaznamenává se zatlačení po 0,5 mm a odpovídající síla

28 Okamžitý index únosnosti IBI příprava a zhutnění vzorku stejné jako u CBR, neprobíhá zrání zkouška okamžitě po zhutnění a bez přitěžovacích prstenců Speciálně pro upravené (zlepšené) zeminy

29 Lineárn rní bobtnání - swell 4 dny při saturaci vzorku CBR, ε = Δl/l hodnocení podle kategorií: -1. kategorie do 3 mm -2. kategorie do 5 mm -3. kategorie do 7 mm -4. kategorie nad 7 mm

30 Stanovení míry namrzavosti zemin (Scheibleho zrnitostní kritérium) (součinitel namrzavosti β) Dušan Stehlík Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební, ústav pozemních komunikací .stehlik.d@fce.vutbr.cz zdroje: ČSN Klasifikace zemin pro dopravní stavby ČSN Zkoušení namrzavosti zemin

31 Stanovení namrzavosti zemin nepřímá metoda 100 Kritérium namrzavosti podle zrnitosti (ČSN ) - F6 CI JÍL PRACH PÍSEK JEMNÝ STŘEDNÍ HRUBÝ ŠTĚRK DROBNÝ STŘEDNÍ HRUBÝ 90 obsah zrn [v % hmotnosti] Vysoce namrzavé Nebezpečně namrzavé Namrzavé Hranice namrzavých zemin Namrzavé podle průběhu čáry zrnitosti pod 0,01 Příliš hrubozrnné 10 Mírně namrzavé Nenamrzavé 0 0,001 0,01 0, velikost zrn [mm]

32 Stanovení namrzavosti zemin přímá metoda 20 h [mm] Grafické vyhodnocení vzorků - F6 CI y = 0,7171x - 1,4054 R 2 = 0, odm Im [ C h] 0 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 Δh β = Δ I m Míra namrzavosti Průměrná hodnota β Nenamrzavé < 0,25 Mírně namrzavé a namrzavé 0,25 až 0,50 Nebezpečně namrzavé > 0,50

33

34 Zkušebn ební přístroj přímép zkoušky ky namrzavosti zemin

35 Namrzavost neupravených zemin míra namrzavosti dle ČSN ,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 F3MS 0 0 F3MS 0,06 0,29 F3MS 0,19 0,1 F3MS 0,38 0,41 F4CS 0,51 0,66 F4CS 0,36 0,48 F5ML 0,42 0,38 0,41 F5ML 0,66 0,63 F5ML 0,340,35 F5ML 0,53 0,51 F5ML 0,67 F5ML 0,8 1,31 F5ML 1,11 0,9 F5ML 0,83 0,78 0,77 F5MI 0,55 F5MI 0,69 0,65 F6CI 1,76 1 F6CI 0,39 0,48 F6CI 0,56 druh zeminy podle ČSN ,23 F7MH 0,6 1,65 F7MH 1,37 2,06 F7MH 1,5 0,7 F7MH 0,8 0,56 F7MH 0,64 0,84 0,810,81 F7MH F7MV 1,72 2,192,19 F7MV 0,16 0,14 0,1 0,06 G3G-F G3G-F 0,43 0,4 0,35 0,36 S5SC S5SC

36 Příklad : 2. cvičen ení upravte zjištěnou křivku únosnosti ze zkoušky stanovení CBR, stanovte hodnotu CBR, ověřte možnost použití neupravené zeminy na základě hodnoty CBR

37 Děkuji za pozornost Prosím vaše dotazy