Vlastnosti zemin Zatřídění zemin (vyhodnocení křivky zrnitosti, trojúhelníkový diagram).

Transkript

1 2.cvičení Vlastnosti zemin Zatřídění zemin (vyhodnocení křivky zrnitosti, trojúhelníkový diagram).

2 Složení zemin a hornin

3 Fyzikální a popisné vlastnosti Porovitost Číslo pórovitosti V n V V e V p p s.100 [%] [ ] n e 1 e e n 1 n Vlhkost Měrná Objemová w m m w.100 [%] V w V w s m m m s s Stupeň nasycení V Sr V Zrnitost cvičení 2 w p.100 [%] S r Zeminy 0 Suché 0,01-0,25 Zavlhlé 0,25-0,5 Vlhké 0,5-0,75 Mokré 0,75-0,99 Velmi mokré 1 Nasycené

4 Fyzikální a popisné vlastnosti zemin Pro nesoudržné zeminy (štěrky a písky) Index relativní ulehlosti I D e e max max e e min d max d d d max d min d min I D Stav 0 až 15 Velmi kyprý 15 až 35 Kyprý 35 až 65 Středně ulehlý 65 až 85 Ulehlý 85 až 100 Velmi ulehlý Stav Kyprý Středně ulehlý Ulehlý Pro soudržné zeminy (prachů a jílů) Index konzistence I C w w L L w w tvrdá pevná tuhá měkká kašovitá (tekutá) 0 w s w P w L w P Dříve Podle EN I C Konzistence < 0,05 Kašovitá až tekutá 0,05 0,5 Plastická měkká 0,5 1,0 Plastická tuhá > 1 Pevná >> 1 Tvrdá I C Konzistence < 0,25 Velmi měkké 0,25 0,5 Měkké 0,5 0,75 Tuhé 0,75 1 Pevné > 1 Velmi pevné Index plasticity plastická I P w L w P Plasticita: Nízká Střední Vysoká Velmi vysoká Extrémně vysoká

5 Fyzikální a popisné vlastnosti zemin Objemová hmotnost [kg m -3 ] - přirozeně vlhké zeminy = m / V - vysušené zeminy d = m d / V - skeletu (měrná hmotnost, zdánlivá hustota pevných částic) s = m d / V s s > d - saturovaná (zemina plně nasycen vodou) sat = (1-n) s + n w - zeminy pod HPV (Archimédův zákon) su = (1-n)*( s - w ) Objemová tíha [kn m -3 ] (popisná vlastnost) = * g (pozor na dosazené jednotky)(1kg=10n) -> d, s, sat, su w 10 kn m -3 su = ( sat - w ) (např.: 10,5 kn m -3 ) d např.: 17,5 kn m -3 např.: 19 sat = ( su + w ) (např.: 20,5 kn m -3 ) s např.: 26 kn m -3

6 Mechanické vlastnosti zemin Pevnostní vlastnosti Úhel vnitřního tření [ ] Soudržnost zeminy c [kpa] Přetvárné vlastnosti Poissonovo číslo ( ) [ ] Modul pružnosti a přetvárnosti E [kpa, Mpa, GPa] Chemické vlastnosti zemin Rozbor vody Obsah jednotlivých částic (vápna uhličitanů, chloridů, síranů, ) Určení mineralogického složení

7 Příklad 1 Zadání: Určete: U neporušeného vzorku zeminy o průměru 120 mm a výšce 30 mm byla vážením zjištěna hmotnost m = 671g. Po vysušení při 105 C do stálé hmotnosti byla hmotnost suchého vzorku m z = m d = 558g. Měrná hmotnost zeminy je s = 2680 kg.m -3, objemová hmotnost v nejnakypřenějším uložení d,min = 1450 kg.m -3, objemová hmotnost v nejhutnějším uložení d,max = 1680 kg.m -3 - objemovou hmotnost v přirozeném uložení - objemovou hmotnost vysušené zeminy - pórovitost - číslo pórovitosti - vlhkost - stupeň nasycení - relativní ulehlost zeminy.

8 Příklad 1 m = 671 g m z = m d = 558 g s = 2680 kg.m -3 d,min = 1450 kg.m -3 d,max = 1680 kg.m -3

9 Příklad 1

10 Příklad 2 Zadání: Určete: Zásobník o výšce 1 m je zcela zaplněn zeminou, jejíž pórovitost je 35 % a stupeň nasycení S r = 42 %. Na tuto zeminu začalo pršet. Napršené množství vody, které se vsáklo do zeminy odpovídá výšce vodního sloupce 21,5mm. - stupeň nasycení po dešti.

11 Příklad 3 Zadání: Počáteční pórovitost zeminové vrstvy o tloušťce 4,5 m je 38%. Po stlačení vrstvy se pórovitost redukuje na 34%. Určete: - tloušťku vrstvy po stlačení.

12 Příklad 4 Zadání: Pojmenujte a přiřaďte (, SU, d, S, SAT, w ) objemové tíhy a určete jednu nečitelnou. 10,0 kn.m -3 Objemová tíha vody 10,9 kn.m -3 Objemová tíha zeminy pod HPV 17,7 kn.m -3 Objemová tíha vysušené zeminy kn.m -3 Objemová tíha plně saturované zeminy 18,8 kn.m -3 Objemová tíha přirozeně uložené zeminy 26,6 kn.m -3 Objemová tíha skeletu zeminy

13 Příklad 4 Zadání: Pojmenujte a přiřaďte (, SU, d, S, SAT, w ) objemové tíhy a určete jednu nečitelnou. 10,0 kn.m -3 Objemová tíha vody 10,9 kn.m -3 Objemová tíha zeminy pod HPV 17,7 kn.m -3 Objemová tíha vysušené zeminy 20,9 kn.m -3 Objemová tíha plně saturované zeminy 18,8 kn.m -3 Objemová tíha přirozeně uložené zeminy 26,6 kn.m -3 Objemová tíha skeletu zeminy

14 Zatřídění zemin (vyhodnocení křivky zrnitosti, trojúhelníkový diagram)

15 Klasifikace horninového prostředí - podle pevnosti strukturních vazeb: - Horniny skalní - Horniny poloskalní - Zeminy - Soudržné - Nesoudržné a další klas. hornin. prostředí.

16 pomocí prosévací zkoušky pomocí hustoměrné zkoušky Klasifikace zemin Rozdělení částic zemin dle velikost: Jemnozrnné částice: jíl (clay) hlína (mould), prach (silt) < 0,002 mm 0,002-0,063 mm Soudržné Hrubozrnné částice: písek (sand) štěrk (gravel) 0,063-2 mm 2-63 mm Velmi hrubozrnné částice: kameny, valouny (cobbles) balvany (boulders) mm > 200 mm Nesoudržné

17 Jemnozrnné Hrubozrnné Velmi hrubozrnné Hustoměrná zkouška Prosévací zkouška

18 Zatřídění zemin dle ČSN (podle křivky zrnitosti a plasticity) Již neplatná, je obsažená v ČSN

19 Názvosloví zemin S1, S2, G1, G2 (W, P) Podstatné jméno hrubozrnná složka + zrnitost (dobře x špatně zrněny) Doplňkové kritériu Id S3, G3 (- F) Podstatné jméno hrubozrnná složka + příměs jemnozrnné zeminy S4, S5, G4, G5 (M,C) Podstatné jméno hrubozrnná složka + přídavné jméno (jemnozrnná složka) F1 F4 F = M, C (G,S) Podstatné jméno jemnozrnná složka + přídavné jméno (hrubozrnná složka) Základní schéma zatřídění zemin do 18 tříd dle ČSN F5 F8 F = M, C (L, I, H, V, E) Podstatné jméno jemnozrnná složka + příslušná plasticita (Ip, w L ) Doplňkové kritérium Ic

20 štěrkovité písčité G 100 % g 0 % G1=GW G2=GP S1=SW S2=SP 5 % S 100 % s F 100 %f

21 CHARAKTER ZRNITOSTNÍ KŘIVKY Doplňkové kritérium pro zatřídění čistých písků resp. čistých štěrků. Číslo nestejnozrnitosti: c u d d Číslo křivosti: c c d d d 10 Kde: Dobře zrněné (W) d 10 průměr zrn příslušející 10 % propadu d 30 průměr zrn příslušející 30% propadu d 60 průměr zrn příslušející 60 % propadu pro štěrky: c u > 4 a c c =1-3 pro písky : c u > 6 a c c =1-3 má plochý tvar křivky zrnitosti Špatně zrněné (P) předchozí podmínky nejsou splněny má strmý tvar křivky zrnitosti

22 Křivka zrnitosti d 10 d 30 d 60

23 štěrkovité písčité G 100 % g 0 % G1=GW G2=GP S1=SW S2=SP 5 % S 100 % s G3=G-F G4=GM G5=GC 15 % 35 % S3=S-F S4=SM S5=SC F1=MG F2=CG 65 % F3=MS F4=CS F 100 %f

24 DIAGRAM PLASTICITY Ip jíl hlína wl Index plasticity: I p =w L -w P Kde: w L - vlhkost na mezi tekutosti w P - vlhkost na mezi plasticity

25 štěrkovité písčité G 100 % g 0 % G1=GW G2=GP S1=SW S2=SP 5 % S 100 % s G3=G-F G4=GM G5=GC 15 % 35 % S3=S-F S4=SM S5=SC F1=MG F2=CG 65 % F3=MS F4=CS F5=ML,MI F6=CL,CI F7=MH,MV,ME F8=CH,CV,CE 100 %f F

26 DIAGRAM PLASTICITY Extrémně vysoká Velmi vysoká Vysoká Střední Nízká L I H V E Ip jíl hlína wl

27 f, s, g cb, b Velmi hrubé částice

28 Zatřídění zemin dle EN ISO 14688

29 Typy zatřídění V terénu - na základě blokového diagramu V laboratořích na základě zrnitosti

30 Značení JÍL (clay) PRACH nebo HLÍNA (silt) PÍSEK (sand) ŠTĚRK (gravel) VALOUNY (cobble) (kameny) BALVANY (boulder) Cl jako hlavní složka cl jako doplňková složka Si jako hlavní složka si jako doplňková složka Sa jako hlavní složka sa jako doplňková složka Gr jako hlavní složka gr jako doplňková složka Co jako hlavní složka co jako doplňková složka Bo jako hlavní složka bo jako doplňková složka Doplňující pro prach, písek a štěrk: Hrubozrnná C (např.: CSa, csi) Střednězrnná M (např.: MSa, msi) Jemnozrnná F (např.: FSa, fsi)

31 Gr, Sa, Si, Cl zeminy obsahující převážně jednu složku Hlavní frakce sagr, sisa, zeminy obsahující větší množství dvou složek z nichž jedna převládá Druhotná frakce sicl sasigr, sasicl, zeminy obsahující větší množství tří složek z nichž jedna výrazně převládá Převládající druhotná frakce grsasis, zeminy obsahující větší množství tří bez výrazné převahy jedné složky Zemina

32 Písek Jemnozrnná frakce Štěrk

33 Obsah jemnozrnné frakce (< 0,063 mm) Obsah jílu z celkové hrubé a jemnozrnné frakce (< 63 mm) Jemnozrnné zeminy (hlína a jíl) Zeminy o různé zrnitosti (hlinité nebo jílovití štěrky a písky) Hrubozrnné zeminy (štěrky a písky)

34 Příklady

35 Příklad

36 dle ČSN a

37 c c d 2 d30 d c u d d ,12 0,8 12 1a ,44 100

38 1a GP Štěrk špatně zrněný ,44 100

39 dle ČSN EN a GP Štěrk špatně zrněný , b

40 Štěrk Písek 60 % 40 % Jemnozrnná frakce 0 % sagr

41 1a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý

42 Příklad 2 - ČSN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a I p = w L - w P

43 I p = 10 Příklad 2 - ČSN hlína w L = 50 1a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý I p = w L - w P

44 Příklad 2 - ČSN EN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý b si = 20 cl = 0

45 Štěrk Písek 30 % 50 % Jemnozrnná frakce 20 % grsisa grclsa

46 si

47 Příklad 2 - ČSN EN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý b grsisa Písek hlinito-štěrkovitý

48 Příklad 3 - ČSN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý b grsisa Písek hlinito-štěrkovitý a

49

50 I p = 40 DIAGRAM PLASTICITY w L = 60

51 Příklad 3 - ČSN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý b grsisa Písek hlinito-štěrkovitý a CH Jíl s vysokou plasticitou

52 Příklad 3 - ČSN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý b grsisa Písek hlinito-štěrkovitý a CH Jíl s vysokou plasticitou b si = 30 cl = 40

53 Štěrk Písek 0 % 30 % Jemnozrnná frakce 70 % sasi saclsi sasicl sacl

54 Cl

55 Příklad 3 - ČSN a GP Štěrk špatně zrněný , b sagr Štěrk písčitý a SM Písek hlinitý b grsisa Písek hlinito-štěrkovitý a CH Jíl s vysokou plasticitou b sacl Jíl písčitý

56 g+s=47% cb=82-47=35% b=100-82=18% Σ=100% >60mm =53% Redukovaná křivka: N % 60 k N ( red ) 100% N n % k

57 ČSN EN Další příklady 1. zemina: Jíl = 20 % Prach = 10 % Písek = 51 % Štěrk = 19 % wl = 45 % wp = 15 % SC clsa

58 ČSN EN Další příklady 2. zemina: Jíl = 2 % Prach = 2 % Písek = 46 % Štěrk = 50 % d 10 = 0,1 mm d 30 = 0,7 mm d 60 = 4,0 mm GW sagr

59 ČSN EN Další příklady 3. zemina: Jíl = 8 % Prach = 42 % Písek = 12 % Štěrk = 38 % wl = 65 % wp = 50 % MG grclsi

60 Děkuji za pozornost