ČUT v Praze - Fakulta stavební Centrum experimentální geotechniky (K220) 135MZA - Mechanika zemin a zakládání staveb Příklad 1 a 2 Stanovení zrnitosti, parametry zeminy a zatřídění Jde o obecné studijní podklady, pro splnění konkrétních požadavků na výpočet (i zápočet) se informujte u svého cvičícího!
Zemina: soustava minerálních částic a/nebo organické hmoty, která může být dělena jemným mechanickým způsobem a která obsahuje různé množství vody a vzduchu (a někdy i jiných plynů)
horniny skalní poloskalní HORNINA X ZEMINA produkt zvětrávání hornin = ZEMINA - pevné částice, voda, vzduch dle velikosti částic: jemnozrnné jíly (velikost částic do 0,002 mm) hlíny (velikost částic 0,002 až 0,06 mm) hrubozrnné písek (velikost částic 0,06 až 2 mm) štěrk (velikost částic 2 až 60 mm) valouny (velikost částic 60 až 300 mm) balvany (velikost částic více než 300 mm)
Úloha 1: zrnitostní rozbor - zjištění zrnitosti (granulometrického složení) zeminy SÍTOÝ ROZBOR Prosévání na sítech standardizované řady pro zrna větší než 0,125 mm (písčitá až štěrkovitá). HUSTOMĚRNÁ METODA Pro zrna menší než 0,125 mm, vychází ze Stokesova usazovacího zákona, udávajícího vztah mezi průměrem zrn a rychlostí jejich usazování v kapalině).
Úloha 1: zrnitostní rozbor Křivka zrnitosti: součtová čára, jejíž každý bod udává kolik procent z celkové hmotnosti činí hmotnost všech zrn menších než určitý průměr zrna d
Charakter zrnění Pro popsání tvaru křivky zrnitosti kvantitativní ukazatele C u, C c Číslo nestejnozrnnitosti C u C u d d 60 10 d 60 - průměr zrn příslušející 60% propadu d 10 - průměr zrn příslušející 10% propadu Číslo křivosti C c C c d 2 d30 d 60 10 d 10 - průměr zrn příslušející 10% propadu d 30 - průměr zrn příslušející 30% propadu
Úloha 1: zrnitostní rozbor Příklad 1 30g vysušené zeminy bylo podrobeno zrnitostnímu rozboru. Při vyhodnocení hustoměrné zkoušky byla pro jednotlivé průměry zrn d vypočtena procenta hmotnosti udávající množství zeminy menší než průměr d: průměr d mm 0,044 0,014 0,0068 0,0033 0,0015 proc. hmot. % 40,6 26,5 21,2 10,6 7,1 Hmotnosti jednotlivých frakcí zrn písku a štěrku byly zjištěny proséváním na sítech: prům. oka mm 4,0 2,0 1,0 0,5 0,25 0,125 zbyt. na s. g 0 0,67 0,64 1,55 5,69 6,24 Sestrojte křivku zrnitosti, stanovte číslo nestejnozrnnosti C u číslo křivosti C c. Stanovte namrzavost a propustnost zeminy. (1 vysoce namrzavé, 2 nebezpečně n., 3 namrzavé, 4 mírně namrzavé, 5 namrzavé dle čáry zrn. pod 0.1mm, 6 nenamrzavé, 7 příliš hrubozrnné - nebezp. znečištění namrzavými zeminami).
celkem vysušené zeminy 30 g průměr zrna [mm] zbytek na sítu [g] celkem propad [g] propad [%] 4 0 30 100,00 2 0,67 29,33 97,77 1 0,64 28,69-0,5 1,55 - - 0,25 5,69 - - 0,125 6,24 - - 0,044 40,60 0,014 26,50 0,0068 21,20 0,0033 10,60 0,0015 7,10
Úloha 1: zrnitostní rozbor Namrzavost Propustnost
ZATŘÍDĚNÍ ZEMINY Úloha 2 - část b Zatřídění umožňuje seskupit zeminy do jednotlivých tříd s podobným složením, geotechnickými vlastnostmi a s ohledem na jejich vhodnost pro geotechnické inž. účely: zakládání zlepšování zemin pozemní komunikace násypy přehrady odvodňovací systémy Na základě zatřídění se určitému typu zeminy přisuzují určité vlastnosti, které umožní orientačně posoudit: propustnost náchylnost na promrzání vhodnost do betonu vhodnost do drenážních a filtračních vrstev
Platnost norem ČSN 731001 Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy zrušena k 2010-04-01 současnosti platné: ČSN EN ISO 14688-1 Geotechnický průzkum a zkoušení - Pojmenování a zatřiďování zemin - Část 1: Pojmenování a popis - Jiné pojmenování, složitější značení oproti ČSN 731001, stejný princip ČSN EN ISO 14688-2 Geotechnický průzkum a zkoušení - Pojmenování a zatřiďování zemin - Část 2: Zásady pro zatřiďování EN normě jsou uvedeny zásady pro zatřiďování, které se týkají konrétních geol. podmínek a inž. problémů. Tyto zásady lze rozšířit nebo upravit na národní úrovni nebo pro zpracování jednotlivých projektů ČSN je konzistentní, na základě zatřídění lze nalézt návrhové parametry zemin, pro potřeby výuky budeme používat postupy dané touto normou
ukázka zatřídění podle ČSN 731001: PODLE POMĚRU: f fine=jemnozrnné <0,06 mm s sand= písčité 0,06-2,0 mm g gravel=štěrkové >2,0 mm
ukázka zatřídění podle ČSN 731001: PODLE POMĚRU: f fine=jemnozrnné <0,06 mm s sand= písčité 0,06-2,0 mm g gravel=štěrkové >2,0 mm G štěrk S písek M hlína C jíl Př: SM písek hlinitý GC štěrk jílovitý
ZATŘÍDĚNÍ PODLE POMĚRU: F (fine=jemnozrnné), S (sand=písčité), G (gravel=štěrkové) MS nebo CS hlína písčitá jíl písčitý
ZATŘÍDĚNÍ: směrné normové charakteristiky
ZATŘÍDĚNÍ: CASAGRANDEHO PLASTICITNÍ DIAGRAM - vztah mezi indexem plasticity a vlhkostí na mezi tekutosti
ZEMINA TŘÍ-FÁZOÝ SYSTÉM Póry (pores) Pevné částice (solid)
Plasticita a konzistence Na základě konzistenčních mezí (převážně w L a w P viz dále) se určí charakteristiky soudržných zemin Index plasticity I P a Stupeň konzistence I C
Mez tekutosti w L Stanovuje se podle ČSN 72 1014 Laboratorní stanovení meze tekutosti zemin. Chování soudržné zeminy je závislé na její vlhkosti. Při vysoké vlhkosti se jílovitá zemina stává kašovitou až tekutou. Tekutý stav odpovídá případu, kdy zemina neklade prakticky žádný odpor proti smykovému přetvoření. lhkost, při které zemina již vykazuje určitou smykovou pevnost, je uvažována za hraniční mezi stavem tekutým a plastickým. Je označována jako mez tekutosti w L. Jednotky: % Mez tekutosti se určuje v Cassagrandeho misce nebo na penetračním kuželu Pomocí meze tekutosti lze zeminy blíže specifikovat na zeminy s plasticitou: L nízkou w L menší než 35 % I střední w L = 35 50 % H vysokou w L = 50 70 % velmi vysokou w L = 70 90 % E extrémně vysokou w L vetší než 90 %
Mez plasticity w P Stanovuje se podle ČSN Laboratorní stanovení meze plasticity zemin. Při významném snížení vlhkosti zemina nabývá charakteru látky křehké, při přetváření dojde k jejímu porušení.tento stav je označován jako stav pevný. Přechodná vlhkost mezi stavem plastickým a pevným je označována jako mez plasticity. Jednotky: % Mez plasticity se určí tak, že se zemina prosytí vodou a na savé podložce se z ní vyválí válečky o průměru 3 mm. Začnou-li se tyto válečky drolit po délce cca 1 cm, má zemina vlhkost na mezi plasticity. Mez smrštění w s Dalším snížením vlhkosti je dosaženo skutečně křehkého chování zeminy. Přechodná vlhkost mezi stavem pevným a tvrdým je označována jako mez smrštění. Jednotky: % Mez smrštění se určí ze zkoušky, kdy necháme vzorek zeminy, nejčastěji tvaru hranolu, přirozeně pozvolna vysychat, přičemž měříme jeho vlhkost v závislosti na smrštění. okamžiku, kdy se zemina dále prakticky nesmršťuje, je dosaženo meze smrštění.
ZADÁNÍ PŘÍKLAD 2 Úloha 2 a U neporušeného vzorku o průměru 120 mm a výšce 30 mm byla zjištěna hmotnost m= g, hmotnost vysušeného vzorku m s = g, měrná hmotnost zrn r s = kg/m 3, vlhkosti na mezi tekutosti w L = % a plasticity w P = %. Stanovte: objemovou hmotnost přirozeně vlhké (r) i vysušené (r d ) zeminy, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasycení (Sr), číslo plasticity (I P ), stupeň konzistence (I C ), plasticitu a konzistenci. Dále stanovte objemovou hmotnost plně nasycené zeminy (r sat ) a objemovou tíhu zeminy pod vodou (g su ).
ŘEŠENÍ ÚLOHA 2 Stanovte: objemová hmotnost přirozeně vlhké i vysušené zeminy vlhkost (hmotnostní) pórovitost číslo pórovitosti stupeň nasycení - hodnoty od 0 do1 m d =m s m r m s r d 100% % 100 s s s w m m m m m w s d s p n r r 1 1 d s s s s p e r r n S w d p w r r r r
ŘEŠENÍ ÚLOHA 2 číslo plasticity I p w L w p m d =m s stupeň konzistence objemovou hmotnost plně nasycené zeminy I c w w L L w w P r SAT m SAT r d r W n objemovou tíhu zeminy pod vodou g su g rsat rw...g=gravitační zrychlení 9,81 m*s -2 Jednotky - m [kg], [kg/m 3 ] w [%] [m 3 ] g su = [N/m 3 ]
Určete plasticitu a konzistenci Plasticita (na základě w L ) Pomocí meze tekutosti lze zeminy blíže specifikovat na zeminy s plasticitou: L nízkou w L menší než 35 % I střední w L = 35 50 % H vysokou w L = 50 70 % velmi vysokou w L = 70 90 % E extrémně vysokou w L vetší než 90 % Konzistence (podle indexu konzistence I c ) I C větší než 1 pevná až tvrdá I C 1 až 0,5 tuhá plastická I C 0,5 až 0 měkká I C menší než 0 kašovitá až tekutá