Zdroje www.fsv.cvut.cz Vaníček: Mechanika zemin, ČVUT Verruijt: Soil Mechanics Časopis Geotechnika, Tunel
Fáze v zemině Pevná fáze (zrna) Kapalná a plynná (voda a vzduch v pórech)
Vzájemné poměry fází
3 poměry objemů (1) Číslo póorovitosti e (dáno desítkově, 0.65) e = Celkový objem po rů ( Vv ) Celkový objem pevné fáze ( V ) s
3 poměry objemů (2) Pórovitost n (dána procentně, 65%) pro e = 1 je n = 50% n = Vse V (1 + s e) = e 1+ e n Celkový objem po rů ( V p ) = 100% Celkový objem vzorku ( V )
3 poměry objemů (3) Stupeň nasycení S r (dán desítkově, 0,25) S r = Objem vody ve vzorku ( Vw ) Celkový objem po rů ( V ) p
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
Stupeň nasycení saturace (2) Stabilita svahů je významně ovlivněna povrchovou vodou.
Pórovitost Pórovitost písků bývá 30-40 %, tedy nižší než u hlín a jílů, kde je 33 55 %, i když póry v písku jsou větší. Aplikace: změny objemu při posunu zrn e = 0.91, Kontraktance e = 0.65, Dilatance
Pórovitost (2) Zemina Číslo pórovitosti Pórovitot [%] Obj. tíha suché zem. e max e min n max n min γ dmin γ dmax Stejnozrnný písek 1,0 0,40 50 29 13,0 18,5 Prachovitý písek 0,90 0,30 47 23 13,7 20,0 Hrubozrnný písek 0,95 0,20 49 17 13,4 21,7 Štěrk 0,85 0,14 46 12 14,0 22,9
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
Pórovitost (4) A) e = 0.91 Ucpání Malá částice nemůže projít skrz pór B) e = 0.65
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
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
Quick Clays
Hustota Hustota (měrná hmotnost) udává množství látky čili míru setrvačnosti tělesa. Hustota je všude stejná. Hustota, ρ = Hmotnost Objem ρ = s M V s s
Hmotnost Hmotnost (Hmota) zákl. fyz. veličina, učuje se vážením (porovnání tíhových účinků)
Tíha Tíha je síla, gravitace působící na těleso. Hodnota není stejná pro všechna místa (Newtonův druhý zákon F = ma) Objemová tíha se používáčastěji než hmotnosti (např. výpočet tíhy nadloží) Tíha Objemová tíha, γ = = Objem g : gravitační zrychlení γ = ρ g = ρ 9.81m sec 2 Hmotnost Objem g Voda, γ = 9.8 kn m 3
Měrná tíha pevných částic: γ = ρ g s s
Hmotnosti zeminy a. Objemová hmotnost suché zeminy ρ = d Hmotnost pevných částic( M s ) Celkový objem vzorku ( V )
Hmotnosti zeminy b. Objemová hmotnost zeminy v přirozeném uložení (0%<S<100%, Nenasycená) ρ = ρ = n Hmotnost vzorku ( M s + M w) Celkový objem vzorku ( V )
Hmotnosti zeminy 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 )
Hmotnosti zeminy d. Objemová hmotnost zeminy pod hladinou vody ρ = ρ ρ su sat w
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.
Zeminy nesoudržné charakteristiky Index ulehlosti I d I d <0 u nezhutněných zmrzlých písků I D = e e max max e e min I d >1 narušená eluvia žuly, která nebyla přemístěna e - číslo pórovitosti min nejtěsnější uložení max nejkypřejší uložení
Rozsahy I d Id Stav 0 1/3 kyprý 1/3 2/3 středně ulehlý 2/3 1 ulehlý
Zeminy soudržné - charakteristiky I c stupeň konzistence Charakterizuje číselně konzistenšční stav I C = w w L L w w P
Stupeň konzistence - rozsahy Ic konzistence > 1 pevná tvrdá 1 0,5 tuhá 0,5 0,05 měkká < 0,05 kašovitá - tekutá
I P určuje plasticitu zeminy Index plasticity I = w w P L P Plasticita Symbol Mez tekutosti nízká L w L 35 % střední I w L = 35 50 % vysoká H w L = 50 70 % velmi vysoká V w L = 70-90 % extrémně vysoká E w L 90 %
Příklad 1 Zrnitostní křivka 30 g zeminy průměr zrna [mm] zbytek na sítu [g] celkem propad [g] propad [%] 4 0 30 d 10 2 0,67 d 30 1 0,64 d 60 0,5 1,55 C u 0,25 5,69 C c 0,125 6,24 0,044 40,60 0,014 26,50 0,0068 21,20 0,0033 10,60
Klasifikace zemin
Popis zeminy 1. Konzistence (pro soudržné zeminy) měkká, tuhá apod. Ulehlost (pro nesoudržné zeminy) kyprá, hutná 2. Dtruktura (laminární) 3. Barva 4. Velikost částic frakc 5. Geologická formace
Výchozí klasifikační skupiny Horniny - symbol R Velmi hrubé zeminy balvany - symbol B kameny - symbol Cb Hrubé zeminy štěrk - symbol G písek - symbol S Jemnozrnné zeminy symbol F (po upřesnění rozlišujeme na: hlínu M a jíl C)
Jednotný systém klasifikace UCSCS pro zeminy do 60 mm Štěrk GW štěrk dobře zrněný GP štěrk špatně zrněný GM štěrk hlinitý GC štěrk jílovitý Písek SW písek dobře zrněný SP písek špatně zrněný SM písek hlinitý SC písek jílovitý
Jednotný systém klasifikace UCSCS pro zeminy do 60 mm JEMNOZRNNÉ Nízká plasticita w L <50 ML hlína s nízkou plasticitou CL jíl s nízkou plasticitou Vysoká plasticita wl>50 MH hlína s vysokou plasticitou CH jíl s vysokou plasticitou
Charakteristiky zemin a rozlišující znaky Index konzistence I c Index ulehlosti I d (index relativní hutnosti) Index plasticity Obsah frakcí Čára A v Cassagrandeho diagramu Vlhkost na mezi tekutost w L Číslo nestejnozrnitosti C u a křivost C c
ČSN 731001 Ze základního systému bylo vyčleněno 18 tříd F8 8 tříd jemnozrnných zemin S5 5 tříd písčitých zemin G5 5 tříd štěrkovitých zemin (R6) 6 tříd hornin
731001
Trojúhelníkový digram
Čára A
Klasifikace štěrkovitých zemin (podle ČSN 73 1001)
Klasifikace podmínky zeminy Do podílu f 15% se upřesňuje charakter zrnitosti hrubých částic (např. GW štěrk dobře zrněný, GW M štěrk dobře zrněný s příměsí hlíny). Při podílu f 15% se upřesňuje plasticita (např. CL jíl nízké plasticity, CLG jíl nizké plasticity štěrkovitý, GCL štěrk jílovitý s nízkou plasticitou)
Klasifikace podmínky zeminy Symbol G nebo S i jejich název lze při podílu f 35 % upřesnit podle vzájemného podílu písčité (s) a štěrkovité (g) frakce v hrubích částicích (s+g): - Štěrk s příměsí písku s = 5 20 % (s+g) G-S - Štěrk písčitý s = 20 50 % (s+g) GS - Písek s příměsí štěrku s = 5 20 % (s+g) S-G - Písek štěrkovitý s = 20 50 % (s+g) SG
Klasifikace podmínky zeminy Přítomnost balvanité a kamenité frakce do obsahu (b+cb) 20 % celkové hmotnosti se popisuje jako příměs velmi hrubé frakce (symbol X-Cb, resp X-B). Kde X je název zeminy určené ze složek f_s_g uvažovaných za 100 % (např. GM Cb štěrk hlinitý s příměsí kamenů). Při podílu (b+cb) = 20 50 % z celkové hmotnosti se tento projeví přidáním za název zeminy (symbol X+Cb, resp. X+B. např. GM+Cb těrk hlinitý s kameny)
Klasifikace podmínky zeminy Vliv kamenité a balvanité příměsi na směrné normové charakteristiy se zanedbává do obsahu (b+cb) 20 %- Při obsahu (b-cb) = 20 50 % celkové hmotnosti se směrná hodnota modulu přetvárnosti E def zvětšuje o 10 %.
ČSN 72 1002 Silničáři vyházejí z ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby, v roce 1993 již akceptovala symboly a názvosloví používané v ČSN 73 1001. Uvádí zařazení zemin podle vhodnosti pro podloží či podle vhodnosti do násypů, resp. Podle zhutnitelnosti.
ČSN 73 3050 ČSN 73 3050 Zemní práce zavádí dělení podle těžitelnosti. Dělí zeminy do 7 tříd. Zatřídění určuje těžební zařízení a ekonomické zhodnocení zemních prací-
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 [%]
Proctorova zkouška
Křivky zhutnění
Jednotný systém klasifikace UCSCS
Dělení štěrků
Trojúhelníkový digram
Voda v zemině
Darcyho zákon
Propustoměr
Koeficient propustnosti