ZEMINY Silniční stavby 2 HORNINY (ZEMINY) Hornina je pevná nebo sypká směs zrn jednoho anebo více materiálů, směsí minerálů a úlomků starších hornin. jsou minerální zrna různého původu, které vznikají postupným zvětráváním Zemina soustava minerálních částic a/nebo organické hmoty ve formě zeminy, někdy organického původu, která může být dělena jemným mechanickým způsobem, a která obsahuje různé množství vody a vzduchu obsahují organické příměsi obsahují chemické příměsi ZEMINY VÝSKYT Podloží, zemní těleso Aktivní zóna: horní vrstva zemního tělesa na násypu i v zářezu, o tloušťce zpravidla 0,5 m Zemní pláň: plocha uzavírající zemní těleso ve styku s vozovkou, tvoří horní líc aktivní zóny Konstrukce vozovky 1
SLOŽENÍ ZEMIN [1] ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) podle vzniku podle velikosti zrn podle namrzavosti podle soudržnosti podle rozpojitelnosti podle vhodnosti do násypu podle vhodnosti do podloží podle vhodnosti do aktivní zóny vhodné pro stavební účely podle zhutnitelnosti ROZDĚLENÍ HORNIN VYVŘELÉ hlubinné, výlevné, žilné USAZENÉ úlomkovité, jílovité, organogenní, chemické METAMORFOVANÉ 2
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VELIKOSTI ZRN ČSN EN ISO 14688-1 POJMENOVÁNÍA ZATŘIĎOVÁNÍZEMINČÁST1: POJMENOVÁNÍ A POPIS NAZEV VELIKOST ZRN [mm] Balvany (Bo) > 200 Kameny, valouny (Co) 63 200 Štěrk hrubý (CGr) 20 63 Štěrk střednězrnný (MGr) 6,3 20 Štěrk jemnozrnný (FGr) 2 6,3 Písek hrubozrnný (CSa) 0,63 2 Písek střednězrnný (MSa) 0,2 0,63 Písek jemnozrnný (FSa) 0,063 0,2 ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VELIKOSTI ZRN NAZEV VELIKOST ZRN [mm] Prach hrubozrnný 0,02 0,063 (CSi) Prach střednězrnný 0,0063 0,02 (MSi) Prach jemnoozrnný 0,002 0,0063 (FSi) Jíl (Cl) 0,002 ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VELIKOSTI ZRN KLASIFIKACE PODLE ČSN 73 6133 Velikost zrn Název Označení [mm] zrn Frakce < 0,002 Jemné Jílovitá c 0,002 0,060 Prachovitá m 0,060 2 Hrubé Písčitá s 2 60 Štěrková g 60 200 Velmi Kamenitá cb > 200 hrubé Balvanitá b 3
VÝCHOZÍ SKUPINY ZEMIN Výchozí skupina Jemnozrnná Základní název Jemnozrnná zemina Symbol F (jíl C, hlína M) Kvalitativní znak f > 35% (g+s+f) Písčitá Písek S f < 35% (g+s+f) s>g Štěrkovitá Štěrk G f < 35% (g+s+f) g>s PLASTICITA ZEMIN [2] MEZ TEKUTOSTI mez tekutosti: w L, empiricky stanovená vlhkost, při které zemina přechází ze stavu tekutého do stavu plastického vlhkost, která odpovídá 10 mm penetraci kužele při použití kužele 60 g/60º, nebo vlhkost, která odpovídá 20 mm penetraci kužele při použití kužele 80 g/30º. ČSN CEN ISO/TS 17892-1 Geotechnický průzkum a zkoušení Laboratorní zkoušky zemin Část 12 : Stanovení konzistenčních mezí 4
MEZ TEKUTOSTI kužel [1,3] ROZLIŠENÍ PLASTICITY ZEMIN Plasticita Symbol Mez tekutosti v % Nízká L méně jak 35 Střední I 35 50 Vysoká H 50 70 Velmi vysoká V 70 90 Extrémně vysoká E více jak 90 ČÍSLO (INDEX) PLASTICITY Ip = w L - w p I p číslo plasticity w L mez tekutosti w p mez plasticity Index plasticity charakterizuje schopnost dané zeminy vázat vodu, aniž dojde ke změně stavu zeminy. 5
KLASIFIKACE ZEMIN - ZATŘÍDĚNÍ jemné části 0,063-0 štěrky 63-2 písky 2 0,063 JEMNOZRNNÉ ZEMINY PÍSČITÉ ZEMINY 6
ŠTĚRKOVITÉ ZEMINY ZRNITOST Stanovení zrnitosti je jednou z nejdůležitějších identifikačních zkoušek zemin. Klasifikace zemin je založena především na zrnitosti. K zrnitosti zemin se vztahuje řada geotechnických a hydrogeologických vlastností zemin. ČSN CEN ISO/TS 17892-4 Geotechnický průzkum a zkoušení Laboratorní zkoušky zemin Část 4: Stanovení zrnitosti zemin ZRNITOST pro zeminy s menším zrnem jak 125 mm pro zeminy s obsahem částic nad 90 % většího průměru 0,063 mm zkouška proséváním pro zeminy s obsahem částic nad 10 % menšího průměru 0,063 mm zkouška prosévání + sedimentace 7
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE NAMRZAVOSTI zrnitostního kritéria - Scheibleho kritérium (ČSN 73 6133) Přímá metoda ČSN 72 1191 Hodnocení podle CBR Namrzavost se posuzuje v materiálech použitých v aktivní zóně, případně v konstrukci vozovky 5 skupin: nenamrzavé, mírně namrzavé, namrzavé, nebezpečně namrzavé, vysoce namrzavé ČSN 72 1002 ROZDĚLENÍZEMIN PODLE NAMRZAVOSTI: SCHEIBLEHO KRITÉRIUM [3] ROZDĚLENÍZEMIN PODLE NAMRZAVOSTI: PŘÍMÁ METODA ČSN 72 1191 -,,Zkoušení míry namrzavosti zemin určuje se u materiálů, které obsahují více jak 5 % menších než 0,125 mm 8
ZKOUŠENÍ MÍRY NAMRZAVOSTI ZEMIN: PŘÍMÁ METODA [4] ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE SOUDRŽNOSTI nesoudržné (sypké) písky, štěrky, štěrkové zeminy, zeminy s nízkou plasticitou soudržné jíly, slíny, mokré hlíny ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE TĚŽITELNOSTI ČSN 73 6133:2010 Rozdělení do 3 tříd Třída I: těžba je prováděna běžnými výkopovými mechanismy (buldozery, rypadla, ručně prováděné výkopy) Třída II: pro těžbu a rozpojování zemin a hornin je nutné použít specielní rozpojovací mechanismy (rozrývače, skalní lžíce, kladiva) Třída III: k rozpojení jsou nutné trhací práce 9
ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Rozdělení do 7 tříd lehko rozpojitelné měkké konzistence lehko rozpojitelné tužší konzistence středně rozpojitelné soudržné, těžko rozpojitelné lehko rozpojitelné rozrušovacími nebo trhacími pracemi těžko rozpojitelné trhacími pracemi velmi obtížně rozpojitelné trhacími pracemi ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Lehko rozpojitelné měkké konzistence: - ornice, hlína, písčitá hlína, písek - kypré zeminy, písek, štěrkopísek s drobnými zrny, stavební odpad ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Lehko rozpojitelné tužší konzistence - ornice, hlína, písčitá hlína, písek - ulehlé zeminy se štěrkovými zrny, písčitý štěrk se zrny do 10 cm 10
ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Středně rozpojitelné: - pevné tvrdé konzistence, ornice, hlíny, písčité hlíny, - ulehlé zeminy, hrubý písčitý štěrk, hrubý štěrk ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Soudržné, těžko rozpojitelné: - pevné a tvrdé konzistence, jíl, jílové hlíny, prachové hlíny, - štěrk 10 25 cm, zeminy s balvany, poloskalní navětralé materiály břidlice, opuky, zvětralé vápence. ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Lehko rozpojitelné rozrušovacími nebo trhacími pracemi: -hrubý štěrk, sřední a hrubý štěrk s jílovitými a hlinitými tmely, písčité a jílovité břidlice, navětralé žuly, ruly andezity a pískovce 11
ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Těžko rozpojitelné trhacími pracemi: - horniny s balvany nad 0,1 m 3, z části zdravé skalní materiály žuly, ruly andezity a pískovce ROZDĚLENÍ HORNIN(ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Velmi obtížně rozpojitelné trhacími pracemi: -zdravé skalní masivy křemence, křemité žuly, ruly, čediče a podobně ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU Podle ČSN 73 6133:2010 - NEPOUŽITELNÉ - NEVHODNÉ k přímému použití bez úprav - PODMÍNĚČNÉ VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV - VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV 12
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU Podle ČSN 73 6133:2010 Podle hodnoty IBI min. IBI 10 % pro násyp min. IBI 5 % pro podloží násypu zemina bez úpravy IBI IBI (okamžitý poměr únosnosti immediate bearing index) okamžitá hodnota Kalifornského poměru únosnosti stanovená bez zatěžovacího prstence [1] ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN A KRITÉRIA POUŽITELNOSTI [2] 13
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU Podle ČSN 72 1002 (neplatná) nevhodné málo vhodné vhodné velmi vhodné ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO AKTIVNÍ ZÓNY Podle ČSN 73 6133:2010 - NEPOUŽITELNÉ - NEVHODNÉ k přímému použití bez úprav - PODMÍNĚČNÉ VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV - VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV - Podloží PIII: CBR po 96 hodinách sycení min. 15 % - Podloží PII: CBR po 96 hodinách sycení min. 30 % - Podloží PI: CBR po 96 hodinách sycení min. 50 % zemina bez úpravy 14
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ ČSN 72 1002 NEPLATNÁ I. plynulá křivka zrnitosti, stabilní jílová a prachová složka, dobře se zhutňují, např. štěrk hlinitý II. obdobné vlastnosti jako I., avšak bez jílové a prachové části, nenamrzavé, velmi dobře zhutnitelné, např. písek špatně zrněný III.skupina jemnozrnných písčitých a štěrkovitých zemin, postrádají kostru z hrubších zrn,např. písčitá hlína ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ ČSN 72 1002 NEPLATNÁ IV. jílová a prachová složka je málo odolná povětrnosti, přechod mezi dobrým a průměrným podložím V. dobře zhutnitelné, mírně namrzavé, např. štěrkovitá hlína VI. přechod mezi vhodnými a málo vhodnými, např. písčitá, písčitý jíl VII. namrzavé až nebezpečně namrzavé zeminy, při napojení s vodou nestabilní ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ ČSN 72 1002 NEPLATNÁ VIII. namrzavé až nebezpečně namrzavé zeminy, při napojení s vodou nestabilní IX. odstranit z podloží X. nedají se zlepšit 15
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ VHODNOST ZEMIN PRO STAVEBNÍ ÚČELY NEVHODNÉ jemnozrnné zeminy písčitoštěrkovité s velmi malou příměsí kamenité a balvanité frakce PODMÍNEČNĚ NEVHODNÉ kamenivo, balvany s nedostatečnou výplní mezer a dutin PODMÍNEČNĚ VHODNÉ spraše, sprašové hlíny VHODNÉ zeminy dobře zrněné, mezery jsou vyplněny jemnozrnnou frakcí ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN PODLE ZHUTNITELNOSTI 4 skupiny 1.skupina výborná zhutnitelnost, rychlý přírůstek hmotnosti 2.skupina-dobrá zhutnitelnost, potřebná je vyšší energie pro zhutnění 3.skupina vyhovující, potřebná je vyšší energie pro zhutnění 4.skupina- nevyhovující 16
ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN A KRITÉRIA POUŽITELNOSTI Orientační dělení na nepoužitelné, nevhodné, podmíněčně vhodné, vhodné Pro stavbu zemního tělesa: - Musí se upravit objemově nestabilní zeminy, - zeminy nemá vlhkost v předepsané úrovni musí se upravit, - Jedná se o stejnozrnnou zeminu (např. vátý písek) upravit, - Další požadavky na objemovou hmotnost vysušené zeminy (PS a PM) index konzistence, mez tekutosti PRŮKAZNÍ ZKOUŠKY NEUPRAVENÝCH ZEMIN Zrnitost -DH Číslo nestejnozrnitosti DH -jen pro S a G Mez tekutosti -DH Mez plasticity -DH Číslo plasticity -DH Číslo konzistence -DH Vlhkost v přirozeném uložení -DH Objemová hmotnost v přiloženém uožení - DH Obsah organických látek -max. 6 % Propustnost -DH Stlačitelnost DH jen pro F, popř. S PRŮKAZNÍ ZKOUŠKY NEUPRAVENÝCH ZEMIN Maximální objemová hmotnost DH u jemnozrnných zemin nebo směsí zemin jemnozrnných nebo hrubozrnných Optimální vlhkost -DH u jemnozrnných zemin nebo směsí zemin jemnozrnných nebo hrubozrnných Minimální a maximální ulehlost DH u zemin hrubozrnných nebo stejnozrnných CBR aktivní zóna PIII-15 %, PII-30 %, PI-50 % -sycení ve vodě 96 hodin 17
PRŮKAZNÍ ZKOUŠKY NEUPRAVENÝCH ZEMIN IBI aktivní zóna DH zkouší se ihned po zhotovenní zkušebního vzorku IBI násyp min. 10 % zkouší se ihned po zhotovenní zkušebního vzorku IBI podloží násypu min. 5 % zkouší se ihned po zhotovenní zkušebního vzorku Namrzavost aktivní zóna DH podle zrnitosti, v případě pochyb přímá zkouška Smyková pevnost efektivní - DH Smyková pevnost totální min. 25 kpa při posouzení únosnosti a stability násypů na měkkém podloží KONTROLNÍ ZKOUŠKY ZEMIN PŘI TĚŽBĚ Vlastnost Požadavek Četnost Přirozenávlhkost DH 1 x 10000 m 3 nebo 1 x denně Objemová hmotnost v přirozeném uložení DH 1 x 10 000 m 3 Zrnitost DH 1 x 20 000 m 3 Meze plasticity DH 1 x 20 000 m 3 Obsah organických látek DH 1 x 10 000 m 3 KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost Minimální požadavek Četnost Vlhkost Jemnozrnné zeminy s I p < 17 % Jemnozrnné zeminy s I p 17 % odchylky od wopt,ps 3 % až + 2 % odchylky od wopt,ps 5 % až + 3 % 1 x 1 250 m 2 nebo 500 m 3 Hrubozrnné zeminy - 1 x 2500 m 2 nebo 1 000 m 3 18
KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Míra zhutnění dle objemové hmotnosti (parametr D) Vlastnost Min. pož. Četnost Podloží násypu 92 % PS 1 x 4000 Podloží přechodových 95 % PS m 2 oblastí mostů nebo 16000 m 3 Násyp z jemnozrnných (F) nebo písčitých zemin (SW,SP,S-F) nebo poíplku Násyp ze štěrkovitých zemin (GW, GP,G-F) 95 % PS 97 % PS Aktivní zóna, zemní pláň 100 % PS 1 x 100 bm dopravního pásu nebo 1 x 1000 m 2 ostatních ploch KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost Minimální požadavek Četnost Míra zhutnění dle relativní ulehlosti Nivelační zkouška stlačenípo dvou pojezdech Písčité zeminy (SW, SP, S-F) Štěrkovité zeminy (GW, GP, G-F) Kamenitá sypanina, váté písky, popílky 0,8 (aktivní zóna 0,9) 0,75 (aktivní zóna 0,9) 1 x 4 000 m 2 nebo 1 6000 m 3 0,5 % h 1 x 4 000 m 2 nebo v aktivní zóně 1 x 2 000 m 2 KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost CBR Ztužující vrstva vrstevnatého násypu Minimální požadavek IBI Aktivní zóna min. deklarovaná hodnota Násyp min. 10 % Podloží násypu min. 5 % Četnost min. 10 % 1 x 10 000 m 3 nebo 1 x denně 19
PODLOŽÍ Funkce - tvoří podklad pro konstrukci vozovky - přenáší zatížení - ovlivňuje životnost a provozní způsobilost vozovky ZEMNÍ PLÁŇ Požadavky - musí vykazovat požadovanou únosnost změřenou na zemní pláni, - musí splňovat podélný a příčný sklon dle projektové dokumentace - rovnost a výškové tolerance pláně musí odpovídat dokumentaci stavby; - zemní pláň musí být řádně odvodněna. STANOVENÍ TLOUŠŤKY ÚPRAVY PODLOŽÍ VOZOVKY [2] 20
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA Odchylky výšek Odchylky šířek Nerovnosti povrchu Přesnost svahování PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA ODCHYLKY VÝŠEK Vlastnost Odchylky od výšek zemní pláně a kót odvozených od nivelety Typ komunikace D, R, SI, SII, MR, MS ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace Požadavek Měření ±30 mm V příčných profilech dle dokumentace ±40 mm stavby (po 20 m) ve třech bodech jízdního pásu PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA ODCHYLKY ŠÍŘEK Vlastnost Odchylky od šířek zemní pláně Typ komunikace všechny Požadavek Měření -50 mm -až + -100 mm V příčných profilech po 20 m 21
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA NEROVNOSTI POVRCHU Vlastnost V podélném směru V příčném směru Typ komunikace D, R, SI, SII, MR, MS ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace D, R, SI, SII, MR, MS ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace Požadavek Měření max. 25 mm max. 30 mm Pod 4m latí v ose jízdního pásu max. 15 mm V příčných profilech max. 20 mm max. po 40 m PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA NEROVNOSTI POVRCHU Vlastnost Odchylka od příčného sklonu zemní pláně Typ komunikace D, R, SI, SII, MR, MS ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace u skalních zářezů a plání z kamenité sypaniny Požadave k Měření ±0,5 % V každém příčném Odchylka maximálně ±1 %, min. 2,5 % ±0,5 % profilu dokumantace stavby Nepřípustný výskyt prohlubní bez možnosti odtoku vody PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA PŘESNOST SVAHOVÁNÍ Vlastnost Přesnost svahování se posuzuje max. prohlubní Odchylka od tangenty projektovaného sklonu svahu Svahování ve skalních výlomech Typ komunikace Požadavek Měření všechny 50 mm ±5 % V příčných profilech maximálně vzdálených 100 m Neprovádí se 22
LITERATURA [1] ODOLNOST ZEMIN A MATERIÁLŮ PROTI VODĚ V PODLOŽÍ VOZOVEK POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ, DP, Bc. JAN VELÍŠEK, FAKULTA STAVEBNÍ, ÚSTAV POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ [2] ČSN 736133 Navrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací [3] ZLEPŠOVÁNÍ ZEMIN S VYUŽÍTÍM ALTERNATIVNÍCH PŘÍSAD, BP, Jindřiška Slezáková, Praha 2010, FSv ČVUT v Praze, katedra silničních staveb [4] Ing. Petr Pácha, Ing. Dušan Stehlík, Ph.D.: NAMRZAVOST ZEMIN A MATERIÁLŮ V PODLOŽÍ VOZOVKY POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ, Asfaltové vozovky 2011, České Budějovice, 2011 23