ČVUT 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)
HORNINA X ZEMINA horniny skalní poloskalní
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
SÍTOVÝ ROZBOR HUSTOMĚRNÁ METODA
Prosévání na sítech standardizované řady pro zrna větší než 0,125 mm (písčitá až štěrkovitá).
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 Cu, Cc
Číslo nestejnozrnnitosti Cu
d Cu 60 d10
d60 - průměr zrn příslušející 60% propadu d10 - průměr zrn příslušející 10% propadu
Číslo křivosti Cc 2 d 30 Cc d 60 d10
d10 - průměr zrn příslušející 10% propadu d30 - 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 Cu číslo křivosti Cc. 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 průměr zrna [mm] 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,044 0,014 0,0068 0,0033 0,0015
30 g
zbytek na sítu [g] celkem propad [g] 0 0,67 0,64 1,55 5,69 6,24
30 29,33 28,69 -
propad [%] 100,00 97,77 40,60 26,50 21,20 10,60 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 V 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 „V 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
g
gravel=štěrkové >2,0 mm
0,06-2,0 mm
ukázka zatřídění podle ČSN 731001: PODLE POMĚRU:
f
fine=jemnozrnné <0,06 mm
s
sand= písčité
g
gravel=štěrkové >2,0 mm
0,06-2,0 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-FÁZOVÝ SYSTÉM
Póry (pores)
Pevné částice (solid)
Plasticita a konzistence
Na základě konzistenčních mezí (převážně wL a wP viz dále) se určí charakteristiky soudržných zemin Index plasticity IP a Stupeň konzistence IC
Mez tekutosti wL
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. Vlhkost, při které zemina již vykazuje určitou smykovou pevnost, je uvažována za hraniční mezi stavem tekutým a plastickým. Je označována jako mez tekutosti wL. 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 wL menší než 35 % I – střední wL = 35 – 50 % H – vysokou wL = 50 – 70 % V – velmi vysokou wL = 70 – 90 % E – extrémně vysokou wL vetší než 90 %
Mez plasticity wP 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 ws 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. V 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 ms=… g, měrná hmotnost zrn rs=… kg/m3, vlhkosti na mezi tekutosti wL=… % a plasticity wP =… %. Stanovte: objemovou hmotnost přirozeně vlhké (r) i vysušené (rd) zeminy, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasycení (Sr), číslo plasticity (IP), stupeň konzistence (IC), plasticitu a konzistenci. Dále stanovte objemovou hmotnost plně nasycené zeminy (rsat) a objemovou tíhu zeminy pod vodou (gsu).
ŘEŠENÍ ÚLOHA 2
m r V
Stanovte:
ms rd V
•objemová hmotnost přirozeně vlhké i vysušené zeminy
•vlhkost (hmotnostní)
•pórovitost •číslo pórovitosti
w
mw m ms 100 % 100 % ms ms
V Vs rd n 1 V V rs Vp
V Vs r s e 1 Vs Vs rd Vp
•stupeň nasycení - hodnoty od 0 do1
Sr
Vw r r d Vp rw n
md=ms
ŘEŠENÍ ÚLOHA 2
•číslo plasticity
I p wL wp
•stupeň konzistence
md=ms
wL w Ic wL wP
•objemovou hmotnost plně nasycené zeminy
•objemovou tíhu zeminy pod vodou
r SAT
mSAT r d rW n V
g su g rsat rw
.....g=gravitační zrychlení 9,81 m*s-2
Jednotky - m [kg], [kg/m3] w [%] V [m3] gsu= [N/m3]
Určete plasticitu a konzistenci
Plasticita (na základě wL)
Pomocí meze tekutosti lze zeminy blíže specifikovat na zeminy s plasticitou: L – nízkou wL menší než 35 % I – střední wL = 35 – 50 % H – vysokou wL = 50 – 70 % V – velmi vysokou wL = 70 – 90 % E – extrémně vysokou wL vetší než 90 %
Konzistence (podle indexu konzistence Ic)
IC větší než 1 pevná až tvrdá IC 1 až 0,5 tuhá plastická IC 0,5 až 0 měkká IC menší než 0 kašovitá až tekutá
