MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

Inovace studijního oboru Geotechnika reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.0009

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN podklady k přednáškám

doc. Ing. Kořínek Robert, CSc. Místnost: C 314 Telefon: 597 321 942 E-mail: [email protected] Internetové stránky: fast10.vsb.cz/korinek Přednášky pro studenty byly vytvořeny v rámci projektu: „Inovace studijního oboru geotechnika“ financovaného z prostředků EU a státního rozpočtu ČR.


Katedra geotechniky a podzemního stavitelství Mineralogie, petrografie

Všeobecná geologie

Inženýrská geologie

Statika

Pružnost a plasticita

Mechanika hornin a zemin

Zakládání staveb

Pozemní, dopravní, vodní stavby

Inženýrské a geotechnické stavby

Zemní stavby a konstrukce

Přednášky pro studenty byly vytvořeny v rámci projektu: „Inovace studijního oboru geotechnika“ financovaného z prostředků EU a státního rozpočtu ČR.


Mechanika hornin a zemin • Fázové prostředí hornin a zemin • Popisné a fyzikální vlastnosti hornin • Proudění vody horninami • Fyzikálně-chemické vlastnosti, konsolidace zemin • Klasifikace hornin pro inženýrské účely • Napětí a napjatost v horninových tělesech • Deformační charakteristiky hornin • Pevnostní parametry hornin • Konsolidace zemin • Geotechnické kategorie, mezní stavy • Filtry, konstrukce filtrů • Stabilita svahů, sanace svahových poruch • Tlaky zemin na konstrukce • Úprava vlastností zemin, zhutňování zemin • Modelování v geomechanice, geotechnický monitoring Literatura: Šimek a kol.: Mechanika zemin, SNTL Praha 1990 Hulla a kol.: Mechanika zemín a zakladanie stavieb, ALFA Bratislava 1991



Geologický smysl

Inženýrský smysl

HORNINA

SKALNÍ

POLOSKALNÍ

ZEMINY

Zvětrávání mechanické či chemické

VAZBY-primární

VAZBY-sekundární

SLOŽENÍ • • • • •

Živce Pyroxen, amfibol Křemen Slídy Ostatní

SLOŽENÍ 60% 17% 12% 4% 7%



Odlišnost zeminy od jiných látek: -sestává ze tří fází (látky partikulární) a)

b)

c)

d)

vzájemný poměr těchto fází a jejich vzájemný vztah definuje 4 aspekty partikulární povahy zemin: -

Mechanická interakce,

-

Chemická interakce,

-

Fyzikální interakce,

-

Vzájemný podíl na přenášení zatížení mezi jednotlivými fázemi



Vznik zemin Z hlediska vzniku zemin rozlišujeme: -

Zeminy reziduální, geologicky eluvium

-

Zeminy sedimentární: Naplavené, říční Svahové Váté Ledovcové Mořské usazeniny

Z hlediska historie zatížení a fyzikálně – mechanických vlastností rozlišujeme: a) Zeminy normálně konsolidované b) Zeminy překonsolidované ZEMINY Normálně konsolidované

σx

σz

Překonsolidované

σx

σz

σx

σz



Mineralogické složení Zeminy obsahují: a) Prvotní materiály – mechanické zvětrávání horninových minerálů b) Druhotné minerály – chemické zvětrávání prvotních minerálů. Největší význam jílové minerály. Hlavní skupiny jílových minerálů: 7A

G S

7A

G S

Pevná vazba

10A

Schéma krystalické mřížky kaolinitu

10A

Vodní molekuly + kationty v mezivrstvách

10A

Schéma krystalické mřížky montmorillonitu

10A

Vázaný kationt

Schéma krystalické mřížky illitu



Druhy vod v zemině Voda volná:

Gravitační Kapilární

Voda vázaná:

Pevně (adsorbovaná) Slabě (osmotická) Hydroskopická

lyosféra (difuzní obal) 2 3

1– 2– 3– 4– 5–

1

4 5 Difuzní obal minerálních povrchů



Struktura zemin Makrostruktura

– lze ji pozorovat okem nebo lupou – může být výsledkem:

Mikrostruktura

•

Vzniku zemin,

•

Změn, které nastaly po sedimentaci,

•

Způsobem zpracování zeminy jako stavebního materiálu

– je třeba rozlišovací schopnosti mikroskopu – ovlivňuje: •

Velikost zrn při sedimentaci: - u větších zrn převládá gravitační účinek. Pro všechny prachové, písčité a větší částice bude struktura mít povahu jednotlivých zrn – - u zrn < 0,01 mm (tzv. koloidy s měrným povrchem > 25 m2/g) bude struktura mít povahu

•

Přenosové prostředí,

•

Prostředí, ve kterém sedimentace probíhala.

Stabilita struktury: Zeminy metastabilní – změnou struktury při zatížení nebo zavodnění dochází ke změně objemu. Zeminy objemově nestálé – projevem je prosednutí nebo bobtnání.





nesoudržné zeminy

soudržné zeminy

fyzikální stav závisí na pórovitosti

fyzikální stav závisí na vlhkosti

mechanické vlastnosti ovlivňuje především ulehlost

mechanické vlastnosti závisí v rozhodující míře na konzistenčním stavu zeminy

stlačitelnost malá, možné dobře zhutnit vibrací

stlačitelnost střední až vysoká, vibrace pro zhutňování málo účinné

o smykové pevnosti rozhoduje úhel vnitřního tření, který prakticky nezávisí na vlhkosti

úhel vnitřního tření je nízký, často rozhoduje soudržnost, která závisí na vlhkosti zeminy

Výměnné kationty v jílech Změna kationtů v podzemní vodě vede k výměně kationtů v adsorbčním komplexu. Schopnost kationtů nahradit kationty původního adsorbčního komplexu.

Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > K+ > Na+ Zlepšování vlastností zemin – fyzikální i mechanické



Agresivita podzemních vod Vody hladové:

- různá tvrdost - vyluhují vápno ze stavebních hmot

Vody kyselé:

- pH <7 - Reagují s volným CO2 a vytvářejí rozpustné soli

Vody uhličité:

- obsahují volný agresivní CO2 - Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O - CaCO3 je rozpustný

Vody síranové:

- obsahují SO4-2 - Ca(OH)2 + SO4 → CaSO4 + H2O - CaSO4 je rozpínavý

Vody hořečnaté:

- obsahují MgCl2 (chlorid hořečnatý) - jsou méně časté

Vody alkalické:

- obsahují amonné soli, oleje, tuky, mastné kyseliny H2S



Obsah uhličitanu vápenatého Forma výskytu:

Přítomnost CaCO3 způsobuje:

Indikace na místě – kyselina HCl:

Větší množství CaCO3 – příčina světlých odstínů barvy zeminy.



Obsah organických látek Největší obsah:

Charakteristické znaky:

Nevhodné jsou v podložce zemních těles nebo uložené uvnitř tělesa.



Barva a zápach zeminy Základní barva

Šedá až černá barva

Žlutá až hnědá barva

Modrozelená

Zápach vápna

Hnilobný zápach


MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

Recommend Documents