Univerzita Karlova V Praze, Přírodovědecká fakulta, Ústav hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky
Polní stanovení pevnosti v prostém tlaku hornin podle ČSN EN ISO 14689-1 Bakalářská práce
Tomáš Kuře
Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Jan Král
Praha 2012
Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání stejného či jiného akademického titulu.
V Praze dne 23.8.2012 Podpis
Poděkování Chtěl bych poděkovat především RNDr. Janu Královi za řádné vedení, poskytnutí potřebných podkladů k vypracování této bakalářské práce a dále všem profesům, kteří se mnou měli trpělivost a předali mi důležité znalosti, které jsem mohl využít při vypracování této práce. Dále panu Ing. Ivo Ouřadovi za poskytnutí literatury o laboratorních zkouškách.
Obsah 1
Úvod ................................................................................................................................................ 6
2
Rešerše ............................................................................................................................................ 7
3
2.1
Norma ČSN 73 1001 a ČSN EN ISO 14689-1 ............................................................................ 7
2.2
Laboratorní zkoušky ................................................................................................................ 8
2.2.1 Pravidelné vzorky ............................................................................................................ 8 2.2.2 Nepravidelné vzorky ........................................................................................................ 9 2.2.3 Bodové zatížení................................................................................................................ 9 Praktická část ................................................................................................................................. 10 3.1
Metodika zkoušení ................................................................................................................ 10
3.1.1 Technologický postup .................................................................................................... 10 3.1.2 Popis vzorků................................................................................................................... 10 3.2 Získávání vzorků a jejich popis............................................................................................... 10 3.2.1 Sedimentární horniny .................................................................................................... 10 3.2.2 Magmatické horniny...................................................................................................... 11 3.2.3 Metamorfované horniny ............................................................................................... 11 3.3 Výsledky zkoušení.................................................................................................................. 12 3.3.1 Sedimentární horniny .................................................................................................... 12 3.3.2 Magmatické horniny...................................................................................................... 12 3.3.3 Metamorfované horniny ............................................................................................... 12 3.4 Zatřídění podle výsledků zkoušek podle normy ČSN EN ISO 14689-1................................... 12 3.4.1 Sedimentární horniny .................................................................................................... 12 3.4.2 Magmatické horniny...................................................................................................... 13 3.4.3 Metamorfované horniny ............................................................................................... 13 3.5 Diskuse................................................................................................................................... 13
4
3.5.1 Hodnoty uváděné v literatuře ....................................................................................... 13 3.5.2 Diskuse........................................................................................................................... 14 Závěr .............................................................................................................................................. 15
5
Seznam literatury, zdroje .............................................................................................................. 17
6
Fotodokumentace ......................................................................................................................... 18 6.1
Vzorky před/po zkoušce ........................................................................................................ 18
6.1.1 6.1.2 6.1.3
Sedimentární horniny .................................................................................................... 18 Magmatické horniny...................................................................................................... 21 Metamorfované horniny ............................................................................................... 23
5
1 Úvod Jak už název napovídá, hlavním cílem mé bakalářské práce je polní stanovení pevnosti v prostém tlaku hornin podle ČSN EN ISO 14689-1, Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování hornin – Část 1: Pojmenování a popis. Tato část ČSN EN ISO 14689-1 platí pro popis hornin pro geotechniku a inženýrskou geologii ve stavebním inženýrství. Popis se provádí na vrtných jádrech a dalších vzorcích přírodních horninových materiálů a horninových masívů (ČSN EN ISO 14689-1). V druhé kapitole této práce jsem se zaměřil na rešerši staré normy, které skončila platnost (2010), nové normy a převzatých laboratorních zkoušek. V další, v mé práci stěžejní, kapitole jsem se zaměřil na praktickou část, vlastní polní stanovení pevnosti v prostém tlaku vzorků dle Tabulky 5 normy a následnou interpretaci výsledků. V závěru jsem poté porovnal mnou zjištěné hodnoty pevností hornin s pevnostmi laboratorně testovaných hornin uváděných v literatuře. V poslední kapitole je fotodokumentace. Pro přehlednost jsem ji zařadil do jedné kapitoly a ne průběžně v textu.
6
2 Rešerše 2.1 Norma ČSN 73 1001 a ČSN EN ISO 14689-1 Norma ČSN 73 1001 „Základová půda pod plošnými základy“ přestala platit k 1.4.2010. Od té doby se využívají nové normy včetně ČSN EN ISO 14689-1 Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování hornin – Část 1: Pojmenování a popis. V již neplatné normě, stejně jako v té platné, je kapitola věnovaná zatřídění hornin podle pevnosti v prostém tlaku. Norma ČSN 73 1001 má v tabulce 6 uvedeno zatřídění hornin podle pevnosti do 6 tříd (tab. 1). Tyto třídy jsou značeny R 1 až R 6. Řazeny jsou od horninových materiálů s největší pevností po ty s pevností nejmenší. Dále je v tabulce uvedena pevnost slovně, charakteristika, jak se hornina chová po úderu geologickým kladívkem a typy hornin, které mohou být zařazeny do dané třídy. Pod tabulkou jsou v poznámkách napsány hodnoty pevností v prostém tlaku σc, které se považují za formální hranice mezi horninami skalními a poloskalními a mezi horninami poloskalními a zeminami (ČSN 73 1001). V platné normě ČSN EN ISO 14689-1 v kapitole 4.2.7 je tabulka 5 (tab. 2) – polní stanovení pevnosti v prostém tlaku. V této tabulce pevností chybí, na rozdíl od předešlé normy, označení tříd (např. R 1 u neplatné normy), dané pevnosti v prostém tlaku je přiřazen pouze název podle pevnosti. Dále je popsáno, jak se chová hornina po úderu geologickým kladívkem či rýpnutí kapesním nožem. Seřazení pevností je od nejméně pevné k nejpevnější hornině. Celkový počet tříd je sedm, to je o jednu třídu více než v normě ČSN 73 1001 (ČSN EN ISO 14689-1). Pro názorné porovnání jsem umístil obě tabulky (tab. 1 a tab. 2) níže. Tab. 1. ČSN 73 1001 Třída Pevnost σc (MPa) R1 >150
Pevnost
Charakteristika
Typy hornin (příklady)
velmi vysoká
Horninu lze kladívkem těžce otloukat.
Zdravé: granitoidy, diority, gabra, migmatity, granulity, kvarcity, amfibolity, bazalty, prokřemenělé pararuly, ortoruly, krystalické vápence, silicity Zdravé: vápenec, dolomity, slepence, pískovce, droby, pevné prachovce, pararuly, svory, fylity Navětralé: horniny třídy R 1 Zdravé: jílovce, slínovce, vulkanické tufy, kataklasity Mírně zvětralé: horniny třídy R 1 Zvětralé: horniny třídy R 2 Zdravé: slabě zpevněné pískovce, prachovce a jílovce; chloritické a grafitické břidlice, fylonity; ultramylonity Silně zvětralé: horniny třídy R 1 a R 2 Mírně zvětralé a navětralé: horniny třídy R3 Zdravé: velmi slabě zpevněné pískovce, prachovce a jílovce; tufity; dislokační jíl Zcela zvětralé: horniny třídy R 1 a R 2 Silně zvětralé: horniny třídy R 3 Mírně zvětralé a zvětralé: horniny třídy R 4 Zcela zvětralé: horniny třídy R 3 až R 5 Eluvia: charakteru zemin
R2
50 až 150
vysoká
Horninu lze kladívkem těžce rozbíjet.
R3
15 až 50
střední
Horninu lze kladívkem lehce rozbíjet.
R4
5 až 15
nízká
Horninu lze škrábat nožem, nikoliv nehtem.
R5
1,5 až 5
velmi nízká
Horninu lze rozdrobit rukou.
R6
0,5 až 1,5
extrémně nízká
Horninu lze škrábat nehtem.
7
Tab. 2. ČSN EN ISO 14689-1
Název
Popis
Extrémně měkká *
Lze vytvořit rýhy nehtem.
Velmi měkká
Rozpad po jednom úderu geologickým kladívkem, může být odlupován kapesním nožem. Ztěžka odlupován kapesním nožem, vzniká mělká jamka po jednom úderu hrotem geologického kladívka. Nemůže být oškrábán nebo odlupován kapesním nožem, vzorek může být rozbit jedním silným úderem geologického kladiva. Pro rozbití vzorku je nutné více než jeden úder geologickým kladívkem. Pro rozbití vzorku je nutné mnoho úderů geologickým kladívkem. Vzorek je po mnoha úderech geologickým kladívkem pouze otlučený.
Měkká Středně pevná
Pevná Velmi pevná Extrémně pevná
Pevnost v prostém tlaku MPa Menší než 1 1 až 5 5 až 25 25 až 50
50 až 100 100 až 250 Více než 250
*Některé extrémně měkké horniny chovající se jako zeminy mohou být popsány jako zeminy podle ISO 14689-1 POZNÁMKA: Prostá pevnost v tlaku nemůže být vždy stanovena v terénu, proto se často pro stanovení pevnosti horninového materiálu používá index pevnosti při bodovém zatížení. Každá zpráva popisující zkoušky pevnosti v tlaku musí obsahovat velikost vzorku, metodiku zkoušky, anizotropii vzorku a jeho vlhkost.
2.2 Laboratorní zkoušky 2.2.1
Pravidelné vzorky
Hlavním cílem laboratorní zkoušky je stanovení pevnosti horniny v prostém tlaku na pravidelném vzorku, který je připravený podle přesného technologického postupu a je plynule zatěžován až do porušení. Tato zkouška je proveditelná na horninách, které jsou dostatečně soudržné, aby umožnily opracování vzorku na pravidelný tvar. Zkušební tělesa se připravují z reprezentativního vzorku většinou strojně. Při opracování je důležitá opatrnost při manipulaci se vzorkem, aby nedošlo k porušení struktury horniny, a aby se zachoval fyzikální stav horniny. Velikost zkušebního tělesa se volí tak, aby nejmenší rozměr tělesa byl přibližně desetinásobkem velikosti strukturních prvků horniny/průměr zrn, hustota laminace atp.. I u jemnozrnných hornin by měl být rozměr minimálně 40–50 mm. Tvarově nejvhodnější jsou tělesa válcová nebo tělesa hranolová, s čtvercovou podstavou. Největší vliv na průběh a výsledek zkoušky má štíhlostní poměr, tj. poměr výšky k průměru válce nebo délce strany podstavy a má být v rozmezí 2-3, výjimečně lze zkoušet na tělesech s štíhlostním poměrem 1-2. Zkušební tělesa se tvarují tak, aby podélná osa, která je totožná s osou zatěžování, zaujímala požadovanou prostorovou orientaci k přírodním plochám nespojitosti, např. kolmo k břidličnatosti. Hodnota pevnosti v prostém tlaku se stanoví jako aritmetický průměr z minimálně pěti zkušebních těles, z toho vyplývá, že tato zkouška je velice náročná na přípravné práce. Před samotnou zkouškou se tělesa změří s přesností 0,1mm a zaznamenají se spolu s údaji o fyzikálním 8
stavu horniny, zejména vlhkosti a orientaci podélné osy vůči makroskopicky zřejmým plochám nespojitosti. Zatěžování probíhá plynule a to rychlostí 0,1 – 0,5 MPa/s. vyhodnocení je ze vztahu σPd= F/A, kde F je největší síla dosažená při zkoušce a A je průřez zkušebním tělesem (Stavební geologie, 1985). Takovýto postup popisují například také Šamalíková a Trávníček (1984) nebo Malgot a kol. (1992).
2.2.2
Nepravidelné vzorky
Pevnost horniny stanovená na tělesech nepravidelného tvaru je nejvyšší dosažené napětí na fiktivní průřezové ploše tělesem o objemu 100 cm3 při jednoosém tlakovém zatěžování. Tato metoda je vhodná na vzorcích z vrtného jádra, jejichž charakter neumožňuje odběr a přípravu dostatečného počtu zkušebních těles pravidelného tvaru. Pro tuto zkoušku se hodí kusové úlomky horniny tvaru přibližně protáhlého elipsoidu („vejčitý“ tvar) s poměrem největšího a nejmenšího rozměru v rozmezí 1,5:1 až 2:1. Úlomky jiného tvaru je potřeba upravit do požadovaného tvaru. Nevhodná tělesa pro tuto zkoušku mají protaženější tvar, tvar destiček nebo jsou jinak deformovaná. Tělesa odpovídající požadavkům potřebným k této zkoušce nebo tělesa upravená do této podoby se zváží a rozčlení do řad. V každé řadě má být 15 – 25 těles, přičemž nejmenší průměrný objem má být menší než 100 cm3 a největší má převyšovat tuto hodnotu. Nejmenší použitelný objem je 20 cm 3 a největší 500 cm3. Minimální počet řad je 2, jedna řada postačí jen v případě, že je v ní průměrný objem 90 – 110 cm3. Každé zkušební těleso se zatěžuje v lisu rychlostí 0,1 – 0,5 kN/s. U hornin, které mají výraznou vrstevnatost vzhledem k nejčastějšímu tvaru úlomků, se tělesa zatěžují ve směru podél foliace. Zatěžování se ukončí, jestliže objem zbývající hlavní části tělesa se zmenší o více než polovinu vůči původní hodnotě. Ke zkoušce je potřeba stanovit objemovou hmotnost a vlhkost horniny. Vyhodnocení probíhá pomocí matematických rovnic. (Stavební geologie, 1985) 2.2.3
Bodové zatížení
Zkoušené těleso se vkládá mezi dva souosé kužely, které mají vrchol tvořený koulí o poloměru 5 cm a vrcholovém úhlu 60°. Orientace zkoušky je závislá na strukturních prvcích daného vzorku. Index pevnosti se poté stanovuje ze vztahu J=F/h2, kde F je síla v okamžiku porušení a h je vzdálenost hrotů na počátku zkoušky (Šamalíková a Trávníček, 1984). U zkoušky pevnosti v prostém tlaku na pravidelných vzorcích je kladen veliký důraz na kvalitu zkušebních těles a náročnost přípravy těchto těles vede k nahrazování této zkoušky. V tomto směru pomáhá zkouška v tlaku na vzorcích nepravidelného tvaru a zkouška v bodovém zatížení. (Stavební geologie, 1985) Podle poznámky pod tabulkou 5 na straně 11 normy ČSN EN ISO 14 689-1 se laboratorní stanovení pevnosti horninového materiálu používá, pokud nelze tuto pevnost stanovit v terénu. Hodnoty pevností hornin uváděné v literatuře zařadím až do kapitoly 3.5 a to kvůli logickému sledu textu.
9
3 Praktická část 3.1 Metodika zkoušení 3.1.1
Technologický postup
K provádění zkoušek pevnosti v prostém tlaku jsem používal geologické kladívko o hmotnosti 800g a jako podložku pod zkoušené vzorky plátěný pytlík o přibližných rozměrech 30x20cm, vyplněný pískem. Pytlík jsem vyrobil z pevné látky, která se používá na celty. Podložka by měla vytvářet stejné podmínky pro každou zkoušku. Dále ještě kapesní lupu pro určování minerálů v hornině. Důležité je zmínit pro představu, jakou silou mohu působit na vzorky během úderu, měřím 189cm a vážím 82kg. Údery jsem dával silnější. 3.1.2
Popis vzorků
U vzorků hornin jsem zaznamenával číslo vzorku, lokalitu, datum a rozměr. Geologický popis sestával z určení geneze, barvy, zrnitosti, mineralogického složení, stupně zvětrání (pokud lze blíže určit, podle normy 14689-1), strukturní prvky a určení horniny. Fotodokumentaci jsem prováděl před a po zkoušce. Číslování vzorků je postupné podle data sběru. Není řešeno podle geneze.
3.2 Získávání vzorků a jejich popis Vzorky jsou číslovány podle data pořízení, jak je uvedeno výše. V této kapitole bakalářské práce jsem je setřídil podle geneze, pro jednodušší orientaci v textu. Horniny byly vybírány po domluvě s vedoucím práce. Stupeň zvětrání je popsán podle normy 14689-1.
3.2.1
Sedimentární horniny
1,2) Vápencové dlažební kostky z Národní třídy, asi 30 m od Nové scény Národního divadla směrem od Vltavy. 25.2.2012. Jedná se o řezané kostky s rozměry 6x6x4 cm (1) a 6x3x4 cm (2), barva je šedá, šedavě nahnědlá, jemnozrnná bez puklin a laminace. Minerální složení: kalcit. Nášlapné strany jsou slabě zvětralé. 4,5) Drobové břidlice z Letenských strání, 11.4.2012, Z (4) a V (5) od Metronomu, rozměry přibližně 7,5x6x3 cm (4) a 15x10x6 cm (5), barvu mají tmavě šedou až načernalou, jsou velmi jemnozrnné – vyšší obsah jílovité frakce, světlá zrna křemene, živců. Je patrné slabé zvětrání (4) a mírně zvětralá (5). 6) Křemenec, Letenské stráně, 11.4.2012, V od Metronomu, přibližně 200m od Štefánikova mostu, jemnozrnný, světle nažloutlý – světle šedý, minerální složení: křemen, plochy vystavené více erozi jsou odbarvené. Velikost vzorku – 13x7x7 cm. 7) Vápencová kostka z chodníku, křižovatka Újezd a Most Legií, 11.4.2012, jemně až středně zrnitá, narůžovělá až načervenalá, rozměry kostky jsou 6x6x4,5 cm, povrch slabě zvětralý. 9) Opukový lom Přední Kopanina, 18.4.2012. Opuka světlé až nažloutlé barvy, silná deskovitá odlučnost, sklon k rozpadání na menší kusy. Velmi jemnozrnná, jílovito-prachovitá. Rozměry vzorku jsou 9x8x7 cm. 10
10) Drobové břidlice z Thomayerových sadů, u naučné cedule (ta se nachází poblíž protipovodňové stavby). 19.4.2012. Šedá, velmi jemnozrnná hornina s převahou prachovité frakce. Vzorek 7x5x5 cm, slabé zvětrání. 11) Křemenec z Bílé skály. 19.4.2012. Asi 350 m V, kde vlak přejíždí hlavní silnici a řeku. Barvu má světle našedivělou, velikost 9x8x4 cm. Jemnozrnný. Rozpad na pravidelné úlomky, slabé zvětrání.
3.2.2
Magmatické horniny
3) Granodioritová dlažební kostka z Kozárovic, oblast středočeského plutonu. Je to hlubinný typ magmatické horniny, rozměry 9x8x7 cm, středně zrnitý, zdravá hornina, šedo (černo)-bílé barvy, minerální složení: křemen, živec, amfibol, biotit. 8) Spilit z kamenolomu ve Zbraslavi. 12.4.2012, vzorky pocházejí z čerstvého odstřelu, na výchozu silně zvrásněné vrstvy, rozpukané, vzorek však celistvý. Barva je šedavá – tmavě šedá, jemně zrnitý se s asi 1 mm velkými zrny světlých minerálů- živců, přítomnost pyritu. Hornina zdravá, rostlá, ca. 8x8x7 cm. 12) Čedič ze Slánské hory. 22.4.2012. Jedná se o olivinický nefelinit (lokality.geology.cz). Výlevná magmatická hornina se silnou sloupcovitou odlučností, tmavě šedý až černý, jemnozrnný. Rozměr vzorku je 12x9x4 cm. Mineralogické složení: pyroxen, plagioklas, olivín (Dudek a kol., 1984), hornina zdravá – slabě zvětralá (patrné zvětrání olivínu). 13) Liberecká žula, 2.5.2012. Lom Ruprechtice společnosti Ligranit a.s.. Hlubinný typ magmatické horniny. Vzorky jsou kostky ze zpracovatelského procesu. Žula je hrubozrnná s výraznými vyrostlicemi živce. Minerální složení: křemen, živce (ortoklas, plagioklas), biotit. Jeden vzorek je menší (8x7x6 cm) a druhý větší (10x10x7 cm). 16) Tanvaldský granit (geology.cz). 26.6.2012. Vzorek pochází cca 1 km SZ od Krásné Studánky, po cestě vedoucí od nově budované rychlostní silnice, tam je v lesíku na kopci vojenský bunkr a JV od něj jsem vzorek odebral. Granit je středně až hrubě zrnitý, složen je z křemene, živce, biotitu a muskovitu. Hornina je slabě zvětralá. Vzorky jsou dva. Jeden menší (9x6x8 cm) a druhý větší (13x11x9 cm).
3.2.3
Metamorfované horniny
14) Pararula z lomu Chotouchov (kutnohorské krystalinikum). Tmavší barva, pásky světlejších křemenů a živců se střídají s tmavým biotitem (ten je ve formě šupinek). Další slídou je muskovit. Patrná je břidličnatost horniny, podle které se hornina odděluje v nepravidelných deskovitých úlomcích. Jeden vzorek je slabě zvětralý (13x5x3 cm) a druhý je ze zdravé horniny ( 11x9x4 cm). 15) Ortorula z Krásné Studánky. 26.6.2012. Sběr ze zoraného pole. 400 m SZ od skládky, která je cca 100m SZ od bunkru, u kterého jsem odebral vzorek číslo 16. Jedná se o biotitickou ortorulu, zvanou jizerská (geology.cz). Minerální složení: křemen, biotit, živec. Tmavý biotit tvořil tenké nepravidelné pásky. Hornina byla zdravá, nepozoroval jsem, kromě ušpinění od hlíny, žádné známky zvětrání. Celkem tři vzorky, od nejmenšího (9x7x7 cm), středního (13x11x5 cm, „placatý“) po největší (14x12x8 cm). 17) Fylit. 12.7.2012. Přesnější název zní chlorit sericitický fylit (geology.cz). Vzorek je z výchozu u lesní cesty, která vede z Výpřeže (pod Ještědem) SZ do Křižan. Asi 2km směrem od Výpřeže. Z názvu již vyplývá minerální složení, k chloritu a sericitu se ještě přidává křemen a albit (Dudek a kol., 1984). 11
Břidličná struktura doprovázená zvrásněnými polohami a hojné žilky křemene. Deskovitá odlučnost horniny. Vzorky přímo z výchozu, odlomené části.
3.3 Výsledky zkoušení Síla úderů na vzorky byla spíš razantnější, než mírná. Sílu jsem se snažil udržet u každé zkoušky stejnou. V kapitolách níže je zaznamenáno, kolik úderů geologickým kladivem jsem musel dát, aby byly na vzorku patrné nějaké stopy. Pokud bylo možné zkoušený vzorek ozkoušet „nastojato“, učinil jsem tak. Fotodokumentace je v příloze. 3.3.1
Sedimentární horniny
1,2) vápencové kostičky: 1x úder 4,5) drobové břidlice: 1x úder, výsledky možná zkresleny tvarem vzorku (deskovitý) 6) křemenec: 5x úder 7) vápencová kostička: 2x úder 9) opuka: hrotem mělká jamka, 1x úder 10) drobové břidlice: 3x úder 11) křemenec: 1x úder (vzorek byl deskovitého tvaru), 5x úder (z menšího vzorku, kde nebyla taková dominance protažení v jednom směru)
3.3.2
Magmatické horniny
3) granodioritová kostka: 3x úder (v poloze „na ležato“), 5x úder (v poloze „na stojáka“) 8) spilit: 4x úder 12) čedič: 5x úder 13) granit: menší vzorek: 4x úder (vzorek na výšku), větší: 9x úder a jen otlučen 16) granit: 2x úder (menší), 3x úder (větší)
3.3.3
Metamorfované horniny
14) pararula: slabě zvětralá: 1x úder, zdravá: 3x úder 15) ortorula: 5x úder (nejmenší), 2x úder (střední, placatý vzorek), 4 úder (největší) 17) fylit: 3x úder
3.4 Zatřídění podle výsledků zkoušek podle normy ČSN EN ISO 14689-1 3.4.1
Sedimentární horniny
1,2) vápencové kostičky: středně pevná (25-50 MPa) 4,5) drobové břidlice: středně pevná (25-50 MPa) 6) křemenec: velmi pevná (100-250 MPa) 7) vápenec: pevná (50-100 MPa) 12
9) opuka: středně pevná (25-50 MPa) 10) drobová břidlice: pevná (50-100 MPa) 11) křemenec: velmi pevná (100-250 MPa)
3.4.2
Magmatické horniny
3) granodiorit: velmi pevná (100-250 MPa) 8) spilit: velmi pevná (100-250 MPa) 12) čedič: velmi pevná (100-250 MPa) 13) granit: menší vzorek: velmi pevná (100-250 MPa), větší vzorek: extrémně pevná (více než 250 MPa) 16) granit: pevná (50-100 MPa)
3.4.3
Metamorfované horniny
14) pararula: slabě zvětralá: středně pevná (25-50 MPa), zdravá: pevná (50-100 MPa) 15) ortorula: střední vzorek – pevná (50-100 MPa), nejmenší a největší – velmi pevná (100-250 MPa) 17) fylit: pevná (50-100 MPa)
3.5 Diskuse 3.5.1
Hodnoty uváděné v literatuře
V této podkapitole bude dále napsáno, jaké hodnoty pevnosti v prostém tlaku hornin jsou uváděny v literatuře. Hlavním zdrojem souhrnných dat je publikace Regionálna inžinierska geológia ČSSR od autorů M. Matuly a J. Paška z roku 1986.
Sedimentární horniny Vápence, které jsou zastoupeny vzorky číslo 1,2,7, mají hodnoty pevnosti v prostém tlaku pro oblast Barrandienu v rozmezí od 80 – 180 MPa (Matula, Pašek, 1986). Droby až drobové břidlice mají pevnost 60 – 120 MPa, křemence pak 150 – 300 MPa (Matula, Pašek, 1986). Opuka má pevnost menší a to okolo 60 MPa (Matula, Pašek, 1986).
Magmatické horniny Pro granodiorit v oblasti Vševil je to 209 – 221 MPa a pro oblast Hudčic 167 – 304 MPa (Matula, Pašek, 1986). Obě dvě oblasti jsou od Kozárovic vzdáleny přibližně 14 km vzdušnou čarou. Čedič – olivinický nefelinit má všeobecnou hodnotu pevnosti mezi 100 – 400 MPa (v Obrnici, pevnost je 206 – 234 MPa, přesnější hodnota, vzdálenost cca 80km), (Matula, Pašek, 1986). Dále porfyrický granit, obecně zvaný liberecká žula, 177 – 226 MPa (Matula, Pašek, 1986). Spilit ze Zbraslavi vykazuje hodnoty pevnosti 200 - 250 MPa (Matula, Pašek, 1986). Tanvaldský granit lze korelovat s daty pro 13
libereckou žulu. Podle ČSN 73 1001 nabývá hodnot pevnosti ve třídě R 1 až R 2 (Klomínský a kol., 2000). To je číselně okolo 150 MPa, spíše ale vyšší hodnoty.
Metamorfované horniny Pararula z Kolínska má pevnost 50 – 150 MPa (Zelenka a kol., 2002). Chlorit-sericitický fylit z Ještědského hřbetu má pevnost srovnatelnou s pararulou a to 50 – 150 MPa (Klomínský a kol., 2004). Ortorula všeobecně nabývá hodnot pevnosti přibližně od 150 MPa do 220 MPa (Matula, Pašek, 1986). 3.5.2
Diskuse
U zkoušených hornin vyšla pevnost v prostém tlaku poměrně dobře v korelaci s literárními a laboratorními údaji (Matula, Pašek, 1986; Klomínský a kol., 2000, 2004; Zelenka a kol., 2002). U vápenců z Národní třídy a u drobových břidlic z Letné vyšla pevnost pod hodnoty nalezené v literatuře (Matula, Pašek, 1986). Způsobeno je to mírou zvětrání a velikostí vzorků. U vápenců se jednalo o malé kostky do chodníků, tudíž při silném úderu geologickým kladívkem nekladla hornina takový odpor, jako by byl u vzorků např. 2x větších. A droby a drobové břidlice měly odlučnost takovou, že výška vzorků nebyla srovnatelná s délkou a šířkou. To způsobovalo taktéž snazší rozbití kladívkem. U křemenců je rozsah pevností poměrně značný (Matula, Pašek, 1986) a s mojí zkouškou jsem se do tohoto rozsahu vešel, ale ze subjektivního hlediska bych pevnost tipoval spíše k té vyšší hranici, tak okolo 200 MPa. Opuka z Přední Kopaniny (Matula, Pašek, 1986) vyšla snad ze všech vzorků nejlépe, pevnost byla při horní hranici dané třídy. U granodioritu (Matula, Pašek, 1986) vyšla pevnost v třídě velmi pevná a já bych ji ještě osobně přiblížil horní hranici této třídy, tak okolo 220 MPa. Hodnoty pevností u čediče mají poměrně velký rozptyl (Matula, Pašek, 1986), proto mnou zkoušený čedič ze Slánské hory má pevnost takovou, která lehce splňovala data z literatury. Tento čedič vztažený k datům z Obrnice dobře koreluje. U liberecké žuly na menším vzorku jsem pevnost zjistil téměř totožnou s laboratorními daty (Matula, Pašek, 1986), zato u většího vzorku byla pevnost značně přesahující tato data. Způsobeno to bylo velikostí vzorku a tím, že geologické kladívko váží pouze 800g a k rozbití takto velikých vzorků, u tvrdých hornin, není vhodné. Vzorek proto zůstal pouze otlučený. U spilitu ze Zbraslavi pevnost odpovídá nalezeným datům (Matula, Pašek, 1986). Opět subjektivní dojem byl takový, že pevnost byla trochu nižší, ale na druhou stranu to mohlo být dáno tvarem a velikostí vzorku. Na zdravém vzorku pararuly jsem zjistil hodnoty pevnosti zapadající do hodnot z laboratorních dat. Zvětralý vzorek těchto hodnot samozřejmě nedosahoval. Tanvaldský granit byl trochu problematický, v lokalitě, kde jsem vzorky odebíral, se nacházelo velmi málo výchozů, a když už jsem nějaký našel, odebrání vhodného vzorku bylo téměř nemožné. Horniny byly velmi silně postiženy zvětrávacími procesy. Na některých místech až v podobě téměř eluviální. Mnou zkoušený vzorek je nejméně zvětralý, který jsem našel, i přesto ale nedosahoval takových hodnot jako u laboratorních dat (Klomínský a kol., 2000). U rostlé zdravé horniny by se daly hodnoty pevností srovnávat s libereckou žulou. Vzorky pararuly byly dva, na zdravém vzorku pararuly jsem zjistil hodnoty pevnosti zapadající do hodnot z laboratorních dat (Zelenka a kol., 2002), zvětralý vzorek těchto hodnot samozřejmě nedosahoval, tudíž vykazoval o jednu třídu menší pevnost. Dále rozměry nebyly zcela ideální, domnívám se tedy, že skutečná pevnost je o trochu vyšší. Rozměry u jizerské ortoruly byly velmi vhodné, nebyla patrná až taková dominance v jednom směru. Ortorulu jsem označil jako pevnou, ale byla na rozmezí až k velmi pevné. Data z literatury (Matula, Pašek, 1986) se 14
shodují s mým zařazením. U fylitu byly trochu problémy u hledání vhodného vzorku na výchozu a to kvůli výrazné foliaci, která také ovlivňuje pevnost. Hodnoty pevnosti ale odpovídají literárním údajům (Klomínský a kol., 2004). Mnou prováděné zkoušky na polní stanovení pevnosti v prostém tlaku odpovídají požadavkům ČSN EN ISO 14 689-1. Při laboratorním testu mohou být hodnoty pevnosti poněkud odlišné, což je zejména ovlivněno odběrem vzorků. Na závěr diskuse bych připojil můj návrh na zatřídění hornin podle pevnosti (tab. 3). U tříd od extrémně měkká po měkká jsem netestoval vzorky hornin. Uvedené sedimentární horniny představují možné typy, jinak bych zde mohl zařadit také zvětralé horniny z třídy s vyšší pevností. Totéž platí i u ostatních tříd, kdy zvětralá hornina má menší pevnost než zdravá. V normě ČSN 73 1001 to bylo takto popsané (viz. tab. 2, kap. 2.1). Tab. 3. Navrhované zatřídění hornin podle pevnosti
Název
Popis
Extrémně Lze vytvořit rýhy nehtem. měkká * Velmi Rozpad po jednom úderu měkká geologickým kladívkem, může být odlupován kapesním nožem. Měkká Ztěžka odlupován kapesním nožem, vzniká mělká jamka po jednom úderu hrotem geologického kladívka. Středně Nemůže být oškrábán nebo pevná odlupován kapesním nožem, vzorek může být rozbit jedním silným úderem geologického kladiva. Pevná Pro rozbití vzorku je nutné více než jeden úder geologickým kladívkem. Velmi Pro rozbití vzorku je nutné mnoho pevná úderů geologickým kladívkem. Extrémně Vzorek je po mnoha úderech pevná geologickým kladívkem pouze otlučený.
Pevnost v prostém tlaku MPa Menší než 1
Jílovec, křemelina
1 až 5
Jílovitá břidlice
5 až 25
Kaolinický pískovec
25 až 50
Opuka
50 až 100
Vápenec, drobové břidlice, pararula, fylit
100 až 250
Křemenec, ortorula, granodiorit, spilit, čedič Granit, granodiorit, čedič
Více než 250
Horniny
4 Závěr U většiny zkoušených hornin byl základním charakteristickým znakem pro zdařilost zkoušky tvar a velikost vzorku. U menších vzorků bylo přirozeně potřeba méně úderů k porušení a u větších vzorků přesně naopak. Pokud se jednalo o horniny s břidličnatou strukturou, byly výsledky zkoušek nejspíše nejzřetelněji ovlivněné. Hornina měla podél těchto struktur větší odlučnost. U velmi pevných hornin šla taktéž hůře poznat hranice s extrémně pevnými horninami. Tématem mé práce bylo polní stanovení pevnosti v prostém tlaku a podle normy 14689-1 jsou jednotlivé třídy rozřazeny s rozdíly pevností s poměrně velkým rozsahem, ale pro polní stanovení naprosto dostačujícím. Takže i nárůst o 15
jednu třídu oproti staré normě nedělá polní stanovení příliš náročné či obtížné. Dalšími důležitými faktory při vlastní polní zkoušce jsou síla úderu a poté i subjektivní hodnocení a následné zařazení horniny. U vápencových kostiček (vzorek 1,2) vyšla pevnost v prostém tlaku v rozmezí 25-50 MPa. Jelikož u vzorku číslo 7 (taktéž vápencová kostička) je pevnost vyšší o jednu třídu, je možné, že vápenec ze vzorků 1,2 byl mylně vybrán na použití do dlažby, protože kostičky po velice krátká době nesou znaky opotřebení (silně popraskané až téměř rozpadlé). Domnívám se, že způsobeno to může být špatným technologickým postupem při výrobě této dlažby nebo špatným výběrem materiálu. Vápenec je zřetelně špatné kvality. Přínosem u nové normy může být přítomnost nejvyšší třídy pevnosti, nazvané extrémně pevná. Oproti starší normě je spodní hranice od 250 MPa, tj. o 100 MPa více, tím pádem se domnívám, že nejpevnější horniny budou lépe hodnotitelné. Na druhou stranu u starší normy ČSN 73 1001 bylo praktické uvedení typu hornin, které spadají do jednotlivých tříd. Výsledkem mojí bakalářské práce je - na základě polního stanovení pevnosti v prostém tlaku podle normy ČSN EN ISO 14689-1 – návrh zatřídění hornin podle pevnosti vzhledem k mnou dosaženým výsledkům a s přihlédnutím k původní normě ČSN 73 1001. Tento návrh zatřídění hornin podle pevnosti je uveden v kap. 3.5.2.
16
5 Seznam literatury, zdroje ČSN EN ISO 14689-1, 2004. Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování hornin Část 1: Pojmenování a popis ČSN 73 1001, 1988. Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy Dudek A., Malkovský M., Suk M., 1984. Atlas hornin, Academia, Praha, 312 str. Geologické lokality. Česká geologická služba. Dostupné z www.lokality.geology.cz (online) [16.5.2012] Geologická mapa ČR, 1 : 25 000. Česká geologická služba: Mapová aplikace. Dostupné z www.geology.cz (online) [25.06.2012] Klomínský J., Adamová M., Burda J., Jarchovský T., Kachlík V., Kořán V., Kříbek B., Manová M., Nekovařík Č., Šalanský K., 2000. Vysvětlivky k základní geologické mapě České republiky 1:25 000 03322 Jablonec nad Nisou, Český geologický ústav, Praha Klomínský J., Adamová M., Burda J., Kachlík V., Lochmann Z., Manová M., Nekovařík Č., Nývlt D., Šalanský K., Bělohradský V., 2004. Vysvětlivky k základní geologické mapě České republiky 1:25 000 03-143 Liberec, Český geologický ústav, Praha Matula M., Pašek J., 1986. Regionálna inžinierska geológia ČSSR, SNTL, Praha, 295 str. Malgot J., Klepsatel F., Trávníček I., 1992. Mechanika hornín a inžinierska geológia, Bratislava, 282 str. Stavební geologie Praha, prosinec 1985. V. - mechanika hornin- zkoušky Stavební geologie Praha, prosinec 1985. VI. – mechanika hornin – komentáře k metodikám Šamalíková M., Trávníček I., 1984. Inženýrská geologie a mechanika hornin, SNTL, Praha, 169 str. Zelenka P., Dušek K., Holásek O., Hradecká L., Kadlecová R., Klečák J., Lochmann Z., Manová M., Minaříková D., Nekovařík Č., Rejchrt M., Šalanský K., Štědrá V., Švecová J., 2002. Vysvětlivky k základní geologické mapě České republiky 1:25 000 13-322 Kolín, Český geologický ústav, Praha
17
6 Fotodokumentace
Podložka s geologickým kladívkem
6.1 Vzorky před/po zkoušce 6.1.1
Sedimentární horniny
Vzorek č.1 – vápenec
18
Vzorek č.2 – vápenec
Vzorek č.4 – drobová břidlice
Vzorek č.5 – drobová břidlice
19
Vzorek č.6 – křemenec
Vzorek č.7 – vápenec
Vzorek č.9 – opuka
20
Vzorek č. 10 – drobová břidlice
Vzorek č.11 – křemenec
6.1.2
Magmatické horniny
Vzorek č.3 – granodiorit
21
Vzorek č.8 – spilit
Vzorek č.12 – čedič
Vzorek č.13 – liberecký granit
22
Vzorek č.16 – tanvaldský granit
6.1.3
Metamorfované horniny
Vzorek č.14 – pararula
Vzorek č.15 – ortorula
23
Vzorek č.17 – fylit
24
