Klasifikace zemin
Popis zeminy 1. Konzistence (pro soudržné zeminy) měkká, tuhá apod. Ulehlost (pro nesoudržné zeminy) kyprá, hutná 2. Struktura (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
Písek
GW GP GM GC SW SP SM SC
štěrk dobře zrněný štěrk špatně zrněný štěrk hlinitý štěrk jílovitý písek dobře zrněný písek špatně zrněný písek hlinitý písek jílovitý
Jednotný systém klasifikace UCSCS pro zeminy do 60 mm JEMNOZRNNÉ • Nízká plasticita wL<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 Ic Index ulehlosti Id (index relativní hutnosti) Index plasticity Obsah frakcí Čára A v Cassagrandeho diagramu Vlhkost na mezi tekutost wL Číslo nestejnozrnitosti Cu a křivost Cc
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)
Dělení štěrků
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 Edef 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 ms, měrná hmotnost zrn ρs, vlhkosti na mezi tekutosti wL a plasticity wP. Stanovte objemovou hmotnost přirozeně vlhké (ρ ρ) i vysušené (ρ ρd) zemi-ny, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (Sr), číslo plasticity (IP), stupeň konzistence (IC), plasticitu a konzistenci. m [g] 690 wL [%] 35,8
ms [g] 647 wp [%] 20,8
ρs [kg/m3]
2650
průměr [mm] 120 objem vzorku [mm3] 339292,007 číslo plasticity 0,15
výška [mm]
hmotnost [g]
30 objemová hmotnost [kg/m3] 2033,646495 stupeň konzistence 1,943596084
suchá hmotnost [g]
690 suchá objemová hmotnost [kg/m3] 1906,912003
647
vlhkost
6,65%
plasticita
konzistence
střední
pevná až tvrdá
měrná hmotnost zrn [kg/m3] 2650
pórovitost
0,280410565 saturovaná objemová hmotnost [kg/m3] 2187,322568
tekutá vlhkost [%] 35,8
plastická vlhkost [%] 20,8
číslo pórovitosti
stupeň nasycení
0,389681325
0,4519605
objemová tíha pod vodou [kN/m3]
zatřídění dle ČSN
11,87322568
jíl písčitý
Pórová napětí Pórové napětí (neutrálné) voda v pórech tvoří souvislé těleso, jež přenáší napětí a umožňuje proudění vody. Pokud je voda v klidu, nepřenáší smyková napětí – Pascalův princip
Pórové napětí závisí na výšce vodního sloupce a objemové tíze vody a ne na tvaru tělesa – Stevinův princip
p = γ wd
• V případě, že voda v zemině neproudía tvoří souvislou oblast, platí zákony hydrostatiky.
Efektivní napětí • Terzaghiho princip deformace zrn 10-6, deformace zeminy jako celku 10-3 až 10-2
Voda nepřenáší smyk, smyková napětí τ jsou stejná efektivní i totální
• Efektivní napětí se vyjadřuje někdy s použitím pórovitosti
• Efektivní napětí určují deformace
Hydrostatika
Průběh napětí v zemině homogenní oblast Svislá napětí
Kapilarita hc kapilární výška Sání pomocí povrchových napětí
Vliv kapilarity
Vliv poklesu HPV bez kapilarity
Darcyho zákon Rychlost vody v zemině se řídí Dracyho zákonem:
v = k ⋅i k - koeficient filtrace (propustnosti) [m/s] i- hydraulický sklon Platnost jilévé zeminy až štěrky
q – průsak celkovou plochou A k – koeficient filtrace q = A ⋅ k ⋅ ∆H ∆H – hladina celkových výšek ∆L DL – celková dráha i – hydraulcký sklon (>1 ztekucení)
Proudový tlak Zemina klade odpor proudění vody (pohybu vodní částice), směr proudového tlaku je vždy ve směru proudu
pv = i ⋅ γ w ⋅ V Je- li proudění proti gravitaci, může nastat stekucení
Rozsahy součinitele propustnosti v m/s • • • • •
Velmi propustné 10-1 – 10-3 Propustné 10-3 – 10-5 Středně až málo propustné 10-5 10-7 Málo až velmi málo propustné 10-7 – 10-8 Nepropustné < 10-8
Měření koeficientu propustnosti -Laboratorní zkoušky - Polní zkoušky (in-situ) -Zrnitostní křivka -Výpočet z průběhu konsolidace
Házen k=116*d102 Jáky k =200*d202*e2 Terzaghi k=100*d502
Zkouška propustnosti s konstantním hydraulickým spádem ČSN 72 10 20 Laboratorní stanovení propustnosti zemin Voda se přivádí spodem ke vzorku zeminy délky l a průřezové plochy A, kterým směrem vzhůru prosakuje po určitou dobu t. Prosáklá voda se odvádí do nádoby, kde se odměří její objem Q. Tlak vody je sán rozdílem hladin h. součinitel propustnosti je dán vztahem: Q = A⋅v ⋅t ⇒ Q = A⋅ k ⋅ h ⋅t l Q ⋅l k= A⋅ h ⋅t
Polní zkoušky •
Výpočet průsaku za využití Darcyho zákona Volná voda zaplňuje souvisle póry pod hladinou podzemní vody, její pohyb je určen gravitační silou. Částice vody se pohybuje v pórech zeminy, mění směr rychlost a místo, což není možné popsat analyticky. V praxi se proto používá pojem průsaková rychlost: Q v= A Q - průsakové množství A – plocha prosakované zeminy
Darcyho zákon Rychlost vody v zemině se řídí Dracyho zákonem:
v = k ⋅i k - koeficient filtarce (propustnosti) [m/s] i- hydraulický sklon
