POZEMNÍ KOMUNIKACE II

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

DR. ING. MICHAL VARAUS

POZEMNÍ KOMUNIKACE II MODUL 1 ZEMINY, ZEMNÍ PRÁCE

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Pozemní komunikace II · Modul 1

© Michal Varaus, Brno 2005

- 2 (31) -

OBSAH 1 Úvod. ..............................................................................................................4 1.1 Cíle ........................................................................................................4 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................4 1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................4 1.4 Klíčová slova.........................................................................................4 2 Zeminy – klasifikace, zkoušení, zemní práce .............................................5 2.1 Základní rozdělení.................................................................................5 2.2 Zkoušky zemin ......................................................................................5 2.2.1 Sítový rozbor a čára zrnitosti ..................................................6 2.2.2 Přímá zkouška míry namrzavosti zemin .................................9 2.2.3 Mez tekutosti, mez plasticity, index plasticity, index konzistence............................................................................10 2.2.4 Zkouška Proctor standard a Proctor modifikovaný ..............11 2.2.5 Californský index únosnosti (CBR)......................................13 2.3 Klasifikace zemin pro dopravní stavby...............................................14 2.3.1 Úprava zemin ........................................................................17 2.4 Zatřídění zemin podle rozpojitelnosti .................................................17 2.5 Kontrola míry zhutnění zemin a sypanin ............................................18 2.5.1 Přímé metody:.......................................................................18 2.5.2 Nepřímé metody : .................................................................20 3 Vodní režim v podloží vozovky .................................................................21 4 Technické geotextilie ..................................................................................22 5 Stroje pro stavbu silnic – základní přehled..............................................23 5.1 Rýpadla ...............................................................................................23 5.2 Nakladače............................................................................................24 5.3 Dozery .................................................................................................25 5.4 Skrejpry...............................................................................................25 5.5 Grejdry ................................................................................................26 5.6 Dampry................................................................................................27 5.7 Zhutňovací stroje.................................................................................27 6 Závěr ............................................................................................................30 6.1 Shrnutí.................................................................................................30 6.1.1 Seznam doplňkové studijní literatury ...................................30

- 3 (31) -


1

Úvod

1.1

Cíle

Cílem je seznámit Vás se základními druhy zemin, jejich zatříděním pro potřeby dopravních staveb a základními zkouškami. Dále jsou uvedeny požadavky při budování zemního tělesa, informace o vodním režimu v podloží, funkce a druhy geotextilií. Poslední kapitola má poskytnout základní přehled o strojích, které se používají při stavbě vozovek.

1.2

Požadované znalosti

Pro studium musíte znát inženýrskou geologii, mechaniku zemin. Dále je zapotřebí oživit znalosti z fyziky pevných látek a kapalin.

1.3

Doba potřebná ke studiu

Doba potřebná pro nastudování tohoto modulu se odhaduje na cca 8 hodin .

1.4

Klíčová slova

zemina, zatřídění, zkoušky zemin, vodní režim, geotextilie, podloží vozovky, stroje pro stavbu silnic,

- 4 (31) -

2

Zeminy – klasifikace, zkoušení, zemní práce

2.1

Základní rozdělení

Materiály zemního tělesa jsou horniny a zeminy, jejichž názvosloví a pojmenování, geologické zařazení a popis stanoví ČSN 72 1001 “Pomenovanie a opis hornin v inženierskej geológii”. Většina inženýrských oborů si vytvořila různá doplnění nebo zjednodušení klasifikace zemin podle charakteristických vlastností, které jsou pro jednotlivé obory důležité. Pro dopravní stavby vznikla norma ČSN 72 1002 “Klasifikace zemin pro dopravní stavby”. Co je to zemina? Zemina = sypká nebo slabě zpevněná, snadno rozpojitelná hornina Rozlišujeme: • Nesoudržné zeminy (sypké): zrna nejsou vázána žádnými silami (nebo jen malými), pevnost ve smyku je zajištěna pouze třením mezi jednotlivými částicemi (zrny). • Soudržné zeminy: Zdrojem pevnosti ve smyku jsou molekulární a chemické vazby mezi částečkami zeminy. Jde o zeminy, které jsou schopny plastických deformací. Částice soudržných zemin mohou mít velikost zrn < 0,002 mm. Nasáváním vody mohou bobtnat a vysoušením se smršťovat. V suchém stavu jsou křehké, ve vlhkém stavu jsou tvárné a lepivé. Zeminy vznikly z pevných hornin zvětráváním a rozpadnutím působením větru, vody a změnami teploty. K tomuto jevu dochází buď na místě nebo je rozvolněný materiál přemísťován (vodou, větrem, ledovcem) a vznikají nánosy (spraš, sprašová hlína). Mechanické vlastnosti i chemické složení těchto “nánosů” je různorodé. Mechanická pevnost zemní konstrukce je značně ovlivněna intenzitou hutnění a vlhkostí zemin a vzhledem ke složitosti těchto vztahů je velmi obtížné ji určovat analytickou metodou. Teoreticky lze pomocí Boussinesqovy teorie vypočítat napětí, jež vznikají v zemině podloží a porovnat je s dovoleným napětím, které vyhovuje vnitřní rovnováze. Je taktéž velmi obtížné stanovit parametry a jejich proměny u všech druhů zemin, z nichž se staví silniční těleso, a proto je účelné charakterizovat zeminu několika základními mechanickými a fyzikálními vlastnostmi zjištěnými poměrně snadnými zkouškami.

2.2

Zkoušky zemin

Základní zkoušky, které se provádějí na zeminách při stavbě vozovek : • granulometrické složení (sítový rozbor) ⇒ zjednodušené hodnocení namrzavosti zemin • mez tekutosti wl, mez plasticity wp, mez smršťování ws - 5 (31) -


• index plasticity Ip • index konzistence Ic (pro stanovení vodního režimu v podloží) • Proctorova zkouška • Zkouška CBR (za optimální vlhkosti) • Přímá zkouška namrzavosti zemin • Relativní ulehlost Id

2.2.1

Sítový rozbor a čára zrnitosti

Zkouškou zrnitosti zemin, jež patří k základním laboratorním zkouškám identifikujícím zeminu, se určuje procentuální hmotnostní množství zrn určitého rozmezí zkoušené zeminy. Zkouška zrnitosti se provádí ve dvou posloupných operacích, jednak mechanicky proséváním zeminy (zkouška prosévací nebo promývací) sadou sít až do nejmenší velikosti síta s otvory 0,063 mm (případně 0,125 mm), jednak kombinovanou metodou hustoměrnou nebo usazovací pro částice menší než 0,063 mm (příp. 0,125 mm). Výsledky zkoušky zrnitosti se vynášejí graficky do čáry zrnitosti, která je součtovou čárou hmotnostního podílu dílčích frakcí. Na ose x jsou vyneseny v logaritmickém měřítku průměry zrn, resp. otvory sít, na ose y v lineárním měřítku procentuální vyjádření propadů zrn jednotlivými síty. Prosévací zkouška se provádí na sítech se čtvercovými otvory velikosti 0,063 – 0,125 – 0,250 – 0,500 – 1,000 – 2,000 – 4,000 – 8,000 – 11,200 – 16,000 – 22,400 – 31,500 – 42,000 – 63,000. Hustoměrná zkouška spočívá v tom, že se zemina rozmíchá ve vodě, vytvoří se suspenze a potom se určuje její hustota ve stanovených časových intervalech. Hustota suspenze se postupně snižuje s rostoucím usazováním zrn a z toho se odvozuje množství a velikost zrn, jež v jednotlivém okamžiku ještě nesedimentovaly. Vychází se ze Stokesova principu, ketrý stanovuje usazovací rychlost kuliček daného průměru. Výsledky prosévací a hustoměrné zkoušky jsou vyneseny do grafu – čáry zrnitosti (viz výše). Pro další zjištění vlastností zeminy je však nutno provést další laboratorní zkoušky.

- 6 (31) -

Tabulka 1.1: Označení zrn podle ČSN 72 1001 Velikost zrn

Označení

[mm] 0,002 <

Jíl

0,002 – 0,063

Prach

0,063 – 0,250 0,250 – 1,000

Jemný Písek

Střední

1,000 – 2,000

Hrubý

2,000 – 8,000

Drobný

8,000 – 32,000

Štěrk

Střední

32,000 – 128,000

Hrubý

128 – 256

Kameny

256

Balvany

Třídění a označování druhu zemin se provádí odlišně pro zeminy s rozhraním zrna 2,0 mm. Pro názornou klasifikaci zemin o zrnění menším než 2,0 mm je zvolen rovnostranný trojúhelník, jehož strany jsou určeny k vynášení obsahu jílovitých zrn (< 0,002 mm), prachovitých zrn (0,002 až 0,063 mm) a písčitých zrn (0,063 až 2,0 mm). Tíhové procentuální podíly jednotlivých rozmezí zrn se vynášejí souřadnicemi rovnoběžnými s příslušnými stranami trojúhelníku (vychází z ČSN 72 1001) viz obr.1.1 Název soudržných zemin se doplňuje údajem Atterbergových mezí konzistence. Pro rozlišení jílovitých zemin od ostatních je především rozhodující index plasticity. Pokud je Ip>17 %, jedná se o jíl. Když je Ip≤ 17 jedná se o hlíny a dále písky.

Obr. 1.1: Trojúhelníkový diagram

- 7 (31) -


Obsahuje li zemina více jak 50 % zrn větších jak 2 mm, mluvíme o štěrku (podstatné jméno v názvu zeminy). Obsahuje-li zemina méně jak 50 % zrn větších než 2 mm, tvoří se název zeminy z názvu podílu zrn do 2 mm jako samostatné zeminy a doplní se přívlastkem se štěrkem, s udáním hodnoty podílu štěrku. Pokud je podíl zrn menších než 2 mm větší jak 25 % přidá se přídavné jméno, je-li podíl zrn menších jak 2 mm 25 % a méně, označí se jako příměs. Bahnitý náplav (0,0002 – 0,002 mm) s organickými zbytky

bývá velmi zvodnělý, často

Jíl ( do 0,002 mm) obsahuje jílové minerály (kaolinit, montmorillonit, illit, haloysit) a malé částečky křemene, slídy, živce apod. Konzistence jílu může být tekutá až tuhá. Množství vody, které jíl pojme závisí především na velikosti zrn. Slín je vápenito-jílovitá zemina s různým poměrem obou složek. Hlína je směs jílu, prachu a písku (štěrku) bez vápníku. Podle poměru jednotlivých složek bývá nazýván např. písčitá hlína, jílovitý písek, hlinitý písek apod. Spraš je prachovitá nevrstevnatá zemina vzniklá vyvátím a usazením. Hlavními částicemi spraše mohou být křemen, opuka, vápenec, živec apod. Spraš vykazuje velkou stlačitelnost. Slatina je organogenní zemina, skládající se většinou z organických zbytků rostlin. Hnilokal je zbahnělá zemina prachového charakteru tmavé barvy a nízké objemové hmotnosti, příznačného hnilobného zápachu. Obsahuje rostlinné zbytky. Konzistence kašovitá až tuhá. Rašelina je organogenní sediment, vzniklý z odumřelé rostlinné hmoty pod vodou. Má tmavě hnědou barvu a nízkou objemovou hmotnost. Ornice (humus) je vrchní vrstva půdy obsahující bakterie, a velký obsah organických součástí. Zjednodušeně lze usuzovat na základě zrnitosti na namrzavost zemin. V tomto případě je uplatňováno tzv. Casagrandeho kritérium: zemina je nenamrzavá pokud je podíl částic < 0,02 mm < 3 % (viz obr. 1.2).

- 8 (31) -

Obr. 1.2 Namrzavost zemin podle zrnitosti

2.2.2

Přímá zkouška míry namrzavosti zemin

Přímá laboratorní zkouška stanovení míry namrzavosti zemin (ČSN 72 1191) napodobuje účinek mrazu na vozovku při stálém vodno-tepelném režimu. Vzorek zeminy se nahutní podle ČSN 72 1015 (Proctor) při optimální vlhkosti na max. obj. hmotnost. Nahutněný váleček zeminy se vloží do tepelně izolačních prstenců a na horní plochu válečku zeminy se osadí chladicí deska, kterou se zchlazuje vzorek na –4oC. Zespodu se vzorek sytí vodou o teplotě cca +4oC. Voda vzlíná směrem nahoru k nulové izotermě a pokud je zemina namrzavá, začne se horní část válečku vlivem tvorby ledových čoček uvnitř válečku zvedat. Zdvih válečku je měřen snímačem. Míra namrzavosti zemin se určuje vyhodnocením parametru β.. β = Δh/ (ΔIm)0,5 Δ h = naměřený zdvih zkoušeného vzorku (mm) Im = index mrazu (oC.h) • Nenamrzavá zemina β< 0,25 • Mírně namrzavá a namrzavá β = 0,25 – 0,5 • Nebezpečně namrzavá zemina β > 0,5

- 9 (31) -


Obr.1.3: Tvorbaledových čoček

2.2.3

Mez tekutosti, mez plasticity, index plasticity, index konzistence

Konzistenci zeminy, tedy stav zeminy v závislosti na vlhkosti, vyjadřuje její odolnost proti deformaci. Podle vlhkosti může být konzistence zeminy : • Tuhá (pevná, bez smršťování), • Polotuhá (pevná se smršťováním), • Plastická, • Tekutá. Přechod jednotlivých stavů je spojitý a rozhraní mezi jednotlivými stavy je vymezeno tzv. Atterbergovými mezemi: mez tekutosti wl, mez plasticity (vláčnosti) wp, mez smršťování ws.

- 10 (31) -

Obr.1.4: Přístroj pro stanovení meze tekutosti

Obr. 1.5: Atterbergovy meze • index plasticity :

Ip = wl – wp • index konzistence Ic - na základě kterého je možné stanovit vodní režim v podloží :

Ic = wl – w / Ip 2.2.4

Zkouška Proctor standard a Proctor modifikovaný

Cílem Proctorovy zkoušky je stanovení tzv. optimální vlhkosti zeminy, při které je možné zeminu nahutnit na max. obj. hmotnost. Zemina dovezená do laboratoře se nejdříve vysuší, po vysušení se vzorek rozdělí na několik dílčích vzorků, z nichž se každý přivlhčí jiným množstvím vody. Tyto se pak zhutní pomocí pěchu do Proctorova hrnce. Z váhy nahutněné zeminy v hrnci a známých rozměrů hrnce se vypočítá obj. hmotnost vlhké zeminy, která se na základě zjištěné vlhkosti přepočítá na objemovou hmotnost suché zeminy. Ta se pak vynese do grafu pro jednotlivé vlhkosti dílčích vzorků. Body v grafu se

- 11 (31) -


proloží křivka a z vrcholu křivky se odečte hodnota max. objemové hmotnosti při optimální vlhkosti. Na tuto objemovou hmotnost nebo % podíl je zapotřebí zhutnit zeminu na stavbě (např. podloží násypu je zapotřebí zhutnit na 92 % Proctora atd.). Je tedy zapotřebí stanovit okamžitou vlhkost zeminy na stavbě a tuto buď zvlhčit nebo vysušit pro dosažení vlhkosti optimální, při kterém lze zeminu nejlépe zhutnit. Rozdíl mezi zkouškou Proctor standard a Proctor modifikovaný je a) v jiné hmotnosti pěchu (modifikovaný má vyšší hmotnost pěchu) b) v počtu úderů na vrstvu (standard = 25, modifikovaný = 56) a c) v počtu hutněných vrstev (standard 3 vrstvy, modifikovaný 5 vrstev). Volba mezi zkouškou Proctor standard a Proctor modifikovaný závisí na účinnosti hutnicích mechanismů na stavbě.

Obr. 1.6a: Proctorův pěch

Obr. 1.6b: Graf stanovení optimální vlhkosti zeminy

- 12 (31) -

2.2.5

Californský index únosnosti (CBR)

Srovnává pevnost zkoušené zeminy s pevností vztažného drceného materiálu (proto se vyjadřuje v %). Zkouška se provádí tak, že ocelový trn o průměru 50 mm se zatlačuje do povrchu zeminy nahutněné v CBR-hrnci (zemina je nahutněna při optimální vlhkosti podle výsledku Proctorovy zkoušky) do hloubky max. 12,7 mm. Hodnota CBR v % je pak poměr síly, kterou je nutno vyvinout k zatlačení trnu do výše uvedené hloubky k známé síle potřebné k zatlačení trnu do vztažného materiálu. CBR = (p / p standard) x 100 (%) Z hodnoty CBR se často odvozuje modul pružnosti materiálu podloží. V literatuře lze najít převodní vztah k modulu pružnosti podloží E ≅ 10 x CBR nebo E = 17,6 x CBR0,64

Obr. 1.7: Laboratorní zkouška CBR

- 13 (31) -


Obr. 1.8: Polní zkouška CBR

2.3

Klasifikace zemin pro dopravní stavby

Dle normy ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby se dělí zeminy do 4 skupin s určením do násypu a do 10 skupin podle vhodnosti do podloží. Zařazení zemin mezi málo vhodné a nevhodné ještě není důvodem k jejímu vyměnění. Zeminy lze zlepšovat např. hydraulickými pojivy. Zařazení zeminy do příslušné skupiny záleží na následujících vlastnostech:

• granulometrické složení (obsah jemných částic) → trojúhelníkový diagram • základní fyzikální vlastnosti - vlhkost, mez tekutosti, plasticity atd. • technické vlastnosti zemin jako je zhutnitelnost (Proctor), CBR • namrzavost zemin Násypy Zásadně do násypu nesmí být použita zemina jejíž mez tekutosti wL> 60 %, nebo maximální objemová hmotnost ρd<1500 kg/m3.

Zeminy zařazujeme do čtyřech základních skupin: 1. nevhodné až málo vhodné zeminy: jíl, písčitý jíl, jílovitá hlína, hlína, prachovitá hlína, jílovitý písek.

- 14 (31) -

……. 4. velmi vhodné zeminy: písek dobře zrněný, písek hlinitý, písek jílovitý, písčitý štěrk, štěrk dobře zrněný, štěrk hlinitý, štěrk jílovitý. Podloží Rozdělení zemin podle vhodnosti do podloží je od zemin s plynulou čárou zrnitosti, stabilní jílovou a prachovou složkou, (tyto zeminy jsou stabilní i za nepříznivých podmínek, dobře se zhutňují na vysoké objemové hmotnosti a jsou velmi dobrým podložím) až po zeminy, které se nedají zlepšit a vyjímečně je možné je použít pro podloží vozovek přechodného charakteru: I. plynulá čára zrnitosti, stabilní dobrý písčitohlinitý tmel, velmi vhodné i pro stabilizované podkladní vrstvy, např. písek se štěrkem, štěrk s příměsí hlinitého písku. V. dobře se zhutňují, mají jemnozrnný charakter, obvykle mírně namrzavé, dají se stabilizovat, ještě jsou vyhovujícím podložím, např. jílovitý písek, jílovitý písek se štěrkem. X. velké objemové změny, nedají se zlepšovat ani mechanicky ani chemicky, obvykle se odstraňují, např. jíl, prachovitá hlína. Tabulka 1.2: Zatřídění zemin podle vhodnosti do násypu a podloží Č.

Násypy Název zeminy

Podloží

Symbol 1

1

štěrkovitá hlína

F1 MG

2

štěrkovitý jíl

F2 CG

3

písčitá hlína I

F3 MS1

4

písčitá hlína II

F3 MS2

5

písčitý jíl I

F4 CS1

6

písčitý jíl II

F4 CS2

7

hlína s nízkou plasticitou

F5 ML

8

hlína se střední plasticitou

F5 MI

9

jíl s nízkou plasticitou

F6 CL

10

jíl se střední plasticitou

F6 CI

11

hlína s vysokou plasticitou

F7 MH

12

hlína s velmi vys.plasticitou

F7 MV

13

hlína s extr.vys.plasticitou

F7 ME

14

jíl s vysokou plasticitou

F8 CH

15

jíl s velmi vys.plasticitou

F8 CV

16

jíl s extra vys.plasticitou

F8 CE

17

písek dobře zrněný

S1 SW

18

písek špatně zrněný

S2 SP

19

písek s příměsí jemnozrn. zem.

S3 S-F

20

písek hlinitý

S4 SM

21

písek jílovitý

S5 SC

22

štěrk dobře zrněný

G1 GW

2

3

4

I II

III

- 15 (31) -

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X


23

štěrk špatně zrněný

G2 GP

24

štěrk s příměsí jemnozrn. zem.

G3 G-F

25

štěrk hlinitý

G4 GM

26

štěrk jílovitý

G5 GC

Č

Název zeminy

Sym.

f (%)

WL (%)

Proctor Standard

CBR (%)

ρd,max (kg/m3)

Wopt (%)

Při wopt

Při 95% saturaci

1

Štěrkovitá hlína

F1MG

35-65

do 60

1550-1900

10-25

8-18

5-10

2

Štěrkovitý jíl

F2CG

35-65

do 60

1550-2000

12-30

5-10

3-7

3

Písčitá hlína I

F3MS1

35-50

do 60

1750-2000

10-25

5-25

4-15

4

Písčitá hlína II

F3MS2

50-65

nad 60

1600-1950

12-30

3-15

2-5

5

Písčitý jíl I

F4CS1

35-50

do 60

1650-2000

12-30

5-30

5-20

6

Písčitý jíl II

F4CS2

50-65

nad 60

1550-1850

15-35

2-20

0-4

7

Hlína s nízkou plasticitou

F5ML

nad 65

do 30

1600-1800

12-20

3-20

2-7

8

Hlína se střední plasticitou

F5MI

nad 65

35-50

1500-1750

15-25

2-15

1-6

9

Jíl s nízkou plasticitou

F6CL

nad 65

do 35

1600-1950

10-30

3-20

1-8

10

Jíl se střední plasticitou

F6CI

nad 65

35-50

1550-1900

15-35

2-20

0-6

11

Hlína s vysokou plasticitou

F7MH

nad 65

50-70

1400-1700

15-33

3-7

0-4

12

Hlína s velmi vys. plasticitou

F7MV

nad 65

70-90

1380-1650

20-35

2-6

0-3

13

Hlína s extra vys.plasticitou

F7ME

nad 65

nad 90

1350-1550

22-38

2-5

0-2

14

Jíl s vysokou plasticitou

F8CH

nad 65

50-70

1380-1700

17-37

2-7

0-3

15

Jíl s velmi vys. plasticitou

F8CV

nad 65

70-90

1360-1650

19-39

1-7

0-3

16

Jíl s extra vys. Plasticitou

F8CE

nad 65

nad 90

1330-1500

20-40

1-6

0-3

17

Písek dobře zrněný

S1SW

do 5

-

-

-

-

-

18

Písek špatně zrněný

S2SP

do 5

-

-

-

-

-

19

Písek s příměsí jemnozr.zeminy

S3S-F

5-15

-

1700-2100

8-16

8-70

6-25

20

Písek hlinitý

S4SM

15-35

-

1730-2050

8-18

6-50

4-15

21

Písek jílovitý

S5SC

15-35

-

1760-2000

8-20

4-30

2-12

22

Štěrk dobře zrněný

G1GW

do 5

-

-

-

-

-

23

Štěrk špatně zrněný

G2GP

do 5

-

-

-

-

-

24

Štěrk s přím.jemnozr. zeminy

G3G-F

5-15

-

1800-2150

6-16

20-90

6-60

25

Štěrk hlinitý

G4GM

15-35

-

1750-2100

8-19

10-60

4-40

26

Štěrk jílovitý

G5GC

15-35

-

1700-2000

10-23

5-30

3-20

Zatříděním zemin mezi málo vhodné a nevhodné se jejich použití pro dopravní stavby zcela nevylučuje, za předpokladu odpovídajících opatření jako je např. :

• zabudováním zemin do vrstevnatého násypu • úprava vlastností zeminy (zlepšení cementem, vápnem) • vyztužení násypu geotextilií

- 16 (31) -

2.3.1

Úprava zemin

Podloží ovlivňuje kvalitu celé konstrukce vozovky a proto musí mít takové vlastnosti, aby bylo únosné i při proměnlivých podmínkách, které jsou vyvolány změnou vodního a teplotního režimu. Mezi základní způsoby úpravy podloží patří : • výměna nevhodné podložní zeminy za vhodnou • zlepšení zemin podloží pomocí pojiv, u zemin zařazených do VI. - IX. skupiny podle vhodnosti pro podloží t.j. u zemin s vysokou plasticitou a malou únosností. Zlepšení se provádí pomocí práškového nebo mletého vápna, je též možné použít vápno v kombinací s popílkem. • využitím vlastností technických geotextilií.

2.4

Zatřídění zemin podle rozpojitelnosti

Podle normy ČSN 73 3050 “Zemní práce” se horniny zatřiďují podle charakteristických vlastností a podle obtížnosti rozpojování do 7 tříd: Třída rozpojitelnosti

Klasifikace hornin

1. třída

2. třída

3. třída

4. třída

Popis hornin a zemin

Ornice, hlína, písčitá hlína, Rypné soudržné, měkké konzis- písek, hlinitý písek, štěrkovitence s výjimkou jílu tý písek, písčitý štěrk a drobNeulehlé nesoudržné, popř. se ný štěrk, stavební odpad. Zrna do 2 mm (může být štěrkovými zrny do 50 mm 10% zrn do 5 cm) Lehce rozpojitelné soudržné, vět- Ornice, hlína, prachovitá šinou tuhé konzistence, hlína (spraš), písčitá hlína, hlinitý písek, písčitý štěrk a s výjimkou jílu střední štěrk se zrny do 5 cm Nesoudržné, středně ulehlé, popř. (může být 10% zrn do 10 se štěrkovými zrny do 100 mm cm), stavební odpad prachovitá hlína Středně rozpojitelné soudržné, Hlína, (spraš), jílovitá hlína, jílovitá většinou pevné konzistence hlína písčitá, písčitý jíl, jíl, Nesoudržné ulehlé, popř. písčitý štěrk hrubý a hrubý s kameny největšího rozměru do štěrk se zrny do 10 cm (může 250 mm a zvětraliny některých být 10% zrn do 25 cm), jíloskalních hornin, pokud mají ob- vitá břidlice zvětralá, zvětradobné vlastnosti lé skalní horniny Těžce rozpojitelné soudržné, vět- Jíl, písčitý jíl, jílovitá hlína písčitá, jílovitá hlína, hlína, šinou tvrdé konzistence, prachovitá hlína, hrubý štěrk Nesoudržné, popř. s kameny do s více než 10% objemu ka0,1 m3 objemu jednotlivě, ne- menů největšího rozměru do

- 17 (31) -


25 cm (může být 10 % částic nad 25 cm do 0,1 m3), stavební odpad, drobný a střední štěrk s jílovitým nebo hlinitým pojivem, jílovec, zvětSilně rozpukané a zvětralé, které ralá opuka, zvětralý pískovec, vápenec, břidlice, rula, by jinak patřily do 5. Třídy, žula, bahnitý náplav-kaše, Kašovité konzistence, až tekoucí tekutý písek

Snadno trhatelné,

soudržné horniny s jílovitým nebo hlinitým pojivem a zvětraliny některých skalních a poloskalních hornin, pokud mají obdobné vlastnosti,

5. třída

Nesnadno trhatelné, do nichž se vrt hluboký 1 m vyvrtá pneumatickým kladivem s kaleným dlátem průměru 30 mm při přetlaku 0,45 MPa v čistém pracovním čase za 10 – 20 minut.

Velmi nesnadno trhatelné, do nichž se vrt hluboký 1 m vyvrtá pneumatickým kladivem s kaleným dlátem průměru 30 mm při přetlaku 0,45 MPa v čistém pracovním čase delším než 20 minut.

6. třída

7. třída

2.5

Hrubý štěrk s kameny do 25 cm, navážka (obdobná), střední a hrubý štěrk Silně rozpukané a zvětralé, které s jílovitým nebo hlinitým by jinak patřily do 6. a 7. Třídy, pojivem, pískovec, slepenec, Nesoudržné s kameny objemu do opuka, jílovec, jíl. a písč. 0,1 m3 břidlice, fylit, chloritická břidlice, zmrzlá zemina Kameny objemu do 0,1 m3 , slepenec, pískovec, droba s železitým nebo vápnitým tmelem, dolomit, vápenec, porézní čedič, fylitická břidlice, křemitá břidlice, svor, svorová rula, rula s puklinami Slepenec, křemenec, rohovec, rohovcový vápenec, diabas, čedič, znělec, buližník, žilný křemen, žula, granodiorit, gabro, andezit, rula, amfibolit, granulit.

Kontrola míry zhutnění zemin a sypanin

Pro zjištění míry zhutnění zeminy na stavbě dle normy ČSN 72 1006 slouží přímé a nepřímé metody kontroly zhutnění.

2.5.1

Přímé metody:

Stanovení objem. hmotnosti na stavbě a porovnání s objemovou hmotností zjištěnou v laboratoři metodou Proctor standard nebo Proctor modifikovaný při wopt u soudržných zemin (relativní ulehlosti Id u nesoudržných zemin). Poměr se vyjadřuje jako míra zhutnění – uvádí se v % Na stavbě se objemová hmotnost zhutněné zeminy stanoví vyříznutím vzorku pomocí vyřezávacího kroužku (metoda, která se používal dříve – obj. hm. se - 18 (31) -

určí z váhy zeminy v kroužku a z rozměrů kroužku) nebo se vyhloubí jamka, jejíž objem se stanoví membránovým objemoměrem příp. vysypáním normovým pískem a hmotnost odebrané zeminy vážením v laboratoři.

Obr. 1.9: Stanovení objemové hmotnosti zhutněné zeminy na stavbě membránovým objemoměrem

Obr. 1.10: Požadavky na míru zhutnění podloží a tělesa násypu (SZ – soudržná zemina, NZ – nesoudržná zemina) Pro nesoudržné zeminy se provádí porovnání s indexem ulehlosti Id

- 19 (31) -


2.5.2

Nepřímé metody :

• Statická zatěžovací zkouška

Obr. 1.11: Statická zatěžovací zkouška

Zatlačení desky y v mm

Kontaktní napětí p pod deskou v MPa 0,000 0,200 0,400 0,600 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000

1.zatěž.cyklu s 1.cyklus regrese Odlehčení 2.zatěž.cyklu s 2.cyklus regrese

Obr. 1.12: Vyhodnocení statické zatěžovací zkoušky Statická zatěžovací zkouška slouží ke kontrole zhutnění zemin a nestmelených podkladních vrstev. Provádí se zatlačováním kruhové desky (∅ 300 mm) tlakem vyvozeným ruční hydraulickou pumpou (viz obr. 1.11). Zkouška se provádí ve dvou zatěžovacích cyklech s tím, že rozhodující je výsledná hodnota modulu přetvárnosti Edef,2 z druhého zatěžovacího cyklu a poměr modulů Edef,2/ Edef,1, který charakterizuje míru dohutnění materiálu mezi prvním a druhým zatěžovacím cyklem. - 20 (31) -

• Rázová zatěžovací zkouška Slouží taktéž ke kontrole hutnění, avšak pouze jako doplněk statické zatěžovací zkoušky. V předpisech nejsou uvedeny hodnoty pro rázovou zkoušku (složité vyhodnocení odezvy dynamického rázu, která je závislá na řadě faktorů jako je. vlhkost zeminy, zrnitost atd.), proto je zapotřebí nejprve provést zkoušku statickou + na stejném místě taktéž rázovou, čímž se provede nakalibrování a na dalších místech se již provádí pouze zkouška rázová (podstatně rychlejší než statická). V případě pochyb však vždy rozhoduje statická zatěžovací zkouška.

Obr.1.13: Rázová zatěžovací zkouška lehkou dynamickou deskou • •

dynamická kontrolní metoda měřičem zhutnění - kompaktometrem, umístěn na hutnících válcích Radiometrické měření - Troxler

•

Penetrační zkouška

Kontrolní otázky Co jsou to zeminy a jak se rozdělují ? Jaké normy používáme pro zatřídění zemin v dopravním stavitelství ? Jaké jsou základní zkoušky zemin ?

3

Vodní režim v podloží vozovky

Na základě znalosti indexu konzistence nebo hladiny podzemní vody hpv, kapilární vzlínavosti hs, hloubky promrzání dpr je možné stanovit vodní režim v podloží vozovky. Existují tři základní vodní režimy v podloží vozovky: difúzní, pendulární, kapilární.

- 21 (31) -


difúzní:

Ic >1;

pendulární: 0,7 ≤ Ic ≤ 1; kapilární:

Ic < 0,7;

hpv ≥ dpr + 2 hs dpr + hs < hpv < dpr + 2 hs hpv ≤ dpr + hs – nejméně příznivý

Obr. 1.14: Charakteristiky pro stanovení vodního režimu Kontrolní otázky Jaké druhy vodních režimů znáte? Uveďte podmínky .

4

Technické geotextilie

Technická geotextilie je tkanina ze 100 % syntetických vláken, nejčastěji polypropylén, polyetylénu, polyesteru atd. vkládající se u vozovek do konstrukce násypového tělesa a na podloží. Funkce geotextilie : • separační zamezuje promíchání a prohnětení rozdílných zemin vlivem dynamických účinků pojezdu vozidel. • zpevňovací umožňuje přenášet tahová napětí • drenážní odvádí vodu z pórů podloží a tím umožňuje jeho konsolidaci • filtrační zamezuje vyplavování jemných částic zemin prouděním vody • izolační izoluje proti mrazu Druhy geotextilií : • netkané - pouze vrstva vláken ležících na sobě

- 22 (31) -

Netkané geotext.se používají při zakládání násypů, stavbě dočasných vozovek atd. Hlavní funkcí netkaných geotextilií při zakládání násypů zabránění pronikání jílovitých a prachovitých částic z podloží do hrubozrnného materiálu násypů. • tkané - provázáním vláken Při neúnosnoém podloží je potřeba použít tkané geotext., která zabezpečí mimo drenážní a filtrační funkce i funkci výztužnou a je schopna přenášet tahová napětí. Další možnosti použití tkaných geotextilií: vyztužování násypových těles opěrné konstrukce - gabiony vyztužování a zpevnění svahů Kontrolní otázky Co jsou to geotextilie a jaké mají základní funkce ?

5

Stroje pro stavbu silnic – základní přehled

5.1

Rýpadla

• používají se pro těžbu a nakládání zemin, hloubení jam a rýh. • mají nejčastěji hydraulické ovládání, zřídka lanové, podle obsahu lopaty se dělí na - lehká - do 1m3 a těžká - nad 1m3 • speciální • s kolovým nebo pásovým podvozkem • s výškovou lopatou, s hloubkovou lopatou, s drapákem

- 23 (31) -


Obr. 1.15 Typy rypadel

5.2

Nakladače

• se používají k nakládání sypkých hmot a těžbu v lehkých zeminách • převážně kolové, někdy též pásové • objem radlice 0,5 - 5 m3 • použití u hornin 1.-3.třídy rozpojitelnosti

Obr. 1.16: Nakladač

- 24 (31) -

5.3

Dozery

• slouží k plošnému přesunu zeminy stejně jako skrejpry • možno též použít k odstraňování porostů, pařezů, humusu, svahování • hydraulicky ovládaná radlice • podle možnosti natáčení radlice – buldozery, angldozery, tiltdozery • většinou na pásovém podvozku • ekonomická přepravní vzdálenost je 60 m • mohou být vybaveny laserovým nivelačním zařízením • dozer může hrnout zeminu do svahu o sklonu 25o, ze svahu o sklonu 30o

Obr. 1.17: Buldozér

5.4

Skrejpry

• slouží k těžbě, rozvozu a rozprostření zeminy • hydraulicky ovládané • skrejpr rozpojí zeminu břitem a ta je pak ve směru pohybu vtlačována do korby • elevátorový skrejpr plní korbu lopatkovým elevátorem • po rozpojení a naložení se zemina převáží na uzavřené korbě • vyprazdňování korby se provádí pomocí výtlačné stěny, vyklápěním korby nebo zpětným chodem elevátoru • korba má obsah 2 - 30 m3 • těžení zeminy po spádu - spád menší jak 16o

- 25 (31) -


• výjezdy do svahu do 10o • ekonomická rozvozní vzdálenost je 200 - 1200 m pro skrejpry s obj. do 10 m3 • 1500 - 2000 m pro skrejpry nad 15 m3 • metoda push - pull spřáhnutí • 1. - 4. třída rozpojitelnosti

Obr. 1.18: Buldozér

5.5

Grejdry

• používají se převážně k přesnému dorovnání konstrukčních vrstev vozovky a pláně, odřezávání tenkých vrstev, rozhrnování sypkých hmot a na dokončovací práce • ovládání je hydraulické • grejdry jsou vybaveny radlicí v délce 2 - 3,8 m • radlice je umístěna mezi přední nápravou a zadními nápravami • na ozubeném kole • radlici je možno spouštět nahoru a dolu, natáčet, vysunovat do stran, naklánět do potřebného sklonu • mohou být vybaveny přední radlicí

- 26 (31) -

Obr. 1.19: Grejd

5.6

Dampry

• dopravní prostředky - používají se k odvozu vytěžené zeminy, lomového kamene • od běžných nákladních vozidel se liší masivní konstrukcí, výkonnějším motorem • vývoj damprů směřuje k stále větší nosnosti • běžná tonáž je 45 t, v USA i 250 t • použití dampru vyžaduje, aby celá sestava strojů byla složena z přiměřených dopravních jednotek

5.7

Zhutňovací stroje

Podle způsobu zhutňování rozeznáváme zhutňování: statické • tlakem - hladké válce s ocelovými běhouny • tlakem a hnětením, které je uplatňováno u válců ježkových, mřížových a pneumatikových, Tak je vyvozován vlastní hmotností těchto válců, běhouny je přenášen tlak do zhutňované vrstvy, vyvozují se smyková napětí, zhutnění je vlastně dosažení smykové pevnosti zeminy

- 27 (31) -


(rýhované válce - hlinité písky a štěrky; ježkové statické válce -jíly, hlinité zeminy, hlinité písky a hlinité štěrky) Druhy statických válců: Jednoosý vlečený s 1 běhounem, dvouosý s 1 běhounem, tandemový dvouosý s 2 běhouny, dvouosý s 3 běhouny Celková hmotnost 1 - 15 t Mezi základní charakteristiky statických válců s hladkým ocel. běhounem patří: • celková hmotnost válce • statické lineární zatížení = P/l (N/m) • počet poháněných běhounů • koeficient účinnosti běhounu cw = P/l*d vyjadřuje zhutňovací účinnost P - zatížení běhounu l - šířka běhounu d - vnější průměr běhounu pneumatikové válce: • hutnění tlakem a hnětením • možnost změny tlaku v pneumatikách • celková hmotnost 5 - 30 t • 5 - 11 kol (pneumatik) • pneumatiky mají tzv. izostatické zavěšení, které zaručuje rovnoměrné zatížení všech kol • vhodné pro zhutňování soudržných zemin, vhodné jetéž pro zhutňování asfaltových vrstev • méně vhodné pro nesoudržné materiály

- 28 (31) -

Obr. 1.20: Pneumatikový válec se zaplachtováním kol vibrační • rázem - pěchovacími deskami • vibrací, realizované vibračními válci Princip vibračního zhutňování vychází ze skutečnosti, že vibrace snižuje vnitřní tření mezi jednotlivými zrny zhutňovaného materiálu. Vibrační válce mohou mít nižší statické lineární zatížení a přesto dosahují značný hloubkový účinek zhutňování. • Koeficient účinnosti běhounu vibračního válce : cw = k*P/(l*d) Mezi základní charakteristiky - viz. statické válce + • frekvence vibrace a její změna v určitém rozsahu • amplituda vibrace Druhy : • malé ruční, jednoběhounové samopojízdné • tandemové dvouosé • kombinované - hladký ocelový běhoun + 3 - 5 pneumatik • Vhodné nejlépe pro nestejnozrnné materiály a nesoudržné zeminy.

- 29 (31) -


Obr. 1.21: Vibrační válec

Jak lze použít grejdr a skrejpr při zemních pracích ?

6

Závěr

6.1

Shrnutí

Text slouží k získání základních informací o zeminách, jejich zatřídění pro dopravní stavby a jednotlivých zkouškách. Dále jsou uvedeny informace o vodním režimu v podloží, geotextiliích a strojích používaných jak pro zemní práce, tak i k pro provádění konstrukčních vrstev vozovky.

6.1.1

Seznam doplňkové studijní literatury

ČSN 72 1001

Pomenovanie a opis hornín v inženierskej geológii

ČSN 72 1002

Klasifikace zemin pro dopravní stavby

ČSN 72 1006

Kontrola zhutnění zemin a sypanin

ČSN 72 1010

Stanovení objemové hmotnosti zemin.

ČSN 72 1011

Laboratorní stanovení zdánlivé hustroty pevných částic zemin

- 30 (31) -

ČSN 72 1012

Laboratorní stanovení vlhkosti zemin

ČSN 72 1013

Laboratorní stanovení meze plasticity zemin

ČSN 72 1014

Laboratorní stanovení meze tekutosti zemin

ČSN 72 1015

Laboratorní stanovení zhutnitelnosti zeminy

ČSN 72 1016

Laboratorní stanovení poměru únosnosti zemin (CBR)

ČSN 72 1018

Laboratorní stanovení relativní ulehlosti nesoudržných zemin

ČSN 721019

Laboratorní stanovení smršťování zemin

ČSN 72 1191

Zkoušení míry namrzavosti zemin

ČSN 73 1001

Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy

ČSN 73 3050

Zemní práce

ČSN 73 6100

Názvosloví silničních komunikací

ČSN 73 6101

Projektování silnic a dálnic

ČSN 73 6110

Projektování místních komunikací

ČSN 73 6114

Vozovky pozemních komunikací. Základní ustanovení pro navrhování.

TP 76

Geotechnický průzkum pro pozemní komunikace, 2001,

- 31 (31) -

POZEMNÍ KOMUNIKACE II

Recommend Documents