9.10.2011
ZEMINY
Silniční stavby 2
HORNINY (ZEMINY) Hornina – je pevná nebo sypká směs zrn jednoho anebo více materiálů, směsí minerálů a úlomků starších hornin. jsou minerální zrna různého původu, které vznikají postupným zvětráváním Zemina – soustava minerálních částic a/nebo organické hmoty ve formě zeminy, někdy organického původu, která může být dělena jemným mechanickým způsobem, a která obsahuje různé množství vody a vzduchu obsahují organické příměsi obsahují chemické příměsi
ZEMINY VÝSKYT Podloží, zemní těleso Aktivní zóna: horní vrstva zemního tělesa na
násypu i v zářezu, o tloušťce zpravidla 0,5 m Zemní pláň: plocha uzavírající zemní těleso ve styku s vozovkou, tvoří horní líc aktivní zóny Konstrukce vozovky
1
9.10.2011
SLOŽENÍ ZEMIN
[1]
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) podle vzniku podle velikosti zrn podle namrzavosti podle soudržnosti podle rozpojitelnosti podle vhodnosti do násypu podle vhodnosti do podloží podle vhodnosti do aktivní zóny vhodné pro stavební účely podle zhutnitelnosti
ROZDĚLENÍ HORNIN VYVŘELÉ – hlubinné, výlevné, žilné USAZENÉ – úlomkovité, jílovité, organogenní, chemické METAMORFOVANÉ
2
9.10.2011
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VELIKOSTI ZRN ČSN EN ISO 14688-1 POJMENOVÁNÍ A ZATŘIĎOVÁNÍ ZEMIN ČÁST 1: POJMENOVÁNÍ A POPIS
NAZEV Balvany (Bo) Kameny, valouny (Co) Štěrk – hrubý (CGr) Štěrk – střednězrnný (MGr) Štěrk – jemnozrnný (FGr) Písek – hrubozrnný (CSa) Písek – střednězrnný (MSa) Písek – jemnozrnný (FSa)
ROZDĚLENÍ
VELIKOST ZRN [mm] > 200 63 – 200 20 – 63 6,3 – 20 2 – 6,3 0,63 – 2 0,2 – 0,63 0,063 – 0,2
ZEMIN PODLE VELIKOSTI ZRN
NAZEV Prach – hrubozrnný (CSi) Prach – střednězrnný (MSi) Prach – jemnoozrnný (FSi) Jíl (Cl)
VELIKOST ZRN [mm] 0,02 – 0,063 0,0063 – 0,02 0,002 – 0,0063 ≤ 0,002
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VELIKOSTI ZRN KLASIFIKACE PODLE ČSN 73 6133 Velikost zrn [mm] < 0,002 0,002 – 0,060 0,060 – 2 2 – 60 60 – 200 > 200
Název Označení zrn Frakce Jemné Jílovitá c Prachovitá m Hrubé Písčitá s Štěrková g Velmi Kamenitá cb hrubé Balvanitá b
3
9.10.2011
VÝCHOZÍ
SKUPINY ZEMIN
Výchozí skupina
Základní název
Symbol
Kvalitativní znak
Jemnozrnná
Jemnozrnná zemina
F (jíl – C, hlína – M)
f > 35% (g+s+f)
Písčitá
Písek
S
f < 35% (g+s+f) ▲s>g
Štěrkovitá
Štěrk
G
f < 35% (g+s+f) ▲g>s
PLASTICITA ZEMIN
[2]
MEZ TEKUTOSTI mez tekutosti: wL, empiricky stanovená vlhkost, při které zemina přechází ze stavu tekutého do stavu plastického
vlhkost, která odpovídá 10 mm penetraci kužele při použití kužele 60 g/60º, nebo vlhkost, která odpovídá 20 mm penetraci kužele při použití kužele 80 g/30º. ČSN CEN ISO/TS 17892-1 Geotechnický průzkum a zkoušení – Laboratorní zkoušky zemin – Část 12 : Stanovení konzistenčních mezí
4
9.10.2011
MEZ TEKUTOSTI kužel
[1,3]
ROZLIŠENÍ PLASTICITY ZEMIN Plasticita
Symbol
Mez tekutosti v %
Nízká Střední
L I
méně jak 35 35 – 50
Vysoká Velmi vysoká
H V
50 – 70 70 – 90
Extrémně vysoká
E
více jak 90
ČÍSLO (INDEX) PLASTICITY Ip = wL - wp Ip… číslo plasticity wL… mez tekutosti wp… mez plasticity
Index plasticity charakterizuje schopnost dané zeminy vázat vodu, aniž dojde ke změně stavu zeminy.
5
9.10.2011
KLASIFIKACE ZEMIN - ZATŘÍDĚNÍ jemné části 0,063 - 0
písky štěrky
2 – 0,063
63 - 2
JEMNOZRNNÉ ZEMINY
PÍSČITÉ ZEMINY
6
9.10.2011
ŠTĚRKOVITÉ ZEMINY
ZRNITOST
Stanovení zrnitosti je jednou z nejdůležitějších identifikačních zkoušek zemin. Klasifikace zemin je založena především na zrnitosti. K zrnitosti zemin se vztahuje řada geotechnických a hydrogeologických vlastností zemin. ČSN CEN ISO/TS 17892-4 Geotechnický průzkum a zkoušení – Laboratorní zkoušky zemin – Část 4: Stanovení zrnitosti zemin
ZRNITOST
pro zeminy s menším zrnem jak 125 mm
pro zeminy s obsahem částic nad 90 % většího průměru 0,063 mm – zkouška proséváním pro zeminy s obsahem částic nad 10 % menšího průměru 0,063 mm – zkouška prosévání + sedimentace
7
9.10.2011
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE NAMRZAVOSTI
zrnitostního kritéria - Scheibleho kritérium (ČSN 73 6133) Přímá metoda ČSN 72 1191 Hodnocení podle CBR Namrzavost se posuzuje v materiálech použitých v aktivní zóně, případně v konstrukci vozovky 5 skupin: nenamrzavé, mírně namrzavé, namrzavé, nebezpečně namrzavé, vysoce namrzavé ČSN 72 1002
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE NAMRZAVOSTI: SCHEIBLEHO KRITÉRIUM
[3]
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE NAMRZAVOSTI: PŘÍMÁ METODA
ČSN 72 1191 - ,,Zkoušení míry namrzavosti zemin“ určuje se u materiálů, které obsahují více jak 5 % menších než 0,125 mm
8
9.10.2011
ZKOUŠENÍ MÍRY NAMRZAVOSTI ZEMIN: PŘÍMÁ METODA
[4]
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE SOUDRŽNOSTI nesoudržné (sypké)
písky, štěrky, štěrkové zeminy, zeminy s nízkou plasticitou soudržné
jíly, slíny, mokré hlíny
ROZDĚLENÍ
ZEMIN PODLE TĚŽITELNOSTI ČSN 73 6133:2010
Rozdělení do 3 tříd Třída I: těžba je prováděna běžnými výkopovými mechanismy (buldozery, rypadla, ručně prováděné výkopy) Třída II: pro těžbu a rozpojování zemin a hornin je nutné použít specielní rozpojovací mechanismy (rozrývače, skalní lžíce, kladiva) Třída III: k rozpojení jsou nutné trhací práce
9
9.10.2011
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI
Rozdělení do 7 tříd lehko rozpojitelné měkké konzistence lehko rozpojitelné tužší konzistence středně rozpojitelné soudržné, těžko rozpojitelné lehko rozpojitelné rozrušovacími nebo trhacími pracemi těžko rozpojitelné trhacími pracemi velmi obtížně rozpojitelné trhacími pracemi
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Lehko rozpojitelné měkké konzistence: -
ornice, hlína, písčitá hlína, písek
-
kypré zeminy, písek, štěrkopísek s drobnými zrny, stavební odpad
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Lehko rozpojitelné tužší konzistence -
ornice, hlína, písčitá hlína, písek
-
ulehlé zeminy se štěrkovými zrny, písčitý štěrk se zrny do 10 cm
10
9.10.2011
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Středně rozpojitelné: -
pevné tvrdé konzistence, ornice, hlíny, písčité hlíny,
-
ulehlé zeminy, hrubý písčitý štěrk, hrubý štěrk
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Soudržné, těžko rozpojitelné: -
pevné a tvrdé konzistence, jíl, jílové hlíny, prachové hlíny,
-
štěrk 10 – 25 cm, zeminy s balvany, poloskalní navětralé materiály – břidlice, opuky, zvětralé vápence.
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Lehko rozpojitelné rozrušovacími nebo trhacími pracemi: -hrubý štěrk, sřední a hrubý štěrk s jílovitými a hlinitými tmely, písčité a jílovité břidlice, navětralé žuly, ruly andezity a pískovce
11
9.10.2011
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Těžko rozpojitelné trhacími pracemi: -
horniny s balvany nad 0,1 m3, z části zdravé skalní materiály žuly, ruly andezity a pískovce
ROZDĚLENÍ HORNIN (ZEMIN) PODLE ROZPOJITELNOSTI Velmi obtížně rozpojitelné trhacími pracemi: -zdravé
skalní masivy křemence, křemité žuly, ruly, čediče a podobně
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU
-
-
Podle ČSN 73 6133:2010 NEPOUŽITELNÉ NEVHODNÉ k přímému použití bez úprav PODMÍNĚČNÉ VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV
12
9.10.2011
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU Podle ČSN 73 6133:2010 Podle hodnoty IBI min. IBI 10 % pro násyp min. IBI 5 % pro podloží násypu zemina bez úpravy
IBI IBI (okamžitý poměr únosnosti immediate bearing index) okamžitá hodnota Kalifornského poměru únosnosti stanovená bez zatěžovacího prstence
[1]
ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN A KRITÉRIA POUŽITELNOSTI
[2]
13
9.10.2011
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU Podle ČSN 72 1002 (neplatná) nevhodné málo vhodné vhodné velmi vhodné
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO NÁSYPU
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI -
-
-
DO AKTIVNÍ ZÓNY
Podle ČSN 73 6133:2010 NEPOUŽITELNÉ NEVHODNÉ k přímému použití bez úprav PODMÍNĚČNÉ VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV VHODNÉ K PŘÍMÉMU POUŽITÍ BEZ ÚPRAV Podloží PIII: CBR po 96 hodinách sycení min. 15 % Podloží PII: CBR po 96 hodinách sycení min. 30 % Podloží PI: CBR po 96 hodinách sycení min. 50 % zemina bez úpravy
14
9.10.2011
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ ČSN 72 1002 NEPLATNÁ
I. plynulá křivka zrnitosti, stabilní jílová a prachová složka, dobře se zhutňují, např. štěrk hlinitý II. obdobné vlastnosti jako I., avšak bez jílové a prachové části, nenamrzavé, velmi dobře zhutnitelné, např. písek špatně zrněný III.skupina jemnozrnných písčitých a štěrkovitých zemin, postrádají kostru z hrubších zrn,např. písčitá hlína
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ ČSN 72 1002 NEPLATNÁ
IV. jílová a prachová složka je málo odolná povětrnosti, přechod mezi dobrým a průměrným podložím V. dobře zhutnitelné, mírně namrzavé, např. štěrkovitá hlína VI. přechod mezi vhodnými a málo vhodnými, např. písčitá, písčitý jíl VII. namrzavé až nebezpečně namrzavé zeminy, při napojení s vodou nestabilní
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ ČSN 72 1002 NEPLATNÁ
VIII. namrzavé až nebezpečně namrzavé zeminy, při napojení s vodou nestabilní IX. odstranit z podloží X. nedají se zlepšit
15
9.10.2011
ROZDĚLENÍ ZEMIN PODLE VHODNOSTI DO PODLOŽÍ
VHODNOST ZEMIN PRO STAVEBNÍ ÚČELY NEVHODNÉ – jemnozrnné zeminy písčitoštěrkovité s velmi malou příměsí kamenité a balvanité frakce PODMÍNEČNĚ NEVHODNÉ – kamenivo, balvany s nedostatečnou výplní mezer a dutin PODMÍNEČNĚ VHODNÉ – spraše, sprašové hlíny VHODNÉ – zeminy dobře zrněné, mezery jsou vyplněny jemnozrnnou frakcí
ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN PODLE ZHUTNITELNOSTI 4 skupiny 1.skupina – výborná zhutnitelnost, rychlý přírůstek hmotnosti 2.skupina - dobrá zhutnitelnost, potřebná je vyšší energie pro zhutnění 3.skupina – vyhovující, potřebná je vyšší energie pro zhutnění 4.skupina - nevyhovující
16
9.10.2011
ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN A KRITÉRIA POUŽITELNOSTI
-
Orientační dělení na nepoužitelné, nevhodné, podmíněčně vhodné, vhodné Pro stavbu zemního tělesa: Musí se upravit objemově nestabilní zeminy, zeminy nemá vlhkost v předepsané úrovni musí se upravit, Jedná se o stejnozrnnou zeminu (např. vátý písek) – upravit, Další požadavky na objemovou hmotnost vysušené zeminy (PS a PM) index konzistence, mez tekutosti
PRŮKAZNÍ ZKOUŠKY NEUPRAVENÝCH ZEMIN Zrnitost - DH Číslo nestejnozrnitosti – DH - jen pro S a G Mez tekutosti - DH Mez plasticity - DH Číslo plasticity - DH Číslo konzistence - DH Vlhkost v přirozeném uložení - DH Objemová hmotnost v přiloženém uožení - DH Obsah organických látek - max. 6 % Propustnost - DH Stlačitelnost – DH – jen pro F, popř. S
PRŮKAZNÍ ZKOUŠKY NEUPRAVENÝCH ZEMIN Maximální objemová hmotnost – DH – u jemnozrnných zemin nebo směsí zemin jemnozrnných nebo hrubozrnných Optimální vlhkost - DH – u jemnozrnných zemin nebo směsí zemin jemnozrnných nebo hrubozrnných Minimální a maximální ulehlost – DH – u zemin hrubozrnných nebo stejnozrnných CBR – aktivní zóna – PIII-15 %, PII-30 %, PI-50 % - sycení ve vodě 96 hodin
17
9.10.2011
PRŮKAZNÍ ZKOUŠKY NEUPRAVENÝCH ZEMIN IBI – aktivní zóna – DH – zkouší se ihned po zhotovenní zkušebního vzorku IBI – násyp – min. 10 % – zkouší se ihned po zhotovenní zkušebního vzorku IBI – podloží násypu – min. 5 % – zkouší se ihned po zhotovenní zkušebního vzorku Namrzavost – aktivní zóna – DH – podle zrnitosti, v případě pochyb přímá zkouška Smyková pevnost efektivní - DH Smyková pevnost totální – min. 25 kPA – při posouzení únosnosti a stability násypů na měkkém podloží
KONTROLNÍ ZKOUŠKY ZEMIN PŘI TĚŽBĚ Vlastnost
Požadavek
Četnost
Přirozená vlhkost
DH
Objemová hmotnost v přirozeném uložení
DH
1 x 10 000 m3 nebo 1 x denně 1 x 10 000 m3
Zrnitost
DH
1 x 20 000 m3
Meze plasticity
DH
1 x 20 000 m3
Obsah organických látek
DH
1 x 10 000 m3
KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost
Vlhkost
Minimální požadavek
Četnost
Jemnozrnné zeminy s Ip < 17 %
odchylky od wopt,PS – 3 % až + 2 %
1 x 1 250 m2 nebo 500 m3
Jemnozrnné zeminy s Ip ≥ 17 %
odchylky od wopt,PS – 5 % až + 3 %
Hrubozrnné zeminy
-
1 x 2 500 m2 nebo 1 000 m3
18
9.10.2011
KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost Míra zhutnění dle objemové hmotnosti (parametr D)
Min. pož.
Četnost 1 x 4 000 m2 nebo 1 6000 m3
Podloží násypu
92 % PS
Podloží přechodových oblastí mostů
95 % PS
Násyp z jemnozrnných (F) nebo písčitých zemin (SW,SP,S-F) nebo poíplku
95 % PS
Násyp ze štěrkovitých zemin (GW, GP,G-F)
97 % PS
Aktivní zóna, zemní pláň
100 % PS 1 x 100 bm dopravního pásu nebo 1 x 1000 m2 ostatních ploch
KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost
Míra zhutnění dle relativní ulehlosti
Nivelační zkouška stlačení po dvou pojezdech
Minimální požadavek
Četnost
Písčité zeminy (SW, SP, S-F)
0,8 (aktivní zóna – 0,9)
1 x 4 000 m2 nebo 1 6000 m3
Štěrkovité zeminy (GW, GP, G-F)
0,75 (aktivní zóna – 0,9)
Kamenitá sypanina, váté písky, popílky
0,5 % h
1 x 4 000 m2 nebo v aktivní zóně 1 x 2 000 m2
KONTROLNÍ ZKOUŠKY PŘI PROVÁDĚNÍ A PO DOKONČENÍ ZEMNÍHO TĚLESA Vlastnost
Minimální požadavek
CBR
Ztužující vrstva vrstevnatého násypu
min. 10 %
IBI
Aktivní zóna
min. deklarovaná hodnota
Násyp
min. 10 %
Podloží násypu
min. 5 %
Četnost 1 x 10 000 m3 nebo 1 x denně
19
9.10.2011
PODLOŽÍ
-
Funkce tvoří podklad pro konstrukci vozovky přenáší zatížení ovlivňuje životnost a provozní způsobilost vozovky
ZEMNÍ PLÁŇ Požadavky - musí vykazovat požadovanou únosnost změřenou na zemní pláni, - musí splňovat podélný a příčný sklon dle projektové dokumentace - rovnost a výškové tolerance pláně musí odpovídat dokumentaci stavby; - zemní pláň musí být řádně odvodněna.
STANOVENÍ TLOUŠŤKY ÚPRAVY PODLOŽÍ VOZOVKY
[2]
20
9.10.2011
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA Odchylky výšek Odchylky šířek Nerovnosti povrchu Přesnost svahování
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA ODCHYLKY VÝŠEK Vlastnost
Typ komunikace
Požadavek
Měření
Odchylky od výšek zemní pláně a kót odvozených od nivelety
D, R, SI, SII, MR, MS
± 30 mm
ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace
± 40 mm
V příčných profilech dle dokumentace stavby (po 20 m) ve třech bodech jízdního pásu
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA ODCHYLKY ŠÍŘEK Vlastnost Odchylky od šířek zemní pláně
Typ Požadavek komunikace všechny
-50 mm -až + -100 mm
Měření V příčných profilech po 20 m
21
9.10.2011
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA NEROVNOSTI POVRCHU Vlastnost
Typ komunikace
Požadavek
Měření
V podélném směru
D, R, SI, SII, MR, MS
max. 25 mm
ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace
max. 30 mm
Pod 4 m latí v ose jízdního pásu
D, R, SI, SII, MR, MS
max. 15 mm
ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace
max. 20 mm
V příčném směru
V příčných profilech max. po 40 m
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA NEROVNOSTI POVRCHU Vlastnost
Typ komunikace
Požadave k
Měření
Odchylka od příčného sklonu zemní pláně
D, R, SI, SII, MR, MS
± 0,5 %
ostatní silnice, ostatní MK, účelové komunikace
Odchylka maximálně ± 1 %, min. 2,5 %
V každém příčném profilu dokumantace stavby
u skalních zářezů a plání z kamenité sypaniny
± 0,5 %
Nepřípustný výskyt prohlubní bez možnosti odtoku vody
PŘÍPUSTNÉ ODCHYLKY ZEMNÍHO TĚLESA PŘESNOST SVAHOVÁNÍ Vlastnost
Typ komunikace
Požadavek
Měření
Přesnost svahování se posuzuje max. prohlubní
všechny
50 mm
V příčných profilech maximálně vzdálených 100 m
Odchylka od tangenty projektovaného sklonu svahu
±5%
Svahování ve skalních výlomech
Neprovádí se
22
9.10.2011
LITERATURA [1] ODOLNOST ZEMIN A MATERIÁLŮ PROTI VODĚ V PODLOŽÍ VOZOVEK POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ, DP, Bc. JAN VELÍŠEK , FAKULTA STAVEBNÍ , ÚSTAV POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ [2] ČSN 73 6133 Navrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací [3] ZLEPŠOVÁNÍ ZEMIN S VYUŽÍTÍM ALTERNATIVNÍCH PŘÍSAD, BP, Jindřiška Slezáková, Praha 2010, FSv ČVUT v Praze, katedra silničních staveb [4] Ing. Petr Pácha, Ing. Dušan Stehlík, Ph.D.: NAMRZAVOST ZEMIN A MATERIÁLŮ V PODLOŽÍ VOZOVKY POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ , Asfaltové vozovky 2011, České Budějovice, 2011
23
