31
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
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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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 zapo-třebí 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 pojme-nování, 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 vlast-ností, které jsou pro jednotlivé obory důležité.
Pro dopravní stavby vznikla norma ČSN 72 1002 “Klasifikace zemin pro do-pravní 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 chemic-ké vazby mezi částečkami zeminy. Jde o zeminy, které jsou schopny plas-tických 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 vět-ru, vody a změnami teploty. K tomuto jevu dochází buď na místě nebo je roz-volněný materiál přemísťován (vodou, větrem, ledovcem) a vznikají nánosy (spraš, sprašová hlína). Mechanické vlastnosti i chemické složení těchto “náno-sů” je různorodé.
Mechanická pevnost zemní konstrukce je značně ovlivněna intenzitou hutnění a vlhkostí zemin a vzhledem ke složitosti těchto vztahů je velmi obtížné ji ur-čovat analytickou metodou. Teoreticky lze pomocí Boussinesqovy teorie vypo-čítat 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 ze-min, z nichž se staví silniční těleso, a proto je účelné charakterizovat zeminu několika základními mechanickými a fyzikálními vlastnostmi zjištěnými po-měrně snadnými zkouškami.
2.2 Zkoušky zemin
Základní zkoušky, které se provádějí na zeminách při stavbě vozovek :
• granulometrické složení (sítový rozbor) ⇒ zjednodušené hodnocení namr-zavosti zemin
• mez tekutosti wl, mez plasticity wp, mez smršťování ws
- 5 (31) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
• 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 identi-fikujícím 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 souč-tovou 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 interva-lech. 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 zrni-tosti (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
[mm] Označení
0,002 <
0,002 – 0,063
Jíl
Prach
0,063 – 0,250
0,250 – 1,000
1,000 – 2,000
Písek
Jemný
Střední
Hrubý
2,000 – 8,000
8,000 – 32,000
32,000 – 128,000
Štěrk
Drobný
Střední
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 (vy-chází z ČSN 72 1001) viz obr.1.1
Název soudržných zemin se doplňuje údajem Atterbergových mezí konzisten-ce. 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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 zemi-ny 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) bývá velmi zvodnělý, často s organickými zbytky
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 jednotli-vých složek bývá nazýván např. písčitá hlína, jílovitý písek, hlinitý písek apod.
Spraš je prachovitá nevrstevnatá zemina vzniklá vyvátím a usazením. Hlavní-mi 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 ob-jemové hmotnosti, příznačného hnilobného zápachu. Obsahuje rostlinné zbyt-ky. 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 orga-nických 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 izolač-ních 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 zve-dat. Zdvih válečku je měřen snímačem. Míra namrzavosti zemin se určuje vy-hodnocením 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
Obr.1.3: Tvorbaledových čoček
2.2.3 Mez tekutosti, mez plasticity, index plasticity, index kon-zistence
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 kte-ré je možné zeminu nahutnit na max. obj. hmotnost. Zemina dovezená do labo-ratoře 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 zná-mých rozměrů hrnce se vypočítá obj. hmotnost vlhké zeminy, která se na zá-kladě 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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 mo-difikovaný je a) v jiné hmotnosti pěchu (modifikovaný má vyšší hmotnost pě-chu) 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 nahut-něna 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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, pra-chovitá hlína, jílovitý písek.
- 14 (31) -
……. 4. velmi vhodné zeminy: písek dobře zrněný, písek hlinitý, písek jílovitý, pís-čitý štěrk, štěrk dobře zrněný, štěrk hlinitý, štěrk jílovitý.
Podloží
Rozdělení zemin podle vhodnosti do podloží je od zemin s plynulou čárou zrni-tosti, stabilní jílovou a prachovou složkou, (tyto zeminy jsou stabilní i za nepří-znivých 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 Násypy Podloží
Č. Název zeminy Symbol 1 2 3 4 I II III IV V VI VII VIII IX X
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
- 15 (31) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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
Proctor Standard CBR (%) Č Název zeminy Sym. f (%) WL (%) 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 vyvolá-ny 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. sku-piny 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 charakte-ristických vlastností a podle obtížnosti rozpojování do 7 tříd:
Třída rozpoji-telnosti
Klasifikace hornin Popis hornin a zemin
1. třída
Rypné soudržné, měkké konzis-tence s výjimkou jílu
Neulehlé nesoudržné, popř. se štěrkovými zrny do 50 mm
Ornice, hlína, písčitá hlína, písek, hlinitý písek, štěrkovi-tý písek, písčitý štěrk a drob-ný štěrk, stavební odpad. Zrna do 2 mm (může být 10% zrn do 5 cm)
2. třída
Lehce rozpojitelné soudržné, vět-šinou tuhé konzistence, s výjimkou jílu
Nesoudržné, středně ulehlé, popř. se štěrkovými zrny do 100 mm
Ornice, hlína, prachovitá hlína (spraš), písčitá hlína, hlinitý písek, písčitý štěrk a střední štěrk se zrny do 5 cm (může být 10% zrn do 10 cm), stavební odpad
3. třída
Středně rozpojitelné soudržné, většinou pevné konzistence
Nesoudržné ulehlé, popř. s kameny největšího rozměru do 250 mm a zvětraliny některých skalních hornin, pokud mají ob-dobné vlastnosti
Hlína, prachovitá hlína (spraš), jílovitá hlína, jílovitá hlína písčitá, písčitý jíl, jíl, písčitý štěrk hrubý a hrubý štěrk se zrny do 10 cm (může být 10% zrn do 25 cm), jílo-vitá břidlice zvětralá, zvětra-lé skalní horniny
4. třída
Těžce rozpojitelné soudržné, vět-šinou tvrdé konzistence,
Nesoudržné, popř. s kameny do 0,1 m3 objemu jednotlivě, ne-
Jíl, písčitý jíl, jílovitá hlína písčitá, jílovitá hlína, hlína, prachovitá hlína, hrubý štěrk s více než 10% objemu ka-menů největšího rozměru do
- 17 (31) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
soudržné horniny s jílovitým nebo hlinitým pojivem a zvětraliny ně-kterých skalních a poloskalních hornin, pokud mají obdobné vlastnosti,
Silně rozpukané a zvětralé, které by jinak patřily do 5. Třídy,
Kašovité konzistence, až tekoucí
25 cm (může být 10 % částic nad 25 cm do 0,1 m3), sta-vební odpad, drobný a střed-ní štěrk s jílovitým nebo hli-nitým pojivem, jílovec, zvět-ralá opuka, zvětralý písko-vec, vápenec, břidlice, rula, žula, bahnitý náplav-kaše, tekutý písek
5. třída
Snadno trhatelné,
Silně rozpukané a zvětralé, které by jinak patřily do 6. a 7. Třídy,
Nesoudržné s kameny objemu do 0,1 m3
Hrubý štěrk s kameny do 25 cm, navážka (obdobná), střední a hrubý štěrk s jílovitým nebo hlinitým pojivem, pískovec, slepenec, opuka, jílovec, jíl. a písč. břidlice, fylit, chloritická břidlice, zmrzlá zemina
6. třída
Nesnadno trhatelné, do nichž se vrt hluboký 1 m vyvrtá pneuma-tickým kladivem s kaleným dlá-tem průměru 30 mm při přetlaku 0,45 MPa v čistém pracovním ča-se za 10 – 20 minut.
Kameny objemu do 0,1 m3 , slepenec, pískovec, droba s železitým nebo vápnitým tmelem, dolomit, vápenec, porézní čedič, fylitická břid-lice, křemitá břidlice, svor, svorová rula, rula s puklinami
7. třída
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 mi-nut.
Slepenec, křemenec, roho-vec, rohovcový vápenec, diabas, čedič, znělec, buliž-ník, žilný křemen, žula, gra-nodiorit, gabro, andezit, rula, amfibolit, granulit.
2.5 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 normo-vým pískem a hmotnost odebrané zeminy vážením v laboratoři.
Obr. 1.9: Stanovení objemové hmotnosti zhutněné zeminy na stavbě membrá-
novým 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
2.5.2 Nepřímé metody :
• Statická zatěžovací zkouška
Obr. 1.11: Statická zatěžovací zkouška
0,0000,5001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,000
0,000 0,200 0,400 0,600
Kontaktní napětí p pod deskou v MPa
Zatlače
ní d
esky
y v
mm
1.zatěž.cyklus1.cyklus -regreseOdlehčení
2.zatěž.cyklus2.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) tla-kem vyvozeným ruční hydraulickou pumpou (viz obr. 1.11). Zkouška se pro-vádí 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, umís-těn 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, kapi-lární vzlínavosti hs, hloubky promrzání dpr je možné stanovit vodní režim v podloží vozovky. Existují tři základní vodní režimy v podloží vozovky: di-fúzní, pendulární, kapilární.
- 21 (31) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
difúzní: Ic >1; hpv ≥ dpr + 2 hs
pendulární: 0,7 ≤ Ic ≤ 1; dpr + hs < hpv < dpr + 2 hs
kapilární: Ic < 0,7; 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 poly-propylén, 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
• 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 dokon-čovací 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, naklá-nět 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 mo-torem
• 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 přiměře-ných 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
(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 běhou-nem, tandemový dvouosý s 2 běhouny, dvouosý s 3 běhouny
Celková hmotnost 1 - 15 t
Mezi základní charakteristiky statických válců s hladkým ocel. běhounem pat-ří:
• 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 zatí-žení všech kol
• vhodné pro zhutňování soudržných zemin, vhodné jetéž pro zhutňování as-faltových 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 vnitř-ní 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) -
Pozemní komunikace II · Modul 1
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 ze-min
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) -
