2.cvičení

Vlastnosti zemin

Zatřídění zemin (vyhodnocení křivky zrnitosti, trojúhelníkový

diagram).

Složení zemin a hornin

Fyzikální a popisné vlastnosti [%]100.

V

Vn

p

][s

p

V

Ve

e

en

1 n

ne

1

s

s

s

w

m

mm

m

mw

[%]100.

[%]100.p

wr

V

VS

V

Vw w

Porovitost

Číslo pórovitosti

Vlhkost Měrná

Objemová

Stupeň nasycení

Zrnitost cvičení 2

Sr Zeminy

0 Suché

0,01-0,25 Zavlhlé

0,25-0,5 Vlhké

0,5-0,75 Mokré

0,75-0,99 Velmi mokré

1 Nasycené

Fyzikální a popisné vlastnosti zemin

Index relativní ulehlosti

minmax

minmax

minmax

max

ddd

dddD

ee

eeI

PLP wwI

PL

LC

ww

wwI

Index plasticity

Index konzistence

ID Stav

0 až 15 Velmi kyprý

15 až 35 Kyprý

35 až 65 Středně ulehlý

65 až 85 Ulehlý

85 až 100 Velmi ulehlý

IC Konzistence

< 0,05 Kašovitá až tekutá

0,05 – 0,5 Plastická – měkká

0,5 – 1,0 Plastická – tuhá

> 1 Pevná

>> 1 Tvrdá

Pro nesoudržné zeminy (štěrky a písky)

Pro soudržné zeminy (prachů a jílů) IC Konzistence

< 0,25 Velmi měkké

0,25 – 0,5 Měkké

0,5 – 0,75 Tuhé

0,75 – 1 Pevné

> 1 Velmi pevné

Dříve Podle EN 14688

Stav

Kyprý

Středně ulehlý

Ulehlý

Plasticita: Nízká

Střední

Vysoká

Velmi vysoká

Extrémně vysoká

tvrdá pevná tuhá měkká kašovitá (tekutá)

0 ws wP wL w

plastická

Fyzikální a popisné vlastnosti zemin Objemová hmotnost [kg m-3] - přirozeně vlhké zeminy = m / V - vysušené zeminy d = md / V - skeletu (měrná hmotnost, zdánlivá hustota pevných částic) s = md / Vs s > d - saturovaná (zemina plně nasycen vodou) sat = (1-n)s + nw - zeminy pod HPV (Archimédův zákon) su = (1-n)*(s - w)

Objemová tíha [kN m-3] (popisná vlastnost)

= * g (pozor na dosazené jednotky)(1kg=10N)… -> d, s, sat, su

w … 10 kN m-3

su … = (sat - w) (např.: 10,5 kN m-3)

d … např.: 17,5 kN m-3

… např.: 19

sat … = (su + w) (např.: 20,5 kN m-3)

s … např.: 26 kN m-3

Přetvárné vlastnosti

Chemické vlastnosti zemin

Pevnostní vlastnosti

Úhel vnitřního tření [°]

Mechanické vlastnosti zemin

Soudržnost zeminy c [kPa]

Poissonovo číslo () […]

Modul pružnosti a přetvárnosti E [kPa, Mpa, GPa]

Rozbor vody

Obsah jednotlivých částic (vápna uhličitanů, chloridů, síranů,…)

Určení mineralogického složení

Příklad 1 Zadání:

U neporušeného vzorku zeminy o průměru 120 mm a výšce 30 mm byla vážením zjištěna hmotnost m = 671g. Po vysušení při 105 °C do stálé hmotnosti byla hmotnost suchého vzorku mz = md = 558g. Měrná hmotnost zeminy je s = 2680 kg.m-3, objemová hmotnost v nejnakypřenějším uložení d,min = 1450 kg.m-3, objemová hmotnost v nejhutnějším uložení d,max = 1680 kg.m-3

Určete:

- objemovou hmotnost v přirozeném uložení

- objemovou hmotnost vysušené zeminy

- pórovitost

- číslo pórovitosti

- vlhkost

- stupeň nasycení

- relativní ulehlost zeminy.

Příklad 1 m = 671 g

mz = md = 558 g

s = 2680 kg.m-3

d,min = 1450 kg.m-3

d,max = 1680 kg.m-3

Příklad 1

Příklad 2 Zadání:

Zásobník o výšce 1 m je zcela zaplněn zeminou, jejíž pórovitost je 35 % a stupeň nasycení Sr = 42 %. Na tuto zeminu začalo pršet. Napršené množství vody, které se vsáklo do zeminy odpovídá výšce vodního sloupce 21,5mm.

Určete:

- stupeň nasycení po dešti.

Příklad 3 Zadání:

Počáteční pórovitost zeminové vrstvy o tloušťce 4,5 m je 38%. Po stlačení vrstvy se pórovitost redukuje na 34%.

Určete:

- tloušťku vrstvy po stlačení.

Příklad 4 Zadání:

Pojmenujte a přiřaďte (, SU, d, S, SAT, w) objemové tíhy a určete jednu nečitelnou.

10,0 kN.m-3 Objemová tíha vody

10,9 kN.m-3 Objemová tíha zeminy pod HPV 17,7 kN.m-3 Objemová tíha vysušené zeminy kN.m-3 Objemová tíha plně saturované zeminy 18,8 kN.m-3 Objemová tíha přirozeně uložené zeminy 26,6 kN.m-3 Objemová tíha skeletu zeminy

Příklad 4 Zadání:

Pojmenujte a přiřaďte (, SU, d, S, SAT, w) objemové tíhy a určete jednu nečitelnou.

10,0 kN.m-3 Objemová tíha vody

10,9 kN.m-3 Objemová tíha zeminy pod HPV 17,7 kN.m-3 Objemová tíha vysušené zeminy 20,9 kN.m-3 Objemová tíha plně saturované zeminy 18,8 kN.m-3 Objemová tíha přirozeně uložené zeminy 26,6 kN.m-3 Objemová tíha skeletu zeminy

Zatřídění zemin (vyhodnocení křivky

zrnitosti, trojúhelníkový diagram)

Klasifikace horninového prostředí

- podle pevnosti strukturních vazeb:

a další klas. hornin. prostředí.

- Zeminy

- Horniny skalní

- Soudržné

- Nesoudržné

- Horniny poloskalní

Klasifikace zemin Rozdělení částic zemin dle velikost:

Jemnozrnné částice:

jíl (clay) < 0,002 mm

hlína (mould), prach (silt) 0,002 - 0,063 mm

Hrubozrnné částice:

písek (sand) 0,063-2 mm

štěrk (gravel) 2 - 63 mm

Velmi hrubozrnné částice:

kameny, valouny (cobbles) 63-200 mm

balvany (boulders) > 200 mm

po

mo

cí

hu

sto

měrn

é

zko

ušky

po

mo

cí

pro

sévací

zko

ušky

Soudržné

Nesoudržné

Hustoměrná zkouška Prosévací zkouška

Jemnozrnné Hrubozrnné

Velmi

hrubozrnné

Zatřídění zemin dle ČSN 73 1001

(podle křivky zrnitosti a plasticity) Již neplatná, je obsažená v ČSN 73 6133

Názvosloví zemin

F1 – F4 F = M, C (G,S) Podstatné jméno – jemnozrnná složka + přídavné jméno (hrubozrnná složka)

S3, G3 (- F) Podstatné jméno – hrubozrnná složka + příměs jemnozrnné zeminy

S1, S2, G1, G2 (W, P) Podstatné jméno – hrubozrnná složka + zrnitost (dobře x špatně zrněny)

Doplňkové kritériu Id

S4, S5, G4, G5 (M,C) Podstatné jméno – hrubozrnná složka + přídavné jméno (jemnozrnná složka)

F5 – F8 F = M, C (L, I, H, V, E) Podstatné jméno – jemnozrnná složka + příslušná plasticita (Ip, wL)

Doplňkové kritérium Ic

Základní schéma zatřídění zemin

do 18 tříd dle ČSN 73 1001

100 % g

S

100 %f

G1=GW G2=GP S1=SW S2=SP

0 %

5 %

G

F

100 % s

štěrkovité písčité

CHARAKTER ZRNITOSTNÍ KŘIVKY Doplňkové kritérium pro zatřídění čistých písků resp. čistých štěrků.

Číslo nestejnozrnitosti:

1010

6060

d

dcu

Číslo křivosti:

10106060

22

3030

dd

dcc

Kde: d10 … průměr zrn příslušející 10 % propadu

d30 … průměr zrn příslušející 30% propadu

d60 … průměr zrn příslušející 60 % propadu

Špatně zrněné (P) – předchozí podmínky nejsou splněny

– má strmý tvar křivky zrnitosti

Dobře zrněné (W)

pro štěrky: cu > 4 a cc=1-3

pro písky : cu > 6 a cc=1-3

– má plochý tvar křivky zrnitosti

Křivka zrnitosti

d1

0

d3

0

d6

0

100 % g

S

100 %f

G1=GW G2=GP S1=SW S2=SP

G3=G-F S3=S-F

G4=GM

G5=GC

S4=SM

S5=SC

F1=MG

F2=CG

F3=MS

F4=CS

0 %

5 %

15 %

35 %

65 %

G

F

100 % s

štěrkovité písčité

Index plasticity:

Ip=wL-wP

Kde: wL - vlhkost na mezi tekutosti

wP - vlhkost na mezi plasticity

DIAGRAM PLASTICITY

jíl

hlína

wL

Ip

100 % g

S

100 %f

G1=GW G2=GP S1=SW S2=SP

G3=G-F S3=S-F

G4=GM

G5=GC

S4=SM

S5=SC

F1=MG

F2=CG

F3=MS

F4=CS

F5=ML,MI

F6=CL,CI

F7=MH,MV,ME

F8=CH,CV,CE

0 %

5 %

15 %

35 %

65 %

G

F

100 % s

štěrkovité písčité

Stře

dn

í

DIAGRAM PLASTICITY

jíl

hlína

wL

Ip

Níz

ká

Vyso

ká

Velm

i

vyso

ká

Extré

mn

ě

vyso

ká

I H V E L

Velmi hrubé částice

f, s, g cb, b

Zatřídění zemin dle EN ISO 14688

Typy zatřídění

V terénu - na základě blokového diagramu

V laboratořích – na základě zrnitosti

Značení

PÍSEK (sand) Sa … jako hlavní složka

sa …jako doplňková složka

ŠTĚRK (gravel) Gr … jako hlavní složka

gr … jako doplňková složka

JÍL (clay) Cl … jako hlavní složka

cl …jako doplňková složka

PRACH nebo HLÍNA (silt) Si … jako hlavní složka

si … jako doplňková složka

VALOUNY (cobble) Co … jako hlavní složka

(kameny) co …jako doplňková složka

BALVANY (boulder) Bo … jako hlavní složka

bo … jako doplňková složka

Doplňující pro prach, písek a štěrk:

Hrubozrnná C (např.: CSa, csi)

Střednězrnná M (např.: MSa, msi)

Jemnozrnná F (např.: FSa, fsi)

zeminy obsahující převážně

jednu složku Gr, Sa, Si, Cl

zeminy obsahující větší

množství dvou složek z nichž

jedna převládá

saGr, siSa, …

zeminy obsahující větší

množství tří složek z nichž jedna

výrazně převládá

sasiGr, sasiCl,

…

zeminy obsahující větší

množství tří bez výrazné

převahy jedné složky

grsasiS, …

Hlavní frakce

Druhotná frakce

Zemina

Převládající druhotná frakce

siCl

0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100

100

100

90

90 80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

0

0

Písek

Štěrk

Jemnozrnná frakce

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100 100 40 15 0

Obsah jemnozrnné

frakce (< 0,063 mm)

Obsah jílu z celkové

hrubé a jemnozrnné

frakce (< 63 mm)

Jemnozrnné zeminy

(hlína a jíl)

Zeminy o různé

zrnitosti (hlinité nebo

jílovití štěrky a písky)

Hrubozrnné zeminy

(štěrky a písky)

Příklady

1 60 0 0 0 40

Příklad 1

dle ČSN 73 1001

1a 60 0 0 0 40

1a 60 0 0

0,12 0,8 12

0,44 100 0 40

10

60

d

dcu

1060

2

30

dd

dcc

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40

1b 60 0 0 0 40

dle ČSN EN 14688-2

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40

0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100

100

100

90

90 80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

0

0

Písek

Štěrk

Jemnozrnná frakce

40 %

60 %

0 %

saGr

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 2 - ČSN 73 1001

2a 30 0 0 50 40 20 50 10

Ip = wL - wP

hlína

wL = 50

I p =

10

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 2 - ČSN 73 1001

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý

Ip = wL - wP

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 2 - ČSN EN 14688-2

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý 2b 30 0 0 20 50

si = 20

cl = 0

0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100

100

100

90

90 80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

0

0

Písek

Štěrk

Jemnozrnná frakce

50 %

30 %

20 %

grsiSa grclSa

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100 100 40 15 0

si

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 2 - ČSN EN 14688-2

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý 2b grsiSa 30 0 0 20 50 Písek hlinito-štěrkovitý

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 3 - ČSN 73 1001

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý 2b grsiSa 30 0 0 20 50 Písek hlinito-štěrkovitý 3a 0 0 0 60 20 70 30 40

DIAGRAM PLASTICITY

wL = 60

I p =

40

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 3 - ČSN 73 1001

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý 2b grsiSa 30 0 0 20 50 Písek hlinito-štěrkovitý 3a CH 0 0 0 60 20 70 30 40 Jíl s vysokou plasticitou

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 3 - ČSN 73 1001

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý 2b grsiSa 30 0 0 20 50 Písek hlinito-štěrkovitý 3a CH 0 0 0 60 20 70 30 40 Jíl s vysokou plasticitou 3b 0 0 0 70 30

si = 30

cl = 40

0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100

100

100

90

90 80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

0

0

Písek

Štěrk

Jemnozrnná frakce

30 %

0 %

70 %

saSi saclSi sasiCl saCl

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

20

30

40

50

70

60

90

80

10

100 100 40 15 0

Cl

1a GP Štěrk špatně zrněný 60 0 0 0,44 100 0 40 1b saGr Štěrk písčitý 60 0 0 0 40

Příklad 3 - ČSN 73 1001

2a SM 30 0 0 50 40 20 50 10 Písek hlinitý 2b grsiSa 30 0 0 20 50 Písek hlinito-štěrkovitý 3a CH 0 0 0 60 20 70 30 40 Jíl s vysokou plasticitou 3b 0 0 0 70 30 saCl Jíl písčitý

>60mm

=53%

Redukovaná křivka: k

NNk

N nred

%%

%%100100

%%))((

6060

g+s=47% cb=82-47=35% b=100-82=18% Σ=100%

1. zemina: Jíl = 20 % Prach = 10 % Písek = 51 % Štěrk = 19 % wL = 45 % wP = 15 %

Další příklady

ČSN SC EN clSa

2. zemina: Jíl = 2 % Prach = 2 % Písek = 46 % Štěrk = 50 % d10 = 0,1 mm d30 = 0,7 mm d60 = 4,0 mm

Další příklady

ČSN GW EN saGr

3. zemina: Jíl = 8 % Prach = 42 % Písek = 12 % Štěrk = 38 % wL = 65 % wP = 50 %

Další příklady

ČSN MG EN grclSi

Děkuji za pozornost