Fáze v zemině

Pevná fáze (zrna)Kapalná a plynná (voda a vzduch v pórech)

Vzájemné poměry fází

3 poměry objemů

• (1) Číslo póorovitosti e(dáno desítkov ě, 0.65)

Celkový objem po rů ( )vVe = Celkový objem po rů ( )

Celkový objem pevné fáze ( )v

s

Ve

V=

3 poměry objemů(2) Pórovitost n (dána procentn ě, 65%)pro e = 1 je n = 50%

e1e

)e1(VeV

ns

s

+=

+=

e1)e1(Vs ++

Celkový objem po rů ( )100%

Celkový objem vzorku ( )pV

nV

= ⋅

3 poměry objemů

(3) Stupeň nasycení Sr (dán desítkov ě, 0,25)

Objem vody ve vzorku ( )

Celkový objem po rů ( )w

rp

VS

V=

Stupeň nasycení - saturace

• Dělení zemin dle Sr:vysušené - Sr = 0,0 suché - Sr = 0 až 0,22zavlhlé - Sr < 0,25vlhké - Sr = 0,25 až 0,80vlhké - Sr = 0,25 až 0,80velmi vlhké - Sr > 0,80vodou nasycené - Sr = 1,0

• Saturace je důležitá při určování stability svahů a podzemních stavbách

Stupeň nasycení – saturace (2)

• Stabilita svahů je významně ovlivněna povrchovou vodou.

Pórovitost• Pórovitost písků bývá 30-40 %, tedy nižší než u hlín a

jílů, kde je 33 – 55 %, i když póry v písku jsou větší.

Aplikace: změny objemu při posunu zrn

e = 0.91, Kontraktance

e = 0.65, Dilatance

Pórovitost (2)

Zemina Číslo pórovitosti Pórovitot [%] Obj. tíha

suché zem.

emax emin nmax nmin γdmin γdmax

Stejnozrnný písek

1,0 0,40 50 29 13,0 18,5

Prachovitýpísek

0,90 0,30 47 23 13,7 20,0

Hrubozrnnýpísek

0,95 0,20 49 17 13,4 21,7

Štěrk 0,85 0,14 46 12 14,0 22,9

Pórovitost (3)Hydraulická vodivost

Která zemina (A či B) má vyšší hydraulickou vodivost? A)

e = 0.91

B)e = 0.65

Voda může snadněji proudit zeminous vyšší hydraulickou vodivostí

Pórovitost (4)•

A)e = 0.91

• Ucpání

B)e = 0.65

Malá částice nemůže projít skrz pór

Obsah vody v zemině

• Vlhkost (hmotnostní) w (dána procentn ě )

Hmotnost vody ve vzorku ( )100%

Hmotnost vzorku vysušeného ( )v

s

Mw

M= ⋅

Pro některé organické zeminy w>100% až do 500 %Pro „quick“ jíly (sensitivní), w>100%

• Hustota vody (závisí na teplotě)

s

Aplikace• U jemnozrnných zemin voda

velice ovlivňuje jejich vlastnosti• Příklad

„Quick“ jíly (sensitivní) vlhkostvětší než 100% a cementacivnitřních vazeb. Při porušenívnitřních vazeb vyplavením solídojde k jejich plnému ztekucení

během okamžiku.během okamžiku.

Jílové

částice

Voda

Quick Clays

HustotaHustota (měrná hmotnost) udává množství látky čili míru setrvačnosti tělesa. Hustota je všude stejná.

HmotnostHustota,

Objemρ =Hustota,

Objemρ =

ss

s

M

Vρ =

Hmotnost

Hmotnost (Hmota) zákl. fyz. veličina, učuje se vážením (porovnání tíhových účinků)

Tíha

• Tíha je síla, gravitace působící na těleso. Hodnota není stejná pro všechna místa (Newtonův druhý zákon F = ma)

• Objemová tíha se používá častěji než hmotnosti (např. výpočet tíhy nadloží)

2

3

Tíha HmotnostObjemová tíha, =

Objem Objem

: gravitační zrychlení

9.81sec

Voda, 9.8

g

g

mg

kNm

γ

γ ρ ρ

γ

×=

= ⋅ = ⋅

=

Měrná tíha pevných částic:

s s gγ ρ= ⋅

Hmotnosti zeminya. Objemová hmotnost suché zeminy

Hmotnost pevných částic( )MHmotnost pevných částic( )

Celkový objem vzorku ( )s

d

M

Vρ =

Hmotnosti zeminyb. Objemová hmotnost zeminy v p řirozeném

uložení (0%<S<100%, Nenasycená)

Hmotnost vzorku ( )

Celkový objem vzorku ( )s w

n

M M

Vρ ρ += =

Hmotnosti zeminyc. Objemová hmotnost pln ě nasycené zeminy

(S=100%, Va =0)

Hmotnost pevných částic + vody ( )s wM Mρ += Hmotnost pevných částic + vody ( )

Celkový objem vzorku ( )s w

sat

M M

Vρ +=

Hmotnosti zeminy• d. Objemová hmotnost zeminy pod hladinou

vody

su sat wρ ρ ρ= −

• Objemová tíhy zeminy pod hladinou vody:

Archimed ův zákon :Vztlaková síla působící na ponořené těleso je rovna tíze kapaliny

wsat' γ−γ=γ

Vztlaková síla působící na ponořené těleso je rovna tíze kapalinyvytlačené tělesem.

Zeminy nesoudržné charakteristiky

Index ulehlosti Id

Id <0 u nezhutněných zmrzlých písků

I >1 narušená eluvia žuly, která nebyla přemístěna

max

max minD

e eI

e e

−=−

Id >1 narušená eluvia žuly, která nebyla přemístěna

e - číslo pórovitostimin – nejtěsnější uloženímax – nejkypřejší uložení

Rozsahy Id

Id Stav0 – 1/3 kyprý1/3 – 2/3 středně ulehlý2/3 – 1 ulehlý

Zeminy soudržné - charakteristiky

Ic stupeň konzistenceCharakterizuje číselně konzistenšční stav

Lw wI

−= LC

L P

Iw w

=−

Stupeň konzistence - rozsahy

Ic konzistence> 1 pevná – tvrdá

1 – 0,5 tuhá0,5 – 0,05 měkká< 0,05 kašovitá - tekutá

Index plasticity

IP určuje plasticitu zeminy

Plasticita Symbol Mez tekutosti

P L PI w w= −

nízká L wL ≤ 35 %střední I wL = 35 – 50 %vysoká H wL = 50 – 70 %velmi vysoká V wL = 70 - 90 %extrémně vysoká E wL ≥ 90 %

Příklad 1 Zrnitostní křivka 30 g zeminyprůměr zrna [mm] zbytek na sítu [g]

celkem propad [g]

propad [%]

4 0 30 d10

2 0,67 d30

1 0,64 d60

0,5 1,55 C0,5 1,55 Cu

0,25 5,69 Cc

0,125 6,24

0,044 40,60

0,014 26,50

0,0068 21,20

0,0033 10,60

Klasifikace zemin

Popis zeminy

1. Konzistence (pro soudržné zeminy)měkká, tuhá apod.

Ulehlost (pro nesoudržné zeminy)kyprá, hutnákyprá, hutná

2. Dtruktura (laminární)3. Barva4. Velikost částic – frakc5. Geologická formace

Výchozí klasifikační skupiny

• Horniny - symbol R• Velmi hrubé zeminy

balvany - symbol Bkameny - symbol Cb

• Hrubé zeminy• Hrubé zeminyštěrk - symbol Gpísek - symbol S

• Jemnozrnné zeminy – symbol F(po upřesnění rozlišujeme na: hlínu M a jíl C)

Jednotný systém klasifikace UCSCS pro zeminy do 60 mm

Štěrk GW štěrk dobře zrněnýGP štěrk špatně zrněnýGM štěrk hlinitýGM štěrk hlinitýGC štěrk jílovitý

Písek SW písek dobře zrněnýSP písek špatně zrněnýSM písek hlinitýSC písek jílovitý

Jednotný systém klasifikace UCSCS pro zeminy do 60 mm

JEMNOZRNNÉ• Nízká plasticita wL<50

ML hlína s nízkou plasticitouCL jíl s nízkou plasticitouCL jíl s nízkou plasticitou

• Vysoká plasticita wl>50MH hlína s vysokou plasticitouCH jíl s vysokou plasticitou

Charakteristiky zemin a rozlišující znaky

• Index konzistence Ic• Index ulehlosti Id (index relativní hutnosti)• Index plasticity• Obsah frakcí• Obsah frakcí• Čára A v Cassagrandeho diagramu• Vlhkost na mezi tekutost wL

• Číslo nestejnozrnitosti Cu a křivost Cc

ČSN 731001

Ze základního systému bylo vyčleněno 18 třídF8 8 tříd jemnozrnných zeminS5 5 tříd písčitých zeminG5 5 tříd štěrkovitých zeminG5 5 tříd štěrkovitých zemin(R6) 6 tříd hornin

731001

Trojúhelníkový digram

Čára A

Klasifikace štěrkovitých zemin (podle ČSN 73 1001)

Klasifikace – podmínky zeminy

Do podílu f ≤ 15% se upřesňuje charakter zrnitosti hrubých částic (např. GW – štěrk dobře zrněný, GW – M štěrk dobře zrněný s příměsí hlíny).

Při podílu f ≥ 15% se upřesňuje plasticita (např. CL – jíl nízké plasticity, CLG – jíl nizké plasticity štěrkovitý, GCL – štěrk jílovitý s nízkou plasticitou)

Klasifikace – podmínky zeminy

Symbol G nebo S i jejich název lze při podílu f ≤ 35 % upřesnit podle vzájemného podílu písčité (s) a štěrkovité (g) frakce v hrubích částicích (s+g):

- Štěrk s příměsí písku s = 5 – 20 % (s+g) G-S- Štěrk písčitý s = 20 – 50 % (s+g) GS- Písek s příměsí štěrku s = 5 – 20 % (s+g) S-G- Písek štěrkovitý s = 20 – 50 % (s+g) SG

Klasifikace – podmínky zeminy

Přítomnost balvanité a kamenité frakce do obsahu (b+cb) 20 % celkové hmotnosti se popisuje jako příměs velmi hrubé frakce (symbol X-Cb, resp X-B). Kde X je název zeminy určené ze složek f_s_g uvažovaných za zeminy určené ze složek f_s_g uvažovaných za 100 % (např. GM – Cb – štěrk hlinitý s příměsí kamenů). Při podílu (b+cb) = 20 – 50 % z celkové hmotnosti se tento projeví přidáním za název zeminy (symbol X+Cb, resp. X+B. např. GM+Cb – těrk hlinitý s kameny)

Klasifikace – podmínky zeminy

• Vliv kamenité a balvanité příměsi na směrné normové charakteristiy se zanedbává do obsahu (b+cb) ≤ 20 %- Při obsahu (b-cb) = 20 – 50 % celkové obsahu (b-cb) = 20 – 50 % celkové hmotnosti se směrná hodnota modulu přetvárnosti Edef zvětšuje o 10 %.

ČSN 72 1002

Silničáři vyházejí z ČSN 72 1002 „Klasifikace zemin pro dopravní stavby“,v roce 1993 již akceptovala symboly a názvosloví používané v ČSN 73 1001. Uvádí zařazení zemin podle vhodnosti pro podloží zařazení zemin podle vhodnosti pro podloží či podle vhodnosti do násypů, resp. Podle zhutnitelnosti.

ČSN 73 3050

ČSN 73 3050 „Zemní práce“ zavádí dělení podle těžitelnosti. Dělí zeminy do 7 tříd. Zatřídění určuje těžební do 7 tříd. Zatřídění určuje těžební zařízení a ekonomické zhodnocení zemních prací-

PříkladU neporušeného vzorku o průměru 120 mm a výšce 30 mm byla zjištěna hmotnost m, hmotnost vysušeného vzorku ms, měrná hmotnost zrn ρρρρs, vlhkosti na mezi tekutosti wL a plasticity wP.Stanovte objemovou hmotnost přirozeně vlhké (ρρρρ) i vysušené (ρρρρd) zemi-ny, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (S ), číslo plasticity (I ), pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (Sr), číslo plasticity (IP), stupeň konzistence (IC), plasticitu a konzistenci. Dále stanovte objemovou hmotnost plně nasycené zeminy (ρρρρsat) a objemovou tíhu zeminy pod vodou (γγγγsu). m [g] ms [g] ρs [kg/m3] wL [%]wp [%]

Proctorova zkouška

•

Křivky zhutnění

•

Jednotný systém klasifikace UCSCS

•

Dělení štěrků

Trojúhelníkový digram

Voda v zemině

Darcyho zákon

•

Propustoměr

•

Koeficient propustnosti

•