Klasifikace zemin

Popis zeminy

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

Ulehlost (pro nesoudržné zeminy)kyprá, hutnákyprá, hutná

2. Struktura (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)

Dělení štěrků

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-

Příklad

U 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 (ρρρρ ) zemi-ny, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo vysušené (ρρρρd) zemi-ny, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (Sr), číslo plasticity (IP), stupeň konzistence (IC), plasticitu a konzistenci.

m [g] 690 ms [g] 647 ρs [kg/m3] 2650 wL [%] 35,8 wp [%] 20,8

průměr [mm]

výška [mm] hmotnost [g]suchá

hmotnost [g]

měrná hmotnost zrn

[kg/m3]

tekutá vlhkost [%]

plastická vlhkost

[%]

120 30 690 647 2650 35,8 20,8

objem vzorku [mm3]

objemová hmotnost [kg/m3]

suchá objemová hmotnost [kg/m3]

vlhkost pórovitostčíslo

pórovitostistupeň

nasycení

339292,007 2033,646495 1906,912003 6,65% 0,280410565 0,389681325 0,4519605

číslo stupeň plasticita konzistence

saturovaná objemová

objemová tíha pod zatřídění číslo

plasticitystupeň

konzistenceplasticita konzistence

objemová hmotnost [kg/m3]

tíha pod vodou

[kN/m3]

zatřídění dle ČSN

0,15 1,943596084 střední pevná až tvrdá 2187,322568 11,87322568 jíl písčitý

Pórová napětíPórové napětí (neutrálné)voda v pórech tvoří souvislé těleso, jež přenáší napětí a umožňuje proudění vody. umožňuje proudění vody. Pokud je voda v klidu, nepřenáší smyková napětí –Pascalův princip

Pórové napětí závisí na výšce vodního sloupce a objemové tíze vody a ne na tvaru tělesa –Stevinův princip

wp dγ=

• V případě, že voda v zemině neproudía tvoří souvislou oblast, platí zákony hydrostatiky.

Efektivní napětí

• Terzaghiho principdeformace zrn 10-6, deformace zeminy jako celku 10-3 až 10-2

Voda nepřenáší smyk, smyková napětí τ jsou stejná efektivní i totální

• Efektivní napětí se vyjadřuje někdy s použitím pórovitosti

• Efektivní napětí určují deformace

Hydrostatika

Průběh napětí v zemině homogenní oblast

Svislá napětí

Kapilarita

hc kapilární výškaSání pomocí povrchových napětí

Vliv kapilarity

Vliv poklesu HPV bez kapilarity

Darcyho zákon

Rychlost vody v zemině se řídí Dracyho zákonem:

k - koeficient filtrace (propustnosti) [m/s]

v k i= ⋅k - koeficient filtrace (propustnosti) [m/s]i- hydraulický sklon

Platnost jilévé zeminy až štěrky

q – průsak celkovou plochou Ak – koeficient filtrace∆H – hladina celkových výšekDL – celková dráhai – hydraulcký sklon (>1 ztekucení)

Hq A k L∆= ⋅ ⋅ ∆

Proudový tlakZemina klade odpor proudění vody (pohybu vodní částice), směr proudového tlaku je vždy ve směru proudu

p i Vγ= ⋅ ⋅

Je- li proudění proti gravitaci, může nastat stekucení

v wp i Vγ= ⋅ ⋅

Rozsahy součinitele propustnosti v m/s

• Velmi propustné 10-1 – 10-3

• Propustné 10-3 – 10-5

• Středně až málo propustné 10-5 10-7

• Málo až velmi málo propustné 10 – 10• Málo až velmi málo propustné 10-7 – 10-8

• Nepropustné < 10-8

Měření koeficientu propustnosti

-Laboratorní zkoušky- Polní zkoušky (in-situ)-Zrnitostní křivka-Výpočet z průběhu konsolidace

Házen k=116*d102

Jáky k =200*d202*e2

Terzaghi k=100*d502

Zkouška propustnosti s konstantním hydraulickým spádem

ČSN 72 10 20 Laboratorní stanovení propustnosti zemin

Voda se přivádí spodem ke vzorku zeminy délky l a průřezové plochy A, kterým směrem vzhůru prosakuje po určitou dobu t. Prosáklá voda se prosakuje po určitou dobu t. Prosáklá voda se odvádí do nádoby, kde se odměří její objem Q. Tlak vody je sán rozdílem hladin h. součinitel propustnosti je dán vztahem:

hQ A v t Q A k tlQ l

kA h t

= ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⋅

⋅=⋅ ⋅

Polní zkoušky

•

Výpočet průsaku za využití Darcyho zákona

Volná voda zaplňuje souvisle póry pod hladinou podzemní vody, její pohyb je určen gravitační silou. Částice vody se pohybuje v pórech zeminy, mění směr rychlost a místo, což není možné mění směr rychlost a místo, což není možné popsat analyticky. V praxi se proto používá pojem průsaková rychlost:

Q - průsakové množstvíA – plocha prosakované zeminy

Qv

A=

Darcyho zákon

Rychlost vody v zemině se řídí Dracyho zákonem:

k - koeficient filtarce (propustnosti) [m/s]

v k i= ⋅k - koeficient filtarce (propustnosti) [m/s]i- hydraulický sklon