ZÁKLADOVÉ PŮDY

7/24/2019 ZÁKLADOVÉ PŮDY

http://slidepdf.com/reader/full/zakladove-pudy 1/28

1

ZÁKLADOVÉ PŮDY

1. VŠEOBECNĚ O ZÁKLADOVÝCH PŮDÁCH

1.1. Základové půdy z pohledu stavebního inženýraZákladové půdy jsou prostř edím, do kterého se př enášejí účinky zatížení ze staveb. V tomtosmyslu jsou základové půdy vlastně nedílnou součástí stavebního díla. Každá stavba totiž sesvým podložím interaguje (vzájemně na sebe působí) – ve větší či menší míř e je chovánístavby ovlivněno tím, jak podloží reaguje na zatížení stavbou, obr. 1.

obr. 1: Př íklady př esunů sil v konstrukci vlivem r ůzné deformace základové spáry; 1 – více

stlačitelné podloží

Jde o reakci podloží jak z hlediska rozložení napětí v základové spář e (tak zvané kontaktnínapětí), tak o reakci podloží z hlediska jeho př etvář ení (nejčastě ji sedání). Oba tytofenomény jsou často v čase proměnné, a to v souvislosti s objemovými změnami, kteréprobíhají v zemním tělese pod objektem, obr. 2. Dě je se tak zejména v důsledku vytlačovánívody obsažené v pórech základových půd.

obr. 2: Ukázka vlivu dlouhodobého sedání (konsolidace) na časový pr ůběh smykových sil ve

vodorovných vazbách (nadpražích otvor ů) dané konstrukce.

Základové půdy mají ř adu specifik, kvůli kterým je nemůžeme pro účely výpočtuzjednodušovat tak, jako to děláme s běžnými stavebními materiály. Vlastnosti základovýchpůd mají výrazně lokální povahu, úzce svázanou s geologickou historií jejich vzniku. Navíc,vlastnosti základových půd se zpravidla dosti významně mění jak s hloubkou (r ůznégeologické vrstvy, hladiny podzemních vod ap.), tak i po ploše půdorysu stavby. Proto př izjišťování hodnot potř ebných pro výpočet vždy upř ednostňujeme data, získaná na základěgeologického pr ůzkumu. Geologický pr ůzkum, kdy získáváme vzorky základových půd př ímona staveništi a které pak podrobujeme zkouškám v laboratoř ích, je ovšem drahý. Proto se vodůvodněných př ípadech (kdy se jedná o relativně jednoduché stavby a kdy máme důvod



2

očekávat jednoduché základové podmínky) spokojíme s charakteristikami půd branýmiz tabulek. Pro tyto účely ovšem musíme nejprve základové půdy zatř ídit pomocí některéhoklasifikačního systému.Vzhledem k velké pestrosti základových poměr ů a vždy omezenému počtu sondv geologickém pr ůzkumu (i omezenému množství informací z jiných zdrojů) však vždymusíme mít na paměti, že získané parametry základových půd mohou mít velký rozptyl a žemají vždy výrazně statistický charakter. Proto obsahuje návrh základových konstrukcív porovnání s vrchní stavbou vždy větší stupeň nejistoty a je tedy tř eba pracovats dostatečnou rezervou bezpečnosti. Aby byl tvůrce stavby schopen s jistou mírou inženýrské intuice základové konstrukcesprávně navrhovat, musí se s výchozími atributy a projevy základových půd seznámit.Narozdíl od většiny stavebními materiálů je tř eba základové půdy vnímat spíše jakoprostř edí, ve kterém se odehrávají ur čité (dále zmíněné) procesy a do kterých také vlastnívýstavbou i po dobu trvání stavby výrazně zasahujeme. Jde tedy o dynamické, včase seproměňující prostř edí.

1.2. Základové půdy z pohledu geologie

Svrchní patra zemské kůry se v geologii všeobecně nazývají horniny , ať již zpevněné nebonezpevněné. Geologicky se horniny podle svého původu dělí do tř í skupin. Jedná se ohorniny vyv ř elé (magmatické), usazené (sedimentární) a př eměněné (metamorfované), obr.3. Většina základových půd jsou horniny sedimentární, které tvoř í asi 3/4 zemského povrchu.Na podmínky vzniku horniny usuzujeme z její textury a struktury .Textura (stavba) horniny rozumíme prostorové uspoř ádání minerálů v hornině. Částicehorniny mohou být v prostoru uspoř ádány nepravidelně ve všech směrech, nebo mohou býtprostorově orientovány nejr ůzně jším způsobem. Nejlépe je možné ji sledovat ve svislémprofilu. Hornina je kompaktní , pokud stavební částice vyplňují její objem beze zbytku, nebo pórovitá, pokud je část objemu horniny vyplněna vzduchem (př ípadně vodou).

obr. 3: Typické struktury hornin: (a) všesměrně nepravidelná zrnitá textura vyvř elých hornin,

(b) pórovitá textura výlevných vyvř elin, (c) vrstevnatá stavba sedimentů, (d) plošně-paralelní (bř idličnatá) stavba metamorfovaných hornin.

Struktura (sloh) horniny je popis velikostí a tvaru jednotlivých stavebních částic horniny

jakož i popis druhu a pevnosti jejich vzájemného spojení, obr. 4.Textura a struktura hornin spolu s jejich nerostným složením (mineralogií) jsou ur čujícímifaktory většiny technicky důležitých vlastností hornin.Z pohledu stavebního inženýrství se horniny obecně označují jako základové půdy a jezvykem rozdělovat je do dvou základních skupin:• horniny zpevněné, což jsou horniny skalní a poloskalní,• horniny nezpevněné nebo slabě zpevněné, běžně označované jako zeminy.Pro běžné stavby jsou zpevněné horniny zpravidla dostatečně únosné a málo stlačitelné avětšinou i málo propustné. Totéž ovšem neplatí pro zeminy; navíc, jak již bylo uvedeno,zeminy tvoř í př evážnou část základových půd. Proto se problémy základových půd azakládání vztahují př edevším k zeminám. Vědecká disciplína, která se jejich chováním

systematicky zabývá, se nazývá mechanika zemin.



3

obr. 4: Různé tvary částic zeminy (vlevo); (vpravo) mikroskopická struktura hlíny (1) částice

hlíny, (2) zhutněné koloidy, (3) zrnka písku podle Cytoviče

2. ZEMINY A JEJICH CHARAKTERISTICKÉ ZNAKYZeminy vznikly procesem zvětrávání hornin. Jde vlastně o postupné rozrušování horninvlivem dlouhodobého působení zemské tíže, slunce, větru, vody ve všech formách,cyklického chodu klimatu, mrazu ale také působením rostlin a živých organismů.Proces tvorby zemin vedl ke vzniku dvou základních typů:• zeminy reziduální (eluvium), vzniklé zvětráváním svrchní vrstvy zemské kůry; produkty

zvětrávání př itom zůstaly na svém původním místě,• zeminy sedimentované , které vznikly stejně jako zeminy reziduální, ale produkty

zvětrání byly př emístěny z místa svého vzniku (tekoucí vodou, vodou moř í, ledovcem,větrem a podobně) na jiné místo.

2.1. Textura zeminZmíněné typy zemin se liší svojí texturou. Z hlediska inženýrského pohledu na procesyzvětrávání je důležitá skutečnost, že rozhodují o homogenit ě a izotropnosti zemin.Charakteristickým znakem eluvia je, že nebývá utř íděno podle velikosti částic; obsahuje jakr ůzně velké úlomky, tak i jemně jší částice matečné horniny, do které plynule př echází.Eluvium je tedy v uvedeném smyslu homogenní a často izotropní. Homogenní zeminy velkétlouštky (mocnosti) se však v př írodě téměř nevyskytují. Naopak, př evažují vrstevnatéstruktury, charakteristické pro sedimenty. Textura sedimentů je značně závislá na způsobu jejich vzniku. Pokud proběhlo usazování ve vodě, je textura závislá na sedimentačnímprocesu (rozvrstvení částic ve svislém směru podle velikosti zrn). Štěrky a písky v náplavechř ek mají charakteristickým způsobem rozmístěné jemné a hrubé frakce, v souladu sezákonitostmi vývoje vodního koryta. V každém př ípadě je vrstevnatost a geologická

variabilita vrstev hlavním zdrojem nehomogenity a anizotropie základových půd a tedy izdrojem již zmíněného statistického charakteru technických parametr ů základových půd a stím souvisejících nejistot.

2.2. Struktura zeminProbíhající mechanické, chemické a biologické zvětrávání má za následek rozklad prvotníchvelkých zrn; roste s ním počet jemných částic. Rozměry nejmenších částic mohou klesnoutaž na rozměry koloid ů (částice, které již ve vodě gravitací nesedají ke dnu, nýbrž sevznášejí; lze na nich pozorovat Brownův pohyb; lineární rozměr částice je max.0,0001mm=10-7m). Uvádí se, že pokud podíl jemných částic s velikostí pod 0,005 mmdosáhne hmotnostního podílu asi 12% všech částic (zrn), začnou se projevovat kvalitativněnové vlastnosti zemin jako soudržnost, plasticita, př ilnavost, bobtnavost a další vlastnosti,

typické pro jemnozrnné zeminy (hlíny, jíly). Nejjemně jší částice totiž mají mimoř ádně vysokýměrný povrch (uvádí hodnoty cca 5 m2/g pro bentonit, u jílu cca 0,85 m2/g, u čistých koloidů



4

až desítky m2/g) a tedy i velkou povrchovou energii. Tato skutečnost ve spojení s vodou,která má polární molekulu, způsobuje vznik vazeb na bázi elektrických mezimolekulárníchsil, které se výrazně podílejí na výše zmíněných specifických vlastnostech soudržných jemnozrnných zemin.

2.3. Soudržné a nesoudržné zeminyJednou z klíčových vlastností, která vzniká př ítomností dostatečného počtu jemných částicv zemině, je její soudržnost . Tato vlastnost hraje významnou roli v otázkách únosnosti apevnosti zemin, stability svahů, sklonů stavebních jam, pr ůsaků vody a podobně.Zjednodušeně lze tuto vlastnost ilustrovat pokusem, kdy odebraný válcový vzorek zeminysmýkáme ve zkušebním př ístroji, obr. 5.

obr. 5: schema krabicového př ístroje, kde můžeme změř it soudržnost zemin (vlevo); závislostmezi smykovou silou H a velikostí smykové deformace (vodorovného posuvu).

U zemin s nulovým nebo nízkým obsahem podílem jemných částic je odpor proti usmyknutíprakticky nulový. Zemina je tedy sama o sobě nesoudržná. Typickým př edstavitelemtakových zemin jsou štěrky a písky. U zemin s dostatečně velkým podílem jemných částicvšak musíme vyvinout ur čité úsilí, aby došlo k usmyknutí vzorku – zemina sama o soběklade proti usmyknutí odpor. Tato vlastnost se nazývá soudržnost zemin. Typickýmpř edstavitelem takových zemin jsou hlíny a jíly. Soudržnost zemin má svů j původ př edevším

ve dvou jevech: jednak se uplatňují kohezní síly vlivem podílu jemných částic, jednak vyplýváz toho, že zeminy obsahují př irozené tmely a cementy, ve vodě nerozpustné.Soudržnost má na vlastnosti zemin z hlediska stavebního inženýrství natolik zásadní vliv, že je základem pro nejobecně jší členění zemin – na zeminy soudržné a nesoudržné.

3. GEOTECHNICKÝ PRŮZKUMPro potř eby kvalifikovaného návrhu základových konstrukcí a terénních úprav je nutnés dostatečnou věrohodností zjistit r ůzné vlastnosti základových půd v místě staveniště.Podle složitosti konstrukce a základových podmínek se konstrukce zař azuje dogeotechnických kategorií. Kategorie pak ur čuje charakter a rozsah pr ůzkumu. Téměř vždy sevšak provádí• pr ů zkum př edběžný , kdy se posuzuje celková vhodnost staveniště pro ur čitý investiční

záměr a současně specifikuje náplň následně prováděného podrobného pr ůzkumu.Vychází př edevším z geologických map, hydrologických podkladů, a dále z polníhopr ůzkumu a ze zkušeností z pr ůzkumů prováděných v minulosti v blízkém okolí.

• pr ů zkum podrobný , který musí poskytnout všechny informace potř ebné pro ekonomickánávrh stavební konstrukce a pro provádění zemních prací (výkopy, stavební jámy apod.),prováděných v pr ůběhu výstavby.

Podrobný geotechnický pr ůzkum zejména zjišťuje:• geologické poměry staveniště, uspoř ádání a vlastnosti zemin a hornin v podloží,• stabilitu staveniště jako celku (ověř ení, že nehrozí nebezpečí ujetí stavby po svážných

geologických vrstvách v podloží apod.),•

pevnostní parametry (únosnosti, pevnosti),• deformační parametry (stlačitelnost, otázky konsolidace),• úroveň hladiny podzemní vody a její pohyb, chemismus podzemní vody,



5

• př ítok vody do stavební jámy,• náchylnost zemin k promrzání,• emise radonu,• ekologická znečištění pozemku.Základním zdrojem informací pro geotechnické charakteristiky zemin jsou geologické sondy,

které jsou v zásadě dvojího druhu: sondy kopané (asi do 6-8 m hloubky) a sondy vrtané.Ur čité specifické vlastnosti se nechají zjistit pomocí nepř ímých metod geofyzikálního pr ůzkumu (využití gravitačních, magnetických a dynamických vlastností základových půd).Pomocí sond se odebírají vzorky zeminy pro laboratorní pr ůzkum, př ímo na staveništi; př ímov kopaných sondách se rovněž př ímo provádě jí polní zkoušky. Vedle toho sondy slouží kur čování geologického profilu (počet a mocnost vrstev zeminy, typy zemin) a filtračníchvlastností zemin, obr. 6.

obr. 6: ukázka zákresu části geologického profilu staveniště na základě rozboru vzorků ze sondS5, S6, S7

O počtu, typu a rozmístění sond by měl rozhodnout př edběžný geotechnický pr ůzkum. Vždyse však snažíme dodržovat zásadu, aby se sondy neumísťovaly do budoucího půdorysuzákladů, aby se nenarušovala únosnost zeminy v místě základové spáry. Sondypochopitelně situujeme tak, aby se dal vykreslit geologický profil. V rovinném území oznámém charakteru podloží stačí sondy ve vzdálenosti 30-50 m, ve složitých př ípadechzakládání mohou být sondy i po 5 m. Hloubka sond se ř ídí velikostí zatížení, rozměry a typynavrhovaných základů a hloubkou budoucí základové spáry. Sondy by měly dosáhnoutdostatečně únosných a málo stlačitelných vrstev nebo pevného podkladu. Dalšímorientačním vodítkem pro potř ebnou hloubku sondy je tzv. aktivní zóna pod základem. Jednáse o hloubku, kde napětí od př itížení stavbou dosahuje 10-20% původního tlaku v zemině.Př íslušné kř ivky spojující místa o stejném svislém napětí se nazývají izobary a jejich pr ůběhpod základem závisí výrazně na tvaru základu, obr. 7.



6

obr. 7: Pr ůběh izobar pod kruhovým základem o poloměru r (vlevo) a pod základovým pásem ošíř ce 2b. Izobary a tedy i aktivní zóna pod pásovým základem jdou výrazně hloubě ji.

U pr ůmyslových staveb děláme několik sond do 20 až 30 m, ostatní stačí do menšíchhloubek 6-15 m.Geologické sondy jsou nákladné a jejich vyhodnocování zdlouhavé. Proto je tř eba věnovatpř ípravě geologického pr ůzkumu ve vazbě na rozsah a charakter objektu velkou pozornost.

4. ZEMINA JAKO TŘÍFÁZOVÉ PROSTŘEDÍ A JEHO POPISZ role jemných částic vyplývá, že kromě samotných zrn resp. jejich velikosti hraje v zemináchzásadní roli i voda a př ípadně vzduch, obsažené v jejích pórech.V mechanice zemin je běžné nahlížet na zeminy obecně jako na tř ífázové prostř edí, tj.

systém složený z pevné, kapalné a plynné fáze. Suchá zemina je pak z ř ejmě dvoufázovýsystém stejně jako zemina zcela nasycená vodou. Volný prostor mezi zrny se nazývá pórynebo obecně ji pórový systém. Vztahy mezi jednotlivými fázemi se nazývají indexovévlastnosti zemin. Tyto se využívají dále ke klasifikaci zemin a jejich podrobně jšímu tř ídění.Nejdůležitě jších z nich si proto všimneme.

4.1. Indexové (fázové) vlastnosti zemin4.1.1. ZrnitostZákladní charakteristikou zeminy je její granulometrické složení, tj. hmotnostní zastoupení jednotlivých zrn podle velikosti. Nejčastě ji se vyjadř uje pomocí kř ivky zrnitosti, což jekumulativní distribuční kř ivka, obr. 8. Jednotlivá zrna se označují jako

balvany B velikost zrn větší než 200 mmkamenivo Cb zrna velikosti 60-200 mmštěrk (jemný, stř ední, hrubý) G zrna 2-60 mmpísek (jemný, stř ední, hrubý) S zrna 0,02 – 2 mmprach M zrna 0,002 – 0,02 mm jíl C zrna menší než 0,002 mm



7

obr. 8: Kř ivka zrnitosti

4.1.2. PórovitostNejzákladně jší charakteristikou je pórovitost π, tj. objem pór ů Vp mezi zrny k celkovémuobjemu V (obr. 9), tedyπ = Vp/ V (-)

obr. 9: Pomocné schema k objemovým poměr ům ve tř ífázovém systému; V symbol objemu, a,w, p symboly vzduchu, vody a pór ů, π je pórovitost

Pokud má být udána v procentech, je potř ebné dané číslo vynásobit stem. Pórovitost jeměř ítkem ulehlosti (zhutněnosti) zemin. Čím ulehlejší je zemina, tím menší je pórovitost.Následující tabulka udává př ibližně meze, ve kterých se pohybuje pórovitost r ůzných zemin.

Druh zeminy písky hlíny jílovité zeminy jíly bentonityPórovitost (%) 25-38 36-44 40-48 46-55 65

4.1.3. Specifická a objemová hmotnost zeminSpecifická hmotnost zemin ρs (hustota) je poměr hmotnosti pevných částic (skeletu) zeminyk jejich objemu. Nezapočítává se tedy zde objem pór ů. Specifické hmotnosti se zjišťujílaboratorně. Nejběžně jší hodnoty, běžně používané pro výpočty, jsou uvedeny v tabulce

Zemina měrná hmotnost ρs ( kg / m3)Štěrky a písky 2 650Prachové písky, písčité hlíny 2 670Prachové hlíny 2 700

Jíly 2 750



8

Je tedy vidět, že hustoty zemin jsou velice podobné. Výrazně se však liší obsahem resp.objemem pór ů. Pokud je zemina suchá, potom jsou póry zaplněné vzduchem a zemina jetudíž lehčí. Proto používáme ještě další hmotnostní charakteristiky, a toobjemovou hmotnost suché zeminy ρd . Ta vyjadř uje hmotnost jednotky objemu suchézeminy, včetně pór ů. Zř ejmě platíρd = (1- π). ρs

tedy objemová hmotnost lineárně klesá s rostoucí pórovitostí.objemovou hmotnost plně nasycené (saturované) zeminy ρsat . Ta vyjadř uje hmotnost jednotky objemu zeminy s póry plně nasycenými vodou. Zř ejmě platíρsat = (1- π). ρs + π. ρw

kde ρw je hustota vody a π je pórovitost.Je samozř ejmé, že objemová hmotnost saturované zeminy je vždy větší než zeminy suché,a to o hodnotu π. ρw.

4.1.4. Hmotnostní vlhkost w zeminyHmotnostní vlhkost zemin w je poměr hmotnosti vody v pórech zeminy k hmotnosti pevnýchčástic (skeletu) zeminy. Nezahrnuje tedy póry zaplněné vzduchem:w = mw / ms (-)

kde mw je hmotnost vody v pórech vzorku a ms je hmotnost zrn (skeletu) stejného vzorku.Pokud chceme vyjádř it hmotnostní vlhkost v %, je tř eba násobit hodnotu w stem.

4.2. Popis stavu nesoudržných zemin4.2.1. Relativní ulehlost ID

Každá zemina se může z pohledu stavu zhutnění nacházet ve dvou krajních stavech: můžebýt zhutněná na maximální hodnotu, nebo může být zcela kyprá. Vyjadř ujeme to (měř itelnou)veličinou zvanou relativní ulehlost I D, která může měnit své hodnoty od nuly do jedné.Je-li ID < 1/3, jde o zeminu kyprou,Je-li 1/3 < ID < 2/3, jde o zeminu stř edně hutnou,

Je-li 2/3 < ID, jde o zeminu hutnou.Relativní hutnost je důležitou charakteristikou stavu sypkých (nesoudržných) zemin, zejménapísků. Pokud jsou nesoudržné zeminy alespoň stř edně hutné, považujeme je za dobrouzákladovou půdu, poněvadž jsou únosné a málo stlačitelné.

4.2.2. Saturace (stav nasycení vodou)Pro ur čité účely je tř eba znát, jaký podíl z celkového objemu pór ů Vp je nasycený vodou. Je-liobjem pór ů nasycený vodou Vv, platí pro saturaci jednoduchý vztahSr = Vv / Vp. (-)Pokud má být udána v procentech, je potř ebné dané číslo vynásobit stem.Saturace je opět důležitou charakteristikou stavu sypkých (nesoudržných) zemin, zejménapísků. Je vidět, že saturace nabývá hodnot od 0 do 1.

Je-li Sr < 0,02, jde o nesoudržnou zeminu suchou, 0,02 < Sr < 0,25 zavlhlou 0,25 < Sr < 0,80 zavlhlou až vlhkou

0,80 < Sr < 0,98 velmi vlhkou0,98 < Sr < 1,00 nasycenou.

4.3. Popis stavu soudržných (jemnozrnných) zeminSoudržné zeminy, tedy zeminy s velkým obsahem jemných částic, mění své vlastnosti velicevýrazně s množstvím vody, které obsahují. Pro popis jejich stavu se vychází z jejichkonzistence. Stanovuje se z diagramu, který navrhl dánský vědec Attenberg, a kterávyjadř uje závislost objemu V zeminy na hmotnostní vlhkosti w zeminy, obr. 10. Můžemez něho také posoudit druhou důležitou vlastnost soudržných zemin, jejich plasticitu.



9

• Př idáváme-li do zcela suché soudržné zeminy vlhkost, po ur čitou dobu nemění svů jobjem. V tomto stavu se její konzistence označuje jako tvrdá. Zemina je v tomto stavutvrdá a má charakteristickou světlou barvu. Je možné ji rozbíjet na kusy

• Pokračujeme-li dále v př idávání vody, zemina začne zvětšovat svů j objem. Dostanetmavou sytou barvu a je drobivá. Nedají se z ní vyválet válečky o pr ůměru 3 mm. Zeminuo takovéto konzistenci označujeme jako pevnou.

• Př i dalším zvyšování obsahu vlhkosti pokračuje r ůst objemu zeminy. Ta současně začnevykazovat plastické vlastnosti: je možné z ní vyválet válečky o pr ůměru 3 mm, viz obr.Myslivec. Takovou konzistenci označujeme jako plastickou. Je-li zeminu možné hnístobtížně, označuje se jako tuhoplastická. Lze-li ji hníst snadno, označujeme ji jakoměkoplastickou.

• Pokračujeme-li nadále ve zvyšování obsahu vlhkosti, pokračuje i nadále r ůst objemuzeminy. Zemina však již sevř ení v dlani protéká mezi prsty, ztrácí charakter pevné fáze.Takovou konzistenci označujeme jako kašovitou.

obr. 10: Attenbergův diagram zachycující závislost objemu soudržné zeminy na její zvyšující se

vlhkosti (vlevo); „válečková“ zkouška konzistence zeminy (vpravo)

Důležité jsou hranice mezi jednotlivými konzistencemi zemin. Nazýváme je Attenbergovymeze. Př íslušné hmotnostní vlhkosti w označujeme postupně jako mez smrštění wS, mezplasticity wP a mez tekutosti wL.

4.3.1. Index konzistence IC

V technické praxi se konzistence ur čuje pomocí indexu konzistence I C , který se stanoví zeskutečné hmotnostní vlhkosti w a Attenbergových mezí podle rovnice (viz obr. 10 )

IC = (w – wL) / (wL – wP) (-)

Konzistence soudržných zemin se potom ur čí podle hodnoty ICIC > 1 konzistence pevná až tvrdá0,5 < IC < 1 konzistence tuhá (tuhoplastická)0 < IC 0,5 konzistence měkká (měkoplastická)IC < 0 konzistence kašovitá

4.3.2. Index plasticity IP

Př i klasifikaci soudržných zemin se setkáváme s problémem, že zeminy, se zatř íděním doplastické konzistence, vykazují pro inženýrskou praxi př íliš velký rozptyl vlastností. Proto jetř eba tyto zeminy rozlišit podrobně ji. Př íslušná rozhodující veličina se nazývá index plasticity I P a stanoví se opět snadno z Attenbergových mezí:

IP = wL - wP (-)



10

IP v % je tř eba násobit stem. Jemně jší členění zemin plastické konzistence potom ur čímepomocí IP následovně:IP < 10 zemina s nízkou plasticitou10 < IP < 20 zemina se stř ední plasticitouIP > 20 zemina s vysokou plasticitou.Tato veličina se používá ke klasifikaci zemin, pro odlišení hlín a jílů a jejich směsí s pískem čištěrkem. Užitečnou pomůckou je diagram plasticity, který klasifikuje zeminy př i vlhkosti namezi tekutosti podle odpovídajícího indexu (čísla) plasticity, obr. 11.

obr. 11: Po stanovení wl a Ip můžeme pomocí tohoto diagramu plasticity a pomocí čáry „A“

ur čit, zda je daná zemina jílem (C) nebo hlínou (M). Čára A se použije i pro zatř íděníněkterých štěrkových a písčitých zemin.

5. KLASIFIKACE ZÁKLADOVÝCH PŮDExistuje samozř ejmě celá ř ada klasifikačních systémů půd. V zásadě však všechnyvycházejí z vlastností, v principu ilustrovaných v př edchozím textu a jsou si tedy navzájempodobné. Krátce zmíníme klasifikační systém podle ČSN 731001 z roku 1989. Výchozístruktura klasifikačního systému je uvedena v následujícím diagramu na obr. 12.

obr. 12: Struktura klasifikačního systému základových půd

Podle dále uvedených parametr ů se potom základové půdy zař azují do tř ídR 1 až R6 horniny skalní (Rock)G1 až G5 zeminy štěrkovité (Gravel)

S1 až S5 zeminy písčité (Sand)F1 až F8 zeminy jemnozrnné (soudržné) (Fine)



11

O, T, U zeminy zvláštní: O - organické zeminy, T – prosedavé zeminy (ztráta stabilityzákladových konstrukcí náhlým zaboř ením), U – jiné zvláštní zeminy

Y sypaniny zemního materiáluZ složiště odpadu

Horniny

Jedná se o skalní masivy, jejichž základní charakteristikou je pevnost horniny v prostémtlaku. Př i zatř ídění se př ihlíží ke stupni zvětrání hornin a hustotě diskontinuit (trhlinek, puklina podobně). Pro zař azení do R-tř íd platí tabulka 1.

Zeminy

Základním kritériem pro zatř ídění zemin je jejich granulometrické složení. Pojem jemnozrnnézeminy je ekvivalentní pojmu zeminy soudržné. Zatř ídění je možné provést pomocítrojúhelníkového klasifikačního diagramu, obr. 13, který porovnává hmotnostní procentaštěrku (% g), písku (% s) a jemných zrn (% f). Písmenné zkratky vycházejí z následujícíhooznačení:G štěrk (gravel)S písek (sand)F jemnozrnná zemina (fine)

M hlínaC jíl (clay)

obr. 13: Trojúhelníkový klasifikační diagram pro základní zatř ídění zemin.Zeminy št ěrkovité

Př i zatř ídění konkrétního vzorku se př ihlíží k obsahu frakcí a poměr ům velikostí malých,stř edních a velkých zrn. Z nich se vypočítávají rozhodující kvalitativní znaky - č íslonestejnorodosti Cu a č íslo k ř ivosti Cc.Pro zař azení do G-tř íd je platí tabulka 2. Značení podle trojúhelníkového klasifikačníhodiagramu.

Zeminy písč ité

Př i zatř ídění konkrétního vzorku se př ihlíží k obsahu frakcí a poměr ům velikostí malých,stř edních a velkých zrn. Z nich se vypočítávají rozhodující kvalitativní znaky - č íslonestejnorodosti Cu a č íslo k ř ivosti Cc.

Pro zař azení do S-tř íd je platí tabulka 3. Značení podle trojúhelníkového klasifikačníhodiagramu.



12

Zeminy jemnozrnné

Jemnozrnné zeminy se dělí na hlíny (M) a jíly (C). Podstata rozlišení spočívá v tom, ževyhodnocujeme index plasticity IP př i vlhkosti na mezi tekutosti wL. z diagramu plasticity, vizobr. 11. Odtud plyne, že jako jíly se označují jemnozrnné zeminy s vysokou plasticitou. Prozař azení do F-tř íd je platí tabulka 4.

tabulka 1: Zatř ídění hornin podle pevnosti v prostém tlaku σc.



13

tabulka 2: Zatř ídění štěrků podle hmotnostních podílů f,s,g, podle Cu, Cc a polohy Ip v diagramuplasticity (čára A)

tabulka 3: Zatř ídění písků podle hmotnostních podílů f,s,g, podle Cu, Cc a polohy Ip v diagramuplasticity (čára A)

tabulka 4: Zatř ídění jemnozrnných zemin podle hmotnostních podílů f,s,g a polohy Ip

v diagramu plasticity (čára A)



14

6. PEVNOST A ÚNOSNOST ZÁKLADOVÝCH PŮDV textu se podržíme otázek pevnosti zemin; jak již bylo uvedeno, až na vyjímky jsou skalníhorniny z hlediska únosnosti bezproblémové a naopak násypy a skládky v podloží jsouspeciálním problémem zakládání mimo rámec tohoto textu.Př i studiu poruch základových konstrukcí a zemních konstrukcí (např íklad svahů) se ukázalo,

že se zeminy porušují prakticky výhradně vlivem smykového namáhání, tedy že rozhodujícípevností u zemin je pevnost ve smyku. V oblasti porušení se vytvář ejí smykové kluznéplochy, podél nichž dojde k porušení zemního tělesa, obr. 14. Porušení samo se projevínáhlým zaboř ením základové konstrukce či „ujetím“, sesutím svahu (ztráta statické stability).Ze zmíněných důvodů je stř edem pozornosti př i zkoumání únosnosti zemin jejich smykovápevnost.

obr. 14: Př íklady porušení zeminy př ekročením její smykové pevnosti: sesutí násypu (a),zaboř ení základu (b), porušení svahu drženého opěrnou zdí (c).

6.1. Smyková pevnost zeminJak je známé z obecného kursu fyziky, nezávisí velikost tř ení na velikosti tř ecích ploch, ale

na velikosti zatížení, působícího kolmo na tř ecí plochu. Proto se smyková pevnost zeminvyšetř uje laboratorně ve speciálních př ístrojích. Základní princip zkoušky je vidět na obr. 15 .

obr. 15: Krabicový smykový př ístroj. Zjišťuje se pevnost ve smyku (síla H) př i r ůznýchhladinách zatížení svislou silou P; plocha smýkaného vzorku je F.

Vzorky zeminy se vkládají do smykového př ístroje a poté se porušují smykovým namáháním,a to za postupně rostoucí velikosti zatížení, působícího kolmo na smýkanou plochu.Opakovanými pokusy tak získáváme závislost smykové pevnosti zemin τ na normálovémnapětí σ, kolmém k rovině smyku, obr. 16.



15

obr. 16: Ukázka diagramu smykové pevnosti pro zeminy soudržné a nesoudržné (upravenopodle Myslivec skr.)

Jde tedy o závislost zhruba lineární. Kvalitativně se od sebe liší smyková pevnostsoudržných a nesoudržných zemin a to v tom, že soudržné zeminy mají počáteční pevnost c,

kterou jsme diskutovali již dř íve – soudržnost. Smykovou pevnost zemin můžeme tedyvyjádř it rovnicíτ = σ. tgφ u nesoudržných zeminτ = σ. tgφ +c u soudržných zeminÚhel φ nazýváme úhlem vnit ř ního t ř ení . Tato veličina ve skutečnosti nereprezentuje žádnýúhel v zemině, ale odráží skutečnost, jak rychle roste odpor zeminy proti usmyknutís rostoucí hodnotou σ. Čím vyšší hodnota φ, tím vyšší smyková pevnost.Smyková pevnost zemin (ale i ř ada dalších vlastností) je u soudržných zemin výrazněovlivněna množstvím vody v pórech zeminy. U plně saturované zeminy je vždy soudržnost cvyšší než u suché zeminy, naopak úhel vnitř ního tř ení je vždy nižší. Aby bylo možné provéstkvalifikovaný odhad mezí smykové pevnosti a dalších souvisejících veličin, jsou v tabulkáchvlastností zemin uvedeny jak hodnoty efektivní , platné pro suchou zeminu (cef , φef ), tak

hodnoty totální , platné pro plně saturovanou zeminu (cu, φu).Následující tabulka udává orientační hodnoty úhlu vnitř ního tř ení a soudržnosti pro r ůznézeminy.druh zeminy úhel vnitř ního tř ení φ /°/ soudržnost c /kPa/

efektivní φef totální φu efektivní cef totální cu

Jíl stř edně plastický 17-21 4-12 8-40 25-90Jíl písčitý a štěrkový 22-30 5-15 6-44 30-80Hlína písčitá a štěrková 24-32 10-15 8-40 30-80Písek 25-33 0-12Hrubý písek, štěrk 33-38 0-10

6.2. Totální a efektivní napětíV důsledku př itížení základové půdy stavbou vzniká primárně v základové spář e př edevšímsvislé normálové napětí, zvané kontaktní. Toto napětí se potom př enáší jednak dále svisledolů a jednak (pomocí smykového roznosu) i do stran, vně půdorysu stavby. Je př itomdůležité, v jakém stavu se nachází základová půda – zda je suchá, nebo částečně či zcelanasycená vodou.Pokud je zemina suchá, př enáší veškerá zatížení pouze zrna (skelet zeminy). Skutečnánapětí na styčných ploškách zrn jsou výrazně vyšší, než napětí pr ůměrná, s nimiž pracujemeve výpočtech (napětí intergranulární), obr. 17.



16

obr. 17: K pojmu pr ůměrné (=efektivní) a skutečné (=intergranulární) napětí ve skeletu zeminy.

Pokud je zemina zcela nebo i částečně nasycená vodou, potom se na př enosu zatíženípodílí i voda obsažená v pórech. Jedná se o typickou situaci, kdy musíme na zeminunahlížet jako na tř ífázový systém. Zavádíme zde speciální označení, a to• efektivní napětí σ ef , což je napětí př enášené prostř ednictvím pevné fáze (př es zrna

zeminy)• neutrální napětí u, což je napětí, př enášené vodou v pórech• totální napětí σ tot jakožto součet efektivního a neutrálného napětí, σef = σtot +uTato skutečnost je důležitá proto, že voda v pórech je pod napětím a je jím tedy vytlačovánado oblastí s nižším pórovým tlakem, tj. mimo půdorys budovy. To má za následekzmenšování objemu zeminy pod budovou a tedy i sedání stavby. Tomuto jevu se ř íkákonsolidace zemin a doba, po kterou probíhá, se měř í zpravidla na roky až desetiletí. Jetypickou vlastností soudržných zemin.V tabulkách pevností (dovolených namáhání) základových půd se proto u jemnozrnnýchzemin uvádí parametry pevností jak pro suchou zeminu (efektivní veličiny) tak pro zcela

nasycenou zeminu (totální veličiny). Nabízí se tak konstruktérovi možnost získání mezí,v nichž se vlastnosti skutečná zeminy budou pohybovat.Směrné normové charakteristiky skalních hornin, štěrků, písků a jemnozrnných zemin jsouuvedené v části Mechanika zemin.

7. VODA V ZÁKLADOVÝCH PŮDÁCH

7.1. Výskyt vody v zemináchVoda se vyskytuje v zeminách a horninách ve více formách. Hlavními zdroji vodyv základových půdách jsou srážky a dále vodní toky a nádrže.Z hlediska stavebního inženýra je nejdůležitě jší tzv. podzemní voda. Hladina podzemní vody

(HPV) je plocha, vymezující povrch podzemních vod, obr. 18.



17

obr. 18: K pojmu hladina podzemní vody a vody kapilární, zdvihlé nad hladinu podzemní vody;k značí kapilárně vzlinutou vodu.

O hladině podzemních vod však můžeme hovoř it pouze u zemin nesoudržných. Usoudržných, jemnozrnných zemin volná voda, která může vytvoř it hladinu, vůbec nevzniká.Pokud vyhloubíme do základové půdy (neodvodněnou) rýhu, jejíž dno bude pod HPV, potom

dojde k jejímu zaplnění vodou právě do úrovně HPV. Konstrukce pod HPV jsou namáhányhydrostatickým tlakem a budovy jako celky jsou nadnášeny (vztlak). Proto je znalost úrovněHPV důležitou informací např íklad pro provádění zemních prací (výkopy a jejich zajištění), př iprovádění svahů, opěrných zdí, konstrukcí základů staveb a způsobu skladby jejichhydroizolací a podobně.Hladina pozemní zpravidla vody kolísá v pr ůběhu roku v souvislosti se změnou klimatu, vizobr. 19. Vesměs platí, že pod HPV jsou všechny póry v zemině zaplněné vodou. Voda sevšak vyskytuje v zeminách i nad HPV.

obr. 19: Ukázka kolísání hladiny podzemní vody v pr ůběhu roku v málo propustných zeminách

(vlevo) a v propustných zeminách (vpravo).

Voda je v pevné fázi př ítomná buďto jako běžná kapalina (voda volná) nebo je k povrchůmskeletu pevně ji př ipoutána (voda fyzikálně vázaná).Voda volná je schopná za ur čitých okolností pohybu (proudění) v pórových systémech. Jdepř edevším o pórovou vodu ve velkých pórech pod HPV nesoudržných, sypkých zemin a dálevodu kapilárně vázanou.Voda fyzikálně vázaná je k povrchu skeletu poutána podstatně většími silami molekulárnípovahy; největšími silami je poutaná voda adsorbovaná na povrch zrn; vytvář í tam vrstvumikroskopické tlouštky, odstranitelnou jen teplotami nad 105°C. Poněkud menšími silami jevázaná voda, vyplňující uzavř ené nebo nálevkově tvarované póry, štěrbiny a oblasti dotekuzrn, která bývá nazývána kapilárně kondenzovanou, podle jevu kapilární kondenzace, který je s ní svázán. Vodou fyzikálně vázanou se v tomto textu nebudeme dále zabývat, zejménavzhledem k jejímu menšímu významu pro praktické konstruování podzemí staveb.

7.2. Kapilární elevace, kapilární voda

Jak známo z fyziky, voda v tenké kapilář e vystupuje nad hladinu volné vody. Je tomu takproto, že mezi molekulami vody a pevné fáze existují síly, mající za následek vzlínání vody.Tyto síly mají za výslednici povrchové napětí σ, působící po obvodě kapiláry ve stykus vodou. Napětí působí př ibližně rovnoběžně s osou kapiláry směrem do nezaplněnéhoprostoru kapiláry. Princip a ilustrativní výpočet výstupu vody lze ukázat na kruhové kapilář e opoloměru r, ponoř ené kolmo do vody, obr. 20.Povrchové napětí o svislé výslednici 2πr σ vytahuje vodu v kapilář e tak dlouho, až jevýslednice rovna tíze „zavěšené“ kapaliny. Př edpokládáme-li výšku sloupce h, musí platitpodmínka rovnováhy2πr σ = πr 2 ρw g . h,kde ρw je hustota vody 1000 kg/m3

g je tíhové zrychlení 9,81 m/s2

σ je povrchové napětí vody; lze brát zhruba hodnotou 72,75 . 10-3 N/m.Po úpravě a dosazení tedy př ibližně platí



18

h = 15.10-6 / r (m)Hodnota h se běžně nazývá kapilární výška.

obr. 20: K pojmu kapilární elevace a výpočtu výšky vzlinutí h (vlevo); skutečné poórovésystémy jsou výrazně složitě jší, póry jsou proměnného pr ůř ezu, obecného sklonu amohou být uzavř eny vzduchovými dutinami.

Z uvedeného vztahu plyne, že výška vzlinutí velmi silně závisí na pr ůměru kapiláry – čím jemně jší kapilára, tím vyšší výška vzlinutí. Lze z toho usuzovat, že jemnozrnné (soudržné)zeminy budou mít podstatně vyšší výšku vzlinutí v porovnání se zeminami hrubozrnnými.Tento př edpoklad potvrzuje následující tabulka, udávající měř ené hodnoty kapilární výšky hběžných zemin:druh zeminy Kapilární výška h (m) Doba vzlinutípísek 0,03 – 0,1 desetiny sekundy jemný písek 0,1 – 0,3 desítky sekundhlinitý písek 0,5 – 2,0 hodinysprašová hlína 2,0 – 5,0 hodinyhlína 5,0 – 10,0 desítky hodin jílovitá hlína 10,0 – 50,0 měsíce až roky

jíl př es 50,0 roky až desetiletí

Doba vzlínání do kapilární výšky je opět velmi závislá na pr ůměru kapiláry. Čím jemně jšíkapilára, tím delší doba výstupu. Rychlost výstupu př itom rychle klesá s výškou vzlinutí. Tatoskutečnost platí i v opačném př ípadě: pokud je z podzákladí budovy vytlačována voda(pórový tlak), potom čím jemně jší pórový systém kapilára obsahuje, tím déle vytlačování trvá.Voda zavěšená v kapilárách se nazývá běžně kapilární voda a vzlíná od hladiny podzemnívody, od které se tedy také odměř uje kapilární výška.

7.3. Proudění vody v zeminách, Darcyho zákonVoda v pórových systémech základových půd proudí zejména vlivem gravitačních sil nebovlivem změn velikosti pórových tlaků, vyvolaných stavební činností (př itížení stavbou –neutrální napětí), změnou hydrotechnických poměr ů (např . silné deště) a podobně. Prouděnívod v podzákladí staveb může být v ř adě souvislostí nebezpečné: dochází př i němk vymývání jemných částic zeminy a tím i k celkové změně technických parametr ů zeminy.Proudění vzniká např íklad i tehdy, pokud vytěžíme stavební jámu pod hladinu podzemnívody; vzniká pak problém zatěsnění stěn jámy a často i problém „stability“ dna stavebních jam, kde může vyvěrající podzemní vodou dojít k znehodnocení jeho mechanickýchvlastností nebo dokonce k jeho provalení. Proto je nutné zabývat se př i rozboru základovépůdy i otázkami proudění vod.Francouz Darcy formuloval 1856 jednoduchý zákon pro rychlost v proudění vody v pórovémprostř edí ve tvaruv = -k . (H2-H1) / L = - k . i (m/s)

kde k je součinitel propustnosti nebo také součinitel filtrace(m/s); je to měř ená(tabelovaná) charakteristika zemini = (H2-H1) / L je tzv. hydraulický spád, bezrozměrné číslo, viz obr. 21.



19

obr. 21: K pojmu hydraulický spád; H1 , H2 jsou r ůzné výšky hladiny podzemní vody.

Znaménko minus vyznačuje skutečnost, že voda proudí směrem klesající hodnoty H.V př ípadě př itížení základové spáry vznikne proudění v nasycené zemině. Tak zatížení ovelikosti p vyvodí v nasycené zemině neutrální tlak o stejné velikosti. Z něho ur čímepomyslný rozdíl hladin (H2-H1) = p / ρw, kde ρw je objemová tíha vody.Podle velikosti součinitele propustnosti (filtrace) dělíme zemin na

velmi propustné k = 10-1 až 10-3 m/spropustné k = 10-3 až 10-5 m/sstř edně až málo propustné k = 10-5 až 10-7 m/smálo až velmi málo propustné k = 10-7 až 10-8 m/snepropustné k < 10-8 m/s

Charakteristické naměř ené hodnoty propustnosti r ůzných typů zemin jsou následující:druh zeminy součinitel propustnosti k

m/s cm/denštěrk > 10-2 >8 640 000 = 86,4 km/den jemný písek 10-3 až 10-5 14 400 - 144 jílnatý písek 10-6 až 10-7 14,4 – 1,44hlína 10-7 až 10-9 0,014 4 – 0,001 44 jílovitá zemina 10-9 až 10-10 0,001 44-0,000 144 jíl 10-10 až 10-12 0,000 144-0,000 014 4

Součinitel propustnosti (filtrace) zeminy k je jedním ze základních kritérií pro posuzovánístability stavebních jam a svahů. Více v kapitole o zakládání staveb.

7.4. Promrzání základových půdPromrzání (a následné rozmrazování) základových půd způsobuje obecně pohybypovrchových vrstev základových půd. To může být zejména pro lehké stavby značněnebezpečné, protože může dojít k jejich nadzvedávání a poklesům.

Promrzání základové půdy může být také nebezpečné u př ezimujících stavebních jam, kdymůže dojít k znehodnocení mechanických vlastností zeminy v základové spář e objektu.Zmíněné pohyby povrchových vrstev půd jsou způsobeny tím, že mrznoucí voda v pórechzeminy zvětšuje svů j objem (led má v porovnání s vodou objem asi o 9% větší). Namrzavostzemin tedy vlastně značí náchylnost zemin k objemovým změnám vlivem mrazu. Je patrné,že více namrzavé budou zeminy s vyšším obsahem vlhkosti a s větším objemem pór ů.Pokud zcela promrzne vrstva zeminy výšky h a zemina je plně nasycená vodou, potom dojdeke zvýšení povrchu vrstvy o hodnotu∆h = 0,09. π. hkde π je pórovitost zeminy.Pokud ovšem nejsou póry zeminy zcela nasycené vodou, může v nich mrznoucí vodaexpandovat a objemovým změnám dochází v menší míř e, př ípadně vůbec. Síly, vznikající př i

mrznutí vody, jsou obrovské. Tak pro teplotu -5°C se uvádí, že na stěny uzavř eného prostoruvyvozuje led tlak okolo 65 MPa. Je to tedy síla, ekvivalentní tíze tělesa o hmotnosti 6.500



20

tun, působící na plochu 1 m2. Zamezit objemovým změnám mrazem pevností konstrukce jeproto prakticky nemožné.

7.4.1. Hloubka promrzání zeminHloubku hz, ve které ještě klesají teploty pod bod mrazu, nazýváme zámrznou hloubkou. Jepochopitelně úzce svázaná s geografickou polohou lokality. Existují i trvale zmrzlé půdy, kde

se chování půd ř ídí zcela specifickými zákony. V podmínkách ČR je možné pro zámrznouhloubku použít empirický vztah (Lapkin)hz = k.(2,3.ΣTe, stř + 0,52)kde k je součinitel typu půdy. Pro hlinité a jílovité zeminy k=1, pro písčité půdy k=1,12.

ΣTe, stř je součet pr ůměrných měsíčních teplot v dané lokalitě za jedno zimní období.Do součtu vstupují pouze měsíce, v nichž platí, že ΣTe, stř < 0.

Z výpočtů a měř ení vyplývá, že v podmínkách ČR je denní teplotní rozkyv v základovýchpůdách pozorovatelný př ibližně do hloubky 1 m. Roční teplotní rozkyv je pak pozorovatelnýdo hloubky 15-20 m. Pod touto hloubkou má zemina stálou teplotu. Podrobná znalostuvedených charakteristik je důležité pro navrhování energeticky úsporných objektů, př inavrhování tepelných čerpadel a podobných zař ízení.Ve vrstvě zeminy o tloušťce rovné zámrzné hloubce hz může dojít k objemovým změnám

základové půdy. Je zásadní rozdíl, mrzne-li zemina sypká (nesoudržná) nebo zeminasoudržná.

7.4.2. Promrzání nesoudržných zeminNesoudržné zeminy jsou k promrzání méně náchylné. Jednak u nich př ípadnou objemovouzměnou nedochází k porušení struktury, jednak (pokud nejsou plně saturované vodou) majídostatečný objem pór ů, aby u nich nedocházelo ke zvětšení objemu. Nesoudržné zeminymají navíc velmi malou vzlínavost, takže voda z nich rychle odtéká. Nazýváme je protonenamrzavé zeminy a často se využívají i ke zlepšení nenamrzavosti u soudržných zemin.V souvislosti s malou namrzavostí se uvádí u nesoudržných zemin dostačující hloubkazákladové spáry 0,8 m. Je v praxi ověř eno, že zvedání podloží namrzáním je možné zamezitu písč itých zemin tlakem 100 kPa, což odpovídá tíze tělesa o hmotnosti 10 t, působící na

plochu o velikosti 1 m2

. Lze toho tedy docílit např . násypem výšky asi 5-6 m.7.4.3. Promrzání soudržných zeminSoudržné zeminy jsou k namrzání náchylné. Díky jemným pór ům v zemině a vysokévzlínavosti jsou vesměs soudržné zeminy dobř e zásobené vodou. Mrznutím vody se takpoškozuje stavba zeminy, zemina se trhá a porušuje se její soudržnost. Vy tvář ejí sevodorovně orientované ledové čočky, které mohou mít až několik centimetr ů pr ůměr, obr. 22.

obr. 22: Charakter promrzání soudržných zemin.

Na jař e čočky rozmrzají, zemina rozbř ídá. Nejvíce namrzavé jsou hlinité písky a prachovézeminy. V souvislosti s malou namrzavostí se uvádí u soudržných zemin potř ebná hloubkazákladové spáry 1,2 m. V literatuř e se uvádí, že zvedání podloží namrzáním je možné



21

zamezit u jílovitých zemin tlakem asi 1000 MPa, což je hodnota běžnými technickýmiopatř eními zcela nedosažitelná.

8. STLAČITELNOST A SEDÁNÍ ZÁKLADOVÝCH PŮDPř ímým důsledkem stlačitelnosti základových půd je sedání staveb. Z hlediska návrhu stavby

se zajímáme jak o pr ůměrné sednutí stavby jako celku, tak i o sedání jednotlivých částístavby. Pokud si jednotlivé části stavby nesedají stejně, jedná se o tzv. nerovnoměrnésedání a to může vnášet do staveb vysoká př ídavná namáhání. Proto musíme porozumětzákladním mechanismům, uplatňujících se př i stlačování základových půd, konkrétně zemin.Př i úvahách o stlačitelnosti zemin musíme mít vždy na paměti, že zatížení, které na zeminupř i zkoušení vkládáme, musí být menší než její skutečná pevnost (př ičemž, jak bylouvedeno, nejčastě ji rozhoduje její smyková pevnost). Př i př ekročení tohoto zatížení nastáváv reálné situaci nekontrolovatelné sedání základových konstrukcí a tedy i porušení nebodokonce ztráta stability staveb.

8.1. Pr ůběh stlačování zeminVložíme-li na zeminu ve zkušebním ocelovém válci prostř ednictvím pístu zatížení F, vyvolána ploše A napětí σ. Toto napětí je napětím celkovým, čili totálním. Je-li zemina suchá, dojdeke stlačení téměř ihned. Okamžité stlač ení je prakticky rovno stlač ení celkovému. Vznikánásledkem zasouvání zrn zeminy do pór ů (těsně jší uložení), rozrušením př etížených zrn (vlivintergranulárního napětí) a jakož i pružným stlačením skeletu zeminy. Zcela jiná je situace, jsou-li póry úplně nebo částečně zaplněny vodou. Potom okamžité stlačení (u stavebokamžité sedání) je pouze částí celkového stlačení. Je tomu tak díky vodě a vzduchu, které jsou uzavř eny v pórech. Navíc voda v pórech je nestlačitelná. Voda i vzduch odcházejí zevzorku zeminy postupně, vlivem pórového tlaku, vzduch se navíc pod vlivem tlaku částečněve vodě rozpouští. Odvádění vody ze zeminy (filtrace) se ř ídí Darcyho zákonem a probíhádlouhodobě, podle typu zeminy. Tato dlouhododobě probíhající část stlačení se nazývákonsolidač ní stlač ení (u staveb konsolidační sedání). Součet krátkodobého a konsolidačního

stlačení (sedání) je potom rovno stlačení (sedání) celkovému. Konsolidační stlačení setypickou vlastností soudržných zemin. U nesoudržných zemin je okamžité stlačení téměř rovno stlačení celkovému.

8.2. Př etvárné charakteristiky zemin pro ur čování jejichstlačení (sedání)

Podobně jako u stavebních materiálů se i u zemin snažíme zavádět charakteristiky,použitelné pro výpočty podle teorie pružnosti. Je však tř eba mít na paměti, že vlivem značnéproměnnosti vlastností podloží a jeho nepopiratelných reologických (časově proměnných)vlastností poskytují tyto výpočty dosti hrubé odhady skutečného stlačení (sedání).

8.2.1. Modul deformace Edef a Poissonovo číslo ν

Jednoduchým analogem tahové/tlakové zkoušky, prováděných v lisu u stavebních materiálů, je př ímo na staveništi prováděná zatěžovací zkouška. Zatlačujeme př i ní (nejlépe na úrovniskutečné základové spáry) do zeminy ocelovou desku. Získáváme opět ur čitý „pracovnídiagram“, zachycující závislost velikost sedání s na velikosti působící síly. Zkušenostiukazují, že pokud zatížení dosáhne nejvýše 1/3 až 1/2 pevnosti zeminy, můžemepř edpokládat, že se zeminy př ibližně chovají podle Hookeova zákonaσ = Edef . εKonstantu úměrnosti v mechanice zemin nazýváme modul deformace Edef (MPa). Jak jevidět z obr. 23, závislost není pro zeminy lineární. Proto nemůže být ve skutečnosti Edef

konstantou. V tabulkách, kde jsou mechanické vlastnosti základových půd deklarovány, seproto uvádí pro Edef jisté rozpětí hodnot. Pro nižší hladiny namáhání volíme vyšší hodnotyEdef , pro hodnoty namáhání blízké skutečné únosnosti zemin pak nižší hodnoty Edef .



22

Modul deformace Edef = σa / εa

obr. 23: Pracovní diagram zeminy př i jejím monotónním zatěžování; př i nižších hladinách

zatížení se zemina chová př ibližně pružně (část O-A), př i dalším př itížení začnouprudce nar ůstat deformace (sedání).

Pokud se zemina př i stlačování nemůže roztahovat do stran (např íklad př i založení objektuna tlusté desce, kde tato situace nastává v blízkosti stř edu desky), potom se moduldeformace E def nahrazuje oedometrickým modulem Eoed, který je s modulem deformacevázán jednoduchým vztahemEdef = (1-2 ν

2/(1- ν)) / Eoed

kde ν je Poissonovo číslo.

Př ibližné hodnoty Poissonova čísla u zemin uvádí následující tabulka:Druh zeminy Poissonovo číslo

zeminy sypké 0,3zeminy prachovité 0,35zeminy jílovité 0,4. (Myslivec, Kysela)

Odtud plyne, že vztah mezi Edef a Eoed je př ibližnězeminy sypké Edef = 0,75 Eoed

zeminy prachovité Edef = 0,63 Eoed

zeminy jílovité Edef = 0,47 Eoed

To je očekávaný závěr: pokud se zemina může roztáhnout do stran, více sedá.

Př íklady hodnot oedometrických modulů Eoed r ůzných zemin př i r ůzném př itížení stavbou ∆σz

a př i r ůzném původním napětí σz v zemině udává následující tabulka:

původní napětí σz (MPa)0,02 0,06 0,10

Druh zeminy př itížení ∆σz stavbou (MPa)0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5

Rašelina 0,28 0,54 0,76 0,51 0,84 1,12 0,73 1,08 1,39Hlína 1,12 2,16 3,06 2,04 3,36 4,48 2,9 4,32 5,56Jíl 4,2 8,1 11,5 7,7 12,6 16,8 10,9 16,2 20,9Písek 11,2 21,6 30,6 20,4 33,6 44,8 29 43,2 55,8Písek se 28 54 76 51 84 112 72,5 108 139štěrkem



23

Problém výše zmíněné polní zatěžovací zkoušky je v tom, že pokud se jedná o soudržnouzeminu plně nebo částečně nasycenou vodou, doba ukončení sedání je velmi dlouhá azkouška se nedá fakticky dokončit. Proto se upř ednostňují zkoušky laboratorní, kde natenkých vzorcích (tlouštka 30-40 mm) mohou proběhnout př íslušné reologické procesyvýrazně rychleji. Vzorky zeminy získáváme z vrtaných sond ve zvolených místech staveniště.V laboratoř i také ur čujeme hodnotu Poissonova čísla ν, vyjadř ujícího míru př íčného rozšíř enízeminy př i jejím jednotkovém stlačení. Jeho hodnoty jsou opět uvedeny v tabulkáchmechanických zemin základových půd.Z uvedeného vyplývá, že modul deformace je veli č ina, která se používá k ur č ení celkovéhostlač ení (sednutí), tedy v č etně dlouhodobého konsolidač ního sedání.

8.2.2. Časový průběh sedáníNěkdy je potř ebné kromě velikosti celkového stlačení (sedání) znát i jeho časový pr ůběh. Jetomu tak zejména u soudržných zemin více nasycených vodou, kde dlouhodobé sedánípř evládá nad okamžitým. Štěrky a písky sedají během několika dní po dostoupení plnéhozatížení. U jílů můžeme dobu sedání odhadnout pomocí jednoduchého vztahu

ta = Ha2 / H2 . t

kde Ha je tloušťka jílové vrstvy která konsolidujeH je tloušťka vrstvičky zeminy, zkoušené v př ístroji a která je odvodňována stejně jako skutečná vrstva jílut je doba, kterou trvalo v př ístroji sedání vzorku výšky H.

Tento jednoduchý vztah dává možnost alespoň zhruba odhadnout, jak dlouho můžemeočekávat, že bude sedání do dosažení hodnoty celkového sedání probíhat. Podmínkastejného způsobu odvodnění vzorku jako skutečné vrstvy soudržné zeminy je podstatná.Čím více cest pro filtrující vodu existuje, tím rychleji se proces stlačení vzorku (sednutístavby) uskuteční, obr. 24.Př edstavu o trvání konsolidačního sedání poskytuje následující tabulka, která udává dobu,za jakou je dosaženo 90% celkové hodnoty konsolidačního sedání u vrstvy jílové hlíny sesoučinitelem propustnosti k=10-10 m/s (nepropustná zemina) a modulem deformace Edef =4,7MPa.tlouštka vrstvy jílové doba t roků konsolidace, prosakuje-li vodahlíny (m) nahoru i dolů pouze nahoru

1 0,08 0,322 0,32 1,283 0,72 2,884 1,28 5,126 2,88 11,509 6,45 25,8

obr. 24: Způsoby odvodňování (pr ůsaku) jílové vrstvy tlouštky H: pr ůsak pískovými vrstvaminahoru i dolů (a), pr ůsak pouze vrchním povrchem, podloží je nepropustné (b).



24

9. VHODNOST PŮD PRO ZAKLÁDÁNÍ, ZLEPŠOVÁNÍ PŮD

9.1. Hrubé posouzení vhodnosti základových půdVzhledem k vysoké rozmanitosti základových půd a podmínek uspoř ádání geologickýchvrstev mají dále uvedená tvrzení charakter všeobecných zásad a zkušeností ze zakládání.Horniny skalní a poloskalní jsou jako základové půdy zpravidla bez větších problémů. Jsoudostatečně únosné, velmi málo stlačitelné a vesměs i málo propustné. Méně vhodnými sestávají pouze v př ípadě vysoké puklinatosti nebo př i velkém navětrání.Zeminy št ěrkovité jsou opět pro zakládání vesměs vhodné. Jsou dostatečně únosné, málostlačitené a vzhledem velké pórovitosti a velkým rozměr ům pór ů i značně propustné.Zeminy písč ité své vlastnosti poměrně výrazně mění podle toho zda jsou jemné, nebohrubé, zejména v souvislosti s obsahem vody. Obecně lze ř íci, že s rostoucím obsahem vodya rostoucí jemnozrnností se písky stávají pro zakládání méně vhodné. Vysloveně nevhodnépro zakládání jsou nakypř ené, nezhutněné písky (relativní ulehlost ID < 1/3).Zeminy jemnozrnné (soudržné) jsou obecně dosti stlačitelné a jen málo propustné nebotéměř zcela nepropustné. Vhodnost pro založení nelze obecně stanovit, je nutná znalostdalších souvislostí. Úzce souvisí též s typem stavby, který se na soudržné zemině zakládá.Vysloveně nevhodné je založení na soudržné zemině př i vysokém obsahu vody, kdy se stavzeminy blíží kašovité konzistenci.Zeminy zvláštní, zejména zeminy organické nebo zeminy s př íměsí organických částí(vzniklé z rostlinných nebo živočišných zbytků) jsou pro zakládání zcela nevhodné. Mezizeminy zvláštní patř í i spraše, což jsou jemné prachovité zeminy. Ty se vyznačují tzv. prosedavostí , což je náhlým poklesem základových konstrukcí př i dosažení ur čitéhonamáhání. Proto jsou i tyto zeminy pro zakládání nevhodné.Skládky a násypy jsou opět obtížně definovatelná prostř edí; jejich vlastnosti jsou zcela úzcenavázány na konkrétní lokalitu. Vesměs se jedná o prostř edí zcela nevhodná pro zakládání.

Jednou z cest, umožňujících do ur čité míry v odůvodněných př ípadech (ekonomické

hledisko) zakládat i na nevhodných půdách, je jejich zlepšování.9.2. Zlepšování základových půdZlepšování základových půd vede ke zvýšení jejich smykové pevnosti a zmenšenístlačitelnosti. Základovou půdu lze zlepšit r ůznými způsoby, zejména výměnou zeminy(podsypy, polštář e), mechanicky (hutnění), odvodněním, injektováním př ísad, armováním,stabilizací nebo speciálními postupy jako zmrazováním, vypalováním elektroosmóza a další.Rozdělení způsobů zlepšování základových půd ve vazbě na druhy zemin jsou uvedenyv tabulce

tabulka 5: Rozdělení způsobů zlepšování základových půd



25

Krátce se zmíníme jen o některých z nich.

9.2.1. Výměna zeminyIdeální základová půda by měla mít horní vrstvy, na kterých př ímo spočívá základovákonstrukce, co nejpevně jší. Postupně do hloubky by pevnost zeminy mohla klesat, neboťvlivem smykového roznosu do stran s hloubkou rychle klesá napětí od př itížení stavbou.Proto se nahrazuje neúnosná zemina zhutněnými stěrkopískovými polštář i do hloubky, která je alespoň rovna šíř ce základu. Různé typy roznášecích polštářů jsou na obr. 25.

obr. 25: Druhy roznášecích polštářů: polštář zcela nahrazuje vytěženou neúnosnou vrstvu (a),polštář nahrazuje vytěženou část povrchové vrstvy (b), polštář se provádí př ímo narostlý terén (c). 1 – štěrkopískový polštář , 2 – únosná vrstva, 3- neúnosná vrstva, 4 –štěrkopískový násyp

U hodně stlačitelných zemin se může také použít zpevnění podloží pilotami a to buďpískovými a nebo vápennými. Provádí se sypáním náhradního materiálu do př edvrtanéhonebo př edraženého otvoru za současného vytahování výpažnice, př ičemž se materiálpr ůběžně hutní. Vápenné piloty jsou ur čeny do jílů, kdy nehašené vápno s jíly reaguje azlepšuje tak jeho vlastnosti.

9.2.2. HutněníPůvodní zemina v rostlém stavu se zhutňuje na místě pomocí r ůzných technologií.U nesoudržných zemin se používá hloubková vibrace pomocí ponorného vibrátoru,povrchová vibrace povrchové pěchování nebo válcování, nejlépe pomocí vibračních válců.Dále lze provést dočasné zatížení povrchu (nejlépe násypem zeminy).U soudržných zemin se používá statické válcování ježkové nebo pneumatikové, dynamickákonsolidace (dopadající ocelová deska až 20t těžká z výšky až 20 m).



26

Teoretickým vodítkem pro možnosti hutnění jsou tzv. Proctorovy kř ivky, obr. 26. Ty ur čujímaximální možná zhutnění zemin v závislosti na obsahu vlhkosti. Optimálního účinkuhutnění je tedy možné dosáhnout př i současné optimalizaci vlhkosti zeminy.

obr. 26: Proctorovy kř ivky zhutnitelnosti pro r ůzné zeminy: + písek, 2 hlína, 3 silt (prach), 4 jíl

9.2.3. OdvodněníOdvodnění př ispívá u soudržných zemin ke zrychlení konsolidace. Trvalé odvodnění seprovádí tam, kde je možný trvalý gravitační odtok vody. Proto je vesměs výhodné provádětpř ed vlastní stavbou kanalizační síť. Ta může významně zajistit snížení hladiny podzemnívody. Krátkodobé odvodnění se provádí u stavebních jam, kde se jím zajišťuje dostatečnákvalita půdy v základové spář e. Zde se může využít k odvodu vody i čerpání kalovýmičerpadly.Trvalé odvodnění se provádí také pomocí pískových pilot, které fungují jako svislé drény,obr. 27. Jinou alternativou jsou geodrény, což jsou v principu tvarované plastikové pásky. Tyse pomocí speciálního zař ízení zabudovávají do hloubek 12-24 m ve čtvercových sítích o

straně 0,8 – 2,0m.

obr. 27: odvodnění zeminy pod násypem pomocí svislých drénů-pískových pilot

Dočasné odvodnění r ůzných stavebních jam se provádí zejména proto, aby nedošlo kezhoršení vlastností základových půd. Tato situace nastává zejména tehdy, je-li základováspára pod hladinou podzemní vody. Vodu stahujeme do rýh po obvodu stavební jámy (jejichdno je pod základovou spárou), takže nedojde k rozbř ídání základové spáry ( povrchovéodvodnění ). U propustně jších typů zemin a větších př ítocích musíme provádět hloubkovéodvod ňování , a to pomocí čerpaných vrtů, obr. 28.



27

obr. 28: Povrchové odvodnění stavební jámy (a), hloubkové odvodnění stavební jámy (b).

U velmi jemnozrnných zemin se v odůvodněných př ípadech používá vysušování pomocíelektroosmózy a dále elektrochemické vysušování.

9.2.4. Injektování zeminNejčastě ji se používá pro písky a štěrkopísky. Př i tomto způsobu zlepšování základovýchpůd se do nich vhání prostř ednictvím vrtů r ůzné injekční směsi. Vzhledem k velké pórovitostitěchto zemin je spotř eba injekčních směsí vysoká. Nejčastě ji používané směsi a jejichhranice použitelnosti v závislosti na druhu písku jsou na obr. 29.Základním cílem injektáže je buď zvýšit únosnost základové půdy nebo snížit její propustnost

(utěsňovací injektáž). Za účelem utěsňování se provádě jí injektáže rovněž v puklinatýchskalních horninách. Pr ůměry vrtů jsou relativně malé - 80 až 90 mm. Vzdálenosti a hloubkyinjekcí se stanoví podle konkrétního typu zeminy.

obr. 29: Použitelnost injekčních směsí: + jílocement, 2 jíl, 3 vodní sklo, 4 bitumenová emulze.

9.2.5. Armování zeminJedná se o vyztužování zemin. Provádí se u zemních těles (násypů, polštářů, svahů ap.). Dozemního tělesa se vkládají výztuhy tvoř ené pásy nebo sítěmi, které jsou schopné př ejímat

tahová namáhání. Armování nestabilních svahů hř ebíkováním se provádí u zemin v rostlém stavu; do podložíse zarazí ocelové tyče a na ně se upevní sítě, které se mohou v př ípadě potř eby pokrýtstř íkaným betonem.Své uplatnění zde nacházejí i tkané geotextilie.

9.2.6. Stabilizace povrchůStabilizace zemin se často provádí v souvislosti s potř ebou zpevnění povrchu terénu běhemvýstavby (povrch staveniště). Za tím účelem se provádí promísení zeminy nejčastě jis vápnem nebo cementem, ř idčeji s jinými chemickými látkami nebo bentonity. Po zhutnění aztuhnutí povrchové vrstvy dostaneme dostatečně zpevněný povrch, použitelný pro pojezdvozidel ap. Často se z důvodu úspor proces mísení pojiva se zeminou vynechává a provádí

se pouze postř ik povrchu vápenným nebo cementovým mlékem a jeho následné zhutnění.



28

1. VŠEOBECNĚ O ZÁKLADOVÝCH PŮDÁCH....................................................................11.1. Základové půdy z pohledu stavebního inženýra............................................................11.2. Základové půdy z pohledu geologie ..............................................................................2

2. ZEMINY A JEJICH CHARAKTERISTICKÉ ZNAKY..........................................................32.1. Textura zemin ................................................................................................................32.2. Struktura zemin..............................................................................................................32.3. Soudržné a nesoudržné zeminy ....................................................................................4

3. GEOTECHNICKÝ PRŮZKUM...........................................................................................44. ZEMINA JAKO TŘÍFÁZOVÉ PROSTŘEDÍ A JEHO POPIS .............................................6

4.1. Indexové (fázové) vlastnosti zemin................................................................................64.1.1. Zrnitost ....................................................................................................................64.1.2. Pórovitost ................................................................................................................74.1.3. Specifická a objemová hmotnost zemin..................................................................74.1.4. Hmotnostní vlhkost w zeminy..................................................................................8

4.2. Popis stavu nesoudržných zemin ..................................................................................84.2.1. Relativní ulehlost ID .................................................................................................84.2.2. Saturace (stav nasycení vodou)..............................................................................8

4.3. Popis stavu soudržných (jemnozrnných) zemin ............................................................84.3.1. Index konzistence IC................................................................................................94.3.2. Index plasticity IP .....................................................................................................9

5. KLASIFIKACE ZÁKLADOVÝCH PŮD.............................................................................106. PEVNOST A ÚNOSNOST ZÁKLADOVÝCH PŮD..........................................................14

6.1. Smyková pevnost zemin..............................................................................................146.2. Totální a efektivní napětí .............................................................................................15

7. VODA V ZÁKLADOVÝCH PŮDÁCH...............................................................................167.1. Výskyt vody v zeminách ..............................................................................................167.2. Kapilární elevace, kapilární voda.................................................................................177.3. Proudění vody v zeminách, Darcyho zákon ................................................................187.4. Promrzání základových půd ........................................................................................19

7.4.1. Hloubka promrzání zemin .....................................................................................207.4.2. Promrzání nesoudržných zemin............................................................................207.4.3. Promrzání soudržných zemin................................................................................20

8. STLAČITELNOST A SEDÁNÍ ZÁKLADOVÝCH PŮD.....................................................218.1. Pr ůběh stlačování zemin .............................................................................................218.2. Př etvárné charakteristiky zemin pro ur čování jejich stlačení (sedání).........................21

8.2.1. Modul deformace Edef a Poissonovo číslo ν ..........................................................218.2.2. Časový pr ůběh sedání ..........................................................................................23

9. VHODNOST PŮD PRO ZAKLÁDÁNÍ, ZLEPŠOVÁNÍ PŮD ............................................249.1. Hrubé posouzení vhodnosti základových půd .............................................................249.2. Zlepšování základových půd .......................................................................................24

9.2.1. Výměna zeminy.....................................................................................................25

9.2.2. Hutnění..................................................................................................................259.2.3. Odvodnění.............................................................................................................269.2.4. Injektování zemin ..................................................................................................279.2.5. Armování zemin ....................................................................................................279.2.6. Stabilizace povrchů ...............................................................................................27

Documents

ZÁKLADOVÉ PŮDY