Mechanika zemin - tahák

1. JAKÉ ZEMINY TVOŔÍ ZÁKLADOVOU PŮDU
Základová půda se třídí podle únosnosti, stlačitelnosti a propustnosti. K zatřídění se používá také křivka
zrnitosti. Základovou půdu tvoří:
A) horniny skalní – velká pevnost daná soudržností, na stlačitelnost , malá propustnost. Jsou-li rozpukány nebo rozděleny dislokačními polohami, pak pevnost těchto bloků je dána třením.
B) horniny nesoudržné – nekohezní- písčité – jsou nestmelené, úlomkovité skalní horniny, např. suti. Patří sem písky a štěrky a jejich pevnost závisí na tření částic mezi sebou a stlačitelnost na ulehlosti či na nakypřenosti.
C) horniny soudržné – kohezní – jílovité patří sem jíly, silty, spraše a sprašovité hlíny. Jejich pevnost je dána soudržností (kohezí), jsou stlačitelné a málo propustné.
D) organické půdy – měkké, stlačitelné, propustné, velmi málo únosné.
E) násypy – jejich vlastnosti závisí na druhu materiálu, jeho ulehlosti a stáří.
2. JAK ZLEPŠUJEME VLASTNOSTI ZÁKLADOVÝCH PŮD, CO VEDE KE ZHORŠENÍ
Kvalita základových půd je závislá nejen od vlastností, ale i od jejich geologické příslušnosti, od jejich vzniku a původu. Od tzv. genetických vlastností základových půd jsou většinou nehomogenní a anizotropní a prodělaly během geologického období různé procesy a změny tzv. diagenetické. Zlepšení vlastností:
A) cementací – do zeminy jsou vnášeny zpevňující látky
B) utěsňováním – nanášení jílovitých částic do sypkých zemin
C) konsolidací – stlačením – např. nadložními vrstvami – zlepšení pevností zeminy.
Zhoršení vlastností:
A) zvětrání – je způsobeno fyzicko-chemickými nebo mechanickými činiteli.
B) sufóze – vyplavování jemných částic vodou.
3. KTERĚ VLASTNOSTI ZEMIN SE URČUJÍ PŘÍMO NA STAVENIŠTI
Určujeme: barvu a vzhled povrchu, tvar a druh částic, zápach zeminy, konzistenci a ulehlost zeminy. Dále provádíme zatěžovací zkoušku, určení modulu přetvárnosti zeminy, penetrační zkoušku (buď dynamickou nebo statickou), dále: čerpací pokus (propustnost základové půdy), geofyzikální měření, měření tlaku zemin, napětí vody v pórech
4. JÍLOVÉ MINERÁLY, BOBTNÁNÍ, TRIXOTROPIE
Jílové minerály mají tyčinkový nebo lístkový tvar, což způsobuje vzhledem k jejich ohromnému množství, že plocha těchto minerálů je veliká. Jílové minerály vznikají rozpadem z horninotvorných minerálů, jsou to druhotné nerosty. Jejich atomy tvoří krystalové mřížky z vodnatých křemičitanů hlinitých. Jejich velikost je nepatrná (5 – 0,001)μ. Výhoda = pohyblivost krystalové mřížky a vysoká absorpční schopnost .
3 skupiny:
A) kaolinitická – kaolinit , metakvarcit – nemají velkou absorpční schopnost a ve styku s vodou nebobtnají. Vznikly rozpadem zásaditých živců a slíd v kyselém prostředí.
B) montmorillonická – vznikly rozpadem vápenatých živců a vulkanických skel v zásaditém prostředí. Může u nich nastat výměna bází. Dochází k poutání vody. Tyto jíly snadno a nebezpečně bobtnají a nejsou vhodné pro základové půdy.
C) illitická – mají rovněž schopnost přijímat velké množství vody a vznikly rozpadem slíd.
THIXOTROPIE způsobuje, že u prohněteného jílu se po určité době začnou znovu vytvářet vazby mezi vodou a jílovitými částicemi. Zvýšení pevnosti až o 85% původní pevnosti zeminy.
5.DRUHY VODY V ZEMINÁCH
A) v plynném stavu – vodní pára ve vzduchu nebo v pórech zeminy .
B) voda vázaná - obalová, molekulární – pevně vázaná , hygroskopická nebo absorpční, volněji vázaná, obklopuje zrna hydroskopickou vrstvičkou tl.0,005 – 0,01μ
C) voda volná – gravitační, kapilární
D) voda v tvrdém stavu – čočky ledu v půdě
E) voda chemicky vázaná – krystalová voda ( je méně vázaná v krystalové mřížce, při teplotě 105°C se vypaří), voda konstituční ( je součástí molekul minerálů a vypudí se při teplotách 450-600°C.
6.POLNÍ ZKOUŠKY
Při sondování zjišťujeme barvu zeminy v čerstvém stavu hned po vytěžení. Organické zeminy, barva šedá až černá, špatná únosnost, velká stlačitelnost ;pestře zbarvené = látky s nepříznivými chem. vlastnostmi ( modrozelená = pyrit, podzemní voda může být agresivní).Zápach zeminy, vzhled povrchu zeminy – lesklý, matný, hedvábný, pórovitý, sametový; tvar a druh zrn – určení struktury a textury, určení stavby zeminy jako celku; měření obsahu vápna (uhličitan vápenatý CaCO3) zvětšuje propustnost a snižuje plastičnost
Při obsahu CaCO3 nad 1% zemina šumí, obsah 5% šumí silněji a trvaleji. Podle obsahu CaCO3 rozeznáváme zeminy slinité (5-25%), slíny (25-60%), vápnité zeminy (více jak 60%). Konzistence – kašovitá, měkká, pevná, tuhá, tvrdá = soudržné. Ulehlost – ulehlé, středně ulehlé, neulehlé (kypré) = nesoudržné. Zatěžovací zkouška, čerpací zk., nálevová zk., měření tahu v půdě, geofyzikální metody.
7. K ČEMU SLOUŽÍ URČENÍ KŘIVKY ZRNITOSTI
Ke zjištění druhu zeminy a jejího pojmenování podle ∆ diagramu, ke stanovení propustnosti, ke zjištění vhodnosti zeminy pro stavbu z hrází, ke zjištění namrzavosti, jak je zemina stejnozrnná poznáme podle – strmosti, určujeme podle čísla stejnozrnitosti,ke zjištění hmotnosti
8.OBJEMOVÁ HMOTNOST, PÓROVITOST, ULEHLOST A NESOUDRŽNOST
Objemová hmotnost zeminy – váha objemové jednotky i s póry, které mohou být zaplněny vodou nebo plynem.
Objemová hmotnost sušiny se měří vysušením do stálé váhy při 105°C.ρd
Pórovitost – je poměr pórů k původnímu objemu. n
Číslo pórovitosti – poměr objemu pórů k objemu sušiny zemin. Pórovitost je důležitá u písků, protože podíl jejich ulehlosti a nakypřenosti usuzujeme na pevnost a stlačitelnost, má vliv i stejnozrnnost ( různě zrnité písky n= 0,23 – 0,3 a stejnozrnné písky n= 0,38 – 0,45). Určujeme relativní hmotnost a podle ní ulehlost a neulehlost. e
9.OBSAH VODY, VLHKOST A KONZISTENCE ZEMIN
Vlhkost – rozumí se množství vody, které se odstraní vysušením do stálé váhy při 105°C. Podle normy určujeme vlhkost váhovou a objemovou.
Konzistence – hraje důležitou úlohu u jílovitých zemin, podle obsahu vody, může být zemina v různých konzistencích. Podle ní můžeme usuzovat na pevnost a stlačitelnost zeminy nebo propustnost.
Propustnost je menší čím větší je mez tekutosti, avšak pevnost a stlačitelnost je nejpříznivější. Podle konzistence můžeme určit i druh jílovitých minerálů.
10.TECHNICKÉ VLASTNOSTI ZEMIN
Pevnost zemin a hornin – při namáhání zeminy dojde nejčastěji k poruše smykem a odpor ve smyku představuje hlavní zdroj pevnosti zemin. Potřebujeme ji znát ke statickému určení stabilitních úloh v mechanice zemin. Pro znázornění napjatosti používáme Mohrovo zobrazení. Mohr předpokládá, že dojde k porušení usmýknutím pevné smykové plochy.
11.PEVNOST PÍSČITÝCH ZEMIN
Zdrojem smykové pevnosti je jen vnitřní tření mezi zrny skeletu. U písků existuje tzv. nepravá soudržnost, která je dána povrchovým napětím vody mezi jednotlivými zrny. Po vysušení nebo provlhčení zeminy vymizí. Pevnost zemni závisí na druhu zeminy, vlhkosti a tvaru částic, na konzistenci a vlhkosti, na vlivu rychlosti a velikosti porušování vzorku, na teplotě při níž pevnost zjišťujeme, a také na upnutí vzorku v přístroji.
12.NAPJATOST V ZEMINÁCH
potřebná k výpočtu sedání. Za předpokladu, že platí Hookův zákon, dovedeme řešit napjatost pro řadu idealizovaných hmot. Základem idealizované hmoty je Boussinesqův poloprostor, těleso omezené na jedné straně na druhé straně ve všech směrech nekonečně a zaujímající tedy polovinu prostoru. Je vyplněn zeminou izotropickou, tj. se stejným modulem pružnosti E ve všech bodech pružného poloprostoru a ve všech směrech v každém bodě. Základová půda nehomogenní a anizotropní se považuje za ideální prostředí a předpokládá se, že pro ni platí vztahy z teorie z pružného poloprostoru.
13.ROZDĚLENÍ NAPĚTÍ V ZÁKLADOVÉ SPÁŘE
Jeho velikost závisí na tuhosti základové konstrukce, na druhu základové půdy a na vztahu modulu kce a zálk. půdy. Tuhé základy (betonové) se neprohýbají, teoreticky je na jejich okrajích nekonečné napětí. Vlivem plastických přetvoření se nekonečné napětí na okrajích zmenší a uprostřed zvětší. Vznikne tak sedlovité rozdělení napětí, které však platí pro zeminy, které se stlačují do velkých hloubek, např. jíly. Sedlovité rozdělení se mění podle toho, jak velké je napětí vzhledem k únosnosti zeminy( mění se podle paraboly až na zvonovité na mezi únosnosti) Na rozdělení napětí má i vliv hloubka založení.
14.ÚNOSNOST ZÁKLADOVÉ PŮDY – NESOUDRŽNÉ ZEMINY
Únosnost značí zatížení, které základová půda unese, aniž by se porušila. Od únosnosti musíme rozeznávat zatížení, které lze připustit, má-li sedání. Zůstat v přípustných mezích. Podle únosnosti a sedání určujeme dovolené namáhání zákl. půdy. Nesoudržné zeminy mají poměrně velkou únosnost, neboť tření zabraňuje, aby se vytvořila smyková plocha. Na únosnost na nesoudržné zemině mají vliv tyto faktory – hloubka založení, šířka základů, objemová tíha zeminy( pozor na vliv vody). Zvláštní pozornost je třeba věnovat pískům neulehlým, mají značnou pórovitost, je třeba je před založením pořádně hutnit. Zakládání na písku je solidní, málo stlačitelné, pokud to nejsou písky mnoho nakypřené.
15.ÚNOSNOST ZÁKLADOVÉ PŮDY – SOUDRŽNÉ ZEMINY
Opět plyne z pevnosti. Pevnost zemin závisí na způsobu konsolidace. Zemina má možnost konsolidovat v období stavby, pak se čára pevnosti jeví jako přímka , jako u písků s malou soudržností a velkým úhlem tření. Zemina nemá možnost konsolidovat v období stavby, pak se čára pevnosti jeví jako konstantní hodnota se značnou soudržností a malým úhlem tření. Tam kde má zemina malou soudržnost je únosnost dána vztahem p= (*D.
16.ČÍM JE DÁNA HLOUBKA ZALOŽENÍ
Statickými výpočty – únosnost a sedání zákl. půdy, hloubkou promrzání, úrovní hladiny podzemní vody, technologickými podmínkami – v prostředí s agresivní podzemní vodou je snaha ponechat aspoň část nepropustné zeminy mezi základem a zvodnělým štěrkem, na objemových změnách jílovitých zemin – pokud se jim vlhkost snižuje snižují objem. ( vlhkost se zvyšuje = bobtnají)
17. SEDÁNÍ ZÁKLADŮ
Při výpočtu se