přednáška 2

1,09
3 0,100 2,05
4 0,150 2,68
5 0,200 3,24
6 0,150 3,19
7 0,100 3,11
8 0,050 2,88
První
zatěžovací
cyklus
Odlehčení
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Kontaktní napětí p v MPa
č e
n í
d e
sky
y
v m
m
1
9 -10
9 0,000 2,38
10 0,000 2,38
11 0,050 2,72
12 0,100 2,96
13 0,150 3,14
14 0,200 3,40
15 0,150 3,29
16 0,100 3,17
17 0,050 2,97
18 0,000 2,48
Odlehčení
Druhý
zatěžovací
cyklus
3,00
3,50
4,00
Z a
t l a
č e
n í
d e
sky
1.zatěž.cyklus 1.cyklus - odlehčení
2.zatěž.cyklus 2.cyklus - odlehčení
y5
14
Výpočet modulu přetvárnosti
square6 Pro výpočet modulu přetvárnosti se používá vztah podle
Boussinesqovy teorie:
E modul přetvárnosti [MPa]
( )212 νpi −⋅⋅⋅= yrpE
boxshadowdwn
boxshadowdwn p specifický tlak na desku [MPa]
boxshadowdwn r poloměr zatěžovací desky, podle S4 SŽDC se používá 0,15 m [m]
boxshadowdwn y celkové zatlačení zatěžovací desky [m]
square6 Pro ν = 0,21 a r = 0,15 m platí:
y
p
y
rpE ⋅=⋅⋅= 225,05,1
Lehká rázová dynamická zkouška
square6 Při této zkoušce se na pružinu na zatěžovací desce spouští závaží
po vodicí tyči. Snímačem se měří zrychlení vibrace desky a
výpočtem se stanoví zatlačení. Ráz se třikrát opakuje.
square6 Stanovení hodnoty dynamického modulu je velmi snadné a rychlé
(do 3 minut) a bez protizávaží.
square6 Nevýhodou zkoušky je skutečnost, že není možné přímo přepočítat
dynamický modul na statický modul přetvoření.
square6 Dynamický modul je ovlivňován fyzikálními vlastnostmi zeminy jiným
způsobem než statický modul přetvárnosti.
square6 Z tohoto důvodu se orientační rázová zkouška u SŽDC používá
vždy v kombinaci se statickou zatěžovací zkouškou. Přepočítací
koeficient se použije pouze v omezeném okolí statické zkoušky a
pouze pro vrstvy ze stejného materiálu.
square6 V standardu DB jsou hodnoty dynamického modulu pro
charakteristické druhy zemin podloží a požadavky na konstrukční
části (zemní pláň, pláň tělesa železničního spodku).
Lehká rázová dynamická zkouška
( ) ( )22 1212 ννpi −⋅⋅⋅=−⋅⋅⋅=
elel
dyn yr
F
y
prE
p specifický tlak na desku [Pa]
r poloměr zatěžovací desky, používá se 0,15 m [m]
yel pružné zatlačení zatěžovací desky [m]
F velikost působící síly na desku, a to v okamžiku maximálního impulzního rázu [N]
Lehká rázová dynamická zkouška
1 – závaží
2 – vodicí tyč
3 – tlumič rázu – pružina
4 – zatěžovací deska
5 – snímač zatlačení
6 – napájecí konektor
7 – řídící a vyhodnocovací jednotka
8 – výstupní zařízení, tiskárna
9 - zdroj
Zdroj [1]
Penetrační zkoušky
square6 Zpravidla doplňkové zkoušky.
square6 Statická penetrační zkouška – vhodné pro jemnozrnné jílovité,
prachovité a písčité zeminy (elektrický, mechanický nebo
piezoelektrický hrot).
square6 Dynamická penetrační zkouška – vhodné pro hrubozrnné zeminy
(štěrk) a proměnlivé prostředí.
square6 Výhody zkoušky:
boxshadowdwn spojitý obraz o pevnostních a deformačních charakteristikách po hloubce
pražcového podloží;
boxshadowdwn stanovení rozhraní vrstev s výrazně rozdílnými charakteristikami, polohy
a hloubky deformačně málo odolných nebo porušených zemin;
boxshadowdwn určení zóny zvětrávání, smykových ploch apod.;
boxshadowdwn na základě empirických metod lze stanovit konzistenci resp. ulehlost
zemin, oedometrický a deformační modul, parametry smykové pevnosti;
boxshadowdwn možnost posouzení náchylnosti nasycených zemin na ztekucení vlivem
dynamického namáhání.
Dynamická penetrační zkouška
square6 Zaráží se soutyčí se speciálním hrotem ve tvaru kužele.
square6 Hmotnost závaží podle typu soupravy:
boxshadowdwn lehká souprava DPL 10 kg;
boxshadowdwn střední DPM 30 kg;
boxshadowdwn těžká DPH 50 kg;
boxshadowdwn velmi těžká DPSH 63 kg.
square6 Z počtu úderů N na zaražení o 20 cm resp. 10 cm se vypočítá
měrný dynamický penetrační odpor:
square6 Q tíha závaží [kN]; H výška pádu závaží [m];
square6 P tíha penetrační sondy (hrot, soutyčí atd.) [kN]
square6 A průřezová plocha hrotu [m2]
square6 N počet úderů e vnik hrotu, 0,1 resp. 0,2 m
( ) ][
2
MPaPQeA NHQqdyn +⋅⋅ ⋅⋅=
Empirické metody určení parametrů
square6 Určení stupně ulehlosti
square6 Určení deformačního modulu
( )
( )10
10
log55,014,0
log38,023,0
NI
NI
D
D
⋅+−=
⋅+=
square6 Koeficient α:
boxshadowdwn 5,3 – 9,0 pro písčité štěrky;
boxshadowdwn 3,8 – 5,0 pro jílovité štěrky;
boxshadowdwn 2,0 pro málo vlhké písky;
boxshadowdwn 1,0 pro písky zvodnělé;
boxshadowdwn 3,0 – 5,0 pro prachy a jíly.
dyndef qE ⋅= α
Statická penetrační zkouška
square6 Postupné zatlačování penetrační sondy rychlostí 20 mm/s:
boxshadowdwn speciální hrot „Begemann“ a sada penetračních tyčí.
boxshadowdwn po 20 cm se měří odpor vnikání
square6 Empirickými metodami lze určit Ic a Edef
sstt fqq +=
Ic Qst [MPa] Konzistence
0,05 0
0,25 0,5 Kašovitá
0,50 0,5 – 1,0 Měkká
1,00 1,0 – 2,0 Tuhá
1,35 2,0 – 4,0 Pevná
1,66 > 4 Tvrdá
8,121,2 +⋅=
⋅=
stdef
stdef
qE
qE α pro qst < 5,0 MPa, přitom α = 2 až 5
pro qst > 5,0 MPa
Stanovení CBR
square6 Měří se odpor zeminy nebo zkoušeného
materiálu proti penetraci (průniku
předepsaného kovového trnu určitou rychlostí
do zkušebního vzorku zeminy). Parametr se
vyjadřuje v procentech odporu při penetraci
trnu do normového materiálu, tj. do drceného
kameniva.
Jedná se o porovnávací metodu, horninový square6
vzorek se porovnává s normovým materiálem,
kterým je drcené kamenivo.
square6 Pevnost zeminy podle CBR se pomocí grafů
převádí na další deformační charakteristiky
(modul pružnosti nebo modul reakce).
Zdroj: www.geoslovakia.sk/mechzem.htm
Určení propustnosti materiálu z křivky zrnitosti
Laného kriterium
40
50
60
70
80
90
100
JÍL PRACH PÍSEK ŠTĚRK
O b
s a
h z
r n
[ %
h m
o t n
o s
t i ]
zemniny nepropustné
zeminy málo propustné
mezní
čára ne
propus
tnosti
mezn
í čára
propu
stnost
i
0
10
20
30
O b
s a
h z
r n
Velikost zrn [mm]
0,001 0,002 0,005 0,01 0,02 0,06 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 60
zeminy propustné
Kapilární výstup vody v zeminách
hmax8
10
12
14
16
18
20
V ý
š k
a k
a p
i l á
r n
í h o
v ý
s t u
p u
v o
d y
[
m ]
hs
Obsah zrn menších než 0,02 mm [%]
0 10 20 30 40 50 60 70
0
2
4
6
V ý
š k
a k
a p
i l á
r n
í h o
v ý
s t u
p u
v o
d y

hmax - maximální výška kapilárního výstupu vody
hs - výška kapilárního výstupu vody při 100 % saturaci zeminy
Namrzavost zemin (Scheibleho kritérium)
dle ČSN 721002 „Klasifikace zemin pro dopravní stavby“
Stlačitelnost zemin
square6 Vlastnost zeminy závislá na zatížení, v důsledku kterého se zemina
deformuje pružně, pružno plasticky nebo plasticky.
square6 Zeminy se deformují z následujících důvodů:
boxshadowdwn zrna zeminy se vzájemně posouvají a zakliňují se, snižuje se pórovitost;
boxshadowdwn jednotlivá zrna vykazují vlastní deformaci;
boxshadowdwn z pórů zeminy je vytlačována voda.
square6 Závislost působícího napětí a stlačení vyjadřuje:
boxshadowdwn modul deformace Edef zjišťovaný v triaxiálu;
boxshadowdwn oedometrický modul Eoed zjišťovaný v jednoosém oedometru.
oedoeddef
oed
EEE
E
⋅




−
⋅−=⋅=
∆
∆=
ν
νβ
ε
σ
1
21
Vhodnost zemin dle ČSN 73 6133
square6 Norma ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby z
listopadu 1993 byla zrušena vydáním ČSN 73 6133 (leden 2010).
Vhodnost zemin dle ČSN 73 6133
Namáhání železničního spodku
square6 Dopravní zatížení železniční tratě:
boxshadowdwn statické a kvazistatické:
square6 tíha kolejových vozidel;
square6 působení odstředivých a řídících sil v obloucích;
square6 účinky bočního větru.
boxshadowdwn dynamické síly:
square6 brzdné a rozjezdové síly;
square6 způsobené nepravidelnostmi pojížděné plochy kolejnic a jízdní plochy kol,
případně nekruhovitostí kol;
square6 způsobené změnami v tuhosti uložení koleje v podélném i příčném směru;
square6 rázové síly na kolejnicových stycích, nekvalitních svárech, srdcovkách apod.
nebo od plochých kol.
square6 Nedopravní zatížení železniční tratě:
boxshadowdwn povětrnostní vlivy;
boxshadowdwn klimatické změny.
Funkce pražcového podloží
square6 Přenos statický a dynamických účinků od kolejových vozidel z
kolejového roštu na zemní pláň:
boxshadowdwn v oblasti pružných deformací.
square6 Rovnoměrnost přenosu sil od dopravního zatížení:
boxshadowdwn vhodné konstrukční uspořádání;
deformační odolnost;boxshadowdwn
square6 Dostatečný tepelný odpor:
boxshadowdwn vhodné konstrukční uspořádání;
boxshadowdwn vhodná volba materiálů.
Roznos dopravního zatížení
Plocha
A = 1 cm
A = 200 cm
A = 750 cm
A = 1500 cm
A = 10000 cm
rs
H
bs
sb
2
2
2
2
2
Kolo / kolejnice
Kolejnice / podložka /
Podkladnice / pražec
Pražec / kolejové lože
Kolejové lože /
Styčná plocha
Kolová síla: Q = 100 kN
podkladnice
Hlavní napětí
= 1000 MPa
= 2,5 MPa
= 0,7 MPa
= 0,3 MPa
= 50 kPa
σ
σ
σ
σ
σ
rs
H
bs
sb
konstrukční vrstvy
Roznos dopravního zatížení
45
°45°
Druh zeminy Číslo nestejnozrnnosti
cu
Ulehlost
ID
Kvalita
hutnění D
Penetrační odpor
SP, GP, SM, GM, G-
F, GC
≤ 3 ≥ 0,50 ≥ 0,98 ≥ 15
SP, SW, GP, GW,
GC, SM, GM, G-F
> 3 ≥ 0,65 ≥ 1,00 ≥ 15
Podmínky zvětšení roznášecího úhlu na 60°dle DIN 1094
Oblast roznosu zatížení
Modul ložnosti
square6 Působením nápravového tlaku dojde k pr