7.             Popis a zatřídění skalních hornin a zemin podle evropských norem

V roce 2006 vstupují v České republice v platnost tzv. Eurokódy – normy, jimiž se řídí pojmenování a popis skalních hornin a zemin.

7.1       Pojmenování a popis skalních hornin

Pojmenování a popis skalních hornin se nově od roku 2006 řídí Českou technickou normou  „ČSN EN ISO 14689-1 – Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování hornin – Část 1 : Pojmenování a popis“. Na základě této normy se horniny popisují z hlediska geneze, strukturně-tektonické stavby, zrnitosti, mineralogického složení, pórovitosti a objemu pórů.

7.1.1                       Popis horninového materiálu

●           Barva

K popisu barvy hornin slouží buďto schválená barevná škála nebo subjektivní odhad podle tabulky 7.1.1.1.

●           Zrnitost

Zrnitost skalních hornin se vizuálním odhadem určuje podle průměrné velikosti převládajícího minerálu. Vhodné je popsat zvlášť zrna horniny a zvlášť její základní hmotu.

●           Základní hmota hornin

K popisu základní hmoty jsou využívána přídavná jména jako např. křemičitý, vápenitý, uhelnatý, jílovitý a podobně.

●           Zvětrání a alterace

Zvětrávání a alterace se popisují podle tabulky 7.1.1.2. Názvy, které tabulka obsahuje, lze použít všechny nebo jen některé a lze je vzájemně kombinovat a doplňovat pro přehlednější představu o stavu horniny (např. "zcela odbarvený", "nepatrně odbarvený", a také "zcela odbarvený a nepatrně rozložený").

●           Obsah uhličitanů

Podle obsahu uhličitanů v hornině, který se stanovuje ze síly reakce po aplikaci kapek zředěného chlorovodíku (HCl), se rozlišují jednotlivé typy.

a)      bez uhličitanů (0)

b)      vápenatý typ (+)

c)      vysoce vápenatý typ (++)

Pokud hornina neobsahuje uhličitanovou složku, po aplikaci HCl nešumí. Horninový typ vápenatý vytváří jasnou reakci, která však není trvalá na rozdíl od typu vysoce vápenatého, u něhož při styku s HCl dochází k trvalému a silnému šumění.

●           Stabilita horninového materiálu

Voda i ostatní atmosférické vlivy způsobují rozklad horninového materiálu a ovlivňují jeho stabilitu (tab. 7.1.1.3). Stabilita se hodnotí také u materiálů, které jsou vystaveny účinkům vody a popisují se poté, co jsou ve vodě po dobu 24 hodin (tab. 7.1.1.4).

●           Pevnost v prostém tlaku

K orientačnímu posouzení pevnosti v prostém tlaku hornin slouží tabulka 7.1.1.5. Protože tuto pevnost nelze v terénu stanovit, vyjadřuje se pomocí indexu pevnosti při bodovém zatížení. Součástí zprávy, která popisuje pevnost horniny, je také uvedení velikosti, anizotropie a vlhkosti vzorku a metodika prováděné zkoušky.

7.1.2                       Popis horninového masivu

Součástí popisu horninového masivu je typ horniny, strukturně-tektonická stavba, diskontinuity, zvětrání a informace o podzemní vodě.

●           Struktura

Struktura masivu se popisuje v souvislosti s geologickými charakteristikami širšího okolí a v souvislosti s jednotlivými typy hornin v masivu. K popisu struktury slouží běžné geologické termíny. Příklady jsou uvedeny v tabulce 7.1.2.1.

●           Diskontinuity

Plochami diskontinuit (nespojitostí) jsou např. plochy vrstevnatosti či foliace, pukliny, smykové plochy, zlomy nebo kliváž. Jsou významné zejména proto, že ovlivňují negativně pevnost v tahu nebo smyku, která je pochopitelně u kompaktního masivu vyšší.

U diskontinuit se popisuje především jejich typ, orientace, vzdálenost, průběžnost, drsnost, rozevření, výplň, charakteristika propustnosti. Pokud se vyskytuje systém takových ploch nespojitostí, charakterizuje se také jejich hustota a velikost horninových bloků, vzniklých kombinací systémů diskontinuit. Je-li v horninovém masivu přítomna velká nebo jinak významná diskontinuita, je ji potřeba popsat zvlášť.

Maximální sklon průměrné rovinné diskontinuity se měří sklonoměrem. Zapisuje se dvojmístným číslem a jeho hodnota se pohybuje v rozmezí 00 až 90 stupňů. Taktéž ve stupních a dále ve směru hodinových ručiček vůči severu se měří azimut (směr) sklonu. Jeho zápis je v podobě trojmístného čísla (000 až 360). Oba parametry lze zapsat společně jedním zápisem, azimut sklonu a sklon diskontinuity je oddělen lomítkem (např. 240/50). Obrázek 7.1.2.1 dokumentuje vzájemný vztah mezi sklonem, směrem vrstvy a směrem sklonu.

Vzdáleností diskontinuit se rozumí kolmá vzdálenost mezi dvěmi sousedícími diskontinuitami. Následující tabulky 7.1.2.2 a 7.1.2.3 uvádějí názvy používané při popisu mocností vrstev a vzdálenosti diskontinuit.

Při použití jádrového vrtání není jednoduché stanovit skutečnou vzdálenost mezi diskontinuitami. Měření běžně probíhá podél osy získaného jádra, a proto je v popisu nutné uvádět, jak byla vzdálenost změřena.

Jednotlivé systémy diskontinuit způsobují rozpad horninového masivu na bloky, jejichž velikost se popisuje v souladu s tabulkou 7.1.2.4. Tvar bloků, vztažený ke vzdálenostem diskontinuit, se popisuje podle tabulky 7.1.2.5.

Průběžnost (persistence) diskontinuit je vzdálenost mezi počátkem diskontinuity a jejím ukončením v pevném masivu nebo na jiné ploše diskontinuity. Měří se v metrech.

Drsnost povrchu diskontinuity se popisuje ze tří rozsahů pozorování:

-         malý rozsah (několik mm) – drsný nebo hladký;

-         střední rozsah (několik cm) – rovinný, stupňovitý nebo zvlněný;

-         velký rozsah (několik m) - zvlněný, zakřivený nebo rovinný.

K popisu slouží názvy uvedené v tabulce 7.1.2.6. Použít lze také kombinaci uvedených názvů. Je-li povrch diskontinuity hladký, může být tento stav způsoben ohlazením. Takové povrchy jsou obvykle „naleštěné“ a mohou odrážet světlo.

Rozevření diskontinuity se měří jako kolmá vzdálenost mezi dvěmi plochami diskontinuity. K popisu slouží tabulka 7.1.2.7.

Jsou-li diskontinuity vyplněny, je důležité popsat také materiál výplně, případně u tohoto materiálu stanovit pevnost ve smyku a jeho náchylnost k bobtnání.

Plochami diskontinuit může prosakovat nebo i viditelně protékat voda. Tento jev se popisuje názvy „vlhkost horninového povrchu“ nebo „kapající voda“. Pakliže existuje možnost stanovit rychlost průtoku, popisuje se tato na základě tabulky 7.1.2.8.

●           Zvětrání horninového masivu

Relativní poměr mezi zdravou horninou a horninou zvětráváním odbarvenou, rozkládající se nebo rozpadlou popisuje zvětrání horninového masivu, názvy jsou v souladu s tabulkou 7.1.2.9. Zároveň se popisuje vliv zvětrání masivu na diskontinuity.

Pokud lze jen obtížně danou klasifikaci aplikovat na některé typy hornin, lze použít jednoznačnější místní, účelovou klasifikaci. Stupeň zvětrání masivu lze stanovit při dokumentaci vrtných jader nebo při mapování přírodních a umělých výchozů.

●           Propustnost horninového masivu

Propustnost horninového masivu se stanovuje např. pomocí čerpacích zkoušek, tlakových zkoušek apod.

7.1.3                       Zpráva

V inženýrskogeologických mapách a v profilech vrtů se používá k zakreslování hornin značení podle norem ISO 710-1 až ISO 710-7. Popis musí dále obsahovat jméno autora, datum popisu, podrobnosti o původu odběru vzorků a jejich manipulaci (v souladu s normou ISO 22475), detaily o sběru dat na lokalitě, pojmenování a popis horniny podle ISO 14689-1, vysvětlivky k použitým značkám a názvům.

7.2       Pojmenování, popis a zatřídění zemin

Nově vstupuje v platnost norma „ČSN EN ISO 14688-1“ a „ČSN EN ISO 14688-2“, které stanovují pravidla pro pojmenování a zatřídění zemin pro inženýrské účely.

7.2.1                       Minerální zeminy

Norma definuje zeminu jako soustavu minerálních částic nebo organické hmoty ve formě zeminy, někdy organického původu. Tato soustava může být dělena jemným mechanickým způsobem a obsahovat různé množství vody a vzduchu (ISO 14688). Jako zeminu lze také označit násypy tvořené přemístěnou přírodní zeminou, případně antropogenním materiálem, který má zeminám podobné vlastnosti (drcené kamenivo, popílek apod.).

Popis a zatřídění zemin do systému se ve smyslu této normy řídí blokdiagramem uvedeným na obrázku 7.2.1.1, který umožňuje okamžité terénní použití zkušenými osobami. Při zatřiďování se neberou v úvahu vlhkost a ulehlost, řídí se pouze granulometrickým složením zeminy, plasticitou, obsahem organických látek a genezí zeminy.

Přesnější popis a zatřídění jsou možné po provedení laboratorních zkoušek, jimiž se stanovuje zrnitost, plasticita, obsah organických látek apod.

Základním kriteriem pojmenování je velikost zrna (tab. 7.2.1.1). Pomocí tohoto parametru společně se zrnitostními mezemi lze stanovit mechanické chování zemin. Stanovení granulometrického složení zeminy se provádí podle postupů daných normou ISO 3310-1 a ISO 3310-2. Hrubší frakce se stanoví proséváním standardizovanou sadou sít, jemnější schválenou metodou (např. sedimentací, optickými metodami). Výsledky obou postupů se vynesou do grafu ve formě křivky zrnitosti.

Symboly, jimiž se označují jednotlivé frakce zeminy, jsou odvozeny od anglických názvů.

Základními zeminami jsou zeminy stejnozrnné, které jsou složeny z částic pouze úzké frakce zrnitosti. Většina zemin je však smíšených, tj. obsahují hlavní a druhotnou frakci. Hlavní frakce předurčuje inženýrské vlastnosti horniny a popsána je podstatným jménem (hlavní název), při zápisu pomocí symbolů se píše velkými písmeny. Jedno nebo více přídavných jmen (tzv. upřesňující termíny) udává charakter druhotné frakce, která sice není určující, přesto však inženýrské vlastnosti hornin bude ovlivňovat. Označena je malými písmeny. Např. písčitý štěrk (sandy gravel) bude označen symbolem saGr. Malá podtržená písmena v symbolu označují vrstevnaté zeminy. Uvádějí se po základní frakci zeminy (např. štěrkovitý jíl s vložkami písku má symbol grClsa).

Obsahuje-li hrubozrnná zemina dvě frakce v přibližně stejném poměru, vloží se při jejich plném i symbolickém označení mezi příslušné názvy lomítko (např. štěrk/písek ponese symbol Gr/Sa, jemnozrnný/střední písek bude označen symbolem FSa/MSa).

Pro zatřídění hrubozrnných a velmi hrubozrnných zemin slouží tabulka 7.2.1.2.

Kromě stanovení zrnitosti se dále u hrubých frakcí (zrna velikosti štěrku a větší) posuzuje tvar částic. Popisuje se zaoblení hran a rohů (souborem standardních grafů), obecný tvar a povrchové vlastnosti (tab. 7.2.1.3).

Charakter zrnění u hrubých frakcí zeminy se hodnotí na základě tvaru křivky a parametrů, který tento tvar hodnotí – koeficient křivosti (C_C) a číslo nestejnozrnitosti (C_U; tab. 7.2.1.4).

Další důležitou vlastností je pro štěrky a písky stav ulehlosti. Relativní ulehlost I_D se stanovuje polními zkouškami (např. dynamická penetrace, standardní penetrační zkouška, statická penetrační zkouška, presiometrická zkouška. Názvosloví pro jednotlivé meze indexu ulehlosti jsou v souladu s tabulkou 7.2.1.5.

Barva může do jisté  míry charakterizovat složení zeminy, pomáhá od sebe odlišit minerální a organickou zeminu. Stanovuje se na čerstvém řezu za denního světla. Zaznamenává se také případná změna barev, ke které může docházet vlivem oxidace nebo vysušení vzorku.

Informaci o plasticitě zeminy pomáhá určit pevnost zeminy v suchém stavu, která závisí na množství jemných částic. Měřítko pevnosti lze stanovit na vysušeném vzorku z odporu proti jeho drcení mezi prsty. Na základě rozdrcení mohou být stanoveny pevnosti:

·                    nízká pevnost v suchém stavu – zemina se drobí pod lehkým až mírným tlakem prstů;

·                    střední pevnost v suchém stavu – zemina se rozdrobí pouze pod výrazným tlakem prstů na kousky, které stále vykazují soudržnost;

·                    vysoká pevnost v suchém stavu – zeminu nelze rozdrobit tlakem prstů, ale lze ji rozbít.

Podle výše uvedeného rozboru lze určit, zda jemnozrnná zemina obsahuje prach, pro nějž je charakteristická nízká pevnost, nebo jíl, který je znám svou vysokou pevností. Střední pevnost v suchém stavu svědčí o přítomnosti směsi jílu a prachu.

Zda vzorek jemnozrnné zeminy obsahuje prach anebo jíl, lze také stanovit podle chování při třesení, při stanovení dilatance. Navlhčený vzorek kulovitého tvaru se třese v otevřené dlani poklepem jedné ruky o druhou tak dlouho, dokud se neobjeví na povrchu vzorku voda. Voda zmizí, jakmile se vzorek stlačí mezi prsty. Obsahuje-li zemina prachovité částice, je rychlost, za kterou se voda objeví a po stisknutí dlaně zase zmizí, větší. V případě jílu nemá třesení a stlačení na stav vzorku vliv. Se snižujícím se obsahem prachu (a zvyšujícím se obsahem jílu) se prodlužuje doba, za kterou se voda na povrchu vzorku objeví.

Dalším způsobem, jak od sebe odlišit zeminu s obsahem jílu nebo prachu, je pozorování vzorku při přirozené vlhkosti na řezu nožem. Přítomnost jílu indikuje lesklý povrch řezu, pro prach (příp. jílovitopísčitý prach) je charakteristický matný povrch řezu.

U soudržných jemnozrnných zemin s plastickými vlastnostmi se stanovuje mez plasticity. Po jejím dosažení lze rozhodnout, zda má zemina nízkou nebo vysokou plasticitu. Mez plasticity je dosažena, když se vlhký vzorek zeminy nejprve válí do tvaru válečku o průměru 3 mm a po prohnětení již další válení není možné a z důvodu nízké vlhkosti lze zeminu už pouze hníst.

Nízkou plasticitu mají zeminy s vysokým obsahem prachu. Vzorek je sice soudržný, avšak válečky o průměru 3 mm nelze vyválet. Pokud se daří vyválet vzorek do tenkých válečků, jedná se o zeminu s vysokou plasticitou, která je typická pro jíly. Stupně plasticity jemnozrnných zemin lze vymezit na základě laboratorních zkoušek mezí tekutosti w_L a plasticity w_P. Dle výsledků těchto zkoušek jsou zeminy klasifikovány jako neplastické, nízce plastické, středně plastické nebo vysoce plastické.

Konzistence se u soudržných zemin stanoví manuální zkouškou, na základě níž lze rozlišit zeminu:

·                     kašovitou – zemina se drobí při stlačení v dlani protlačuje mezi prsty;

·                    měkkou – zeminu lze hníst lehkým tlakem prstů;

·                    tuhou – zeminu nelze hníst, lze však v ruce vyválet nedrolící se a nerozpadávající se válečky o průměru 3 mm;

·                    pevnou – při válení válečků o průměru 3 mm se zemina drolí a rozpadá; obsahuje však stále dostatečné množství vlhkosti, aby se z ní opět dala uhníst hrudka;

·                    tvrdou – zemina má většinou světlou barvu (pokud vyschla), není možné ji hníst, drolí se pod tlakem a lze do ní rýpat nehtem.

Pokud se u jílů a hlín stanovuje laboratorně stupeň konzistence I_C, pak se název zeminy řídí tabulkou 7.2.1.6.

O tom, zda zemina obsahuje uhličitany, rozhoduje zkouška kyselinou chlorovodíkovou (v poměru 3:1 nebo 10%). Pokud zemina nešumí po pokapání kyselinou, uhličitany neobsahuje (0). Následuje-li po pokapání krátké zašumění, lze zeminu označit jako vápnitou (+), a pokud je reakce na kyselinu silná a neslábne, zemina se označí jako silně vápnitá (++). Jsou-li zeminy vlhké nebo mokré, reakce na kyselinu chlorovodíkovou se může dostavit se zpožděním.

7.2.2                       Organické zeminy

Rozdělení na „zeminy organické“ a na „minerální zeminy s obsahem organických látek“ se provádí podle tabulky 7.2.2.1.

Je-li zemina tvořena především organickými látkami, řídí se její pojmenování a popis tabulkou 7.2.2.2.

Organické zeminy, čerstvé a vlhké, mají typický bahnitý zápach. Sirovodíkový zápach mají zahnívající a zetlelé organické složky zeminy. Rašeliny se vyznačují nízkou objemovou hmotností a typickým zápachem. Rašelina se stanovuje a popisuje podle stupně rozložení (tab. 7.2.2.3) ve vlhkém stavu stlačením v dlani, a také podle obsahu vlákniny.

7.2.3                       Vulkanické zeminy

Objemová hmotnost vulkanických zemin je relativně nízká, protože částice těchto zemin obsahují dutinky. Barva zemin je závislá na vlastnostech původního magmatu.

Tyto zeminy mohou být v terénu rozpoznány podle přítomnosti pum a vulkanického skla, případně mohou být stanoveny metodou měření objemu vulkanického skla.

Pojmenování a popis vulkanických zemin se řídí velikostí zrna, strukturou a barvou (tab. 7.2.3.1).

7.3       Zadání programu

Zatřiďte zeminu na základě zrnitostní křivky a v případě jemnozrnných zemin také dle příslušných vlastností zadaných na cvičeních, a to podle evropských norem.