9. Orientační posouzení některých charakteristik zemin

Velmi důležité pro inženýrskogeologickou praxi jsou orientační posouzení některých charakteristik zemin pro určité vybrané účely, která budou v této kapitole postupně uvedena.

Pro orientační posouzení některých charakteristik zemin jsou účelově využívány modelové či mezní křivky zrnitosti, pro orientační přiřazení parametrů jsou využívány tabulkové hodnoty - směrné normové charakteristiky nebo třídy těžitelnosti.

Je důležité uvědomit si, že takto získané charakteristiky jsou pouze orientační a pro bližší určení je nutné provést laboratorní či terénní zkoušky. I přesto je účelné toto posouzení využívat, protože přináší řadu rychle, snadno a bezplatně získaných důležitých informací.

Velké praktické využití mají zejména směrné normové charakteristiky (součást ČSN 73 1001), které uvádějí hodnoty nejdůležitějších fyzikálně-mechanických vlastností vybraných typů zemin (tříd základové půdy). Tyto hodnoty byly stanoveny na základě rozsáhlého souboru laboratorních i terénních zkoušek na celém území České a Slovenské republiky.

I po přijetí evropských norem (ČSN EN ISO 14688-2 Geotechnický průzkum a zkoušení - Pojmenování a zatřiďování zemin - Část 2: Zásady pro zatřiďování) je využívaní směrných normových charakteristik stále účelné, protože jsou levným a zkušenostmi ověřeným zdrojem orientačních informací o fyzikálně-mechanických vlastnostech. Dále je důležité uvědomit si návaznost nově prováděných průzkumů na již provedené, protože tyto charakteristiky v nich byly použity.

Směrné normové charakteristiky jsou zpracovány zvlášť pro jemnozrnné (tab. 9.1), písčité (tab. 9.2) a štěrkovité zeminy (tab. 9.3) a uvádí nejdůležitější fyzikálně-mechanické parametry zemin pro účely zakládání staveb. U písčitých a štěrkovitých zemin se jedná o Poissonovo číslo n, přenosový součinitel β, objemovou tíhu γ, efektivní soudržnost c_ef, dále o modul deformace E_def a efektivní úhel vnitřního tření φ_ef, které závisí na relativní ulehlosti (hutnosti). Všechny parametry směrných normových charakteristik jemnozrnných zemin závisí na konzistenci a oproti písčitým a šterkovitým zeminám jsou rozšířeny o totální úhel vnitřního tření φ_u a totální soudržnost c_u.

Další praktickou aplikací využívající typ zeminy a skalní horniny je jejich zatřídění do tříd těžitelnosti dle ČSN 73 3050 Zemní práce. Například na základě charakteru zeminy, u jemnozrnných zemin doplněného konzistencí, u štěrkovitých zemin doplněného ulehlostí, můžeme v těchto tabulkových normových hodnotách určit třídu těžitelnosti. Těžitelnost vyjadřuje odpor horniny vůči rozpojení, uložení na dopravní prostředek, dopravě výkopku na okraj stavební jámy. Mírou těžitelnosti je množství práce, potřebné na vykonání uvedených činností. Třídy těžitelnosti jsou uvedeny na tab. 9.4. a blíže se touto problematikou zabývá 8. kapitola.

Křivku zrnitosti posuzované zeminy získanou z granulometrické analýzy lze porovnat z modelovými, případně obalovými křivkami specifickými pro danou charakteristiku. Na základě tohoto srovnání je možné zeminu z hlediska dané charakteristiky orientačně posoudit například dle:

• propustnosti,
• koeficientu filtrace,
• namrzavosti,
• genetického typu,
• seizmických účinků způsobujících ztekucení zemin,
• vhodnosti zemin pro zemní hráze,
• metod zlepšovaní vlastností zemin,
• zrnitostního složení odpovídajícího optimálnímu složení směsí stabilizovaných zemin
• vhodnosti pojiva pro stabilizaci,
• vhodné injekční směsi,
• možnosti použití injekční směsi metodou Soilcrete.
• možností zhutnění vibrací s doplňováním materiálu a vibroflotací,
• vhodnosti zemin pro zhutňování technologií Franki,

 

Pro orientační posouzení propustnosti (obr. 9.1) je využíváno dvou mezních křivek zrnitosti, které reprezentují hranici mezi nepropustnými a velmi málo propustnými zeminami (křivka M) a mezi málo propustnými a propustnými zeminami (křivka L). Z grafu je zřejmá všeobecně známá skutečnost, že s rostoucí velikostí zrn se zlepšuje propustnost dané zeminy.

Pro posouzení koeficientu filtrace jsou využívány části modelových křivek umístěných na čáře odpovídající 10 nebo 20% hmotnostního podílu uvažované zeminy. Čísla u částí křivek pak reprezentují záporný exponent, jímž je umocněn koeficient filtrace (obr. 9.2) posuzované zeminy. Toto orientační určování koeficientu filtrace je jedním z mnoha podle různých autorů a blíže se touto problematikou zabývají cvičení z předmětu Hydrogeologie. Nepropustná zemina je charakterizována koeficientem filtrace 10^{-9 m.s-1 a nižším, polopropustná 10-9} až 10^{-8 m.s-1 a propustná 10-8 a vyšším.}

 Pro orientační posouzení namrzavosti zemin se využívá diagramu (obr. 9.3), který je rozdělen pěti mezními křivkami zrnitosti na šest oblastí s různou mírou namrzavosti. Voda obecně při zmrznutí zvětšuje svůj objem, což způsobuje mimo jiné snížení soudržnosti zemin. Nejvíce nebezpečná z hlediska namrzavosti je oblast s převládajícími jílovými a prachovými zrny vzhledem k velké přirozené vlhkosti, která však může být výrazně snížena v závislosti na stupni konzistence. V oblasti s převládajícími štěrkovými zrny existuje možnost, že se jílová a prachová zrna vmísí do intergranulárních prostor štěrkových zrn, čímž mohou způsobit zvýšení jejich namrzání. V diagramu je také vymezena hranice namrzavosti zrn (0,125mm).

 

 Modelové zrnitostní křivky základních typů zemin jsou zobrazeny na obrázku 9.4.

Modelové zrnitostní křivky určitých vybraných genetických typů zemin mají charakteristický tvar, který je patrný z obrázku 9.5. Je zřejmé, že granulometrické složení jednotlivých genetických typů zemin může v určitém rozmezí kolísat (např. zrnitostní křivka 7 i 8 na obr. 9.10 reprezentuje spraš).

V důsledku seismických - dynamických účinků se výrazně snižuje efektivní napětí a zvětšuje neutrální napětí, což způsobuje snižování smykové pevnosti. Působení seismických účinků na štěrkovité nebo písčité zeminy nacházející se pod hladinou podzemní vody způsobuje jejich ztekucení (obr. 9.6).

Z hlediska orientačního posouzení vhodnosti zeminy pro zemní hráze lze použít následující diagram (obr. 9.7), rozdělený třemi mezními křivkami do čtyř oblastí. Každá vymezuje zeminy, vhodné pro určitou část zemní hráze. Čára zrnitosti zemin vhodných pro těsnící část hrází by měla ležet v oblasti 1 a 2, pro stabilizační část v oblasti 3 a 4.

Na následujícím obrázku 9.8 jsou znázorněny příklady využití metod zlepšování vlastností zemin v závislosti na granulometrickém složení uvažované zeminy.

Stabilizace jinou zeminou je účinná tehdy, jestliže se smísí sypká zemina se soudržnou v takovém poměru, aby soudržná zemina vyplňovala póry sypké. Směrnice, stanovené v různých zemích, určují optimální složení směsí stabilizovaných zemin (obr. 9.9).

Zlepšování vlastností zemin jejich smísením s jinými látkami se nazývá stabilizace. Rozsah použitelnosti některých druhů pojiv ukazuje obr. 9.10.

Vztah mezi zrnitostním složením zemin a vhodností použití vybraných injekčních směsí je znázorněn na obrázku 9.11, kde je zobrazeno šest modelových zrnitostních křivek. Čísla u nich označují typ injekční směsi vhodný pro zeminu s daným granulometrickým složením. Pro použití dané injekční směsi je rozhodující kromě účelu injektáže především velikost intergranulárních prostor injektované zeminy a velikost zrn injekční směsi. Na grafu jsou uvedeny jen vybrané typy injekčních směsí.

Metodou Soilcrete firmy Keller se zhotovují zpevněné pilíře v zemině pomocí injekční směsi. Tato metoda má široký rozsah použití v zeminách různých zrnitostí (obr. 9.12).

Pro zhutňování jemnozrnných zemin je možno použít vibraci s doplňováním materiálu, čímž se vytvoří štěrkové pilíře v málo propustném horninovém prostředí. V písčitých a štěrkovitých zeminách lze využít metodu vibroflotace. Rozsah použití je znázorněn na obrázku 9.13.

Vhodnost zemin pro zhutňování pomocí technologie Franki je znázorněna na obrázku 9.14. Technologie spočívá v zatlačení ocelové sondy (příčný průřez rovnoramenného Y) do požadované hloubky, v níž je daná zemina zhutňována jednotlivými příčnými žebry.