MECHANIKA HORNIN A ZEMINMechanika hornin a zemin • Fázové prost ředí hornin a zemin • Popisné a fyzikální vlastnosti hornin • Proud ění vody horninami • Fyzikáln

Přednášky pro studenty byly vytvořeny v rámci projektu: „Inovace studijního oboru geotechnika“ financovaného z prostředků EU a státního rozpočtu ČR.

Inovace studijního oboru Geotechnika reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.0009

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

podklady k přednáškám

doc. Ing. Ko řínek Robert, CSc.

Místnost: C 314

Telefon: 597 321 942 E-mail: [email protected]

Internetové stránky: fast10.vsb.cz/korinek



Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Zemní stavby a konstrukce

Všeobecná geologie

Inženýrská geologie

Statika

Mineralogie, petrografie

Pružnost a plasticita

Mechanika hornin a zemin

Zakládání staveb

Pozemní, dopravní, vodní stavby

Inženýrské a geotechnické stavby



Mechanika hornin a zemin

• Fázové prostředí hornin a zemin

• Popisné a fyzikální vlastnosti hornin

• Proudění vody horninami

• Fyzikálně-chemické vlastnosti, konsolidace zemin

• Klasifikace hornin pro inženýrské účely

• Napětí a napjatost v horninových tělesech

• Deformační charakteristiky hornin

• Pevnostní parametry hornin

• Konsolidace zemin

• Geotechnické kategorie, mezní stavy

• Filtry, konstrukce filtrů

• Stabilita svahů, sanace svahových poruch

• Tlaky zemin na konstrukce

• Úprava vlastností zemin, zhutňování zemin

• Modelování v geomechanice, geotechnický monitoring

Literatura: Šimek a kol.: Mechanika zemin, SNTL Praha 1990 Hulla a kol.: Mechanika zemín a zakladanie stavieb, ALFA Bratislava 1991



Zvětrávání mechanické či chemické

Geologický smysl Inženýrský smysl

HORNINA

SKALNÍ POLOSKALNÍ ZEMINY

VAZBY-primární

VAZBY-sekundární

SLOŽENÍ

• Živce 60%

• Pyroxen, amfibol 17%

• Křemen 12%

• Slídy 4%

• Ostatní 7%

SLOŽENÍ



Odlišnost zeminy od jiných látek:

-sestává ze tří fází (látky partikulární) a) b) c) d)

vzájemný poměr těchto fází a jejich vzájemný vztah definuje 4 aspekty partikulární povahy zemin:

- Mechanická interakce,

- Chemická interakce,

- Fyzikální interakce,

- Vzájemný podíl na přenášení zatížení mezi jednotlivými fázemi



Vznik zemin

Z hlediska vzniku zemin rozlišujeme:

- Zeminy reziduální, geologicky eluvium

- Zeminy sedimentární: � Naplavené, říční � Svahové � Váté � Ledovcové � Mořské usazeniny

Z hlediska historie zatížení a fyzikálně – mechanických vlastností rozlišujeme:

a) Zeminy normálně konsolidované

b) Zeminy překonsolidované

σz σx σz σx

σz σx

ZEMINY

Normálně

konsolidované Překonsolidované



Mineralogické složení

Zeminy obsahují: a) Prvotní materiály – mechanické zvětrávání horninových minerálů b) Druhotné minerály – chemické zvětrávání prvotních minerálů. Největší význam

jílové minerály. Hlavní skupiny jílových minerálů:

7A

G

S

G

S

7A

Pevná vazba

Schéma krystalické mřížky kaolinitu

Vodní molekuly

+ kationty

v mezivrstvách

10

A

10

A

Schéma krystalické mřížky montmorillonitu

Vázaný kationt

10

A

10

A

Schéma krystalické mřížky illitu



Druhy vod v zemin ě

Voda volná: Gravitační

Kapilární

Voda vázaná: Pevně (adsorbovaná)

Slabě (osmotická)

Hydroskopická

Difuzní obal minerálních povrchů

1 –

2 –

3 –

4 –

5 – 1

2 3

4

5

lyosféra (difuzní obal)



Struktura zemin

Makrostruktura – lze ji pozorovat okem nebo lupou

– může být výsledkem:

• Vzniku zemin,

• Změn, které nastaly po sedimentaci,

• Způsobem zpracování zeminy jako stavebního materiálu

Mikrostruktura – je třeba rozlišovací schopnosti mikroskopu

– ovlivňuje:

• Velikost zrn při sedimentaci:

- u větších zrn převládá gravitační účinek. Pro všechny

prachové, písčité a větší částice bude struktura mít

povahu jednotlivých zrn –

- u zrn < 0,01 mm (tzv. koloidy s měrným povrchem > 25

m2/g) bude struktura mít povahu

• Přenosové prostředí,

• Prostředí, ve kterém sedimentace probíhala.

Stabilita struktury:

Zeminy metastabilní – změnou struktury při zatížení nebo zavodnění dochází

ke změně objemu.

Zeminy objemově nestálé – projevem je prosednutí nebo bobtnání.





nesoudržné zeminy soudržné zeminy

fyzikální stav závisí na pórovitosti fyzikální stav závisí na vlhkosti

mechanické vlastnosti ovlivňuje především ulehlost

mechanické vlastnosti závisí v rozhodující míře na konzistenčním stavu zeminy

stlačitelnost malá, možné dobře zhutnit vibrací

stlačitelnost střední až vysoká, vibrace pro zhutňování málo účinné

o smykové pevnosti rozhoduje úhel vnitřního tření, který prakticky nezávisí na vlhkosti

úhel vnitřního tření je nízký, často rozhoduje soudržnost, která závisí na vlhkosti zeminy

Výměnné kationty v jílech

Změna kationtů v podzemní vodě vede k výměně kationtů v adsorbčním komplexu.

Schopnost kationtů nahradit kationty původního adsorbčního komplexu.

Zlepšování vlastností zemin – fyzikální i mechanické

Fe3+

> Al3+

> H+ > Ca

2+ > K

+ > Na

+



Agresivita podzemních vod

Vody hladové: - různá tvrdost

- vyluhují vápno ze stavebních hmot

Vody kyselé: - pH <7

- Reagují s volným CO2 a vytvářejí rozpustné soli

Vody uhli čité: - obsahují volný agresivní CO2

- Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

- CaCO3 je rozpustný

Vody síranové: - obsahují SO4-2

- Ca(OH)2 + SO4 → CaSO4 + H2O

- CaSO4 je rozpínavý

Vody ho řečnaté: - obsahují MgCl2 (chlorid hořečnatý)

- jsou méně časté

Vody alkalické: - obsahují amonné soli, oleje, tuky, mastné kyseliny H2S



Obsah uhli čitanu vápenatého

Forma výskytu:

Přítomnost CaCO 3 způsobuje:

Indikace na míst ě – kyselina HCl:

Větší množství CaCO3 – příčina sv ětlých odstín ů barvy zeminy.



Obsah organických látek

Největší obsah:

Charakteristické znaky :

Nevhodné jsou v podložce zemních těles nebo uložené uvnitř tělesa.



Barva a zápach zeminy

Základní barva

Šedá až černá barva

Žlutá až hn ědá barva

Modrozelená

Zápach vápna

Hnilobný zápach

Documents

MECHANIKA HORNIN A ZEMINMechanika hornin a zemin • Fázové prost ředí hornin a zemin • Popisné a fyzikální vlastnosti hornin • Proud ění vody horninami • Fyzikáln