Klasifikace zeminy a charakteristiky stavu zemin

Základním kvalitativním znakem zemin je zrnitostní složení, které je určeno zrnitostní křivkou. Zrnitostní křivka je součtová čára, jejíž každý bod udává, kolik procent z celkové hmotnosti vzorku činí hmotnost

všech zrn menších než určitý průměr zrna d v milimetrech.

ČSN 731001 rozlišuje:
jemné částice f – menší než 0,063 mm
            - jílová složka c (clay) – částice menší než 0,002 mm
            - prachová složka m – (silt) – částice 0,002 – 0,063 mm
hrubé částice – 0,063 – 63 mm
            - písčitá složka s (sand) – částice v rozmezí 0,063 – 2 mm
            - štěrková složka g (gravel) – 2 – 63 mm
velmi hrubé částice – větší než 63 mm
            - kamenitá složka cb (cobbles) - 63 – 200 mm
            - balvanitá složka b (boulders) - > 200 mm

Postup při zatřiďování zemin
            - stanovení křivky zrnitosti a vyhodnocení odpovídajících frakcí f, s, g, cb, b
            - velmi hrubé částice (d > 63 mm) se v této fázi vyjmou, zaznamená se jejich celkový hmotností podíl v zemině
            - klasifikace dle trojúhelníkového diagramu
            - upřesnění zatřídění dle doplňkových kritérií – charakter křivky zrnitosti, plasticita

Stanovení zrnitosti zeminy

Prosévací (promývací) zkouška
1) Odebrání vzorku zeminy
2) Rozdělení vzorku na potřebnou zkušební navážku
3) Vysoušení v sušárně (110°C)
4) Zvážení vysušeného vzorku
5) Promísení vzorku
6) Pro odplavení jemných částic promývání vodou přes¨síto 0,063 mm (použití ochranného síta např. 2 mm).
7) Obsah na sítě 0,063 mm se znovu vysuší
8) V případě zeminy bez obsahu jemných částic (< 0,063 mm) lze kroky 4) – 7) vynechat
9) Prosévání vysušené zeminy – ad 7) na ostatních sítech (mechanicky doplněné ručně)
10) Zvážení zbytků na každém sítě a také jemných částic < 0,063 (k hmotnosti jemných částic se připočte hmotnost jemných částic, které byly odplaveny v kroku 6)
11) Vypočte se procentuální podíl zbytků na každém sítě z celkové hmotnosti a odpočtem od 100% celkové procento propadu, stanoví se podíl f, s, g.

Hustoměrná zkouška

- Zrnitost zemin o velikosti zrna menším než 0,063 mm nelze zjišťovat pomocí sít => nepřímý postup pomocí hustoměrné zkoušky.

- Stanovuje se pouze u zemin, nikoliv u kameniva

Princip zkoušky:

- Zemina s vodou, která se zachytí při promývání přes síto 0,063 mm se rozmíchá.

- Tato suspenze se vlije do odměrného válce.

- Následně se pomocí hustoměru stanovuje hustota suspenze v různých časových intervalech od počátku zkoušky (30 s, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 hod, 2 hod.…), až do ustálení hustoty.

- V průběhu času zemina sedimentuje.

- Zkouška se provádí na 3 vzorcích zeminy.

- Z hustoty lze následně vyjádřit zrnitost zeminy jemných částic.

 

Trojúhelníkový diagram

 

Výchozí skupiny klasifikačního systému – dle trojúhelníkového diagramu

 

základní skupina	symbol	počet tříd	kvalitativní znaky
jemnozrnná zemina	f	8 (F1 – F8)	f > 35 %
písčitá zemina	s	5 (S1 – S5)	f < 35 %, s > g
štěrkovitá zemina	g	5 (G1 – G5)	f < 35 %, g > s

 

Obsah jemných částic v zemině

f < 5 %                   - podíl jemnozrnné zeminy se v názvu nezohledňuje
5 % < f < 15 %       - jedná se o příměs jemnozrnné zeminy (S-F)
15 % < f < 35 %     - podíl jemnozrnné zeminy se v názvu zohledňuje přídavným jménem (SM -písek hlinitý)

35 % < f < 65 %     - jedná se o jemnozrnnou zeminu, podíl písčité nebo štěrkovité složky se zohledňuje přídavným jménem (CS – jíl písčitý)
f > 65 %                 - jemnozrnná zemina, další třídění dle digramu plasticity

 

Doplňková kritéria pro klasifikaci zemin

Charakter křivky zrnitosti – pro čisté písky a štěrky

 

číslo nestejnozrnitosti - $c_u=\frac{d_{\mathrm{60}}}{d_{\mathrm{10}}}$

číslo křivosti -    

 

d₆₀ – průměr zrn odpovídající 60% propadu

d₃₀ – průměr zrn odpovídající 30% propadu

d₁₀ – průměr zrn odpovídající 10% propadu

 

dobře zrněné – symbol W                – písky – c_u > 6  a c_c = 1-3

                                                         – štěrky – c_u > 4

špatně zrněné – symbol P               – nejsou splněny výše uvedené podmínky

 

Plasticita zemin – pro zatřídění je potřeba stanovit I_p, w_P, w_L

Zeminy, které obsahují větší procento jílových minerálů, vykazují plastické chování. Rozsah vlhkosti, při které se tyto zeminy chovají jako plastické, určuje číslo (index) plasticity I_p. Hodnoty indexu plasticity závisí na množství a povaze jílových minerálů.

 

Konzistenční meze

Mez smrštitelnosti w_s - přechod z tuhého do polotuhého stavu

Mez plasticity w_P - přechod z polotuhého do plastického stavu

Mez tekutosti w_L - přechod z plastického do tekutého stavu

 

Stanovení vlhkosti na mezi tekutosti w_L

- kuželová zkouška dle ČSN CEN ISO/TS17892-12

- použitá frakce zeminy: 0/0,4 (resp. 0,5)

- 2 typy kuželů:           kužel 1 (60g / 60°)

kužel 2 (80g / 30°)

Postup:

- do zeminy o určité vlhkosti vniká kužel a stanovuje se hloubka vpichu v mm

- min. 3 měření při různé vlhkosti (3 x 200g)

w_L je vlhkost při vpichu kužele:              kužel 60g – 10 mm
                                                               kužel 80g – 20 mm

Stanovení vlhkosti na mezi plasticity w_P

Postup:

- navlhčení vzorku zeminy (200g) do těstovité konzistence

- hnětení (v ruce do tvaru koule) a rozdělení vzorku

- válení dlaní na skleněné podložce → vznik válečku, který je vysoušen dlaní

- Cíl: válečky délky 1 cm a ∅ 3 mm

- Zjištění hmotnosti vlhkých a suchých válečků → vlhkost w_P

 

Index plasticity:   I_p = w_L –  w_P

 

_{diagram plasticity}

Hodnoty indexu plasticity závisí na množství a povaze jílových minerálů. Hodnoty w_L, I_p jsou třeba pro další upřesnění tříd zemin:
c - jíl (bod leží v diagramu plasticity nad čarou)
m - hlína (bod leží v diagramu plasticity pod čarou)
Jíly a hlíny můžeme blíže specifikovat pomocí meze tekutosti na zeminy s plasticitou:
L - nízkou (low) - w_L < 35 %
I - střední (intermediate) - w_L = 35 - 50 %
H - vysokou (high) - w_L = 50 - 70 %
V - velmi vysokou (very high) - w_L = 70 - 90 %
E - extrémní (extremly) - w_L > 90 %