ZKOUŠKY ZEMIN


 Konvenční - empirické

- zrnitost

- konzistenční meze – mez tekutosti, plasticity, index plasticity

- zhutnitelnost,

- Kalifornský poměr únosnosti CBR
- okamžitý index únosnosti IBI

Funkční - nové laboratorní zkoušky simulující namáhání od dopravního zatížení a klimatických vlivů jako v reálné vozovce, např.

- triaxiální zkouška

- namrzavost – přímá metoda (především na upravených zeminách)

- modelové experimentální zkoušky – full scale

 

Důležité vlastnosti zeminy

Při budování násypu, resp. podloží vozovky, je třeba stanovit a ověřit:

1. Zhutnitelnost

2. Přetvárné charakteristiky:

– Kalifornský poměr únosnosti (CBR)

– okamžitý index únosnosti (IBI)

ZRNITOST dle ČSN CEN ISO/TS 17892-4

- stanovení křivky zrnitosti prosévací zkouškou, případně hustoměrnou zkouškou
- určení vhodnosti použití zeminy pro těleso pozemní komunikace
- stanovení namrzavosti

ZHUTNITELNOST
 Účinek zhutnění na zeminu

Při hutnění zeminy dochází k vyplnění mezer (pór) mezi většími zrny menšími, do jejichž mezer (pór) zapadají ještě menší zrna => zvýšení objemové hmotnosti.

Účinek hutnění závisí mimo jiné i na vlhkosti zeminy => mazací účinek vody v zemině usnadňuje hutnění.


Proctorova zkouška

Dle R. R. Proctora (1933) - Zrychlení původního sedání násypů

Princip:

Zpočátku platí, že se vzrůstající vlhkostí zeminy roste její objemová hmotnost (účinek hutnění roste) Následně začne voda vyplňovat i póry v zemině => brání tak jejich zemině vyplnění menšími zrny zeminy => objemová hmotnost klesá (účinek hutnění klesá).

Cílem je nalézt optimální vlhkost wopt, při které se dosáhne maximální objemové hmotnosti zeminy ρd,max – maximální zhutnění (vrchol křivky).


Dle ČSN EN 13286-2

Princip hutnění:

1. Na zeminu ve formě (Proctorově moždíři) dopadá pěch, který ji hutní.

2. Pěch má menší průměr než forma.

3. Forma se otáčí a zemina je tak postupně hutněna v celé její ploše


Původně existovala pouze Proctorova zkouška standardní.

Později byla rozšířena na Proctorovu zkoušku modifikovanou (vyšší hutnící účinek, větší hloubky prohutnění, hrubozrnný materiál)


Proctor Standard
- Váha pěchu 2,5 kg
- Výška dopadu: 305 mm
- Počet zhutňovaných vrstev: 3
- Počet úderů na vrstvu:
- 25 pro Ø 100 mm
- 56 pro Ø 150 mm
- VHODNÉ PRO PODLOŽÍ (jemnozrnné zeminy)

Proctor modifikovaný
- váha pěchu 4,5 kg
- výška dopadu: 457 mm

- Počet zhutňovaných vrstev: 5

- Počet úderů na vrstvu:

- 25 pro Ø 100 mm

- 56 pro Ø 150 mm
- VHODNÉ PRO MATERIÁL DO KONSTRUKCÍ VOZOVEK (zrnitý)


Postup zkoušení:

(Proctor standard)

1. cca 15 kg zeminy frakce 0/16 mm

2. Stanovit objem a hmotnost zhutňovací formy

3. Smontovat zhutňovací zařízení

4. 3 vrstvy po 25 dobře rozmístěných úderech pěchu

5. Oříznutí zbytku poslední vrstvy zhutněné nad rozměr formy

6. Stanovení hmotnosti zhutněného vzorku i s formou s přesností 1 g

7. Vytlačení vzorku z formy

8. Odběr vzorku na stanovení vlhkosti zhutněné zeminy (20-30 gramů)


Výsledky stanovení zhutnitelnosti zemin:

Zkouší se na sadě 5 vzorků

Vykreslení závislosti mezi objemovou hmotností suché zeminy a vlhkosti

Najít ρd,max a wopt

Vykreslit křivku 0% mezerovitosti (neboli saturace S=100%, 0% vzduch. pórů)

ρ= m/V
V = π × r2 × H
ρd = 100ρ / (100 + w)

Míra zhutnění

Poměr suché objemové hmotnosti vzorku odebraného z hotové úpravy ρd (stavba) a srovnávací maximální laboratorní objemové hmotnosti ρd,max (lab) , uvádí se v %.

D[%] = ρd (stavba) / ρd,max (lab) × 100
D = (90 – 100%)


Přímé stanovení objemové hmotnosti na stavbě ρd (stavba)

Pomocí membránového objemoměru (jamková metoda)
Určení ρd suché zeminy z objemu jamky, hmotnosti a vlhkosti odebrané zeminy

 

KALIFORNSKÝ POMĚR ÚNOSNOSTI CBR

Měření modulu pružnosti zemin je obtížné => v roce 1930 byla vyvinuta v USA zkouška CBR (California Bearing Ratio)


Princip zkoušky:

1. Zatlačování ocelového válcového trnu průměru 50 mm rychlostí 1,27 mm/min do zkušebního vzorku zeminy.

2. Stanoví se síla potřebná k určité velikosti zatlačení trnu do zkušebního vzorku

3. Tato síla se porovná s referenční hodnotou

4. CBR = poměr dosažené a referenční hodnoty síly v %

Postup zkoušky:

1. Zhutnění vzorku zeminy pomocí Proctorova zařízení při wopt (56 úderů po 5 vrstvách, forma Ø 150 mm, h = 120 mm)

2. Zrání vzorku před zkouškou:

- Saturace 4 dny ve vodě

- Zrání 3 dny na vzduchu (90% vzduš. vlhkosti), 4 dny při saturaci vzorku CBR,

3. Přitížení zatěžovacími prstenci (simulují účinky od dopravy)

4. Pod zkušební lis, ocel. trn těsně nad zhutněnou vrstvu

5. Zatěžování ocel. trnem Ø 50 mm rychlostí 1,27 mm/min.

6. Zaznamenává se zatlačení po 0,5 mm a odpovídající síla


ε = Δl/l

Hodnocení podle kategorií:

- 1. kategorie … do 3 mm

- 2. kategorie … do 5 mm

- 3. kategorie … do 7 mm

- 4. kategorie … nad 7 mm

Vyhodnocení – křivka síly/penetrace

1 - Standardní tvar - (konkávní)

2 – Konvexní tvar - (vlivem nerovností povrchu) => OPRAVIT

CBR [%] = (Naměřená síla / Standardní síla) × 100 %

penetrace [mm]

Standardní síla [kN]

2,5

13,2

5

20


Výsledky CBR2,5 a CBR5,0. Výsledné CBR je vyšší hodnota z obou hodnot.
Minimální hodnota CBR je 15 %, jinak je nutno zeminu zlepšit.

OKAMŽITÝ INDEX ÚNOSNOSTI IBI

Pro rychlé posouzení zejména upravených a zlepšených zemin (např. zda jsou schopny bez dokončeného zrání přenést staveništní provoz)

Postup zkoušky:

- Příprava a zhutnění vzorku je stejné jako u CBR

- Neprobíhá zrání => zkouška okamžitě po zhutnění a bez přitěžovacích prstenců

- Pro upravené (zlepšené) zeminy

NAMRZAVOST ZEMIN
Vlastnost zeminy, projevující se zvětšováním objemu při teplotě pod bodem mrazu a stálému přísunu vody. Voda obsažená v pórech zvětší svůj objem až o 9 %. Následek vzniku mrazových zdvihů a následné snížení únosnosti.

Posouzení podle dvou metod:

1) Nepřímá metoda na základě zrnitosti – Scheibleho kritérium:

Zemina je nenamrzavá když obsah zrn < 0,002 mm je < 3 %

Zemina je nebezpečně namrzavá když obsah zrn < 0,063 mm je > 35 %

Scheibleho kritérium

2) Přímá metoda dle ČSN 72 1191
- 17 hodin saturace
- 120 hodin zkoušení
 

β = Δh / (ΔIm)0,5

Δh – naměřený zdvih zkoušeného vzorku [mm]

Im – index mrazu [°C×hod]

Míra namrzavosti

Průměrná hodnota β

Nenamrzavé

< 0,25

Mírně namrzavé a namrzavé

0,25 až 0,50

Nebezpečně namrzavé

> 0,50

 

KONTROLA MÍRY ZHUTNĚNÍ ZEMIN A SYPANIN ČSN 72 1006

Přímé metody
- jamková metoda (pomocí membránového objemoměru)
Nepřímé metody
- statická zatěžovací zkouška
- lehká dynamická deska

 

Jamková metoda

- slouží ke kontrole zhutnění podloží a tělesa násypu

- porovnání objemové hmotnosti na stavbě dle ČSN 72 1010 a v laboratoři při wopt

- dříve vyřezávací kroužek, nyní membránový objemoměr

Statická zatěžovací zkouška

- Ø desky 300 mm, tlak ručně hydraulicky

- Vyhodnocení Edef,2 , poměr Edef,2 / Edef,1

Lehká dynamická deska

- pro rychlejší kontrolu

- nutno nakalibrovat pro daný druh zeminy na statiku

- v normě nejsou požadované mezní hodnoty

- při pochybnostech rozhoduje vždy statická zatěžovací zkouška

Další nepřímé metody:

- Kompaktometr – umístění na hutnícím válci

- Radiometrická metoda – jemnozrnné, písčité zeminy

- Penetrační metody – vtlačování kuželovitého hrotu na tyči

(např. DCP)