Zkouen zemin a hornin podle novch norem Semin

Zkoušení zemin a hornin podle nových norem Seminář ČAIG, 7. 3. 2011, Přemysl Urban

ČSN EN ISO 22475 Odběr vzorků zemin, skalních hornin a vody ČSN EN 1997 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí Část 1: Obecná pravidla TP a TKP www. pjpk. cz Pojmenování a zatřiďování zemin ČSN EN ISO 14688 -x, 14689 -x ČSN EN 1997 Eurokód 7: Část 2: Průzkum a zkoušení základové půdy NORMY PRO ÚPRAVY ZEMIN POJIVY NORMY PRO LABORATORNÍ ZKOUŠKY Zrušené: ČSN 731001 72 1002 73 3050 NORMY PRO POLNÍ ZKOUŠKY NORMY PRO SPECIÁLNÍ GEOTECHNICKÉ PRÁCE ČSN 73 6133 Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací PŘÍLOHY A až E

ČSN EN 1997 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí Část 1: Obecná pravidla Část 2: Průzkum a zkoušení základové půdy Geotechnický průzkum a zkoušení – ČSN CEN ISO/TS 17892 -1 až 12 ČSN EN ISO 22476 -XX V českém překladu (únor 2011) Laboratorní zkoušky zemin Normy pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy ČSN EN 13286 -2 Proctorova zk. ČSN EN 13286 -47 CBR+lineární bobtnání Terénní zkoušky Část 2 - Dynamická penetrační zkouš. Část 3 - Standardní penetr. zkouška Část 12 - Statická pen. zkouška (CPTM) ČSN 73 6186 - CBR in situ (od 2011)

Pojmenování, popis a odběry vzorků ČSN EN ISO 14688 -1 Pojmenování a zatřiďování zemin Část 1: Pojmenování a popis Část 2: Zásady pro zatřiďování ČSN EN ISO 14689 -1 Pojmenování a zatřiďování hornin Část 1: Pojmenování a popis ČSN EN ISO 22475 -1 Geotechnický průzkum a zkoušení – Odběry vzorků a měření podzemní vody

Normy zrušené - konflikt s EN normami ČSN 731001 Základová půda pod plošnými základy ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby ČSN 72 1001 Pojmenování a popis hornin ČSN 73 3050 Zemní práce ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí ČSN 73 0037 Zemní tlak na stavební konstrukce ČSN 73 1002 Pilotové základy ČSN pro laboratorní zkoušky zemin s výjimkou dále uvedených…. .

Normy zůstávající nadále v platnosti ČSN 72 1006 Kontrola zhutnění zemin a sypanin ČSN 72 1010 Stanovení objemové hmotnosti zemin. Laboratorní a polní ČSN 72 1022 Laboratorní stanovení uhličitanů v zeminách ČSN 72 1018 Laboratorní stanovení relativní ulehlosti ČSN 72 1026 Labor. stan. smyk. pevnosti vrtulkovou zkouškou ČSN 72 1021 Labor. stanovení organických látek v zeminách ČSN 72 1019 Laboratorní stanovení smršťování zemin ČSN 72 1029 Stanovení adsorpce vody podle Enslina

Normy pro úpravy zemin ČSN EN 14 227 -xx Směsi stmelené hydraulickými pojivy Část 10: Zeminy upravené cementem Část 11: Zeminy upravené vápnem Část 12: Zeminy upravené struskou Část 13: Zeminy uprav. hydraulickými silničními pojivy Část 14: Zeminy upravené popílkem

Normy provádění speciálních geotechnických prací • vrtané piloty • ražené piloty • injektáže • trysková injektáž • vyztužené zemní konstrukce • mikropiloty • hloubkové zlepšování zemin • hloubkové zhutňování zemin vibrátorem • svislé drény……

Normy pro inženýrskogeologický a geotechnický průzkum na Slovensku • Eurokód 7 - část 1, 2 • Vzhledem k všeobecným požadavkům na průzkum v E 7 -2 příloze B dochází k revizi některých norem, které nebudou v konfliktu s Eurokódem 7 • Revize STN 730090 Geotechnický priezkum pre zakladanie stavieb (obsahuje požadavky na IG průzkum ) • STN 72 1001 Klasifikácia zemín a skalných hornín • STN 73 1001 Geotechnické konštrukcie. Zakladanie stavieb • EU normy pro laboratorní zkoušky nebyly implementovány

Porovnání norem – hranice Ic a pevnosti Parametr ČSN 73 6133 (odpovídá 731001) ČSN EN ISO 14688 -1, 2 ČSN EN ISO 14689 -1 STN 72 1001 Ic tuhá/pevná 1, 00 0, 75 0, 90 Pevnost hornin R 1 -R 6 Odpovídá STN (bez R) R 0 -R 6 Extrémně nízká R 6 (0, 5 -1, 5 MPa) Extrémně měkká R 6 (<1) Velmi nízká R 5 (1, 5 -5, 0 MPa) Velmi měkká R 5 (1 -5) Nízká R 4 (5 -15 MPa) Měkká R 4 (5 -25) Střední R 3 (15 -50 MPa) Středně pevná R 3 (25 -50) Vysoká R 2 (50 -150 MPa) Pevná R 2 (50 -100) Velmi vysoká R 1 (>150 MPa) Velmi pevná R 1 (100 -250) Extrémně vysoká - Extrémně pevná R 0 (>250)

Parametr ČSN 73 6133 ČSN EN ISO 14688 -1, 2 ČSN EN ISO 14689 -1 STN 72 1001 Ulehlost ID - 0 -15 velmi kyprý Porovnání norem ČSN 731001 15 -35 kyprý ID<kyprý 35 -65 středně ulehlý ID = 33 -67 65 -85 ulehlý ID> 67 85 -100 velmi ulehlý Organické látky >6% nepoužitelné pro stavbu zemního tělesa PK (výjimky: ohumusování svahů apod. ) 2 -6% nízko 6 -20% středně >20% vysoko organická <3% písčité <5% jílovité se zanedbávalo

Revidovaná ČSN 73 6133 Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací – Příloha A-E • • Klasifikační systém ze zrušené ČSN 73 1001 Nová klasifikace zemin pro pozemní komunikace Obrázek A 1 -Diagram plasticity Tab. A 1 - Vhodnost zemin pro PK Tab. A 2 - Rozlišení plasticity zemin Tab. A 3 - Rozlišení konzistence zemin Tab. A 4 - Zatřídění hornin podle pevnosti (R 1 -R 6) Obr. A. 2 - Kriterium namrzavosti podle zrnitosti

ČSN 73 6133 – Příloha B, C • Tab. B. 1 - Nejmenší požadovaný stupeň bezpečnosti (smykové parametry vrcholové, kritické a reziduální pro zeminy v násypu a zářezu) • Tab. C. 1 - Limitní hodnoty výluhu popílku

ČSN 73 6133 – nově vhodnost zemin pro PK • Tab. 1 Použitelnost zemin pro stavbu zemního tělesa (orientační význam – rozhodující je skutečný stav a podmínky materiálu) • Nepoužitelné, Nevhodné, podmínečně vhodné, vhodné ( k přímému použití bez úprav) • Tab. A 1 vhodnost zemin pro PK (nevhodná, podmínečně vhodná, vhodná) do násypu a AZ

ČSN 73 6133 Příloha D • Těžitelnost zemin - Tabulka D. 1 • Pro stavby PK se stanovují 3 třídy těžitelnosti v závislosti na pevnosti horniny a na průměrné vzdálenosti diskontinuit • Třída 1 – běžné výkopové mechanizmy (buldozery, rypadla, ručně prováděné výkopy) • Třída 2 – speciální rozpojovací mechanizmy • Třída 3 – trhací práce (obydlené oblasti lze rovněž použít mechanizmy třídy 2)

ČSN 73 6133 – Příloha E • Vlastnosti zvláštních typů zemin • E. 1 - vlastnosti spraše a sprašových hlín, náchylnost k prosedání • E. 2 - vlastnosti vátého písku • E. 3 - vlastnosti hlušinové sypaniny (sypanina z hlubinných uhelných dolů-pískovce, prachovce, jílovce, sypanina ze severočeských uhelných dolů-vysoce plastické jíly a jílovce)

F 4 CS sasi. Cl F 4 CS grsacl. S

F 7 MH sasi. Cl F 7 MH grsi. Cl

Chyba!! ! správně si. Cl

Zatřídění zemin a hornin podle nových norem • ČSN EN ISO 14688 -1 Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování zeminČást 1 Pojmenování a popis • ČSN EN ISO 14682 -2 Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování zeminČást 2 Zásady pro zatřiďování • ČSN EN ISO 14689 -1 Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování horninČást 1 Pojmenování a popis

ČSN CEN ISO/TS 17892 -1 až 12 Laboratorní zkoušky zemin • • Část 1: Stanovení vlhkosti Část 2: Stanovení objemové hmotnosti Část 3: Stanovení zdánlivé hustoty Část 4: Stanovení zrnitosti Část 5: Stanovení stlačitelnosti v edometru Část 6: Kuželová zkouška Část 7: Zkouška pevnosti v prostém tlaku u jemnozrnných zemin

ČSN CEN ISO/TS 17892 -1 až 12 Laboratorní zkoušky zemin • Část 8: Stanovení pevnosti zemin nekonsolidovanou neodvodněnou triaxiální zkouškou • Část 9: Konsolidovaná triaxiální zkouška vodou nasycených zemin • Část 10: Krabicová smyková zkouška • Část 11: Stanovení propustnosti zemin při konstantním a proměnném spádu • Část 12: Stanovení konzistenčních mezí zemin

Stanovení meze tekutosti zemin Švédský kužel Cassagrandeho miska

Konzistenční meze Švédským kuželem • Eurokód 7 upřednostňuje kuželovou zkoušku před Cassagrandeho • menší ovlivnění laborantem, není vnášen dynamický prvek • mechanismus závisí na smykové pevnosti • pro běžný IG průzkum způsob stanovení zanedbatelný • u nízkoplastických zemin w. L Cassagrande o cca 2 -3% nižší • u vysokoplastických zemin w. L Cassagrande o cca 4% vyšší • pozor na porovnávání archivních údajů • na Slovensku nedošlo k implementaci norem, používá se Cassagrande • porovnávání údajů různých zkušebních laboratoří • nekombinovat u jedné zakázky obě metody ani v rámci jedné laboratoře

ČSN CEN ISO/TS 17892 -6 Kuželová zkouška • Stanovení neodvodněné smykové pevnosti u nasycených soudržných zemin • Zkouška má být považována pouze za indexovou • U nehomogenních vzorků se získají hodnoty cu, které nereprezentují celý objem vzorku

Index bodové pevnosti (Point Load Test)

Index bodové pevnosti (Point Load Test) - IS 50 • I=F/D 2 (MPa) • F…mezní zatěžovací síla (N) • D…vzdálenost hrotů před započetím zatěžování (mm) - při vzdálenosti hrotů jiné než 50 mm je nutno index I přepočítat na hodnotu IS 50 , Úprava hodnot dle orientace působení síly (kolmo, II s osou jádra, nepravid. tělesa)

Laboratorní vrtulková zkouška ČSN 72 1026

Použití základních indexových zkoušek ve fázi předběžných průzkumů a studií • Korelace a predikce geomechanických parametrů § propustnost, zhutnitelnost, prosedavost, bobtnavost – fce(w. L, IP) § předvídatelnost smykových a deformačních parametrů zemin § neodvodněná pevnost Cu = 170 e-4. 6 IL § index stlačitelnosti CC=1. 38 IP

The California Bearing Ratio- CBR (O. James Porter – California Division of Highways Před 1940, vzletová hmotnost 12 tun , zatížení 6 tun/kolo 1942, B 29 Superfotress, vzletová hmotnost 60 tun

• CBR prstenec 2 kg - 700 mm přitížení vozovkou posouzení únosnosti AZ • IBI (IPI) bez prstenců, bez zrání, saturace materiál v násypu, PN

CBR a IBI CBR IBI

CBR a IBI in situ (ČSN 736186 platná od ledna 2011) I B I C B R

CBR a IBI in situ

CBR in situ

Zkouška IBI –okamžitý index únosnosti (Immediate Bearing Index) • Jako CBR bez zatěžovacích prstenců • nezahrnuje dobu zrání a saturaci • Pro rychlou kontrolu únosnosti zemin (možnost sjízdnosti běžnou technikou na stavbě. . IBI minim. cca 5%) • Kontrolní a průkazní zkoušky materiálu v násypu se prokazují IBI: • podloží násypu neupravených zemin: IBI = minim. 5 % • podloží násypu u upravených zemin: IBI = minim. 10% • násyp u upravených i neupravených zemin IBI=min. 10% • Úpravy zemin (ČSN EN 14227 -10 až 14) – průkazní zkoušky a splnění parametrů IBI, CBR, prokazování shody při budování zemního tělesa

CBR+lineární bobtnání při CBR • • Hodnota CBR se rozumí po 96 hod saturace Zrušení návrhové vlhkosti z původní normy Bylo upuštěno oproti minulosti od stanovení CBR na základě vodního režimu (voda se dostává do konstrukce vozovky i jiným způsoben, než kapilárním vzlínáním – TP 170) CBR – průkazní zkouška pro aktivní zónu, po upravených i neupravených zemin (minim. CBR = 15% pro podloží PIII, 30% pro P II, 50% pro PI ) CBR - charakteristikou únosnosti podloží pro navrhování vozovek Předvídatelnost modulu přetvárnosti (údaje CDV: Edef 2 (CBR=15% Edef 2 pravděpodobná hodnota 35 MPa, 99% bude mezi 20 -50 MPa) Edef 2= 45 MPa odpovídá přibližně CBR 28% stanovený za optimální vlhkosti Důležité úvádět jaké CBR (vlhkostní podmínky, doba zrání, saturace)

Nový požadavek TKP 4 -lineární bobtnání při CBR u zemin do AZ upravených i neupravených < 3% ? ? ? 3% … míra zhutnění ? ? ? + bobtnací tlaky CBR po 96 hod (návrhová vlhkost)

Lineární bobtnání a bobtnací tlak • Jílovité zeminy bobtnají v důsledku absorpce vody (u suchých zemin i vzdušná vlhkost) • Přítomnost minerálu montmorillonitu, překonsolidované zeminy IA>1, IP>17, jílovce, slínovce, tufitické jíly (D 8) • V důsledku bobtnání dochází ke snížení IC , def. modulů, zhoršení geomechanických vlastností, nárůst pórových tlaků • Vznik bobtnacích tlaků, pokud zemina nemůže zvětšovat objem • Hodnoty BT desítky až stovky k. Pa • Bobtnání při krystalizaci etringitu. Působením sulfátů na upravené zeminy (Ca. O, cement) vzniká etringit.

Bobtnání zemin

Měření bobtnacího tlaku • Měření BT při nulové objemové změně • Měření BT pro osově zatížený vzorek s bočním omezením • Měření BT vzorku bez bočního omezení

Porušení vozovky působením BT BT 30 -100 k. Pa

TKP 4 Zemní práce – míra zhutnění podloží násypu (mimo přechodovou oblast) U staveb malého rozsahu (s odsouhlasením metody správce stavby) se kontroluje homogenita zhutnění podloží násypu např. pojezdem nákladního auta s tlakem min. 80 k. N na osu. Na dobře zhutněném podloží se nesmí tvořit vytlačené koleje

Součinitel stavu vlhkosti MCV (Moisture Condition Value)

Součinitel stavu vlhkosti MCV • • ČSN EN 13286 -46 – hodnota popisující stav vlhkosti směsi ve vztahu k její zhutnitelnosti, vychází ze závislosti změny objemové hmotnosti na hutnící práci za konstantní vlhkosti Informace o tom, zda je možno zeminu zhutnit na stavbě v daném stavu s danou vlhkostí Průkazní zkouška použitelnosti materiálu Pokud se zkouška provede opakovaně pro více vzorků stejné zeminy při různé vlhkosti, obdrží se různé hodnoty MCV. Závislost MCV na vlhkosti je možno pro danou zeminu použít jako kalibrační graf pro kontrolu vlhkosti na stavbě Při konstantní vlhkosti existuje určitá hutnící práce, při jejímž překročení již nedochází ke zvyšování objemové hmotnosti. Při dalším zvyšování hutnící práce může dojít k překročení smykové pevnosti zemin, porušení struktury, snížení pevnosti. Důležité nepřehutňovat zeminu! Zkouška je založena na skutečnosti, že křivky závislosti mezi vlhkostí a objemovou hmotností získané při různé hutnící práci mají při zvýšení vlhkosti tendenci konvergovat Zkouška sestává ze stanovení hutnící práce vyjádřené počtem úderů pěchu až do téměř úplného zhutnění vzorku zkoušené směsi

Součinitel stavu vlhkosti MCV • The defining equation is: MCV = 10 log B (where B = number of blows corresponding to 5 mm penetration)

Hodnoty doporučených spodních limitů vhodnosti zemin pro hutnění při wn (cu=50) = 8, 5

Součinitel stavu vlhkosti MCV - vyhodnocení Celkový počet úderů n Penetrace mm Změna penetrace n až 4 n 1 1 12 -1 = 11 2 3 17 -3 = 14 3 7 18 -7 =11 4 12 6 16 8 17 12 18 16 18 24 32 ----256

ČSN 73 6133, kap. 4 • Optimální vlhkost Proctor standard je v některých případech z hlediska reálné hutnící práce na stavbě příliš vysoká, proto se může interval přípustné vlhkosti přiměřeně upravit. . (PCM 4 x • Zrušen rozptyl wopt ± 3, 5% - nutno individuálně

Stabilita horninového materiálu ve vodě • Nový požadavek TKP 4 Zemní práce čl. 4. 2. 8 Kamenitá a balvanitá sypanina na zkoušky hornin s pevností < 15 MPa (jílovce, slínovce) • ČSN EN ISO 14689 -1 Pojmenování a zatřiďování hornin Část 1. Pojmenování a popis – čl. 4. 2. 6 -Stabilita horninových materiálů, stupně 1 -5, popis po 24 h ve vodě • ČSN 73 6133 – 4. 4 Kamenitá sypanina

Stabilita horninových materiálů ve vodě ČSN EN ISO 14689 -1 (čl. 4. 2. 6) Ponořením horninových úlomků na 24 hod do vody STABILNÍ Stupeň 1 (beze změn) POMĚRNĚ STABILNÍ Stupeň 2 – 3 (tvorba puklin, slabé až silné rozvolnění povrchu, oddělování úlomků) NESTABILNÍ Stupeň 4 -5 (rozpad vzorku, rozložení na drť až bahno)

Stabilita horninových materiálů ve vodě (TKP 4 Zemní práce) Pevnost v prostém tlaku R < 50 MPa SYPANINA Z MĚKKÝCH SKALNÍCH HORNIN Při R< 15 MPa nutno posoudit stabilitu ve vodě Stupeň 1 až 3 Stabilní a Poměrně stabilní Stupeň 4 až 5 Nestabilní Rozpad a rozložení na bahno Sypanina se posuzuje jako kamenitá sypanina Z MĚKKÝCH HORNIN Sypanina se posuzuje jako ZEMINA

Stabilita horninových materiálů ve vodě (ČSN 73 6133, čl. 4. 4 Kamenitá sypanina • Sypanina z tvrdých skalních hornin a) Složena převážně z hornin R 1 a R 2 b) Obsah kamenů (zrn nad 63 mm) musí být více než 50% c) Max. 25% zrn pod 2 mm a zároveň max 5% jemných částic pod 0, 063 mm • Při nesplnění Ad a) jedná se o sypaninu z měkkých hornin (if 0, 063>15%→ zemina) Ad b) Jedná se o štěrk, nikoli kamenitou sypaninu Ad c) Je nutné individuální posouzení vhodnosti a způsobu zpracování

Stabilita horninových materiálů ve vodě Po 24 hod ve vodě Před zkouškou

Stabilita horninových materiálů ve vodě po 24 hod ve vodě stupeň stability 1 -2 po 6 hod sušení při 50 o C – stupeň stability 3 -4

Stabilita horninových materiálů ve vodě Po 24 hod ve vodě Stupeň stability 1 -2 Po 72 hod – stupeň stability 3 -4 vzorek se rozpadá, částečně na bahno

Smykové zkoušky • UU – totální smyková pevnost: pevnost za neodvodněných podmínek (zahrnuje vliv pórového tlaku) – posuzování pouze krátkodobé stability svahu násypu, násypu na měkkém jílovitém podloží (jílovité zeminy Ic<, 05, nasycené jílovité zeminy s nízkou propustností), dočasné svahy zářezů • Efekt – vrcholové, kritické, reziduální – pevnost za odvodněných podmínek – analýza pro dlouhodobou stabilitu • Pevnost definována soudržností (cp, ccs, crez ) a úhlem vnitřního tření (φp φcs φrez)

Krabicová smyková zkouška ČSN CEN ISO/TS 17892 -10

v=0. 001 mm/min

Smyková pevnost efektivní • Vrcholová- největší smykové napětí přenesené zeminou, mobilizace přibližně 1% přetvoření, posun řádově jednotky mm (např. hutněné zeminy v násypu). Závisí na počátečním stavu (ID, překonsolidace – čím větší, tím vyšší hodnoty) • Kritická smyková pevnost –pevnost, kdy se zemina přetváří při konstantním smykovém a normálovém napětí, vlhkosti, dochází k ustálení objemových změn, mobilizace při cca 10% přetvoření (posun desítky mm). Na rozdíl od vrcholové není závislá na počátečním stavu • Reziduální – pevnost při velkém přetvoření zemiyn, přibližně 1000% (posun řádově metry) – použití u jílovitých zemin (např. sanace sesuvu)

Design – risky, safe

Stanovení parametrů smykové pevnosti zemin • Počítat s dostatečným časem na zkoušky - rychlost smykání 0. 001 mm/min (při vysokých rychlostech dostaneme vyšší hodnoty cef) • Kvalitní vzorek třídy 1 • Výběr parametru závisí na řešení konkrétního geotechnického problému (např. vrcholové parametry stanovené na zhutněných vzorcích pro zeminy v násypu, reziduální parametry při sanaci sesuvu, pohyb svahů, v zemní konstrukci došlo k velkému posunu…)

ČSN CEN ISO/TS 17892 -5 Stlačitelnost v edometru

DCP –Dynamic Cone Penetrometer

DCP –metody vyhodnocení • ČSN EN ISO 22476 -2 Geotechnický průzkum a zkoušeníTerénní zkoušky, Část 2: Dynamická penetrační zkouška • Stanovené parametry • N 10, qdyn • ASTM D 6951 -03 Standard Test method for Use of the Dynamic Cone Penetrometer in Shallow Pavement Applications • Stanovené parametry • DCP index (mm/blow)

Porovnání DPL a DCP • • • DPL Beran 10 kg Výška pádu 500 mm Úhel hrotu kužele: 90 Plocha hrotu 10 cm 2 Stanovené parametry N 10 a qdyn • • • DCP Beran 8 kg Výška pádu 575 mm Úhel hrotu 60 Plocha hrotu 3, 14 Stanovené parametry DCP index

DCP - kontrola hutnění přechodové oblasti mostů

DCP-použití • Kontrola míry zhutnění (QC a QA ) • Rychlé stanovení únosnosti podkladních vrstev a podloží pozemních komunikací, diagnostika • pass fail – for granular base layer QA (15 mm/blow horních 75 mm, 10 mm/blow 75 -150, 5 mm/blow pod 150 mm • Snadná obsluha – dle EN 1 technik, dle ASTM 1 technik (DCP s automat. záznamem), 2 (bez automat. )

DCP – norma ASTM D 6951 -03 korelace CBR versus DCP index

Evd=27 MPa → Edef 2=2 x 27= 54 MPa

Děkujeme za pozornost a těšíme se na shledanou