Základové půdy budov a staveb se dělí do dvou tříd [1]: skalnaté (zeminy s tuhými vazbami) a neskalnaté (zeminy bez tuhých vazeb).
Ve třídě kamenitých půd se rozlišují horniny vyvřelé, metamorfované a sedimentární, které se dělí podle pevnosti, měkkosti a rozpustnosti v souladu s tab. 1.4. Mezi skalnaté půdy, jejichž pevnost ve stavu nasyceném vodou je menší než 5 MPa (polokamenné), patří jílovité břidlice, pískovce s jílovitým tmelem, prachovce, slínovce, opuky a křídy. Když je voda nasycená, pevnost těchto půd se může snížit 2-3krát. Kromě toho do třídy skalnatých zemin patří i umělé – puklinové skalnaté a neskalnaté půdy fixované svým přirozeným výskytem.
TABULKA 1.4. KLASIFIKACE KALITNÍCH PŮD
| Zem | Index |
| Podle konečné jednoosé pevnosti v tlaku ve stavu nasyceném vodou, MPa | |
| Velmi odolný | Rc > 120 |
| Odolný | 120 ≥ Rc > 50 |
| Střední síla | 50 ≥ Rc > 15 |
| Nízká pevnost | 15 ≥ Rc > 5 |
| Snížená pevnost | 5 ≥ Rc > 3 |
| Nízká pevnost | 3 ≥ Rc ≥ 1 |
| Velmi nízká pevnost | Rc |
| Podle koeficientu změkčení ve vodě | |
| Nezměkčující | Ksaf ≥ 0,75 |
| Změkčující | Ksaf |
| Podle stupně rozpustnosti ve vodě (sedimentárně cementované), g/l | |
| Nerozpustný | Rozpustnost menší než 0,01 |
| Málo rozpustný | Rozpustnost 0,01-1 |
| Středně rozpustný | – || – 1–10 |
| Snadno rozpustný | – || – více než 10 |
Tyto zeminy se dělí podle způsobu zpevnění (cementace, silikalizace, bitumenizace, pryskyřičnění, pražení atd.) a podle jejich jednoosé pevnosti v tlaku po zpevnění stejně jako zeminy skalnaté (viz tab. 1.4).
Nekamenité půdy se dělí na hrubé, písčité, pracho-jílovité, biogenní a půdy.
Hruboklastické zeminy zahrnují nezpevněné zeminy, ve kterých je hmotnost úlomků větších než 2 mm 50 % nebo více. Písčité půdy jsou půdy, které obsahují méně než 50 % částic větších než 2 mm a nemají vlastnost plasticity (číslo plasticity Iр < 1 %).
TABULKA 1.5. KLASIFIKACE HRUBÝCH KLASICKÝCH A PÍSKÝCH ZEMÍ PODLE GRANULOMETRICKÉHO SLOŽENÍ
| Zem | Velikost částic, mm | Hmotnost částic, % hmotnosti na vzduchu suchá půda |
| Hrubý: balvan (blok) oblázek (drcený kámen) štěrk (dřevo) | > 200 > 10 > 2 | > 50 |
| Písek: štěrkovitý hrubý střední velikost drobné zaprášený | > 2 > 0,5 > 0,25 > 0,1 > 0,1 | > 25 > 50 > 50 ≥ 75 |
Hrubozrnné a písčité půdy jsou klasifikovány podle jejich granulometrického složení (tab. 1.5) a stupně vlhkosti (tab. 1.6).
TABULKA 1.6. ROZDĚLENÍ HRUBÝCH KLASTICKÝCH A PÍSKÝCH ZEMÍ PODLE STUPNĚ VLHKOSTI Sr
| Zem | Stupeň vlhkosti |
| Nízká vlhkost | 0 Sr ≤ 0,5 |
| Mokrý | 0,5 Sr ≤ 0,8 |
| Nasycený vodou | 0,8 Sr ≤ 1 |
Vlastnosti hrubozrnné zeminy s obsahem písčitého kameniva nad 40 % a jílovito-hlinité půdy nad 30 % jsou určeny vlastnostmi kameniva a lze je zjistit zkouškou kameniva. Při nižším obsahu kameniva se vlastnosti hrubé zeminy zjišťují zkouškou zeminy jako celku. Při určování vlastností pískového kameniva se berou v úvahu následující charakteristiky: vlhkost, hustota, koeficient pórovitosti, u kameniva jílovitého navíc číslo plasticity a konzistence.
Hlavním ukazatelem písčitých zemin, který určuje jejich pevnostní a deformační vlastnosti, je jejich hustota. Podle hustoty se písky dělí podle koeficientu pórovitosti е , odolnost půdy při statickém sondování qс a podmíněný odpor půdy během dynamického sondování qd (Tabulka 1.7).
S relativním obsahem organické hmoty 0,03 Iz ≤ 0,1 písčité půdy se nazývají půdy s příměsí organické hmoty. Podle stupně zasolení se hrubé a písčité půdy dělí na nezasolené a zasolené. Hrubé půdy se klasifikují jako slané, pokud je celkový obsah snadno a středně rozpustných solí (% hmotnosti absolutně suché půdy) roven nebo větší než:
- – 2 % – pokud je obsah pískového kameniva nižší než 40 % nebo kameniva jílovitého jílu je nižší než 30 %;
- – 0,5 % – s obsahem pískového kameniva 40 % nebo více;
- – 5 % – s obsahem silt-jílového plniva 30 % nebo více.
Písčité půdy jsou klasifikovány jako slané, pokud je celkový obsah těchto solí 0,5 % nebo více.
Silto-jílovité zeminy se dělí podle čísla plasticity Ip (tabulka 1.8) a podle konzistence, charakterizované indexem tekutosti IL (Tabulka 1.9).
TABULKA 1.7. ROZDĚLENÍ PÍSKOVÝCH PŮD PODLE HUSTOTY
| Песок | Rozdělení podle hustoty | ||
| hustý | střední hustota | drobné | |
| Podle koeficientu pórovitosti | |||
| Štěrkovité, velké a středně velké | e | 0,55 ≤ e ≤ 0,7 | e > 0,7 |
| Malé | e | 0,6 ≤ e ≤ 0,75 | e > 0,75 |
| zaprášený | e | 0,6 ≤ e ≤ 0,8 | e > 0,8 |
| Podle odporu půdy MPa pod špičkou (kuželem) sondy při statickém sondování | |||
| Velké a střední velikosti, bez ohledu na vlhkost | qc > 15 | 15 ≥ qc ≥ 5 | qc |
| V pohodě bez ohledu na vlhkost | qc > 12 | 12 ≥ qc ≥ 4 | qc |
| Zaprášený: nízké a vlhké vodou nasycené | qc > 10 qc > 7 | 10 ≥ qc ≥ 3 7 ≥ qc ≥ 2 | qc qc |
| Podle podmíněného dynamického odporu zeminy MPa ponor sondy při dynamické sondáži | |||
| Velké a střední velikosti, bez ohledu na vlhkost | qd > 12,5 | 12,5 ≥ qd ≥ 3,5 | qd |
| Malý: nízké a vlhké vodou nasycené | qd > 11 qd > 8,5 | 11 ≥ qd ≥ 3 8,5 ≥ qd ≥ 2 | qd qd |
| Prašné, málo vlhké a vlhké | qd > 8,8 | 8,5 ≥ qd ≥ 2 | qd |
TABULKA 1.8. ROZDĚLENÍ hlinitých jílovitých ZEM PODLE ČÍSLA PLASTICITY
| Zem | Číslo plasticity, % |
| Písečná písek | 1 Ip ≤ 7 |
| Hlína | 7 Ip ≤ 17 |
| jíl | Ip > 17 |
Mezi jílovitými půdami je třeba rozlišovat sprašové půdy a spraše. Sprašové půdy jsou makroporézní půdy, které obsahují uhličitany vápenaté a při nasáknutí vodou se mohou pod zatížením propadnout a snadno proschnout a erodovat. Silt je vodou nasycený moderní sediment nádrží, vytvořený v důsledku mikrobiologických procesů, s obsahem vlhkosti, který překračuje obsah vlhkosti na hranici tekutiny, a koeficientem pórovitosti, jehož hodnoty jsou uvedeny v tabulce. 1.10.
TABULKA 1.9. ROZDĚLENÍ HLADKÝCH JÍLOVÝCH ZEMÍ PODLE UKAZATELU TEKUTIVOSTI
| Zem | Míra obratu |
| Písčitá hlína: solidní plast tekutina | IL 0 ≤ IL ≤ 1 IL > 1 |
| Hlína a hlína: pevná látka polotuhá těsný-plast měkký plast tekutý plast tekutina | IL 0 ≤ IL ≤ 0,25 0,25 ≤ IL ≤ 0,5 0,5 ≤ IL ≤ 0,75 0,75 ≤ IL ≤ 1 IL > 1 |
TABULKA 1.10. DĚLENÍ KALU PODLE KOEFICIENTU PÓROZITY
| Il | Koeficient pórovitosti |
| písčitá hlína | е ≥ 0,9 |
| hlinitý | е ≥ 1 |
| Jílovitý | е ≥ 1,5 |
Půdy hlinito-jílovité (písčitohlinité, hlinité a jílovité) nazýváme půdy s příměsí organických látek s poměrným obsahem těchto látek 0,05 Iz ≤ 0,1. Na základě stupně zasolení se písčité hlíny, hlíny a jíly dělí na neobydlené a zasolené. Zasolené půdy zahrnují půdy, ve kterých je celkový obsah snadno a středně rozpustných solí 5 % a více.
Mezi jílovitými půdami je třeba rozlišovat půdy, které při přemokření vykazují specifické nepříznivé vlastnosti: pokles a bobtnání. Sesedací zeminy zahrnují zeminy, které vlivem vnějšího zatížení nebo vlastní tíhou při nasáknutí vodou dávají vznik sedimentu (sedání) a zároveň relativnímu sesedání. εsl ≥ 0,01. Mezi bobtnatelné zeminy patří zeminy, které po nasáknutí vodou nebo chemickými roztoky zvětší svůj objem a zároveň relativně bobtnají bez zatížení εsw ≥ 0,04.
Zvláštní skupinu v nekamenných půdách tvoří půdy vyznačující se významným obsahem organické hmoty: biogenní (jezero, bažina, aluviální-bažina). Složení těchto půd zahrnuje rašelinné půdy, rašeliny a sapropely. Mezi rašelinné půdy patří písčité a hlinito-jílovité půdy obsahující 10-50 % (hmotn.) organických látek. Když je obsah organické hmoty 50 % nebo více, půda se nazývá rašelina. Sapropely (tabulka 1.11) jsou sladkovodní bahno obsahující více než 10 % organické hmoty a mající koeficient pórovitosti, obvykle vyšší než 3, a index tekutosti vyšší než 1.
TABULKA 1.11. DĚLENÍ SAPROPELU PODLE RELATIVNÍHO OBSAHU ORGANICKÉ HMOTY
| Sapropel | Relativní obsah látky |
| Minerální | 0,1 Iz ≤ 0,3 |
| Středně minerální | 0,3 Iz ≤ 0,5 |
| Nízký obsah minerálů | Iz > 0,5 |
Půdy jsou přírodní útvary, které tvoří povrchovou vrstvu zemské kůry a mají úrodnost. Půdy se dělí podle granulometrického složení stejně jako zeminy hrubozrnné a písčité a podle počtu plasticity jako půdy jílovito-hlinité.
Mezi nekamenité umělé půdy patří půdy zhutněné v přirozeném výskytu různými metodami (hutnění, válení, vibrační zhutňování, výbuchy, drenáž atd.), půdy objemné a aluviální. Tyto půdy se dělí v závislosti na jejich složení a charakteristikách stavu stejně jako přírodní nekamenité půdy.
Skalnaté a nekamenité půdy, které mají negativní teplotu a obsahují led, jsou klasifikovány jako zmrzlé půdy, a pokud byly zmrzlé 3 roky nebo déle, pak jsou klasifikovány jako permafrost.
Smyková odolnost zeminy je charakterizována tangenciálními napětími v mezním stavu, kdy dochází k destrukci zeminy [4]. Vztah mezi mezními tečnami τ a napětími kolmými ke smykovým plochám σ je vyjádřen Coulomb-Mohrovou pevnostní podmínkou
kde φ je úhel vnitřního tření; с — specifická přilnavost.
Pevnostní charakteristiky φ a с stanoveny v laboratorních a polních podmínkách. Pro předběžné i konečné výpočty základů budov a konstrukcí třídy II a III je povoleno vzít hodnoty φ a с podle tabulky 1.17 a 1.18.
TABULKA 1.17. STANDARDNÍ SPECIFICKÉ HODNOTY PŘIJETÍ c , kPa, A ÚHLY VNITŘNÍHO TŘENÍ φ , deg, PÍSČKOVÉ PŮDY
| Песок | Charakterizace | Hodnoty с a φ při koeficientu pórovitosti e | |||
| 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | ||
| Štěrkovité a velké | с φ | 2 43 | 1 40 | 38 | – – |
| Střední velikost | с φ | 3 40 | 2 38 | 1 35 | – – |
| Malé | с φ | 6 38 | 4 36 | 2 32 | 28 |
| zaprášený | с φ | 8 36 | 6 34 | 4 30 | 2 26 |
Poznámka. Hodnoty uvedené v tabulce se vztahují na křemenné písky (viz tabulka 1.12).
TABULKA 1.18. STANDARDNÍ HODNOTY PRO KONKRÉTNÍ UCHYCENÍ c , kPa, A ÚHLY VNITŘNÍHO TŘENÍ φ , deg, jílovito-hlinité půdy kvartérních uloženin
| Zem | Míra obratu | Charakterizace | Hodnoty с a φ při koeficientu pórovitosti е | ||||||
| 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 | |||
| Písečná písek | 0 IL ≤ 0,25 | с φ | 21 30 | 17 29 | 15 27 | 13 24 | – – | – – | – – |
| 0,25 IL ≤ 0,75 | с φ | 19 28 | 15 26 | 13 24 | 11 21 | 9 18 | – – | – – | |
| Hlína | 0 IL ≤ 0,25 | с φ | 47 26 | 37 25 | 31 24 | 25 23 | 22 22 | 19 20 | – – |
| 0,25 IL ≤ 0,5 | с φ | 39 24 | 34 23 | 28 22 | 23 21 | 18 19 | 15 17 | – – | |
| 0,5 IL ≤ 0,75 | с φ | – – | – – | 25 19 | 20 18 | 16 16 | 14 14 | 12 12 | |
| jíl | 0 IL ≤ 0,25 | с φ | – – | 81 21 | 68 20 | 54 19 | 47 18 | 41 16 | 36 14 |
| 0,25 IL ≤ 0,5 | с φ | – – | – – | 57 18 | 50 17 | 43 16 | 37 14 | 32 11 | |
| 0,5 IL ≤ 0,75 | с φ | – – | – – | 45 15 | 41 14 | 36 12 | 33 10 | 29 7 | |
Poznámka. Hodnoty с a φ neplatí pro sprašové půdy.
1.5.1. Stanovení pevnostních charakteristik v laboratorních podmínkách
V praxi půdního průzkumu se používá metoda řezání zeminy po pevné rovině v jednorovinných řezacích zařízeních. Chcete-li získat φ a с je nutné vyříznout alespoň tři vzorky zeminy při různých hodnotách svislého zatížení. Na základě hodnot smykového odporu τ získaných v experimentech byl vytvořen graf lineární závislosti τ = f(σ) a najděte úhel vnitřního tření φ a specifickou adhezi с (Obr. 1.5).
Existují dvě hlavní experimentální schémata: pomalý řez vzorku zeminy předem zhutněný až do úplného zpevnění (test zpevněný-odvodněný) a rychlý řez bez předběžného zhutnění (test nezpevněný-odvodněný).
Hodnoty φ a с , získané metodou pomalého konsolidovaného smyku, slouží ke stanovení vypočteného odporu zeminy a také k posouzení únosnosti základu ve stabilizovaném stavu (všechna napětí od vnějšího zatížení zachycuje skelet zeminy). Hodnoty φ a с , získané metodou rychlého nekonsolidovaného řezu, se používají ke stanovení únosnosti pomalu se zhutňujících vodou nasycených jílů a jílů, kalů, sapropelů, rašelinných půd a rašelin. V takových zeminách může dojít k nestabilizovanému stavu (přítomnost přetlaku v pórové vodě) v důsledku jejich pomalého zpevnění nebo rychlého přenosu zatížení z konstrukce (sila, nádrže, sklady surovin apod.).
Metoda stanovení pevnostních charakteristik φ a с za podmínek tříosého stlačení je více konzistentní s namáhaným stavem zeminy u paty konstrukce. Zkouška se provádí na zařízení, ve kterém je vzorek půdy vystaven komplexnímu hydrostatickému tlaku a dodatečnému vertikálnímu (axiálnímu) tlaku. Pro stanovení pevnostních charakteristik zemin se provádí řada testů při různých tlakových poměrech, které přivádějí vzorek k destrukci; v důsledku každého experimentu se získají hodnoty nejvyšší σ1 a nejmenší σ3 hlavní normálová napětí v okamžiku porušení. Graficky je vztah mezi hlavním tečným a normálovým napětím znázorněn pomocí Mohrových kružnic, z nichž každá je založena na rozdílu napětí σ1 a σ3 (Obr. 1.6).
Společná tečna k těmto kružnicím splňuje pevnostní podmínku (1.5) a umožňuje nám určit charakteristiky φ a с .
Následující testy se provádějí na zařízeních s tříosou kompresí:
- – neodvodněné – po celou dobu experimentu nedochází k odtoku vody ze vzorku půdy;
- – zpevněný-odvodněný – při působení hydrostatického tlaku je zajištěna drenáž a vzorek je zcela zhutněn, při působení axiálního zatížení nedochází k drenáži;
- – odvodnění – odvodnění je zajištěno po celou dobu testu.
Pro stanovení pevnostních charakteristik vyjádřených jako celková (celková) napětí se provádějí neodvodněné zkoušky zemin nasycených vodou. Provádějí se odvodňovací zkoušky ke stanovení pevnostních charakteristik vyjádřených jako efektivní napětí. V tomto případě musí být během pokusu dosaženo zcela zpevněného stavu půdy. Pevnostní charakteristiky zemin vyjádřené efektivními napětími lze stanovit i pro vzorky zeminy zkoušené v neúplně konsolidovaném stavu za předpokladu, že se v průběhu experimentu měří tlak v pórové vodě.
Kvantitativní charakteristikou pevnosti skalnatých zemin je jednoosá pevnost v tlaku Rc , stanoveno rozdrcením vzorku půdy a vypočteno podle vzorce
kde Р — zatížení v okamžiku zničení vzorku půdy; F je plocha průřezu vzorku půdy.
1.5.2. Stanovení pevnostních charakteristik v terénu
Polní smyková zkouška v dané rovině půdního pilíře uzavřeného v prstencové kleci je podobná laboratorní smykové zkoušce v jednorovinných smykových zařízeních. Zkoušky se provádějí v jámách, jámách, driftech atd. Pro získání charakteristik φ a с určit smykovou únosnost nejméně tří pilířů při různém svislém zatížení. Používaná zkušební schémata jsou stejná jako v laboratorních podmínkách. Hodnoty φ a с se nacházejí na základě konstrukce závislosti (1.5), jak je znázorněno na Obr. 1.5.
Terénní stanovení charakteristik φ a с ve stěnách vrtu se provádí metodou prstencového a progresivního řezání. Zkušební schémata jsou znázorněna na Obr. 1.7. Tyto metody se používají ke zkoušení zemin v hloubkách do 10 m (kruhový smyk) a do 20 m (progresivní smyk). Metoda prstencového řezu využívá distanční zápustku s podélnými čepelemi, zatímco metoda progresivního řezu využívá příčné čepele. Pomocí distančního razníku se lopatky zatlačí do stěn studny a na stěny se vytvoří normální tlak. U metody prstencového smyku se půda řeže působením krouticího momentu a u metody translačního smyku působí tažná síla. Chcete-li získat φ a с je nutné provést alespoň tři řezy při různých normálových tlacích na stěnách studny a sestrojit závislost τ = f (σ) (viz obr. 1.5).
а – prsten; б — progresivní; в – rotační oběžné kolo: 1 – lopatky; 2 — distanční razítka; 3 – studny; 4 — tyče; 5 – zařízení pro vytváření a měření síly
Metoda rotačního smyku pomocí oběžného kola zatlačovaného do hmoty zeminy nebo do dna vrtu (viz obr. 1.7) umožňuje stanovit smykovou odolnost τ, proto se doporučuje použít ve slabých hlínách, jílovitých půdách, hlinitých půdách. sapropely, rašelinné půdy a rašeliny, protože pro ně je úhel vnitřního tření prakticky roven nule a lze jej vzít с = τ. Zkoušky oběžného kola se provádějí v hloubkách až 20 m.
Pro stanovení pevnostních charakteristik v terénu se používají metody vyboulení a sesutí zeminy v důlních dílech. Hodnoty φ a с vypočteno z podmínek mezní rovnováhy vyboulené a sesouvající se zeminy.
Úhel vnitřního tření písčitých zemin lze určit pomocí statického a dynamického sondování. Podle statických údajů má úhel φ následující hodnoty:
| qc , MPa | 1 | 2 | 4 | 7 | 12 | 20 | 30 |
| φ, stup | 26 | 28 | 30 | 32 | 34 | 36 | 38 |
Hodnoty φ podle dynamických znějících dat jsou uvedeny v tabulce. 1.19. U konstrukcí I. a II. třídy je povinné porovnávat sondážní data s výsledky smykových zkoušek stejných zemin. U konstrukcí třídy III je povoleno stanovit φ pouze z výsledků sondování.
TABULKA 1.19. HODNOTY ÚHLŮ VNITŘNÍHO TŘENÍ φ PÍSKOVÝCH ZEMÍ DLE ÚDAJE DYNAMICKÉHO SNÍMÁNÍ
