Pevnost půdy.

Průzkum půdy je počáteční a povinná přípravná fáze výstavby jakéhokoli investičního zařízení. Jedná se o soubor prací, při kterých se zjišťují vlastnosti a fyzikální a mechanické vlastnosti zeminy a zjišťuje se únosnost zeminy.

Proč se provádí testování půdy před stavbou

Budovy a konstrukce vyvíjejí během provozu tlak na zem. V důsledku neustálého nárazu půda klesá a základy a stěny budovy se deformují. Stupeň smrštění a deformace přímo závisí na typu a vlastnostech půdy. Na základě vnějšího vzhledu je možné určit parametry půdy a pochopit, jak bezpečné bude stavět na konkrétním místě. Před zahájením stavebních prací se proto provádějí zkoušky na půdě základů budoucího zařízení. Takové studie nám umožňují posoudit všechna možná rizika posunu horniny, zabránit praskání zdí a destrukci budovy.

Jaké vlastnosti půdy je důležité studovat?

K získání úplného a spolehlivého posouzení stavu půdy je nutné prozkoumat následující charakteristiky:

• smyková odolnost – náchylnost horniny ke smyku se posuzuje stanovením poměru vnějšího tlaku na půdní podklad a schopnosti zeminy odolávat takovému nárazu;
• hustota půdy – studie hustoty půdy jsou založeny na získání a studiu jejího granulometrického složení, koeficientu zhutnění a filtrace;
• vlhkost – stupeň vlhkosti je nezbytný pro správný výběr izolačních materiálů, které mohou poskytnout spolehlivou hydroizolaci základů, sklepů a dalších konstrukcí;
• minerální složení – stabilita a pevnost základu přímo závisí na materiálech použitých k jeho konstrukci. Pro bezchybný výběr materiálů je nutné stanovit acidobazickou rovnováhu půdy s přihlédnutím k jejímu minerálnímu složení;
• vlastnosti smršťování a bobtnání – na základě těchto parametrů se určuje typ a technologie založení budoucí stavby.

Každá z charakteristik je důležitá. V tomto případě je zvláštní pozornost věnována vlhkosti, protože právě tento indikátor určuje nadzvedávání půdy a vytlačování základů v zimě.

Jaké druhy zemin se při testování zkoumají?

Klasifikace a typ testovaných zemin jsou jasně stanoveny GOST 25100-2011. Půdy jsou klasifikovány podle složení a struktury a při zohlednění těchto ukazatelů jsou všechny horniny rozděleny do čtyř velkých skupin:

• Jílovité půdy jsou druhem sprašových pokleslých půd. Jsou plastickou, vysoce kapilární směsí písku a jílu obsahující vločkovité částice. Mají nízkou propustnost vody. Za vlhkého počasí je struktura jílovitých půd plastická, lepkavá a zkapalněná, za sucha tvrdá; Takové půdy jsou nestabilní;
• písčité – nízká propustnost vlhkosti, vysoká plasticita a hustota, odolnost vůči zvedání – hlavní charakteristiky písčitých půd. Takové skály jsou vhodné pro stavbu základů pro budovy jakékoli hmotnosti a velikosti;
• hrubozrnné – takové půdy se nazývají necementované. Skládají se z různých sedimentárních a krystalických hornin (například balvany, drcený kámen, štěrk). Tento typ je ve vývoji těžký a je považován za vynikající volbu pro pevný základ budovy;
• skalnaté – jedná se o monolitické masivy žuly, pískovce, břidlice, slepence a dalších hornin. Odolný vůči vlhkosti a vysoce odolný. Zkoušení horninové zeminy vyžaduje použití speciálních zařízení a strojů a provádí se především tlakovým zatížením.

Charakteristiky horniny převažující na staveništi ovlivňují její únosnost, náchylnost ke vztlaku, obrys vodních vrstev a stabilitu vrstev při nasycení zeminy vlhkostí, zhutnění zeminy, stlačitelnost a další vlastnosti. Pouze přítomnost všech ukazatelů nám umožňuje určit typ nadace a vypracovat kompetentní návrh konstrukce nebo budovy.

Terénní metody zkoušení půd

Polní zkoušky zemin se provádějí přímo na staveništi. Jedná se o inženýrsko-geologické zkoušky půdních základů, při jejichž realizaci jsou použity různé metody se zapojením specializovaných nástrojů a zařízení.

Sondovací metody

Sondovací zkoušky se dělí na statické a dynamické.

Statické zkoušky zeminy se používají při zakládání pilotových základů. Do struktury půdy se pod tlakem vloží sonda. Během ponoru specialisté zaznamenávají odpor horniny v různých hloubkách. Na základě výsledků výzkumu je půdní hornina rozdělena do skupin podle složení, vlastností a stavu, vypočítá se odolnost a únosnost zeminy, určí se geometrické parametry, typy a hloubka vniknutí pilot.

Dynamické testování půdy se provádí pomocí šokové soupravy, sondy a měřicích přístrojů. Při výzkumu se zjišťuje neodvodněná pevnost zeminy, její neodvodněný modul přetvoření a dynamický odpor. Metoda dynamického zkoušení zeminy se používá v případech, kdy je na povrchu zeminy vrstva písku a horní část základu roznáší zatížení rovnoměrně mezi nosné konstrukce stavěného objektu.

Testy zemřít

Hlavním cílem výzkumu razicí metody je stanovení parametrů deformace zemin. Svislé zatížení se aplikuje na půdu zaražením šroubu nebo plochého razidla. Při prohlubování se zjišťují hodnoty maximálního tlaku a sedání, které způsobují deformaci zeminy a sedání budovy.

Kolkové zkoušky jsou relevantní zejména pro posouzení vlastností písčitých, hrubozrnných a jílovitých půd.

Hromadné testy

Testování pilot nám umožňuje určit čtyři typy zatížení působících na zeminu: horizontální, dynamické, statické a vytahovací. K provádění výzkumných prací se používají referenční piloty, které co nejvíce odpovídají přírodním strukturám.

Rotační řez

Metoda rotačního smyku se používá při zkoušení smykem půdy. Testování se provádí ve studni pomocí speciálního oběžného kola se čtyřmi lopatkami. Touto metodou se zjišťuje pevnost a únosnost jílovitých hornin, sypkých písků a rašelinných ložisek.

Testy se provádějí podle GOST 20276.5-2020. Metoda je bezpečná a nenarušuje strukturu půdy.

Experimentální filtrační testy

Studie tohoto typu se provádějí za účelem zjištění hydrodynamických a hydrogeologických vlastností půdy. Výsledky testu poskytují informace o velikosti, rychlosti růstu a filtračním koeficientu prohlubně.

Pressiometrie

Studie se provádějí pomocí speciálního zařízení – radiálního tlakoměru. Nástroj je spuštěn hluboko do studny. Po dosažení nastavené hloubky se komora roztáhne a vyvíjí tlak na stěny. Senzory zaznamenávají velikost deformačních změn.

Metoda připomíná testování razítkem, pouze zde není tlak aplikován shora, ale ze strany. Výborně se osvědčil při posuzování pevnosti kamenných jílů, písku a skalních útvarů.

Zkoušky hustoměrem a dilatometrem

K získání objektivního posouzení stavu půd se používají metody terénního testování půd pomocí dynamického elektronického denzitometru a plochého dilatometru Marchetti.

Hustoměr se často používá jako alternativa k dynamickému zatížení nebo razítku k určení rychlosti sedání, únosnosti a stupně zhutnění půdy pod zástavbou.

Dilatometr je vhodný pro testování bahna, písku, jílu a tvrdých hornin. Umožňuje určit odolnost proti deformaci a pevnost základů půdy.

Laboratorní metody zkoušení půd

Pro stanovení fyzikálních a mechanických vlastností zemin se používají následující hlavní laboratorní zkušební metody:

• Jednoosá komprese je tlaková zkouška používaná na jílovitých a poloskalnatých půdách provedením smyku v jedné rovině. V tomto případě nedochází k boční expanzi. Při výzkumu se měří pevnost struktury zeminy, modul pružnosti a úroveň stlačení, součinitel stlačitelnosti, parametry příčné a celkové deformace;
• Tříosé zkoušení zemin nebo stabilometrická metoda – provádí se pomocí stabilometru s trojosým asymetrickým zatížením. Metoda triaxiální komprese poskytuje údaje o zhutnění horniny v hloubce, příčném a vzestupném tlaku a dalších mechanických vlastnostech.

Laboratorní studie jsou nezbytné pro získání úplných informací o hustotě a obsahu vlhkosti v půdě. Hustota se stanovuje pomocí řezného kroužku, vážením neutrální kapaliny a parafinizací. K měření vlhkosti se používají metody radiometrické, gravimetrické, elektrometrické, hydrostatické nebo termostatické.

Jak se hodnotí výsledky půdních testů?

Na základě výsledků testu je vypracován protokol, který obsahuje:

• protokol s podrobným popisem, časem testu a výsledky výzkumu pro každý jednotlivý test;
• protokol uvádějící chemické a fyzikální vlastnosti zkoumané půdy;
• grafické materiály označující místa, kde byly prováděny vrtné nebo jiné zkoušky;
• grafické a tabulkové materiály s výsledky měření;
• diagram půdních vrstev znázorňující strukturu půdy.

Výsledným dokumentem je akt udávající fyzikální a chemické vlastnosti a doporučení k proveditelnosti a možnosti výstavby objektu na zkoumaném místě.

Závěr

Zkoušky půdy jsou důležitou přípravnou fází před vypracováním projektové dokumentace. Výsledky zkoušek pomáhají posoudit schopnost půdy odolávat zatížení a poskytují podrobné informace o typu půdy, vlastnostech a charakteristikách. Mít takové informace vám umožní vyhnout se potížím během stavebních prací, vybudovat spolehlivý a trvanlivý základ a mít jistotu v bezpečnosti a trvanlivosti budovy nebo konstrukce.

Pevnost půdy Pevnost půdy (dále jen SS) je schopnost půdy odolávat destrukci, zejména při mechanickém působení na ni. Vyjadřuje se a posuzuje dočasnou odolností vůči tlaku, přetržení, smyku (u poloskalnatých a skalnatých půd) a smyku (u jílovitých půd a písků). Je to způsobeno interakcí mezi prvky, které tvoří půdu.

PG závisí nejen na zemině samotné, ale také na typu napjatosti (tah, tlak, ohyb atd.), provozních podmínkách (teplota, rychlost zatěžování, délka a počet zatěžovacích cyklů, vliv na životní prostředí atd.). V závislosti na všech těchto faktorech se v mechanice zemin přijímají různé kategorie: mez PG, mez kluzu, mez únavy atd. Zvýšení PG se dosahuje tepelným a mechanickým zpracováním, zaváděním přísad a použitím vyztužených a kompozitních materiálů.

Druhy pevnosti půdy

Dlouhodobá pevnost – PG při dlouhodobém zatížení. Vyznačuje se dlouhodobou pevnostní křivkou. Záleží především na pevnosti konstrukčních spojů zeminy.

U zemin se silnými krystalizačními a kondenzačními vazbami klesá pevnost před jejich destrukcí na 70–90 % původní pevnosti (u většiny kamenitých půd až na 60–80 %). V přítomnosti nejslabších strukturních vazeb (koagulace) klesá dlouhodobá pevnost na 20-60 % původní pevnosti.

V jílovitých půdách závisí dlouhodobé PG také na jejich vlhkosti a konzistenci. V jílovitých zeminách plastické konzistence při konstantním zatížení pevnost v čase poměrně rychle klesá a dlouhodobá PG se u tekutě plastických jílů pohybuje od 20-40 % do 50-60 % u žáruvzdorných jílů počáteční pevnosti. Ve zmrzlých půdách je dlouhodobá PG 15-50 % počáteční pevnosti, zatímco dlouhodobá PG ledu klesá k nule. Při tlaku klesá pevnost v menší míře než při smyku a ještě více při tahu. Za složitých napěťových podmínek platí, že čím větší je průměrné normálové napětí, tím méně klesá pevnost. Jak teplota stoupá, snižování skleníkových plynů je intenzivnější.

Kontaktní pevnost je charakteristikou tvrdosti horniny stanovené vtlačením razidla do neupraveného povrchu vzorku a je např. 3,5–18,0 MPa pro pískovce a 3,0–7,0 MPa pro břidlice.

Okamžitá pevnost – IG při okamžitém zatížení.

Pevnost zeminy v tlaku je porušení zeminy pod tlakem. Provádí se za podmínek volné boční expanze (takový test se nazývá jednoduchý nebo jednoosý tlak) nebo s jeho omezením. Vyznačuje se jednoosým limitem pevnosti v tlaku R_с a rovná se podílu maximálního destruktivního zatížení děleného plochou průřezu vzorku před testováním. Podle velikosti R_с Únosnost pilot je přibližně odhadnuta. Je přímo úměrná konečné návrhové hodnotě jednoosé pevnosti v tlaku. Velikost R_с Dále se používá ke stanovení stability zemního masivu, ve kterém probíhá hlubinná těžba, velikosti jejího posunu, zatížení výztuže a parametrů výztuže. Smyslem R_с vypočítat koeficient pevnosti podle Protodyakonova.

Mezní pevnost jednoosého tlaku v laboratorních podmínkách je studována na vzorcích pravidelných (kubických nebo válcových) a nepravidelných tvarů. Mezi jednoosou pevností v tlaku pro vzorky správné R_с a špatně R_S.N. existuje empirický vztah R_с= 5,3 R_S.N. Konečná pevnost jednoosého stlačení závisí na rozrušení půdy, velikosti, tvaru a povaze shlukování částic zeminy, pevnosti strukturních vazeb mezi částicemi a stupni nasycení půdy vodou nebo ledem.

Standardní pevnost – PG (písčitá a jílovitá), odhadnutá metodou pomalého smyku po předběžném úplném zhutnění pod tlakem úměrným tlaku vytvářenému inženýrskou konstrukcí.

Strukturální pevnost – SG, způsobená strukturálními vazbami mezi složkami zeminy, zejména pevnými. Závisí na typu součástí a jejich fyzikální povaze a odpovídá velikosti zatížení, při kterém začíná deformace zeminy. Rozlišuje se pevnost konstrukce v tlaku a ve smyku. Strukturní PG pod tlakem je přibližně určeno vzorcem: σ_stránku=2с cosφ /(1-sinφ), kde φ je úhel vnitřního tření; с – spojka.

Filtrační síla půdy je odolnost půd, zejména písčitých půd, vůči destrukci, když jsou vystaveny filtračnímu proudu.

Zbytková pevnost je minimální smykové napětí při dané hodnotě deformace, které může zemina odolat bez deformace nebo destrukce.

Plastická pevnost je maximální smyková odolnost jílovitých zemin, stanovená na základě výsledků laboratorních penetračních studií pomocí vzorce: Р_m=K_aP/h 2, kde K_a – konstanta kužele rovna 0,959 při vrcholovém úhlu kužele 30 0 ; R – zlepšení penetrace; h – hloubka ponoření kónického hrotu při působení síly Р.