Archívny odborný obsah: článok zachováva historický prehľad geotechnických pojmov, vzorcov a laboratórnych postupov. Nejde o geotechnickú štúdiu, návrh násypu, špecifikáciu zhutňovania, plán kontroly kvality ani náhradu za súčasnú normu. Parametre pôdy, vybavenie, energiu zhutňovania, akceptačné kritériá a metódy bezpečnej práce určuje autorizovaný geotechnický inžinier a akreditované laboratórium na základe konkrétnej zeminy a objektu.
Dnes sa Savo Kusić zameriava na drevené okná, drevo-hliníkové okná, vlastné okná, dvere a žiadosti o cenovú ponuku. Tento článok zostáva ako technický archív a nepredstavuje ponuku geotechnického návrhu, skúšania alebo vykonávania zemných prác.
Zhutnenie voľnej pôdy
Zhutnenie voľnej pôdy závisí od veľkosti a tvaru pevných častíc, ako aj od jej štruktúry. V prípade neviazanej zeminy existujú určité hranice, v ktorých sa pohybujú hodnoty pórovitosti n a koeficient pórovitosti e pre najvzácnejšiu a najhustejšiu štruktúru.
Ak sa neviazaný materiál vysuší a pomaly naleje do kadičky, aby sa pri nalievaní nezhutnil, získa sa jeho najvzácnejšia štruktúra. Táto štruktúra zodpovedá koeficientu pórovitosti emax, ktorého hodnota pre piesok v pôvodnom texte je v medziach:
emax =0,7-1,0.
Ak sa ten istý materiál naleje do kadičky v tenkých vrstvách a do každej vrstvy sa ubíja drevenou paličkou, kým objem nie je konštantný, t. j. kým sa neprestane pri podbíjaní usadzovať, získa sa jeho najhustejšia štruktúra. Zodpovedá koeficientu pórovitosti emin, ktorého hodnota pre piesok je:
emin = 0,45–0,65.
Zhutnenie neviazanej pôdy je vyjadrené pomerným zhutnením ID, koeficientom, ktorý vyjadruje stupeň zhutnenia pôdy vo vzťahu k najvyššiemu zhutneniu:
kde e je koeficient pórovitosti pôdy v prirodzenom stave zhutnenia. Konečné hodnoty relatívnej hustoty sú:
- pre najvzácnejšiu štruktúru e = emax; ID =0;
- pre najhustejšiu štruktúru e = emin; ID =1.
Kritérium zhutnenia piesočnatej pôdy podľa Terzaghiho v pôvodnom texte znie:
- riedko zhutnený piesok: ID =0-1/3;
- stredne zhutnený piesok: ID =1/3–2/3;
- husto zhutnený piesok: ID =2/3-1.
V prípade násypov na cestách a násypoch text vyžaduje ID =2/3-1.
Namiesto predchádzajúceho formulára je možné použiť pomer objemov:
kde V je objem nenarušenej vzorky pôdy, Vmax je objem rovnakého množstva pôdy v stave najmenšieho zhutnenia a Vmin je objem rovnakého množstva pôdy v stave maximálneho zhutnenia.
Obmedzenie použitia: historické klasifikácie a termíny nemožno priamo preniesť na projekt alebo stavenisko. Typ pôdy, metóda odberu vzoriek, stav vzorky, platná norma a požiadavka projektu môžu zmeniť metódu a kritériá.
Zhutnenie viazanej pôdy
Pri viazanej pôde nezávisí zhutnenie len od veľkosti a tvaru pevných zložiek a ich štruktúry, ale aj od súdržnosti. Pevné častice sú vďaka súdržnosti zlepené, takže vytlačenie vody z pórov pri zhutňovaní je oveľa náročnejšie ako pri neviazanej zemine, ktorej častice sa pri zaťažení ľahšie pohybujú.
Pri zhutňovaní viazanej pôdy má veľký význam množstvo vody. Ubíjaním sa voda vytláča z pórov a hrúbka vodného filmu sa zmenšuje; pórovitosť klesá a pevnosť v šmyku a objemová hmotnosť sa zvyšujú. Čím vyššia je hustota, tým viac pevných látok a menej pórov na jednotku objemu. Tento pomer bol prijatý ako základ pre hodnotenie zhutnenia viazanej pôdy. Kontrola zhutnenia v texte sa vykonáva pomocou suchej objemovej hmotnosti:
γd = Wd / V [N/cm3]
kde Wd je hmotnosť úplne vysušenej vzorky pôdy v N a V je objem tej istej vzorky v zhutnenom stave pred sušením v cm3.
Proctor’s Trial
Proctorov test slúži na zistenie vzťahu medzi množstvom vody v pôde a jej zhutnením. Určuje optimálnu vlhkosť, t.j. vlhkosť, pri ktorej zhutnená zemina dáva maximálnu suchú objemovú hmotnosť pre danú energiu zhutňovania.
Historicky opísaný Proctorov aparát (obr1) pozostáva z kovového valca s vnútorným priemerom Ø =10 cm, výška12 cm(obrázok1_a_), pokračovanie valca s rovnakou výškou priemeru10 cm(obrázok1_b_) a priemer kovového ubíjadla5 cm, hmotnosť2,5N, vo valcovom vedení s mierne väčším priemerom. Vodidlo je na dolnom konci otvorené a na hornom konci zatvorené, s o niečo širším otvorom, ktorým môže prejsť rukoväť barana (obrázok1_c_). Spodný koniec valca je umiestnený na väčšej kovovej doske a fixovaný počas podbíjania.
Vzorka sa vysuší podľa pôvodného postupu a preoseje sa cez sito5 mmaby sa zabránilo vplyvu veľkých zŕn. Potom sa zmieša s množstvom vody, ktoré nesmie byť také veľké, aby vzorka bola kašovitá, ani také malé, aby sa vzorka nedala spracovať. Najprv sa nanesie vrstva s výškou cca8 cmv nezhutnenom stave a nabité25ťahy rovnomerne rozložené po povrchu. Náraz sa vykonáva voľným pádom paličky z výšky30 cm. Nanesie sa nová vrstva hrúbky8 cm, nabíja novými25zasiahne a zopakuje proces s treťou vrstvou. Po dokončení sa nástavec odstráni, povrch vzorky sa zarovná s okrajom spodného valca a nadbytočná nečistota sa odstráni. Potom sa odoberie vzorka zhutnenej zeminy a stanoví sa jej objemová hmotnosť za sucha γd a obsah vlhkosti w.
Obrázok1— Proktorov experiment.
Experiment sa opakuje 5 až 6-krát, vždy s čerstvým, neupraveným materiálom z tej istej vzorky, ale s iným množstvom vody, aby sa získali rôzne hodnoty pre γd a w. Pôdna vlhkosť w je aplikovaná na os diagramu a objemová hmotnosť sušiny γd na zvislej osi (obrázok 2). Prepojené body poskytujú krivku, ktorá ukazuje, že objemová hmotnosť suchej hmoty sa najprv zvyšuje s vlhkosťou na maximum a potom klesá. Vlhkosť wopt zodpovedajúca maximálnej suchej objemovej hmotnosti max γd sa nazýva optimálna vlhkosť. V texte sa akceptuje, že pri tejto vlhkosti sa pri danej energii zhutnenia dosiahne najvyššie zhutnenie. Takto vykonaný test sa nazýva štandardný Proctorov test.
Obrázok 2 — Proctorov diagram.
Bezpečnosť a štandard v laboratóriu: Rozmery prístroja, hmotnosť a pád ubíjadla, počet vrstiev a nárazov a príprava vzoriek sú tu prenášané historické údaje, nie samostatný návod. Platný postup musí definovať príslušný štandard a laboratórny plán. Sušenie, preosievanie a podbíjanie so sebou nesie riziko prachu, odletujúcich častíc, privretia a poranenia nárazom; vyžaduje sa správne vybavenie, ochrana a vyškolený operátor.
Vplyv veľkosti zrna nad 5 mm
V pôvodnom texte sa uvádza, že zrná väčšie ako 5 mm nemajú významný vplyv, ak tvoria až 25% celkovej hmotnosti. Ak je ich viac ako 25%, ich vplyv by sa mal vziať do úvahy výpočtom suchej objemovej hmotnosti zmesi pomocou metódy proporcionality alebo modifikovaného Proctorova testu.
Výpočet metódou proporcionality
Podľa tejto metódy sa suchá objemová hmotnosť zmesi pôdneho materiálu γdm vypočíta na základe pomerného zastúpenia zŕn nadmernej a nižšej veľkosti.5 mm:
kde je:
- γd — suchá objemová hmotnosť materiálu, ktorý prešiel otvorom sita5 mm;
- γsc — objemová hmotnosť pevných častíc zostávajúcich na otvore sita5 mm;
- m — hmotnostné percento materiálu zostávajúceho na otvore sita5 mmvo vzťahu k celej hmote.
Upravený Proctorov test
Podľa skúseností US Bureau of Reclamation citovaných v pôvodnom texte, ak sú zrná väčšie ako5 mmprerobiť1/3do2/3z celkovej hmotnosti pôdy, test by sa mal vykonať s celkovou hmotnosťou. Pretože to nie je možné úspešne vykonať vo valci s priemerom10 cm, valec s väčším priemerom sa používa v takzvanom upravenom Proctorovom teste. Text popisuje valec o priemere15,2 cma výška23,2 cm, v ktorom je množstvo vzorky5,5kp vyplní tri približne rovnaké vrstvy s po50udrie ťažkým kladivom4,53kp a výška pádu45,7 cm. Ak vzorka obsahuje zrná do20 mm, skúška sa vykonáva s nenarušeným materiálom. Ak obsahuje zrná väčšie ako20 mm, množstvo5,5kp vzorky sa preoseje cez sito z20 mm, a zvyšok na site nahradí materiálom rovnakej veľkosti5-20 mm.
Okrem takto opísaného postupu sa v texte každý spôsob výkonu, ktorý sa líši od štandardného, nazýva aj modifikovaný Proctorov test.
Energia zhutňovania
Energiu zhutnenia vzorky v Proctorovom valci možno vyjadriť rovnicou, kde N je počet úderov kladiva, h je výška pádu kladiva vm, W je hmotnosť kladiva v Mp (megapond) a V je objem vzorky vm3.
S nárastom energie zhutnenia sa dosiahne väčšie zhutnenie vzorky, zníži sa jej pórovitosť, teda množstvo vody v pôde a zvýši sa objemová hmotnosť sušiny. Pre zhutňovacie energie E1, E2, E3a E4získajú sa zodpovedajúce Proctorove grafy na obrázku3. Všetky diagramy asymptoticky začínajú saturačným diagramom, ktorý sa tiež nazýva diagram0%vzduchových pórov, keď sú všetky póry naplnené vodou, tzn5%vzduchových pórov, keď je95%póry naplnené vodou.
Obrázok3— Proctorove diagramy pre rôzne energie zhutňovania.
Saturačný diagram možno zostaviť vynesením na úsečku w = wz = n / γs(1-n) a na zvislej osi γd = γs(1-n), kde n je pórovitosť pôdy a γs je objemová hmotnosť pevných častíc danej pôdy. Z toho vyplýva, že energiu zhutňovania je možné nastaviť tak, aby sa dosiahlo požadované zhutnenie. Na kontrolu zhutnenia prírodnej pôdy alebo zhutneného násypu sa v texte často používa index zhutnenia Iz, pomer suchej objemovej hmotnosti danej zeminy alebo násypu γd k objemovej hmotnosti získanej Proctorom γp:
Iz = γd / γp.
Návrh a kontrola v teréne: samotná laboratórna krivka nepotvrdzuje kvalitu odvodenej vrstvy. Odber vzoriek, hrúbka vrstvy, typ a počet prejazdov strojom, vlhkosť, terénne merania, únosnosť, drenáž, priľahlé konštrukcie a podzemné inštalácie musia byť zahrnuté v pláne návrhu a kontroly. Nepribližujte sa k pracovnej oblasti valca alebo iného stroja bez organizovanej signalizácie a kontroly prístupu.