PODLOŽÍ VOZOVKY A JEHO CHARAKTERISTIKY

Vlastnosti zemin v podloží důležité z hlediska realizacevozovky:

-zrnitostní složení

-vlhkost, plasticita

-zhutnitelnost

-namrzavost

Pro určení vhodnosti zemin pro silniční podloží se zeminy na základě vyhodnocení dříve uvedených charakteristik zařazují do deseti skupin :

I. Zeminy s plynulou čárou zrnitosti, velmi dobrý písčitohlinitý tmel, jsou i za nepříznivých podmínek stabilní. Jsou velmi dobrým silničním podložím i dobrým materiálem pro cementové stabilizace

II. Zeminy s podobnými vlastnostmi jako skupina zemin I, ale nemají písčitohlinitý tmel. Jsou mrazuvzdorné, obtížně zhutnitelné, jsou velmi dobrým podložím

III. Jemnozrnnější zeminy soudržné a štěrky, jsou vhodné pro stabilizaci cementem nebo živicí, nesoudržné zeminy této skupiny se velmi špatně zhutňují

IV. Přechodná skupina mezi velmi dobrými a průměrněvyhovujícími zeminami, mají hlinitý tmel

V. Zeminy lze snadno zhutňovat, nižší únosnost je způsobena jemnozrnnějším charakterem, mírně namrzavé, jsou ještě vyhovujícím podložím

VI. Podléhají středním objemovým změnám, namrzavé, přechod mezi průměrně vyhovujícími a zeminami málo vyhovujícími

VII. Podléhají středním až vysokým objemovým změnám, po nasycení vodou klesá jejich únosnost až na 40 %, jsou namrzavé, málo vhodné silniční podloží

VIII. Namrzavé až nebezpečně namrzavé, měkká konzistence, mohou rozbřídat, nevhodné silniční podloží

IX. Podléhají značným objemovým změnám, doporučuje se jejich odstranění z podloží

X. Velké objemové změny, vlastnosti se nedají zlepšit, odstraňují se

Silniční násypy :

Obecná zásada: bez úpravy nesmí být použito zemin,jejichž mez tekutosti je vyšší než 60 % nebo mají max.objemovou hmotnost menší než 1.5 g/cm3.

Zeminy málo vhodné až nevhodné pro silniční násypy:jíl, písčitý jíl, jílová hlína,hlína, písčitá hlína, hlinitý písek,jílovitý písek

Zeminy vhodné pro silniční násypy:Jílovitý písek se štěrkem, písčitá hlína se štěrkem, jílovitopísčitý štěrk, hlinitý štěrk, štěrk s příměsí jílovitéhopísku

Materiály velmi vhodné pro silniční násypy:Hlinitý písek, písek se štěrkem,písčitý štěrk,štěrk s příměsí písku, štěrk s příměsí hlinitého písku

Základním parametrem zemního tělesa je míra zhutnění:

U soudržných zemin se tato míra vyjadřuje součinitelem zhutnění:

maxd

dD

U nesoudržných zemin je vyjádřena hodnotou relativníulehlosti Id.

Na stupni zhutnění závisí deformační modul E(dle Vossa):

Únosnost pláně může být daná:- pevnostními vlastnostmi zemin

- deformačními charakteristikami podloží (zatížení pláně)

Únosnost zeminy v podloží se určuje zatěžovacími zkouškami vyjádřenými:

- statickým modulem deformace

- statickým modulem pružnosti

- modulem reakce

- rázovou zkouškou vyjádřenou rázovým modulem pružnosti

Stanovení únosnosti podle CBR

- jedná se o porovnávací metodu, horninový vzorek se porovnává s normovým materiálem, kterým je drcené kamenivo

- pevnost zeminy podle CBR se pomocí grafů převádí na další deformační charakteristiky (modul pružnosti nebo modul reakce)

- CBR- California Bearing Ratio- tzv. kalifornský poměr únosnosti), měří se odpor zeminy nebo zkoušeného materiálu proti penetraci(průniku předepsaného kovového trnu určitou rychlostí do zkušebního vzorku zeminy). Pevnost se vyjadřuje v procentech odporu při penetraci trnu do normo- vého materiálu, tj. do drceného kameniva.

Podstata zkoušky:- zeminy vysušená při teplotě do 60 °C se rozmělní- v kovovém válci o průměru 152 mm se zemina při návrhové vlhkosti zhutní na návrhovou objemovou hmotnost - do takto připraveného vzorku se vtláčí ocelový trn o průměru 50 mm - trn je zatlačovaný rychlostí 1.27 mm za minutu, na lisu se odečítá potřebná síla, přepočítaná na specifický tlak od trnu při kritické hloubce zatlačení 2.54 mm , tj. za 2 minuty resp. při hloubce zatlačení 5.08 mm.

100%npp

CBR

p .. specifické zatížení vzorku zeminy při zkoušce v MPa při zatlačení trnu 2.5 mmpn .. specifické zatížení normového materiálu (drceného kameniva) při zatlačení 2.5 mm . Toto zatížení má hodnotu 7.08 MPa.

Zkouška se provádí i na nasycené zemině (zeminaje ponořená ve vodě 96 hodin).

STANOVENÍ MODULU PRUŽNOSTI TLUMENÝM RÁZEM

- modul pružnosti stanovujeme ze zatěžovací zkoušky tlumeným rázem( pomocí deflektometru) z vyhodnocení průhybu pod zatížením

Zařízení pro tuto zkoušku má vyvodit následující kontaktní napětí na jednotlivých vrstvách při trvání impulzu síly t:

- na podloží pro vozovky se stmelenými horními podkladovými vrstvami: p=0,02-0,05 MPa; t=0.1 s

- na podloží pro vozovky s nestmelenými horními podkladovými vrstvami: p=0,05-0,1 MPa;t=0,1 s

- na spodní podkladové vrstvě: p=0,1-0,2 MPa; t=0,03 s

- na horní podkladové vrstvě: p=0,2-0,35 MPa;t=0,03 s

- na povrchu krytu:p=0,5 MPa;t=0,03 s

Přístroj se skládá ze dvou základních částí:- rázové zařízení- měřící zařízení

Rázové zařízení:- nosná konstrukce ve tvaru trojnožky se střední vodící tyčí

- zdvihací zařízení (zatěžovacím břemenem jsou ocelové prstence o hmotnosti 50 nebo 100 kg)

- tlumící kotouče ( 4 ks nebo 7 ks p tloušťce 5 cm), tyto tlumící kotouče jsou položeny přímo na zkoušený povrch nebo na tuhou zatěžovací desku o ploše 1000 cm2, (d=37.7 cm), která leží na zkoušeném povrchu

- velikost kontaktního napětí se dosahuje regulováním počtu gumových kotoučů a regulací hmotnosti závaží z různé výšky (dle tabulky)

1 trojnožka2 hlava trojnožky3 kladky4 objímka5 vodící tyč6 spojovací tyče7 úchytky na kola8 kleště9 uvolňovací kužel10 břemeno11 kruhový držák12 tlumící zařízení13 zatěžovací zařízení14 dynamometr15 měřící nosník

Měřící zařízení:- měřící nosník(např. duralový) , jehož podstavce musí být vzdálené nejméně 4.d od zatěžovací desky o průměru d

- na nosníku je připevněno snímací zařízení na zjištění velikosti průhybu

Zařízení může být instalované rovněž na přívěsném vozíku za terénním osobním automobilem.

Pro pružnou zatěžovací desku:

pyap

E.

12 2

p- kontaktní napětí po deskouyp- pružný průhyb pod deskoua- poloměr zatěžovací desky (plochy) - Poissonovo číslo, obvykle se uvažuje 0.35

pyap

E.

12

2

Pro tuhou kruhovou zatěžovací desku:

STANOVENÍ MODULU REAKCE STATICKOU ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKOU

Princip:Tuhá zatěžovací deska o průměru 798 mm (plocha 5000 cm2) resp. 762 mm (plocha 4550 cm2 )se zatláčí do povrchu podloží a při kritickém zatlačení (průhybu) se odečítá tlak na zatěžovací desku.

Pro modul reakce pak platí:

00127.0p

yp

k

p - poměrné zatížení zeminy pod zatěžovací deskou při kritickém zatlačení 0.00127 m

y - kritické zatlačení, rovno 0.00127 m

Postup zkoušky:- zemina se zatlačuje po jednotlivých zatěžovacích stupních , vynese se graf závislosti „zatížení - zatlačení“- na každém zatěžovacím stupni se udržuje zatížení tak dlouho , až se zatlačení ustálí (když je změna zatlačení během 3 minut menší než 0.05 mm)- celkové požadované zatlačení by mělo být 1.5 náso- bek kritického zatlačení (2-3 mm)

Zrychlená statická zkouška:

Provádí se se stejným zařízením (kruhová zatěžovacídeska má plochu 5000 cm2), ale pouze pro jeden zatěžovací stupeň p=0.07 MPa.Po ustálení deformace se zatížení odlehčí a pružná deformacese stanoví na odlehčující větvi po poklesu tlaku na nulu.Modul reakce se pak stanoví dle již dříveuvedeného vztahu.

Tato zrychlená zkouška má dostatečně přesné výsledky pro hodnoty modulů reakce menší nebo rovno 60 MN/m3.

Pokud se tato zkouška provádí s menší zatěžovací deskou, je třeba provést přepočet dle vztahu:

ka

k

396.0

k - modul reakce stanovený deskou s plochou 5000 cm2k‘ - modul reakce stanovený deskou s plochou menší než 5000 cm2a‘- poloměr zatěžovací desky

PŘEVODY MEZI DEFORMAČNÍMI CHARAKTERISTIKAMI

! Zásada: Vyhýbáme se převodům mezi jednotlivými charakteristikami (každý způsob vychází z určitých předpokladů a různého způsobu provedení).

Obvykle se jedná o měření svislé deformace,faktory ovlivňující měření svislé deformace :

- doba zatížení

- zemina je pružná jen ve velmi malé oblasti zatížení, u vyšších hodnot napětí je poměr mezi pružnou a plastickou částí deformace různý v různých zeminách

- vliv velikosti zatěžovací plochy kruhové desky, který se projevuje v různých hloubkách pod zatěžovacím místem; prakticky se zatížení projevuje do hloubky rovnající se 3 průměrům zatěžovací desky ( u CBR do hloubky 15 cm, u kruhové desky o ploše 1000 cm2 do hloubky 1 m, u desky o ploše 5000 cm2 do hloubky 2 m)

- charakter zatížení (pozvolné nebo rázové)

Převodní vztah:

nEk 61.1k … modul reakceEn .. návrhový modul pružnosti

NÁVRHOVÁ ÚNOSNOST PODLOŽÍ

Od zemin v podloží se vyžaduje:

- změny objemu zeminy vyvolané od pohyblivého zatížení přes jednotlivé vrstvy vozovky na pláň a změny v důsledku kolísající vlhkosti během roku a změny způsobené namrzáním a rozmrzáním během roku byly co nejmenší

- hodnoty únosnosti podloží byly co největší a během roku se co nejméně měnily

Zemina v celém cestním tělese musí být zhutněná.Správnézhutnění se posuzuje mírou zhutnění.

Míra zhutnění:

Poměr dosažené hodnoty zhutnění k předepsané hodnotě.Určuje se zvlášť pro soudržné a nesoudržné zeminy.

Míra zhutnění se určuje obvykle podle procent z maximální objemové hmotnosti určené Proctorovou zkouškou.

Nesoudržné zeminy: obsah jemnozrnných částic je menší než 25 %.V opačném případě soudržné zeminy.

Samotnou návrhovou únosnost vyjadřujeme:

netuhé vozovky: a) modulem pružnosti b) hodnotou CBR

tuhé vozovky: modulem reakce

Únosnost není během roku stálá, mění se předevšímse změnou vlhkosti. Čím má zemina větší vlhkost, tímje menší únosnost.

Návrhovou únosnost tedy uvažujeme ve dvou variantách:

1) návrhovou únosnost střední - vyjadřuje se středním návrhovým modulem pružnosti (E n,s )- z převodového grafu mezi CBR a E

2) návrhová únosnost minimální (v době jarního tání)- vyjadřuje se jarním návrhovým modulem pružnosti (En,j)

Návrhová vlhkost pro soudržné zeminy:

www optn .

wn - návrhová vlhkost zeminywopt.- optimální vlhkost zeminy určená Proctorovou zkouškou - hodnota přírůstku v procentech, různá při různé typy zemin (viz. tabulka)

w

Návrhová vlhkost pro nesoudržné zeminy:

sdnw

11100

- saturace zeminy dobjemová hmotnost zeminy odpovídající relativní hutnosti požadované pro pláňs – měrná hmotnost zeminy

Takto zvlhčenou zeminu zhutníme na návrhovou objemovou hmotnost:

Pro soudržné zeminy:

s

nn,d w

100

Nesoudržné zeminy:

Připravenou zeminu zhutníme na návrhovou hmotnost,odpovídající relativní hutnosti ID

Z CBR se stanoví návrhová hodnota modulu pružnosti, obvykle by mělo být alespoň jedno vyhodnocení na 200 mdélky. Trasa se dělí na úseky s přibližně stejnou hodnotou únosnosti podloží, musí být splněna podmínka:

350,E~vp

Úseková hodnota únosnosti podloží se určí dle vztahu:

pu,p E~

E

pE~

… průměrná hodnota modulu pružnosti podloží na úseku

u,pE … výpočtová úseková hodnota modulu pružnosti podloží

…. směrodatná odchylka

1

2

n

EE~

pip

Epi … jednotlivé hodnoty modulů pružnosti na sledova- ném úseku

n … počet hodnot Epi v souboru

v… variační koeficient

s,nj,n EuE

Minimální (jarní) návrhová únosnost E n,j:

E n,s … střední návrhový modul pružnosti

E n,j … jarní návrhový modul pružnosti

u .. redukční součinitel(závisí na typu vodního režimu, namrzavosti zeminy, poměru tloušťky vozovky a hloubky promrzání)

Zvýšení únosnosti lze dosáhnout:

-výměnou zeminy v podloží

- zlepšením podložní zeminy

Požadavek na minimální hodnotu únosnosti podloží : En = 25 MPa

Pro větší zatížení se doporučuje En=40-50 MPa