4.    Vlastnosti skalních hornin a zemin

4.1    Vlastnosti skalních hornin

 Měrná a objemová hmotnost

Pórovitost

Vlhkost

Nasákavost

Pevnost

Mrazuvzdornost a koeficient mrazuvzdornosti v tlaku

Obrusnost

Odolnost proti otluku

Ohladitelnost kameniva

4.2    Vlastnosti zemin

Granulometrické složení

Měrná a objemová hmotnost

Pórovitost

Vlhkost

Konzistence a plasticita

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.    Horniny ve stavební praxi

5.1    Klasifikace hornin (základových půd) ve stavební praxi

Základová půda je definována jako část geologického  prostředí, které je v interakci se stavební konstrukcí. Působí na ni vlivy vyvolané v okolním prostředí, jsou do ní přenášeny účinky vyvolané stavbou (Pašek, Matula a kol., 1995).

Základové půdy jsou hodnoceny podle normy ČSN 73 1001 – Základová půda pod plošnými základy, pojmenování a popis hornin v inženýrské geologii jsou řízeny normou ČSN 72 1001, nově pak podle evropské legislativy – České technické normy Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování zemin – ČSN EN ISO 14688-1 - část 1: Pojmenování a popis (72 1003).

Základní rozdělení hornin je podle pevnosti strukturních vazeb na skalní horniny a zeminy.

5.1.1    Popis a klasifikace skalních hornin

Skalní horniny, definované jako pevné horniny posuzované z hlediska vlastností základové půdy, s vysokou pevností, únosností a prakticky nestlačitelné, se rozdělují podle vzniku do tří základních skupin – magmatické, sedimentární a metamorfované. Jejich geneze a základní typy jsou uvedeny v kapitole 3 – Složky zemské kůry.

Kromě základního názvu horniny, se doplňují další popisné charakteristiky. Jsou jimi barva, strukturně texturní rysy, stupeň zvětrávání a další alterace a stupeň pevnosti horniny, u horninového masivu se navíc popisují diskontinuity.

                Barva

Barva, která se určuje při přirozené vlhkosti, indikuje složení horniny, příměsi nebo případné druhotné přeměny. Postup popisu je následující (Pašek, Matula a kol., 1995):

1.            intenzita barvy (světlá – tmavá)

2.            odstín (červeně,...)

3.            vlastní barva

4.            v případě potřeby následují doplňková označení (např. přívlastky skvrnitá, pruhovaná apod.).

                Strukturně texturní charakteristiky

Strukturně texturní znaky jsou dány velikostí, tvarem a uspořádáním zrn a typem tmelu.

Velikost zrn se stanovuje odhadem, kontaktním měřítkem, případně cejchovanou lupou. Označení zrnitosti se řídí převládající velikostí zrna podle ČSN 72 1001 (tab. 5.1.1.1a,b).

Tab. 5.1.1.1 Zrnitost a – magmatických, metamorfovaných a biochemických, b - sedimentárních skalních hornin (ČSN 72 1001)

a)

 

 

b)

 

Označení

Velikost zrn (mm)

 

Označení

Velikost zrn (mm)

amorfní

makroskopicky nestanovitelná

 

pelitická

< 0,002

velmi jemnozrnná

< 0,1

 

aleuritická

0,002-0,06

jemnozrnná

0,1-0,3

 

jemně psamitická

0,06-0,25

střednozrnná

0,3-3,0

 

středně psamitická

0,25-1

hrubozrnná

3,0-10,0

 

hrubě psamitická

1 - 2

velmi hrubozrnná

> 10,0

 

drobně psefitická

2 - 8

 

 

 

středně psefitická

8 - 30

 

 

 

hrubě psefitická

30 - 60

 

 

 

kamenitá

60 - 200

 

 

 

balvanitá

> 200

Tvar zrn se popisuje podle typu horniny. Zrna klastických hrubozrnných a střednězrnných sedimentů se rozlišují pravidelná, plochá deskovitá, plochá protáhlá a protáhlá. Jejich geneze se stanovuje podle opracování zrn (ČSN 72 1001, tab. 5.1.1.2).

 

 

 

 

 

Tab. 5.1.1.2 Stupeň opracovanosti zrn klastických sedimentárních skalních hornin (ČSN 72 1001)

Označení

 

Charakteristika

ostrohranné (angulární)

 

rovné plochy, ostré hrany a rohy, nepatrné nebo žádné projevy opracovanosti

poloostrohranné (subangulární)

 

částečně obroušené hrany a rohy, rovné plochy

polozaoblené

 

hrany a rohy zaoblené, zrna mají původní tvar

zaoblené (oválné)

 

hrany a rohy tvoří plynulé křivky, původní tvar zrna je ještě poznatelný, rovné plochy čisté

dokonale zaoblené (dokonale oválné)

 

zrno má plynule zaoblené tvary, naznačující původní tvar, bez rovinných ploch, hran a rohů

Kriteriem hodnocení tvaru zrn magmatických hornin je stupeň krystalizace minerálních zrn. Na základě tohoto kriteria se vymezují struktury krystalické, polokrystalické a sklovité . V případě metamorfovaných hornin se rozlišují struktury lepidoblastické, nematoblastické apod. (Texturu horniny určuje prostorové rozložení a orientace zrn. Jednotlivé typy textur jsou uvedeny 

U masivu sedimentárních hornin se popisuje vrstevnatost podle tab. 5.1.1.3.

Tab. 5.1.1.3  Vrstevnatosti sedimentárních hornin (ČSN 72 1001)

 Druh

vrstevnatosti

Mocnost vrstev (mm)

Název vrstvy

tence laminovaná

< 2

lamina

laminovaná

2–20

tence deskovitá

20-60

deska

deskovitá

60–200

lavicovitá

200–600

lavice

hrubě lavicovitá

600-2000

masívní

> 2000

 

 V případě masivu tvořeného metamorfovanými horninami se hodnotí strukturní znak, označovaný jako břidličnatost. Masiv magmatických hornin může být prostoupen plochami odlučnosti, které se vytvořily v průběhu tuhnutí a chladnutí magmatu (Pašek, Matula a kol., 1995).

               Stupeň zvětrávání a jiné alterace

Při vizuálním hodnocení zvětrání horniny se popisuje změna barvy, viditelné rozložení a rozrušení (druh rozpadu – kusovitý, úlomkovitý atd.). Tabulka 5.1.1.4 podává přehled o základních stupních zvětrávání podle ČSN 72 1001.

Tab. 5.1.1.4  Hodnocení stupně zvětrání (alterace) hornin (ČSN 72 1001)

Stupeň zvětrání

Symbol

Stupeň alterace

Symbol

Podíl zvětralých (alterovaných) minerálů v % (odhad)

Popisné znaky

zdravá

W1

zdravá

A1

0 – 3

hornina je bez stop zvětrání (alterace), zabarvení je původní, rovnoměrné

navětralá

W2

částečně alterovaná

A2

3 – 10

hornina má zachovalý původní stav i vzhled; malá část minerálů je částečně zvětralá (alterovaná); typická je alterace a zvětrání kolem diskontinuit; malá změna barvy nebo odstínu, hlavně podél diskontinuit

mírně navětralá

W3

mírně alterovaná

A3

10 – 35

hornina má zachovalý původní vzhled; část minerálů je částečně až zcela zvětralá (alterovaná); zdravé minerály tvoří souvislou kostru horniny; výrazná změna barvy nebo odstínu

silně zvětralá

W4

silně alterovaná

A4

35 – 75

značná část až většina minerálů je značně až úplně zvětralá (alterovaná); zdravé minerály už netvoří souvislou kostru horniny, ale vyskytují se zpravidla jako jádra zvětralých (alterovaných) částic; původní struktura horniny je jasně zřetelná; úplná změna barvy oproti zdravé hornině

rozložená

W5

rozložená

A5

> 75

převážná většina minerálů je zcela rozložená, zdravé nebo částečně zvětralé (alterované) minerály se vyskytují jen jako izolované částice v rozložené hmotě; v rostlém stavu je původní struktura horniny celkem zachovalá

Zvětrání a alterace horninového masivu vykazují vertikální i horizontální variabilitu. Stav masivu se proto hodnotí na základě hodnocení stupně zvětrání hornin v částech masivu. Zvětrání horninového masivu se stanovuje podle intenzity mechanického a chemického rozrušení (tab. 5.1.1.5).

Tab. 5.1.1.5  Hodnocení zvětrání horninového masivu (ČSN 72 1001)

Hornina

Mechanické rozrušení

Chemické rozrušení

zdravá

slabé rozvolnění podél existujících puklin

bez znaků přeměny minerálů

navětralá

oslabená strukturní soudržnost, vznik puklin zvětráváním, rozšíření původních puklin

rozložení části minerálů podél puklin, částečné vyplnění puklin produkty zvětrávání

mírně navětralá

rozpad na bloky a úlomky, původní struktura je zachována

kůry zvětrávání bloků a úlomků, výplň puklin zvětralinou

silně zvětralá

úplný rozpad na drobné úlomky, převážně oddělené zvětralinou

většina minerálů v úlomcích rozložená, rozšířené pukliny vyplněny zvětralinou

rozložená

úplné rozdrobení na písčité až jílovité eluvium s případnými úlomky

minerální složení zcela změněné (charakter zeminy)

                Stupeň pevnosti horniny

Základním kvalitativním znakem při inženýrskogeologickém hodnocení vlastností hornin je stupeň pevnosti. Stanovuje se laboratorními zkouškami pevnosti v prostém tlaku nebo terénními zkouškami. V tabulce 5.1.1.6 je uvedeno zatřídění skalních hornin na základě pevnosti v prostém tlaku.

Tab. 5.1.1.6  Zatřídění hornin podle pevnosti (ČSN 72 1001)

Symbol

Stupeň pevnosti

Pevnostsc (MPa)

Znaky pro terénní hodnocení pevnosti

Příklady hornin

R0

extrémně vysoký

> 250

horninu téměř nelze otloukat geologickým kladívkem

zdravé: bazalty, eklogity, kvarcity, amfibolity

R1

velmi vysoký

150-250

horninu lze těžce otloukat geologickým kladívkem

zdravé: granitoidy, diority, gabra, migmatity, granulity, prokřemenělé ruly, silicity

R2

vysoký

50-150

horninu lze kladívkem těžce rozbíjet

zdravé: vápence, dolomity, slepence, pískovce, droby, pevné prachovce, pararuly, svory. fylity

navětralé: horniny velmi vysoké pevnosti

R3

střední

15-50

horninu lze kladívkem lehce rozbíjet

zdravé: jílovce , slínovce

navětralé: horniny velké pevnosti

mírně navětralé: horniny velké až velmi vysoké pevnosti

R4

nízký

5-15

horninu lze rýpat nožem

zdravé: slabě zpevněné jílovce, prachovce, pískovce, chloritické a grafitické břidlice, ultramylonity

navětralé: horniny střední pevnosti

zvětralé: horniny velké až velmi velké pevnosti

R5

velmi nízký

1,5-15

horninu lze rozdrobit rukou

zdravé: velmi slabě zpevněné jílovce, prachovce, pískovce

navětralé a mírně zvětralé: horniny nízké pevnosti

silně zvětralé: horniny střední pevnosti

zcela zvětralé: horniny velké až velmi velké pevnosti

R6

extrémně nízký

0,5-1,5

horninu lze rýpat nehtem

silně zvětralé jílovce a prachovce

Odlučností horniny se označuje rozpad horninového masivu na bloky a úlomky. Pro magmatické horniny je charakteristická odlučnost kvádrovitá, lavicovitá, deskovitá, lupenitá, hranolovitá, sloupcovitá, kulovitá nebo nepravidelná. Plochami odlučnosti sedimentárních hornin jsou vrstevní spáry, u metamorfik jsou to plochy břidličnatosti.

5.1.2              Popis a klasifikace zemin

Zemina je definována jako jakákoliv hornina, jejíž částice nejsou vzájemně pevně spojeny, tedy každá nezpevněná soudržná i nesoudržná hornina. Základním kriteriem rozdělení typů zemin je zrnitostní složení Kromě zrnitosti je dalším rozlišovacím znakem u zemin s podílem frakce menším než 0,063 mm nad 15%plasticita. Tabulka 5.1.2.1 dokumentuje rozlišení zrn a frakcí podle ČSN 72 1001, na základě níž se rozlišují základní skupiny zemin.

 

Tab. 5.1.2.1  Rozlišení zrn a frakcí (ČSN 72 1001)

Název

Symbol

Velikost zrn (mm)

zrn

frakce

velmi hrubé

balvanité

b

> 200

kamenité

cb

200-60

hrubé

štěrkovité

g

60-2

písčité

s

2-0,06

jemné

prachovité

f

c

0,063-0,002

jílovité

m

< 0,002

K třídění a pojmenování zemin s částicemi do 60 mm slouží trojúhelníkový klasifikační diagram (obr. 5.1.2.1).

Popis: http://geologie.vsb.cz/geologie/KAPITOLY/5_horniny_v_praxi/5_horniny_stav_praxi_soubory/image002.jpg

Štěrkovité a písčité zeminy se navíc hodnotí podle charakteru zrnitosti. Průběh křivky udává, zda je zemina dobře zrněná(symbol W – plochý tvar křivky) nebo špatně zrněná (symbol P – strmá křivka zrnitosti). Kriteriem pro toto rozdělení je číslo nestejnozrnitosti Cu a číslo křivosti Cc, která se vypočítají pomocí hodnot d10, d30 a d60, odečtených z křivky zrnitosti a odpovídajících průměru zrn při propadu 10, 30 a 60% podle vztahu

Na základě klasifikačního diagramu (obr. 5.1.2.1) a čísel nestejnozrnitosti a křivosti se rozdělují štěrkovité a písčité zeminy na pět typů, které jsou uvedeny v tabulkách  5.1.2.2 a 5.1.2.3 i se svými charakteristikami.

Tab. 5.1.2.2  Klasifikace štěrkovitých zemin (ČSN 72 1001)

Třída

ČSN 73 1001

Název typu zeminy

Symbol

Kvalitativní znaky

Poloha vůči čáře A na diagramu plasticity

obsah f (%)

Cu

Cc

G1

štěrk dobře zrněný

GW

< 5

> 4

1 - 3

-

G2

štěrk špatně zrněný

GP

< 5

< 4

< 1

-

 

 

> 3

-

G3

štěrk s příměsí jemnozrnné zeminy

G-F

5 – 15

-

-

-

G4

štěrk hlinitý

GM

15 – 35

-

-

POD

G5

štěrk jílovitý

GC

15 - 35

-

-

NAD

Tab. 5.1.2.3  Klasifikace písčitých zemin (ČSN 72 1001)

Třída

ČSN 73 1001

Název typu zeminy

Symbol

Kvalitativní znaky

Poloha vůči čáře A na diagramu plasticity

obsah f (%)

Cu

Cc

S1

písek dobře zrněný

SW

< 5

> 4

1 - 3

-

S2

písek špatně zrněný

SP

< 5

< 4

< 1

-

 

 

> 3

-

S3

písek s příměsí jemnozrnné zeminy

S-F

5 – 15

-

-

-

S4

písek hlinitý

SM

15 – 35

-

-

POD

S5

písek jílovitý

SC

15 - 35

-

-

NAD

Diagram plasticity znázorňuje závislost indexu plasticity  IP na vlhkosti na mezi tekutosti wL (viz. kapitola 4.2 – Vlastnosti zemin).

Rozdělení jemnozrnných zemin na osm typů (tab. 5.1.2.4) je zpracováno v souladu s klasifikačním diagramem (obr. 5.1.2.1) podle příměsi hrubozrnných frakcí a laboratorně stanovené hodnoty plasticity.

Tab. 5.1.2.4  Klasifikace jemnozrnných zemin (ČSN 72 1001)

Třída

ČSN 73 1001

Název typu zeminy

Symbol

Kvalitativní znaky

obsah f (%)

g : s

Poloha vůči čáře A na diagramu plasticity

wL (%)

F1

štěrkovitá hlína

MG

35-65

g > s

POD

-

F2

jíl štěrkovitý

CG

35-65

g > s

NAD

-

F3

hlína písčitá

MS

35-65

g > s

POD

-

F4

jíl písčitý

CS

35-65

g > s

NAD

-

F5

hlína s nízkou plasticitou

ML

> 65

-

POD

< 35

hlína se střední plasticitou

MI

> 65

-

POD

35-50

F6

jíl s nízkou plasticitou

CL

> 65

-

NAD

< 35

jíl se střední plasticitou

CI

> 65

-

NAD

35-50

F7

hlína s vysokou plasticitou

MH

> 65

-

POD

50-70

hlína s velmi vysokou plasticitou

MV

> 65

-

POD

70-90

hlína s extrémně vysokou plasticitou

ME

> 65

-

POD

> 90

F8

jíl s vysokou plasticitou

CH

> 65

-

NAD

50-70

jíl s velmi vysokou plasticitou

CV

> 65

-

NAD

70-90

jíl s extrémně vysokou plasticitou

CE

> 65

-

NAD

> 90

Pro účely stavební praxe se klasifikace zemin řídí normou ČSN 73 1001, nově se zavádí Česká technická norma Geotechnický průzkum a zkoušení – Pojmenování a zatřiďování zemin – ČSN EN ISO 14688-1 - část 1: Pojmenování a popis (72 1003).

5.1.2.1    Zeminy jako základové půdy podle ČSN 73 1001

Klasifikace hornin jako základových půd podle ČSN 73 1001 je totožná se základním inženýrskogeologickým členěním. Podobný je i trojúhelníkový klasifikační diagram (obr. 5.1.2.1.1).

Popis: http://geologie.vsb.cz/geologie/KAPITOLY/5_horniny_v_praxi/5_horniny_stav_praxi_soubory/image010.jpg

Základové půdy se rozdělují podle podobnosti mechanických vlastností. Kromě již zmíněných štěrkovitých, písčitých a jemnozrnných půd (viz. tabulky 5.1.2.2, 5.1.2.3, 5.1.2.4 a obr. 5.1.2.1 a 5.1.2.1.1) je známa tzv. skupina zvláštních zemin. Přehledné schéma klasifikačního systému zemin je na obrázku 5.1.2.1.2.

Popis: http://geologie.vsb.cz/geologie/KAPITOLY/5_horniny_v_praxi/5_horniny_stav_praxi_soubory/image012.jpg

Skupina zvláštních zemin zahrnuje zeminy organické (O), prosedavé (T) a jiné zvláštní zeminy (U) a také násypy (Y) a skládky(Z). Jako základové půdy se tyto zeminy chovají nepříznivě, a proto se posuzují individuálně a jejich normové charakteristiky se musí stanovit laboratorně (Pašek, Matula a kol., 1995).

Organickými zeminami se označují jemnozrnné nebo písčité zeminy, jejichž obsah organických látek je zvýšený. Prosedavými zeminami jsou např. spraše. Do skupiny jiných zvláštních zemin  se řadí karbonátové nebo evaporitové zeminy s obsahem rozpustných nebo objemově nestálých solí. Patří sem také zeminy, jejichž chování je za určitých podmínek velmi nepříznivé (Pašek, Matula a kol., 1995). Nesnadné je také posuzování vhodnosti zakládání staveb na násypech a skládkách, kde často může vznikat problém s ulehlostí materiálu. Materiál skládek bývá velmi nehomogenní, nezřídka obsahuje látky, které mohou negativně ovlivňovat konstrukci budoucí stavby, proto se na násypech a skládkách smí zakládat pouze při realizaci určitých úprav a opatření.

5.1.2.2    Zeminy jako základové půdy podle ČSN EN ISO 14688-1 – Část 1: Pojmenování a popis

Nově vstupuje v platnost norma ISO 14688, která stanovuje pravidla pro pojmenování a zatřídění zemin pro inženýrské účely.

                Minerální zeminy

Norma definuje zeminu jako soustavu minerálních částic nebo organické hmoty ve formě zeminy, někdy organického původu. Tato soustava může být dělena jemným mechanickým způsobem a obsahovat různé množství vody a vzduchu (ISO 14688). Jako zeminu lze také označit násypy tvořené přemístěnou přírodní zeminou, případně antropogenním materiálem, který má zeminám podobné vlastnosti (drcené kamenivo, popílek apod.).

Popis a zatřídění zemin do systému se ve smyslu této normy řídí blokdiagramem uvedeným na obrázku 5.1.2.2.1, který umožňuje okamžité terénní použití zkušenými osobami.

Obr. 5.1.2.2.1  Blokdiagram – pojmenování a popis zemin (ČSN EN ISO 14688-1)

Popis: http://geologie.vsb.cz/geologie/KAPITOLY/5_horniny_v_praxi/5_horniny_stav_praxi_soubory/image014.jpg

 

Přesnější popis a zatřídění jsou možné po provedení laboratorních zkoušek, jimiž se stanovuje zrnitost, plasticita, obsah organických látek apod.

Základním kriteriem pojmenování je velikost zrna (viz. tab. 5.1.2.2.1). Pomocí tohoto parametru společně se zrnitostními mezemi lze stanovit mechanické chování zemin.

Tab. 5.1.2.2.1  Velikost zrn frakcí (ČSN EN ISO 14688-1)

Skupiny zemin

Frakce

Symbol

Velikost zrn (mm)

velmi hrubozrnná zemina

velký balvan

LBo

do 630

balvan

Bo

200-630

valoun

Co

63-200

hrubozrnná zemina

štěrk

Gr

2-63

 

hrubozrnný

CGr

20-63

 

střednězrnný

MGr

6,3-20

 

jemnozrnný

FGr

2,0-6,3

písek

Sa

0,063-2,0

 

hrubozrnný

CSa

0,63-2,0

 

střednězrnný

MSa

0,2-0,63

 

jemnozrnný

FSa

0,063-0,2

jemnozrnná zemina

prach

Si

0,002-0,063

 

hrubozrnný

CSi

0,02-0,063

 

střednězrnný

MSi

0,0063-0,02

 

jemnozrnný

FSi

0,002-0,0063

jíl

Cl

≤ 0,002

Symboly, jimiž se označují jednotlivé frakce zeminy, jsou odvozeny od anglických názvů.

Základními zeminami jsou zeminy stejnozrnné, které jsou složeny z částic pouze úzké frakce zrnitosti. Většina zemin je všaksmíšených, tj. obsahují hlavní a druhotnou frakci. Hlavní frakce předurčuje inženýrské vlastnosti horniny a popsána je podstatným jménem (hlavní název), při zápisu pomocí symbolů se píše velkými písmeny (viz. tab. 5.1.2.2.1). Jedno nebo více přídavných jmen (tzv. upřesňující termíny) udává charakter druhotné frakce, která sice není určující, přesto však inženýrské vlastnosti hornin bude ovlivňovat. Označena je malými písmeny. Např. písčitý štěrk (sandy gravel) bude označen symbolem saGr. Malá podtržená písmena v symbolu označují vrstevnaté zeminy. Uvádějí se po základní frakci zeminy (např. štěrkovitý jíl s vložkami písku má symbolgrClsa).

Obsahuje-li hrubozrnná zemina dvě frakce v přibližně stejném poměru, vloží se při jejich plném i symbolickém označení mezi příslušné názvy lomítko (např. štěrk/písek ponese symbol Gr/Sa, jemnozrnný/střední písek bude označen symbolem FSa/MSa).

Kromě stanovení zrnitosti se dále u hrubých frakcí (zrna velikosti štěrku a větší) posuzuje tvar částic. Popisuje se zaoblení hran a rohů (souborem standardních grafů), obecný tvar a povrchové vlastnosti (viz. tab. 5.1.2.2.2).

Tab. 5.1.2.2.2  Názvy pro stanovení tvaru zrna (ČSN EN ISO 14688-1)

Parametr

Tvar částice

Angularita/zaoblenost

velmi ostrohranný

ostrohranný

slabě ostrohranný

slabě zaoblený

zaoblený

dobře zaoblený

Tvar

kvádrový

plochý

podlouhlý

Povrchová textura

drsná

hladká

Barva může do jisté  míry charakterizovat složení zeminy, pomáhá od sebe odlišit minerální a organickou zeminu. Stanovuje se na čerstvém řezu za denního světla. Zaznamenává se také případná změna barev, ke které může docházet vlivem oxidace nebo vysušení vzorku.

Informaci o plasticitě zeminy pomáhá určit pevnost zeminy v suchém stavu, která závisí na množství jemných částic. Měřítko pevnosti lze stanovit na vysušeném vzorku z odporu proti jeho drcení mezi prsty. Na základě rozdrcení mohou být stanoveny pevnosti (ČSN EN ISO 14688-1):

·                    nízká pevnost v suchém stavu – zemina se drobí pod lehkým až mírným tlakem prstů;

·                    střední pevnost v suchém stavu – zemina se rozdrobí pouze pod výrazným tlakem prstů na kousky, které stále vykazují soudržnost;

·                    vysoká pevnost v suchém stavu – zeminu nelze rozdrobit tlakem prstů, ale lze ji rozbít.

Podle výše uvedeného rozboru lze určit, zda jemnozrnná zemina obsahuje prach, pro nějž je charakteristická nízká pevnost, nebo jíl, který je znám svou vysokou pevností. Střední pevnost v suchém stavu svědčí o přítomnosti směsi jílu a prachu.

Zda vzorek jemnozrnné zeminy obsahuje prach anebo jíl, lze také stanovit podle chování při třesení, při stanovení dilatance. Navlhčený vzorek kulovitého tvaru se třese v otevřené dlani poklepem jedné ruky o druhou tak dlouho, dokud se neobjeví na povrchu vzorku voda. Voda zmizí, jakmile se vzorek stlačí mezi prsty. Obsahuje-li zemina prachovité částice, je rychlost, za kterou se voda objeví a po stisknutí dlaně zase zmizí, větší. V případě jílu nemá třesení a stlačení na stav vzorku vliv. Se snižujícím se obsahem prachu (a zvyšujícím se obsahem jílu) se prodlužuje doba, za kterou se voda na povrchu vzorku objeví.

Dalším způsobem, jak od sebe odlišit zeminu s obsahem jílu nebo prachu, je pozorování vzorku při přirozené vlhkosti na řezu nožem. Přítomnost jílu indikuje lesklý povrch řezu, pro prach (příp. jílovitopísčitý prach) je charakteristický matný povrch řezu.

U soudržných jemnozrnných zemin s plastickými vlastnostmi se stanovuje mez plasticity. Po jejím dosažení lze rozhodnout, zda má zemina nízkou nebo vysokou plasticitu. Mez plasticity je dosažena, když se vlhký vzorek zeminy nejprve válí do tvaru válečku o průměru 3 mm a po prohnětení již další válení není možné a z důvodu nízké vlhkosti lze zeminu už pouze hníst (ČSN EN ISO 14688-1).

Nízkou plasticitu mají zeminy s vysokým obsahem prachu. Vzorek je sice soudržný, avšak válečky o průměru 3 mm nelze vyválet. Pokud se daří vyválet vzorek do tenkých válečků, jedná se o zeminu s vysokou plasticitou, která je typická pro jíly.

Konzistence se u soudržných zemin stanoví manuální zkouškou, na základě níž lze rozlišit zeminu (ČSN EN ISO 14688-1):

·                    kašovitou – zemina se drobí při stlačení v dlani protlačuje mezi prsty;

·                    měkkou – zeminu lze hníst lehkým tlakem prstů;

·                    tuhou – zeminu nelze hníst, lze však v ruce vyválet nedrolící se a nerozpadávající se válečky o průměru 3 mm;

·                    pevnou – při válení válečků o průměru 3 mm se zemina drolí a rozpadá; obsahuje však stále dostatečné množství vlhkosti, aby se z ní opět dala uhníst hrudka;

·                    tvrdou – zemina má většinou světlou barvu (pokud vyschla), není možné ji hníst, drolí se pod tlakem a lze do ní rýpat nehtem.

O tom, zda zemina obsahuje uhličitany, rozhoduje zkouška kyselinou chlorovodíkovou (v poměru 3:1 nebo 10%). Pokud zemina nešumí po pokapání kyselinou, uhličitany neobsahuje (0). Následuje-li po pokapání krátké zašumění, lze zeminu označit jako vápnitou (+), a pokud je reakce na kyselinu silná a neslábne, zemina se označí jako silně vápnitá (++). Jsou-li zeminy vlhké nebo mokré, reakce na kyselinu chlorovodíkovou se může dostavit se zpožděním (ČSN EN ISO 14688-1).

                Organické zeminy

Je-li zemina tvořena především organickými látkami, řídí se její pojmenování a popis tabulkou 5.1.2.2.3 (ČSN EN ISO 14688-1).

Tab. 5.1.2.2.3  Pojmenování a popis organických zemin (ČSN EN ISO 14688-1)

Název

Popis

vláknitá rašelina

vláknitá struktura, snadno rozpoznatelná rostlinná struktura, zachovává si určitou pevnost

pseudo-vláknitá rašelina

rozpoznatelná rostlinná struktura, rostlinný materiál nemá pevnost

amorfní (beztvará) rašelina

rostlinná struktura není patrná, houbovitá konzistence

gyttja[1]

rozložené rostlinné a živočišné zbytky, může obsahovat anorganické příměsi

humus

rostlinné zbytky, živé organismy a jejich výměšky společně s anorganickými příměsemi; tvoří ornici

Organické zeminy, čerstvé a vlhké, mají typický bahnitý zápach. Sirovodíkový zápach mají zahnívající a zetlelé organické složky zeminy. Rašeliny se vyznačují nízkou objemovou hmotností a typickým zápachem. Rašelina se stanovuje a popisuje podle stupně rozložení (viz. tab. 5.1.2.2.4) ve vlhkém stavu stlačením v dlani, a také podle obsahu vlákniny.

Tab. 5.1.2.2.4  Stupeň rozložení mokré rašeliny po stlačení v ruce (ČSN EN ISO 14688-1)

Název

Rozložení

Zbytky

Po stlačení

vláknitá

ne

lehce rozpoznatelné

pouze voda, žádné pevné částice

pseudo-vláknitá

mírné

rozpoznatelné

kalná voda

< 50 % pevných částic

beztvará (amorfní)

úplné

nerozpoznatelné

pasta

> 50 % pevných částic

                Vulkanické zeminy

Objemová hmotnost vulkanických zemin je relativně nízká, protože částice těchto zemin obsahují dutinky. Barva zemin je závislá na vlastnostech původního magmatu.

Tyto zeminy mohou být v terénu rozpoznány podle přítomnosti pum a vulkanického skla, případně mohou být stanoveny metodou měření objemu vulkanického skla

Pojmenování a popis vulkanických zemin se řídí velikostí zrna, strukturou a barvou (viz. tab. 5.1.2.2.5).

Tab. 5.1.2.2.5  Pojmenování a popis vulkanických zemin (ČSN EN ISO 14688-1)

Název

Velikost zrna (mm)

popis

vulkanické balvany

> 63

-

lapili[2]

pumy

> 2,0 < 63

částice jsou bílé a s dutinkami

sopečné sklo

 

částice jsou černé a s dutinkami

sopečný popel

sopečný písek

≤ 2,0

zemina vykazuje specifické geotechnické vlastnosti v každé oblasti

tuf

 

zemina má ve většině případů místní název

 

[1] bahnitá, temně zbarvená usazenina vzniklá ve stojatých kyslíkem bohatých vodách z odumřelého vegetačního krytu, planktonu a jemných splavenin

[2] nesouvislé sopečné vyvrženiny drobně psefitického rozměru, zpravidla struskovité povahy a nepravidelných tvarů

 

5.2    Základní formy použití hornin a zemin ve stavební praxi

Nejvíce těženými nerostnými surovinami na světě jsou suroviny stavební. Lze je rozdělit na stavební kámen a dekorační kámen. Tabulka 5.2.1 ukazuje základní formy využití hornin ve stavební praxi.

Tab. 5.2.1  Základní formy použití hornin a zemin ve stavební praxi (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999)

stavební kámen

lomový kámen

upravený

rigolový, regulační, soklový – základový, kyklopský

neupravený

tříděný (přímé použití), netříděný (na drcení)

kamenivo

těžené

drobné, hrubé, štěrkopísek

drcené

drobné, hrubé, štěrková drť

hrubě opracované kamenické výrobky

dlažební kostky, schody, dlažební kvádry, kvádry, bloky

dekorační kámen

jemně opracované kamenické výrobky

obkladové desky, okenní rámy, schodiště

tesané dekorační formy kamene

portály, klenby, pomníky, zábradlí, hlavice, části vnitřního vybavení

stavební materiál (soudržné, nesoudržné zeminy)

cestářské účely

ochrana vrstev vozovky, podkladové vrstvy vozovky, kryty vozovky, násypy

zemní konstrukce při budování vodních děl

do těsnící, stabilizační části hráze, do filtračních vrstev

pozemní stavby

do betonu, omítek, malt

výroba stavebních látek

cihlářské suroviny

cementářské suroviny

žáruvzdorné suroviny

lehké stavební suroviny

čedič na petrurgické účely

5.2.1    Stavební kámen

Jako stavební kámen se těží některé druhy magmatických, sedimentárních i metamorfovaných hornin. Lomový kámen lze použít přímo jako neupravený, případně se dále drtí na drcené kamenivo. Nesoudržný přírodní zrnitý anorganický materiál se označuje jako kamenivo. Velikost zrna je maximálně 125 mm a podle způsobu, jakým se získává, se rozděluje na kamenivo těžené a drcené (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999).

Vznik těženého kameniva je spojen s rozpadem a zvětráváním a opracováním úlomků během transportu. Kamenivo pochází nejčastěji z kvartérních říčních sedimentů, v menší míře jsou těženy i třetihorní štěrky, převažuje dobývání z vody. Kvalita kameniva je dána petrografickým a zrnitostním složením a podílem nepříznivých příměsí (humus, jílovitá příměs apod.). Těžené kamenivo se používá neupravené nebo s technologickou úpravou.

Odstřelem v lomu, drcením a následným tříděním horninového materiálu podle frakcí se získává drcené kamenivo. Podle způsobu použití se člení na drcené kamenivo do betonů, pro cestářské a železniční účely.

Drcené kamenivo určené jako plnivo do betonu musí splňovat určitá kriteria. Hornina nesmí obsahovat příměsi, které při reakci s cementem negativně ovlivní vlastnosti a životnost betonu, kamenivo musí mít vhodně zaoblený tvar a plynulou křivku zrnitosti.

Pro povrchové kryty vozovek musí být drcené kamenivo schopné co nejdéle přenášet zatížení ve vozovce, odolávat opotřebení (provozem i klimatickými vlivy). Proto se volí materiál, který je odolný vůči ohlazu a zároveň získává během provozu opakovaně drsnost. Volba materiálu závisí na petrografickém charakteru horniny.

Méně náročné požadavky jsou kladeny na drcené kamenivo určené do podkladových vrstev vozovky. Proto lze využít zdroje v blízkosti výstavby silnice, průmyslové odpady, recyklované kamenivo ze stavebního odpadu apod.

Pokud se v podloží vozovky vyskytují namrzavé zeminy, buduje se z drceného kameniva ochranná vrstva. Kamenivo musí vyhovovat charakteru vodního režimu.

Drcené kamenivo se používá jako základní složka pro železniční svršky a železniční betonové podvaly. Pro železniční účely se vyžadují nejhouževnatější a nejpevnější horniny.

5.2.2    Zeminy jako stavební materiál

Soudržné i nesoudržné zeminy jsou základním materiálem při výstavbě pozemních, silničních, železničních i vodohospodářských staveb. Používají se jako plnivo do betonů, do omítek (frakce 0,1 - 0,5 mm), malt (frakce 0,5 – 2,0 mm).

Jedním z důležitých kritérií při budování dopravních staveb je dostupnost vhodného materiálu v trase budoucího díla. Výskyt místního materiálu (kamene i zemin) je rozhodující také při výstavbě vodohospodářských staveb, zejména sypaných zemních a kamenitých přehrad, protože tam, kde je materiálu nedostatek, jsou budovány přehrady betonové.

Rozhodující pro volbu materiálu jsou opět vlastnosti zemin.

5.2.3    Ostatní stavební suroviny

Největší význam pro stavební praxi mají suroviny cementářské (vápence, jíly a slíny apod.), cihlářské suroviny (jíly, eluviální a deluviální hlíny, spraše, apod.), žáruvzdorné suroviny (magnezit, mastek, peridotit, serpentinit, azbest, grafit, dolomit apod.), lehčené materiály (tufy a tufity, perlit, pemza, křemelina, diatomit apod.), keramické suroviny (hlíny, jíly, spraše, kaolíny, lupky apod.) asuroviny pro petrurgické účely je např. bazalt (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999).

5.2.4    Dekorační kámen

Horniny pro ušlechtilou kamenickou výrobu musí splňovat kvalitativní i estetická kriteria. Měly by mít odpovídající blokovitost, která umožní vylomení surového bloku o velikosti minimálně 0,25 m3 a musí být tektonicky neporušené (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999).

Dekorační kámen se používá např. za účelem dotvoření architektonické kompozice stavebního díla, rekonstruují se jím historické objekty, slouží jako sochařský materiál apod.

Způsob opracování a použití umožňuje rozlišit jemně opracované kamenářské produkty pravidelných tvarů a tesané dekorační formy, kterými jsou např. reliéfy, hlavice na zábradlí, sochy apod. (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999).

5.3    Zemní práce – těžitelnost

Každá stavební práce (i dobývání nerostných surovin) je spojena s přemisťováním hornin, což se označuje jako zemní práce. Tyto ovlivňují stavební náklady i dobu výstavby.

Zemní práce jsou významně ovlivněny počasím, protože zeminy dokáží s narůstající vlhkostí rychle měnit konzistenci a lepit se na nářadí, takže je lze jen nesnadně ukládat a zpracovávat a znemožněn je také pojezd po nich. Po vyschnutí naopak zvyšují pevnost a stávají se z nich těžko zpracovatelné tvrdé kusy, při pojezdu se z nich práší (Pašek, Matula a kol., 1995).

Důležité je průzkumem stanovit, na které zeminy bude nutné použít trhacích prací, které budou natolik nepevné, že budou mít nízkou únosnost pro pojíždění, jak lze využít vytěžený materiál apod.

Těžba hornin zahrnuje rozpojování, transport a naložení.  Rozpojování hornin je ovlivněno souborem vlastností hornin, který se nazývá rozpojitelnost. Označuje se tak velikost odporu, jaký klade hornina vůči rozpojování (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999). Pojem zahrnuje i další aspekty, např. nakypření nebo to, jak hornina ulpívá na pracovním náčiní, jak se nakládá i vyklápí (Pašek, Matula a kol., 1995).

Při použití mechanizačních prostředků se užívá pojem těžitelnost, který v sobě zahrnuje jak rozpojení, tak naložení na dopravní prostředek apod. Mírou těžitelnosti je množství práce, které je potřebné k rozpojení a naložení horniny a dopravě vytěžené horniny na okraj stavební jámy (Čabalová, Baliak, Kopecký, 1999).

Rozpojitelnost a těžitelnost se jako součást inženýrskogeologického průzkumu posuzuje podle ČSN 73 3050 – Zemní práce (viz. tab. 5.3.1). Zatřídění hornin je provedeno podle charakteristických vlastností a obtížnosti rozpojitelnosti do sedmi tříd.

Tab. 5.3.1  Klasifikace hornin podle tříd těžitelnosti (ČSN 73 3050)

Třída

Hornina

Nakypření přechodné, trvalé (%)

1

jemnozrnné zeminy, měkké konzistence IC = 0,05-0,75, IP < 17; např. ornice, hlína, písčitá hlína;

písčité a štěrkovité zeminy: kypré ID < 0,33 se zrny do 20 mm, se zrny nad 20 mm v objemu do 10%, např. písek, písek se štěrkem, drobno a střednězrnný štěrk, stavební odpad a navážka podobného charakteru

10-15, 1-2

sypké zeminy, lze je nabírat lopatou, nakladačem

2

jemnozrnné zeminy, tuhé konzistence IC = 0,75-1,00, IP > 17; např. ornice, hlína, prachovitá hlína (spraš), písčitá hlína, rašelina;

písčité a štěrkovité zeminy: středně ulehlé, ID = 0,33-0,67 se zrny do 20 mm, se zrny 20-50 mm nad 10% objemu a se zrny nad 50 mm do 10 % objemu, např. písčitý štěrk, středně a hrubozrnný štěrk, popř. s kameny; stavební odpad a navážka podobného charakteru

10-15, 2-4

rypné zeminy, rozpojitelné rýčem, nakládačem

3

jemnozrnné zeminy pevné a tvrdé konzistence IC > 1,0, IP < 17 a měkké a tuhé, IC = 0,0-0,1, IP ≥ 17; např. hlína, spraš, jílovitá hlína, písčitý jíl, jíl;

písčité a štěrkovité ulehlé, ID > 0,67 nebo se zrny 50-100 mm nad 10% objemu, se zrny nad 100 mm do 10%, např. hrubý písčitý štěrk, hrubý štěrk s kameny;

skalní horniny intenzívně alterované nebo rozrušené, zvětraliny, eluvia; stavební odpad a navážka podobného charakteru

15-20, 4-6

kopné horniny, rozpojitelné krumpáčem, rýpadlem

4

jemnozrnné, pevné a tvrdé konzistence, IC > 1,0, IP ≥ 17, jíl, písčitý jíl, jílovitá zemina, písčitá hlína;

písčité a štěrkovité se zrny 100-250 mm do 50%, se zrny nad 250 mm do 10% objemu, např. kameny, štěrk s balvany, hrubý štěrk, drobný a střednězrnný štěrk s jílovitým nebo hlinitým tmelem;

horniny navětralé až zvětralé, jako navětralé jílovce, prachovce, tufy, tufity, zvětralé pískovce a břidlice, zvětralé vápence a opuky;

skalní rozrušené, zvětralé, rozpukané;

zeminy kašovité a tekuté konzistence, IC < 0,05 jako bahnitý náplav, tekutý  písek; stavební odpad a navážka podobného charakteru

15-20, 4-6

drobivé pevné horniny, rozpojitelné klínem, rýpadlem

5

zeminy písčité a štěrkovité se zrny 100-250 mm nad 50%, se zrny nad 250 mm do 0,1 m3 v objemu 10-50%, popř. spojené jemnozrnným tmelem; hrubý štěrk s kameny a balvany, středně a hrubozrnný štěrk s jílovitým nebo hlinitým tmelem; horniny pevné, zdravé, ve vrstvách do 15 cm, např. slepenec s jílovitým tmelem, jílovec, jílovité břidlice, písčité břidlice, travertin, pískovec s jílovitým tmelem, fylity, chloritové břidlice, opuka; skalní, porušené, navětralé, rozpukané s diskontinuitami vzdálenými od sebe do 15 cm; navážka podobného charakteru; zmrzlé zeminy

20-30, 6-10

lehce trhatelné, rozpojitelné rozrývačem, těžkým rýpadlem, trhavinami

6

zeminy písčité a štěrkovité s balvany do 0,1 m3 nad 50% objemu, s balvany nad 0,1 m3 do 50%;

skalní zdravé, s hustotou diskontinuit do 1 m, jako granitoidy, diority, pórovité bazaltoidy, fylitické břidlice, hrubé slepence, aglomeráty, vápence, droby, pískovce

30-40, 20-30

těžko trhatelné, rozpojitelné těžkým rozrývačem, trhavinami

7

zeminy písčité a štěrkovité se zrny nad 0,1 m3 nad 50% objemu;

skalní zdravé, masivní s hustotou diskontinuit větší než 25 cm, např. křemence, slepence s křemitým tmelem, rohovcové vápence, křemenné diority, andezity, fonolity, hrubě sloupcovité bazaltoidy, diabasy, granulity, amfibolity

40-90, 20-30

velmi těžko trhatelné, rozpojitelné trhavinami

Podmínky rozpojování jsou v případě skalních a poloskalních hornin dány mineralogickým složením, texturou a strukturou, úložními poměry, průběhem, hustotou a charakterem ploch nespojitosti, tektonickým porušením a stupněm zvětrání. U zemin je rozpojování ovlivněno mírou zvodnění. Tvar a rozměr výkopu je další faktor, který podmínky rozpojování mění, protože např. horniny snadno rozpojitelné ve velké ploše nelze stejným způsobem těžit v úzké rýze (Pašek, Matula a kol., 1995).