Hydrofyzikální vlastnosti
Vlhkost hmotnostní - w
Stanovuje se podle ČSN CEN ISO/TS 17892-1 (Geotechnický průzkum a zkoušení - Laboratorní zkoušky zemin - Část 1: Stanovení vlhkosti zemin).
Vlhkost (hmotnostní) je definována jako poměr hmotnosti vody v zemině k hmotnosti vysušené zeminy.
`w=m_w/m_d*100%` | mw - hmotnost vody v zemině
md - hmotnost vysušené zeminy |
Jednotky: % |
Metoda laboratorního stanovení vlhkosti určuje množství vody obsažené v zemině. Stanovuje se vysušením vzorku zeminy při 105 - 110° C. Vlhkost určíme ze vztahu:
`w=(m_2-m_3)/(m_3-m_1)` |
m1 - hmotnost vysoušecí nádoby m2 - hmotnost vysoušecí nádoby s vlhkou zeminou m3 - hmotnost vysoušecí nádoby s vysušenou zeminou |
Vlhkost objemová - wv
`w_v=rho_d/rho_w*w` |
rd - objemová hmotnost vysušené zeminy [kg/m3]
rw - objemová hmotnost vody [kg/m3] |
Jednotky: % |
Konzistenční meze
Mez tekutosti - wL
Stanovuje se podle ČSN CEN ISO/TS 17892-12 (Geotechnický průzkum a zkoušení - Laboratorní zkoušky zemin - Část 12: Stanovení konzistenčních mezí).
Chování soudržné zeminy je závislé na její vlhkosti. Při vysoké vlhkosti se jílovitá zemina stává kašovitou až tekutou. Tekutý stav odpovídá případu, kdy zemina neklade prakticky žádný odpor proti smykovému přetvoření. Vlhkost, při které zemina již vykazuje určitou smykovou pevnost, je uvažována za hraniční mezi stavem tekutým a plastickým. Je označována jako mez tekutosti wL.
Jednotky: %
Mez tekutosti se určuje kuželovým přístrojem nebo v Casagrandeho misce (pozn.: pro velmi plastické zeminy jsou výsledky z obou metod rozdílné).
Pomocí meze tekutosti lze zeminy blíže specifikovat na zeminy s plasticitou (ČSN 73 6133; ČSN 73 1001):
L – nízkou wL menší než 35 %
I – střední wL = 35 – 50 %
H – vysokou wL = 50 – 70 %
V – velmi vysokou wL = 70 – 90 %
E – extrémně vysokou wL větší než 90 %
Mez plasticity - wp
Stanovuje se podle ČSN CEN ISO/TS 17892-12 (Geotechnický průzkum a zkoušení - Laboratorní zkoušky zemin - Část 12: Stanovení konzistenčních mezí).
Při významném snížení vlhkosti zemina nabývá charakteru látky křehké, při přetváření dojde k jejímu porušení.Tento stav je označován jako stav pevný. Přechodná vlhkost mezi stavem plastickým a pevným je označována jako mez plasticity.
Jednotky: %
Mez plasticity se určí tak, že se zemina prosytí vodou a na savé podložce se z ní vyválí válečky o průměru 3 mm. Začnou-li se tyto válečky drolit po délce cca 1 cm, má zemina vlhkost na mezi plasticity.
Mez smrštění - ws
Dalším snížením vlhkosti je dosaženo skutečně křehkého chování zeminy. Přechodná vlhkost mezi stavem pevným a tvrdým je označována jako mez smrštění.
Jednotky: %
Mez smrštění se určí ze zkoušky, kdy necháme vzorek zeminy, nejčastěji tvaru hranolu, přirozeně pozvolna vysychat, přičemž měříme jeho vlhkost v závislosti na smrštění. V okamžiku, kdy se zemina dále prakticky nesmršťuje, je dosaženo meze smrštění.
Na základě těchto konzistenčních mezí se určí charakteristiky soudržných zemin - index plasticity Ip, stupeň konzistence IC, stupeň tekutosti IL a index koloidní aktivity jílů IA.
Z hlediska využití bentonitu jako těsnícího prvku je velmi důležitou vlastností rozsah plastického stavu – jeho plasticita. Plasticita se vyjadřuje pomocí indexu plasticity, což je rozsah vlhkosti, při které se zeminy chovají jako plastické. Index plasticity se vyjadřuje jako rozdíl meze tekutosti a plasticity. Bentonit s vysokou plasticitou bude schopen zaplňovat a těsnit trhliny a spáry v konstrukci inženýrské bariéry. Proto je nutné, aby bentonit, popř. materiál na bázi bentonitu, byl plastický v co největším intervalu, tzn. aby měl co největší index plasticity Ip. Index plasticity Ip roste s podílem jílové frakce.
Index plasticity - Ip |
|
`I_p=w_l-w_p` |
wL - vlhkost na mezi tekutosti
wp - vlhkost na mezi plasticity |
Jednotky: bezrozměrné |
Index konzistence - Ic |
|
`I_c=(w_l-w)/(w_l-w_p)` |
wL - vlhkost na mezi tekutosti
wp - vlhkost na mezi plasticity w - konkrétní vlhkost zeminy, při které se stanovuje její stav |
Jednotky: bezrozměrné |
Pomocí indexu konzistence se stav soudržných zemin vyjadřuje nejčastěji. Podle jeho hodnoty se rozlišují následující stavy (konzistence):
stupeň konzistence IC | konzistence |
větší nebo roven 1 | pevná až tvrdá |
1,0 - 0,5 | tuhá |
0,5 - 0,05 | měkká |
menší než 0,05 | kašovitá - tekutá |
V zahraniční literatuře se též setkáme s vyjádřením stavu soudržných zemin pomocí stupně tekutosti IL.
Index tekutosti - IL |
|
`I_l=(w-w_p)/(w_l-w_p)` |
wL - vlhkost na mezi tekutosti
wp - vlhkost na mezi plasticity w - konkrétní vlhkost zeminy, při které se stanovuje její stav |
Jednotky: bezrozměrné |
Platí vztah IC + IL = 1
V roce 1953 byl Skemptonem definován index koloidní aktivity jílů IA
Index koloidní aktivity jílů - IA |
|
`I_a=I_p/("množství zrn menších než 0,002 mm")` |
Ip - index plasticity |
Jednotky: bezrozměrné |
Pro některé typické minerály jsou uváděny tyto hodnoty koloidní aktivity:
- nejílové minerály: křemen IA = 0, vápenec IA = 0,18, slída (muskovit) IA = 0,23
- jílové minerály: kaolinit IA = 0,33 – 0,46, illit IA = 0,90, montmorillonit Na IA = 7,2
Souhrnně lze jednotlivé stavy a meze znázornit na obrázku:
Vztah mezi indexem plasticity a vlhkostí na mezi tekutosti je vyjádřen v Casagrandeho plasticitním diagramu: