Ve stavebnictví jsou důležité vlastnosti zeminy, zejména to, jak se různé druhy zeminy chovají při zatížení a jak to ovlivňují samotné stavby. Existuje speciální disciplína, která studuje pevnost a stabilitu půdních hmot a podmínky jejich použití jako základů pro stavbu konstrukcí. Zvažme, co je součástí konceptu mechaniky půdy, jak správně vypočítat parametry půdy.
Hustota půdy
Hustota je vlastnost půdy, která je určena poměrem měrné hmotnosti k objemu.Záleží na mineralogickém složení půdy a také na stupni disperze, proto jsou jílovité půdy hustší než písčité, přestože mají stejné minerální složení.
Mezi fyzikálními a mechanickými vlastnostmi zemin je hustota považována za jednu z hlavních. Jejich stav lze posoudit podle jejich charakteristické hustoty. Stanovení hustoty je nutné při výstavbě komunikací, zakládání staveb (pro rozložení napětí podél základny), při pokládání komunikací, pro výpočet odolnosti svahů proti sesuvům, sedání stavěných staveb, pro stanovení objemu zemních prací.
Hustota ovlivňuje propustnost půdy. Pokud je vlhká nebo má dobrou nasákavost, může se po postavení stavby smrštit, v zimě nastává další problém - mrazové vzlínání. Vědět, jakou hustotu má půda, pomůže zabránit zničení nebo zaplavení budovy a vybrat vhodné materiály pro stavbu.
Hustota částic
Jde o fyzikální charakteristiku půdy, která závisí na minerálním složení, organominerálních a organických látkách. Hustota částic je poměr hmotnosti pevných částic ve zcela suché (bez vlhkosti) půdě k jejímu objemu s nenarušenou strukturou. V závislosti na minerálním složení je hustota částic určena strukturními vazbami a strukturou, pórovitostí půdy. Čím více minerálů půda obsahuje a čím menší je pórovitost, tím je hustší.
Na základě hodnoty hustoty částic jsou stanoveny hodnoty pevnostních a deformačních charakteristik, které slouží k hodnocení únosnosti zemin a možnosti jejich využití pro stavbu konstrukcí.
Půdní vlhkost
Vlhkost je poměr hmotnosti kapaliny obsažené v půdě k její suché hmotnosti. Na této charakteristice závisí únosnost půdy.Téměř u všech půd, kromě hrubých kamenů a hrubého písku, se s rostoucí vlhkostí snižuje únosnost. Takže u vodou nasyceného to bude méně než u suchého.
Vlhkost se zjišťuje v laboratoři metodou zhutňování, to znamená, že se zjišťuje, při jaké vlhkosti získá půda největší hustotu. Charakteristika je vyjádřena v procentech, od 0 do 100 %. Optimální vlhkost pro písek je 8-14%, pro písčitou hlínu - 9-15%, hlínu - 12-18% a jíl - 16-26%.
Klasifikace
Granulometrické nebo mechanické složení je procentuální obsah částic různých velikostí v půdě nebo hornině, bez ohledu na její chemické a minerální složení. Půdní částice jsou izolované zbytky hornin, minerálů, amorfních sloučenin a dalších složek půdy, které jsou v chemické vazbě. Částice podobné velikosti se spojují do zlomků. Existují tyto typy půdních mechanických prvků: organominerální, organické a minerální.
Zemědělské produkční vlastnosti půdy závisí na mechanickém složení, např. na schopnosti propouštět a zadržovat vlhkost a vzduch, na procesech pohybu látek, akumulaci a přeměně, struktuře, tepelném a vzdušném režimu.A v konečném důsledku záleží na tom, jak úrodná bude půda, jak s neustálým obděláváním, zaléváním a hnojením, tak bez nich.
Hustota suché půdy
Je definován jako poměr hmotnosti absolutně suché zeminy (bez vlhkosti v pórech) k objemu s přihlédnutím k objemu pórů. Charakteristika se měří vg na metr krychlový. lze zjistit, zda je znám obsah vlhkosti a pórovitost. Výpočty se provádějí v laboratorních podmínkách.
Koeficient pórovitosti
Koeficient ukazuje přítomnost malých dutin v půdě. Vypočteno jako procentuální poměr mezi objemem dutin a celkovým objemem. Pro stanovení hodnoty na různých půdách se používají různé metody. V jílovitých půdách je díky soudržnosti pórovitost stanovena v souladu s objemovou a měrnou hmotností odebrané půdy.
Stanovení koeficientu pórovitosti je nezbytné při přípravě stavby, protože mezi ním a dalšími charakteristikami existuje souvislost. Úroveň únosnosti závisí na indexu pórovitosti, se snižující se pórovitostí klesá. Bez informací o pórovitosti není možné znát stupeň odolnosti zeminy ani určit možnou deformovatelnost budov.
K deformaci budov dochází v důsledku pohybu a stlačitelnosti půdních částic, například vlivem srážek. Nevýznamná a rovnoměrná vlhkost nesnižuje stabilitu staveb, ale velký objem vlhkosti může způsobit nežádoucí deformace. Nerovnoměrné srážky jsou ještě nebezpečnější, mohou způsobit posuny a náklony, což vede k nadměrnému namáhání nosných konstrukcí. Pokud stlačitelnost zeminy pod různými částmi základu není stejná nebo je její zatížení různé, můžete se často setkat s deformací budovy ve formě trhlin a sedání.
Úroveň vlhkosti
Jedná se o poměr přirozené vlhkosti půdy k obsahu vlhkosti, který odpovídá obsahu vlhkosti při zaplnění pórů vodou, ve které nezůstávají žádné vzduchové bubliny. Půda s ukazateli od 0 do 0,5 je považována za nízkovlhkou, vlhkou - od 0,5 do 0,8 a nasycenou vodou - od 0,8 do 1. Jílové půdy jsou často vlhčí, písčité půdy jsou suché.
Kalkulačka pro výpočet parametrů půdy
Při navrhování budov se používají různé výpočtové modely, používané pro zeminy různé složitosti. U obecných úloh je hlavním posouzením únosnost, která odhalí pevnostní a deformační vlastnosti základů. Základní výpočtové modely však mohou pomoci je vypočítat pro konkrétní úlohy.
Pro zjednodušení výpočtů při tvorbě projektu se používá Prandtlův vzorec, který pomáhá vypočítat únosnost zeminy. Pro určení stupně stability a pevnosti podkladu a stanovení případné deformace je nutné určit míru napětí. K tomu lze použít rovnice, které jsou založeny na lineárním vztahu mezi napětím a deformací, například Hookeův zákon. Zatížení základu by tedy nemělo být větší než konečný odpor zeminy.
Výpočet se provádí na základě únosnosti pro stanovení možné ztráty stability budovy, charakteru destrukce, stupně deformace a jejího typu. Počítá se i stav, ve kterém může být běžný provoz obtížný, životnost stavby se snižuje kvůli možnosti sedání, náklonu a podobně.
Fyzikální vlastnosti půd jsou určujícími charakteristikami, kterými lze zjišťovat stav půdy a možnost změny parametrů pod vlivem různých fyzikálních a chemických faktorů.
Pro určení typu zeminy a jejího chování jako podkladu pro stavbu, vlastností nezbytných pro konstrukční rozhodnutí, je předpokladem stanovení fyzikálních a mechanických charakteristik laboratorními metodami.
