Mechanika půdy: její obsah a místo, hlavní charakteristiky a jaké síly působí

Ve stavebnictví jsou důležité vlastnosti půdy, zejména to, jak se různé druhy zeminy chovají při zatížení a jak to ovlivňují samotné budovy. Existuje speciální disciplína, která studuje pevnost a stabilitu půdních hmot a podmínky jejich použití jako základů pro stavbu konstrukcí. Zvažte, 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. Závisí na mineralogickém složení půdy a také na stupni disperze, proto jsou jílovité půdy hustší než písčité, přestože jejich minerální složení je stejné.

Mezi fyzikálními a mechanickými vlastnostmi zemin je hustota považována za jednu z hlavních. Podle charakteristické hustoty lze usuzovat na jejich stav. Stanovení hustoty je nutné při výstavbě silnic, základů budov (pro rozložení napětí na základně), při pokládání komunikací, pro výpočet odolnosti svahů proti sesuvům půdy, sedání stavěných budov, pro stanovení množství zemních prací.

Hustota ovlivňuje propustnost půdní vody. Pokud je vlhko nebo má dobrou nasákavost, tak si po postavení stavby může sednout, v zimě nastává další problém - mrazové vzlínání. Znalost hustoty půdy pomůže zabránit zničení nebo zaplavení budovy, vyberte si správné materiály pro stavbu.

Hustota částic

Jedná se o fyzikální charakteristiku půdy, závisí na minerálním složení, organominerálních a organických látkách.Hustota částic je poměr hmotnosti pevných částic zcela suché (bez vlhkosti) půdy 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.

Hodnota hustoty částic určuje hodnoty pevnostních a deformačních charakteristik, které hodnotí únosnost zemin a možnost jejich využití pro stavbu konstrukcí.

Vlhkost půdy

Vlhkost je poměr hmotnosti kapaliny obsažené v půdě k její suché hmotnosti. Na této charakteristice závisí únosnost půdy. Téměř ve všech půdách, kromě hrubozrnných hornin a hrubého písku, se s rostoucí vlhkostí snižuje únosnost. Takže u vody nasyceného to bude méně než u suchého.

Vlhkost určete v laboratoři pomocí zhutňovací metody, tedy určete, při jaké vlhkosti bude půda získávat 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%.

Distribuce velikosti zrn

Granulometrické nebo mechanické složení – procento 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 půdních složek, které jsou v chemické vazbě. Částice podobné velikosti se spojují do zlomků. Existují takové typy půdních mechanických prvků: organominerální, organické a minerální.

Frakce částic se nacházejí v půdách nebo horninách v různých kvantitativních poměrech a mají různé vlastnosti.V důsledku toho mají také půdy nestejné vlastnosti. Veškerou rozmanitost zemin a hornin z hlediska mechanického složení lze kombinovat do skupin, které se budou vyznačovat podobnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Klasifikace je založena na poměru písku a jílu. Velikosti frakcí písku a jílu jsou určeny průměrem částic, které jsou větší, respektive menší než 0,01 mm.

Zemědělské vlastnosti země závisí na mechanickém složení, například na schopnosti propouštět a zadržovat vlhkost a vzduch, na procesech pohybu látek, akumulaci a přeměně, struktuře, tepelném a vzdušném režimu. A nakonec záleží na tom, jak úrodná bude půda, jak s neustálým obděláváním, zaléváním, hnojením, tak bez nich.

Hustota suché půdy

Definováno jako poměr hmotnosti absolutně suché půdy (bez vlhkosti v pórech) k objemu, s přihlédnutím k objemu pórů. Charakteristika se měří vg na metr krychlový. lze zjistit, zda je známa vlhkost a pórovitost. Výpočty se provádějí v laboratorních podmínkách.

Faktor pórovitosti

Koeficient ukazuje přítomnost malých dutin v půdě. Vypočteno jako procentuální poměr mezi prázdným objemem a celkovým objemem. Pro stanovení hodnoty na různých půdách se používají různé metody. Na jílovitých půdách je kvůli soudržnosti pórovitost stanovena v souladu s objemovou a měrnou hmotností půdy odebrané pro vzorek.

Stanovení koeficientu pórovitosti je nutné při přípravě stavby, protože mezi ním a dalšími charakteristikami existuje souvislost. Úroveň únosnosti závisí na indexu pórovitosti, s poklesem pórovitosti klesá. Bez informací o pórovitosti se nelze dozvědět o míře odolnosti zeminy, určit možnou deformovatelnost staveb.

Deformace budov nastává v důsledku pohybu a stlačitelnosti částic půdy, například vlivem srážek. Drobné a jednotné nesnižují stabilitu budov, ale velké množství vlhkosti může způsobit nežádoucí deformace. Nerovnoměrné sedání je ještě nebezpečnější, může způsobit posuny a náklony vedoucí k nadměrnému namáhání nosných konstrukcí. Pokud stlačitelnost zeminy pod různými částmi základu není stejná nebo je zatížení odlišné, můžete se často setkat s deformací budovy ve formě trhlin a sedání.

Stupeň vlhkosti

Jedná se o poměr přirozené vlhkosti půdy k vlhkosti, který odpovídá vlhkosti v pórech naplněných vodou, ve kterých nezůstávají žádné vzduchové bubliny. Půda je považována za půdu s nízkou vlhkostí s ukazateli od 0 do 0,5, vlhkou - od 0,5 do 0,8 a nasycenou vodou - od 0,8 do 1. Jílové půdy jsou často vlhčí, písčité, respektive suché.

Kalkulačka pro výpočet parametrů půdy

Při navrhování budov se používají různé výpočtové modely, které se používají 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 úkoly.

Pro zjednodušení výpočtů při vytváření projektu se používá Prandtlův vzorec, který pomáhá vypočítat únosnost zeminy. Pro stanovení stupně stability a pevnosti podkladu a stanovení možné 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 základny by tedy nemělo být větší než konečný odpor půdy.

Výpočet se provádí podle únosnosti, aby se určila možná ztráta stability budovy, charakter destrukce, stupeň deformace a její typ.Vypočítává také stav, ve kterém může být běžný provoz obtížný, životnost budovy je snížena z důvodu možnosti sedání, sklonů atd.

Fyzikální vlastnosti půd jsou určujícími charakteristikami, pomocí kterých je možné stanovit stav půdy, možnost změny parametrů pod vlivem různých fyzikálních a chemických faktorů.

Pro určení typu zeminy a jejího chování jako základu pro stavbu, vlastností nezbytných pro návrhová rozhodnutí je předpokladem stanovení fyzikálních a mechanických charakteristik laboratorními metodami.