VODA A VODNÍ REŽIM V ZEMINÁCH PODLOŽÍ Rozhodujícím faktorem ovlivňujícím množství vody v zeminách je zrnitost a mineralogické složení. Okolo zrn je silové pole, je schopno vázat molekuly vody,vytváří se vodní obal (voda vázaná). Voda volná - nepodléhá elektrickým silám: - kapilární - gravitační - vodní pára

Kapilární voda: vystupuje v důsledku povrchového napětí vody nad hladinu podzemní nebo gravitační vody, vytváří novou hladinu, pod níž rozeznáváme pásma: 1. pásmo nad úrovní gravitační vody, v němž jsou póry souvisle vyplněny vodou (S=1) 2. pásmo, v němž jsou póry částečně vyplněny vodou a částečně vzduchem- tzv. voda funikulární 2. Voda nad úrovní funikulární vody, vyplňuje jen kouty mezi zrny - tzv. voda pendulární

vyplňuje souvisle prostor pórů pod hladinou podzemní vody Vodní páry: Gravitační voda: vyplňuje souvisle prostor pórů pod hladinou podzemní vody Vodní páry: vznikají v místech, kde zeminy nejsou zcela nasycené, pohybují se z míst teplejších do míst chladnějších- je to jediná forma vody schopná pohybu i při nízkých vlhkostech Hladina pendulární vody Hladina funikulární vody Suché provzdušněné pásmo, voda jen v rozích pórů Vlhké provzdušněné pásmo- v pórech vzduch, vodní pára a kapilární voda Hladina kapilární vody Kapilární voda- póry zcela vyplněny vodou, stupeň saturace roven 1 Hladina podzemní vody Gravitační- volná voda

Vodní režim a jeho klasifikace Vodní režim - cyklus změn vlhkosti zeminy v průběhu roku, je výsledkem pohybu vody v zeminách, podstatně ovlivňuje návrh konstrukce vozovky Zdroje přístupu vody do podloží vozovky - vnější - vnitřní Vnější- dostává se do podloží trhlinami ve vozovce, špatně udržovanou příkopou apod.

Vnitřní zdroj: podzemní voda se dostává do podloží: - kapilárním vzlínáním - vodními parami - působením teplotního gradientu Rozhodující je přísun vody do oblasti promrzání, mezi hlavní faktory z tohoto pohledu patří: - vzdálenost hladiny podzemní vody od úrovně nulové izotermy(rozhodující parametr),čím je hladina podzemní vody blíže k nulové izotermě, tím je horší vliv mrazu na stav vozovky - kapilární vzlínavost(závisí na zrnitosti zeminy) - teplotní gradient a jeho velikost

Výška kapilární hladiny: hk výška kapilárního vzlínání s- povrchové napětí vody r- poloměr kapiláry gv - měrná tíha vody Kapilární výška závisí na druhu zeminy, čím bude zemina jemnozrnější, tím bude kapilární výška větší.Rozhodující je obsah zrn o průměru menším než 0.02 mm (určení z grafu na základě granulometrického složení).

Teplotní gradient: vodní páry se pohybují z míst s vyšší teplotou do míst s nižší teplotou, v zimním období se voda pohybuje v podloží vozovky směrem k povrchu. Pro účely navrhování vozovky se vodní režim v podloží charakterizuje třemi způsoby: - difúzní(příznivý) - pendulární(nepříznivý) - kapilární (velmi nepříznivý)

Určující faktory hodnocení vodního režimu při navrhování vozovek: - úroveň hladiny podzemní vody hpv - výška kapilárního vzlínání při 100% saturaci hs - hloubka promrzání vozovky a podloží hpr 1. Difúzní (příznivý): hpv > hpr+2 hs 2. Pendulární (nepříznivý): hpr+hs< hpv<hpr+2hs 3. Kapilární (velmi nepříznivý):.hpv<hpr+hs

hpr hpv hpv hpv hs hs kapilární pendulární hs difúzní

V případě , že je určení hladiny podzemní vody nejisté, lze určit typ vodního režimu podle čísla konzistence zeminy v podloží vozovky: difúzní režim - Ic>1 pendulární - 1>Ic>0.7 kapilární - Ic<0.7 V případě, že je násyp budován z různých typů zemin, je třeba uvažovat výšku kapilárního vzlínání pro zeminu s největším obsahem jemných částic.

Vodní režim se zpravidla určuje na konci vlhkých období roku (začátek jara, konec podzimu) , sleduje se hladina podzemní vody v sondách , dále se stanovuje vlhkost podloží z hloubky 5-10 cm pod nejspodnější vrstvou vozovky.

Regulace vodního režimu - otevřené odvodňovací zařízení (příkopy apod.) - kryté odvodňovací zařízení (plošné a podélné drenáže) - injekční těsnící clony - nepropustné membrány proti vzlínání kapil. vody - úprava vlastností zemin Plošné drenáže: funkce: - filtrační účinek(brání pronikání zeminy podloží do podkladních vrstev - drenážní účinek (odvádí vodu z povrchu podloží) - přerušovací účinek-omezení vzlínání kapilární vody do vrstev vozovky Jako materiál se využívá nenamrzavý materiál- obvykle štěrkopísek.

Podélné drenáže: - plytké - hloubkové (lze je použít pouze v zeminách, kde není vysoká kapilární vzlínavost (např. písčité hlíny)) Injekční clony - cílem je zabránit pronikání vody po ukloněných nepropustných vrstvách pod vozovkou Nepropustné membrány: - vrstvy a fólie proti vzlínání kapilární vody - mohou se navrhovat pouze v té části podloží, která leží nad hladinou podzemní vody a pod hloubkou promrzání

Chování zemin v podloží vozovek při promrzání a jejich klasifikace z hlediska promrzání Tlaky vznikající rozpínáním ledu: - voda v pórech zeminy zvětšuje při namrzání objem cca o 9% - z malých ledových krystalů vznikají větší ledové čočky - důsledkem může být zdvih vozovky Tlak ledových krystalů na okolní zeminu je závislý na: - systému, v němž se krystal tvoří (uzavřený, otevřený, částečně uzavřený) - teplotě - rychlost poklesu teploty

Zemina tvoří částečně otevřený systém nebo otevřený systém s různou velikostí pórů. Jemnozrnější zeminy(menší póry) - větší tlaky Nesoudržné zeminy- otevřený systém,nejmenší tlaky Vliv rychlosti poklesu teploty: pozvolný pokles - menší nebezpečí tvorby velkých tlaků, menší nebezpečí trhání materiálu, prolomení vozovky, podporuje však růst velkých ledových čoček prudký pokles- podporuje trhavé účinky ledu, zamezuje hromadění vody v ledových čočkách

Mechanismus tvorby ledových čoček v podložních zeminách - tvoří se v zeminách zpravidla v blízkosti nulové izotermy - velikost ledových čoček se pohybuje od milimetrů do několika centimetrů, někdy tvoří souvislou vrstvu s velkým množstvím nahromaděné vlhkosti - k tvorbě ledových čoček dochází nejčastěji u zemin, které mají větší množství zrn menších než 0.125 mm, váží velké množství vody - průměr zrna má důležitou úlohu při tvorbě čoček

Rozmístění ledových čoček a vody v soudržné zemině Obsah vody Ledová vrstva Hloubka promrzání Po zamrznutí Hloubka Před mrazem Zemina Rozmístění ledových čoček a vody v soudržné zemině

- největší ledové čočky vznikají u zemin slabě nebo středně soudržných (se zvětšujícím se množstvím zrn menších než 0.125 mm se zvětšují i povrchové síly pevných částic, ty váží stále větší množství vody), zároveň se snižuje propustnost Písek- velká propustnost, neváže ale vodu na povrchu, netvoří se ledové čočky Jíl - váže velké množství vody(až 40%), vázaná voda je ale prakticky nepohyblivá, nedochází k rychlé tvorbě ledových čoček

Vliv pórovitosti na velikost ledových čoček Pokles rozměru pórů Velikost ledových čoček Hrubozrnné zeminy Střednězrnné Jemnozrnné

KLASIFIKACE ZEMIN Z HLEDISKA NAMRZAVOSTI Namrzavé zeminy: V důsledku tvorby ledových čoček zvětšují svůj objem Nenamrzavé zeminy: Při působení vody a mrazu nezvětšují svůj objem KRITÉRIA PRO STANOVENÍ NAMRZAVOSTI ZEMIN: 1) podle zrnitostního složení 2) podle zrnitostního složení + dalších faktorů (propustnost, hladina podzemní vody) 3) kritéria určující stupeň poškození na základě klimatických faktorů (např. indexu mrazu) 4) kritéria určující namrzavost podle naměřených zdvihů vozovky a hloubky promrzání

URČOVÁNÍ NAMRZAVOSTI ZEMIN (NEPŘÍMÁ METODA ) Nezohledňuje pórovitost,vlhkost,dobu působení mrazu ani velikost tepelného spádu.

PŘÍMÉ MĚŘENÍ NAMRZAVOSTI V LABORATOŘI - uskutečňuje se na vzorku zeminy, zhutní se na požadovanou objemovou hmotnost - v chladící skříni se modeluje působení mrazu na vzorek, přitom je zabezpečen přísun kapilární vody - určujícím kritériem je zdvih vozovky, jehož velikost je závislá na tvorbě ledových čoček uvnitř vozovky - stupeň namrzavosti: Dh - zdvih vzorku Im - index mrazu (součet teplot ve dnech s teplotou pod nulou)

b menší než 0.25 nenamrzavé zeminy b v rozmezí 0.25-0.5 mírně namrzavé a namrzavé b větší než 0.5 nebezpečně namrzavé