GEOTECHNIKA

Odvodňovanie stavebných jám

Podzemná voda

Podzemná voda – gravitačná voda (voľne sa pohybuje vplyvom gravitačných síl)

Hladiny podzemnej vody:

Podzemná voda

Hladiny podzemnej vody:

voľná – hladina vody v sonde je totožná

s hladinou v okolitom prostredí

napätá - hladina vody v sonde vystúpi až

do výšky udávajúcej polohu tlakovej čiary

artézska - podzemná voda sa nachádza

v pórovitom prostredí pod tlakom (strieka)

Prúdenie vody v zemine

Laminárne – dráhy vodných častíc sú rovnobežné, vzniká v jemnozrnnom prostredí (v hrubozrnných zeminách, len ak Re < 10),

Turbulentné – pohyb vody je vírivý, vzniká v hrubozrnných zeminách, najmä pri vyšších rýchlostiach (Re > 300),

Pri hodnotách 10 < Re < 300, môže byť pohyb vody v zemine laminárny aj turbulentný, tzv. prechodová oblasť

Darcyho filtračný zákon

- definuje rýchlosť prúdenia vody v zeminách ako hodnotu priamo závislú od priepustnosti a hydraulického sklonu:

v = k . i (m.s-1)

v - fiktívna rýchlosť prúdenia vody v zeminách (m.s-

1), pričom vskut = v/n,k – súčiniteľ filtrácie (priepustnosti) (m.s-1),i – hydraulický sklon, (sklon tlakovej čiary).

Priepustnosť zemín-charakterizuje schopnosť zeminy prepúšťať vodu pri vzniku hydraulického

sklonu,

Súčiniteľ priepustnosti (kf) – je číselné vyjadrenie priepustnosti, ktoré závisí hlavne od pórovitosti a granulometrického zloženia zeminy,

Spôsoby určenia kf :-výpočtom podľa empirických vzťahov : Hanzen: k = 116 . d10

2

Terzaghi k = 200. d102 . e2

Jaky k = 100. dstr2

-pomocou typových kriviek zrnitosti,

-z výsledkov laboratórnych skúšok (pomocou priepustomerov),

-z výsledkov poľných skúšok (čerpacia skúška – hydraulicky úplná studňa)

pomocou typových kriviek zrnitosti

1-nepriepustné

2-veľmi málo priepustné

3-málo priepustné

4-priepustné

z výsledkov laboratórných skúšok (pomocou priepustomerov)

So stálym spádom – vhodný pre priepustnejšie zeminy

S premenlivým spádom – vhodný pre menej priepustné zeminy

z výsledkov poľných skúšok (čerpacia skúška – hydraulicky úplná

studňa)

k = ––––––––– ln R/rQ

π (H2 –h2)

Orientačné hodnoty súčiniteľa filtrácie

Druh zeminy k (m.s-1)

riečny štrk 10-1 - 10-3

dunajský štrk 3.10-3

hrubý a stredný piesok 10-2 - 10-4

jemný piesok 10-4 - 10-5

prachovitý piesok 10-5 - 10-6

piesčitá a prachovitá hlina 10-6 - 10-8

ílovitá hlina, íl 10-8

Využitie Výpočet prítokov do stavebných diel:

a - stavebná jama – priestorové prúdenie (je to hĺbený výkop pod úrovňou okolitého terénu pre základy stavebných objektov, ktorých šírka a dĺžka sú väčšie 2m)

b - stavebná ryha – rovinné prúdenie ( je to hĺbený výkop pod úrovňou okolitého terénu so zvislými alebo šikmými stenami so šírkou max. 2m a hĺbkou

max.16m. Najväčším rozmerom je dĺžka.

Stavebná jama- vyhĺbený priestor potrebný na zhotovenie

základov a podzemných častí objektov,- z hľadiska konštrukčného usporiadania

môže byť:

- 1- svahovaná

Stavebná jama a jej usporiadaniez hľadiska konštrukčného usporiadania

môže byť:

2- pažená

Stavebná jama a jej usporiadaniez hľadiska konštrukčného usporiadania

môže byť:

3- tesnená

Stavebná jama a jej usporiadanie

- pôdorysný tvar je daný - tvarom zakladanej konštr. - zväčšuje sa o pracovnú - plochu (0,3 - 1,6 m),

- dno stavebnej jamy je - nad základovou škárou tak, - aby sa ponechala - ochranná vrstva (0,2 - 1,0 m), - ktorá sa odoberá tesne - pred kladením ochranných betónových vrstiev.

Sklony svahov stavebnej jamy

- závisia od : vlastností zemín,

hĺbky základovej jamy,prítomnosti podzemnej vody,povrchového zaťaženia, predpokladané trvanie otvorenia jamy.

Plytké stavebné jamy (do hĺbky 6 - 8 m)

– netreba preukazovať stabilitu svahu, t.j. sklony pomocou tabuliek,diagramov (podľa , c, (Bishop))

Hornina Sklony svahu

dočasný trvalý

Zdravé skalné hor.

Navetralé hor.

Balvanitý štrk

Štrk s pieskom

Hrubozrnný piesok

Jemnozrnný piesok

5 : 1

3 : 1

1 : 0,75

1 : 1,25

1 : 1,5

1 : 1,75

1 : 1,5

1 : 1,75

Zemina Výška svahu Trvalý sklon

ílovitá hlina

0 - 3 m

3 - 6 m

6 - 9 m

1 : 1,25

1 : 1,6

1 : 1,75

piesčitá hlina

0 - 3 m

3 - 6 m

6 - 9 m

1 : 1,25

1 : 1,25

1 : 1,4

íl 0 - 3 m

3 - 6 m

6 - 9 m

1 : 1,25

1 : 1,25

1 : 1,25

spraš 0 - 6 m 2,5 : 1

- sklony svahu pomocou diagramov (podľa , c, (Bishop))

Hlboké stavebné jamy(viac ako 6 – 8 m)

- sklony svahov musia byť navrhnuté výpočtom podľa stability svahu v hrubozrnných a stability svahu v jemnozrnných zeminách (Pettersonova metóda)

svahy sú po každých 5 až 7 m prerušované lavičkami, ktoré musia byť široké najmenej 0,5 m.

Prelomenie dna stavebnej jamy

(jama s napätým horizontom podzemnej vody)

Odvodňovanie stavebných jám

Povrchové – (pomocou rigolov), používa sa v horninách, v štrkovitých a v piesočnatých zeminách s hodnotami súčiniteľa filtrácie okolo 10-4 – 10-2 m.s-1

Hĺbkové – (studňami, čerpacími ihlami), používa sa v štrkovitých a piesočnatých zeminách so súčiniteľom filtrácie 5.10-5 – 5.10-2 m.s-1

Tab. Súčiniteľ filtrácie a vhodné odvodnenie

Povrchové odvodňovanie- pri výkope stavebnej jamy sa po jej obvode hĺbia rigoly, ktorými sa voda

vedie do zbernej studne, odkiaľ sa čerpá (0,5 – 2 %),- pre výpočet množstva vody, ktoré bude pritekať do stavebnej jamy sa jama

nahrádza fiktívnou kruhovou studňou,- jej polomer rs možno vypočítať z podmienky:

- A – horizontálna plocha daná prienikom svahov jamy s nezníženou hladinou,

A

rs

H - hĺbka nezníženej hladiny,h – hĺbka vody pod dnom SJ,Rs – dosah zníženia vyp.podľa :Sichardt

Kusakin

s - zníženie hladiny v strede jamy s = (H - h) má byť približne 0,5 m pod dnom jamy

HksR

ksR

s

s

...575

..3000

Výpočet celkového množstva vody

- celkové množstvo vody Q, ktoré pritečie do SJ sa skladá z dvoch častí:

Q = Q1+Q2

- Q1 časť pritekajúca zo svahov,

- Q2 časť pritekajúca z dna,

(pri hydraulicky dokonalej studni Q2 = 0)

hrR

hr

rhh

rrs

kQ

r

rRhH

kQ

sss

s

s

s

s

ss

4ln515,0arcsin2

2

..2.

ln.

22

2

22

1

Posúdenie odvodnenia

- kapacita rigolu Qr > Q/2 (ak v jame jedna studňa)

A- prietoková plocha,v - rýchlosť prúdenia vody,O- obvod rigolu (omočený obvod),i - sklon dna,n - súčiniteľ drsnosti ( pre štrkovité a piesočnaté zeminy je n = 0,025)

-pritekajúca voda sa odvádza rigolmi, ktoré v priečnom reze majú tvar trojuholníka, alebo lichobežníka, dno rigolov sa navrhuje v sklone 0,5 - 2 %

-jedna studňa sa navrhuje na 50 až 100 m dĺžky rigolu, priemer studne 1,0 až 1,5m

15,067,067,1 ...

.

niOAQ

vAQ

r

r

Hĺbkové odvodnenie - studňami

- je možné robiť vŕtanými studňami, alebo čerpacími ihlami,- hĺbeniu stavebnej jamy predchádza znižovanie hladiny, v strede jamy

je potrebné znížiť hladinu približne 0,5- 1,0 m pod dno (t.j. zemina sa ťaží v suchu),

Výpočet celkového množstva vody

- celkové množstvo vody Q, ktoré pritečie do SJ:

- Rs – polomer zníženia - (redukovaný pri nedokonalej studni),- rs- polomer fiktívnej kruhovej studne (redukovaný),

- ĸRs príp. ĸrs – súčiniteľ, ktorý berie do úvahy hydraulickú nedokonalosť studní (určuje sa z grafu-podľa Hálka)

Rs

ss

RR

s

ss

r

rR

hHkQ

ln

.22

rs

ss

rr

Určenie počtu studní

n – počet studní

Q – celkové množstvo vody, ktoré pritečie do studne, Qp – množstvo vody, ktoré možno odčerpať z jednej studne,

ro – polomer studne (zárubnice),hz – hĺbka vody v priepustnej časti studne,vp – prípustná vtoková rýchlosť

(výpočet podľa Sichardta)

-optimálna vzdialenosť medzi studňami je daná 25-násobkom až 35-násobkom ich priemeru.

pzop vhrQ ....2

pQ

Qn

1.15

smk

vf

p

Posúdenie odvodnenia

-systém odvodnenia je potrebné navrhnúť tak, aby bol splnená podmienka :

n - počet vŕtaných studní,

ro - polomer studne (redukovaný),

r1, r2, rn - vzdialenosti vŕtaných studní od jednej z nich (redukované),

).....ln(1

)ln(

)5,0(.

1

22

noss

ofk

rrrn

rR

hHHkQQ

Hĺbkové odvodnenie - ihlami

- používa sa v piesočnatých zeminách so súčiniteľom filtrácie 10-5 až 10-4 m.s-1,

- stavebná jama sa hĺbi v suchu, po znížení hladiny, hladina sa znižuje cca 1 m pod dno v strede jamy,

- čerpacia ihla sa skladá z koncovky a nadstavca, celková dĺžka je 6 až 8m, priemer 40-50mm, zahlbuje sa vplachovaním,

- množstvo vody, ktoré pritečie do SJ sa počíta, ako pri odvodnení čerpacími studňami,

- množstvo vody, ktoré je možné čerpať z jednej ihly:Qp = 0,0002 až 0,0005 m3.s-1

- vzdialenosť medzi ihlami: min.0,6 m a max.1,8 m

- posúdenie odvodnenia – ako pri hĺbkovom odvodnení čerpacími studňami