6. Vlastnosti hornin a jejich vliv na lezení

autor: | Led 1, 2001 | Geologie | 0 komentářů

Horninové prostředí je nehomogenní a anizotropní. Z geotechnického hlediska se hornina jeví jako pružně plastická hmota. Její materiálové konstanty jsou proměnlivé v závislosti na stavu napjatosti. Masív charakterizujeme řadou litologických jednotek oddělených plochami diskontinuity. S růstem četnosti těchto ploch klesá pevnost masívu a zvyšuje se jeho stlačitelnost.

Klasifikace hornin může být založena na různých aspektech. Pro naše účely jsou nejdůležitější litologická, inženýrskogeologická a geotechnická klasifikace.

Litologický typ představuje horninu stejnorodou z následujících hledisek:

  • geneze (magmatické, sedimentární, přeměněné, klastické),
  • textury (masivní, vrstevnaté, břidličnaté),
  • minerálního složení (podíl křemene, živců, jílových minerálů),
  • zrnitosti (hrubozrnné, střednězrnné, jemnozrnné).

Inženýrskogeologický typ je model fyzikálněmechanického stejnorodého prostředí, pro který můžeme stanovit statistické hodnoty, použitelné přímo ve výpočtech. Za hlavní kriterium při rozlišování jednotlivých inženýrskogeologických typů považujeme stav horniny.

Inženýrskogeologický popis se skládá z následujících položek:

  • popis základních vlastností horninové substance,
  • popis charakteristických vlastností substance v masivu (odlučnost, blokovitost, vrstevnatost, břidličnatost),
  • název litologického typu horniny s petrografickými údaji,
  • vlastnosti horninové substance (barva, struktura, textura, stupeň zvětrání, pevnost horniny, její stálost).

Zvětrávání podstatně ovlivňuje vlastnosti masivu. Tloušťka a charakter zvětralé zóny závisí na odolnosti horniny, druhu zvětrávání a délce jeho trvání, vegetačním překrytí a na rychlosti odstraňování produktů, jež vznikly na denudačním zvětráváním.

Tabulka stupně zvětrání hornin v masivu
Stav horniny masivuStupeň rozpadu
 chemickéhomechanického
zdravábez přeměny minerálůslabé rozvolnění po puklinách
navětralázvětrávání minerálů podél puklin a vyplnění zvětralinouoslabení strukturní soudržnosti, vznik puklin. zvětrávání a rozšíření stávajících
slabě zvětralázvětrání bloků a úlomků – výplň zvětralinourozpad na bloky a úlomky, původní struktura zachována
silně zvětralávětšina minerálů v úlomcích rozložená, rozšíření puklin vyplněných zvětralinouúplný rozpad na drobné úlomky oddělené zvětralinou
zcela zvětraláminerální složení podstatně změněné (zemina)úplné rozdrobení na písčité až jílovité eluvium s úlomky

Pro ilustraci uvádíme změny v charakteristických hodnotách pevnosti v prostém tlaku a modulu deformace na granodioritech ze Strečna.

Tabulka charakteristických hodnot granodioritů podle stupně zvětrání
Stupeň zvětrání horninyPevnost v prostém tlaku sc(MPa)Modul deformace Edef (MPa)
zdravá120 – 2202 000 – 5 000
navětralá80 – 200500 – 2 000
slabě zvětralá40 – 120100 – 500
silně zvětralá10 – 5030 – 100
zcela zvětralá1010 – 30

Geotechnická klasifikace hornin vychází z fyzikálněmechanických vlastností hornin při zahrnutí charakteristik veškerých diskontinuit. Komplexní hodnocení sleduje tyto údaje:

  • zjednodušený geologický popis horniny,
  • základní strukturní údaje v číselném vyjádření,
  • základní mechanické vlastnosti vyjádřené číselně.

Mechanické vlastnosti skalních hornin vyjadřují mechanický projev horninového materiálu nebo masivu utvářeného jeho napjatostí a přetvárností. Tyto vlastnosti jsou proměnné v prostoru i čase a lze je definovat takto:

  • napjatost masivu je v čase a prostoru proměnná, nestejnorodá a nerovnoměrná,
  • přenos a šíření napětí do prostoru od místa vzniku je závislé na stykových mezizrnných vztazích, hodnotě napětí a způsobu jeho uplatnění,
  • přetváření hornin se uplatňuje v obou fázích, pružné i plastické, a to současně,
  • rychlost pochodů a dějů je závislá na prostředí a podmínkách v nichž probíhají,
  • rozsah a velikost nespojitostí jsou určeny hlavně pevnostními charakteristikami horninového prostředí.

Nejobtížnějším problémem při stanovování pevnosti skalních hornin je souvislost mezi vlastnostmi úlomků horniny a pevností horniny jako celku při různých způsobech namáhání. Pevnost horniny ve smyku je určující, neboť horninová tělesa se ponejvíce porušují smykem. Jako pomůcky pro znázornění napjatosti používáme Mohrovo zobrazení. Napětím v hornině rozumíme elementární vnitřní sílu působící na jednotku plochy bez ohledu na to, zda jde o hmotu s póry nebo dutinami.

Namáhání, při nichž není překročena pevnost horniny, způsobují jen její přetvoření. To má zásadní význam zejména u méně pevných a plastičtějších hornin. Pro deformační posouzení horninu charakterizuje modul přetvárnosti či pružnosti a Poissonovo číslo n.

Pevnost v tlaku je zhruba 30x vyšší než pevnost v tahu a přibližně 10x vyšší než pevnost ve smyku. To znamená, že působením poměrně nepatrných napětí vznikají v horninách tahové trhliny. Opakované namáhání snižuje mez pevnosti horniny a způsobuje tak i při nižších hodnotách její porušení spíše, než vysoké tlaky působící jednorázově v delších intervalech.

Tabulka pevností a modulů pružnosti hornin (v MPa)
HorninaPevnost ve smykuPevnost v tlakuPevnost v tahuModul pružnosti
Čedič250 – 35085 000 – 9 000
Žula15 – 3080 – 2803 – 83 000 – 7 000
Vápenec7 – 2040 – 2001 – 63 000 – 5 000
Pískovec3 – 1540 – 1801.5 – 32 000
Břidlice kryst.15 – 2060 – 2002.54 000
Mramor10 – 3080 – 1503 – 96 000 – 9 000
Kvarcit300 – 5003 – 5