Textury metamorfovaných hornin

Stavba metamorfovaných hornin se utváří převážně v pevném stavu drcením původních či růstem novotvořených minerálu v průběhu metamorfózy. Tím, že je pro stavebního inženýra ve většině případů potřebný pouze makroskopický popis horniny, lze pojem stavba ztotožnit s pojmem textura.
Většina metamorfovaných hornin se vyznačuje plošně paralelní texturou, kterou podmiňuje prostorové uspořádání šupinkovitých, tabulkovitých nebo sloupečkovitých minerálu do přibližně paralelních ploch (obr. 13). Plošně paralelní texturu lze označit také termíny foliace či břidličnatost. U nikterých hornin je velmi zřetelná (napo. fylit, rula), u jiných může být nevýrazná s přechodem do textury všesměrné (nikteré mramory).

Metamorfóza dislokační

Metamorfóza dislokační je způsobena drcením hornin na zlomech a v pásmech kolem nich. Nejčastěji takto vznikají mylonity a kataklazity, ovšem při intenzivnější dislokační metamorfóze mohou vznikat i některé druhy krystalických břidlic.
Šoková metamorfóza je nejrychlejším typem metamorfózy a probíhá obvykle jen několik sekund. Příkladem může být metamorfóza hornin po nárazu meteoritu na zemský povrch nebo při podzemním jaderném výbuchu.
Všechny druhy metamorfózy mohou působit v různém stupni intenzity na okolní horniny. Pro zjednodušení nebude při studiu intenzity metamorfózy zaveden pojem metamorfní izográda. Bude použit starší model, který člení metamorfózu podle intenzity do tří stupou:
• • slabá metamorfóza (epimetamorfóza)
• • střední metamorfóza (mezometamorfóza)
• • silná metamorfóza (katametamorfóza)
Pro stavebního inženýra je důležitá především znalost hornin vznikajících při regionální metamorfóze, poněvadž s nimi se v praxi s největší pravděpodobností setká nejčastěji. Z hornin lokálně metamorfovaných se může ojediněle setkat při zakládání staveb s kontaktní metamorfovanými. Projektování a výstavbu podzemních staveb pak mohou velmi vážně ovlivnit produkty dislokační metamorfózy. Nejčastěji jsou to kataklazované (drcené) a mylonitizované (intenzivněji metamorfované - dochází nejen k drcení, ale i ke krystalizaci metamorfních minerálu) zóny v mocnostech od několika decimetru a? po několik metru.

Metamorfóza

Metamorfóza je děj, který nelze přímo pozorovat, a proto jsou podmínky, při nichž probíhá, pouze odhadovány. Uvádí se, že všesměrný tlak narůstá asi o 25 MPa na 1 km hloubky a teplota se pohybuje v intervalu od několika desítek C, do teplot přesahujících 1000 C.
Vzhledem k uvedeným skutečnostem odlišujeme různé druhy metamorfózy podle výsledných produktů (metamorfovaných hornin) a jejich geologické pozice.
• • Regionální metamorfóza
Největší význam má metamorfóza regionální, která svými účinky postihuje rozsáhlá území (řádově stovky až tisíce km2) a probíhá velmi dlouho, pravděpodobně desítky milionů let. V jejím průběhu vznikají krystalické břidlice - horniny, většinou, s výraznou plošně-paralelní (břidličnatou) texturou.
• • Lokální metamorfóza
Druhým, odlišným typem je metamorfóza lokální. Dochází k ní anomálními změnami podmínek v prostorově omezených částech zemské kůry. Probíhá mnohem rychleji než metamorfóza regionální, několik sekund až několik tisíc let. V rámci lokální metamorfózy se vymezuje několik podtypů:
• • metamorfóza kontaktní
• • metamorfóza dislokační
• • metamorfóza šoková
Kontaktní metamorfóza probíhá na kontaktech vyvřelých hornin. Buď na kontaktu žhavé lávy (přibližně 1200 C), vyvržené ze sopky, s okolními horninami nebo na kontaktu magmatu v plutonech, pních či žilách pod zemským povrchem s okolními horninami.

U hornin vstupujících do procesu metamorfózy se postupně mění:

• • textura
• • minerální složení
• • chemizmus
Do jaké míry dochází ke změně vlastností u původní horniny závisí na intenzitě působení metamorfních faktorů, kterými jsou především:
• • teplota
• • všesměrný tlak (hydrostatický, litostatický)
• • orientovaný tlak (stress)
• • parciální tlak fluid
• • chemická aktivita složek vstupujících do procesu metamorfózy
• • čas
Je nutné si uvědomit, že existuje pestrá škála hornin (magmatických, sedimentárních či dříve metamorfovaných), které vstupují do procesu metamorfózy a existuje celá řada faktorů, které ovlivňují průběh metamorfózy. Pouze malou změnou kterékoli z vlastností původní horniny či nepatrným pozměněním faktoru metamorfózy, muže dojít ke vzniku zcela odlišných metamorfovaných hornin. A naopak někdy velmi odlišnými metamorfními pochody při vhodných vlastnostech původní horniny mohou vzniknout velmi blízké metamorfované horniny. Teoreticky by tak bylo možno, vzájemnou kombinací různých původních hornin a faktorů metamorfózy, vytvořit nekonečně mnoho druhů metamorfovaných hornin.

HORNINY METAMORFOVANÉ

Vznik metamorfovaných hornin
Metamorfované horniny vznikají metamorfózou (přeměnou) magmatických, sedimentárních nebo starších metamorfovaných hornin.
METAMORFÓZA je poměrně složitý proces, při kterém dochází k přizpůsobování již existujících hornin novým fyzikálně-chemickým podmínkám prostředí, do nichž se postupně dostávají vlivem neustále probíhajících geologických procesů. Je však odlišná od zvětrávání a diageneze. Na rozdíl od těchto procesů (viz. vznik sedimentů), probíhá metamorfóza v odlišných fyzikálně-chemických podmínkách, daných nejčastěji vyšší teplotou a tlakem. Z hlediska geologické pozice probíhá metamorfóza obvykle v hlubších částech zemské kůry. Od magmatických procesů je odlišná tím, že horninový materiál zůstává v průběhu metamorfózy v pevném stavu (nevzniká magma). Při metamorfóze horniny vznikají nové, metamorfní minerály. Tento proces se nazývá blastéza.

Pískovce, arkózy, droby

Jsou zpevněné psamity, které se liší svým minerálním složením i typem pojiva. Skládají se ze zrn křemene a úlomků stabilních hornin (např. silicitů, kvarcitů), tzv. složky stabilní a složky nestabilní (především živce) a jílové jemné hmoty.
Pískovce
Skládají se převážně ze zrn křemene, malého podílu jílové matrix a pojiva. Podle typu pojiva mohou být křemenné - barvy bělavé, vyskytující se hlavně v české křídové tabuli, hematitové - barvy hnědočervené, typické pro perm, glaukonitové - barvy šedozelené, nacházející se v beskydské křídě flyšového pásma, vápnité - barvy žlutošedé, vyskytující se ve flyši a limonitové - barvy rezavé, které jsou v křídě i flyši.
Glaukonitové pískovce Beskyd jsou pevnější než pískovce vápnité a označují se jako godulské. Lze je používat i jako kameniva k dlažbě rigolů a svahů horských bystřin. Základní hmota pískovců může být siltovitá nebo jílovitá.

Zpevněné klastické sedimenty

Brekcie
Jsou zpevněné angulární až subangulární psefitové úlomky (většinou původní sutě). Mohou být monomiktní i polymiktní. Od zpevněných brekcií klastického původu je třeba odlišovat brekcie tektonické, které vznikly drcením horniny na zlomech a dodatečným stmelením vzniklých úlomků a brekcie vulkanické, které vznikají stmelením sopečných vyvrženin. Brekcie jsou různých barev a odstínů a některé poskytují krásné a vyhledávané dekorační materiály.
Slepence
Označují se též jako konglomeráty. Jsou to zpevněné psefity s oválnými úlomky (valouny). Podle složení mohou být monomiktní nebo polymiktní, podle typu pojiva mohou být křemité, krevelové, limonitové, vápnité. Mohou se využívat jako stavební kámen i jako kámen dekorační.

Zvláštní zeminou,

tvořenou jílovými minerály je bentonit. Původem jde o horninu reziduální, s vysokým obsahem bobtnavého montmorillonitu. V technologické praxi se mu též říkalo fullérská hlinka. Bentonit může přijímat určité kationty a náhradou za ně uvolňovat vápník a hořčík. Bobtnavé bentonity mohou absorbovat vodu až v osminásobku svého objemu. Toho se využívá ve stavebnictví ve vrtné technice k výrobě injekčních směsí pro těsnění horninového prostředí. U nás se vyskytují bentonity v okolí Mostu, nejznámější lokalitou jsou Braňany.
K rozlišení jílového charakteru a objemové stálosti soudržných pelitů se využívá některých mineralogických metod, např. rentgenové difrakční analýzy, diferenční termické analýzy (DTA) a rastrovací elektronové mikroskopie.

Jíly objemově

nestálé tvoří převahu jílovitých základových půd u nás. Jsou většinou šedé až šedozelené, při navětrání rezavošedé. Jako základová půda jsou známy citlivostí vůči vysychání a smršťování i vůči rozbřídání a bobtnání. Jejich zvláštním typem jsou tzv. potrhané jíly. Vyskytují se často v blízkosti zlomových linií a skládají se z nepravidelných ostrohranných úlomků o velikosti jednoho až několika cm, omezených vůči sobě hladkými lesklými (vyleštěnými) ploškami. Hmota mezi těmito úlomky je lístkovitá, prohnětená. Tyto jíly vedou vodu, na rozdíl od masivních téměř nepropustných a vyznačují se sníženou stabilitou v zářezech.
Slíny jsou jemné pelity barvou i vzhledem podobné jílům, které obsahují jemně rozptýlený uhličitan vápenatý. Reakce s HCl je bouřlivá. Jako základová půda se chovají stejně jako jíly, většinou je převažující jílový nerost objemově nestálý.

Jíly a slíny

Jsou to jemné zeminy s téměř 90 % jílové pelitické frakce. Podle převládajícího jílového nerostu mohou být objemově stálé - kaolinitové jíly nebo objemově nestálé - jíly s obsahem smektitů nebo jílových slíd (illitové).
Kaolinitové jíly jsou bělavé (čisté) nebo zbarveny druhotnou příměsí oxidů železa do žluta až červenohnědá. Výjimečně jsou až tmavošedé nebo nazelenalé. Používají se k výrobě porcelánu a šamotu, jako příměsi do barev, žáruvzdorných cihel a do tiskařské černi. Jsou objemově stálé.
U nás se vyskytují v těžitelném množství v chebské, českobudějovické a třeboňské pánvi a u Šatova na jižní Moravě. V blízkosti Rudic se těžily v minulém století a sloužily k výrobě krásné moravské keramiky.

Svahové hlíny

(deluvia) vznikají na svazích zpravidla přemístěním eluvia. Složení je jílovité až písčitohlinité, bývají napojeny srážkovou vodou a mohou přecházet do deluviofluviálních svahových sedimentů. Jako základová půda nejsou příliš spolehlivé a zpravidla je nelze využít ani jako zdroj stavebního materiálu.
Zvláštním typem hlín jsou souvkové hlíny na Ostravsku. Jsou ledovcového původu a vyskytují se v poměrně malé mocnosti. V zářezech dopravních staveb jsou však nestabilní a musí jim být proto věnována zvláštní pozornost.

Hlíny

Mohou být různého původu (geneze) a složení.
Aluviální hlíny (povodňové) se nacházejí v blízkosti řek v inundačním území, tzv. aluviální nivě. Podle toho se jim krátce říká aluvium. Jsou stlačitelné, obsahují často organogenní příměs v takovém množství, že na nich nelze zakládat. Jsou zvodnělé, hladina podzemní poříční vody kopíruje hladinu vody v řece, při povodních vystupuje až k povrchu, za sucha se snižuje až na úroveň vody v toku. Vzniká tak depresní křivka proměnlivého tvaru a při zakládání lze využít jen zpevněného povrchu pro lehké a nenáročné stavby.

Přehled usazených hornin

Patří sem spraše, spraše pahorkatin a sprašové hlíny. Na našem území většinou vznikly eolickou činností v pleistocénu. V některých zemích, např. v Číně, vznikají i v současné době.
Bývají rozděleny půdními tmavšími horizonty ve více vrstev, nebo se střídají vápnité a nevápnité vrstvy v jednom souvrství. Sprašoidní sedimenty jsou převážně okrové barvy, skládají se z kosterních zrn (křemen, živec) a jílových minerálů (hlavně illitického charakteru). Pro spraše je charakteristický obsah CaCO3 a to jednak ve formě povlaků bílé barvy, jednak jako cicváry - konkrece nepravidelného tvaru a velikosti. Příměs cicvárů zhoršuje kvalitu spraší jako suroviny k výrobě cihel.
Spraš je pórovitá, silně stlačitelná a pro vodu dokonale propustná. V suchém stavu je stabilní i ve vysokých stěnách, s vodou však rychle rozbřídá a kolapsuje. Jako základová půda se hodnotí jako podmíněně použitelná. Spraše a sprašové hlíny jsou významnou cihlářskou surovinou. Vhodné jsou zejména zeminy s nízkým obsahem CaCO3.

Klastické sedimenty

Písky
Jsou sypké sedimenty s úlomky odpovídajícími velikostí z 80 % psamitům. Většinou se skládají z křemene, živců a muskovitu. Mohou obsahovat až 20 % prachovité, jílovité nebo štěrkovité příměsi a dále těžké nerosty. Mohou být mořské, jezerní i říční, ale i eolické (větrné) nebo-li váté. Některé mořské písky obsahují zrnka karbonátů, některé příměs glaukonitu. Jezerní písky bývají silně jílovité, váté písky křemenné s malým podílem živců nebo rohovců.
Pro stavebnictví jsou důležité písky tekoucí, tzv. kuřavka. Jedná se o písky, do nichž pronikl proud podzemní vody, který pootáčí jednotlivá zrnečka a způsobuje ztekucení celého komplexu. Takové písky jsou pro zakládání nevhodné, způsobují závaly při ražbě a většinou se zpevňují zmrazováním.
Písky se používají ve stavebnictví jako stavební materiál, křemenné písky jsou dobrým filtračním materiálem a často slouží i jako sklářská surovina. Jílovité písky se používají ve slévárenství. Jako škodlivé příměsi lze označit sloučeniny železa, humus a jiné organické látky.
Sprašoidní zeminy

Štěrky

Jsou klastické hrubé sedimenty složené z valounů odpovídajících velikostí psefitovým úlomkům z 80 %. Podle původu mohou být mořské, jezerní a říční. Podle kvalitativního zastoupení valounů mohou být monomiktní (složené z jednoho horninového nebo minerálního typu) a polymiktní (složené z různých typů valounů). Říční štěrky se vyskytují jak ve dně, tak i v naplavených lavicích v zákrutech řek. Zvláštním typem jsou terasové štěrky, které nacházíme v různých výškách svahu a které představují staré fluvioglaciální akumulace z období pleistocénu. Štěrky se používají k výrobě betonu, slouží jako filtrační a stabilizační materiál. Poskytují dobrou a spolehlivou, málo stlačitelnou základovou půdu. Při zakládání na štěrkových terasách ve svahu je však třeba vyšetřovat průběh štěrkové vrstvy pod celým objektem.
Ke štěrku lze přiřadit i till. Jedná se o nezpevněný materiál ledovcových morén. Je nestejnorodý jak z hlediska velikosti, tak i složení i tvaru úlomků. Pro stavební využití se musí třídit a kvalitativně posuzovat pro každou stavbu zvlášť.

Zeminy

Jako zeminy se v inženýrském smyslu označují nezpevněné horniny, které se podle zrnitosti dělí na balvanité, kamenité, štěrkovité, písčité, prachovité a jílovité. Podle plasticity mohou být soudržné a sypké.
Sutě
Jsou to hranaté zvětralinové skalní úlomky uložené na svahu. Gravitací nebo svahovým pohybem se mohou částečně zaoblit na hranách a rozích. Podle charakteru převažujících úlomků mohou být čistě kamenité nebo hlinito-kamenité a podle toho se na svahu chovají. Jsou dobře propustné a na úpatí svahu mohou v nich vznikat menší prameny, jejichž existence závisí na množství srážek a ročním období. Při inženýrskogeologickém průzkumu je třeba vyšetřovat nejen jejich ulehlost, stabilitu a propustnost, ale i průběh povrchu podložních hornin pod nimi.

Minerály sedimentárních hornin

Dělí se do dvou skupin:
• Autigenní minerály, které vznikají během tvorby sedimentu. Z autigenních jsou z hlediska stavební praxe nejdůležitější jílové nerosty, ze síranů sádrovec a anhydrit, z oxidů hematit a limonit, křemen i ve formě opálu a chalcedonu, ze sulfidů pyrit a markazit, z uhličitanů kalcit a dolomit.
•
o Alotigenní minerály, které jsou přinášeny z jiných míst. Z alotigenních minerálů jsou důležité křemen, živce, muskovit. Zvláštní skupinou jsou tzv. těžké nerosty. Patří k nim např. magnetit, ilmenit, turmalín skoryl, granáty a staurolit, některé amfiboly a pyroxeny. Vyskytují se v písčitých sedimentech zvyšují jejich objemovou hmotnost. Takové sedimenty lze využít jako kamenivo do těžkých betonů.
Kromě minerálů se na stavbě sedimentů podílejí i organizmy svými schránkami (zkameněliny neboli fosilie). Bývají nejčastěji vápnité nebo křemité. Další součástí sedimentů mohou být bitumen a uhelná substance.

Textury chemogenních a organogenních usazených hornin

Textura většiny chemogenních sedimentů je krystalinní (složená ze zrn karbonátu nebo křemene různé velikosti). Makroskopicky se však téměř vždy jeví jako celistvá. Např. pro travertin je typická textura vrstevnatá a pórovitá.
U organogenních sedimentů se nejčastěji vyskytuje textura organogenní, jsou-li v hornině zachovány celé schránky organizmů, které se podílely na jejím vzniku. Vlivem proudění vody může dojít k přednostní orientaci schránek, např. u ortocerasových vápenců s kónickými schránkami hlavonožců . Jsou-li patrné pouze rozdrcené části pevných schránek, mluví se o textuře organodetritické.

Charakter pojiva zpevněných klastických sedimentů

Stupeň zpevnění původních zemin (štěrkovitých, písčitých a jílovitých) má velký vliv na fyzikální, mechanické i deformační a hydraulické vlastnosti hornin. Způsob, jakým pojivo vyplňuje prostor mezi zrny, je rovněž důležitým texturním hlediskem klastických sedimentů. Rozlišují se tyto základní typy pojiva:
• kontaktní - zrna jsou spojena jen na styku, v hornině je velké množství pórů a hornina je propustná pro vodu podle průlin mezi zrny
• povlakové - zrna jsou obalena po celém obvodu pojivem, ale mezi zrny jsou zachovány póry, označuje se též obalný tmel
• pórové - vyplňuje póry mezi dotýkajícími se zrny
• výplňové - vyplňuje póry mezi zrny, která již dříve byla stmelena starším pojivem (např. dotykovým), jedná se proto o mladší generaci tmelu, která může přispět ke zpevnění horniny
• bazální - pojivo převažuje nad klastickými částicemi, které jsou v něm roztroušeny a vzájemně se nedotýkají
• korozní - zrna jsou korodována tmelem a mají proto nepravidelný až zubovitě laločnatý povrch
• regenerační - vzniká orientovaným obrůstáním klastických zrn tmelem stejného složení, tím dochází k dokonalému spojení a ke zvýšení pevnosti horniny
Pokud lze rozpoznat primární (klastické) nebo sekundární (chemogenní) pojivo, označuje se primární jako základní hmota (matrix) a sekundární jako tmel.

Textury

Pro stavebního inženýra je dobře si zapamatovat, že názvy skupin pocházejí z řečtiny: psefos = hrubý, psamos = písek, alevros = mouka, pelos = bahno. Podle toho lze jednoduše dělit tyto sedimenty na štěrkovité, písčité, hlinité a jílovité. To v podstatě odpovídá i dělení podle norem pro zakládání na plošných základech: štěrk (gravel - G), písek (sand - S), hlína (mould - M) a jíl (clay - C).

Textury sedimentárních hornin

Pro většinu sedimentárních hornin je typická vrstevnatá textura (obr. 8), související se způsobem jejich vzniku. Častá je i textura pórovitá. Velikost pórů bývá obvykle několik desetin mm až několik mm.
Textury klastických sedimentárních hornin
Klastické sedimenty (úlomkovité) se dělí podle velikosti úlomků do čtyř skupin:
Názvosloví podle ČSN 73 1001
• psefity (velikost nad 2 mm) štěrková složka (ba)
• psamity (2 až 0,06 mm) písčitá složka (bb)
• aleurity (0,06 až 0,002 mm) prachová složka (ca)
• pelity (pod 0,002 mm) jílová složka (cb)
Na základě tohoto rozdělení se popisují i textury psefitická, psamitická, aleuritická a pelitická.

Ledovcová sedimentace

Ledovcová sedimentace se vyznačuje netříděností materiálu. Ledovce se dělí, podle toho kde se vyskytují, na:

bazální moréna
Typický tvar ledovcového údolí
• pevninské (skandinávského typu)
•
o vysokohorské (alpského typu). Ledovcové údolí vysokohorského ledovce má tvar písmene U.
V ledovcích vznikají bazální, boční a čelní morény, které po ústupu ledovce významně ovlivňují morfologii území. Často zahradí údolí a tak vznikají horská jezera (plesa). Morenové sedimenty lze dobře využívat jako stavební materiál, je však třeba je třídit a zbavit jílovitých a hlinitých příměsí.



Zbytky sedimentů kontinentálního ledovce nacházíme u nás na Ostravsku, Opavsku a v Moravské bráně. Jsou to jednak známé osamocené bludné (eratické) balvany, jednak fluvioglaciální písčité štěrky a souvkové hlíny.

říční sedimenty

Zvláštním typem říčních sedimentů jsou říční štěrkové terasy. U většiny našich řek vznikly v pleistocénu vlivem střídání období zalednění a období oteplování. V období mrazu bylo v řece málo vody, její transportní síla byla malá a docházelo k ukládání transportovaného materiálu. V období tání bylo v řekách mnoho vody, řeka nejen přenášela, ale i hloubkově erodovala koryto a vytvářela tak novou budoucí sedimentační bázi dalších štěrkových usazenin. Schematické znázornění vývoje říčních teras je na obr. 7.
Sedimentace v jezerech je různorodá a o charakteru sedimentu rozhodují nejen klimatické podmínky (minulé i současné), ale i charakter horninového prostředí. Tak v pouštních oblastech vznikají evapority (sůl, sádrovec), v mírném pásmu všechny typy klastických sedimentů a v okolí vulkánů pyroklastika. Ve vlhkém klimatu se vytváří rašelina a bahno, jezera rychle zarůstají a může za určitých podmínek vznikat budoucí uhelná sedimentace. Zvláštním typem jezerních sedimentů jsou křída a rozsivková zemina (diatomit neboli křemelina).

Tvar říčního údolí na horním toku

Říční sedimenty vznikají podle charakteru a vývoje říčního toku i říčního údolí. V horním toku má říční údolí zpravidla tvar písmene V. Erozivní činnost je převážně hloubková, nerovnosti a spádová křivka toku se vyrovnávají vodopády a peřejemi. Horninové úlomky se transportují vlečením a dochází k intenzivnímu opracovávání horninového materiálu. Na středním toku řeka eroduje do stran, vytváří spíše neckovité údolí a meandry (zákruty) a ukládá sedimenty. Postupně klesá velikost sedimentovaných částic a vytvářejí se aluviální nivy. V dolním toku převažuje zpravidla sedimentace nad erozí. Vznikají aluviální roviny s mohutnými nejmladšími nánosy, často bahnitého nebo písčitobahnitého charakteru.