Gruntoznawstwo - PB Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

GRUNTOZNASTWO – KONSPEKT WYKŁADÓW
Wykład I
Temat: Podstawowe wiadomości o pochodzeniu gruntów i skał
Zawartość wykładu
1. Gruntoznawstwo inżynierskie a nauki pokrewne
2. Przegląd jednostek geomorfologicznych występujących w Polsce Północno-wschodniej
3. Pojęcie gruntu budowlanego i podłoża budowlanego
4. Podstawowe wiadomości o pochodzeniu skał i gruntów
Mechanika skał jest teoretyczną i stosowaną nauką o mechanicznych właściwościach skał,
zajmującą się badaniem zachowania się skał i masywów skalnych w ich otoczeniu fizycznym.
Gruntoznawstwo ogólne bada właściwości gruntów i warunki ich kształtowania się pod wpływem
wyłącznie procesów naturalnych np. geologicznych.
Geologia zajmuje się badaniem budowy i historii rozwoju skorupy ziemskiej oraz procesów
działających w jej obrębie.
Petrografia zajmuje się badaniem skał, ich cech fizycznych i chemicznych, składu mineralnego,
sposobu powstawania i występowania.
Fizykochemia (chemia fizyczna) jest nauką o współzależności zjawisk fizycznych i chemicznych;
obejmuje między innymi naukę o budowie cząstek i o koloidach.
Nauką interdyscyplinarną , łączącą w sobie takie dziedziny, jak gruntoznawstwo, mechanika
gruntów i skał oraz fundamentowanie, jest geotechnika.
Geotechnika zajmuje się oceną techniczną ośrodka gruntowego do celów projektowania
i wykonawstwa budowli naziemnych i podziemnych oraz fundamentów obiektów budowlanych.
Większość zagadnień geotechnicznych ujmuje książka Z. Wiłuna Zarys geotechniki.
Gruntoznawstwo inżynierskie stanowi podstawę do rozwiązywania praktycznych problemów
inżynierskich mechaniki gruntów i skał. W gruntoznawstwie inżynierskim grunt może być
rozpatrywany jako:
• materiał budowlany (np. do budowy nasypów zapór i obwałowań rzek, nasypów drogowych,
kanałów, składowisk odpadów itp.),
• podłoże budynków oraz budowli wodnych i lądowych,
• ośrodek, z którego można pobierać wodę (ujęcia wód podziemnych) lub usuwać wodę
(np. odwodnienie wykopów), jak również nawadniać.
Gruntoznawstwo inżynierskie pomaga w rozwiązywaniu następujących problemów technicznych
(inżynierskich):
- przy projektowaniu, budowie i eksploatacji budowli hydrotechnicznych, lądowych
i melioracyjnych (np. zapór, budowli ziemnych, wodno-melioracyjnych, składowisk odpadów
itp.) oraz budynków,
- przy projektowaniu, wykonawstwie i eksploatacji dróg i mostów (w zakresie wykonania
nasypów i wykopów, użycia odpowiednich materiałów i wykonawstwa różnych obiektów
drogowych itp.),
- przy projektowaniu, budowie i eksploatacji oczyszczalni ścieków, stacji uzdatniania wody,
składowisk odpadów itp.
W Polsce północno-wschodniej można wydzielić następujące jednostki geomorfologiczne:
1. Moreny czołowe,
2. Moreny denne,
3. Sandry,
4. Kemy,
5. Ozy,
6. Zastoiska,
7. Doliny rzeczne,
8. Wydmy,
9. Pokrywy deluwialne,
10. Jeziora i bagna.
Grunty budowlane są przedmiotem badań mechaniki gruntów i skał oraz gruntoznawstwa
inżynierskiego.
Grunt jako ośrodek skalny rozdrobniony składa się z oddzielnych ziarn i cząstek, pomiędzy którymi
działają niewielkie siły przyciągania, znacznie mniejsze od wytrzymałości wewnętrznej samych
ziarn i cząstek.
Na potrzeby budownictwa przyjęto podział na dwie grupy o wyraźnie odmiennych właściwościach:
- grunty niespoiste – sypkie,
- Grunty spoiste mające spójność.
Procesy geologiczne - wszystkie zjawiska, w wyniku których zachodzą zmiany na powierzchni
skorupy ziemskiej lub w jej wnętrzu.
Źródłem energii tych procesów są czynniki geologiczne wewnętrzne (endogeniczne) i zewnętrzne
(egzogeniczne).
Czynniki wewnętrzne to przede wszystkim bardzo wysokie ciśnienie górotworu i wysoka
temperatura, panująca w głębszych strefach skorupy ziemskiej. Objawami tych czynników są
zjawiska wulkaniczne, trzęsienie ziemi, przesuwanie się wielkich mas skorupy ziemskiej i ruchy
tektoniczne. Wyróżnia się dwa główne rodzaje ruchów tektonicznych, które w przeszłości Ziemi
(czasami również współcześnie) kształtowały właściwości skał Są to ruchy górotwórcze
(orogeniczne), powodujące szybkie wypiętrzanie mas skalnych, często z ich rozrywaniem oraz
ruchy powolnego, długotrwałego podnoszenia lub obniżania się lądów albo dna oceanów, zwane
ruchami lądotwórczymi (epeirogenicznymi). Pionowe ruchy skorupy ziemskiej, zachodzące po
okresie górotwórczości alpejskiej, tj. od schyłku trzeciorzędu po czasy współczesne, określa jako
ruchy neotektoniczne
Czynniki zewnętrzne to wpływ atmosfery (powietrza, wilgoci, deszczu, wiatru, promieni
słonecznych) hydrosfery (wód płynących po powierzchni lub w skałach, mórz, lodowców) oraz
życia organicznego. Pod wpływem działania tych czynników zachodzą następujące procesy
geologiczne:
Wietrzenie (fizyczne, chemiczne), Erozja (rzeczna, lodowcowa, powietrzna), Denudacja,
polegająca na obniżeniu się powierzchni skał poprzez stałe usuwanie produktów wietrzenia i
przenoszenia ich z wyższych miejsc terenu do niższych i stopniowym obniżaniu poziomu skały
macierzystej, Transport materiałów zwietrzelinowych przez wiatr, wody i lodowce (nieraz na
znaczne odległości), Akumulacja (osadzanie się produktów wietrzenia na lądzie lub środowisku
wodnym).
Skały ze względu na genezę (sposób powstania) dzieli się na trzy grupy:
• Magmowe,
• Osadowe,
• Przeobrażone (metamorficzne).
Skałami osadowymi nazywa się skały , które powstają w wyniku gromadzenia się ( akumulacji )
ziarn cząstek mineralnych lub organicznych w środowisku lądowym lub wodnym. Mogą to być
produkty niszczenia starszych skał, wytrącania z roztworów wodnych lub działalności organizmów
zwierzęcych lub roślinnych. Skały osadowe, ze względu na zróżnicowaną genezę dzieli się na trzy
grupy:
• skały okruchowe (klastyczne),
• skały chemiczne,
• skały organiczne.
Skałami okruchowymi (klastycznymi) nazywa się skały powstałe w wyniku nagromadzenia się
okruchów skalnych oraz ziarn i cząstek mineralnych w zbiorniku wodnym lub na lądzie. Do
powstania skał okruchowych prowadzi szereg procesów: wietrzenie wcześniej istniejących skał,
transport, sedymentacja (osadzanie się) i diageneza. Świeżo nagromadzony osad jest luźny,
niespojony ze sobą żadną substancją.
• Skały chemiczne powstają w wyniku wytrącania się związków chemicznych w zbiornikach
wodnych (przeważnie w morzu) po osiągnięciu odpowiedniego stężenia.
• Skały organiczne powstają w wyniku gromadzenia się w środowisku wodnym lub lądowym
szczątków organizmów zwierzęcych (skały zoogeniczne) lub roślinnych (skały fitogeniczne).
Skałami przeobrażeniowymi
(metamorficznymi ) nazywa się skały powstałe w skorupie
ziemskiej na skutek przeobrażenia wcześniej istniejących skał. Procesy powodujące przeobrażenie
skał, czyli metamorfizm, są bardzo złożone. W czasie np. ruchów górotwórczych pewne partie skał
osadzają się na znacznych głębokościach, gdzie panuje wyższa temperatura i wyższe ciśnienie. Pod
wpływem tych czynników skały ulegają przebudowie. Zmienia się ich skład mineralny i budowa
wewnętrzna (struktura i tekstura). Odbywa się to jednak z zachowaniem stałego stanu skupienia, co
najwyżej z podrzędnym udziałem fazy ciekłej lub gazowej. Skały metamorficzne mogą powstawać
zarówno ze skał magmowych, jak też ze skał osadowych.
Proces niszczenia skał pod wpływem powietrza, wody nasłonecznienia (zmiany temperatury)
i organizmów nazywa się wietrzeniem skał.
Rozróżnia się wietrzenie:
- chemiczne,
- fizyczne (mechaniczne),
Proces wietrzenia powoduje stałe niszczenie skał litych, obniżenie ich parametrów technicznych
oraz powoduje stopniowe przechodzenie skał litych w utwory rozdrobnione (grunty).
Utwory akumulacji rzecznej
Szybki nurt potoków górskich porywa i przenosi drobne cząstki, odłamki skał i rumosz. Okruchy
skalne w czasie transportu zaokrąglają się wskutek tarcia. Z większych okruchów powstają otoczaki
i obtoczone ziarna żwiru, z drobnych - ziarna piasku. W wyniku tarcia ziarn o siebie i ich
zaokrąglania się powstają cząstki pyłowe. Ziarna piasku, cząstki pyłowe i iłowe są unoszone przez
rzeki na duże odległości i odkładają się (akumulują) stopniowo w miarę zmniejszania się prędkości
wody. W górnym biegu odkłada się materiał najgrubszy: otoczaki, żwir i piasek gruby; w średnim
biegu - piaski średnie, w dolnym biegu - piaski drobne i pyły.
Osady akumulacji lodowcowej reprezentują gliny morenowe,
bruki morenowe, osady
wodnolodowcowe (fluwioglacjalne) i zastoiskowe (iły warwowe). Gliny zwałowe morenowe są
bezładną mieszaniną cząstek iłowych i pyłowych, ziarn piasku i żwiru razem z otoczakami
i dużymi głazami skał skandynawskich (granitów).
Erozyjne działanie wiatrów oraz wymywanie przez wody opadowe powodują, że powierzchnia
skorupy ziemskiej ulega stałym przeobrażeniom. Przemieszczające się cząstki są akumulowane w
bezodpływowych zagłębieniach terenu oraz na tarasach rzecznych. Osady zastoiskowe
reprezentowane są przez iły warwowe, muły jeziorne i mady rzeczne.
Wykład II
Temat: Ogólne wiadomości o gruncie i podłożu budowlanym
Zawartość wykładu:
1. Podstawowe pojęcia według PN-86/B-02480
2.Klasyfikacja gruntów według PN-86/B-02480
3.Definicje i terminy według PN-EN ISO 14688 - 1
4. Klasyfikacja gruntów gruntów według PN-EN ISO 14688
5. Kryteria do makroskopowego rozpoznania gruntów PN-EN ISO 14688
Podstawowe pojęcia wg PN-86/B- 02480
Grunt naturalny – grunt , którego szkielet powstał w wyniku procesów geologicznych.
Grunt antropogeniczny – grunt nasypowy utworzony z produktów gospodarczej i przemysłowej
działalności człowieka ( odpady komunalne, pyły dymnicowe, odpady poflotacyjne itp.)
w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych.
Grunt rodzimy – grunt powstały w miejscu zalegania w wyniku procesów geologicznych
(wietrzenie, sedymentacja w środowisku wodnym itp.. ); grunty rodzime są zawsze gruntami
naturalnymi.
Grunt nasypowy – grunt naturalny lub antropogeniczny powstały w wyniku działania człowieka
np. w wysypiskach, zwałowiskach, zbiornikach wodnych, budowlach ziemnych.
Grunt mineralny – grunt rodzimy , w którym zawartość części organicznych jest równa lub
mniejsza niż 2 %.
Grunt organiczny – grunt rodzimy , w którym zawartość części organicznych jest większa niż
2%.
Grunt spoisty – nieskalisty grunt mineralny lub organiczny wykazujący wartość wskaźnika
plastyczności Ip>1% lub wykazujący w stanie wysuszonym stałość kształtu bryłek przy
naprężeniach > 0,01 MPa; minimalny wymiar próbek nie może być mniejszy niż 10-krotna
wartość maksymalnej średnicy ziaren. W stanie naturalnym grunty spoiste wykazują cechę
plastyczności.
Grunt niespoisty (sypki) – nieskalisty grunt mineralny lub organiczny nie spełniający warunków
podanych dla gruntu spoistego.
Terminy i definicje PN – EN ISO 14688-1:
Grunt
Zespól cząstek mineralnych niekiedy z substancją organiczną w postaci osadu, który może być
rozdrobniony przez delikatne rozcieranie w ręce i który zawiera wodę i powietrze ( a niekiedy też
inne gazy).
Oznaczenie gruntu
Określenie nazwy gruntu i opis na podstawie uziarnienia, rodzaju materiału, właściwości
składników mineralnych lub organicznych oraz plastyczności.
Budowa geologiczna
Zmienność składu, w tym także warstwowanie i nieciągłości
Nieciągłości
Powierzchnie warstw, spękania, szczeliny, uskoki i powierzchnie ścięcia.
Substancja organiczna - substancja składająca się z materiału roślinnego oraz zoogenicznego i
produkty przetworzenia tych materiałów, np. humus
Substancja organiczna zawiera zwykle duża wilgotność.
Uziarnienie - wymiary cząstek gruntu i ich rozkład
Frakcja - część gruntu, która może być wyróżniona na podstawie określonego wymiaru ziaren
Plastyczność - cecha gruntów spoistych określająca ich podatność na zmianę właściwości
mechanicznych przy zmianach wilgotności .
Grunty wulkaniczne - minerały piroklastyczne tworzące się i formowane w wyniku wybuchu
wulkanu, np. pumeks, żużel i popiół wulkaniczny
Frakcja główna – określa właściwości inżynierskie gruntu. Dla jasności można ją podawać
dużymi literami. Frakcja główna jest opisywana rzeczownikiem.
Frakcje drugorzędne – frakcje drugorzędne i kolejne nie określają właściwości inżynierskich
gruntu, lecz mają na nie wpływ. Frakcja drugorzędna opisywana jest co najmniej jednym
przymiotnikiem. Symbole tej frakcji należy pisać małymi literami.
Grunty stanowiące przewarstwienia można pisać małymi podkreślonymi literami, następującymi
po frakcji głównej.
Zaleca się klasyfikowanie plastyczności gruntów drobnoziarnistych z zastosowaniem
następujących terminów:
• Nieplastyczny
• Mało plastyczny
• Średnio plastyczny
• Bardzo plastyczny
Najogólniej grunty budowlane ze względu na genezę dzielimy na
• naturalne - grunty , których szkielet (faza stała) powstał w wyniku procesów geologicznych,
• antropogeniczne – grunty nasypowe utworzone z produktów gospodarczej lub przemysłowej
działalności człowieka ( odpady komunalne, pyły dymnicowe, odpady poflotacyjne itp.)
w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych itp.
• Grunty naturalne dzieli się na: grunty rodzime i grunty nasypowe.
Grunty rodzime ze względu na zawartość części organicznych dzieli się na:
• mineralne,
• organiczne
oraz ze względu na odkształcalność podłoża gruntowego na:
• skaliste,
• nieskaliste.
Wykład III
Temat: Fizyczne właściwości gruntów i stany gruntów
Zawartość wykładu:
1. Struktura i tekstura gruntów
2. Uziarnienie gruntów
3. Cechy fizyczne gruntów
Struktura gruntu jest to ogół cech wewnętrznej budowy gruntów: wielkość i kształt ziarn
mineralnych i cząstek gruntu, sposób w jaki są ze sobą powiązane. W gruntach ze względu na
wielkość ziarn wyróżnia się następujące struktury: psefitową ( np. żwiry), psamitową (piaski),
aleurytową (pyły), pelitową (iły). W mechanice gruntów ostatnio rozróżnia się trzy typowe
struktury gruntów: ziarnistą ( obejmującą strukturę psefitową i psamitową), komórkową
i kłaczkową ( obejmujące strukturę aleurytową i pelitową ). Bardzo często grunty mają strukturę
mieszaną.
Tekstura gruntu jest to sposób przestrzennego rozmieszczenia składników, stopień ich
uporządkowania oraz stopień wypełnienia masy gruntowej.
Tekstura gruntów powstaje w czasie sedymentacji osadu, a więc zależy od środowiska, w którym
powstaje osad.
Tekstura gruntów określana jest często jako warstwowa. Tekstura warstwowa może być zaburzona
w trakcie lub zakończeniu sedymentacji osadu. Dość często występują również osady pozbawione
warstwowania ( np. glina zwałowa i less) lub ze śladami warstwowania.
Uziarnienie gruntów według normy PN-88/B-04481, wyznacza się głównie dwiema metodami:
- za pomocą analizy sitowej – w przypadku gruntów niespoistych gruboziarnistych
i drobnoziarnistych.
- za pomocą analizy areometrycznej – w przypadku gruntów spoistych i piasku pylastego.
Analiza sitowa polega na przesiewaniu gruntu (wysuszonego do stałej masy) przez kolejne sita
o znormalizowanych wymiarach oczek kwadratowych: 40, 25, 20,10, 2,0, 1,0, 0,5, 0,25, 0,10, 0,071
lub 0,063 mm.
Należy obliczyć w procentach masę ziarn pozostających na poszczególnych sitach, w stosunku do
całkowitej suchej masy badanej próbki gruntu. Pozostałość wagową ziarn gruntu na każdym sicie
oblicza się ze wzoru:
Si=msi/ms • 100%,
gdzie msi – masa suchych ziarn pozostałych na sicie,
ms – masa suchej próbki gruntu wziętej do analizy.
Analiza areometryczna polega na oznaczaniu zmian gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny
gruntowej w określonych normowo odstępach czasu za pomocą specjalnego areometru. Gęstość
objętościowa zawiesiny zależna jest od ilości zawieszonych w niej cząstek gruntowych, maleje
z upływem czasu w związku z opadaniem cząstek. Na podstawie oznaczonej gęstości
objętościowej zawiesiny, oblicza się według wzoru Stockes’a średnice zastępcze cząstek pyłowych
i iłowych.
Uziarnienie gruntu charakteryzują dwa wskaźniki:
- wskaźnik różnoziarnistości U,
- wskaźnik krzywizny uziarnienia C.
1. Gęstość właściwa gruntu
2. Gęstość objętościowa gruntu
3. Wilgotność gruntu
4. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego
5. Porowatość gruntu
6. Wskaźnik porowatości gruntu
7. Stopień wilgotności gruntu
8. Stopień zagęszczenia gruntów
9. Stopień plastyczności
10. Wskaźnik plastyczności
Stany gruntów spoistych:
- Zwarty,
- Półzwarty,
- Twardoplastyczny
- Plastyczny,
- Miękkoplastyczny
- Płynny
Stany gruntów niespoistych:
- Luźny,
- Średnio zagęszczony,
- Zagęszczony,
- Bardzo zagęszczony.
Wykład IV
Temat : Ruch wody gruntowej i zjawiska z nim związane
Zawartość wykładu:
1. Rodzaje wody w gruncie
2. Podział wód podziemnych
3. Podstawowe warunki ruchu wody w gruncie
4. Filtracja. Prawo Darcy’ego
5. Filtracja w gruntach spoistych
6. Wyznaczanie współczynnika filtracji
7. Mechaniczne działanie wody na szkielet gruntowy
Woda w gruncie może występować w następujących stanach skupienia: gazowym, ciekłym i
stałym. Obecnie klasyfikuje się rodzaje wody w gruncie na podstawie stanu skupienia, ruchliwości
i wzajemnego oddziaływania na cząstki gruntowe.
Na podstawie tych kryteriów przyjmuje się, że w podłożu gruntowym występuje woda:
- jako para wodna,
- związana, jako woda higroskopijna i błonkowata (silnie i słabo związana),
- kapilarna (włoskowata ),
- wolna,
- krystalizacyjna i chemicznie związana,
- jako lód.
Woda znajdująca się w gruncie wpływa w znacznym stopniu na jego zachowanie się pod
obciążeniem oraz powoduje zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych gruntów.
Woda związana w postaci wody higroskopijnej i błonkowatej utrzymuje się na powierzchni
cząstek gruntu dzięki działaniu sił przyciągania międzycząsteczkowego i elektrycznego. Im większa
jest łączna powierzchnia cząstek gruntu (powierzchnia właściwa ), tym większa ilość wody
zawartej w porach, w postaci pary lub ciekłej wody, może przechodzić w postać wody związanej na
powierzchni cząstek.
Woda higroskopijna – tworząca powłokę bezpośrednio przylegającą do ziarna – jest z nim silnie
związana, nie ulega sile przyciągania ziemskiego i nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego, ma
większą gęstość od wody wolnej (1,2-2,4 g/cm3 ), co nadaje jej cechy ciała stałego.
Woda błonkowata tworzy jakby druga otoczkę wodną na powierzchni ziarna i dlatego jest z nim
luźniej związana. W miarę oddalania się od powierzchni ziarna właściwości wody błonkowatej
coraz bardziej zbliżają się do właściwości zwykłej wody ciekłej.
Woda wypełniająca w gruncie pory, stanowi układ połączonych ze sobą kanalików o różnej
średnicy ( rurki włoskowate, kapilary ), podnosi się powyżej wody wolnej w gruncie. Jest to woda
kapilarna ( włoskowata ) . Podnoszenie się wody w kapilarach jest wywołane działaniem dwu
zjawisk: przyczepności (adhezji ) wody do ścianek kapilary i napięcia powierzchniowego
wody.Woda podziemna występuje zazwyczaj w utworach przepuszczalnych (żwiry i piaski)
podścielonych utworami nieprzepuszczalnymi ( np. gliny , iły ). Wody podziemne są zasilane
bezpośrednio z powierzchni terenu przez filtrujące wody opadowe lub wody powierzchniowe ze
zbiorników wodnych i rzek oraz przez kondensacje pary wodnej znajdującej się w porach gruntów.
W przestrzennym rozmieszczeniu wód pod powierzchnią terenu rozróżnia się dwie strefy: strefę
aeracji i strefę saturacji. Granica między nimi jest zwierciadło wody podziemnej, nazywane
powszechnie zwierciadłem wody gruntowej.
Strefa aeracji, czyli napowietrzenia występuje, między powierzchnią terenu a zwierciadłem wody
podziemnej. W strefie aeracji pory gruntowe wypełnione są powietrzem a woda występuje
w różnych postaciach.
Strefa saturacji, czyli nasycenia woda, występuje poniżej zwierciadła wody gruntowej. W strefie tej
wolne przestrzenie między ziarnami mineralnymi, wodą higroskopijna i błonkowata, wypełnia
woda wolna.
Przepływ wody w gruncie nazywamy filtracją, zależy od uziarnienia, struktury i porowatości
gruntu oraz temperatury i lepkości wody. Im drobniejsze uziarnienie gruntu tym większe są opory
ruchu wody.
Ze względu na skomplikowany układ porów (kanalików ) w gruncie i ich średnicę, cząstki
przepływającej wody mają różne i zmieniające się prędkości. Prędkości te są jednak znikomo małe
w stosunku do przepływu wody, np. w przewodzie wodociągowym lub rzece.
Najczęściej przepływ wód gruntowych jest ruchem laminarnym. Określenie prędkości
poszczególnych cząstek wody poruszających się w gruncie jest praktycznie niemożliwe, dlatego do
obliczeń przyjęto umowną prędkość, zwaną prędkością filtracji. Jest to prędkość, z jaką
poruszałaby się woda w gruncie, gdyby ruch ten odbywał się całym przekrojem, a nie tylko
porami.
Metody wyznaczania
Współczynnik filtracji k gruntów można wyznaczyć następującymi metodami:
- wzorów empirycznych ( na podstawie danych o uziarnieniu i porowatości ),
- laboratoryjnie ( na próbkach gruntu ),
- badań polowych ( np. próbnego pompowania ).
Wykład V
Temat : Mechaniczne właściwości gruntu - podstawowe pojęcia
Zawartość wykładu:
1. Ściśliwość gruntów
2. Wytrzymałość na ścinanie
3. Zagęszczalność guntów
Podstawowe pojęcia:
- wielkości charakteryzujące ściśliwość i odprężenie gruntu ,
- wielkości charakteryzujące wytrzymałość gruntu na ścinanie,
- parametry zagęszczalności gruntu.
Określenie wielkości charakteryzujących ściśliwość i odprężenie gruntu :
• Edometryczne moduły ściśliwości i odprężenia
- edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej,
- edometryczny moduł ściśliwości wtórnej,
- edometryczny moduł odprężenia.
• Moduły odkształcenia i moduły odprężenia:
- moduł pierwotnego odkształcenia gruntu,
- moduł wtórnego odkształcenia gruntu,
- moduł odprężenia gruntu.
• Moduł i współczynnik podatności podłoża.
Związki teoretyczne pomiędzy wielkościami charakteryzującymi ściśliwość gruntu
Laboratoryjne badania edometrycznego modułu ściśliwości przeprowadza się w edometrze
Wytrzymałość gruntu na ścinanie :
- wzór Coulomba ,
- opór tarcia wewnętrznego i kąt tarcia wewnętrznego,
- spójność,
- badanie wytrzymałości na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania,
- badanie wytrzymałości na ścinanie w aparacie trójosiowego ściskania.
Parametry zagęszczenia gruntów :
- metody laboratoryjne badań zagęszczalności gruntów,
- parametry zagęszczalności gruntów ,
- wskaźnik zagęszczenia gruntów.
Wykład VI
Temat: Zasady ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych
Zawartość wykładu:
1. Rodzaje warunków gruntowych
2. Podział obiektów budowlanych na kategorie,
3. Opracowanie dokumentacji geotechnicznej
4. Dokumentacja geologiczno-inżynierska.
Przez ustalanie geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych (GWPOB),
wg rozporządzenia, rozumie się zespół czynności zmierzających do określenia przydatności
gruntów na potrzeby budownictwa wykonywanych w szczególności w terenie i w laboratorium.
GWPOB ustala się w celu uzyskania danych: dotyczących
budowy
i
parametrów
geotechnicznych
podłoża
gruntowego
współpracującego
z projektowanym obiektem i w strefie oddziaływania projektowanych robót,
- umożliwiających rozpoznanie zagrożeń mogących wystąpić w trakcie robót budowlanych lub
w ich wyniku, - wymaganych do bezpiecznego i racjonalnego zaprojektowania i wykonania
obiektu budowlanego.
W celu ustalenia GWPOB wykonuje się analizy i oceny dokumentacji geotechnicznej, geologicznoinżynierskiej i hydrogeologicznej, danych archiwalnych oraz innych danych dotyczących badanego
terenu i jego otoczeniaNależy też w zależności od potrzeb projektowanego obiektu: przygotować program badań geotechnicznych w terenie,
- wykonać badania geotechniczne terenowe,
- wykonać badania laboratoryjne,
- ustalić wzajemne oddziaływanie fundamentów obiektu budowlanego i podłoża gruntowego
(np. próbne obciążenie),
- wykonać prognozę zmian właściwości podłoża gruntowego, obliczenia nośności, stateczności
i osiadania fundamentów, ustalenia danych niezbędnych do zaprojektowania fundamentów,
określenia szkodliwości oddziaływania wód gruntowych na obiekt budowlany i sposobów
zabezpieczenia i określenie zakresu niezbędnych pomiarów geodezyjnych.
Zakres wykonywanych czynności, przy ustalaniu GWPOB, uzależnia się od zaliczenia obiektu
budowlanego do kategorii geotechnicznej. Kategorię geotechniczną ustala się w zależności od
rodzaju warunków gruntowych oraz czynników konstrukcyjnych, stopnia zagrożenia życia i mienia
awarią, jak również od wartości zabytkowej konstrukcyjnej oraz zagrożenia środowiska.
Rodzaje warunków gruntowych:
- proste warunki gruntowe,
- złożone warunki gruntowe,
- skomplikowane warunki gruntowe,
Podział obiektów budowlanych na kategorie:
1. pierwsza kategoria geotechniczna , obejmuje niewielkie obiekty budowlane o statycznie
wyznaczalnym schemacie obliczeniowym, w prostych warunkach gruntowych, dla których
wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów ,
2. druga kategoria geotechniczna , która obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych
warunkach gruntowych, wymagające oceny danych geotechnicznych i ich analizy.
3. trzecia kategoria geotechniczna , która obejmuje;
- nietypowe obiekty budowlane niezależnie od stopnia skomplikowania warunków
gruntowych, których wykonanie lub użytkowanie może stwarzać poważne zagrożenie dla
użytkowników i środowiska,
-
obiekty budowlane posadawiane w skomplikowanych warunkach gruntowych,
obiekty zabytkowe i monumentalne.
Opracowanie dokumentacji geotechnicznej
Dokumentacja składa się z części opisowej i graficzno-tabelarycznej.
Dokumentację geologiczno inżynierską sporządza się w formie tekstowej , tabelarycznej i
graficznej.
Zasady wyznaczania uogólnionych wartości parametrów geotechnicznych :
- metoda A,
- metoda C,
- metoda B,
- wartość charakterystyczna parametru
- wartość obliczeniowa parametru.
Wykład VII
Temat: Rodzaje fundamentów, nośność i odkształcalność podłoża gruntowego
Zawartość wykładu:
1. Ogólne wiadomości o fundamentach
2. Naprężenia w ośrodku gruntowym
3. Nośność i odkształcalność podłoża gruntowego
Fundamenty płytkie są to: stopy, ławy, ruszty, płyty, skrzynie i bloki fundamentowe oparte
bezpośrednio na gruncie. Są tak zwane fundamenty bezpośrednie.
Fundamenty głębokie stosuje się wtedy, gdy wytrzymałe podłoże naturalne występuje głęboko
(głębiej niż 4m).
Częściej stosowana grupę fundamentów głębokich stanowią fundamenty pośrednie.
Zasada fundamentów pośrednich polega na przeniesieniu nacisku fundamentu na głębsze,
wytrzymałe warstwy podłoża, przez przeniesienie obciążeń budowli różnymi metodami, aż do
warstwy gruntu wytrzymałego za pomocą takich elementów jak np. pale, studnie opuszczane ,
kesony, ścianki szczelinowe, słupy.
Rozkład i wartości składowych naprężenia w podłożu w poziomie posadowienia
fundamentów
Rozkład i wartości naprężenia w podłożu poniżej poziomu posadowienia fundamentów
Nośność i odkształcalność podłoża gruntowego :
- obliczenia według I stanu granicznego
( wypieranie podłoża przez pojedynczy fundament lub przez cały obiekt budowlany, osuwisko
lub zsuw fundamentów lub podłoża wraz z obiektem budowlanym, przesuniecie w poziomie
posadowienia fundamentów lub w głębszych warstwach podłoża),
- obliczenia według II stanu granicznego
( średnie osiadanie fundamentów obiektu budowlanego, przechylenie obiektu budowlanego jako
całości lub części wydzielonej dylatacjami, odkształcenie konstrukcji, wygięcie - ugięcie obiektu
budowlanego jako całości lub części między dylatacjami, względne różnice osiadania
fundamentów).
Obliczanie osiadań fundamentów
- osiadanie poszczególnych warstw od składowej naprężenia wtórnego,
- osiadanie poszczególnych warstw od składowej naprężenia dodatkowego.