MECHANIKA GRUNTÓW

Wykład 1

RYS HISTORYCZNY

OKRES KLASYCZNY

Za pocz tek Mechaniki Gruntów

przyjmuje si 1773r

Ch. A. COULOMB

podał metod obliczania parcia

na konstrukcje oporowe

Podane, przez niego prawo, opisuj ce

wytrzymało gruntu na cinanie

jest do dzisiaj

podstawowym

prawem w Mechanice Gruntów

RYS HISTORYCZNY

OKRES KLASYCZNY

Klasyczny okres Mechaniki Gruntów charakteryzuje

si przyjmowaniem w rozwa aniach stanu równowagi

granicznej sztywnego masywu gruntowego,

rozdzielonego powierzchni po lizgu na cz ci:

- nieruchom

- i ruchom

RYS HISTORYCZNY

OKRES KLASYCZNY

Innym kierunkiem rozwoju Mechaniki Gruntów

była analiza ruchu wód gruntowych uj ta w prawie

przepływu cieczy przez o rodek gruntowy, które

sformułował

H. DARCY w 1856r.

RYS HISTORYCZNY

OKRES KLASYCZNY

Ilo ciow analiz stanów napr enia w gruncie

przeprowadzono przy wykorzystaniu rozwi zania,

które podał:

J.V. BOUSSINESQ w 1885r

dla zadania siły skupionej działaj cej na brzegu

półprzestrzeni spr ystej.

RYS HISTORYCZNY

OKRES WSPÓŁCZESNY

Za pocz tek współczesnej Mechaniki Gruntów

przyjmuje si okres działalno ci

KARLA TERZAGHIEGO

W opublikowanej przez siebie pracy w 1925r.,

przedstawił w sposób systematyczny metody bada

wła ciwo ci fizycznych i mechanicznych gruntów

Podał zale no ci pomi dzy zag szczeniem gruntu i

jego wytrzymało ci na cinanie oraz ci liwo ci

RYS HISTORYCZNY

OKRES WSPÓŁCZESNY

Du ym osi gni ciem K. TERZAGHIEGO było

opracowanie modelu konsolidacji gruntu jako

o rodka wieloskładnikowego

Nale y podkre li , e był to pierwszy model o rodka

gruntowego skonstruowany dla rozwi zywania

zada Mechaniki Gruntów

RYS HISTORYCZNY

OKRES WSPÓŁCZESNY

Wa niejsze postacie w Mechanice Gruntów (Geotechnice) D. TAYLOR

(1900 – 1955)

- teoria konsolidacji

- badanie cinania w gruntach

- stateczno skarp i zboczy

A. CASAGRANDE

(19002)

- klasyfikacje gruntów

- badanie oporu na cinanie

- przemarzanie

RYS HISTORYCZNY

OKRES WSPÓŁCZESNY

Wa niejsze postacie w Mechanice Gruntów (Geotechnice) R. PECK

(1912)

- opracowanie wyników bada laboratoryjnych do

analiz ilo ciowych

- zastosowanie mechaniki gruntów do

projektowania

A. SCEMPTON

(1916)

- ci nienie wody w porach gruntów ilastych

- napr enia efektywne

- no no podło a gruntowego

L. BJERRUM

(1918)

- wytrzymało gruntu na cinanie

- stateczno skarp i zboczy

RYS HISTORYCZNY

OKRES WSPÓŁCZESNY

Wa niejsze postacie w Mechanice Gruntów (Geotechnice) ZENON WIŁUN

- autor prototypowej aparatury do bada gruntu

BOLESŁAW ROSI SKI

- wybitny specjalista ds. fundamentowania

IGOR KISIEL

- znakomity teoretyk w reologii gruntów

EUGENIUSZ DEMBICKI

- teoria stanów granicznych, rozwi zania zada

brzegowych

METODY ROZWI ZANIA ZADA

Do rozwi zywania formułowanych zada

Mechanika Gruntów korzysta z:

- geologii i nauk pokrewnych

zezwalaj cych na prawidłowy opis historyczny

badanych gruntów i ich pokładów

- fizyki i chemii

tłumacz cych szereg zjawisk kształtuj cych

wła ciwo ci fizyczne oraz zale ne od nich

wła ciwo ci mechaniczne

- matematyki

dostarczaj cej metod rozwi zywania zada

dla przyj tych modeli fizycznych

METODY ROZWI ZANIA ZADA

Do rozwi zania podanych zada

Mechanika Gruntów przyjmuje nast puj ce

zało enia:

o rodek gruntowy jest

WIELOSKŁADNIKOWY

o rodek gruntowy jest

CONTINUUM MATERIALNYM

Uwzgl dnia si dyskretn struktur gruntu.

KILKA PODSTAWOWYCH POJ

Pod poj ciem GRUNTU b dziemy rozumie zbiór

dowolnych okruchów skalnych powstałych ze skał litych na skutek destrukcyjnego działania procesów

geologicznych, takich, jak: wietrzenie, erozja i transport Charakterystyczne dla o rodka gruntowego s :

NIECI GŁO

GEOMETRYCZNA

wynikaj ca z uwarstwienia i sp kania, co dzieli

grunty na bryły i pokłady

NIECI GŁO

FIZYCZNA

zwi zana ze znacznymi ró nicami wła ciwo ci

gruntów w punktachle cych blisko siebie.

POWSTAWANIE GRUNTÓW

Górna warstwa skorupy ziemskiej o mi szo ci si gaj cej do kilkuset metrów ulega geologicznym zjawiskom

destrukcyjnym polegaj cym w pierwszym rz dzie na

WIETRZENIU, a nast pnie EROZJI i TRANSPORCIE

okruchów skalnych.

Pierwotnym tworzywem gruntów s skały gł binowe

i wylewne, które formowały si przy du ych temperaturach i na ogół du ych ci nieniach. Wspóln cech tych

warunków był brak wody w postaci cieczy.

Inn skał pierwotn s wapienie i skały osadowe, które

formowały si w o rodku wodnym.

POWSTAWANIE GRUNTÓW

Pierwszym etapem powstawania gruntów jest wietrzenie fizyczne, pó niej zwykle nast puj : erozja, transport i wietrzenie chemiczne.

Podana kolejno mo e ulega zmianie lecz wietrzenie

fizyczne jest zawsze etapem pierwszym.

W tym procesie nast puje sp kanie skał i tworzenie si oddzielnych okruchów (skład mineralny nie ulega zmianie).

Wszelkie przeobra enia mineralogiczne maj miejsce w

procesach wietrzenia chemicznego.

Tworz si wtedy drobne cz stki iłowe o innej ni składzie mineralogicznym ni pierwotny.

Stanowi one wtórne produkty wietrzenia.

WIETRZENIE FIZYCZNE

- jest wywoływane głównie wahaniami temperatury,

zamarzaniem wody w porach, a tak e działaniem

rozsadzaj cym korzeni ro lin.

Wynika to z nast puj cych okoliczno ci:

a) skały s złymi przewodnikami ciepła, co przy nagrzewaniu ich powierzchni przez sło ce prowadzi do powstania

znacznych napr e termicznych

b) poszczególne minerały wchodz ce w skład skał maj ró ne współczynniki rozszerzalno ci cieplnej

c) obni enie temperatury poni ej zera powoduje zamarzanie wody znajduj cej si w szczelinach skalnych, co w

konsekwencji prowadzi do ich rozsadzania

d) ro liny porastaj ce powierzchni skały wprowadzaj swoje korzenie w szczeliny rozklinowuj c ju p kni t skał

EROZJA I TRANSPORT

Rozdrabnianie okruchów wyst puj cych w skorupie

ziemskiej oraz zmiany w podło u macierzystym jest te skutkiem procesów erozyjnych.

Polegaj one na niszcz cym działaniu, na podło e,

przesuwaj cego si po nim materiału skalnego, a tak e wymywaniu czy wyrywaniu z podło a kawałków skał przez lód, wod czy wiatr.

EROZJA I TRANSPORT

W zale no ci od czynnika eroduj cego wyró nia si

nast puj ce procesy erozyjne:

- erozj rzeczn

- erozj morsk

w tym:

• abrazj – niszcz ca brzegi, działalno jezior i morza

• tsunami – fale zwi zane z wybuchami wulkanów

- erozj wietrzn (eoliczn ),

w tym:

• deflacj - wywiewanie cz stek mineralnych

• korazj - cierani skał niesionymi ziarnami

- erozj lodowcow

• niszczycielska działalno lodowców

ROZMIARY I KSZTAŁT ELEMENTÓW

Gdy elementy stanowi ce o rodek maj znaczne

rozmiary, nazywamy je - bryłami, gdy rozmiary ich s rz du milimetrów - ziarnami, gdy wreszcie

mikrometrów - cz stkami.

Okruchy tworz ce o rodek nieci gły mog mie

kształty zwarte lub zorientowane.

Pierwsze oznaczaj mniej lub bardziej regularne

bryły, których wymiary w trzech wzajemnie

prostopadłych kierunkach s prawie jednakowe,

drugie oznaczaj cz stki o jednym z wymiarów

znacznie ró ni cym si od pozostałych (płyty, rurki, igły itp).

MODEL O RODKA ZIARNISTEGO

Za wielko charakteryzuj c rozmiar elementów

przyjmuje si : REDNIC ZAST PCZ

Jest to wymiar oczek znormalizowanego sita, przez

które mog przej te elementy. Zestaw sit o ró nych

wielko ciach oczek stanowi podstaw do zdefiniowania

frakcji gruntów (PN-EN ISO 14688-1):

Głazy

> dz > 200.0 mm

Kamienie

200.00 > dz > 63.00 mm

wir

63.00 > dz > 2.000 mm

Piasek

2.000 > dz > 0.063 mm

Pył

0.063 > dz > 0.002 mm

Ił

0.002 > dz

mm

STRUKTURY GRUNTU

Ziarnista

Komórkowa

Kłaczkowa

STRUKTURY GRUNTU

Tiksotropowa

Powstawanie struktury komórkowej