dr hab. Marek Tarnawski

GEOLOGIA INŻYNIERSKA

Wiadomości wstępne

Geologia i geologia inżynierska; definicje nauk.

Geologia to nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem budowy, własności i historii Ziemi oraz procesami geologicznymi, dzięki którym ulega ona przeobrażeniom.

Geologia inżynierska to dział geologii zajmujący się badaniem środowiska geologicznego, jego zmienności i ewolucji dla potrzeb planowania przestrzennego oraz projektowania, wykonawstwa i eksploatacji obiektów budowlanych.

Literatura

1. W. Mizerski: Geologia dynamiczna; PWN Warszawa 2006

2. M. Klimaszewski: Geomorfologia; PWN Warszawa 1978

3. Z. Glazer, W. Malinowski: Geologia inżynierska i geotechnika dla inżynierów
budownictwa; PWN Warszawa 1991

4. W.C. Kowalski: Geologia inżynierska; Wyd. Geol. Warszawa 1988

5. J. Haurykiewicz, R. Racinowski: Wprowadzenie do geologii inżynierskiej terenów

niżowych; Wyd. Politechniki Szczecińskiej 1991

6. R. Racinowski (red.): Geologia inżynierska z elementami petrografii i hydrogeologii.
Wprowadzenie do ćwiczeń; Wyd. Politechniki Szczecińskiej 1990

7. R. Racinowski, R. Coufal: Geologia inżynierska; Wyd. Politechniki Szczecińskiej 1999

8. R. Racinowski. J. Haurykiewicz: Zarys geologii inżynierskiej; Wyd. Politechniki
Szczecińskiej 2001

Nauki geologiczne i pokrewne.

1. Podstawowe

1. Geologia dynamiczna (i zaliczana do nauk geograficznych Geomorfologia)

2. Geologia historyczna (Stratygrafia)

3. Paleontologia (Paleozoologia i Paleobotanika)

4. Mineralogia (oraz łącząca elementy fizyki i chemii Krystalografia)

5. Petrografia (Petrologia)

6. Sedymentologia

2. Stosowane

1. Geologia surowcowa (Nauka o Złożach)

2. Hydrogeologia

3. Geologia inżynierska (i środowiskowa) oraz zaliczana do nauk technicznych Geotechnika

PROCESY KSZTAŁTUJĄCE POWIERZCHNIĘ ZIEMI

Część 1: Morfogenetyczna działalność sił wewnętrznych

Powstanie Wszechświata i Układu Słonecznego.

• Teoria Wielkiego Wybuchu („Big Bang”; ca 13 mld lat BP): rozszerzający się Wszechświat, ucieczka galaktyk (prawo Hubble'a).

• Powstanie Układu Słonecznego (ca 4,6 mld lat BP): „narodziny” słońca, mgławica protoplanetarna, frakcjonowanie termiczne (dominacja elektromagnetyzmu), powstanie protoplanet.

• Powiększanie się Ziemi (i pozostałych planet): akrecja pyłu kosmicznego i małych ciał kosmicznych, powstanie Księżyca po kolizji z inną planetą (dominacja grawitacji), upłynnienie pierwotnej materii ziemi wskutek uwalniania się ciepła w trakcie bombardowania Ziemi obiektami kosmicznymi, stygnięcie i dyferencjacja na geosfery, kondensacja pary wodnej (powstanie hydrosfery), pojawienie się biosfery, stabilizacja składu atmosfery i hydrosfery.

Budowa Ziemi - geosfery.

• O budowie Ziemi wnioskuje się na podstawie badań geofizycznych, jako że rozpoznanie bezpośrednie (wiercenia) sięga zaledwie kilkunastu kilometrów.

• Fale sejsmiczne rozchodzą się z prędkością zależną od gęstości ośrodka (skał)
  i załamują na powierzchniach nieciągłości (np. Moho).

• Geosfery Ziemi to:

• sial, czyli warstwy osadowa i „granitowa”, w której dominują krzem i glin,

• sima (bazalty, perydotyty), gdzie obok krzemu i glinu istotną rolę odgrywają wapń, magnez i żelazo,

• płaszcz (bardziej znaczący udział magnezu i żelaza) oraz

• jądro żelazisto - niklowe.

Obieg materii w przypowierzchniowych strefach Ziemi.

Procesy: PLUTONIZM, WULKANIZM, WIETRZENIE, DENUDACJA I EROZJA,
TRANSPORT, SEDYMENTACJA, FAŁDOWANIE, METAMORFIZM, WYPIĘTRZANIE.

Schemat budowy skorupy ziemskiej. Warstwy: osadowa, granitowa, bazaltowa.

Rola prądów konwekcyjnych.
Ekspansja dna oceanicznego. Doliny ryftowe.
Teoria tektoniki płyt: strefy rozrostu (ryfty), strefy subdukcji i uskoki transformacyjne.
Geosynkliny (gromadzenie się osadów w zbiorniku w wyniku denudacji obszarów sąsiednich, obniżanie się dna zbiornika przy rosnącej miąższości osadów, fałdowanie wskutek bocznych nacisków, właściwa orogeneza - wypiętrzanie pasma gór fałdowych).

Orogen: Część centralna, wewnętrzna (internidy) zbudowana z osadów morskich, częściowo zmetamorfizowanych, ze znacznym udziałem skał magmowych oraz części zewnętrzne (eksternidy) zbudowane z terygenicznych osadów fliszowych.

Współczesna tabela stratygraficzna. Orogenezy.

Izostazja, epeirogeneza.

Izostazja to stan równowagi hydrostatycznej w jakim znajdują się płyty litosfery spoczywające w plastycznym podłożu płaszcza. Równowaga ta jest zakłócana np. przez gromadzenie się osadów, plutonizm, wulkanizm, czy np. powstawanie
i topnienie lądolodów. Ruchy pionowe zmierzające do przywrócenia tej równowagi to ruchy izostatyczne. Przez ruchy epeirogeniczne można rozumieć wypiętrzanie górotworu wskutek naruszenia równowagi hydrostatycznej w rejonach subdukcji,
czy w geosynklinach.

Trzęsienia ziemi . Przyczyny. Hipocentrum i epicentrum. Obszary mikro- i makro-sejsmiczne. Trzęsienia ziemi w Polsce.

Procesy magmowe - intruzje.

1. Batolity

2. Intruzje zgodne:

1. Sille

2. Lakolity

3. Lopolity

4. Fakolity

3. Intruzje niezgodne:

1. Dajki

2. Harpolity

3. Żyły kominowe

Wulkanizm. Podstawowe typy wulkanów:

1. Hawajski (tarczowy; rzadkie lawy zasadowe, częste, spokojne erupcje).

2. Stromboli (rytmiczne, częste, niewielkie i niezbyt gwałtowne erupcje obojętnych law i materiału piroklastycznego).

3. Merapi (kopułowe, rzadko wybuchające wulkany wylewające kwaśne lawy i spływy popiołowe).

4. Vulcano (wybuchy znacznych ilości średnio kwaśnej lawy i popiołu następują co kilkanaście lat).

5. Pliniusza (gwałtowny wybuch o ogromnej sile wyrzucający głównie popiół).

6. Pelėe (gwałtowny wybuch niszczący część stożka; tworzą się gorące chmury gazowo - popiołowe).

7. Perreta (wybuch bardzo gwałtowny połączony ze zniszczeniem stożka; przyczyną gwałtownych erupcji wulkanów typu 5 - 7 są gęste, kwaśne lawy).

Część 2: Formy utworzone przez siły wewnętrzne

Planetarne formy strukturalne: baseny oceaniczne i cokoły kontynentalne.

Fałdy: antykliny i synkliny. Typy fałdów:

A. Pod względem geometrii:

• symetryczne i asymetryczne,

• stojące, pochylone, obalone (leżące), przewalone,

B. Pod względem kształtu: normalne, izoklinalne, wachlarzowate, kuferkowe.

C. Fałdy dysharmonijne

Złożone struktury fałdowe:

• Skiby i łuski;

• Antyklinoria i synklinoria;

• Płaszczowiny

Nieciągłe deformacje tektoniczne: uskoki.

Zręby i rowy tektoniczne.

Powierzchnie i strefy uskokowe:

• lustra tektoniczne

• rysy ślizgowe

• druzgot i brekcja tektoniczna

Szczelinowatość skał:

• Cios

• planetarny (kontynentalny)

• termiczny

• tektoniczny

• kliważ.

Główne jednostki tektoniczne Polski:

A. Platforma prekambryjska

B. Paleozoidy (kalenidy i waryscydy na powierzchni oraz platforma paleozoiczna,

C. Alpidy (zapadlisko przedgórskie i Karpaty).

Krystalizacji minerałów z magmy.

Skalenie: plagioklazy, czyli glinokrzemiany wapnia i sodu (anortyt, albit); ortoklaz
- glinokrzemian potasu.

Kwarc: dwutlenek krzemu.

Oliwiny: bezwodne krzemiany magnezu i żelaza

Amfibole, pirokseny: uwodnione glinokrzemiany metali.

Biotyt: uwodniony glinokrzemian potasu, magnezu i żelaza (i in. miki).

Podstawowe typy skał magmowych.

Paleogeografia Polski w Neogenie.

Część 3: Wietrzenie, denudacja, procesy zachodzące na stoku.

Wietrzenie jako proces dominujący po okresie orogenezy i/lub wulkanizmu.

Definicja wietrzenia: proces przemian skały polegający na przystosowaniu się jej do warunków fizycznych i chemicznych panujących na styku litosfery z atmosferą, hydrosferą i biosferą.
Proces wietrzenia prowadzi do rozdrabniania przypowierzchniowej części podłoża skalnego pod wpływem zmian fizycznych i chemicznych. Zmiany fizyczne powodują rozpad, zaś chemiczne rozkład skały. Charakter i tempo wietrzenia zależy od lokalnych warunków tzn. od:

• warunków klimatycznych (głównie stosunków termicznych i wilgotności);

• budowy podłoża skalnego (skład mineralny, ułożenie, porowatość, szczeliny);

• ukształtowania terenu;

• świata organicznego (głównie szaty roślinnej).

Wietrzenie nie stwarza form lecz przygotowuje i warunkuje ich powstanie.
Bez udziału wietrzenia i zwietrzeliny nie byłoby modelowania (niszczenia) powierzchni ziemi, czyli procesów denudacji i erozji.

Przyczyny wietrzenia fizycznego:

• zmiany w intensywności promieniowania słonecznego (insolacja);

• przemienne zamarzanie i odmrażanie podłoża (kongelacja);

• zmiany wilgotności (hydracja i dehydracja);

• mechaniczne oddziaływanie organizmów.

Woda opadowa zawierająca gazy pobrane z powietrza jako główny czynnik wietrzenia chemicznego. Wietrzenie chemiczne zależnie od składu chemicznego skały i warunków środowiskowych powoduje:

• rozpuszczanie,

• utlenianie,

• uwęglanowienie lub

• uwodnienie skały.

W obrazie stoku można wyróżnić tzw. mikroczłony:

• stok właściwy,

• urwisko,

• spłaszczenie,

• załom.

Na stokach odbywa się produkowanie i przemieszczanie pokrywy zwietrzelinowej,
czy też skał nie zdiagenezowanych (gruntów)‏ pod wpływem siły ciężkości,
przy współudziale wody, lodu, śniegu i organizmów.

Taki proces „odsłaniania” nosi nazwę denudacji.

Na powierzchni nachylonej siła ciężkości (grawitacja) przejawia się w dwóch składowych:

• równoległej do stoku, zgodnej ze spadkiem (siła odrywająca),

• skierowanej prostopadle w głąb Ziemi (siła trzymająca).

Rola siły odrywającej rośnie ze stromością stoku. Przeciwdziała jej zwięzłość i spoistość skały.

Kąt określający maksymalne nachylenie, przy którym materiał nie ulega jeszcze przemieszczaniu pod wpływem siły ciężkości to kąt naturalnego spoczynku (kąt zsypu).

Skały zwięzłe nie mają właściwego sobie kąta naturalnego spoczynku.

Mogą tworzyć nawet pionowe ściany: urwiska skalne.

Kąt naturalnego spoczynku w gruntach (ich podatność na przemieszczanie) zależy od:

• struktury (ziarnista - żwiry, piaski, komórkowa - gliny, kłaczkowa - iły)
  i porowatości,

• wskaźnika plastyczności (grunty niespoiste, mało spoiste, spoiste i bardzo spoiste)‏,

• wilgotności (grunty mało wilgotne, wilgotne, mokre) i przepuszczalności.

Kąt naturalnego spoczynku wynika z oporu (kąta) tarcia wewnętrznego i oporu spójności (kohezji), a mówiąc bardziej ogólnie - z oporu gruntu na ścinanie (wzór Coulomba: _f = σ tg + c).

Największy wpływ na przebieg i charakter ruchów masowych ma nachylenie stoku.
Stoki strome są młode i zazwyczaj skaliste. Stoki połogie to stoki dojrzałe, okryte płaszczem zwietrzelinowym i/lub zbudowane ze skał luźnych.

Na stokach młodych zachodzi odpadanie i/lub obrywanie, a na stokach dojrzałych osuwanie i/lub spełzywanie.

W zależności od charakterystyki materiału, z którego zbudowany jest stok, ustala się na nim stan równowagi. Naruszeniu jej przez siłę ciężkości przeciwdziała zwięzłość ośrodka. Zwięzłość (a także wytrzymałość) to cechy odróżniające pozytywnie skałę, czyli występujący w warunkach naturalnych skonsolidowany, scementowany
lub w inny sposób ze sobą związany zespół minerałów od gruntu.

Równowagę stoku zaburzają:

• procesy wietrzenia,

• podcięcie stoku,

• zwiększenie obciążenia,

• zawilgocenie,

• trzęsienia ziemi.

Typy osuwisk:

• asekwentne (w materiale quasi-jednorodnym),

• konsekwentne (wzdłuż granic litologicznych; zwietrzelinowe, warstwowe)

• insekwentne (w poprzek struktur geologicznych, w tym sufozyjne).

Ze względu na materiał osuwiskowy wyróżniamy :

• osuwiska zwietrzelinowe,

• osuwiska ziemne (gruntowe),

• osuwiska skalne,

• osuwiska mieszane.

Asekwentne lub insekwentne osuwiska obrotowe (rotacyjne; zerwy) powstają wskutek osłabień głębszego podłoża i tworzenia się wklęsłych powierzchni poślizgu oraz wskutek podcinania zbocza.

W rejonie osuwiska wyróżniamy niszę osuwiskową i jęzor osuwiska. Pomiędzy nimi może wystąpić rynna.

Badanie stateczności skarp w gruntach niespoistych sprowadza się do wyznaczenia współczynnika stateczności .

Do obliczenia stateczności skarp w gruntach spoistych stosuje się różne metody
(np. Felleniusa, Bishopa, Janbu). Sprawdzanie stateczności dokonuje się dla wielu kołowych powierzchni poślizgu.

Pełzanie polega na powolnym, niedostrzegalnym przemieszczaniu się materiału zwietrzelinowego pod wpływem siły ciężkości wywołane takimi cyklicznymi zjawiskami, jak: nasiąkanie i wysychanie, zamarzanie i odmarzanie, krystalizacja i rozpuszczanie (np. soli), a także działalnością flory i fauny.

Spełzywanie może dotyczyć cienkiej warstwy gleby lub całej pokrywy zwietrzelinowej.

Woda opadowa na stoku spływa powierzchniowo uczestnicząc w procesie spłukiwania albo nieznacznie przesiąka w strefę bardziej przepuszczalną (spływ śródpokrywowy).
Pewna ilość wody przesiąka głębiej w grunt mniej przepuszczalny.
Można wyróżnić trzy typy spłukiwania: rozproszone, linijne i pokrywowe.
Spłukiwanie rozproszone zachodzi głównie w górnych partiach stoku wspomagając procesy spełzywania. Na środkowym odcinku stoku może dochodzić do łączenia się „nitek” wodnych w strugi i strumienie okresowe. Jest to spłukiwanie linijne, które może przejść w erozję wąwozową.

Największe rozmiary spłukiwanie osiąga na stokach odsłoniętych, np. zajętych przez pola uprawne. Przeciwdziała temu oranie wstęgowe i tarasowanie. Intensywność spłukiwania zależy ponadto od nachylenia stoku, jego długości, kształtu, budowy
(w tym przepuszczalności) podłoża oraz klimatu.

Dwa podstawowe elementy stoku: stromy, wypukły - degradowany i usypiskowy (wklęsły) - agradowany.
Klasyfikacja czterostopniowa:

1. stok wstępujący (rosnący) albo korona (wierzchowina); dominujący proces
   - spełzywanie;

2. urwisko albo stok swobodny; ruchy masowe, erozja;

3. usypiska, jęzory osuwiskowe; intensywne wietrzenie, redepozycja;

4. pedyment, gdzie występują zmyw bruzdowy i pokrywowy oraz spełzywanie.

Zależnie od warunków klimatycznych dominują procesy cofania się, albo spłaszczania stoku.

Kontrasty petrograficzne (różna odporność podłoża) są w klimacie suchym podkreślane, w wilgotnym - zacierane. Rozwój stoku może być więc prosty lub złożony.

Procesy stokowe prowadzą do peneplenizacji.

Część 4: Morfogenetyczna działalność rzek: erozja i transport.

Skały luźne (grunty) i zwietrzałe podlegają trzem procesom geomorfologicznym. Są to: erozja, transport i sedymentacja.

Erozja to mechaniczne niszczenie skał przez czynniki zewnętrzne, takie jak woda, lodowce, wiatr lub organizmy żywe. Skutkiem erozji są wklęsłe formy rzeźby terenu.

W przeciwieństwie do procesów stokowych działalność rzek nie prowadzi bezpośrednio do zrównania powierzchni ziemi, lecz do rozczłonkowania form utworzonych przez siły wewnętrzne i inicjowania procesów stokowych, a to ułatwia
i przyspiesza zrównywanie.

Rzeka, czy ogólniej ciek to masa wody płynącą w naturalnym korycie pod wpływem siły ciężkości.
W zależności od ilości wody i długości cieku umownie rozróżniamy: strugi, strumyki
i strumienie (na niżu), albo potoki (w górach) od właściwych rzek.
Cieki zasilane są ze źródeł i przez wody deszczowe/roztopowe.
Rozróżniamy cieki stałe oraz okresowe (zasilane opadami w porze deszczowej lub wodami roztopowymi latem) i epizodyczne (uaktywniające się w czasie ulew).

Cieki od wód spływających po stokach odróżnia obecność koryta. Obszar zalewany podczas powodzi nosi nazwę łożyska.

Skierowana zgodnie z nachyleniem dna koryta składowa siły ciężkości powoduje płyniecie wody i unoszonych cząstek skalnych. Zasób energii kinetycznej rzeki (E) jest proporcjonalny do masy wody (m) i kwadratu prędkości (V) wg wzoru .

Zużycie energii wody płynącej na pokonywanie tarcia zewnętrznego (o dno, brzegi, roślinność, lód, powietrze) i wewnętrznego (ruch turbulentny, lepkość) powoduje zróżnicowanie prędkości rzeki w przekroju koryta. Główny, najszybszy prąd nosi nazwę nurtu.

Woda płynąca żłobi podłoże za pomocą niesionego rumowiska, gdy transportuje go mniej, niż mogłaby unieść tzn. gdy obciążenie jest mniejsze od nośności rzeki. Przebieg i rozmiary dennej i bocznej erozji rzecznej zależą od:

• prędkości płynięcia (masy, spadku) i rodzaju ruchu wody (eroduje rzeka o ruchu
  turbulentnym) oraz częstotliwości wezbrań,

• ilości i jakości wleczonego materiału, odporności podłoża oraz spadku i przebiegu koryta.

Erozja denna. Wiry pionowe powodują lokalne przegłębianie (eworsję) dna rzeki: tworzeniu się mis, kotłów i rynien eworsyjnych. Pogłębianie dna wskutek szorowania materiałem rumowiskowym to abrazja. Pewną rolę odgrywa zjawisko kawitacji (implozje próżni).

Gdy rzeka opada cząstki wody spływają w kierunku nurtu i prąd zstępujący powoduje żłobienie (erozję denną) w najgłębszym miejscu koryta i akumulację
przy brzegach. W rzekach wzbierających dominuje erozja przy brzegach.

W rzekach o przebiegu prostym powstają (co najmniej) dwa systemy kręgów prądów przemieszczających się śrubowo w dół rzeki.

W rzekach o przebiegu krętym nurt znajduje się zawsze przy brzegu wklęsłym. Wody przemieszczane są tam prądem zstępującym i powodują podcinanie tego brzegu (erozja boczna). Prąd przydenny deponuje niesiony materiał w stronę brzegu wypukłego.

Są różne teorie rozwoju profilu rzeki. Dominuje pogląd o przechodzeniu od profilu schodowego do wyrównanego z przewagą erozji na odcinku górnym i akumulacji
w dolnym. Podkreśla się rolę bazy (podstawy) erozyjnej. Dyskusje dotyczą np. roli erozji dennej, bocznej i wstecznej.

Koryto rzeki o wyrównanym profilu ma zwykle w jej dolnym biegu pokrywę aluwialną, która jest stale na nowo formowana: rozmywana i redeponowana. Ławice piasku przemieszczane podczas wezbrań są następnie stabilizowane w dość regularnych odstępach. Na ławicach zbudowanych z osadów grubszych woda płynie szybciej (bystrza), w zagłebieniach (plosa), gdzie osiada drobniejszy osad - wolniej, albowiem równowaga rzeki (między jej siłą i obciążeniem) jest chwiejna.
Teoretycznie rzeka, która osiągnęła profil równowagi powinna tylko transportować.

Ukształtowania dna koryta rzecznego wiąże się z charakterem przepływu i transportu materiału.
Przy przepływie wolniejszym wyróżniamy fazy: zmarszczek, wydm ze zmarszczkami
i wydm, a przy przepływie szybszym fazy: płaskiego dna, fal stojących i antywydm.

Ziarna i okruchy skalne podlegają w zależności od prędkości płynięcia wody rzecznej:

1. wleczeniu i toczeniu (trakcja),

2. przemieszczaniu skokowym (saltacja),

3. przemieszczaniu w zawieszeniu (suspensja).

Ruch dużych mas rumowiskowych jest rezultatem:

1. dużej liczby przemieszczeń indywidualnych połączonych z segregacją materiału,

2. stopniowemu przemieszczaniu materiału w formie ławic wydmowych
   (segregacja oraz warstwowanie skośne),

3. raptownego przerzucania całego ładunku rumowiska, bez segregacji.

Przemieszczanie rumowiska odbywa się głównie podczas wezbrań.

Materiał rumowiskowy podlega podczas transportu stałej obróbce. Okruchy są rozbijane, kruszone i obtaczane. Z biegiem rzeki zmniejsza się udział materiału grubszego (otoczaki), a rośnie - drobniejszego (piaski, mady).

Rzeki o biegu prostym są rzadkością, wymuszoną np. strukturą podłoża. Nawet wtedy nurt rzeki jest kręty, a dno nierówne. Ławice powodują defleksję nurtu, który podcina brzeg. Staje się on wklęsły. Zjawisku temu towarzyszy deponowanie osadów na brzegu wypukłym: bieg rzeki staje się kręty.

Dwa zakola (prawe i lewe) tworzą meander (nazwa pochodzi od rzeki Meander
w Turcji). W obrębie meandru nurt przerzuca się spod jednego brzegu wklęsłego
na przeciwny. Na odcinku wklęsłym następuje nie tylko podcinanie brzegu, ale
i pogłębianie koryta. Wskutek tego profil poprzeczny koryta rzecznego jest asymetryczny. Modelowanie brzegów rzeki meandrującej przebiega - jak na proces geologiczny - bardzo szybko. Rozwinięcie zakola doprowadza do powstania wąskiej szyi meandru, która zostaje przerwana w wyniku dalszego podcinania albo przelewu w czasie powodzi. Po przerwaniu szyi meandru rzeka uzyskuje na krótko większy spadek. Koryto pogłębia się, odcięte zakole - zawiesza tworząc starorzecze.

Rzeka roztokowa (dzika, warkoczowa) płynie w obrębie łożyska kilkoma szerokimi, płytkimi korytami, które łączą się i rozdzielają. Pomiędzy nimi znajdują się ławice piaszczyste i bardziej ustabilizowane wyspy. Przebieg koryt jest bardzo zmienny
i w przeciwieństwie do rozwoju zakoli - nieprzewidywalny. Rzeki roztokowe charakteryzują duże wahania przepływu, obciążenia i prędkości. Rozgałęziają się na odcinkach, gdzie dostawa rumowiska jest większa niż możliwość jego odprowadzania.
Roztokowy charakter koryt można uznać za skutek niejednolitego, okresowo bardzo obfitego zasilania zarówno w wodę (np. przez wody roztopowe), jak i w materiał rumowiskowy.
Rzeki roztokowe mają szerokie, płytkie koryto. Są typowe dla krajobrazu młodego,
po intensywnych przemianach, takich np. jak ustąpienie lądolodu.
W rzece roztokowej zachodzi na przemian intesywna erozja i akumulacja osadów (piaski, żwiry).

Rzeki meandrujące cechuje ustabilizowany reżim hydrologiczny, stosunkowo głębokie, zwarte koryto, wyrównany spadek i niedociążenie materiałem rumowiskowym. To stadium rozwoju rzeki uważa się za „dojrzałe”. Erozja i akumulacja ogranicza się do przekształcania zakoli i poszerzania doliny. Dominuje transport w zawiesinie i akumulacja osadów zawierających znaczne domieszki frakcji ilastej i pylastej (mady). Dorzecze rzeki meandrującej charakteryzuje duża retencyjność..

Trzebież lasów, niszczenie małej retencji, zmiany struktury upraw powodują zmianę
meandrującego reżimu rzeki w roztokowy. Stąd nazwy rzeka dzika lub zdziczała.

Obserwowane są zależności meandrowego i roztokowego biegu rzeki od nachylenia koryta i wielkości przepływu.

Dla każdej wielkości ziaren wyznaczono tzw. dolną i górną prędkość graniczną rzeki, przy których dane ziarna są wyruszane (erozja) i osadzane (akumulacja). Przy pośrednich prędkościach odbywa się transport.

Część 5: Morfogenetyczna działalność rzek: akumulacja rzeczna.

Ostateczna akumulacja materiału transportowanego przez rzeki zachodzi w zbiornikach morskich lub jeziornych. W obrębie koryta lub łożyska ma zazwyczaj miejsce okresowe deponowanie. Depozycja może następować stopniowo, wówczas materiał jest sortowany, albo nagle.

Rozróżniamy następujące formy depozycji:

1. sedymentacja (stopniowe opadanie cząstek i ich stabilizacja na dnie; efekt „płatków śniegu”),

2. akrecja (zwalnianie procesu wleczenia aż do stabilizacji; przykład: imbrykacja),

3. inkursja (gromadzenie się cząstek w zagłębieniach, zwłaszcza między większymi okruchami),

4. dekantacja, czyli wytrącanie się z zawiesiny.

O prędkości płynięcia wody, z której zdeponowany został osad informuje jego uziarnienie i warstwowanie. Sedymentacja falista świadczy o powolnym ruchu wody, w szybszej fazie wydmowej powstają asymetryczne wały piaszczyste, laminacja pozioma świadczy o szybkim przepływie wody, a antywydmy (wały piaszczyste
o warstwowaniu krzyżowym) o ruchu gwałtownym.

W okresie powodzi rzeka płynie szybciej nad głębokim korytem niż w obrębie łożyska o płytszym, często nierównym lub zarośniętym dnie (rola tarcia). W przypadku gwałtownych wezbrań w obrębie łożyska składany jest zarówno materiał gruby (żwiry, piaski), jak i drobny (namuły), a w korycie dominuje transport. Łagodna powódź skutkuje zwykle osadzaniem się mad (namułów) organicznych. Na granicy koryta często formowane są wały przykorytowye zbudowane m.in. z pni, gałęzi itp.
W polskich rzekach w facji korytowej dominują osady grubsze, w powodziowej
- drobnoziarniste.

Stożkiem napływowym nazywamy promieniste nagromadzenie osadów rzecznych w korycie rzeki. Stożki powstają w miejscach gwałtownego spadku nachylenia podłużnego profilu rzeki.
Stożki napływowe łącząc się ze sobą tworzą pedymenty fluwialne (w przypadku rzek górskich) oraz, w przypadku dużych rzek, których stożki mają małe nachylenie
- równiny aluwialne albo rzeczno - rozlewiskowe.

W klimacie zimnym dostawa zwietrzeliny przez procesy stokowe jest duża. Rzeka nie jest w stanie odprowadzić tego materiału. Dolina jest zasypywana. Spadek obciążonych rzek jest duży.
W klimacie wilgotnym dostawa materiału z zarośniętych zboczy jest mniejsza. Jest on odprowadzany na duże odległości, segregowany. Następuje erozyjne pogłębianie koryta w biegu górnym i akumulacja w biegu dolnym.

Największe rozmiary akumulacja osiąga przy ujściu rzeki do zbiornika wodnego.
Jeśli materiał nie trafia od razu w głębiny przybrzeżne tworzą się delty: płaskie stożki napływowe powstające u wylotów koryt rzecznych do zbiorników wodnych. Na podstawie stosunku delty do przebiegu wybrzeża wyróżnia się:

• delty schowane (w estuariach czy zatokach) oraz

• delty wysunięte.

Delta rośnie przede wszystkim pod wodą. Na płyciznach woda płynie coraz wolniej i tempo akumulacji rośnie. Szybkość rośnięcia delty zależy od ilości przynoszonego materiału, konfiguracji dna oraz działalności zbiornika wodnego (falowanie, prądy, pływy). Przyrosty delt dużych rzek mierzone są w dziesiątkach, a nawet setkach metrów na rok.

Rzeka agradująca zasypuje swoją dolinę. Jeśli płynie po równinie akumulacja
w korycie doprowadza do opuszczania go, zmieniania biegu. Takie rzeki stwarzają zagrożenie, są więc obwałowywane. Przerwanie wałów powoduje katastrofalne powodzie.

Rzeka regredująca rozcina własne osady. Powstają tarasy akumulacyjne.

Działalność rzek i procesów denudacyjnych tworzy rzeźbę fluwialno - denudacyjną. W krajobrazie dominują doliny rzeczne i wzniesienia międzydolinne.

Dolina rzeczna to podłużne obniżenie powstałe wskutek erozyjnej działalności wody płynącej, pochylone w kierunku zgodnym ze spadkiem rzeki. W każdej dolinie wyróżniamy dno formowane przez procesy fluwialne przy pewnym udziale procesów stokowych oraz zbocza kształtowane przez procesy stokowe (denudacyjne) odprowadzające zwietrzelinę.

Rzeka może pogłębiać, poszerzać lub zasypywać dno swojej doliny.
W zależności od intensywności danych procesów i charakteru podłoża tworzą się doliny wcięte lub połogie. W krajobrazie fluwialno - denudacyjnym dochodzi zazwyczaj do spłaszczania zboczy i zacierania różnicy pomiędzy zboczem, a dnem doliny. Stąd ostre formy dolinne nazywane są „młodymi”, a płaskie - „dojrzałymi”.
Rozwój doliny postępuje w górę rzeki. Doliny proste ukształtowane są podobnie na całej długości, złożone składają się z odcinków o różnym ukształtowaniu.

Typy dolin rzecznych:

1. Gardziel,

2. Jar,

3. Kanion,

4. Wcios (ostry, prosty lub rozwarty),

5. Dolina płaskodenna erozyjna (skrzynkowa lub wannowa),

6. Dolina płaskodenna agradacyjna (wciosowa lub wannowa),

7. Dolina nieckowata (w tym z obrzeżeniami i tropikalna),

8. Dolina wklęsłodenna.

Gardziele wycinane są przez bystre, obfite w wodę potoki o dużej sile erozyjnej w skałach o dużej odporności (stąd pionowe ściany), w obszarach o dużych deniwelacjach, na załomach, ryglach skalnych, często predysponowane przebiegiem szczelin.

Jar to dolina rzeczna o wąskim dnie i bardzo stromych (> 60^o) zboczach. Wycinana jest w obszarach o budowie płytowej (ale także np. w lessach) i/lub tektonicznie odmładzanych, najczęściej w klimacie kontynentalnym. Erozję wsteczną (np. progów wodospadowych) często utożsamia się z erozją jarową.

Kanion to wysoki jar z zaznaczonymi tarasami denudacyjnymi w skałach o na przemian dużej i małej odporności.
Wcios (dolina wciosowa) jest formą powszechną w obszarach górskich i wyżynnych. Ma wąskie dno i strome zbocza rozwarte na kształt litery V. Jest to dolina młoda, powstała w efekcie współdziałania erozji wgłębnej i procesów stokowych. Profil podłużny doliny wciosowej jest zwykle niewyrównany.
Z chwilą osiągnięcia profilu równowagi rzeka przestaje erodować w głąb, a erozja boczna zapoczątkowuje przekształcenie wciosu w dolinę płaskodenną, która reprezentuje stadium dojrzałe rozwoju doliny. Ma płaskie dno i zbocza o różnym, zwykle niewielkim nachyleniu, choć erozja boczna wciosu może też tworzyć zbocza bardziej strome niż poprzednio (dolina skrzynkowa).
W dnie mieści się koryto rzeki, terasa zalewowa, niekiedy terasy nadzalewowe. Płaskie dno dolina zawdzięcza erozji bocznej lub agradacji, może więc być dziełem zarówno rzeki meandrującej, jak i roztokowej.

Dolina nieckowata jest efektem długiej degradacji zboczy dolin płaskodennych. Jest to stadium zgrzybiałe rozwoju doliny. Doliny nieckowate wiązane są z klimatem tropikalnym. Na stokach dominuje spłukiwanie. Rzeka transportuje głównie materiał zawiesinowy. Niecki tropikalne rozwijają się w obrębie grubej pokrywy zwietrzelinowej.
Dna dolin wklęsłodennych nachylone są w kierunku rynny cieku i mają cechy pedymentów (połączonych stożków), a zbocza dość strome i lekko wypukłe.
W dolinach tych dużą rolę odgrywa wietrzenie i procesy zboczowe dostarczające materiał do rzeki.

Terasy skaliste zaznaczają się na zboczach dolin jako spłaszczenia o różnych rozmiarach i stopniu zachowania. Na spłaszczeniach zalega często pokrywa osadów rzecznych. Jej ewentualny brak może być spowodowany całkowitym rozkładem i usunięciem tego materiału albo przykryciem przez osady stokowe.

Terasy osadowe bywają nazywane akumulacyjnymi, gdyż powstały w pokrywie akumulacyjnej. Jest to nieścisłe. O ile na miano tarasy osadowej akumulacyjnej OA może zasługiwać terasa najwyższa (ang. fill top terrace), o tyle równiny pozostałych są efektem erozji bocznej (fill cut terraces). Są to więc terasy osadowe erozyjne (OE), a nie akumulacyjne. Wiek osadów rozciętych terasami rośnie z głębokością, czyli formy (terasy) młodsze wycięte są w osadach starszych.

Przełomem nazywamy odcinek doliny, w którym rzeka przedziera się przez spiętrzone na jej drodze wzniesienie. Powyżej i poniżej przełomu rzeka zwykle płynie spokojnie, wijąc się w obrębie szerokiej doliny, zaś w przełomie, gdzie dno doliny jest wąskie,
a zbocza strome, jej spadek jest większy. Przełom ma więc formy śmielsze, niż przyległe odcinki doliny rzecznej. Rozróżnia się przełomy:

• przelewowy,

• regresyjny,

• epigenetyczny,

• antecedentny,

• odziedziczony

oraz formy przypominające przełomy, takie jak:

• przełom strukturalny,

• przełom pozorny.

Opis i analiza terasy i utworów ją budujących (położenie, uławicenie, warstwowanie, uziarnienie, obtoczenie, zwietrzenie, skład petrograficzny lub mineralogiczny) prowadzi do ustalenia ich genezy, co w połączeniu z oznaczeniem wieku osadów stwarza podstawy stworzenia modelu budowy geologicznej. Wyniki badań mogą pozwolić określić obszar, z którego materiał został przyniesiony, odtworzyć warunki transportu, poznać przyczyny akumulacji, a także jej charakter.
Dla poznania pochodzenie osadów, warunków sedymentacji, długości transportu, kierunku i szybkości płynięcia wody, a także ówczesnych warunków klimatycznych badamy: wielkość, kształt, stopień obtoczenia, zmatowienia i zwietrzenia otoczaków oraz kierunek ich osi dłuższej i nachylenie.
Rodzaj i jakość ziaren określamy na podstawie badań mineralogicznych (piaski), petrograficznych (żwiry), a ich charakter za pomocą badań morfometrycznych (żwiry) i morfoskopijnych (piaski).

Badania mineralogiczne polegają na oddzieleniu minerałów lekkich (kwarc, skalenie, łyszczyki, węglany) od ciężkich (turmalin, oliwin, granat, cyrkon, piryt itp.), oznaczeniu stosunku jednych
do drugich i udziału poszczególnych minerałów.

Badania petrograficzne prowadzą do rozróżnienia żwirów jedno- i wieloskładnikowych, odpornych lub nie odpornych na wietrzenie i obróbkę mechaniczną.

Badania morfometryczne żwirów polegają na mierzeniu ich kształtu, stopnia zaokrąglenia i ogładzenia, spłaszczenia oraz rozmiarów i dalszej analizie porównawczej.

Badania morfoskopijne piasków to oznaczanie ich uziarnienia i analizie udziału poszczególnych frakcji oraz na oznaczeniu stopnia obtoczenia i zmatowienia ziaren.

Część 6: Formy międzydolinne.

Rozwój dolin i form międzydolinnych od inicjalnej powierzchni zrównania poprzez jej fragmentację, formowanie młodych dolin wciosowych i grzbietów powstałych wskutek przecięcia się zboczy dolin, do płaskodennych dolin dojrzałych i nowej, niższej powierzchni zrównania.

Niewysokie, rozległe wyniesienia pomiędzy płytko wciętymi dolinami to wysoczyzny, natomiast wzniesienia wysokie pomiędzy głębokimi dolinami to grzbiety górskie.
Formy pośrednie noszą nazwę wyżyn (działów wyżynnych). Dalsze rozczłonkowanie wysoczyzny skutkuje powstaniem płatów wysoczyznowych, grzęd i pagórków.
Na obszarze wyżynnym odpowiadają im płaskowyże, działy, garby i pagóry.

Grzbiety górskie mogą mieć postać stoliw (np. Góry Stołowe), grzbietów spłaszczonych (np. Karkonosze), grzbietów zaokrąglonych (typowe w Sudetach
i Beskidach), grzbietów ostrych (np. Tatry Zachodnie) bądź grani (np. Tatry Wysokie, Alpy, Himalaje).

Koncepcja cyklu geomorfologicznego (Davisa):

1 - zanik jezior,

2 - zanik wodospadów,

3 - wyrównanie spadku głównych rzek,
4 - początek obniżania się wzniesień,

5 - kaptaże,

6 - doliny o szerokości meandrów,

7 - maksimum fragmentacji rzeźby,

8 - grzbiety z przecięcia zboczy dolin,
9 - zaokrąglanie grzbietów,

10 - dostosowanie rzeźby do struktury geologicznej,
11 - coraz łagodniejsze stoki,

12 - wyrównanie spadku (prawie) wszystkich rzek,

13 - dna dolin znacznie szersze od strefy meandrowania,

14 - zanik wpływu struktury,
15 - gruba pokrywa zwietrzelinowa.

Ruchy tektoniczne i działalność wulkaniczna jako przyczyny ożywienia procesów erozyjnych i denudacyjnych powodujące odmłodzenie krajobrazu.

Rozwój rzeźby w obszarach o budowie płytowej: kaniony, zrównania antyplanacyjne („staircase”). płaskowzgórza, małe stoliwa (mesa), pagóry i pojedyncze skałki (ostańce). Dla terenów zbudowanych ze słabo nachylonych warstw skalnych charakterystyczna jest rzeźba krawędziowa, gdzie typową formą są progi strukturalne na wychodniach skał o dużej odporności. Odległości między progami zależą od nachylenia warstw skalnych oraz miąższości i odporności skał, zarówno tych bardziej, jak i tych mniej odpornych. Rzeźba obszarów sfałdowanych może być zgodna z przebiegiem synklin i antyklin bądź niezgodna (odwrócenie rzeźby).

Skały osadowe.

Wyróżnia się dwie główne grupy skał osadowych: skały okruchowe (klastyczne)
oraz organogeniczne i chemogeniczne.

Podział skał okruchowych według uziarnienia:

gruz, żwir - brekcja, zlepieniec (konglomerat),

piasek (grubo-, średnio-, drobno- ziarnisty) - piaskowiec,

muł (pył) - mułowiec,

ił - iłowiec.

Do skał organogenicznych i chemogenicznych zaliczamy:

• skały węglanowe, w tym, wapienie (różnego typu), margle i dolomity,

• skały krzemionkowe,

• skały siarczanowe (gips, anhydryt),

• sole kamienne i potasowo-magnezowe,

• palne skały organogeniczne (węgle, ropa naftowa, gaz ziemny, asfalt, torf),

• skały piroklastyczne (tufy).

Z punktu widzenia procesów geomorfologicznych spośród skał osadowych zdiagenezowanych (zwięzłych) należy wyróżnić:

• skały bardziej odporne, takie jak wapienie, dolomity, piaskowce, zlepieńce, gipsy (a także pokrywy skał wulkanicznych),

• skały mało odporne, np. iły, iłołupki, margle, tufy, ale także niektóre piaskowce i wapienie.

Do skał odpornych należą oczywiście skały magmowe (patrz wyżej) i takie skały metamorficzne, jak gnejsy (patrz niżej).

Zjawiska krasowe.

Woda atakuje wszystkie skały powodując wietrzenie chemiczne, natomiast rozpuszcza skały solne, gipsowe i węglanowe. Większą zdolność rozpuszczania skał gipsowych i węglanowych ma woda zawierająca dwutlenek węgla. Pobiera go
z powietrza, z pokrywy roślinnej, z pokrywy humusowej i z podłoża skalnego. Niewielka część dwutlenku węgla łączy się z wodą tworząc kwas węglowy:

CO₂ + H₂O = H₂CO₃,

a ten przekształca węglan wapnia w łatwo rozpuszczalny dwuwęglan wapnia:

H₂CO₃ + CaCO₃ = H₂Ca(CO₃)₂,

przy czym jest to reakcja odwracalna.

Zjawiska związane z rozpuszczaniem wapieni (a także innych soli) prowadzące
do powstania charakterystycznych form w rozpuszczanych skałach nazywamy zjawiskami krasowymi, a formy te - formami krasowymi.

Strefy hydrograficzne w skrasowiałym wapieniu:

1 - strefa perkolacji, rozpuszczania i zapadania,
2 - strefa rzek podziemnych,

3 - strefa freatyczna, rozpuszczania.

Część 7: Działalność lodowców.

Warunek konieczny powstania lodowca: przewaga opadu śniegu nad jego topnieniem. Sytuacja taka ma miejsce powyżej granicy wiecznego śniegu.

Śnieg ulega przekształceniu w lód firnowy, następnie w lodowcowy o rosnącej gęstości. Pod ciężarem mas firnowych lód nabiera cech plastycznych.
Uplastyczniony lód wyciskany jest poza granicę wiecznego śniegu.
Pokonując przeszkody język lodowcowy pęka. Tworzą się szczeliny i seraki.

Elementy lodowca górskiego:

1. pole firnowe,

2. granica wiecznego śniegu,

3. pole seraków na stromym progu skalnym,

4. szczeliny poprzeczne

5. ogiwy (pasma letnie i zimowe)

6. morena środkowa

7. jęzor lodowca,

8. wrota lodowca,

9. rzeka lodowcowa,

10. morena czołowa,

11. morena boczna,

12. starsze moreny boczne,

13. starsza morena czołowa

14. skalne ściany cyrku lodowcowego,

15. szczeliny brzeżne,

16. morena powierzchniowa.

W zależności od zasilania części lodowca znajdujące się poza granicą wiecznego śniegu mogą transgredować, stagnować lub cofać się. Mówimy wtedy odpowiednio o reżimie (bilansie) dodatnim, zrównoważonym lub ujemnym.
Proces topnienia lodowca nosi nazwę ablacji, natomiast cofania się - deglacjacji. Rozróżniamy deglacjację frontalną i arealną.

Materiał rozmieszczony w lodowcu górskim to morena. Rozróżniamy morenę: powierzchniową, wewnętrzną, boczną, środkową i denną. Moreną nazywamy też utworzone z osadów lodowcowych formy morfologiczne. Lodowiec transportuje materiał opadający ze ścian skalnych (zwietrzelina, obrywy), nawiewany oraz wyorywany i zdzierany przez spód, boki i czoło lodowca.

Charakterystycznym elementem krajobrazu przeobrażonego przez lodowiec jest U-kształtny żłób lodowcowy powstały z przekształcenia V-kształtnego wciosu. Rotacyjny ruch mas lodowych prowadzi do powstania przegłębionego kotła lodowcowego.

Lodowce górskie poruszają się z prędkością ok. 100 - 300 m/rok, duże lodowce kopułowe ok. 1 km/rok, a lądolody - kilka kilometrów na rok.

Morena czołowa spiętrzona jest efektem działalności lodowca transgredującego.
Może to być:

• morena końcowa albo

• morena przekroczona.

Lodowiec stagnujący buduje morenę czołową akumulacyjną.
Efektem deglacjacji arealnej jest pagórkowata morena strefy czołowej.
Oprócz moren czołowych tworzą się wały moren bocznych i szczelinowych oraz moreny: denna i ablacyjna.

Kemy, drumliny.

Wody topniejącego lodowca mogą stagnować na jego powierzchni, bądź spływać po niej tworząc odpowiednio jeziora i rzeki supraglacjalne. Dostając się w głąb lodowca wody te tworzą rzeki inglacjalne, natomiast płynąc pod jego dnem, wzbogacone wodami nadtapianego spągowi lodowca) - rzeki subglacjalne. Wody opuszczające lodowiec (proglacjalne) stagnują w zagłębieniach na przedpolu lodowca jako jeziora proglacjalne, albo odpływają jako rzeki proglacjalne: marginalne, bądź frontalne.

Ozy.

Pradoliny.

Zlodowacenia plejstoceńskie na terenie Polski (południowopolskie, środkowopolskie, północnopolskie).

Deglacjacja lobu Odry.

Holocen.

Część 8: Rzeźba eoliczna, torfowiska.

Działalność niszcząca wiatru przejawia się jako wywiewanie luźnego materiału oraz jako żłobienie i/lub szlifowanie skał ziarnami unoszonymi przez wiatr. Proces wywiewania drobnych cząstek gruntowych z podłoża nosi nazwę deflacji. Efektem deflacyjnej działalności wiatru na równinach zbudowanych z materiału różnoziarnistego jest bruk deflacyjny. Procesy żłobienia, ścierania i polerowania powierzchni skalnych przez wiatr niosący piasek nazywamy korazją. Efektem żłobienia skały przez wiatr są takie formy, jak grzyby skalne, czy graniaki, natomiast szlifowania: wygłady eoliczne.

Transport eoliczny ziaren mineralnych zachodzi poprzez:

• przemieszczanie po powierzchni (pełznięcie powierzchniowe) w wyniku popychania przez wiatr lub ziarna uderzające;

• ruch skokowy (saltację) o długości skoku zależnej od siły wiatru i jego turbulencji (przemieszczenia > 75% masy piasku);

• unoszenie (suspensję), co dotyczy transportu drobniejszych cząstek (< 0,2 mm).

Charakterystycznymi (i największymi) formami akumulacji eolicznej są wydmy piaszczyste. Wydmy rozwijają się przede wszystkim na obszarach pustynnych
i piaszczystych wybrzeżach morskich, ale spotyka się też wydmy śródlądowe (nadjeziorne, nadrzeczne, sandrowe). Charakterystyczną cechą wydm jest asymetria stoków. Stoki dowietrzne są dłuższe i słabiej nachylone (5 - 12%),
stoki odwietrzne krótkie i strome (20 - 33%). Skutkiem zwiewania piasku na stoku dowietrznym i odkładania na odwietrznym jest wędrówka wydmy.
Badanie wydm ułatwia różny charakter warstwowania, obecność poziomów wietrzeniowych i roślinnych, gleb kopalnych itp.

Typowym osadem akumulacji eolicznej są lessy. Less to żółta skała złożona z bardzo drobnego (frakcja 0,003 - 0,1 mm) pyłu kwarcowego i węglanu wapnia, o wysokiej (ok. 60%) porowatości. Pył, z którego zbudowane są lessy wywiewany jest zwykle z obszarów pustynnych. Lessy europejskie tworzyły się w okresie zlodowaceń, gdy wiatry wywiewały drobny materiał ze strefy peryglacjalnej.

Etapy rozwoju torfowisk.

1. Jezioro. Intensywny rozrost roślin wodnych.

2. Zarastanie jeziora roślinami wodnymi, obumieranie ich przy brzegach, wejście mchów i małych drzew.

3. Zarośnięte lasem (olcha) torfowisko niskie.

4. Odwodnienie torfu i obumieranie drzew.

5. Powstanie warstwy torfu drzewnego, ekspansja mchów, rozwój torfowiska wysokiego.

Część 9: Wybrzeża morskie.

Wybrzeże to pas graniczny lądu i morza obejmujący części nawodną i podwodną.
Do niego ogranicza się morfogenetyczna działalność mórz i oceanów.

Elementami wybrzeża są: zabrzeże znajdujące się nad wodą zraszane rozpryskiem,
brzeg - pas pomiędzy zasięgiem fal sztormowych, a najniższym poziomem wody, gdzie wydzielamy: nadbrzeże z wałami i terasami burzowymi i podbrzeże - aktywną strefę przemieszczania się osadów oraz przybrzeże, czyli pas zawsze znajdujący się pod wodą, gdzie rozwijają się rewy i rynny przybrzeżne oraz platformy depozycji.

Platforma abrazyjna to rodzaj powierzchni zrównania znajdującej się w większości pod wodą, powstałej na skutek niszczenia klifowego brzegu morza (jeziora) przez uderzające o brzeg fale (przybój) i unoszony przez nie piasek lub grubszy materiał skalny. Proces taki nosi nazwę abrazji. Platforma abrazyjna tworzy płaską powierzchnię lekko nachyloną od lądu w kierunku morza.
Materiał pochodzący z abrazji albo przemieszcza się wzdłuż brzegu w określonym kierunku (pod wpływem prądu morskiego lub panującego kierunku wiatrów) tworząc na innych odcinkach wybrzeża mierzeje, albo też osadza się przy końcu platformy abrazyjnej tworząc jej przedłużenie - platformę akumulacyjną.

Rozróżniamy dwa podstawowe typy wybrzeży: niskie i wysokie.

Pod względem genezy i morfologii wyróżniamy wybrzeża:

• skierowe; liczne małe wysepki jako efekt zatopienia silnie zmutonizowanego obszaru polodowcowego;

• dalmatyńskie; zatopione pasma górskie;

• lagunowe; za piaszczystym wałem lub rafą;

• riasowe, powstałe przez zatopienie dolnych odcinków szerokich dolin rzecznych;

• fiordowe, powstałe w wyniku zalania długich i głębokich dolin polodowcowych;

• limanowe; z lejkowatymi, odcinanymi wałami piaszczystymi ujściami rzek;

• zalewowe, utworzone poprzez częściowe odcięcie zatoki;

• wyrównane.

Facja to zespół cech litologicznych, paleontologicznych i ekologicznych osadu. O zmienności facjalnej mówimy analizując cechy różnych osadów tego samego wieku. Jest ona charakterystyczna dla osadów morskich, gdzie w pobliżu brzegów spotyka się zwykle skały okruchowe, na szelfie częste są skały węglanowe, podczas gdy w głębinach oceanów dominują muły.

Część 10: Metamorfizm.

Metamorfizm jest to zespół procesów prowadzących do zmiany skał, ich struktury, tekstury składu mineralnego oraz chemicznego. Typowym środowiskiem metamorfizmu jest wnętrze skorupy ziemskiej.

Struktura to sposób wykształcenia składników skały.

Struktury skał magmowych:

• holokrystaliczna, szklista, hipokrystaliczna,

• fanero- (jawno-)krystaliczna, afanitowa, porfirowa

Struktury skał osadowych:

• okruchowych - psefitowa, psamitowa, aleurytowa, pelitowa;

• chemicznych - grubo-, średnio-, drobno- i bardzo drobnoziarnista.

Skały metamorficzne są zawsze w pełni krystaliczne.

Skały mogą być równo- lub nierówno-ziarniste. Opisuje się też struktury specjalne.

Tekstura jest to sposób przestrzennego rozmieszczenia składników w skale

Rodzaje metamorfizmu: termiczny (kontaktowy; przykłady: marmur, kwarcyt), dynamiczny (dyslokacyjny; przykłady: łupek, mylonit), regionalny (przykłady: gnejs, amfibolit), metasomatyczny (przykłady: serpentynit, dolomit), kompleksowy.

Metamorfizm izochemiczny, a allochemiczny, progresywny, a regresywny. Ultrametamorfizm

Strefy metamorfizmu: EPI, MEZO, KATA.

Część 11: Zagadnienia prawne.

Przepisy prawne regulujące problematykę badania gruntu na potrzeby budownictwa:

1. USTAWA z dnia 4 lutego 1994 r. Prawo geologiczne i górnicze; Dziennik Ustaw
   z 2005 r. Nr 228, poz. 1947 (tekst ujednolicony) ;

2. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 3 października 2005 r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać dokumentacje hydrogeologiczne i geologiczno-inżynierskie; Dziennik Ustaw z 2005 r. Nr 201, poz. 1673;

3. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNETRZNYCH I ADMINISTRACJI z dnia 24 września 1998 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych; Dziennik Ustaw z 1998 r. Nr 126, poz. 839.

W Polsce funkcjonują dwa sposoby ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych:

• badania geologiczno - inżynierskie i

• badania geotechniczne (dawniej: techniczne badania podłoża gruntowego).

Te pierwsze oparte są na przepisach prawa geologicznego, te drugie - prawa budowlanego.

Zakres czynności wykonywanych przy ustalaniu geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych jest uzależniony od zaliczenia obiektu budowlanego do kategorii geotechnicznej obiektów budowlanych... .

Kategorię geotechniczną ustala się w zależności od rodzaju warunków gruntowych oraz czynników konstrukcyjnych charakteryzujących możliwości przenoszenia odkształceń i drgań, stopnia złożoności oddziaływań, stopnia zagrożenia życia i mienia awarią konstrukcji, jak również od wartości zabytkowej lub technicznej obiektu i zagrożenia środowiska. (§5.1 i 2 Rozporządzenia MSWiA).

Rozróżnia się następujące rodzaje warunków gruntowych:

1. Proste warunki gruntowe - występujące w przypadku warstw gruntów jednorodnych genetycznie i litologicznie, równoległych do powierzchni terenu, nie obejmujących gruntów słabonośnych, przy zwierciadle wody poniżej projektowanego poziomu posadawiania oraz braku występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych.

2. Złożone warunki gruntowe - występujące w przypadku warstw gruntów niejednorodnych, nieciągłych, zmiennych genetycznie i litologicznie, obejmujących grunty słabonośne, przy zwierciadle wód gruntowych w poziomie projektowanego posadawiania i powyżej tego poziomu oraz przy braku występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych.

3. Skomplikowane warunki gruntowe - występujące w przypadku warstw gruntów objętych występowaniem niekorzystnych zjawisk geologicznych, zwłaszcza zjawisk i form krasowych, osuwiskowych, sufozyjnych, kurzawkowych, glacitektonicznych, na obszarach szkód górniczych, przy możliwych nieciągłych deformacjach górotworu oraz w centralnych obszarach delt rzek. (§5.3. Rozporządzenia MSWiA).

Rozróżnia się następujące kategorie geotechniczne:

1. Pierwsza kategoria geotechniczna, która obejmuje niewielkie obiekty budowlane o statycznie wyznaczalnym schemacie obliczeniowym, w prostych warunkach gruntowych, dla których wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów, takie jak:

1. 1- lub 2 - kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze,

2. ściany oporowe i rozparcia wykopów, jeżeli różnica poziomów nie przekracza 2 m,

3. wykopy do głębokości 1.2 m i nasypy do wysokości 3.0 m wykonywane zwłaszcza przy budowie dróg, pracach drenażowych oraz układaniu rurociągów.

2. Druga kategoria geotechniczna, która obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych warunkach gruntowych, wymagające ilościowej oceny danych geotechnicznych i ich analizy, takie jak:

1. fundamenty bezpośrednie lub głębokie,

2. ściany oporowe lub inne konstrukcje oporowe, z zastrzeżeniem pkt. 1 lit. b), utrzymujące grunt albo wodę,

3. wykopy, nasypy, z zastrzeżeniem pkt. 1 lit. c), oraz budowle ziemne,

4. przyczółki i filary mostowe oraz nabrzeża,

5. kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące.

3. Trzecia kategoria geotechniczna, która obejmuje:

1. nietypowe obiekty budowlane niezależnie od stopnia skomplikowania warunków gruntowych,

2. obiekty budowlane posadawiane w skomplikowanych warunkach gruntowych,

3. obiekty zabytkowe i monumentalne. (§7 Rozporządzenia MSWiA).

Geotechniczne warunki posadawiania obiektów budowlanych opracowuje się
w formie ekspertyzy lub dokumentacji geotechnicznej.

Dla obiektów budowlanych wymagających wykonania robót geologicznych, zaliczonych do trzeciej kategorii geotechnicznej oraz w złożonych warunkach gruntowych do drugiej kategorii, poza dokumentacją geotechniczną należy wykonać dokumentację geologiczno-inżynierską, opracowaną zgodnie z odrębnymi przepisami. (§8.1 i 2 Rozporządzenia MSWiA).

W rozumieniu ustawy pracą geologiczną jest projektowanie i wykonywanie badań
w celu ustalenia budowy geologicznej kraju, a zwłaszcza:

• poszukiwania i rozpoznawania złóż kopalin, wód podziemnych,

• określania warunków geologiczno - inżynierskich,

a także sporządzanie map i dokumentacji geologicznych
oraz projektowanie i wykonywanie badań na potrzeby wykorzystania ciepła Ziemi lub ujmowania wód podziemnych (Art. 6 pkt. 2 Ustawy).

Robotą geologiczną jest wykonywanie w ramach prac geologicznych wszelkich czynności poniżej powierzchni ziemi ... (Art. 6 pkt. 3 Ustawy).

Prace geologiczne mogą być wykonywane, dozorowane i kierowane tylko przez osoby posiadające odpowiednie kwalifikacje. (Art. 31.1 Ustawy).

1. Prace geologiczne obejmujące roboty geologiczne mogą być wykonywane tylko na podstawie projektu prac geologicznych.

2. Projekt prac geologicznych powinien określać:

1) cel zamierzonych prac, sposób jego osiągnięcia, wraz z określeniem
rodzaju wymaganej dokumentacji geologicznej;

2) harmonogram prac;

3) przestrzeń, w obrębie której mają być wykonywane prace geologiczne;

4) przedsięwzięcia konieczne ze względu na ochronę środowiska, w tym

zwłaszcza wód podziemnych, oraz sposób likwidacji wyrobisk, otworów

wiertniczych, rekultywacji gruntów i środki mające na celu zapobieżenie

szkodom. (Art. 32. Ustawy)

Projekt prac geologicznych ... podlega ... zatwierdzeniu przez właściwy organ administracji geologicznej w drodze decyzji. (Art. 33.1 Ustawy)

Część tekstowa projektu stanowi opis zamierzonych prac geologicznych i związanych z nimi robót geologicznych zawierający, w zależności od celu tych prac:

1) informacje dotyczące lokalizacji projektowanych prac, w tym położenia administracyjnego,

2) omówienie wyników przeprowadzonych wcześniej prac geologicznych i badań geofizycznych oraz wykaz wykorzystanych materiałów archiwalnych wraz z ich interpretacją oraz przedstawieniem na mapie geologicznej, w odpowiedniej skali, miejsc wykonania tych prac i badań,

3) opis budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych w rejonie zamierzonych prac geologicznych wraz z przypuszczalnymi profilami geologicznymi projektowanych wyrobisk,

4) przedstawienie możliwości osiągnięcia celu prac geologicznych zawierające:

a) opis i uzasadnienie liczby, lokalizacji i rodzaju projektowanych wyrobisk,

b) schematyczną konstrukcję otworów wiertniczych lub innych wyrobisk,
c) wskazówki dotyczące zamykania horyzontów wodonośnych,

d) sposób i termin likwidacji wyrobisk,

e) charakterystykę i uzasadnienie zakresu oraz metod projektowanych badań
geofizycznych i geochemicznych oraz ich lokalizacji,

f) określenie kolejności wykonywanych robót geologicznych,

g) opis opróbowania wyrobisk,

h) zakres obserwacji i badań terenowych ....

i) wyszczególnienie niezbędnych prac geodezyjnych,

j) zakres badań laboratoryjnych,

k - m) (kwestie dopływów wody i odwodnień),

5) określenie próbek geologicznych podlegających przekazaniu właściwemu organowi administracji geologicznej, wraz ze wskazaniem sposobu i terminu ich przekazania,

6) określenie harmonogramu projektowanych prac geologicznych (w tym rozpoczęcia i zakończenia).

Część graficzna projektu zawiera:

1) mapę topograficzną w skali co najmniej 1 :100 000 z zaznaczeniem terenu projektowanych prac geologicznych i usytuowania ich w stosunku do miejscowości będącej siedzibą gminy lub punktów geodezyjnych, a w zależności od celu prac
— mapę geologiczną, hydrogeologiczną, geologiczno - inżynierską, geofizyczną oraz przekrój geologiczny, jeżeli takie dokumenty zostały już sporządzone,

2) wskazanie lokalizacji obszaru i miejsc projektowanych prac geologicznych oraz wyrobisk na mapie sytuacyjno - wysokościowej i geologicznej w odpowiednio dobranej skali, nie mniejszej niż 1 :50 000 oraz na przekrojach koncepcyjnych.

Projekt podpisuje osoba posiadająca stwierdzone odpowiednie kwalifikacje do wykonywania, dozorowania i kierowania pracami geologicznymi.

Projekt sporządzony w związku w wykonywaniem prac geologicznych, których wykonywanie nie wymaga uzyskania koncesji, przedkłada do zatwierdzenia właściwemu organowi administracji geologicznej podmiot, który sfinansował wykonanie tego projektu. Projekt przedkłada się w czterech egzemplarzach.

(§2.1 - 3, §5.1 i 2 Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 19 grudnia 2001 r. w sprawie rojektów prac geologicznych.)

1. Wykonawca prac geologicznych jest obowiązany zgłosić zamiar przystąpienia do wykonywania robót geologicznych właściwemu organowi administracji geologicznej, organowi nadzoru górniczego oraz wójtowi, burmistrzowi lub prezydentowi miasta właściwemu ze względu na miejsce wykonywanych robót.

2. Jeżeli prace geologiczne mają być prowadzone na obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej, zamiar przystąpienia do wykonywania tych prac należy zgłosić właściwemu organowi administracji morskiej.

4. W zgłoszeniu należy określić zamierzone terminy rozpoczęcia i zakończenia robót, ich rodzaj, podstawowe dane dotyczące prac geologicznych oraz dane dotyczące osób sprawujących dozór i kierownictwo tych prac.

5. Zgłoszenia dokonuje się na piśmie najpóźniej na dwa tygodnie przed zamierzonym terminem rozpoczęcia prac. (Art. 35 Ustawy).

Wyniki prac geologicznych, wraz z ich interpretacją oraz określeniem stopnia osiągnięcia zamierzonego celu, należy przedstawić w dokumentacji geologicznej. (Art. 40. Ustawy)

1. Dokumentację geologiczno-inżynierską sporządza się dla:

1) określenia warunków geologicznych dla potrzeb zagospodarowania przestrzennego;

2) ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych;

3) bezzbiornikowego magazynowania substancji i składowania odpadów
w górotworze, w tym w podziemnych wyrobiskach górniczych;

4) składowania odpadów na powierzchni.

2. Dokumentacja geologiczno-inżynierska powinna określać:

1) budowę geologiczną, warunki geologiczno-inżynierskie i hydrogeologiczne podłoża budowlanego lub określonej przestrzeni;

2) prognozę zmian w środowisku, mogących powstać na skutek realizacji lub eksploatacji obiektów budowlanych;

3) występowanie złóż kopalin, szczególnie surowców budowlanych, nadających się do wykorzystania przy realizacji inwestycji.

Część tekstowa dokumentacji geologiczno - inżynierskiej obejmuje:

1) stronę tytułową zawierającą:

a) nazwę i adres podmiotu, który wykonał dokumentację,

b) nazwę i adres podmiotu, który zamówił i sfinansował wykonanie dokumentacji,

c) tytuł dokumentacji,

d) imię i nazwisko oraz podpis autora dokumentacji, a także numer uprawnień geologicznych,

e) imię, nazwisko i podpis kierownika podmiotu, który wykonał dokumentację,

f) datę sporządzenia dokumentacji;

2) kartę informacyjną dokumentacji, sporządzoną także w formie elektronicznej ... ;

3) kopię ... decyzji zatwierdzającej projekt prac geologicznych, których wyniki przedstawione są w dokumentacji ...;

4) część opisową;

5) spis literatury i materiałów archiwalnych, uwzględnionych przy opracowaniu dokumentacji.
(§3.2 Rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie szczegółowych wymagań...).

Część opisowa dokumentacji geologiczno-inżynierskiej powinna zawierać:

1) informacje ogólne o dokumentowanym terenie, dotyczące zagospodarowania powierzchni, infrastruktury podziemnej i stosunków własnościowych;

2) informacje o wymaganiach techniczno-budowlanych i kategorii geotechnicznej obiektu budowlanego;

3) opis położenia geograficznego;

4) opis budowy geologicznej, z uwzględnieniem tektoniki, krasu, litologii i genezy warstw oraz procesów geodynamicznych, a zwłaszcza wietrzenia, deformacji filtracyjnych, pełzania, pęcznienia, osiadania zapadowego, procesów antropogenicznych;

5) opis właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów;

6) opis warunków hydrogeologicznych;

7) ocenę warunków geologiczno-inżynierskich wraz z prognozą wpływu inwestycji na środowisko;

8) oszacowanie zasobów złóż kopalin, jeżeli mają być wykorzystane przy wykonaniu inwestycji.

Część graficzna dokumentacji powinna zawierać:

1) plan sytuacyjny w skali od 1:500 do 1:2 000 oraz mapę przeglądową z lokalizacją
dokumentowanego terenu;

2) mapę dokumentacyjną na podkładzie topograficznym, z naniesioną lokalizacją dokumentowanego terenu, liniami przekrojów i punktów badawczych;

3) mapę geologiczno-inżynierską (nie sporządza się do dokumentacji dla pojedynczych obiektów );

4) tabelaryczne zestawienie właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów
i fizycznochemicznych wody podziemnej oraz wykresy uziarnienia, badań wytrzymałościowych, sondowań;

5) przekroje geologiczno-inżynierskie;

6) profile otworów wiertniczych i plany wyrobisk.

(§ 17.1 i 2. Rozp. Ministra Środowiska w sprawie szczegółowych wymagań ....)

Część opisowa dokumentacji geologiczno-inżynierskiej wykonywanej dla ustalenia geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych ... poza wymaganiami, o których mowa w § 17,
w zależności od potrzeb, powinna zawierać:

1) charakterystykę projektowanego obiektu, zwłaszcza wymiary, przewidywane obciążenia, głębokość posadowienia;

2) założenia technologiczne i konstrukcyjno-budowlane projektowanego obiektu budowlanego;

3) model budowy geologicznej rejonu projektowanego obiektu budowlanego;

4) ocenę zakresu badań terenowych i laboratoryjnych wykonanych dla ustalenia warunków geologiczno - inżynierskich z uwzględnieniem kategorii geotechnicznej obiektu budowlanego;

5) charakterystykę wydzielonych na potrzeby sporządzania dokumentacji zespołów gruntów (serii litologiczno - genetycznych) wraz z oceną właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów tworzących te zespoły;

6) ustalenie położenia pierwszego poziomu wód podziemnych, amplitudy wahań i położenia maksymalnego poziomu zwierciadła wody podziemnej;

7) charakterystykę agresywności wód podziemnych w stosunku do materiałów konstrukcyjnych;

8) ocenę stanu istniejących obiektów budowlanych;

9) wyniki geologiczno-inżynierskich prac kartograficznych umożliwiających sporządzenie mapy warunków geologiczno - inżynierskich;

10) dokumentację wyrobisk badawczych i obserwacji terenowych;

11) opis zjawisk i procesów geodynamicznych i antropogenicznych występujących na dokumentowanym terenie i w jego sąsiedztwie wraz z oceną wielkości ich wpływu dla projektowanych obiektów budowlanych;

12) prognozę zmian warunków geologiczno-inżynierskich, mogących wystąpić podczas wykonywania, użytkowania i rozbiórki obiektu budowlanego;

13) wskazania dotyczące sposobów racjonalnego posadowienia projektowanych obiektów,

14) ocenę warunków geologiczno-inżynierskich na obszarach objętych działalnością górniczą;

15) wskazania dotyczące sposobów posadowienia fundamentów obiektów budowlanych w obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej;

16) dane umożliwiające wybór metody wzmocnienia podłoża gruntowego;

17) zalecenia do prowadzenia monitoringu obiektów budowlanych
z uwzględnieniem ich kategorii geotechnicznej.

Część graficzna tej dokumentacji powinna zawierać:

1) mapę głębokości występowania i miąższości gruntów słabonośnych;

2) mapę miąższości gruntów antropogenicznych;

3) mapę głębokości do pierwszego zwierciadła wód podziemnych;

4) mapę warunków budowlanych uwzględniającą nośność gruntów i głębokość występowania wód podziemnych;

5) mapę poziomów wodonośnych z zaznaczeniem głębokości ich występowania oraz miąższości;

6) mapę stropu utworów nieprzepuszczalnych i ich miąższości;

7) mapy przepuszczalności gruntów na różnych głębokościach;

8) mapę osadów na głębokości jednego metra lub na wskazanych głębokościach poniżej dna morskiego;

9) mapę procesów geodynamicznych, występujących w pobliżu projektowanych obiektów budowlanych;

10) mapę głębokości podłoża nośnego.

(§ 19.1 i 2. Rozp. Ministra Środowiska)

Dokumentację geologiczną, o której mowa w art. 41-43, przekazuje się w czterech egzemplarzach właściwemu organowi administracji geologicznej.

W terminie 2 miesięcy od dnia otrzymania dokumentacji geologicznej organ, o którym mowa w ust. 1, zawiadamia pisemnie o przyjęciu dokumentacji bez zastrzeżeń, a w przypadku gdy dokumentacja nie odpowiada wymaganiom określonym w przepisach prawa, zażąda, w drodze decyzji, uzupełnienia lub poprawienia dokumentacji. W terminie jednego miesiąca od dnia otrzymania uzupełnionej lub poprawionej dokumentacji organ zawiadamia o przyjęciu jej
bez zastrzeżeń. (Art. 45. Ustawy)

Organami administracji geologicznej są:

1) minister właściwy do spraw środowiska działający przy pomocy Głównego Geologa Kraju, będącego sekretarzem stanu lub podsekretarzem stanu w urzędzie obsługującym tego ministra;

2) marszałkowie województw, działający przy pomocy geologów wojewódzkich;

3) starostowie działający przy pomocy geologów powiatowych.

Ilekroć w przepisach ustawy mówi się o starostach, rozumie się przez to również burmistrzów i prezydentów miast na prawach powiatu. (Art. 101 i Art. 103a.1 Ustawy).

Kto wykonuje, dozoruje prace geologiczne lub kieruje nimi nie posiadając wymaganych do tego kwalifikacji - podlega karze grzywny.

Kto wbrew obowiązkowi:

1) dopuszcza do prac geologicznych osoby nieposiadające wymaganych kwalifikacji,

2) wykonuje prace geologiczne bez zatwierdzonego projektu prac geologicznych lub niezgodnie z tym projektem,

3) nie zawiadamia właściwych organów o zamiarze przystąpienia do wykonywania robót geologicznych - podlega karze grzywny. (Art. 120 i 121 Ustawy)

Choć Ustawa z dnia 4 lutego 1994 r. Prawo geologiczne i górnicze i wydane na jej podstawie Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 3 października 2005 r.
w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać dokumentacje hydrogeologiczne i geologiczno-inżynierskie normują zasady i warunki wykonywania prac geologicznych, to nie ma w nich omówienia metod prac geologicznych: badań terenowych i laboratoryjnych jakie powinny być wykonane w celu określenia warunków geologiczno-inżynierskich. W Art. 6. pkt 3. Ustawy podano jedynie zwięzłą definicję „roboty geologicznej”. Jest nią „wykonywanie w ramach prac geologicznych wszelkich czynności poniżej powierzchni ziemi”. Lukę tę uzupełniają wydane przez Ministerstwo Środowiska „Zasady sporządzania dokumentacji geologiczno-inżynierskich” (Bażyński i in. 1999). W porównaniu z prawem geologicznym krótkie Rozporządzenie MSWiA z dnia 24 września 1998 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych zawiera wiele treści merytorycznych. Według Rozporządzenia w ramach badań geotechnicznych zależnie od potrzeb należy wykonać:

• badania geotechniczne w terenie, w szczególności: małośrednicowe sondowania próbnikami przelotowymi, sondowania dynamiczne i statyczne, badania presjometryczne, dylatometryczne, georadarowe i elektrooporowe, badania dynamiczne gruntów, odkrywki fundamentów, badania wodoprzepuszczalności gruntów i konstrukcji ziemnych, badania wód gruntowych i ich oddziaływania na konstrukcję, badania na poletkach doświadczalnych;

• badania geotechniczne w laboratorium obejmujące w szczególności: badania fizyczno - mechanicznych i dynamicznych właściwości gruntów, chemicznych właściwości gruntów i wód gruntowych, badania próbek gruntów ulepszonych
  i materiałów zastosowanych do ulepszania podłoża gruntowego.

Różnice pomiędzy żądaną zawartością merytoryczną Dokumentacji geologiczno - inżynierskiej i geotechnicznej są na tyle niewielkie, że aktualny stan prawny należy uznać za niezadawalający.

Część 12: Badania geologiczno - inżynierskie wykonywane na potrzeby ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych.

Wizja terenu, kartowanie geologiczne .

Celem wizji terenu jest ocena uwarunkowań terenu przyszłych badań, w tym:

1. sprawdzenie prawdziwości skali mapy oraz jej aktualności
   (zabudowa, uzbrojenie terenu) i związanych z tym zagrożeń,

2. sprawdzenie dostępności terenu (przeszkody naturalne i sztuczne),

3. ustalenie stosunków własnościowych i możliwych zniszczeń, które spowodują
   projektowane badania.

Kartowanie geologiczne polega na lokalizacji i graficznym utrwalaniu na podkładzie topograficznym zjawisk i procesów geologicznych.
Celem wstępnego kartowania terenu na potrzeby przyszłych badań geologiczno
- inżynierskich jest próba wydzielenia rejonów rzutujących na ich zakres (gęstość
i rozmieszczenie punktów badawczych, głębokość rozpoznania, metody badań terenowych).

Podstawowe zasady kartowania geologicznego:

• wstępna analiza map (w tym geologicznych) i zdjęć lotniczych,

• analiza rzeźby terenu i roślinności i ich związków z geologią,

• wyszukiwanie i opis odsłonięć,

• wywiad w terenie.

Kartowanie geologiczne jest szczególnie użyteczne w rejonach występowania skał (odsłonięcia naturalne i sztuczne, zwietrzelina). Na obszarach zbudowanych z nie zdiagenezowanych osadów czwartorzędowych podstawą są obserwacje geomorfologiczne.

Wyposażenie niezbędne (bądź przydatne) przy kartowaniu to:

• podkład topograficzny (najlepiej w arkuszach A4 na clipboardzie),

• notatnik terenowy, ołówek, długopis, linijka - skalówka, kątomierz

• taśma miernicza (+ świstawka), kompas, ew. kompas geologiczny,

• saperka (szpadel), ew. sonda ręczna,

• aparat fotograficzny,

• klasyczny sprzęt geodezyjny lub (lepiej) sprzęt GPS.

Metodyka kartowania geologicznego:

• zapoznanie się z budową geologiczną i stopniem odkrycia terenu,

• wybór topograficznych punktów stałych i odsłonięć,

• zaprojektowanie i realizacja ciągów krokówkowych lub taśmowych, z użyciem kompasu (ciąg azymutalny) lub bez, ew. stosując technologię GPS; lokalizacja i opis punktów obserwacyjnych,

• domiary prostokątne lub biegunowe, wcięcia, metody geodezyjne, metody bezpośrednie (zdjęcia lotnicze, metoda „alpejska”).

Typowe wydzielenia kartograficzne w osadach czwartorzędowych:

• gliny zwałowe (moreny czołowe, boczne i denne, residua),

• piaski fluwioglacjalne (sandry, ozy, kemy) i pokrywowe,

• iły i mułki zastoiskowe,

• aluwia (piaski i żwiry, a mady i osady organogeniczne, w tym torfy),

• piaski eoliczne - pola piasków przewianych i wydmy,

• utwory przystokowe - deluwia.

Prace geodezyjne; Niwelacja terenu.

Budowa niwelatora. Odczyty na łacie.

Repery.

Zasady realizacji ciągu niwelacji technicznej. Odczyty: wstecz, w przód, pośrednie. Sprawdzanie poprawności niwelacji.

Tyczenie metodą domiarów prostokątnych.

Global Positioning System. Zastosowania GPS:

• określenie współrzędnych geograficznych punktu, w którym się znajdujemy,

• znalezienie punktu, którego współrzędne geograficzne są znane,

• okonturowanie danego obszaru (np. jeziora, pola),

• wyznaczanie kierunków geograficznych (kompas),

• nawigacja.

Wiercenia.

Cele prac wiertniczych.

1. Wstępna ocena warunków gruntowych (badania makroskopowe).

2. Ustalenie warunków hydrogeologicznych (obserwacje wód podziemnych).

3. Uzyskanie materiału do badań laboratoryjnych (pobranie próbek gruntu
   i wody).

4. Przeprowadzenie badań w otworze (sondowania, badania współczynnika filtracji itd.).

5. Uściślenie modelu budowy geologicznej (profile litostratygraficzne).

Główne czynności przy wykonywaniu otworów wiertniczych:

• urabianie skały (gruntu) na dnie otworu,

• zabezpieczanie ścian otworu,

• usuwanie zwiercin,

• opróbowanie.

Podstawowe technologie wierceń:

1. obrotowe,

2. okrętne,

3. udarowe.

Wiercenie obrotowe (głebokie) bezrdzeniowe (pełne) i rdzeniowe.

Typowe wiercenia geologiczno inżynierskie realizowane są metodami okrętną lub udarową.

Wiercenia płytkie (do głębokości rzędu kilku metrów):

• małośrednicowe, ręczne wiercenia okrętne (sondy penetracyjne),

• mechaniczne, udarowe próbniki przelotowe (samplery).

Do wykonywania głębszych wierceń, zwykle o średnicach 152 - 203 mm niezbędna jest wieża wiertnicza (montowana na samochodzie, lub w formie trójnogu, czy czwórnogu wiertniczego).

Podstawowe rodzaje świdrów:

• świder rurowy (szapa) lub okienkowy,

• świder spiralny,

• łyżka wiertnicza (szlamówka),

• dłuto.

Świdry rurowe i spiralne służą urabianiu i wynoszeniu na powierzchnię gruntów spoistych i suchych piasków. W gruntach nawodnionych stosujemy szlamówkę.

Ściany otworu mogą być zabezpieczane za pomocą:

• rur okładzinowych,

• płuczki wiertniczej.

Zadawalającą jakość próbek uzyskujemy stosując:

• wiercenia rurowane + opróbowanie NW/NNS lub alternatywnie

• wiercenia rdzeniowe.

Stosując szybkie i tanie wiercenia świdrami spiralnymi dopuszczamy niską jakość opróbowania.

Płuczkowe wiercenia bezrdzeniowe wykonywane są tylko w celach specjalnych (np. dla wykonania w otworze badań presjometrycznych).

Wody podziemne i ich obserwacje w otworze: grunty przepuszczalne i słabo przepuszczalne, strefa aeracji i saturacji, zwierciadło swobodne i napięte, zwierciadło piezometryczne, wody artezyjskie.

Wody związane (higroskopijne, błonkowate, kapilarne) i wolne (wsiąkowe, zawieszone, przypowierzchniowe, gruntowe, wgłębne, głębinowe. Wody porowe, szczelinowe, krasowe.

Obserwacje stabilizacji zwierciadła wody gruntowej.

Zjawisko kurzawki (i korka w otworze wiertniczym).

Klasyfikacja gruntów. Normy PN-86/B-02480 i PN-EN ISO 14688.

Grunty naturalne, a antropogeniczne według norm PN-86/B-02480 i PN-EN ISO 14688.
Nasyp „kontrolowany” albo „budowlany”, a nasyp „niekontrolowany” czyli „niebudowlany”.

Grunty mineralne, a organiczne. Definicja: grunty organiczne zawierają ponad 2% części organicznych. Rodzaje gruntów organicznych (torf, namuł organiczny, gytia, humus).

Grunty nieskaliste, a skaliste. Grunt skalisty to wg PN-86/B-02480 grunt rodzimy lity lub spękany, o nie przesuniętych blokach, którego próbki nie rozmakają i mają wytrzymałość na ściskanie R_c > 0,2 MPa.

Grunty wulkaniczne charakteryzuje mała gęstość i pęcherzykowata (porowata) struktura.
Są to głazy wulkaniczne, lapille (pumeks, skoria) i popiół (piasek wulkaniczny, tuf).

Grunty nieskaliste.

Zarówno w normie PN-86/B-02480, jak i w normie PN-EN ISO 14688 grunty nieskaliste dzielą się na trzy zależne od grubości ziaren klasy. Są to grunty kamieniste albo bardzo gruboziarniste, gruboziarniste i drobnoziarniste. Istotną różnicą jest zakwalifikowanie piasków do gruntów drobnoziarnistych w normie PN-86/B-02480,
a do gruboziarnistych w normie PN-EN ISO 14688.

Według normy PN-86/B-02480 grunty kamieniste zawierają wagowo ponad 50% ziaren większych niż 40 mm (d₅₀ > 40 mm), w gruntach gruboziarnistych d₅₀ ≤ 40 mm, a d₉₀ > 2 mm, a w drobnoziarnistych d₉₀ ≤ 2 mm.
Według normy PN-EN ISO 14688 grunt bardzo gruboziarnisty zawiera wagowo ponad 50% głazów i kamieni (ziaren > 63 mm) .

Jeśli mokry grunt nie spełniający tego kryterium nie zlepia się jest gruntem gruboziarnistym, jeśli zlepia się - drobnoziarnistym.

Podział gruntów kamienistych w normie PN-86/B-02480 opiera się na ich genezie,
a następnie na zawartości frakcji iłowej (f_i > 2% = „gliniasty”).
W normie PN-EN ISO 14688 podział gruntów bardzo gruboziarnistych opiera się na uziarnieniu dominującej frakcji kamienistej.
W normie PN-EN ISO 14688 podział gruntów na gruboziarniste (nie zlepiają się, gdy są mokre) i drobnoziarniste (zlepiają się) jest jednocześnie podziałem na grunty niespoiste i spoiste.
W normie PN-86/B-02480 do gruntów drobnoziarnistych należą piaszczyste grunty niespoiste i grunty spoiste.
Norma PN-86/B-02480 definiuje grunty spoiste jako wykazujące wartość wskaźnika plastyczności I_p > 1%, w stanie wysuszonym stałość kształtu bryłek pod pewnym obciążeniem, a w stanie wilgotnym - plastyczność. Grunty niespoiste nie spełniają tych warunków. Wg normy PN-EN ISO 14688 gruntami wykazującymi właściwości spoiste (spoistymi) są te grunty, dla których można określić granicę plastyczności.
Wszystkie granice frakcji w normie PN-EN ISO 14688 opierają się na liczbach „2” i „63”. Gruntami podstawowymi są grunty o jednolitym uziarnieniu. W normie PN-EN ISO 14688 granice frakcji wyznaczają liczby: „2”, „5”, „25” i „40”.

Grunty niespoiste.

Granica frakcji piaszczystej i żwirowej jest w obu normach taka sama: 2,0 mm.
Mało istotne różnice to górna granica frakcji żwirowej (40 mm w normie
PN-86/B-02480 i 63 mm w normie PN-EN ISO 14688) oraz dolna granica frakcji piaszczystej: 0,05 mm w normie PN-86/B-02480 wobec 0,063 mm w normie
PN-EN ISO 14688.
Podobne, mało istotne rozbieżności mają miejsce w przypadku granic pomiędzy frakcjami piaszczystymi: drobną i średnią (0,25 a 0,2 mm) oraz średnią i grubą
(0,5 a 0,063 mm).
Tylko normie PN-EN ISO 14688 wydziela się drobną, średnią i grubą frakcję żwirową.
Istotne różnice:

• w obu normach żwir zawiera > 50% (wagowo) frakcji > 2 mm, jednak o ile wg normy PN-EN ISO 14688, jeśli d₅₀ ≤ 2 mm to grunt niespoisty jest piaskiem, to norma PN-86/B-02480 definiuje grunt o nazwie pospółka, który zawiera 10
  - 50% frakcji żwirowej i (wg normy PN-81/B-03020) ma cechy żwiru;

• w normie PN-EN ISO 14688 nie występuje piasek pylasty, który norma PN-86/B-02480 definiuje jako grunt piaszczysty zawierający 10 - 30% frakcji pyłowej.

Grunty spoiste.
W normie PN-86/B-02480 podział gruntów spoistych opiera się na składzie granulometrycznym. Badania makroskopowe jedynie go wspierają służąc jednocześnie ocenie ich stanu.
W normie PN-EN ISO 14688 decydujące znaczenie przypisuje się obserwacjom makroskopowym. Klasyfikacja oparta na składzie granulometrycznym (i dotycząca wszystkich grup gruntów) podana jest dodatkowo w informacyjnym Załączniku B.

Od gruntów spoistych do niespoistych: definicje wg PN-EN ISO 14688

1. Grunt złożony składa się z frakcji głównej i frakcji drugorzędnych.

2. Frakcja główna określa właściwości inżynierskie gruntu.

3. W przypadku gruntów bardzo gruboziarnistych frakcją główną jest frakcja
o przeważającej masie.

4. Także w przypadku gruntów gruboziarnistych frakcją główną jest frakcja
o przeważającej masie. Złożone grunty gruboziarniste zawierają jednak też
drobne frakcje (pyłową i iłową) jako frakcje drugorzędne.

5. Frakcje drugorzędne nie określają właściwości inżynierskich gruntu, mają jednak
na nie wpływ.

6. Drobne frakcje nie są postrzegane jako warunkujące właściwości gruntu
gruboziarnistego, jeśli grunt wykazuje mniejszą od małej wytrzymałość w stanie
suchym lub plastyczność.

7. W przypadku gruntów drobnoziarnistych frakcją główną, określającą właściwości
inżynierskie gruntu jest pył lub ił.

8. Drobne frakcje uważa się za determinujące właściwości gruntu złożonego,
jeśli grunt wykazuje co najmniej średnią wytrzymałość w stanie suchym
lub co najmniej małą plastyczność.

9. Taki grunt należy nazwać pyłem lub iłem w zależności od plastyczności frakcji
drobnej, a nie od uziarnienia.

Oznaczenie to należy oprzeć na badaniach wytrzymałości w stanie suchym, plastyczności, dylatancji i zawartości frakcji. Mała wytrzymałość i plastyczność wskazuje na dużą zawartość pyłu. Duża wytrzymałość i plastyczność wskazuje
na dużą zawartość iłu.

Badania makroskopowe gruntów spoistych:

• wałeczkowanie, rozcieranie w wodzie, rozmakanie (PN-86/B-02480),

• wytrzymałość w stanie suchym, dylatancja, rozcieranie, plastyczność
  (PN-EN ISO 14688).

Definiowanie rodzaju gruntu spoistego na podstawie badań makroskopowych wg PN-74/B-04452.

Klasyfikację gruntów spoistych według normy PN-86/B-02480 (trójkąt Fereta).

Trójkąt ISO. „Trójkąt ISO krajowy”.

Oznaczenia literowe rodzaju gruntu wg normy PN-EN ISO 14688 (gr - sa - si - cl).

Wykopy badawcze, odkrywki fundamentu.

Rodzaje badań polowych

1. Nieinwazyjne (geofizyka powierzchniowa, georadar, fotogrametria, zdjęcia
   lotnicze i satelitarne.

2. Pełnoskalowe (próbne obciążenia fundamentów i pali, nasypy próbne.

3. Badania w otworach wiertniczych: geofizyka otworowa, badania
   przepuszczalności, piezometry, próbne obciążenia płytą, presjometry
   (poprzedzone wierceniem, w tym MPM, samowiercące), sondowania SPT,
   ew. inne.

4. Badania samodzielne: dylatometr, sondowania dynamiczne (DPL, DPM, DPH,
   DPSH, ITB-ZW), statyczne (CPT, CPTU), sonda wkręcana, sonda obrotowa
   (VT, SLVT, ITB-ZW).

Badania polowe według normy PN-B-04452:2002 „Geotechnika. Badania polowe”.

• charakterystyki dynamicznych sond stożkowych (masy młotów i żerdzi, wysokość spadania parametry stożków;

• sondowanie cylindryczne SPT;

• sondowania statyczne: mechaniczne (stożek Begemanna) i z zapisem elektronicznym (stożek typu CPTU), parametry uzyskiwane podczas sondowania sondą CPT(U) : q_c, f_s, R_f, u; interpretacja rodzaju gruntu
  na podstawie wyników badań statyczną sondą wciskaną;

• stopień zagęszczenia gruntów niespoistych i stopień plastyczności gruntów spoistych: normowa interpretacja sondowań dynamicznych ciągłych, sondowań SPT i sondowań statycznych;

• sondowania obrotowe (ścinające);

• sondowania wkręcane;

• sposób graficznego przedstawienia wyników sondowań;

• zastosowania poszczególnych rodzajów sondowań:

• dynamiczne ciężkie: ustalanie stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych, sondowania głębokie, np. dla posadowień na palach;

• dynamiczne lekkie: ustalanie stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych w przypowierzchniowej strefie podłoża;

• cylindryczne SPT: Sondowanie prowadzone w otworze wiertniczym we wszystkich rodzajach gruntu, pobieranie próbek;

• statyczne CPT, CPTU: sondowanie przydatne dla badań wszystkich rodzajów gruntu; bogata interpretacja, w tym profilu litologicznego;

• obrotowe: badanie oporu na ścinanie (i stanu) gruntów spoistych
  i organicznych oraz wrażliwości strukturalnej.

Badania presjometryczne

Louis Ménard i jego dzieło.

Opis metody:

• Sonda presjometryczna umieszczana jest w podłożu w otworze o średnicy nieznacznie większej od średnicy sondy (dla typowej 58 mm sondy BX powinna wynosić 60 - 66 mm).

• Metod wiercenia jest kilka, o różnej przydatności w danych warunkach gruntowych.

• Naczelną zasadą przy wyborze techniki wiercenia jest uzyskanie możliwie jak najlepszej jakości otworu przez co rozumie się: odpowiednią (i stałą) średnicę oraz nie naruszone ścianki.

• Presjometr Ménarda składa się z:zespołu kontrolno - pomiarowego, przewodu ciśnieniowego i sondy opuszczanej do otworu na żerdziach. Sonda ma przelotowy korpus, górną i dolną komorę ochronną oraz komorę pomiarową.

• Przygotowanie sprzętu polega na jego sprawdzeniu i wykonaniu tzw. cechowań (na straty objętości i na straty ciśnienia).

• Przebieg badania presjometrem Ménarda: dodawanie kolejnych stopni ciśnienia i odczyty uzyskanych objętości. Standardowo wykonuje się je po 1, 15, 30 i 60 sekundach od ustabilizowania się ciśnienia.

• Zasada prowadzenia badania presjometrycznego sprowadza się do przeprowadzenia go 6 - 14 skokami ciśnienia.

• Korygowanie wyników badania:

• poprawka na straty ciśnienia wynikająca ze sztywności własnej osłon sondy,

• poprawka na straty objętości związana z pewną odkształcalnością zestawu presjometrycznego jako całości,

• poprawka ciśnienia hydrostatycznego wynikająca z różnicy poziomów pomiędzy znajdującą się w otworze sondą
  i presjometrem,

• ekstrapolacja krzywej presjometrycznej do punktu V_l, pl_,

• numeryczne wyznaczanie strefy modułu presjometrycznego,

• wyznaczanie współczynników regresji dla ustalenia naprężenia pełzania p_f.

Wyznaczanie parametrów: moduł presjometryczny E_M, presjometryczne naprężenie graniczne p_l, naprężenie pełzania p_f.

Wzory:

p_l odpowiada objętości granicznej V_l = V_S + 2V₁ .

Zalety metody:

• łatwa, tania i szybka odmiana próbnego obciążenia,

• wykorzystanie odporu gruntu jako przeciwwagi,

• możliwość zbadania gruntu na dowolnej głębokości,

• ograniczenie efektu skali,

• podstawy teoretyczne (ekspansja cylindrycznej wnęki),

• ocena dwóch najważniejszych cech gruntu: wytrzymałości (nośności)
  i ściśliwości,

• bezpośrednie wykorzystanie wyników badań w menardowskiej metodzie projektowania posadowień.

Jakość badań presjometrycznych. Wykorzystanie związków pomiędzy parametrami presjometrycznymi. Związki korelacyjne.

Rozpatrywanie sposobu posadowienia z wykorzystaniem wyników badań presjometrycznych; kryteria nośności podłoża budowli oraz wielkości osiadań obciążonych fundamentów budowli.

Projektowanie posadowień wg Ménarda

• obciążenia graniczne i dopuszczalne (wzór:
  )
  zastępcze naprężenia graniczne p_le, współczynnik proporcjonalności k_p, zastępcza głębokość posadowienia D_e, współczynnik bezpieczeństwa
  - 3);

• sytuacje rozpatrywane w menardowskiej metodzie obliczania osiadań: metoda odkształceń trójwymiarowych, metoda odkształceń jednowymiarowych, „metoda warstwy słabej”.

Badania laboratoryjne gruntów

• skład granulometryczny (analiza sitowa i areometryczna), zastosowanie wyników analiz granulometrycznych;

• zawartość części organicznych;

• wilgotność (naturalna);

• gęstość objętościowa, gęstość właściwa szkieletu gruntowego, gęstość objętościowa szkieletu gruntowego;

• konsystencja gruntów spoistych, wskaźnik plastyczności, stopień plastyczności, wyznaczanie granic plastyczności i płynności, granica skurczalności;

• porowatość i wskaźnik porowatości gruntu; wskaźniki porowatości minimalny i maksymalny, stopień zagęszczenia;

• wilgotność optymalna i maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego, wskaźnik zagęszczenia;

• edometryczne moduły ściśliwości, ciśnienie pęcznienia, wskaźnik osiadania zapadowego;

• wytrzymałość na ścinanie, aparat trójosiowego ściskania.

---