Mechanika gruntów- wytrzymao materiau, którym jest grunt. Stanowi dzia wiedzy inynierskiej zajmujcy si warunkami równowagi oraz odksztaceniem zachodzcym w wyniku dziaania si w orodkach skalnych okruchowych rozdrobnionych
Geotechnika- nauka o pracy i badaniach orodka gruntowego dla celów projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych, podziemnych, oraz fundamentów budynków i nawierzchni drogowych.
Geotechnik jako nauk interdyscyplinarn tworz:
-gruntoznawstwo inynierskie,
-mechanika gruntów i fundamentowanie,
-geologia,
-chemia fizyczna,
-mechanika budowli,
-teoria sprystoci
-teoria plastycznoci,
-reologia i inne.
Nauk podstawow geotechniki jest mechanika gruntów- jest to nauka o fizycznych waciwociach orodka gruntowego oraz o stanie napre i odksztace podoa gruntowego pod wpywem dziaajcych obcie.
Mechanika gruntów klasyczna:
-teoria Culomba 1773 r (fundamentalna zasada)
, 
-wytrzymao na ciskanie, 
-kt pochylenia zbocza
-Boussineq' (pozwala obliczy naprenia w punkcie A)
PRZEPYW WÓD GRUNTOWYCH
-teoria Darcy
-Proctor
Najwaniejsze zagadnienia geotechniczne:
-ustalenie warunków gruntowo-wodnych terenu budowy, (minimalna gboko do jakiej trzeba wierci i jakie parametry trzeba okreli, bardzo wany punkt, najwaniejszy element)
-wyznaczenie dopuszczalnych obcie podoa i wymiarowanie fundamentów lub nawierzchni drogowych (dobór odpowiednich metod obliczeniowych)
-zabezpieczenie statecznoci budowy (moliwe osiadanie, wpyw otoczenia na konstrukcj)
-waciwe wykonawstwo robót fundamentowych i ziemnych (wana jest rónica osiada 
S., nie jest wane osiadanie bo jeli S < Sdop to wszystko jest ok.)
GENEZA I CHARAKTERYSTYKA ORODKA
GRUNTOWEGO
Przy genezie podajemy cztery kategorie:
A- morenowe skonsolidowane (morena denna)
B- morenowe nie skonsolidow. i inne spoiste skonsolidowane
C- inne spoiste nie skonsolidowane,
D- iy zalenie od genezy
Geneza do gruntów spoistych
Grunt- zbiór dowolnie rozdrobnionych okruchów skalnych powstay ze ska litych na skutek dziaania destrukcyjnych procesów geologicznych, takich jak: wietrzenie, transport, erozja, itd.
-wg. Taylora grunt- to dowolne materiay organiczne lub nieorganiczne zalegajce w utworach naszej planety
-wg. Wiuna- (najlepiej), gruntami budowlanymi -jest tworzywo............... zewntrznej warstwy skorupy ziemskiej suce do wznoszenia budowli
KLASYFIKACJA (WG. NORMY):
Kryterium - wytrzymao na ciskanie:
-grunty skaliste > 500 MPa
-grunty <200 MPa
Ze wzgldu na porowato:
-grunty skaliste n=0.01-0.03
-grunty n=0.2-0.60
Ze wzgldu na rodowisko sedymentacji (wodne, ziemne)
-glacjalne
-fluwialne,
-eoliczne (wiatr)
-limiczne - jeziorne (namuy, torfy)
-fluwioglacjalne- wodnolodowcowe (w wyniku dziaalnoci lodowca)
-morskie.
WACIWOCI FIZYKO-CHEMICZNE GRUNTÓW
Grunt:
Grunt jest ukadem 3-fazowym, tzn na kad objto gruntu skadaj si 3 fazy: gazowa, cieka, staa.
Faza gazowa- powietrze gruntowe z domieszk innych gazów (siarkowodór)
Faza cieka- z wody gruntowej o rónej zawartoci rozpuszczalnych soli
Faza staa- w postaci okruchów skalnych, a w okrelonych warunkach woda w postaci lodu.
WACIWOCI FIZYCZ. I MECHANICZ. ZALE :
-od ziarn, które które je buduj ( od skadu mineralogicznego)
-ich uoenia,
-od powierzchni granicznej czstek gruntu
-od zjawisk fizyko-chemicznych zachodzcych na powierzchni czstek
Skad mineralogiczny zaley od:
-skay wyjciowej,
-stopnia obtoczenia,
-powierzchni granicznej,
-powierzchnia waciwa =
powierzchni graniczn ziaren i czstek gruntu w przeliczeniu na jednostk masy nazywamy powierzchni waciw.
-im wiksza powierzchnia waciwa, tym wiksza aktywno fizyczna i chemiczna
Kontakt czstek gruntu przez dipole wody
WACIWOCI SZKIELETU MINERALNEGO:
Zbiór okruchów skalnych uoonych w pewien sposób - struktura gruntu (zaley od wielkoci ziaren, mineralnej budowy, od wzajemnych powiza i oddziaywa)
Grunty spoiste (struktury):
-komórkowa (czstki mineralne sedymentuj w dó)
-równolege (dua objto porów pod obcieniem, bardzo ciliwe, stworzy si struktura równolega upakowana, ale atwa powierzchnia polizgu)
Szkielet buduj:
-piaski sypkie
-kwarc
(dobrze si zagszczaj gdy >15, najlepsze grunty, -wskanik rónoziarnistoci)
-udzia poszczególnych frakcji
poniej 0.05 mm czstki- grunty ilaste 100-200 nm
spoiste- oddziaywania midzy czsteczk i agregaty
MINERAY ILASTE NAJCZSCIEJ BUDUJCE GRUNTY:
1) Kaolinit, czstki o gruboci 20
m., szerokoci 100-500
m (mili mikron)
2) Montmorylonit
Jak grunt nawodniony poddamy suszeniu to powstanie skurcz
-zmiana wilgotnoci powoduje zmian objtoci
Projektowanie- ustalenie poziomu wilgotnoci. Aby nie byo zmiany wilgotnoci ( pcznieje do 50 %)
-struktura
-skad
-chemizm
3) Ilit- buddowa podobna do montmorylonitu, tylko na granicy s jony potasu a nie (Na, Cl), pcznieje 2%
Waciwoci fizykochemiczne gruntu
cechy:
-budowa warstwowa tetraedrów (czworocienna), oktaedrów (omiocienny), mocno ze sob powizane, tworzce zwart siatk krystaliczn
-czstki iowe wykazuj du aktywno powierzchniow przez co odgrywaj du rol przy formowaniu si struktur gruntów zawierajcyc te mineray.
WPYW SKADU MINERALOGICZNEGO NA WACIWOCI FIZYCZNE I MECHANICZNE:
-wpywa na rozpuszczalno gruntu w wodzie
-odporna na wietrzenie, cieranie
-domieszka do piasków czstek iowych zawsze pogarsza waciwoci mechaniczne piasku.
ZJAWISKA FIZYKO-CHEMICZNE W GRUNCIE:
(teoria listrzyca )
-podwójna warstwa elektryczna- wie si z wystpowaniem niezrównowaonych adunków elektrycznych na granicy fazy staej, co powoduje formowanie si podwójnej warstwy elektrycznej dookoa czstki, warstwa podwójna i warstwa dyfuzyjna zbudowana z dipoli wody zorientowana w stron po powierzchni czstki, gdy potencja spada do 0, ustaje wpyw pola i woda staje si wod woln.
W warstwie podwójnej istniej 2 potencjay:
-potencja termodynamiczny- max, rónica potencjaów powierzchniowego i warstwy dyfuzyjnej,
-potencja elektrokinetyczny- rónica potencjaów warstwy dyfuzyjnej
Obydwa potencjay termodynamiczny i elektrokinetyczny determinuj wytwarzanie si wó zwizanych z powierzchni czstki
Grunty ilaste w naturze zawsze posiadaj wod.
W iach wystpuje konsolidacja (osiadanie trwa 10-20 lat)
RODZAJE WODY W GRUNCIE:
1) Woda grawitacyjna: (bdca w ruchu)
-wpyw chemiczny- dziaalno chemiczna przejawia si rozpuszczaniem soli
-dziaanie mechaniczne
przekazuje na szkielet gruntowy cinienie hydrostatyczne
stan upynnienia gruntu
Woda przesczajca si
Woda w ruchu podlega prograwitacji.
3) Woda kapilarna
Strefa kapilarna - utworzona przez ziarna piasku strefy wody, która jest podcigana i wypenia w sposób czciowy
minera + powietrze + woda
Strefa saturacji: woda + minera
Wystpowanie wody kapilarnej zwizane jest z wystpowaniem si napicia powierzchniowego i si podcigania wody
Wpyw niskich temperatur
Zdolno kapilarna gruntu
Soczewki lodowe (zmiana objtoci 
V=9.1 %)
Migracja wody kapilarnej
Wzrost wysadzin w fazie zamarzania
Przy rozmarzaniu wzrost wilgotnoci
Procesy termodyfuzyjne
Woda kapilarna moe utworzy si w gruntach o rednicy ziarn < 6 mm. Wypenia ona kanaliki istniejce w gruncie podnoszc si powyej zwierciada wody gruntowej wskutek dziaania si molekularnych wody zwizanej i otaczajcej czstki gruntu na molekuy wody wolnej wskutek czego wytwarzaj si meniski.
Zjawisko kapilarnoci wystpuje wskutek:
-zjawiska adhezji- przyczepno wody do cianek rurki
-napicia powierzchniowego wody.
Rozróniamy 2 rodzaje kapilarnoci:
Strefa na jak podniesie si samoistnie woda w kapilarach nazywa si kapilarnoci czynn (max zasig podniesienia si wody)
Hkc > Hkb
Hkc- strefa kapilarnoci czynnej,
Hkb- strefa kapilarnoci biernej
Hkc- podstawowe kryterium o zamarzalnoci gruntów.
Sia podcigajca sup wody Fk na wysoko hk przypadajca na jednostk przekroju kapilary wyznacza si ze wzoru Laplace'a:
Fk=ak*
, gdzie:
R1, R2- gówne promienie menisku
ak- jednostkowe napicie powierzchniowe przypadajce na jednostk (dugoci) objtoci kapilary
Ak=2*
*R*ak*sin
, gdzie
Ak- cakowite napicie powierzchniowe
- kt zwilania
=2*
*R*ak*sin
,
F=
*R2*sin2
,
Fk=
,
poniewa sia Fk unosi wod o ciarze Fk=
*h
Porównujc oba wzory 
wielko wniosu kapilarnego hk=
, im mniejsze kapilary tym woda si wyej wzniesie
ak=0.0727 
,
hk=
, gdzie r- promie kapilary
Wpyw si kapilarnych w warunkach rzeczywistych
-jeeli w piaskach chcemy wykona otwór, to wykonuje si wykopy w mokrym piasku (bez szalowania)
-zagszczenie (spajanie ziaren)
Wilgotno optymalna (Wopt)- wilgotno gruntu, przy której nastpuje bardzo dobre spajanie ziaren, powstaje bardzo twarde podoe
Wysoko podnoszenia si wody zaley od uziarnienia
-w wirach 1-3 cm
-w piaskach grubych 3-7 cm
-w piaskach rednich 7-20 cm
-w piaskach drobnych (Pd) 20-100 cm
-w pyach (
) 1.0-30 m
Obserwuje si kapilarno w granicach 3-4 m. Przepuszczalno gruntu ma wpyw na kapilarno. Kapilarno jest pomijana w literaturze, w praktyce ma mae znaczenie, istotne w warunkach przemarzania.
Woda zwizana z powierzchni graniczn
W gruntach, w których brak siy wicej
Woda wolna- temperatura krzepnicia 00C , podlegaj prawom grawitacji
Woda silnie zwizana: temperatura krzepnicia -780C do -1500C, gsto objtociowa 
=1.8 g/cm3, zaczyna odparowanie w temperaturze +2000C do 4000C
Woda absorbcyjna i bonkowa- woda bonkowa przesuwa si z jednej czstki na drug niezalenie od si cikoci do chwili wyrównania gr powoki wodnej w obu czstkach, nie przekazuje cinienia hydrostatycznego.
Wpyw wody zwizanej na waciwoci fizyczne i mechaniczne jest tym wiksza im drobniejsze jest jego uziarnienie, przejawia si w takich waciwociach jak:
-przepuszczalno,
-podnoszenie kapilarne
-ciliwo, itp.
Woda wchodzca w skad mineraów
-woda krystalizacyjna (np. gips), CaSO4*2H2O
-woda chemicznie mieszana (wchodzi w skad Ca)
Usunicie tej wody w obu przypadkach powoduje wyran zmian waciwoci chemicznych i fizycznych i rozkad mineralny.
Woda w postaci pary wodnej- wystpuje w strefie aeracji (napowietrzania) ogólnie nie przekracza 1% ciaru gruntu.
Jest ródem tworzenia si innych rodzajów wody, przede wszystkim zwizanej z powierzchni czstek
Du rol odgrywa w procesie przemarzania gruntów
Woda w postaci lodu
Wystpuje w temperaturze <00C i strefie przemarzajcej, w Polsce 1-2 m. poniej poziomu terenu.
Pózwarte iy zamarzaj w temperaturze -100C. Zamarzanie gruntu, to zamarzanie wody. Mona wykona wykopy w gruntach pzw lub zw (gdy s zamarznite).
Kade ciao fizyczne zmieniajce faz zmienia swoj objto.
Tiksotropia gruntów ( w przypadku gruntów spoistych)
-izotermiczne i odwracalne zwikszenie (odpornoci) wytrzymaoci gruntu przerobionego w miar upywu czasu po przerobieniu.
Wg. Wiuna wasnoci tiksotropowe (zawierajce frakcje iowe)
Nastpuje zmiana orientacji ukadu czstek o ksztatach blaszek i pytek w trakcie upywu czasu po przerobieniu. Przerobienie powoduje czciowo równolege uoenie czstek, których siy midzyczsteczkowe s w równowadze z siami zewntrznymi powodujcymi upynnienie.
W przypadku gruntów mikkoplastycznych i plastycznych bardzo czsto zdarza si tak, e maszyny zapadaj si, nastpuje upynnienie. Zaleca si podczas wykopów ostatnie warstwy wybra rcznie.
Waciwoci fizyczne gruntów
-trójfazowy orodek rozdrobniony
1.Waciwoci fizyczne- grunt jest traktowany jako materia zbudowany z poszczególnych faz.
Podstawow cech fizyczn jest uziarnienie, analiza co dzieje si w fazie staej (Vs)
Klasyfikacja uziarnienia gruntu. Cakowity rozkad waha si
Oznaczenie skadu granulometrycznego
-dla gruntów sypkich- analiza sitowa
analizy hydrometryczne
-dla gruntów spoistych- analiza areometryczna
-dla gruntów spoistych- analiza pipetowa
Po wykonaniu analizy granulometrycznej, wykonujemy przesianie. Obliczamy ile zostao zatrzymanych ziarn na poszczególnych sitach.
Krzywe uziarnienia:
rednica efektywna (miarodajna)- de- jest to rednica czstki gruntu, których wraz z mniejszymi w gruncie jest 2%.
d10-rednica miarodajna d10 jest to rednica czstek gruntu, których wraz z mniejszymi jest w gruncie 10%.
Jeeli wystpuje przegicie na krzywej granulometrycznej to brak jest frakcji.
Z wykresu granulometrycznego mona wyznaczy rednice miarodajne; z przebiegu krzywej otrzymujemy wskanik rónoziarnistoci (U).
U=
U<5 -grunt równoziarnisty,
5<U
15 -grunt rónoziarnisty
U>15 -grunt bardzo rónoziarnisty
-grunty równoziarniste s to grunty pochodzenia eolicznego fluwialnego (s dobre do podsypek filtracyjnych)
-grunty o U>5 s dobre do zagszczania (wymiana sabego podoa)
Jeeli d10 i d60 s bardzo mae, to grunty trudno filtruj.
k=
-wspóczynnik filtracji.
Faza cieka
-wilgotno- zawarto wody w porach gruntu
w=
*100 [%], gdzie Mw- masa wody, Md- masa szkieletu (Md- lub uzyskanie staej masy w staej temperaturze, 105-1100C)
-wilgotno naturalna (Wn)- wilgotno jak posiada grunt w zaleganiu, w zoach
-wilgotno optymalna (Wopt)- wilgotno, któr bd miay grunty, gdzie wszystkie pory, bd wypenione wod.
Badanie wilgotnoci optymalnej wykonuje si w aparacie Proctora
Tak naley dobiera grunt, aby mia on wilgotno optymaln. Projektuje si dla danego gruntu, gdy posiada on wopt.
(nasypy-lotniska, pod drogi, wymiana gruntów, tworzenie warstw filtracyjnych.
Nie ma gruntów zagszczonych !
-Gsto objtociowa gruntu (
)
[g/cm3], gdzie M.- masa gruntu, V-objto gruntu
[kN/m3], gdzie 
-ciar objtociowy.
, gdzie 
-gsto szkiletu
piasek kwarcowy 
=2.65 [g/cm3]
kaolin 
=2.67
montmorilonit 
=2.34.
Zwyke 
=2.4 do 3.2 [g/cm3]
Cechy okrelajce porowato:
-gsto objtociowa szkieletu gruntowego
,
Porowato to stosunek objtoci porów do objtoci gruntu.
V=Vp+Vs, n=
Trudnoci s w pomiarze objtoci szkieletu
Md=V*
=(1-n)*
n=
, [1]
W gruntach spoistych jest inaczej, bo nie ma ziaren.
Wskanik porowatoci (e), e=
-dla piasków i wirów e=0.3 do 1
-dla gruntów spoistych e>1, dochodzi do 3
Wysokie e, to grunt pod wpywem obcienia szybko si zagszcza
Dla gruntów niespoistych wprowadzono parametr:
-Stopie zagszczenia ID
Parametrem wyznaczajcym stan trway midzy stanami max i min
ID=
[1], podany w jednociach
emax i emin s pewnymi staymi dla danego gruntu. Kady inny stan jest stanem porednim.
Podzia stanu gruntu ze wzgldu na zagszczenie:
-stan luny ID
0.33 (grunt sabonony)
-stan redniozagszczony 0.33<ID
0.61
-stan zagszczony 0.67<ID
0.80
-stan bardzo zagszczony ID>0.80
Dla gruntów niespoistych parametrem wiodcym jest ID, reszt mona dobra z tablic
Metody okrelania ID:
a) laboratoryjne
b) polowe
-sondowanie dynamiczne
-sondowanie statyczne,
-sondy izotropowe,
-sondy geoelektryczne
(wyróniamy sondy lekkie i cikie, wskanikiem liczba uderze N, {nauczy si jeszcze wicej}
wg. Piszczyca ID=0.426*logN+0.077 (sonda ITBZW, jest niewaciwa)
-sondy izotropowe- mierzy si gsto promieniowania izotropowego
-sondy statyczne- nowoczesne sondy
Potrzebny jest profil otworu.
Sondowanie nie jest miarodajne tu nad lustrem wody (due zagszczenie). Po przekroczeniu lustra wody gwatownie maleje zagszczenie. 1m. nad wod i 1m. pod ni s miarodajne i 20 cm od powierzchni terenu.
Do kontroli konstrukcji inynierskiej badamy wskanik zagszczenia
wskanik zagszczenia
Is=
, Is>0.95
Wskanik zagszczenia Is, najlepiej, e by by powyej jednoci.
Grunty spoiste, granice konsystencji i stany fizyczne gruntów spoistych
-konsystencja zwarta
-konsystencja plastyczna
-konsystencja pynna
Granice konsystencji:
-granica plastycznoci (midzy konsystencj zwart, a plastyczn)
-granica pynnoci (midzy konsystencj plastyczn, a pynn)
Granice pynnoci i plastycznoci, wilgotno, która okrela przejcia
-granica skurczalnoci (ws) jest to taka wilgotno gruntu, przy której w miar dalszego suszenia próbka nie wykazuje zmian objtoci.
-granica plastycznoci (wp)- wolgotno w %, jak ma grunt, gdy przy kolejnym waeczkowaniu gruntu waeczek pka po osigniciu 3 cm.
-granica pynnoci (wl) wilgotno w %, jak ma pasta gruntowa umieszczona w miseczce aparatem Casagrandego, gdy wykonana w nim bruzda zlewa si przy 25 uderzeniach miseczki o podstaw aparatu.
Metoda stoka Wasiliewa (stoek opadowy)
Granice te su aby wyznaczy stopie plastycznoci IL
Wyszukiwarka