Geologia inżynierska

Geologiczna działalność wód płynących:

ablacja deszczowa

–

działalność deszczu niszcząca

skały miękkie i luźne oraz

żłobiąca skały zwięzłe

delty i estuaria

działalność rzek

żłobienie jarów i parowów w skałach luźnych

wyjałowienie i erozja gleb z których spływająca
woda wynosi drobne,

luźne cząstki – tworzenie

deluwiów, co może prowadzić do:

tworzenie piramid ziemnych

– stożkowatych

słupów ziemnych uwieńczonych dużym głazem

Erozja gleb - jar

Badlands

Geologiczna działalność rzek (fluwialna)

uderzając o dno i brzegi niesionym przez wodę
materiałem skalnym, rzeki działają erozyjnie na
dno i brzegi,

zmieniając ich kształt

rzeki transportują materiał skalny

zsypujący się w górnym biegu oraz

powstający podczas erozji rzecznej

w

miarę utraty energii, rzeki osadzają niesiony materiał

skalny

– tworzą aluwia

Działalność rzek wynika z prędkości ich przepływu, która z kolei zależy od spadku

terenu, masy wody oraz tarcia wody o brzegi i dno.

Profil podłużny rzeki zmienia się, dążąc do osiągnięcia krzywej równowagi, t.j.

takiej krzywej w której znika erozja i akumulacja.

Krzywa taka jest charakterystyczna dla każdej rzeki, lecz zmienia się przy

każdej zmianie prędkości, ilości wody i ilości dostarczanego materiału.

G

órn

y b

ieg

Środko

wy bieg

Dolny bieg

W górnym biegu rzeki przy niewielkiej ilości wody i dużym spadku dominuje erozja

wgłębna i wsteczna przy niemal zerowej akumulacji – powstają doliny V-kształtne,

a przy zróżnicowanym litologicznie dnie także wodospady i in.

duży spadek

mała ilość wody

erozja wgłębna

V-kształtna dolina

G

órn

y b

ieg

Środko

wy bieg

Dolny bieg

W środkowym biegu rzeki, przy średniej ilości wody i średnim spadku przeważa

erozja boczna oraz nierównomierne osadzanie co prowadzi do powstawania rzek

meandrujących i starorzeczy.

G

órn

y b

ieg

Środko

wy bieg

Dolny bieg

średni spadek

średnia ilość wody

erozja boczna

sedymentacja

W dolnym biegu rzeki

, przy dużej ilości wody i małym spadku, wskutek niewielkiej

lecz dwustronnej erozji bocznej oraz sporej akumulacji osadów drobnoziarnistych,

powstają doliny płaskodenne.

G

órn

y b

ieg

Środko

wy bieg

Dolny bieg

mały spadek

duża ilość wody

erozja boczna

sedymentacja

G

órn

y b

ieg

Środko

wy bieg

Dolny bieg

kierunek
sedymentacji

sedymentacja

ujście - brak spadku

W ujściu rzeki wskutek ustania spadku rzeka stopniowo traci energię niezbędną

do niesienia ziaren, zachodzi więc akumulacja osadów najpierw gruboziarnistych,

a dalej coraz bardziej drobnoziarnistych

– powstają stożki napływowe.

Stożek napływowy (alluvial fan)

Erozja

wgłębna – pogłębianie koryta rzecznego, występuje przy dużym spadku

rzeki i prowadzi do powstawania dolin V-

kształtnych, gardzieli dolinnych, kanionów,

progów wodnych i wodospadów, a także terasów erozyjnych.

Erozja rzeczna

Maksymalna

głębokość do jakiej może dojść erozja wgłębna to baza erozyjna.

Jest to poziom zbiornika wodnego do

którego uchodzi rzeka.

Erozja wsteczna

– powoduje cofanie się obszarów źródłowych i wodospadów,

poprzez podcinanie

progów wodnych. W krańcowych przypadkach prowadzi do

kaptażu czyli przeciągania rzeki słabiej erodującej przez rzekę silniej erodującą.

Erozja boczna

– polega na podmywaniu brzegów koryta rzecznego i w rezultacie

ich obrywaniu

się i obsuwaniu. Erozja boczna działa na zewnętrznych łukach

zakoli rzeki i poprzez rozwijanie

meandrów prowadzi do poszerzania doliny

rzecznej (powstawania dolin

płaskodennych).

Transport rzeczny

Rzeki

transportują materiał skalny w postaci roztworu, zawiesiny i wleczyny.

Całkowita ilość materiału niesionego przez rzekę to jej obciążenie.

Jako

roztwór transportowane są łatwo rozpuszczalne

związki: węglany, siarczany i chlorki

Materiał skalny wleczony lub toczony po dnie (rumowisko

rzeczne

), jest transportowany głównie przy wysokich stanach wody i

powoduje okresowe przemieszczanie aluwiów zalegających na dnie

– tworzenie otoczaków.

Ciężar cząstek jakie może transportować rzeka

(

wydolność) zależy od jej prędkości.

Małe rzeki o dużej prędkości zdolne są do przenoszenia

małych ilości olbrzymich głazów,

natomiast duże rzeki o niewielkiej prędkości transportują

ogromne ilości drobnego materiału skalnego.

Zawiesiny

tworzy głównie frakcja pyłowa i iłowa,

a w rzekach o większym spadku również piaskowa.

Ilość zawiesin zależy od podłoża po którym płynie rzeka.

Akumulacja rzeczna

W miarę zmniejszania się prędkości (tracenia energii)

rzeka pozostawia część transportowanych osadów

tworząc aluwia.

Zarówno w profilu podłużnym jak i pionowym aluwiów, występuje stopniowe

zmniejszanie wielkości ziaren deponowanych osadów, od frakcji żwirowej do pylastej.

Utwory aluwialne charakteryzują się przekątnym warstwowaniem –

poszczególne warstewki zapadają w kierunku ruchu wody.

Jednak ich układ przestrzenny jest bardzo skomplikowany i charakteryzuje

go budowa soczewkowa.

W okresach wysokich stanów wód rzeki płyną szeroko poza normalnym korytem,

tworząc w tzw. facji powodziowej aluwia zawierające znaczną część substancji

organicznej

– mady (gliny powodziowe).

Osady rzeczne mogą być gromadzone jako:

Terasy

– spłaszczenia terenu (półki, stopnie) występujące

na różnych wysokościach w dolinie rzecznej;

powstają przez rozcięcie nagromadzonych przez rzekę

osadów aluwialnych w dnie doliny – często występują tu

mady.

Stożki napływowe – powstają w miejscach

zmniejszenia energii rzeki (przy zmniejszeniu spadku

lub połączeniu dwóch rzek o różnych spadkach)

Nasypy mieliznowe

(mielizny korytowe, łachy) –

wielometrowej długości nasypy ułożone dłuższą osią równolegle

do nurtu rzeki. Mogą się one stopniowo przemieszczać w dół

rzeki. Osady mieliznowe

charakteryzuje przekątne

warstwowanie.

Odsypy meandrowe (wały odsypowe) – powstają po

wewnętrznej stronie meandrów, gdzie prąd jest słabszy

Bruk rzeczny

– powstają w wyniku osadzenia tylko

grubszego materiału skalnego po wysokich stanach wód

W domu:

Przeczyta

ć

o terasach

rzecznych

Geologiczna działalność wiatru

Wiatr porywa i przenosi

luźne cząstki mineralne, znajdujące się na

powierzchni Ziemi.

Działalność wiatru jest ograniczona do obszarów pozbawionych szaty
roślinnej i suchych, gdyż zawilgocenie gruntu oraz istnienie szaty
roślinnej chroni przed wywiewaniem ziaren mineralnych.

Transport eoliczny

unoszenie w stanie

zawieszonym,

często na bardzo duże

odległości,

bardzo drobnych cząstek

(<0,2 mm)

piasek jest unoszony na

wys. do 1m po

zawietrznych stronach

wydm

wleczenie po

powierzchni

ziarna wykonują

krótkie i niewysokie

skoki po krzywych

balistycznych,

opadające ziarna

wybijają w górę

następne

suspensja

pełznięcie

powierzchniowe

ziaren

saltacja

(unoszenie

przerywane)

Erozja eoliczna

deflacja

korazja

wywiewanie cząstek

mineralnych

ścieranie skał poprzez

piasek niesiony wiatrem

może powodować wywiewanie dużej

ilości materiału drobnoklastycznego

(piaszczystego i pylastego)

z rozległych obszarów i np. tworzenie

pustyń kamienistych (hamad) lub

żwirowych (serir), a także tworzenie

oaz

luźne głazy są często ścięte i wypolerowane

od strony wiejącego wiatru - graniaki

powierzchnie skał są rysowane, polerowane,

drążone i ścierane, co prowadzi do

powstawania charakterystycznych form

–

grzybów skalnych

Intensywność korazji zależy od :

kwadratu szybkości ruchu

ziaren

masy ziaren w jednostce

objętości powietrza

kształtu / kąta nachylenia

atakowanej powierzchni

Sedymentacja eoliczna

powstają w wyniku zatrzymania

niesionego przez wiatr piasku na

przeszkodzie, np. krzaku, głazie itp.

Pod wpływem wiatru wydmy

wędrują z prędkością od kilku do

kilkunastu metrów rocznie

(wyjątkowo do 200 m/rok)

Przenoszony przez suspensję pył

osadza się gdy wiatr zmniejsza prędkość

lub gdy pokonuje bariery morfologiczne.

Najwięcej pyłów jest zatrzymywanych na

obszarach stepowych przylegających do

pustyń.

wydmy

lessy

Lessy

składają się z pyłu kwarcowego (60-70%), glinokrzemianowego (20-30%) i

częściowo z CaCO

3

(8-

12%). Są silnie porowate i miękkie, przez co bardzo mało

odporne na erozję, szczególnie pod wpływem wody.

Pokrywy lessowe osiągają znaczne miąższości (>100m). Charakterystyczne dla

krajobrazu lessowego są głębokie wąwozy i jary o stromych ścianach

niewielkie wydmy

pustyń suchych i

gorących, mają

kształt

półksiężycowaty z

ramionami

skierowanymi

zgodnie z wiejącym

wiatrem,

wyprzedzającymi

wydmę

wydmy

częste na

obszarach

nadmorskich, mają

kształt

księżycowaty z

ramionami

zwróconymi

przeciwko wiatrowi,

co wiąże się z

różnicami

wilgotności

wewnątrz wydmy i

na jej ramionach

wydmy

paraboliczne

barchany

wydmy

poprzeczne i

podłużne

wydmy

gwiaździste

powstają z

łączenia się

barchanów,

prostopadle lub

zgodnie z

kierunkiem

wiatru

powstają

przy

zmiennych

kierunkach

wiatrów

Znaczenie inżynierskie procesów eolicznych

Proces korazji ma znaczenie dla

obiektów inżynierskich narażonych na wiatr

niosący ziarna mineralne – np. wież obserwacyjnych na wybrzeżach. Szczególnie
dotyczy to konstrukcji stalowych.

Proces deflacji

może prowadzić do odsłonięcia fundamentów budynków.

Działalność inżynierska lub gospodarcza może prowadzić do zniszczenia
naturalnego utrwalenia wydmy, a

więc uruchomić deflację.

Wędrówki wydm mogą prowadzić do zasypania i zniszczenia nawet całych osiedli.
Przeciwdziała się temu stosując osłony (płotki wydmowe) lub poprzez rozwijanie
roślinności.

Piaski wydmowe

występujące w podłożu budowlanym mają korzystne właściwości

geotechniczne

(są przewiane). Gorszym podłożem są lessy, które podlegają

wymywaniu a

także gwałtownemu i nierównomiernemu osiadaniu przy

dodatkowym zawilgoceniu.

Lodowce i lądolody

W lodowcach na kuli ziemskiej obecnie znajduje się ok. 2% całej wody na

naszej planecie, zajmują one 10% powierzchni Ziemi. Gdyby stopniały

poziom wody w oceanach podniósłby się o ok. 70 m.

Lodowce

powstają gdy śnieg który spadł zimą nie ulega roztopieniu w ciągu lata.

Takie nagromadzenie ma miejsce

powyżej granicy wiecznych śniegów, która

znajduje

się w strefie równikowej na wysokości ok. 5 km i obniża ku biegunom.

Gromadzący się śnieg ulega kompakcji i rekrystalizacji, przekształcając się ze
świeżego puchu kolejno w puch zsiadły, śnieg firnowy, lód firnowy i lód
lodowcowy, przy czym jego

gęstość wzrasta ponad 30-krotnie.

Wkraczanie

– transgresja – lądolodu na dany obszar w okresach

chłodnych określana jest jako glacjał (zlodowacenie). Natomiast

wycofywanie się – recesja – czaszy lodowej z danego terenu to

interglacjał.

Podczas glacjałów zdarzały się mniejsze, oscylacyjne ruchy lądolodu,

które nie wiązały się jednak z pełnym ustąpieniem lodowca. Były to

stadiały lub fazy (okresy narastania lądolodu) oraz interstadiały

(okresy cofania się lądolodu).

Glacjologowie uważają, że na obszar Polski lądolód skandynawski

nasuwał się czterokrotnie, czyli mieliśmy 4 glacjały. Przyjmuje się także,

że holocen – okres, w którym obecnie żyjemy - jest interglacjałem,

a

po nim nastąpi ponownie zlodowacenie.

Kiedy obszar Polski w

mniejszym lub większym stopniu pokrywała

czasza lodowca skandynawskiego, w

wysokich górach (Tatrach

i

Karkonoszach) rozwijały się lokalne lodowce górskie.

Lodowce górskie

powstają w warunkach niezbyt obfitych opadów śniegu, który gromadzi się w

zagłębieniach powierzchni terenów górskich o stromych zboczach.

Po nagromadzeniu

się w zagłębieniu - polu firnowym wystarczająco grubej

warstwy lodu, jest on wyciskany i

spływa dolinami w dół tworząc jęzory

lodowcowe. Masa lodu w

jęzorach jest w ciągłym ruchu w wyniku działania siły

ciężkości.

Lądolody (lodowce

kontynentalne)

tworzą się w obszarach o obfitych opadach

śniegu i nieurozmaiconym ukształtowaniu

terenu.

Narastająca masa śniegu tworzy czapę
lodową

pokrywającą

wielkie

obszary.

Grubość lodu może dochodzić do kilku
kilometrów.

Erozja lodowcowa - egzaracja

Intensywność niszczenia podłoża przez lodowiec zależy od:

•prędkości ruchu lodowca

•docisku masy lodowej do podłoża (będącej funkcją grubości pokrywy lodowej)

•odporności podłoża

•współczynnika zmiany warunków ruchu lodowca

Mechanizm erozji lodowcowej polega na:

1.

ścieraniu podłoża poprzez wtopione w spąg lodowca okruchy skalne;

2.

wmarzanie

bloków podłoża w spód lodowca (przy współudziale

przechłodzonych wód, a następnie wyrywanie ich wskutek dalszego
posuwania

się jęzora lodowcowego;

3.

zdzieraniu zwietrzeliny oraz

fałdowaniu i przesuwaniu warstw skalnych

przez

czoło lodowca

4.

działalności wód lodowcowych

Charakterystyczne dla rzeźby lodowcowej są doliny U-kształtne

Transport glacjalny

Podczas ruchu lodowce

transportują w

zawieszeniu ogromne

ilości materiału

skalnego, nazywanego morenami.

Transport ten nie jest

selektywny

– lodowiec z

równą łatwością przenosi

cząstki iłowe czy piaskowe

jak też

kilkudziesięciometrowe

bloki skalne. Podczas tego

transportu przenoszone

cząstki w niewielkim

stopniu ulegają

rozdrobnieniu i obtoczeniu.

Osady lodowcowe

Gdy czoło lodowca topnieje, uwalniany

zostaje materiał skalny, tworząc

osady zwałowe

są to osady niewysortowane, zawierające ziarna

od frakcji iłowej do wielkich głazów, nazywane

glinami zwałowymi

lub

morenowymi

Rzeka wypływająca z czoła

lodowca może dalej

transportować a następnie

osadzać drobniejsze osady

uwalniane z czoła – tak

tworzą się

osady

fluwioglacjalne

,

wykształcone jak osady

rzeczne.

W wyniku zatrzymania wód z topniejącego lodowca w obniżeniach

terenu tworzą się jeziora zastoiskowe a w nich

osady zastoiskowe

iły warwowe (wstęgowe)

zbudowane z naprzemianległych

jasnych warstewek pyłu kwarcowego

i ciemnych warstewek iłu

piaski pylaste

gdy glina zwałowa zostanie przepłukana

przez wody wypływające z lodowca

pozostaje bruk morenowy i eratyki

Znaczenie lodowców dla geologii inżynierskiej

1.

ogromne

zróżnicowanie litologiczne wynikające ze złożonego osadzania się

utworów zwałowych wymaga dokładnego rozpoznania dla bezpiecznego
fundamentowania

obiektów

Utwory lodowcowe

stanowią podłoże budowlane na prawie ¾ obszaru Polski

3.

nawroty lodowca w czasie kolejnych

glaciałów spowodowały rozwój

glacitektoniki

– skomplikowane deformacje podłoża lodowca, szczególnie

młodego

4.

ciężar lodowca, powodujący nacisk na podłoże (do kilku MPa) spowodował
prekonsolidację osadów luźnych

2.

zróżnicowanie litologiczne osadów plejstoceńskich powoduje skomplikowane
warunki hydrogeologiczne