Gruntoznawstwo - konspekt wykładow, GP, studia stacjonarne I stopnia

GRUNTOZNASTWO – KONSPEKT WYKŁADÓW

Wykład I
Temat: Podstawowe wiadomości o pochodzeniu gruntów i skał

Zawartość wykładu

1. Gruntoznawstwo inżynierskie a nauki pokrewne
2. Przegląd jednostek geomorfologicznych występujących w Polsce Północno-wschodniej
3. Pojęcie gruntu budowlanego i podłoża budowlanego
4. Podstawowe wiadomości o pochodzeniu skał i gruntów

Mechanika  skał  jest  teoretyczną  i  stosowaną  nauką  o    mechanicznych  właściwościach  skał,
zajmującą  się badaniem zachowania się skał i masywów skalnych w ich otoczeniu fizycznym.
Gruntoznawstwo ogólne bada właściwości gruntów i warunki ich kształtowania się pod wpływem
wyłącznie  procesów naturalnych np. geologicznych.
Geologia  zajmuje    się  badaniem  budowy  i  historii  rozwoju  skorupy  ziemskiej  oraz  procesów
działających w jej obrębie.
Petrografia  zajmuje  się  badaniem  skał,  ich  cech  fizycznych  i  chemicznych,  składu  mineralnego,
sposobu powstawania i występowania.
Fizykochemia (chemia fizyczna) jest nauką o współzależności zjawisk fizycznych i chemicznych;
obejmuje między innymi naukę  o budowie cząstek i o koloidach.
Nauką  interdyscyplinarną  ,  łączącą  w  sobie  takie    dziedziny,  jak  gruntoznawstwo,  mechanika
gruntów i skał oraz fundamentowanie, jest geotechnika.
Geotechnika  zajmuje  się  oceną  techniczną  ośrodka  gruntowego  do  celów  projektowania
i  wykonawstwa  budowli  naziemnych  i  podziemnych    oraz  fundamentów  obiektów  budowlanych.
Większość zagadnień geotechnicznych ujmuje książka Z. Wiłuna Zarys geotechniki.
Gruntoznawstwo  inżynierskie  stanowi  podstawę  do  rozwiązywania  praktycznych  problemów
inżynierskich  mechaniki  gruntów  i  skał.    W  gruntoznawstwie  inżynierskim  grunt  może  być
rozpatrywany jako:
•  materiał  budowlany  (np.  do  budowy  nasypów  zapór  i  obwałowań  rzek,  nasypów  drogowych,

kanałów, składowisk odpadów itp.),

• podłoże budynków oraz budowli wodnych i lądowych,
• ośrodek, z którego można pobierać wodę (ujęcia wód podziemnych) lub usuwać wodę

(np. odwodnienie wykopów), jak również nawadniać.

Gruntoznawstwo  inżynierskie  pomaga  w  rozwiązywaniu  następujących  problemów  technicznych
(inżynierskich):
-  przy  projektowaniu,  budowie  i  eksploatacji  budowli  hydrotechnicznych,  lądowych

i melioracyjnych (np. zapór, budowli ziemnych, wodno-melioracyjnych, składowisk odpadów
itp.) oraz budynków,

- przy projektowaniu, wykonawstwie i eksploatacji dróg i mostów (w zakresie wykonania

nasypów i wykopów, użycia odpowiednich materiałów i wykonawstwa różnych obiektów
drogowych itp.),

- przy projektowaniu, budowie i eksploatacji oczyszczalni ścieków, stacji uzdatniania wody,

składowisk odpadów itp.

W Polsce północno-wschodniej można wydzielić następujące jednostki geomorfologiczne:

1. Moreny czołowe,
2. Moreny denne,
3. Sandry,
4. Kemy,
5. Ozy,
6. Zastoiska,
7. Doliny rzeczne,

8. Wydmy,
9. Pokrywy deluwialne,
10. Jeziora i bagna.

Grunty  budowlane  są  przedmiotem  badań  mechaniki  gruntów  i  skał  oraz  gruntoznawstwa
inżynierskiego.
Grunt jako ośrodek skalny rozdrobniony składa się z oddzielnych ziarn i cząstek, pomiędzy którymi
działają    niewielkie  siły  przyciągania,  znacznie  mniejsze  od  wytrzymałości  wewnętrznej  samych
ziarn i cząstek.
Na potrzeby budownictwa przyjęto podział na dwie grupy o wyraźnie odmiennych właściwościach:
-  grunty niespoiste – sypkie,
-  Grunty spoiste mające spójność.

Procesy  geologiczne  -  wszystkie  zjawiska,  w  wyniku  których  zachodzą  zmiany  na  powierzchni
skorupy ziemskiej lub w jej wnętrzu.
Ź

ródłem energii tych procesów są czynniki geologiczne wewnętrzne (endogeniczne) i zewnętrzne

(egzogeniczne).
Czynniki  wewnętrzne  to  przede  wszystkim  bardzo  wysokie  ciśnienie  górotworu  i  wysoka
temperatura,  panująca  w  głębszych  strefach  skorupy  ziemskiej.  Objawami  tych  czynników  są
zjawiska  wulkaniczne,  trzęsienie  ziemi,  przesuwanie  się  wielkich  mas  skorupy  ziemskiej  i  ruchy
tektoniczne.  Wyróżnia  się  dwa  główne  rodzaje  ruchów  tektonicznych,  które  w  przeszłości  Ziemi
(czasami  również  współcześnie)  kształtowały  właściwości  skał  Są  to  ruchy  górotwórcze
(orogeniczne),  powodujące  szybkie  wypiętrzanie  mas  skalnych,  często  z  ich  rozrywaniem  oraz
ruchy  powolnego,  długotrwałego  podnoszenia  lub  obniżania  się  lądów    albo  dna  oceanów,  zwane
ruchami  lądotwórczymi  (epeirogenicznymi).  Pionowe  ruchy  skorupy  ziemskiej,  zachodzące  po
okresie  górotwórczości  alpejskiej,  tj.  od  schyłku  trzeciorzędu  po  czasy  współczesne,  określa  jako
ruchy neotektoniczne
Czynniki  zewnętrzne  to  wpływ  atmosfery  (powietrza,  wilgoci,  deszczu,  wiatru,  promieni
słonecznych)  hydrosfery  (wód  płynących  po  powierzchni  lub  w  skałach,  mórz,  lodowców)  oraz
ż

ycia organicznego. Pod wpływem działania tych czynników zachodzą następujące procesy

geologiczne:
Wietrzenie  (fizyczne,  chemiczne),  Erozja  (rzeczna,  lodowcowa,  powietrzna),  Denudacja,
polegająca  na  obniżeniu  się  powierzchni  skał  poprzez  stałe  usuwanie  produktów  wietrzenia  i
przenoszenia  ich  z  wyższych  miejsc  terenu  do  niższych  i  stopniowym  obniżaniu  poziomu  skały
macierzystej,  Transport  materiałów  zwietrzelinowych  przez  wiatr,  wody  i  lodowce  (nieraz  na
znaczne  odległości),  Akumulacja  (osadzanie  się  produktów  wietrzenia  na  lądzie    lub  środowisku
wodnym).

Skały ze względu na genezę  (sposób powstania) dzieli się  na trzy grupy:
•  Magmowe,
•  Osadowe,
•  Przeobrażone (metamorficzne).
Skałami  osadowymi  nazywa się skały , które powstają w wyniku gromadzenia się ( akumulacji )
ziarn  cząstek  mineralnych  lub  organicznych  w  środowisku  lądowym  lub  wodnym.  Mogą  to  być
produkty niszczenia starszych skał, wytrącania z roztworów wodnych lub działalności organizmów
zwierzęcych lub roślinnych. Skały osadowe, ze względu na zróżnicowaną genezę dzieli się na trzy
grupy:
•  skały okruchowe (klastyczne),
•  skały chemiczne,
•  skały organiczne.
Skałami  okruchowymi  (klastycznymi) nazywa się  skały powstałe w wyniku nagromadzenia się
okruchów  skalnych  oraz  ziarn    i  cząstek  mineralnych  w  zbiorniku  wodnym  lub  na  lądzie.  Do

powstania  skał  okruchowych  prowadzi  szereg  procesów:  wietrzenie  wcześniej  istniejących  skał,
transport,  sedymentacja  (osadzanie  się)  i  diageneza.  Świeżo  nagromadzony  osad  jest  luźny,
niespojony ze sobą  żadną  substancją.
•  Skały  chemiczne  powstają    w  wyniku  wytrącania  się  związków  chemicznych  w  zbiornikach

wodnych (przeważnie w morzu) po osiągnięciu odpowiedniego stężenia.

• Skały organiczne powstają w wyniku gromadzenia się w środowisku wodnym lub lądowym

szczątków organizmów zwierzęcych (skały zoogeniczne) lub roślinnych (skały fitogeniczne).

Skałami    przeobrażeniowymi      (metamorficznymi  )  nazywa  się    skały  powstałe  w  skorupie
ziemskiej na skutek przeobrażenia wcześniej istniejących skał. Procesy powodujące przeobrażenie
skał, czyli metamorfizm, są bardzo złożone. W czasie np. ruchów górotwórczych pewne partie skał
osadzają się na znacznych głębokościach, gdzie panuje wyższa temperatura i wyższe ciśnienie. Pod
wpływem  tych  czynników  skały  ulegają    przebudowie.  Zmienia  się  ich  skład  mineralny  i  budowa
wewnętrzna (struktura i tekstura). Odbywa się to jednak z zachowaniem stałego stanu skupienia, co
najwyżej z podrzędnym udziałem fazy ciekłej lub gazowej. Skały metamorficzne mogą powstawać
zarówno ze skał magmowych, jak też ze skał osadowych.
Proces  niszczenia  skał  pod  wpływem  powietrza,  wody  nasłonecznienia  (zmiany  temperatury)
i organizmów nazywa się  wietrzeniem skał.
Rozróżnia się wietrzenie:
-  chemiczne,
-  fizyczne (mechaniczne),
Proces  wietrzenia  powoduje  stałe  niszczenie  skał  litych,  obniżenie  ich  parametrów  technicznych
oraz powoduje stopniowe przechodzenie skał litych w utwory rozdrobnione (grunty).
Utwory akumulacji rzecznej
Szybki nurt potoków górskich porywa i przenosi drobne cząstki, odłamki skał i rumosz.  Okruchy
skalne w czasie transportu zaokrąglają się wskutek tarcia. Z większych okruchów powstają otoczaki
i  obtoczone  ziarna  żwiru,  z  drobnych  -  ziarna  piasku.  W  wyniku  tarcia    ziarn  o  siebie  i  ich
zaokrąglania się powstają cząstki pyłowe. Ziarna piasku, cząstki pyłowe i iłowe są unoszone przez
rzeki na duże odległości i odkładają się (akumulują) stopniowo w miarę zmniejszania się prędkości
wody.  W górnym biegu odkłada się materiał najgrubszy: otoczaki, żwir i piasek gruby; w średnim
biegu - piaski średnie, w dolnym biegu - piaski drobne i pyły.
Osady  akumulacji  lodowcowej  reprezentują  gliny  morenowe,      bruki  morenowe,  osady
wodnolodowcowe  (fluwioglacjalne)    i  zastoiskowe  (iły  warwowe).  Gliny  zwałowe  morenowe  są
bezładną  mieszaniną      cząstek  iłowych  i  pyłowych,  ziarn  piasku  i  żwiru  razem  z  otoczakami
i dużymi głazami skał skandynawskich (granitów).

Erozyjne  działanie  wiatrów  oraz  wymywanie  przez  wody  opadowe  powodują,  że  powierzchnia
skorupy  ziemskiej  ulega  stałym  przeobrażeniom.  Przemieszczające  się  cząstki  są  akumulowane  w
bezodpływowych  zagłębieniach  terenu  oraz  na  tarasach  rzecznych.  Osady  zastoiskowe
reprezentowane są  przez iły warwowe,  muły  jeziorne i mady rzeczne.

Wykład II
Temat: Ogólne wiadomości o gruncie i podłożu budowlanym

Zawartość wykładu:

1. Podstawowe pojęcia według PN-86/B-02480
2.Klasyfikacja gruntów według PN-86/B-02480
3.Definicje i terminy według  PN-EN ISO 14688 - 1
4. Klasyfikacja gruntów gruntów według PN-EN ISO 14688
5. Kryteria do makroskopowego rozpoznania gruntów PN-EN ISO 14688

Podstawowe pojęcia wg PN-86/B- 02480

Grunt naturalny – grunt , którego szkielet powstał w wyniku procesów geologicznych.
Grunt antropogeniczny – grunt nasypowy utworzony z produktów gospodarczej i przemysłowej
działalności  człowieka  (  odpady  komunalne,  pyły  dymnicowe,  odpady  poflotacyjne  itp.)
w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych.
Grunt  rodzimy  –  grunt  powstały  w  miejscu  zalegania  w  wyniku  procesów  geologicznych
(wietrzenie,  sedymentacja  w  środowisku  wodnym  itp..  );  grunty  rodzime  są  zawsze  gruntami
naturalnymi.
Grunt nasypowy – grunt naturalny lub antropogeniczny powstały w wyniku działania człowieka
np. w wysypiskach, zwałowiskach, zbiornikach wodnych, budowlach ziemnych.
Grunt  mineralny  –  grunt  rodzimy  ,  w  którym  zawartość  części  organicznych  jest  równa  lub
mniejsza niż 2 %.
Grunt  organiczny  –  grunt  rodzimy  ,  w  którym  zawartość  części  organicznych  jest  większa  niż
2%.
Grunt  spoisty  –  nieskalisty  grunt  mineralny  lub  organiczny  wykazujący  wartość  wskaźnika
plastyczności  Ip>1%  lub  wykazujący  w  stanie  wysuszonym  stałość  kształtu  bryłek  przy
naprężeniach  >  0,01  MPa;  minimalny  wymiar  próbek  nie  może  być  mniejszy  niż  10-krotna
wartość  maksymalnej  średnicy  ziaren.  W  stanie  naturalnym  grunty  spoiste  wykazują  cechę
plastyczności.
Grunt niespoisty (sypki) – nieskalisty grunt mineralny lub organiczny nie spełniający warunków
podanych dla gruntu spoistego.

Terminy i definicje PN – EN ISO 14688-1:

Grunt
Zespól  cząstek  mineralnych  niekiedy  z  substancją  organiczną  w  postaci  osadu,  który  może  być
rozdrobniony przez delikatne rozcieranie w ręce i który zawiera wodę i powietrze ( a niekiedy też
inne gazy).
Oznaczenie gruntu
Określenie  nazwy  gruntu    i  opis  na  podstawie  uziarnienia,  rodzaju  materiału,  właściwości
składników mineralnych lub  organicznych oraz plastyczności.
Budowa  geologiczna
Zmienność  składu, w tym także  warstwowanie i nieciągłości
Nieciągłości
Powierzchnie  warstw, spękania, szczeliny, uskoki i powierzchnie ścięcia.
Substancja organiczna - substancja  składająca  się z materiału roślinnego oraz zoogenicznego i
produkty przetworzenia tych materiałów, np. humus
Substancja organiczna zawiera zwykle duża wilgotność.
Uziarnienie  - wymiary  cząstek gruntu  i ich rozkład
Frakcja  -  część    gruntu,  która  może  być  wyróżniona  na  podstawie  określonego  wymiaru  ziaren
Plastyczność  -  cecha  gruntów  spoistych  określająca  ich  podatność  na  zmianę  właściwości
mechanicznych przy zmianach wilgotności .
Grunty  wulkaniczne  -  minerały  piroklastyczne  tworzące  się  i  formowane  w  wyniku  wybuchu
wulkanu, np. pumeks, żużel i popiół wulkaniczny

Frakcja  główna  –  określa  właściwości  inżynierskie  gruntu.  Dla  jasności  można  ją  podawać
dużymi literami. Frakcja główna jest opisywana rzeczownikiem.
Frakcje  drugorzędne  –  frakcje  drugorzędne  i  kolejne  nie  określają  właściwości  inżynierskich
gruntu,  lecz  mają  na  nie  wpływ.  Frakcja  drugorzędna  opisywana  jest  co  najmniej  jednym
przymiotnikiem. Symbole tej frakcji należy pisać małymi literami.
Grunty  stanowiące  przewarstwienia  można  pisać  małymi  podkreślonymi  literami,  następującymi
po frakcji głównej.
Zaleca  się  klasyfikowanie  plastyczności  gruntów  drobnoziarnistych  z  zastosowaniem
następujących terminów:
•  Nieplastyczny
•  Mało plastyczny
•  Średnio plastyczny
•  Bardzo plastyczny

Najogólniej grunty budowlane ze względu na genezę dzielimy na

• naturalne - grunty , których szkielet (faza stała) powstał w wyniku procesów geologicznych,
• antropogeniczne – grunty nasypowe utworzone z produktów gospodarczej lub przemysłowej

działalności człowieka ( odpady komunalne, pyły dymnicowe, odpady poflotacyjne itp.)
w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych itp.

• Grunty naturalne dzieli się na: grunty rodzime i grunty nasypowe.

Grunty rodzime ze względu na zawartość części organicznych dzieli się na:

• mineralne,
• organiczne

oraz ze względu na odkształcalność podłoża gruntowego na:

• skaliste,
• nieskaliste.

Wykład III
Temat: Fizyczne właściwości gruntów i stany gruntów

Zawartość wykładu:

1. Struktura i tekstura gruntów
2. Uziarnienie gruntów
3. Cechy fizyczne gruntów

Struktura  gruntu  jest  to  ogół  cech  wewnętrznej  budowy  gruntów:  wielkość  i  kształt  ziarn
mineralnych  i  cząstek  gruntu,  sposób  w  jaki  są  ze  sobą  powiązane.  W  gruntach  ze  względu  na
wielkość  ziarn  wyróżnia  się  następujące  struktury:  psefitową  (  np.  żwiry),  psamitową  (piaski),
aleurytową  (pyły),  pelitową  (iły).  W  mechanice  gruntów  ostatnio  rozróżnia  się  trzy  typowe
struktury  gruntów:  ziarnistą  (  obejmującą  strukturę  psefitową  i  psamitową),  komórkową
i  kłaczkową  (  obejmujące  strukturę  aleurytową  i  pelitową  ).  Bardzo  często  grunty  mają  strukturę
mieszaną.
Tekstura  gruntu  jest  to  sposób  przestrzennego  rozmieszczenia  składników,  stopień  ich
uporządkowania oraz stopień wypełnienia masy gruntowej.
Tekstura  gruntów  powstaje  w  czasie  sedymentacji  osadu,  a  więc  zależy  od  środowiska,  w  którym
powstaje osad.
Tekstura gruntów określana jest często jako warstwowa. Tekstura warstwowa może być zaburzona
w trakcie lub zakończeniu sedymentacji osadu. Dość często występują również osady pozbawione
warstwowania ( np. glina zwałowa i less) lub ze śladami warstwowania.
Uziarnienie gruntów według normy PN-88/B-04481, wyznacza się głównie dwiema metodami:

- za pomocą analizy sitowej – w przypadku gruntów niespoistych gruboziarnistych

i drobnoziarnistych.

- za pomocą analizy areometrycznej – w przypadku gruntów spoistych i piasku pylastego.

Analiza sitowa polega na przesiewaniu gruntu (wysuszonego do stałej masy) przez kolejne sita
o znormalizowanych wymiarach oczek kwadratowych: 40, 25, 20,10, 2,0, 1,0, 0,5, 0,25, 0,10, 0,071
lub 0,063 mm.
Należy obliczyć w procentach masę ziarn pozostających na poszczególnych sitach, w stosunku do
całkowitej suchej masy badanej próbki gruntu. Pozostałość wagową ziarn gruntu na każdym sicie
oblicza się ze wzoru:

Si=msi/ms • 100%,

gdzie msi – masa suchych ziarn pozostałych na sicie,
ms – masa suchej próbki gruntu wziętej do analizy.

Analiza areometryczna polega na oznaczaniu zmian gęstości objętościowej jednorodnej zawiesiny
gruntowej  w  określonych  normowo  odstępach  czasu  za  pomocą  specjalnego  areometru.  Gęstość
objętościowa  zawiesiny  zależna  jest  od  ilości  zawieszonych  w  niej  cząstek  gruntowych,  maleje
z  upływem  czasu  w  związku  z  opadaniem  cząstek.    Na  podstawie  oznaczonej  gęstości
objętościowej zawiesiny, oblicza się według wzoru Stockes’a średnice zastępcze cząstek pyłowych
i iłowych.
Uziarnienie gruntu charakteryzują dwa wskaźniki:
-  wskaźnik różnoziarnistości U,
-  wskaźnik krzywizny uziarnienia C.

Gęstość właściwa gruntu

Gęstość objętościowa gruntu

Wilgotność gruntu

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

Porowatość gruntu

Wskaźnik porowatości gruntu

Stopień wilgotności gruntu

Wykład IV
Temat : Ruch wody gruntowej i zjawiska z nim związane

Zawartość wykładu:

1. Rodzaje wody w gruncie
2. Podział wód podziemnych
3. Podstawowe warunki ruchu wody w gruncie
4. Filtracja. Prawo Darcy’ego
5. Filtracja w gruntach spoistych
6. Wyznaczanie współczynnika filtracji
7. Mechaniczne działanie wody na szkielet gruntowy

Woda w gruncie może występować w następujących  stanach skupienia: gazowym, ciekłym i
stałym.  Obecnie klasyfikuje się rodzaje wody w gruncie na podstawie stanu skupienia, ruchliwości
i wzajemnego oddziaływania na cząstki gruntowe.
Na podstawie tych kryteriów przyjmuje się, że w podłożu gruntowym występuje woda:
-  jako para wodna,
-  związana, jako woda higroskopijna i błonkowata (silnie i słabo związana),
-  kapilarna (włoskowata ),
-  wolna,
-  krystalizacyjna i chemicznie związana,
-  jako lód.

Woda  znajdująca  się  w  gruncie  wpływa  w  znacznym  stopniu  na  jego  zachowanie  się  pod
obciążeniem oraz powoduje zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych gruntów.

Woda  związana  w  postaci  wody  higroskopijnej  i  błonkowatej  utrzymuje  się  na  powierzchni
cząstek gruntu dzięki działaniu sił przyciągania międzycząsteczkowego i elektrycznego. Im większa
jest  łączna  powierzchnia  cząstek  gruntu  (powierzchnia  właściwa  ),  tym  większa  ilość  wody
zawartej w porach, w postaci pary lub ciekłej wody, może przechodzić w postać wody związanej na
powierzchni cząstek.
Woda higroskopijna – tworząca powłokę bezpośrednio przylegającą do ziarna – jest z nim silnie
związana,  nie  ulega  sile  przyciągania  ziemskiego  i  nie  przekazuje  ciśnienia  hydrostatycznego,  ma

większą gęstość od wody wolnej (1,2-2,4 g/cm3 ), co nadaje jej cechy ciała stałego.

Woda błonkowata tworzy jakby druga otoczkę  wodną na powierzchni ziarna i dlatego jest z nim
luźniej  związana.    W  miarę  oddalania  się  od  powierzchni  ziarna  właściwości  wody  błonkowatej
coraz bardziej zbliżają się do właściwości zwykłej wody ciekłej.
Woda  wypełniająca  w  gruncie  pory,  stanowi  układ  połączonych  ze  sobą  kanalików  o  różnej
ś

rednicy ( rurki włoskowate, kapilary ), podnosi się powyżej wody wolnej w gruncie. Jest to woda

kapilarna  (  włoskowata  )  .  Podnoszenie  się  wody  w  kapilarach  jest  wywołane  działaniem  dwu
zjawisk:  przyczepności  (adhezji  )  wody  do  ścianek  kapilary  i  napięcia  powierzchniowego
wody.Woda  podziemna  występuje    zazwyczaj  w  utworach  przepuszczalnych  (żwiry  i  piaski)
podścielonych  utworami  nieprzepuszczalnymi  (  np.  gliny  ,  iły  ).    Wody  podziemne  są  zasilane
bezpośrednio  z  powierzchni  terenu  przez  filtrujące  wody  opadowe  lub  wody  powierzchniowe  ze
zbiorników wodnych i rzek oraz przez kondensacje pary wodnej znajdującej się w porach gruntów.
W  przestrzennym  rozmieszczeniu  wód  pod  powierzchnią  terenu  rozróżnia  się  dwie  strefy:  strefę
aeracji  i  strefę  saturacji.  Granica  między  nimi  jest  zwierciadło  wody  podziemnej,  nazywane
powszechnie zwierciadłem wody gruntowej.
Strefa aeracji, czyli napowietrzenia występuje,  między powierzchnią terenu  a zwierciadłem wody
podziemnej.  W  strefie  aeracji  pory  gruntowe  wypełnione  są  powietrzem  a  woda  występuje
w różnych postaciach.

Strefa saturacji, czyli nasycenia woda, występuje poniżej zwierciadła wody gruntowej. W strefie tej
wolne  przestrzenie  między  ziarnami  mineralnymi,  wodą  higroskopijna  i  błonkowata,  wypełnia
woda wolna.
Przepływ  wody  w  gruncie  nazywamy  filtracją,  zależy  od  uziarnienia,  struktury  i  porowatości
gruntu oraz temperatury i lepkości wody. Im drobniejsze uziarnienie gruntu tym większe są opory
ruchu wody.
Ze  względu  na  skomplikowany  układ  porów  (kanalików  )  w  gruncie  i  ich  średnicę,  cząstki
przepływającej wody mają różne i zmieniające się prędkości. Prędkości te są jednak znikomo małe
w stosunku do przepływu wody, np. w przewodzie wodociągowym lub rzece.
Najczęściej  przepływ  wód  gruntowych  jest  ruchem  laminarnym.  Określenie  prędkości
poszczególnych cząstek wody poruszających się w gruncie jest praktycznie niemożliwe, dlatego do
obliczeń  przyjęto  umowną  prędkość,  zwaną  prędkością  filtracji.  Jest  to  prędkość,  z  jaką
poruszałaby    się  woda  w  gruncie,  gdyby  ruch  ten  odbywał  się    całym  przekrojem,  a    nie  tylko
porami.
Metody wyznaczania
Współczynnik filtracji k gruntów można wyznaczyć następującymi metodami:
-  wzorów empirycznych ( na podstawie danych o uziarnieniu i porowatości ),
-  laboratoryjnie ( na próbkach gruntu ),
-  badań polowych ( np. próbnego pompowania ).

Wykład V
Temat : Mechaniczne właściwości gruntu - podstawowe pojęcia

Zawartość wykładu:

ciśliwość gruntów

Wytrzymałość na ścinanie

Zagęszczalność guntów

Podstawowe pojęcia:

wielkości charakteryzujące ściśliwość i odprężenie gruntu ,

wielkości charakteryzujące wytrzymałość gruntu na ścinanie,

parametry zagęszczalności gruntu.

Określenie wielkości charakteryzujących ściśliwość i odprężenie gruntu :
• Edometryczne moduły ściśliwości i odprężenia

edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej,

edometryczny moduł ściśliwości wtórnej,

edometryczny moduł odprężenia.

• Moduły odkształcenia i moduły odprężenia:

moduł pierwotnego odkształcenia gruntu,

moduł wtórnego odkształcenia gruntu,

moduł odprężenia gruntu.

• Moduł i współczynnik podatności podłoża.

Związki teoretyczne pomiędzy wielkościami charakteryzującymi ściśliwość gruntu
Laboratoryjne badania edometrycznego modułu ściśliwości przeprowadza się w edometrze

Wytrzymałość gruntu na ścinanie :

wzór Coulomba ,

opór tarcia wewnętrznego i kąt tarcia wewnętrznego,

spójność,

badanie wytrzymałości na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania,

badanie wytrzymałości na ścinanie w aparacie trójosiowego ściskania.

Parametry zagęszczenia gruntów :

metody laboratoryjne badań zagęszczalności gruntów,

parametry zagęszczalności gruntów ,

wskaźnik zagęszczenia gruntów.

Wykład VI
Temat: Zasady ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych

Zawartość wykładu:

Rodzaje warunków gruntowych

Podział obiektów budowlanych na kategorie,

Opracowanie dokumentacji geotechnicznej

Dokumentacja geologiczno-inżynierska.

Przez  ustalanie  geotechnicznych  warunków  posadowienia  obiektów  budowlanych  (GWPOB),
wg  rozporządzenia,  rozumie  się  zespół  czynności  zmierzających  do  określenia  przydatności
gruntów na potrzeby budownictwa wykonywanych w szczególności w terenie i w laboratorium.

GWPOB ustala się w celu uzyskania danych: -

dotyczących

budowy

parametrów

geotechnicznych

podłoża

gruntowego

współpracującego

z projektowanym obiektem i w strefie oddziaływania projektowanych robót,

- umożliwiających rozpoznanie zagrożeń mogących wystąpić w trakcie robót budowlanych lub

w ich wyniku, - wymaganych do bezpiecznego i racjonalnego zaprojektowania i wykonania
obiektu budowlanego.

W celu ustalenia GWPOB wykonuje się analizy i oceny dokumentacji geotechnicznej, geologiczno-
inżynierskiej i hydrogeologicznej, danych archiwalnych oraz innych danych dotyczących badanego
terenu i jego otoczeniaNależy też w zależności od potrzeb projektowanego obiektu: -

przygotować program badań geotechnicznych w terenie,

-  wykonać badania geotechniczne terenowe,
-  wykonać badania laboratoryjne,
-  ustalić  wzajemne  oddziaływanie  fundamentów  obiektu  budowlanego  i  podłoża  gruntowego

(np. próbne obciążenie),

- wykonać prognozę zmian właściwości podłoża gruntowego, obliczenia nośności, stateczności

i  osiadania  fundamentów,  ustalenia  danych  niezbędnych  do  zaprojektowania  fundamentów,
określenia  szkodliwości  oddziaływania  wód  gruntowych  na  obiekt  budowlany  i  sposobów
zabezpieczenia i określenie zakresu niezbędnych pomiarów geodezyjnych.

Zakres  wykonywanych  czynności,  przy  ustalaniu  GWPOB,  uzależnia  się  od  zaliczenia  obiektu
budowlanego  do  kategorii  geotechnicznej.  Kategorię  geotechniczną  ustala  się  w  zależności  od
rodzaju warunków gruntowych oraz czynników konstrukcyjnych, stopnia zagrożenia życia i mienia
awarią, jak również od wartości zabytkowej konstrukcyjnej oraz zagrożenia środowiska.

Rodzaje warunków gruntowych:

-  proste warunki gruntowe,
-  złożone warunki gruntowe,
-  skomplikowane warunki gruntowe,

Podział obiektów budowlanych na kategorie:

pierwsza kategoria geotechniczna , obejmuje niewielkie obiekty budowlane o statycznie
wyznaczalnym schemacie obliczeniowym, w prostych warunkach gruntowych, dla których
wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów ,

druga kategoria geotechniczna , która obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych
warunkach gruntowych, wymagające oceny danych geotechnicznych i ich analizy.

trzecia kategoria geotechniczna , która obejmuje;

nietypowe obiekty budowlane niezależnie od stopnia skomplikowania warunków
gruntowych, których wykonanie lub użytkowanie może stwarzać poważne zagrożenie dla
użytkowników i środowiska,

obiekty budowlane posadawiane w skomplikowanych warunkach gruntowych,

obiekty zabytkowe i monumentalne.

Opracowanie dokumentacji geotechnicznej
Dokumentacja składa się z części opisowej i graficzno-tabelarycznej.
Dokumentację geologiczno inżynierską sporządza się w formie tekstowej , tabelarycznej i
graficznej.

Zasady wyznaczania uogólnionych wartości parametrów geotechnicznych :

metoda A,

metoda C,

metoda B,

wartość charakterystyczna parametru

wartość obliczeniowa parametru.

Wykład VII
Temat: Rodzaje fundamentów, nośność i odkształcalność podłoża gruntowego

Zawartość wykładu:

1. Ogólne wiadomości o fundamentach
2. Naprężenia w ośrodku gruntowym
3. Nośność i odkształcalność podłoża gruntowego

Fundamenty  płytkie  są  to:  stopy,  ławy,  ruszty,  płyty,  skrzynie  i  bloki  fundamentowe  oparte
bezpośrednio na gruncie. Są tak zwane fundamenty bezpośrednie.
Fundamenty  głębokie  stosuje  się  wtedy,  gdy  wytrzymałe  podłoże  naturalne  występuje  głęboko
(głębiej niż 4m).
Częściej stosowana grupę fundamentów głębokich stanowią fundamenty pośrednie.
Zasada  fundamentów  pośrednich  polega  na  przeniesieniu  nacisku  fundamentu  na  głębsze,
wytrzymałe  warstwy  podłoża,  przez  przeniesienie  obciążeń  budowli  różnymi  metodami,  aż  do
warstwy  gruntu  wytrzymałego  za  pomocą  takich  elementów  jak  np.  pale,  studnie  opuszczane  ,
kesony, ścianki szczelinowe, słupy.

Rozkład i wartości składowych naprężenia  w podłożu w poziomie posadowienia
fundamentów
Rozkład i wartości naprężenia w podłożu poniżej poziomu posadowienia fundamentów

Nośność i odkształcalność podłoża gruntowego :
- obliczenia według I stanu granicznego

( wypieranie podłoża przez pojedynczy fundament lub przez cały obiekt budowlany, osuwisko
lub zsuw fundamentów lub podłoża wraz z obiektem budowlanym, przesuniecie w poziomie
posadowienia fundamentów lub w głębszych warstwach podłoża),

- obliczenia według II stanu granicznego

( średnie osiadanie fundamentów obiektu budowlanego, przechylenie obiektu budowlanego jako
całości lub części wydzielonej dylatacjami, odkształcenie konstrukcji, wygięcie - ugięcie obiektu
budowlanego jako całości lub części między dylatacjami, względne różnice osiadania
fundamentów).

Obliczanie osiadań fundamentów

osiadanie poszczególnych warstw od składowej naprężenia wtórnego,

osiadanie poszczególnych warstw od składowej naprężenia dodatkowego.