plik

Pochodzenie i podział gruntów 1

MECHANIKA GRUNTÓW

Mechanika gruntów jest to nauka o fizycznych i mechanicznych

właściwościach gruntów oraz o stanach naprężenia i odkształcenia występujących
w ośrodku gruntowym pod wpływem działających obciążeń lub czynników
zewnętrznych.

Mechanika gruntów wywodzi się z mechaniki ogólnej, stosuje przyjęte w

niej  metody  rozwiązań  do  analizy  stanu  naprężeń  i  odkształceń  występujących  w
ośrodku  gruntowym  pod  wpływem  obciążenia  budowlami.  W  mechanice  gruntów
korzysta  się  zwłaszcza    z  metod  stosowanych  w  wytrzymałości  materiałów,  teorii
sprężystości  i  plastyczności  oraz  mechanice  ośrodków  sypkich.  Opiera  się
ponadto  na  takich  naukach,  jak:  geologia  ogólna,  geologia  inżynierska,
hydrogeologia, mineralogia, petrografia i fizykochemia.

W mechanice gruntów podstawą oceny właściwości fizycznych i

mechanicznych gruntów są badania laboratoryjne i terenowe oraz obserwacje
zachowania się budowli inżynierskich w warunkach naturalnych. Mechanika
gruntów stanowi podbudowę teoretyczną i praktyczną fundamentowania.

ZADANIA MECHANIKI GRUNTÓW

Mechanika gruntów jest nauką zajmującą się zagadnieniami występującymi

przy

projektowaniu i wykonawstwie budowli lądowych i wodnych

współpracujących  z  ośrodkiem  gruntowym  oraz  budowli  wykonanych  z  gruntu
(np.  nasypów  ziemnych  zapór  i  obwałowań  zbiorników  wodnych,  nasypów
drogowych i kolejowych, nasypów występujących w podłożu fundamentów).
W  związku  z  powyższym  mechanika  gruntów  musi  rozpoznawać  i  oceniać  właś-
ciwości  ośrodka  gruntowego  oraz  wpływ  obciążeń  i  różnych  czynników
zewnętrznych na zmianę jego właściwości. Mechanika gruntów zajmuje się więc
badaniem  właściwości  fizycznych  i  mechanicznych  gruntów,  zagadnieniami
filtracji  i  konsolidacji  gruntów,  rozkładem  i  wielkością  naprężeń  w  gruncie,
odkształceniem  i  nośnością  podłoża  gruntowego,  statecznością  budowli  i
statecznością zboczy i skarp, parciem gruntu na ściany oporowe oraz wpływem
różnych czynników na zmianę właściwości gruntów i występowaniem zjawisk z
nimi związanych (np. wpływem zawilgocenia, zagęszczenia, przemarzania itp.).

Pochodzenie i podział gruntów 3

POCHODZENIE GRUNTÓW

Zewnętrzną strefą kuli ziemskiej o stałym stanie skupienia jest skorupa

ziemska  zwana  litosferą.  Grubość  litosfery  nie  wszędzie  jest  jednakowa.  Na
obszarach  kontynentów  wynosi  ona  ok.  30  km,  a  pod  łańcuchami  górskimi
osiąga  70  km.  Znacznie  cieńsza  jest  natomiast  pod  dnem  oceanów,  gdzie  ma
kilkanaście kilometrów grubości. Średnia grubość litosfery wynosi ok. 33 km.
Przeciętna jej gęstość wynosi 2,8 g/cm

. Materiałem tworzącym skorupę ziems-

ką są skały. Zawierają one wszystkie znane pierwiastki chemiczne, jednakże ilo-
ściowy  udział  poszczególnych  pierwiastków  nie  jest  jednakowy.  Ponad  3/4
ogólnej masy litosfery przypada na dwa pierwiastki: tlen - 47% i krzem - 29,5%.
One  to  wraz  z  glinem  -  8,05%,  żelazem  -  4,65%,  wapniem  -  2,96%,  sodem  -
2,5%,  potasem  -  2,5%  i  magnezem  -  1,87%  stanowią  99%  masy  litosfery.
Pierwiastki  te  w  połączeniu  z  krzemem  tworzą  głównie  glinokrzemiany  i
krzemiany, które stanowią ponad 3/4 składu litosfery.

Skały występujące na powierzchni skorupy ziemskiej oraz na nieznacznej

głębokości  ulegają  wietrzeniu  -  stałym  niszczącym  procesom,  które  pogarszają
ich techniczne właściwości. Procesy niszczenia skał są bardzo skomplikowane i
przebiegają  różnie,  zależnie  od  środowiska  geologicznego.  Składa  się  na  nie
wiele  czynników.  Niektóre  z  tych  procesów  przebiegają  bardzo  szybko  i  mają
niekiedy duże znaczenie dla budownictwa.

Wietrzenie skał jest procesem długotrwałym, odbywającym się od

miliardów lat i trwającym także obecnie. Rozróżnia się wietrzenie fizyczne i
chemiczne.

Wietrzenie fizyczne jest wywołane głównie wahaniami temperatury,

zamarzanie m wody w porach, a także działaniem rozsadzającym korzeni roślin.
W wyniku współdziałania tych czynników skały ulegają osłabieniu i rozpadowi
na bloki, które następnie rozpadają się na coraz drobniejsze okruchy.

Wietrzenie chemiczne powoduje rozpad skał oraz zmiany w ich składzie

chemicznym  wskutek  procesów  chemicznych  zachodzących  wewnątrz  skał.
Głównymi  czynnikami  wywołującymi  wietrzenie  chemiczne  jest  woda  oraz
powietrze.  Woda  w  czasie  przechodzenia  przez  atmosferę  w  formie  opadów
pochłania z powietrza gazy, takie jak tlen, dwutlenek węgla, azot itp. i krążąc w
szczelinach  skał,  wywołuje  przemiany  polegające  na  utlenianiu,  uwadnianiu,
redukcji  i  uwęglaniu.  W  wyniku  wietrzenia  chemicznego  skaleni  lub  mik
powstają minerały ilaste.

Duży wpływ na wietrzenie skał mają bakterie (do głębokości 3 ÷ 5 m)

wytwarzające kwas węglowy (dwutlenek węgla w wodzie), kwas azotowy,
amoniak, siarkowodór i gaz błotny, przyczyniając się w ten sposób do dalszego
wietrzenia.

Poza wietrzeniem, rozdrobnienie okruchów występujących w skorupie

ziemskiej oraz zmiany w podłożu macierzystym powodują procesy erozyjne

Pochodzenie i podział gruntów 4

oraz transport materiału (rozdrobnienie mechaniczne).

Materiały powstałe z wietrzenia i rozdrobnienia mechanicznego skał

pierwotnych oraz w wyniku innych procesów geologicznych, tworzące wierzchnią
warstwę litosfery, nazywają się gruntami.

Produkty wietrzenia skał oraz frakcje uziarnienia gruntów (wg PN-B-02480:1986)

PODZIAŁ GRUNTÓW BUDOWLANYCH

Gruntem budowlanym nazywa się wszystkie utwory geologiczne

występujące  w  zasięgu  oddziaływań  budowli  inżynierskich  wznoszonych  na
powierzchni  lub  w  głębi  skorupy  ziemskiej  oraz  używane  jako  materiał  do
budowli  ziemnych.  Do  gruntów  budowlanych  zalicza  się  skały  oraz  naturalne
grunty  mineralne  i  organiczne,  jak  również  grunty  antropogeniczne.  Grunty
budowlane wg PN-B-02480:1986 dzieli się na naturalne i antropogeniczne.

Grunty naturalne - to grunty, których szkielet powstał w wyniku procesów

geologicznych. Dzieli się je ze względu na pochodzenie na: grunty rodzinie i
grunty nasypowe.

Grunt antropogeniczny jest to grunt nasypowy utworzony z produktów

gospodarczej lub przemysłowej działalności człowieka (odpady komunalne,
poflotacyjne itp.) w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych itp.

Za grunt nasypowy należy uznać grunt naturalny przerobiony w wyniku dzia-

łalności człowieka, np. w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych.

Grunty nasypowe dzieli się ze względu na pochodzenie na:

nasyp budowlany (NB) - grunt powstały wskutek kontrolowanego procesu

technicznego, np. w budowlach ziemnych,

nasyp niebudowlany (NN) - grunt powstały w sposób niekontrolowany, np.

w zwałowiskach czy wysypiskach.

Pochodzenie i podział gruntów 5

Przez pojęcie grunt rodzimy rozumie się grunt, który znajduje się w miejscu

powstania w wyniku procesów geologicznych.

Ze względu na zawartość substancji organicznej grunty rodzime dzieli się na

grunty mineralne i grunty organiczne.

Grunty mineralne są to grunty rodzime nie zawierające więcej niż 2% sub-

stancji organicznej. Ze względu na wytrzymałość (odkształcenie podłoża) grunty
mineralne dzieli się na grunty skaliste mineralne i grunty nieskaliste mineralne.

Grunty skaliste - to grunty rodzime lite lub spękane o nie przesuniętych

blokach (przy czym najmniejszy wymiar bloku musi przekraczać 10 cm), których
próbki nie wykazują zmian objętości ani nie rozpadają się pod działaniem wody
destylowanej i mają wytrzymałość na ściskanie R

> 0,2 MPa.

Grunty skaliste dzieli się ze względu na ich wytrzymałość na ściskanie

wyróżniając:

- grunt skalisty twardy (ST), o wytrzymałości na ściskanie R

> 5 MPa,

- grunt skalisty miękki (SM), o wytrzymałości na ściskanie R

≤ 5 MPa.

Podział gruntów skalistych ze względu na spękanie (wg PN-B-02480:1986)

Nazwa gruntu

Symbol

Określenie

Skała lita

Brak widocznych spękań (szczeliny o szerokości ≤
0,1 mm)

Skała mało spękana

Szczeliny występują nie gęściej niż co 1 m i mają
szerokość nie większą niż 1 mm

Skała średnio
spękana

Szczeliny  występują  gęściej  niż  co  1  m  i  mają
szerokość  nie  większą  niż  1  mm  lub  szczeliny
występują  nie  gęściej  niż  co  1  m,  lecz  mają
szerokość większą niż 1 mm

Skała bardzo
spękana

Szczeliny występują gęściej niż co 1 m i mają
szerokość większą niż 1 mm

Gruntem nieskalistym mineralnym nazywa się grunt, którego nie można zaliczyć do

gruntów skalistych (a więc jest rozdrobniony, bez silnych wiązań krystalicznych), a
w którym zawartość części organicznych wynosi 2% lub jest mniejsza.

Podstawowy podział gruntów nieskalistych mineralnych jest oparty na ich

uziarnieniu.

Podstawą

tej

klasyfikacji

jest

procentowa

zawartość

poszczególnych  frakcji  w  danym  gruncie  i  ich  wzajemny  stosunek.  Pod
pojęciem  frakcji  uziarnienia  rozumie  się  zbiór  wszystkich  ziarn  (cząstek)  gruntu
nieskalistego  o  średnicach  zastępczych  d  znajdujących  się  w  określonym  zakresie
wielkości.  (Średnica  zastępcza  jest  to  średnica  cząstki  kulistej  o  tej  samej  gęstości
właściwej  co  cząstka  gruntowa,  opadającej  w  wodzie  z  taką  samą  prędkością  jak
rzeczywista cząstka gruntowa).

Pochodzenie i podział gruntów 6

Frakcje gruntów nieskalistych (wg PN-B-02480:1986)

Grunty organiczne dzieli się podobnie jak grunty mineralne na grunty organiczne

skaliste i grunty organiczne nieskaliste.

Grunty organiczne skaliste dzieli się ze względu na stopień ich uwęglenia na

węgiel brunatny i węgiel kamienny.

Gruntem nieskalistym organicznym nazywa się grunt rodzimy, w którym za-

wartość części organicznych (I

) jest większa niż 2%.

Wyróżnia się następujące grupy nieskalistych gruntów organicznych:

grunty próchniczne - grunty nieskaliste zawierające ponad 2% części orga-
nicznych pochodzenia roślinnego (obumarłej flory i mikrofauny),

namuły - grunty powstałe w wyniku osadzania się substancji mineralnych i
organicznych w środowisku wodnym; piaszczyste lub gliniaste,

gytie - namuły o zawartości węglanu wapnia ponad 5%, który może wiązać

szkielet gruntu, nadając mu charakter gruntu skalistego o niskiej wartości
wytrzymałości na ściskanie R

torfy - grunty powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji

części roślinnych o zawartości części organicznych na ogół ponad 30%.

Z genetycznego punktu widzenia grunty podzielić można na:

grunty (skały) o różnej genezie, pochodzenia lądowego lub wodnego
wzbogacone, zwykle wtórnie (postsedymentacyjnie), w próchnicę lądową.

mady - utwory facji powodziowej, zawierające różną ilość substancji

organicznej, stąd też teoretycznie można je włączyć do wyżej wymienionej
grupy;

grunty organiczne pochodzenia wodnego - bagienne - torfy o zawartości

substancji organicznej już od 20%;

grunty organiczne pochodzenia wodnego - jeziorne - ogólnie uznawane za gytie,

o zawartości substancji organicznej już od 2% i zmiennym stosunku ilo-

Pochodzenie i podział gruntów 7

ściowym pozostałych dwóch składników: węglanu wapnia i części mineralnych
- bezwęglanowych;

grunty (skaty) organiczne o różnym stopniu przeobrażenia polegającego
na uwęgleniu substancji organicznej, zachodzącym pod wpływem różnych
czynników - węgle brunatne, węgle kamienne.

Grunty zaliczone do każdej z tych grup charakteryzują się odrębnymi właści-

wościami  wynikającymi  z  ich  genezy  i  powinny  być  traktowane  oddzielnie  ze
względu  na  różny  charakter  występującej  w  nich  substancji  organicznej,  stosunki
wodne, teksturę, a także różny charakter substancji mineralnej.

Pochodzenie i podział gruntów 8

Grunty budowlane

Grunty antropogeniczne

Grunty naturalne

Rodzime

Nasypowe

Mineralne

Organiczne

Mineralne

Organiczne

Nasyp

budowlany

Nasyp nie-
budowlany

Skaliste

Nieskaliste

Węgiel

brunatny

Węgiel

kamienny

Torf

Gytia

Namuł

Grunt

próchniczny

Skaliste

Nieskaliste

Drobno-
ziarniste

Grubo-
ziarniste

Kamieniste

Pospółka
gliniasta

sta

Pospółka

Żwir

gliniasty

Żwir

Otoczaki

Rumosz
gliniasty

Rumosz

Zwietrze

-lina

gliniasta

Zwietrze

-lina

Spoiste

Niespoiste

Ił

Glina

zwięzła

Glina

Pył

piaszczysty

Ił pylasty

Glina

pylasta
zwięzła

Glina

pylasta

Pył

piaszczysty

Glina

piaszczysta

zwięzła

Glina

piaszczysta

Piasek

gliniasty

Piasek

pylasty

Piasek

drobny

Piasek

średni

Piasek

gruby

Podział gruntów budowlanych (wg PN-B-02480:1986)