Podstawowe cechy

Podstawowe cechy

geologiczno-inżynierskie (geotechniczne)

geologiczno-inżynierskie (geotechniczne)

skał (gruntów)

skał (gruntów)

posadowienia na nim

budowli

To te właściwości, które mają wpływ na ocenę przydatności podłoża

do:

wykorzystania w budowach ziemnych

obliczeń stateczności zboczy i skarp

Badaniem cech geotechnicznych zajmuje się gruntoznawstwo,
mechanika gruntów i mechanika skał.

Podstawowe cechy

Podstawowe cechy

geologiczno-inżynierskie (geotechniczne)

geologiczno-inżynierskie (geotechniczne)

skał (gruntów)

skał (gruntów)

cechy fizyczne

dzielą się na:

cechy mechaniczne

porowatość

[n]

cechy fizyczne:

cechy fizyczne:

wodoprzepuszczalno

ść

gęstość

właściwa

(rzeczywista)

[

s

]

gęstość objętościowa

[]

wilgotność (w)

To stosunek objętości wolnej
przestrzeni do objętości skały, czyli
stosunek objętości porów do
szkieletu mineralnego

[%]

p. intergranularna

szczelinowatość

krasowatość

pory otwarte

pory zamknięte

Porowatość nie zależy od frakcji, o ile skała jest dobrze
wysortowana. Stąd też taką samą liczbowo porowatość
może mieć pył, piasek i żwir.

Porowatość skał okruchowych zależy
od:

obecności, ilości i rodzaju
spoiwa

stopnia
wysortowania

kształtu ziaren

sposobu ułożenia
ziaren

stopnia otoczenia
ziaren

Przy zagadnieniach związanych z filtracją wody ważny jest także

rozmiar porów. Przy wymiarze porów rzędu dziesięciotysięcznych

części milimetra nawet silnie porowate grunty są wodoszczelne.

Dodatkowo należy rozróżnić pory otwarte i pory zamknięte, tylko

otwarte mogą brać udział w filtracji.

porowatość

[n]

cechy fizyczne:

cechy fizyczne:

wodoprzepuszczalno

ść

gęstość

właściwa

(rzeczywista)

[

s

]

gęstość objętościowa

[]

wilgotność (w)

To stosunek masy składników
mineralnych do ich objętości

[g/cm3]

Zależy ona bezpośrednio od

składu mineralnego, gdyż

poszczególne minerały

różnią się gęstością, np.:

• montmorillonit 2,34 g/cm3
• biotyt 2,7 – 3,1 g/cm3

porowatość

[n]

cechy fizyczne:

cechy fizyczne:

wodoprzepuszczalno

ść

gęstość

właściwa

(rzeczywista)

[

s

]

gęstość objętościowa

[]

wilgotność (w)

To stosunek masy skały do jej

objętości.

[g/cm3]

Zależy od:

wilgotności

porowatości

składu mineralnego

porowatość

[n]

cechy fizyczne:

cechy fizyczne:

wodoprzepuszczalno

ść

gęstość

właściwa

(rzeczywista)

[

s

]

gęstość objętościowa

[]

wilgotność (w)

To stosunek masy wody zawartej w

skale do masy całej skały [%]

Wilgotność skał, zwłaszcza leżących

w strefie przypowierzchniowej

ulega częstym zmianom.

Wilgotność skał ma istotny wpływ

na ich cechy mechaniczne,

szczególnie w skałach spoistych

(gliny, iły) i lessach.

wytrzymałość

[MPa]

cechy mechaniczne skał:

cechy mechaniczne skał:

ściśliwość [

s

]

To odporność skały na siłę fizyczną

usiłującą ją zniszczyć. [MPa]

Istnieją różne rodzaje wytrzymałości

– najczęściej badana jest

wytrzymałość na ściskanie, ale

także na:

zginanie, rozciąganie, uderzanie,

miażdżenie, ścinanie

Specyficznym rodzajem jest badana w gruntach wytrzymałość na

ścinanie.

Siła ścinająca musi pokonać opór

tarcia wewnętrznego

oraz

wewnętrzne siły wiążące poszczególne cząstki mineralne ze sobą

–

siły spójności.

Miarą wytrzymałości na ścinanie jest

kąt

tarcia wewnętrznego



(kąt stoku jaki utworzyłby swobodnie usypywany grunt, np.

piasek)

wytrzymałość

[MPa]

cechy mechaniczne skał:

cechy mechaniczne skał:

ściśliwość [

s

]

Zmniejszenie objętości skały pod

wpływem obciążenia.

Jest to cecha istotna przy

badaniu skał okruchowych

niescementowanych oraz innych
gruntów (torfy, namuły), gdyż są

one łatwo odkształcalne i

praktycznie niesprężyste.

Podczas obciążania grunt podlega konsolidacji, której miarą jest

moduł ściśliwości (M

o

)

Hydrogeologia

Hydrogeologia

– zajmuje się wodami podziemnymi

Pochodzenie wód podziemnych:

wody meteoryczne – powstają wskutek wsiąkania opadów

atmosferycznych
w głąb ziemi

wody juwenilne – pozostałości po krystalizacji minerałów z magmy

wody reliktowe – wody dawnych zbiorników wodnych oddzielone

od
powierzchni warstwami nieprzepuszczalnymi

kondensacyjne – pochodzą z kondensacji pary wodnej zawartej w

powietrzu
wypełniającym szczeliny i pory w skałach

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

porowatość

[n]

wilgotność

[w]

wodonasycalnoś

ć

odsączalność

wodoprzepusczalno

ść

Dla skał może wynosić:

•Granity – 0,05 – 3%
•Sjenity – 0,25 – 1,4%
•Gabro – 0,2 – 2,4%
•Bazalty – 0,6 – 2,9%
•Porfiry – 0,05 – 12,4%
•Gnejsy – 1,5 – 2,3%
•Migmatyty – 0,01 – 0,03%
•Łupki krystaliczne – 0,01 – 3,3%
•Marmury – 0,7 – 1,5%
•Piaskowce – 0,1 – 20,2%
•Wapienie – 0,04 – 12,5%
•Wapienie trzeciorzędowe – 2 –
37% (najczęściej >20%)

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

porowatość

[n]

wilgotność

[w]

wodonasycalnoś

ć

odsączalność

wodoprzepusczalno

ść

Jest to stosunek ciężaru wody

zawartej w gruncie do ciężaru

szkieletu gruntowego, wyrażony w

procentach.

Wilgotność naturalna

Wilgotność naturalna to ilość wody

jaka znajduje się w skale (gruncie) w

warunkach naturalnych w danym

momencie czasu.

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

porowatość

[n]

wilgotność

[w]

wodonasycalnoś

ć

odsączalność

wodoprzepusczalno

ść

Nazywana czasem pojemnością

wodną. To zdolność ośrodka

gruntowego do wchłonięcia i

utrzymania pewnej ilości wody.

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

porowatość

[n]

wilgotność

[w]

wodonasycalnoś

ć

odsączalność

wodoprzepusczalno

ść

Jest to zdolność ośrodka

gruntowego w pełni nasyconego

wodą do oddawania tej wody pod

wpływem siły ciężkości. Określa

się ją przy pomocy współczynnika

odsączalności , czyli stosunku

ilości wody która może odciec ze

gruntu do całkowitej objętości

ośrodka wypełnionego wodą.

Wsp. odsączalności nazywany

bywa porowatością aktywną lub

porowatością efektywną

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

własności hydrogeologiczne skał i gruntów:

porowatość

[n]

wilgotność

[w]

wodonasycalnoś

ć

odsączalność

wodoprzepusczalno

ść

To zdolność gruntu do

przepuszczania wody. Jest jednym z

najważniejszych parametrów

charakteryzujących ośrodki

gruntowe (skalne).

Stosowany jest tu współczynnik

wodoprzepuszczalności (wsp.

filtracji) k, który charakteryzuje

zdolność przesączania wody będącej

w ruchu laminarnym przez skały

porowate.

Wsp. filtracji to inaczej wielkość

liczbowa wyrażająca prędkość

przemieszczania się wody w różnych

rodzajach gruntu

Charakterystyka skał

pod względem

wodoprzepuszczalno

ści

G.W.

Bogomo-

łowk

A.M.

Owczin-

nikow

Z. Pazdro

Przykłady

Dobrze

przepuszczalne

>100

>10

>8,6

Łupek piaszczysty,

wapień, torf, piasek

gruboziarnisty, żwir

Przepuszczalne

10 – 100

1-10

0,86 – 8,6

Piaskowiec, piasek

drobnoziarnisty

Słabo przepuszczalne

0,1 – 10

0,01-1

0,086-0,86

Łupek ilasty, piasek

gliniasty

Półprzepuszczalne

< 0,1

0,001-

0,01

0,0086-

0,086

Glina pylasta

nieprzepuszczalne

-

<0,001

<0,086

Granit, glina, ił

Wartości w
[m/dobę]

glina

6,0E-12

1,0E-10

0,0000

0,00001

ił tłusty

1,0E-10

1,0E-10

0,0000

0,00001

ił chudy

1,0E-10

1,0E-09

0,0000

0,00009

granit

5,0E-09

6,0E-09

0,0004

0,00052

glina piaszczysta

6,0E-08

4,0E-06

0,0052

0,34560

piasek silnie gliniasty

1,00E-07 5,00E-06

0,0086

0,43200

torf

1,0E-07

5,0E-04

0,0086

43,20000

piaskowiec

4,0E-07

5,0E-05

0,0346

4,32000

pył piaszczysty

5,00E-07 3,00E-06

0,0432

0,25920

glina pylasta

1,0E-06

1,0E-05

0,0864

0,86400

łupek piaszczysty

0,0000

0,0005

0,0864

39,7440

wapień

0,0000

0,0250

0,2160

2160,0000

łupek ilasty

4,0E-06

9,0E-06

0,3456

0,77760

piasek drobnoziarnisty

2,5E-05

1,0E-04

2,1600

8,64000

less

3,00E-05 8,00E-05

2,5920

6,91200

margiel, wapień marglisty

9,0E-05

1,5E-03

7,7760

129,60000

piasek gruboziarnisty1,0E-04

2,9E-04

8,6400

25,05600

piasek średnioziarnisty

1,00E-04 2,90E-04

8,6400

25,05600

żwir z piaskiem

8,0E-04

2,0E-03

69,1200

172,80000

żwir

1,0E-03

8,0E-03

86,4000

691,20000

otoczaki

2,3E-03

2,3E-03 198,7200

198,72000

Podział wód podziemnych ze względu na ich stan fizyczny:

wody związane są przytrzymywane przez siły molekularne

blisko
ziaren mineralnych

wody wolne występują w porach i szczelinach skalnych i

mogą się
przemieszczać pod wpływem siły ciężkości

Wody związane

Wody związane

Woda higroskopowa

– woda w postaci molekuł pary wodnej,

utrzymywana siłami adsorpcji na powierzchni ziaren, otaczając je

cieniutką, lecz niekoniecznie ciągłą powłoką. Zmiana zawartości w.h.

zachodzi drogą przejścia do pary wodnej powietrza glebowego i

odwrotnie.

W.h. mogą się poruszać dopiero po przejściu w stan pary, zatem ich

usunięcie ze skały może odbyć się wyłącznie po wysuszeniu w temp.

>100

O

C.

W.h. nie przenoszą ciśnienia hydrostatycznego

.

Wody związane

Wody związane

Woda błonkowa

– woda w stanie płynnym, otaczająca ziarno mineralne w

postaci ciągłej błonki. Jest ona utrzymywana w swym położeniu przy

udziale sił elektrycznych pomiędzy ziarnem a dipolem wody.

Grubość warstwy wody błonkowej wynosi ok. 0,5 , przy czym jako ciecz

przemieszcza się ona od błonki cieńszej do grubszej.

Ilość w.b. zawarta w różnych gruntach zależy od ich składu mineralnego,

wielkości i kształtu ziaren itp. I waha się w bardzo szerokich granicach:

od ok. 1,5% w piaskach gruboziarnistych do ponad 40% w iłach

Wody wolne

Wody wolne

Wody opadowe wsiąkając w głąb ziemi przepływają przez

warstwy przepuszczalne, a gdy napotkają warstwę

nieprzepuszczalną gromadzą się nad nią, wypełniając wszystkie

wolne przestrzenie.

Warstwa skalna wypełniona wodą nosi nazwę

warstwy

wodonośnej

,

a ta jej część która jest nasycona

wodą

to tzw.

strefa

saturacji

.

Nad nią, powyżej

lustra wody gruntowej

,

znajduje się

strefa

aeracji

, czyli napowietrzenia,

gdzie pustki skalne nie są całkowicie wypełnione wodą.

Najważniejszą cechą wody wolnej jest to, że może ona

przenosić obciążenia hydrostatyczne.

Wody wolne

Wody wolne

Elementy warstwy wodonośnej:

lustro (zwierciadło) wody podziemnej to górna powierzchnia

wyznaczona zasięgiem wody występującej w porach,

szczelinach. Może być:

swobodne

swobodne – gdy nad nim znajduje się warstwa przepuszczalna,

co sprawia, że może się swobodnie podnosić

napięte (naporowe)

napięte (naporowe) – woda ma ciśnienie wyższe niż

atmosferyczne,
gdyż nad warstwą wodonośną znajduje się warstwa
nieprzepuszczalna

ustabilizowane

ustabilizowane – poziom wody jaki przybrałaby woda

znajdująca się w warstwie o ciśnieniu naporowym, w otworze
przewiercającym warstwę nieprzepuszczalną

Wody wolne

Wody wolne

w strefie aeracji:

Wody wsiąkowe

pochodzi z opadów i grawitacyjnie

przemieszcza się w dół przez strefę aeracji do strefy saturacji.

Wody kapilarne (włoskowate)

wypełniają kapilary

(przewody włoskowate) znajdujące się w skałach ponad lustrem

wody (strefa wzniosu kapilarnego). Wznoszenie się wody w

kapilarach wynika z działania sił napięcia powierzchniowego i sił

zwilżania.

Wody wolne

Wody wolne

w strefie saturacji:

Wody gruntowe

umownie przyjmuje się że ich strefa aeracji

ma miąższość >1m. Posiadają najczęściej swobodne zwierciadło

o przebiegu zgodnym z powierzchnią terenu i zasilane są

bezpośrednio opadami atmosferycznymi.

Wody przypowierzchniowe (zaskórne)

występują na

głębokości do 1m, zasilane są na całym obszarze występowania

opadami atmosferycznymi.Posiadają zawsze swobodne

zwierciadło.

Wody wolne

Wody wolne

w strefie saturacji:

Wody głębinowe

to wody wyłączone z cyklu

hydrogeologicznego, znajdujące się na dużych głębokościach i

odizolowane od innych poziomów wodonośnych. Zawierają

wody często silnie zmineralizowane o dużym ciśnieniu

piezometrycznym.

Wody wgłębne

znajdują się pod warstwą wodoszczelną. W

zależności od budowy geologicznej może występować kilka

połączonych lub nie poziomów wodonośnych. W.w. Zasilane są

na wychodniach warstw wodonośnych lub przez tzw.

okna

okna

hydrogeologiczne

hydrogeologiczne

(zmiana litologii, wyklinowanie, erozja).