BUDOWNICTWO OGÓLNE
kierunek In\
ynier Europejski
Wykład 3
CHARAKTERYSTYKA GRUNTÓW
BUDOWLANYCH, DYLATACJE
Wykładowca: prof. dr hab. in\
. Zbigniew Mielczarek
Wykład 3.
Plan wykładu:
3.1. Charakterystyka gruntów budowlanych
3.2. Właściwości fizyczne gruntów
3.3. Właściwości mechaniczne gruntów
3.4. Podział gruntów
3.5. Badania próbek gruntu
3.6. Badania geologiczne gruntu
3.7. Wpływ nierównomierne osiadania na
zachowania budynków
Wykład 3.
3.1. Charakterystyka gruntów budowlanych
Zewnętrzną warstwę skorupy ziemskiej przejmującej na siebie
obciÄ…\
enia pochodzÄ…ce od budowli nazywamy gruntem
budowlanym.
Dział nauki zajmujący się badaniami gruntów i ich przydatności
dla celów budowlanych nosi nazwę geotechniki.
Geotechnika dzieli się na mechanikę gruntów zajmującą się
właściwościami mechanicznymi i gruntoznawstwo, czyli
badania właściwości fizycznych i chemicznych gruntów.
Wykład 3.
3.2. Właściwości fizyczne gruntów
Do właściwości fizycznych gruntów zaliczamy: gęstość,
porowatość, uziarnienie (frakcja), zagęszczenie, stan
plastyczny, zawilgocenie i wodoprzepuszczalność.
Gęstość gruntu wyra\
ona w kilogramach na metr sześcienny
gruntu stanowi istotny czynnik decydujÄ…cy o wydobyciu i
transporcie masy ziemnej przy wykonywaniu robót ziemnych.
Porowatość gruntu mówi nam o trudnościach wykonywania
robót ziemnych.
Wykład 3.
Uziarnienie, czyli frakcja określa procentową zawartość grup
ziaren o ustalonej wielkości
Zagęszczenie gruntów wyznacza się na podstawie badań
przeprowadzonych w terenie (sondowanie) lub laboratorium.
Rozró\
niamy grunty: zagęszczone, średnio zagęszczone i luz
ne.
Zagęszczenie jest cechą gruntów niespoistych.
Dla gruntów spoistych wyznaczamy stopień plastyczności,
zwany stanem plastycznym. Grunty spoiste dzielimy na: zwarte,
półzwarte, twardoplastyczne, plastyczne, miękkoplastyczne i
płynne.
Wykład 3.
Zawilgocenie gruntu oznaczamy procentowym stosunkiem
ciÄ™\
aru wody zawartej w gruncie do teoretycznego ciÄ™\
aru
gruntu idealnie suchego (tzw. szkieletu gruntowego).
Wodoprzepuszczalność gruntu, czyli jego zdolność do
przepuszczania wody siecią kanalików utworzonych z porów
gruntu, zwana tak\
e filtracjÄ… gruntu.
Wartość wodoprzepuszczalności mierzy się w centymetrach na
sekundę przepływu filtrowanej wody.
Wodoprzepuszczalność jest zale\
na od porowatości, uziarnienia
(frakcji) oraz składu mineralnego gruntu a dane liczbowe są
ustalane doświadczalnie w laboratoriach.
Wykład 3.
3.3. Właściwości mechaniczne gruntów
Do najwa\
niejszych właściwości mechanicznych gruntów
zaliczamy: nośność, ściśliwość i opór na ścinanie.
Nośnością gruntu nazywamy maksymalne obcią\
enie
jakie mo\
e przenieść jednostka powierzchni tego gruntu
(np. 1cm2) bez spowodowania uszkodzenia jego
wewnętrznej struktury. Oczywiście gruntu nie mo\
na
obciÄ…\
ać do wartości jego nośności lecz do wartości
zmniejszonych do granicy bezpieczeństwa. Te wartości
zmniejszone nazywamy obciÄ…\
eniami dopuszczalnymi,
które powodują powstanie w gruncie naprę\
eń
dopuszczalnych.
Wykład 3.
Ściśliwość gruntu określa właściwość zmniejszenia
objętości pod wpływem obcią\
enia. W praktyce jest to
jedna z najwa\
niejszych cech gruntu budowlanego, od niej
bowiem zale\
y osiadanie budowli posadowionej na
gruncie.
Opór gruntu na ścinanie cię\
arem własnym lub
obciÄ…\
eniem gruntu nadsypanego zale\
y od tarcia
pomiędzy cząsteczkami gruntu i od międzycząsteczkowej
spoistości. Spoistość i tarcie międzycząsteczkowe
przeciwdziałają zsuwaniu się skarp wykopu bądz
nasypu
Wykład 3.
3.4. Podział gruntów
Podział gruntów na klasy, grupy i podgrupy przyjmuje się na
podstawie normy (...).
Zgodnie z tym podziałem rozró\
nia siÄ™ cztery podstawowe klasy
gruntów: skały lite, grunty mineralne, grunty organiczne i grunty
nasypowe.
Skały lite dzielimy na:
- twarde o nośności przekraczającej 10Mpa. Do tej grupy
zalicza siÄ™ bazalty i granity
- miękkie o nośności poni\
ej w/w granicy. Do grupy tej
zaliczamy: wapienie, Å‚upki, margle, piaskowce i inne.
Skały lite dzieli się ponadto w zale\
ności od stopnia spękania
na: nie spękane czyli pozbawione szczelin, mało spękane ze
szczelinami nie przekraczającymi 2mm szerokości oraz mocno
spękane za szczelinami 2-10mm.
Wykład 3.
Do drugiej klasy, czyli do gruntów mineralnych rodzimych,
zaliczamy wszystkie grunty naturalne zawierajÄ…ce mniej ni\
2%
czÄ…steczek organicznych. Grunty tej klasy dzielimy na 5 grup
w zale\
ności od uziarnienia.
Trzecia klasa gruntów budowlanych to grunty organiczne
rodzime, które dzielimy na trzy grupy w zale\
ności od
procentowej zawartości części organicznych (roślinnych)
w gruncie.
Wykład 3.
3.5. Badania gruntu
Badanie gruntu polega na pobraniu próbek z ró\
nych
głębokości, a następnie na określeniu klasy i grupy gruntu na
podstawie uzyskanych próbek. W celu pobrania próbki
wykonuje się doły próbne, wiercenia lub sądowanie.
Rys. 3-1. Dół próbny.
Wykład 3.
Wiercenia badawcze polegajÄ… na wykonaniu otworu w gruncie
na głębokość do kilkunastu metrów z jednoczesnym wpuszcze-
niem w wywiercony otwór
rury, która zapada wgłąb
pod własnym cię\
arem.
Świder o średnicy 15-20cm
wprowadzany w grunt
ręcznie lub mechanicznie
zale\
nie od rodzaju gruntu i
głębokości wiązania 
zawieszony jest na trójnogu
(rys. 3-2) lub wie\
y
wiertniczej.
Rys. 3-2. Trójnóg wiertniczy.
Wykład 3.
Obecnie są często stosowane ruchome wie\
e wiertnicze
zmontowane na nadwoziu samochodu ciÄ™\
arowego.
W celu pobrania próbki gruntu
świder wyciąga się z rury, a na
jego miejsce wpuszcza specjalny
przyrzÄ…d stanowiÄ…cy odcinek
rury z zamykanym dnem, za
pomocą którego wydobywa się
próbkę na powierzchnię ziemi. W
zale\
ności od rodzaju gruntu
ró\
ne wiertła lub dłuta kurzące
(rys. 3-3).
Rys. 3-3. Narzędzia do wierceń
i pobierania prób.
Wykład 3.
Na podstawie pobranych próbek sporządza się przekrój
geologiczny terenu dla ka\
dego z otworów wiertniczych, z
określeniem warstw gruntu i głębokości zalegania.
Otwory wiertnicze na działce budowlanej rozmieszcza się wg.
następujących zasad:
- dla obiektów o powierzchni rzutu poni\
ej 300m2 wykonuje
siÄ™ trzy otwory wiertnicze, rozmieszczone tak, aby na ich
podstawie ustalić nachylenie warstw.
- dla budynków o powierzchni rzutu powy\
ej 300m2 nale\
y
wykonać wiercenia w naro\
ach budynku i wzdłu\
jego
boków w odległości nie większej od 30m od siebie i około
1-2m od krawędzi ściany budynku; ponadto 1 lub 2 otwory
w obrębie obrysu rzutu (rys. 3-4).
Wykład 3.
Badanie geologiczne gruntu
a)
c)
b
)
Rys. 3-4. Badania geologiczne gruntu: a) rozmieszczenie otworów wiertniczych,
b) przekrój A-A, c) przekrój otworu nr 7
Wykład 3.
Sondowanie gruntu polega na wbijaniu sondy wiertniczej
i pomiarze szybkości jej zagłębiania w gruncie (wpęd sondy).
Taran napędzający sondę ma znormalizowane wymiary, cię\
ar
i ilość uderzeń na jednostkę czasu. Liczba uderzeń sondy
przepadajÄ…ca na ka\
de 10cm wpędu określa zagęszczenie
gruntu.
Je\
eli zastosujemy sondę o cylindrycznej końcówce, wówczas
mo\
e ona słu\
yć jednocześnie do pobierania próbek gruntu.
Przy zastosowaniu sondy cylindrycznej zagęszczenie gruntu
mierzy się ilością uderzeń na ka\
de 30cm wpędu.
Wykład 3.
Makroskopowe (polowe) badania gruntów
Przebieg i sposób wykonywania makroskopowych badań gruntu
określa norma (...) oraz jest podany w ka\
dym poradniku dla
in\
ynierów i techników budowlanych.
ObciÄ…\
enia próbne (rys. 3-5) wykonuje się na dnie wykopu w
poziomie posadowienia przyszłego budynku. Dno wykopu nale\
y
starannie wyrównać i wykonać warstwę płynnej zaprawy
cementowej gruboÅ›ci 0,5÷10cm w celu zapewnienia dokÅ‚adnego
przylegania poduszki dociskowej do badanego podło\
a.
Wykład 3.
Badanie gruntu-obciÄ…\
enia próbne
Rys. 3-5. Schemat próbnego obcią\
enia.
Wykład 3.
Dylatacje
Fundament ma zapewnić równomierny rozkład obcią\
enia od
budynku na grunt.
Je\
eli w obrysie rzutu budynku zmieniajÄ… siÄ™ warunki gruntowe
i poszczególne jego części są posadowione na ró\
nych
warstwach, wówczas w fundamencie występują tak wielkie
naprÄ™\
e4nia zginajÄ…ce, \
e wykonanie takiego fundamentu jest
ekonomicznie nieuzasadnione.
W takiej sytuacji stosuje się podział całego budynku od
fundamentu do dachu pionowymi szczelinami, zwanymi
dylatacjami na odrębne części.
Wykład 3.
Dylatacje fundamentów nale\
y przewidywać, gdy mo\
na
spodziewać się rozmaitych osiadań pod ró\
nymi częściami
budowli. Mo\
e to mieć miejsce w następujących przepadkach:
a) przy posadowieniu budowli na gruntach o ró\
nych
właściwościach mechanicznych, szczególnie przy oparciu
fundamentów na gruntach spoistych i niespoistych
(rys. 3-6a).
b) przy du\
ej ró\
nicy nacisków jednostkowych pod ró\
nymi
częściami budowli, np. gdy budynek składa się z części
wy\
szej (wie\
owej) i ni\
szej (rys. 3-6b).
Wykład 3.
Przy zastosowaniu pod ró\
nymi częściami budowli ró\
nych
rodzajów fundamentów, np. częściowo opartych bezpośrednio
na gruncie, częściowo na palach (rys. 3-6c).
Rys. 3-6. Zasady wprowadzania szczelin dylatacyjnych: a) na gruntach ró\
norodnych,
b) przy ró\
nych obciÄ…\
eniach części budynku, c) przy ró\
nych sposobach
posadowienia części budynku
Wykład 3.
Dylatacje nale\
y równie\
zastosować, gdy:
- obok siebie posadowione są dwa budynki o ró\
nych
fundamentach np. z Å‚awami ceglanymi i \
elbetowymi
(rys. 3-7a).
- dwa budynki lub dwie części
a)
budynku posadowione obok
siebie są wykonywane w ró\
nym
czasie, czyli gdy nie ma miejsca
na wykonanie nowego
fundamentu obok fundamentów
b)
istniejÄ…cych (rys. 3-7b).
Rys. 3-7. Warunki , w których
konieczne jest wykonanie dylatacji.
Wykład 3.
Uszkodzenia ścian mogą równie\
wystąpić w przepadku
zastosowania materiałów o zró\
nicowanej rozszerzalności
termicznej. Często spotykanym przepadkiem jest pękanie ścian
budynku ceglanego pokrytego \
elbetowym dachem (rys. 3-8).
Uszkodzeniom tym mo\
na
a)
zapobiec przez zastosowanie
dylatacji konstrukcji
budynku dającej podział na
mniejsze części, z których
ka\
da podlega wydłu\
eniom
termicznym, jednak\
e w
b)
mniejszym stopniu ni\
jeden
długi budynek
Rys. 3-8. Dylatacja zapobiegajÄ…ca skurczom termicznym:
a) budynek bez dylatacji, b) budynek z dylatacjÄ… .
Wykład 3.
Na kolejnych rysunkach (3-9 do 3-14) pokazano wzięte z
praktyki przekłady uszkodzeń (zarysowań) budynków
spowodowane nierównomiernym osiadaniem budynków.
Rys. 3-9. Rysy w ścianie wskutek nierównomiernego osiadania budynku:
a) w części skrajnej, b) w części środkowej budynku.
Wykład 3.
Rys. 3-10. Zarysowanie budynku Rys. 3-11. Ró\
nica w osiadaniu Å‚aw fundamentowych
spowodowane osiadaniem spowodowana obni\
eniem zwierciadła
budynku od strony wykopów. wody gruntowej przez wykonanie drena\
u
po wybudowaniu budynku
Wykład 3.
Rys. 3-12. Miejscowe zamakanie gruntu
Rys. 3-13. Przechylanie się budynku Rys. 3-14. Zarysowanie ścian
wywołane przez wody
z stronę stoku z powodu dwóch budynków
opadowe lub wody z kanału
zamakania i większego spowodowane
(uszkodzony kanał) i większe
osiadania gruntu od tej strony. osiadaniem nowego
osiadanie w tym miejscu gruntu
budynku.
pod fundamentami.