Melioracje III ROK, STUDIA DZIENNE
Opracowała: mgr inż. Sylwia Janta-Lipińska

Opracowała: mgr inż. Sylwia Janta-Lipińska, Katedra Sieci i Instalacji Sanitarnych

OSIADANIE GRUNTÓW POD WPŁYWEM ODWODNIENIA

Obniżenie poziomu zwierciadła wody gruntowej powoduje zmianę rozkładu sił w gruncie,
prowadząc do jego zagęszczenia a tym samym osiadania.
Istnieje szereg czynników wpływających na to zjawisko, z których najważniejsze to:
- wzrost ciężaru szkieletu gruntowego odwadnianego pokładu na który przestał działać wypór
wody
- obciążenie szkieletu gruntowego wodą kapilarną i błonkowatą ( ma to szczególnie znaczenie
przy gruntach drobnoziarnistych pylastych i gliniastych)
- sufozja gruntu tj. unoszenie cząsteczek gruntu pod wpływem ciśnienia hydrodynamicznego
wywieranego na nie przez przesączającą się wodę.

Pomijając zjawisko sufozji, któremu można zapobiec przez stosowanie odpowiednich
prędkości przesączania i osypek drenów, wielkość osiadania gruntu pod wpływem obniżenia
poziomu zwierciadła wody gruntowej można w przybliżeniu obliczyć w oparciu
o następujące założenia:
- Osiadanie gruntu wywołane jest wzrostem ciśnienia w gruncie od wartości początkowej p
do wartości p

1

, która oznaczamy przez ∆ p.

∆ p= p

1

– p

0

KG/cm

2

- Zmianie ciśnienia towarzyszy zagęszczenia gruntu, które określa różnica wskaźnika
porowatości początkowanej E

0

i końcowej E

1

oznaczone przez ∆E

∆E= E

0

– E

1

- Stosunek zmiany wskaźnika porowatości do przyrostu ciśnienia, wzięty ze znakiem
przeciwnym , stanowi tzw. współczynnik ściśliwości gruntu a

s

( cm

2

/KG)

p

E

p

p

E

E

a

s

∆

∆

−

=

−

−

−

=

0

1

1

0

- Zależność miedzy ciśnieniem a wskaźnikiem porowatości gruntu określa się droga
laboratoryjnych badan próbek gruntu edometrze. Uzyskane wyniki przedstawia się w formie
wykresu, z którego na dowolnych wartości, odczytujemy odpowiednie E, a następnie
w oparciu o wzór obliczamy współczynnik a

s

.

Dla orientacji podaje się wielkości a

s

występujące przy ∆p= 1÷2 KG/ cm

2

w gruntach o :

- dużej ściśliwości a

s

>0,005 cm

2

/KG

- średniej ściśliwości 0,05 >a

s

> 0,01 cm

2

/KG

- słabej ściśliwości a

s

< 0,01 cm

2

/Kg

Wskutek obniżenia zwierciadła wody gruntowej o wartość t następuje przyrost ciśnienia ∆p
spowodowany:

- brakiem wyporu działającego na szkielet odwodnionej warstwy gruntu w wysokości:

)

1

(

n

t

w

−

⋅

⋅

γ

Melioracje III ROK, STUDIA DZIENNE
Opracowała: mgr inż. Sylwia Janta-Lipińska

Opracowała: mgr inż. Sylwia Janta-Lipińska, Katedra Sieci i Instalacji Sanitarnych

- wodą błąkowatą , zakątkowa, inaczej pozostała w odwodnionej warstwie i stanowiąca
jej wilgotność naturalna:

)

1

(

n

w

t

n

−

⋅

⋅

⋅

δ

- wodą kapilarną - gdy przed obniżeniem zwierciadła wody osiągało powierzchnie terenu
i brak było ostrej strefy kapilarnej

n

h

w

k

⋅

⋅

γ

W takich warunkach obniżenie wodą błąkowatą będzie dotyczyć tylko wysokości ( t- h

k

) a nie

wysokości t.
Przyrost ciśnienia wyniesie:

)

(

)

1

(

δ

γ

⋅

+

⋅

−

⋅

=

∆

n

w

w

n

t

p

Z uwzględnieniem wody kapilarnej;

n

h

h

t

w

t

n

p

w

k

k

n

w

⋅

⋅

+

−

⋅

⋅

+

⋅

⋅

−

=

∆

γ

δ

γ

)]

(

[

)

1

(

gdzie:
∆p – przyrost ciśnienia w gruncie na wysokości obniżonego zwierciadła wody KG/cm

2

t- wysokość obniżenia zwierciadła wody gruntowej , cm
h

k

– wysokość wzniosu kapilarnego , cm

δ- ciężar objętościowy gruntu suchego, KG/cm

3

γ

W

- ciężar właściwy wody, KG/cm

3

w

n

- wilgotność naturalna gruntu odwodnionego ( ponad strefą kapilarną) wyrażona

stosunkiem ciężaru wody zawartej w próbce gruntu do ciężaru suchej próbki.


Znając wielkość przyrostu ciśnienia ∆p można obliczyć wielkość osiadania gruntu ∆h
ze wzoru:

E

a

h

p

h

s

+

⋅

⋅

∆

=

∆

1

lub

)

1

(

n

a

h

p

h

s

−

⋅

⋅

⋅

∆

=

∆

gdzie:
h- wysokość warstwy gruntu podlegającej zagęszczeniu, cm
a

s -

współczynnik ściśliwości gruntu

,

cm

2

/KG

Wartość współczynnika a

s

zmniejsza się wraz z głębokością uzyskując prawie stała wartość

na głębokościach rzędu 20 cm. Biorąc to pod uwagę można to w obliczeniach
∆h przyjmować z wystarczającą dla celów praktycznych dokładnością, wysokość
obliczeniowa h rzędu 8-12 m, przy jednoczesnym założeniu stałej wartości a

s

określanej

na głębokości 3-5 m.

Melioracje III ROK, STUDIA DZIENNE
Opracowała: mgr inż. Sylwia Janta-Lipińska

Opracowała: mgr inż. Sylwia Janta-Lipińska, Katedra Sieci i Instalacji Sanitarnych

Student otrzymuje indywidualne dane projektowe na podstawie, których określa wielkość
osiadania fundamentu, założonego w gruncie danego rodzaju i na pewnej głębokości
pod powierzchnią terenu.

PRZYKŁADOWY SCHEMAT OBLICZENIOWY:

Obliczyć wielkość osiadania fundamentu ∆h , założonego w gruncie piaszczystym,
na głębokości 2,0 m pod powierzchnia terenu, mając dane:
t= 400 cm; h= 1000 cm; γ

w

= 1,10*10

-3

KG/cm

3

; n=0,40; γ

z

= 2,65*10

-3

KG/cm

3

;

δ= γ

z

(1-n)= 1,59*10

-3

KG/cm

2

; w

n

= 0,12; a

s

= 0,03 cm

2

/KG.

Przyrost ciśnienia na wysokości obniżonego zwierciadła wody:

)

(

)

1

(

1

δ

γ

⋅

+

⋅

−

⋅

=

∆

n

w

w

n

t

p

2

3

1

/

286

,

0

10

)

59

,

1

12

,

0

1

(

)

4

,

0

1

(

400

cm

KG

p

=

⋅

⋅

+

⋅

−

⋅

=

∆

−

Przyrost ciśnienia w środku warstwy podlegającej odkształceniu:

2

1

2

/

143

,

0

286

,

0

2

1

2

1

cm

KG

p

p

=

⋅

=

∆

⋅

=

∆

Osiadanie warstwy odwodnionej:

)

1

(

1

n

a

h

p

h

s

−

⋅

⋅

⋅

∆

=

∆

cm

h

06

,

2

)

4

,

0

1

(

03

,

0

400

286

,

0

1

=

−

⋅

⋅

⋅

=

∆

Osiadanie pozostałej części warstwy podlegającej odkształceniu:

cm

h

54

,

1

)

4

,

0

1

(

03

,

0

600

143

,

0

2

=

−

⋅

⋅

⋅

=

∆

Całkowita obliczeniowa wysokość osiadania:

cm

h

60

,

3

54

,

1

06

,

2

=

+

=

∆

Przewidziany czas realizacji 1 tydzień (1x 45 minut).

Po zajęciach Student:

a)

zapamiętywanie:

- zna czynniki wpływające na obniżenie poziomu zwierciadła wody a tym samym
osiadania gruntu;
b) rozumienie:
- rozumie tok postępowania i obliczeń przy określaniu wielkości osiadania gruntu
pod wpływem odwodnienia;
c) zastosowanie:
- zdobytą wiedze potrafi wykorzystać do samodzielnego obliczenia wielkości osiadania
fundamentu.