Budownictwo Wodne:
Wykład 2: Zapory ziemne.
Podstawowe zagadnienia
mechaniki gruntów
dr hab. inż. A. Truty prof. PK
15 marca 2006
1
Klasyfikacja zapór ziemnych
Materiały z
ródłowe:
K. Czyżewski, W. Wolski, S. Wójcicki, A. Żbikowski.
Zapory ziemne. Arkady 1973.
K. Fanti, K. Fiedler, J. Kowalewski, S. Wójcicki. Bu-
dowle piętrzące. Arkady 1972.
W. Balcerski, S. Bednarczyk i inni. Budowle wodne
śródlądowe. Budownictwo Betonowe. Tom XVII. Ar-
kady 1969 r.
K. Biernatowski, E. Dembicki, K. Dzierżawski, W.
Wolski. Fundamentowanie. Projektowanie i wykonaw-
stwo. Tom 1. Podłoże budowlane.
2
3
Klasyfikacja zapór ziemnych oraz ich główne ele-
menty
:
1. z uwagi na rozmieszczenie gruntów w przekroju po-
przecznym
" zapory jednorodne
" zapory strefowane
2. z uwagi na rodzaj uszczelnienia korpusu zapory
" zapory bez uszczelnień
" zapory z rdzeniem pionowym lub pochyłym
" zapory z ekranem
3. z uwagi na rodzaj uszczelnienia podloza
" zapory bez uszczelnienia
" z przesloną pionową pełna
" z przesłoną zawieszoną lub niepełną
" z uszczelnieniem poziomym ponuru (fartuchem)
4. z uwagi na metode wykonania
" zapory sypane i zagęszczane mechanicznie
" zapory wykonywane metodą hydrauliczną (na-
mywane)
4
5
6
Charakterystki podziału faz gruntów
powietrze
Vp
mw
woda
m
V
Vs
ms
szkielet
mw
" wilgotność: w = 100%
ms
Vw
" stopień wilgotności: Sr =
Vp
Vp
" wskaz
nik porowatości: e =
Vs
Vp
" porowatość: n =
V
m
" gęstość objętościowa gruntu: � =
V
ms
" gęstość właściwa szkieletu: �s =
Vs
ms
" gęstość objętościowa szkieletu: �d =
V
" gęstość objętościowa przy całkowitym nasyceniu:
Vs �s + Vp �w
�sr =
V
7
Ćwiczenie:
" Dane: w = 0.1, ł = 20 kN/m3, łs = 26.5 kN/m3
" Oblicz: n , e , Sr , łd
mw
" w =
ms
ms + mw ms + w ms (1 + w) ms
" ł = g = g = g
V V V
" ł = (1 + w) łd
ł 20
" łd = = = 18.2 kN/m3
1 + w 1 + 0.1
ms
" łd = g
V
ms
ms ms łd
V
" łs = g = g =
Vp g =
Vs V - Vp 1 - n
1 -
V
" stąd: łd = (1 - n) łs
łd 18.2
" zatem n = 1 - = 1 - = 0.31
łs 26.5
Vp
Vp Vp n
V
" e = = = = = 0.45
Vs V - Vp 1 - Vp 1 - n
V
" ł = łd + n Sr łw
ł - łd 20 - 18.2
" Sr = = = 0.58
n łw 0.31 � 10.0
8
Kryteria przydatności gruntów do budowy za-
pory
" wytrzymałość na ścinanie (nośność)
" ściśliwość (sztywność)
" wodoprzepuszczalność (parametry filtracyjne)
Wskaz
niki związane z uziarnieniem:
d60
" wskaz
nik różnoziarnistości U =
d10
d2
30
" wskaz
nik krzywizny C =
d10 d60
" żwiry sa dobrze uziarnione jesli U > 4 C = 1 � 3
" piaski są dobrze uziarnione jesli U > 6 C = 1 � 3
d60, d30, d10 sa to średnice ziaren, których wraz z
mniejszymi jest w gruncie 10, 30 i odpowiednio 60 %.
9
10
Plastyczność gruntów - grunty spoiste
" wskaz
nik plastyczności: Ip = wL - wP
w - wP w - wP
" stopień plastyczności: IL = =
IP wL - wP
" Stan gruntu spoistego:
 zwarty i półzwarty: IL 0
 twardoplastyczny: 0 < IL 0.25
 plastyczny: 0.25 < IL 0.50
 miękoplastyczny: 0.50 < IL 1.0
 płynny: IL > 1
" sztywność i parametry wytrzymałościowe Ć, c sa
ściśle powiązane z stopniem plastyczności IL
Zagęszczenie gruntów- grunty niespoiste
emax - e
" ID =
emax - emin
" Stan gruntu niespoistego:
 luz
ny: ID 0.33
 średnio zagęszczony: 0.33 < ID 0.67
 zagęszczony: ID > 0.67
11
Pojęcie wilgotności optymalnej
1 ł
łd =
1 + w
łd - ciężar objetościowy szkieletu gruntu kN/m3
ł - ciężar objetościowy gruntu kN/m3
W - Ws
w =
Ws
W - ciężar 1 m3 gruntu
Ws - ciężar 1 m3 szkieletu gruntowego
12
Orientacyjne wartości współczynników filtracji
dla gruntów
Pojęcie prędkości filtracji Darcy
vF
A
Q[m3/s]=
vF n A t= vF A t
m
Rodzaj gruntu k [ ]
s
Żwiry drobne 10-2 � 10-3
Piaski grubo i średnioziarniste 10-3 � 10-5
Piaski drobnoziarniste 10-4 � 10-5
Piaski pylaste 10-5 � 10-6
Pyły 10-6 � 10-8
Gliny 10-8 � 10-10
Gliny zwięzłe 10-9 � 10-11
Iły 10-11 � 10-12
13