Wykład 1 (23.02.2005)

W budownictwie ziemnym grunt traktowany jest jako materiał budowlany, z którego wykonywane są konstrukcje i budowle ziemne (nasypy) oraz jako ośrodek, w którym wykonywane są inne budowle (kanały).

Celem budownictwa ziemnego jest zapoznanie się z projektowaniem, wykonawstwem oraz kontrolą budowli i konstrukcji ziemnych wchodzących w zakres inżynierii środowiska, z uwzględnieniem wymagań UE i wprowadzonych nowych materiałów i technologii robót ziemnych oraz badań kontrolnych jakości.

Budownictwo ziemne jest działalnością inżynierską, uwzględniającą ochronę środowiska.

Zasady budownictwa ziemnego zostały opracowane na podstawie długoletniej praktyki wykonywania nasypów i wykopów jako typowych konstrukcji inżynierskich. Błędy w projektowaniu i wykonawstwie wyjaśnione są cenny źródłem wiedzy.

Grunt zbrojony- grunt służący do umocnienia budowli, np.: obwałowania.

Zasady projektowania geotechnicznego:

• podstawą projektowania i oceny bezpieczeństwa budowli ziemnych są badania geotechniczne, których zakres i metody nie mogą być nigdy ograniczone względami ekonomicznymi

• budownictwo ziemne jest działalnością inżynierską wykorzystującą w możliwie największym stopniu wiedzę z mechaniki gruntów i uwzględniający ochronę środowiska

• zasady budownictwa ziemnego zostały opracowane na podstawie obszarowej długoletniej praktyki wykonywania nasypów i wykopów, jako typowych konstrukcji inżynierskich ( błędy w projektowaniu i wykonawstwie, odpowiednio wyjaśnione stanowią cenne źródło wiedzy)

• młody inżynier powinien konsultować proponowane rozwiązania z doświadczeniem inżyniera.

Wykład 2 (02.03.2005)

Roboty ziemne to roboty budowlane obejmujące odspajanie, przemieszczanie, układanie, zagęszczanie gruntów oraz ewentualne ulepszanie dodatkami (mineralnymi spoiwami) wraz z doraźnym i trwałym odwodnieniem.

Konstrukcja to uporządkowany ustrój połączonych ze sobą elementów, zaprojektowany w celu zapewnienia odpowiedniej sztywności przestrzennej, z wyłączeniem nasypów budowanych podczas wykonywania robót ziemnych.

Podłoże gruntowe to grunt rodzimy, antropogeniczny lub skała, istniejąca na miejscu budowy przed wykonaniem prac budowlanych w strefie, w której właściwości mają wpływ na projekt, wykonanie i eksploatację budowli.

Materiał gruntowy to grunt naturalny lub antropogeniczny o właściwościach pozwalających zastosować go bezpośrednio lub po uzdatnieniu, do wykonania budowli ziemnej.

Budowla ziemna to konstrukcja wykonana z materiału gruntowego lub w podłożu gruntowym, np.: nasyp drogowy, skarpa, wykop fundamentowy.

Nasyp to warstwa lub specjalnie ukształtowana budowla ziemna z materiału gruntowego, powstała w wyniku działalności człowieka, np.: nasyp budowlany, wysypisko, zwałowisko, zasypka.

Wykop to wyrobisko w gruncie, które zwykle jest otwarte.

EUROKOD 7

Doświadczenie porównywalne- udokumentowane lub jednoznacznie określone informacje, związane z podłożem gruntowym rozpatrywanym w projekcie, obejmujące te same rodzaje gruntów i skał, dla których spodziewane są podobne właściwości geotechniczne, dotyczące podobnych konstrukcji. Szczególnie cenne są informacje zebrane na miejscu.

Przy określaniu wymagań projektu geotechnicznego należy uwzględnić czynniki:

• rodzaj i rozmiar konstrukcji i jej elementów, włączając w to wszelkie specjalne wymagania

• warunki z uwzględnieniem otoczenia (sąsiednie konstrukcje, ruch, uzbrojenie, rośliny, zagrożenie chemikaliami)

• warunki gruntowe

• warunki wodne

• regionalną sejsmikę

• wpływ środowiska (wody powierzchniowe i podziemne, osiadanie terenu, sezonowe zmiany wilgotności)

Do ustalenia wymagań projektowych wprowadza się trzy Kategorie Geotechniczne:

1 Kategoria - obejmuje tylko małe, względnie proste konstrukcje, dla których można zagwarantować, że podstawowe wymagania będą spełnione na podstawie doświadczenia i jakościowych badań geotechnicznych; z pomijaniem ryzyka dla życia i mienia. Przykłady: ściany oporowe i rozparcia wykopów, gdy różnica poziomów gruntu nie przekracza 2m oraz małe wykopy dla prac drenażowych.

2 Kategoria - obejmuje konwencjonalne typy konstrukcji i fundamentów bez szczególnego ryzyka oraz wyjątkowo trudnych warunków gruntowych lub obciążeniowych. Konstrukcje tej kategorii wymagają ilościowych danych geotechnicznych i analizy dla sprawdzenia, że podstawowe wymagania zostaną spełnione, lecz można stosować rutynowe metody badań polowych i laboratoryjnych. Przykłady: ściany oporowe, konstrukcje oporowe utrzymujące grunt lub wodę; wykopy; filary i przyczółki mostowe; nasypy i budowle ziemne; kotwie gruntowe i inne systemy kotwiące.

3 Kategoria - obejmuje pozostałe konstrukcje lub część konstrukcji. Obejmuje bardzo duże lub niezwykłe konstrukcje, zawierające nadzwyczajne ryzyko oraz niezwykle trudne warunki gruntowe lub obciążeniowe. Obejmuje też konstrukcje na obszarach o wysokiej sejsmice.

Dla każdej geotechnicznej sytuacji projektowej musi być dowiedzione, że nie zostanie przekroczony żaden stosowany stan graniczny (dwa stany graniczne: 1-nośność ; 2- użytkowalność- do sprawdzenia funkcjonalności konstrukcji w czasie eksploatacji). To wymaganie projektowe może być osiągnięte przez zastosowanie: obliczeń, danych wynikających z doświadczeń, modeli doświadczalnych i próbnych obciążeń, metody obserwacyjnej.

Program badań geotechnicznych, niezbędnych do opracowania dokumentacji geotechnicznej projektowanej budowli ziemnej powinien być przygotowany wspólnie z projektantem. Kategorię geotechniczną projektowanej budowli określa projektant na podstawie pozycji geotechnika zamieszczonej w dokumentacji geotechnicznej. Inżynierska wiedza geotechniczna o warunkach w podłożu gruntowym zależy od zakresu i jakości badań geotechnicznych. Taka wiedza i kontrola jakości wykonywania ma większe znaczenie dla spełnienia podstawowych wymagań, niż dokładność modeli obliczeniowych.

Wykład 3 ( 09.03.2005)

Oddziaływania, które należy przyjąć w analizach geotechnicznych:

• ciężar gruntu skały i wody

• naprężenie pierwotne w gruncie in situ

• ciśnienie wody wolnej

• ciśnienie wody gruntowej

• ciśnienie spływowe

• obciążenia stałe i zmienne od sąsiednich konstrukcji

• obciążenia naziomu

• siły kotwienia lub sumowania

• usunięcie obciążenia (odciążenia) lub wykonanie wykopu

• obciążenie pojazdami

• przemieszczenia spowodowane eksploatacją górniczą

• pęcznienie i skurcz spowodowany przez rośliny, wpływy klimatu lub zmian wilgotności

• przemieszczenia związane z degradacją, zmianami w składzie mineralnym, samo zagęszczaniem, rozpuszczaniem gruntu

• przemieszczenia związane z pełzaniem lub osuwiskiem mas gruntu

• przemieszczenia i przyspieszenia spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchami, wibracjami

• obciążenia lodem

• skutki działania temperatur

• wstępne sprężanie wywoływane kotwami gruntowymi lub rozporami

Parametry w analizie geotechnicznej:

Wartość pomierzona

Teoria, zależności empiryczne

Wartość wyprowadzona

Wartość charakterystyczna

Wartość projektowa

• wartości pomierzone- pomierzone w badaniach np.: wartość N z badań SP', naprężenia i odkształcenia w badaniach trójosiowych

• wartości wyprowadzone- wartość parametru gruntu określony na podstawie teorii, korelacji lub zależności empirycznych z wartości pomierzonych. Z wartości pomierzonych przechodzi się do parametrów geotechnicznych:

Wyniki badań polowych → poprzez korelacje → wartość parametru geotechnicznego (współczynnik w konkretnych metodach).

Przy sondowaniu statycznym powstają straty: opór stożka q_c; opór tarcia gruntu i tulei; współczynnik tarcia.

Wartość wytrzymałości gruntu spoistych na ścinanie bez odpływu:

gdzie: N_k - empiryczny współczynnik stożka; σ_vo- składowa pionowa naprężenia całkowitego, q_c- opór stożka.

Koncepcja „ wartości wyprowadzanej”- jednorodna miarodajna strefa gruntu, dwa rodzaje badań polowych np.: 5 pomiarów sondą CPT i 5 pomiarów tensjometrem; 5 badań laboratoryjnych.

Wartość wytrzymałości na ścinanie bez odpływu, jednorodnego gruntu należy zastosować do określenia wartości charakterystycznych przyjmowanych w projekcie.

• wartości charakterystyczne- są ostrożnym oszacowaniem wartości w zależności od stanu granicznego

• wartości projektowane- występują w parametrach stosowanych w obliczeniach projektowych. Określa się je na podstawie wartości charakterystycznej przez zastosowanie współczynników częściowych lub bezpośrednich na podstawie oceny, z wartości wyprowadzonej.

Ogólnie: z wartości pomierzonej wyznacza się, na podstawie teorii i zależności empirycznych, wartości wyprowadzone, dalej z nich wartości charakterystyczne, aż w końcu uzyskuje się wartość projektową. Czyli wychodząc od wartości pomierzonej wyznacza się wartość projektową.

NASYPY- ich odwodnienie, uzdatnianie i wzmacnianie podłoża.

Postanowienia zawarte w tym rozdziale Eurokodu 7 mają zastosowanie tam, gdzie warunki gruntowe uzyskuje się przez: wbudowywanie gruntu; ulepszanie; odwodnienie; wykonanie konstrukcji z gruntu zbrojonego.

Budowa nasypu- odpowiednimi materiałami do budowy nasypów są w zasadzie wszystkie grunty sypkie, mimo zróżnicowania pod względem uziarnienia oraz niektóre odpady przemysłowe, tj: skały wydobyte przy eksploatacji złóż oraz popioły elektrowniane. Niektóre wytwarzane materiały jak: kruszywa lekkie też nadają się do budowy nasypów. Można wykorzystywać również niektóre materiały spoiste, ale wymagają one zastosowania ostrożności.

Przy doborze materiału na nasyp należy uwzględnić jego następujące cechy:

• uziarnienie

• wytrzymałość okruchowa

• zagęszczalność

• spoistość

• zawartość części organicznych

• agresywność chemiczna

• możliwość skażenia środowiska

• rozpuszczalność

• zdolność do zmian objętości (pęcznienie iłów, odkształcenie zapadowe)

• odporność na wietrzenie

• wpływ urabiania, transportu, układania

• możliwość pojawienia się scementowania po ułożeniu

Metoda obserwacyjna- zachowanie się gruntu z punktu widzenia geotechnicznego, często trudne jest do przewidzenia. Niekiedy właściwe jest zastosowanie podejścia znanego jako „ metoda obserwacyjna”, w którym projekt korygowany jest podczas budowy. Gdy stosuje się to podejście, przed rozpoczęciem budowy należy spełnić cztery wymagania:

• należy ustalić plan obserwacyjny

• należy ustalić granice dopuszczalnych zachowań

• należy oszacować przedział możliwego zachowania się konstrukcji

Wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych określane są między innymi na podstawie zależności korelacyjnych.

Projektowanie geotechniczne obejmuje:

• stan graniczny

• kategorię geotechniczną

• współczynniki częściowe

• wartości charakterystyczne

wymaga prowadzenia badań zarówno polowych jak i laboratoryjnych do określenia wartości obliczeniowej (projektowej)

Wykład 4 (16.03.2005)

Kryteria lokalizacji budowli ziemnych, w tym hydrotechnicznych (zapory, wały przeciwpowodziowe) i ich wpływ na rozwiązanie konstrukcyjne oraz zakres i metody badań kontrolnych, zasady projektowania.

Projektowanie i wykonawstwo obejmują:

• dobór materiałów do budowy zapór ziemnych, wałów, grobli, dróg, itp.

• kontrola stanu technicznego budowli

• badania i dobór parametrów do obliczeń

• wybór metod obliczenia stateczności i odkształceń

Posadowienie budowli na gruntach obejmuje:

• rozpoznanie właściwości podłoża

• wybór metody posadowienia

• wzmocnienie podłoża

• dobór metod obliczeniowych w projektowaniu

Składowiska odpadów:

• wykorzystanie odpadów po przemysłowych w budownictwie

• zagospodarowanie terenów po przemysłowych

• składowanie

Rodzaje posadowienia budowli na gruntach (rysunki):

• posadowienie bezpośrednie

• ściany oporowe

• ścianki szczelne

• obudowa wykopów

• konstrukcje podziemne

Kryteria lokalizacji budowli:

Rozpoznanie rejonu inwestycji musi zapewnić projektantowi znajomość wszystkich elementów niezbędnych do wyboru najlepszych lokalizacji budowli ziemnej. Lokalizacja ta musi spełniać warunki wynikające z:

• ekonomii budowli i jej stateczności

• bezpieczeństwa publicznego

• właściwego działania w przewidywanym okresie eksploatacji

• wymagania z zakresu ochrony środowiska

O miejscu wykonania budowli decydują warunki topograficzne i geograficzne.

Warunki topograficzne:

Czynniki topograficzne opracowuje się na podstawie:

• analizy aktualnych map

• studiowania materiałów archiwalnych

• wizji terenowej ( w celu sprawdzenia aktualności map z terenem)

Do najważniejszych obserwacji należy:

• odczytywanie rzeźby i morfologii terenu (dolina rzeczna i jej trasa, stok górski, stożek napływowy)

• rozwój sieci hydrograficznej, ocena drenowania terenu przez płynące cieki, ustalenie objętości odpływu podziemnego, obecności źródeł i pomiar ich wydajności

• ustalenie głębokości zwierciadła wody podziemnej, wyznaczenie zasięgu wód powodziowych, ustalenie obecności wód w piwnicach

• stwierdzenie procesów geologicznych: erozji rzecznej, ablacji, osiadania zapadowego w obrębie gruntów makroporowatych, przejawów osuwisk, procesów krasowych

• określenie stanu zagospodarowania terenu; istniejącej zabudowy, dróg, rurociągów, rodzaju upraw rolniczo- leśnych

Trójstopniowy podział terenu:

• budowa skomplikowana- teren o intensywnym urzeźbieniu, duża zmienność warstw geologicznych o zaburzonym ułożeniu tektonicznym lub sedymentacyjnym; w odniesieniu do skał litych duża szczelinowość, woda podziemna płytko zalegająca, tworząc podmokłości lub zabagnienia; intensywne procesy geodynamiczne (osuwiska, kras, erozja powierzchniowa lub rzeczna i ablacja morska)

• budowla złożona- teren pofalowany, warstwy geologiczne zmienne pod względem litologicznym, woda podziemna płytko zalega w soczewkach lub przewarstwieniach, wyraźne objawy procesów geodynamicznym

• budowla prosta- teren płaski, warstwy geologiczne są jednorodne, zwierciadło wody podziemnej występuje głęboko, brak wyraźnych objawów procesów geologicznych.

Kategoria geotechniczna:

• systematyzuje zakres i rodzaj badań geotechnicznych oraz sposób ich dokumentacji

• dotyczy konkretnego projektowanego lub budowlanego obiektu i jest ustalana w zależności od rodzaju obiektu i stopnia złożoności warunków jego podłoża

• warunkuje metody obliczeń projektowych i badań kontrolnych w czasie budowy

Lokalizacja zapory:

Zapora powinna znajdować się w takim przekroju, aby w zamkniętej dolinie możliwe było zmagazynowanie potrzebnej ilości wody przy minimalnej powierzchni zalewu.

W celu ograniczenia kubatury zapory wybieramy przekrój w zwężeniu doliny o stromych skarpach.

Czynniki wpływające na wybór lokalizacji zapory:

• budowa geologiczna podłoża- typ zapory, koszt budowy

• połączenie zapory z istniejącą siecią komunikacyjną

• organizacja placu budowy

• istniejące na tym obszarze zabudowania, drzewostany, drogi, linie kolejowe

• możliwości wykonywania budowli towarzyszących

Warunki litologiczne, stratygraficzne, tektoniczne i hydrogeologiczne nie decydują o

ogólnej możliwości budowy zapory, ale wpływają w sposób istotny na koszty, a niejednokrotnie też na czas budowy.

Ważnym czynnikiem geologicznym, oprócz budowy podłoża, wpływającym na

lokalizację i wybór typu zapory ziemnej, jest możliwość uzyskania dostatecznych ilości materiałów do budowy w odległościach ekonomicznie uzasadnionych.

Wykład 5 (06.04.2005)

Grunty budowlane

Grunt naturalny- najstarszy i najbardziej złożony oraz trudny materiał budowlany stosowany przez inżynierów w budownictwie ziemnym.

Grunt niestety jest dziełem natury a nie człowieka i jego właściwości oraz

zachowanie się w budowli są trudne do przewidzenia.

Grunt- zespół cząstek mineralnych oraz substancji organicznych w postaci osadu,

niekiedy pochodzenia organicznego, który może być rozdrobniony przez delikatne rozcieranie, o zmiennej zawartości wody i powietrza (a niekiedy też innych gazów).

UWAGA !: termin test stosuje się do gruntu nasypowego, zawierającego grunt naturalny, albo materiały wytworzone przez człowieka, wykazujące podobne właściwości np.: kamienia łamanego, żużli, popiołów lotnych.

Skutki upłynnienia przy płaskiej i nachylonej powierzchni terenu

• Elektrownia wodna w Dychowie- osuwisko w 1997 roku

Elektrownia szczytowo-pompowa zbudowana w 1934-1936 w dolinie rzeki Bóbr.

Przyczyny katastrofy: upłynnienie gruntu, destrukcyjne oddziaływanie wody spływającej w dół skarpy przy wysokim gradiencie filtracji w długim okresie użytkowania elektrowni, w gruntach podatnych na zjawiska sufozyjne, słabo zagęszczone.

Produkty wietrzenia lub rozdrobnienia skały pierwotnej: wietrzenie fizyczne, chemiczne i rozdrobnienie mechaniczne przy transporcie.

Wymiary ziaren i tekstura gruntu: grunty gruboziarniste, grunty o średnim uziarnieniu, grunty drobnoziarniste.

Frakcje uziarnienia gruntów: piaskowa, pyłowa, iłowa.

Charakterystyki uziarnienia

Ziarna i cząstki gruntu dzielą się na frakcje:

• kamienna d > 25mm

• żwirowa d = 25-2mm

• piaskowa d = 2-0,05mm

• pyłowa d = 0,05-0,002mm

• iłowa d < 0,002mm

Gruntami podstawowymi są grunty o jednolitym uziarnieniu tj: grunty składające się z cząstek tylko jednej frakcji.

Wymiary cząstek i ich rozkład w gruncie można określić stosując analizę mechaniczną:

• wydzielając grubsze frakcje poprzez przesiewanie na serii standardowych sit według ISO

• określając frakcje drobniejsze za pomocą akceptowanych metod np.: sedymentacyjną, optyczną

W wyniku przesiewania uzyskuje się krzywą uziarnienia.

Frakcje, wymiary cząstek

Grunty bardzo gruboziarniste:

• duże głazy LBo > 630

• głazy Bo > 200-630

• kamienie Co > 63-200

Grunty gruboziarniste:

żwir Gr > 2,0-63,0

• żwir gruby CGr > 20-63

• żwir średni MGr > 6,3-20

• żwir drobny FGr > 2,0-6,3

piaski Sa > 0,063-2,0

• piasek gruby CSa >0,63-2,0

• piasek średni MSa > 0,2-0,63

• piasek drobny FSa > 0,063-0,2

Grunty drobnoziarniste:

pył Si > 0,002-0,063

• pył gruby CSi > 0,02- 0,063

• pył średni MSi > 0,0063-0,02

• pył drobny FSi > 0,02- 0,0063

ił CL ≤0,002

Nazwy gruntów

• żwir piaszczysty SaGr

• żwir drobny z piaskiem grubym CSaFGr

• pył z piaskiem średnim MSaSi

• piasek gruby ze żwirem drobnym FGrCSa

• piasek drobny z pyłem SiFSa

• ił z piaskiem średnim MSaCl

Wyniki badań uziarnienia przedstawione są w postaci krzywej uziarnienia.

Oznaczenie frakcji gruboziarnistej pozwala wydzielić grupy dobrze uziarnione, słabo uziarnione lub źle uziarnione.

Wskaźniki krzywizny Cc i różnoziarnistości Cu opisują kształt krzywej uziarnienia.

Z wykresów uziarnienia można wyznaczyć:

• procentowe zawartości poszczególnych frakcji

• średnice cząstek d₁₀, d₃₀, d₆₀ oznaczające średnice cząstek, które wraz z mniejszymi stanowią 10, 30, 60 %.

Uziarnienie gruntu charakteryzuje:

• wskaźnik krzywizny uziarnienia:
  

• wskaźnik różnoziarnistości:
  

Zależnie od wskaźnika różnoziarnistości U(Cu) grunty dzieli się na:

• równoziarniste 1≤U≤5 (piaski wydmowe, lessy)

• różnoziarniste 5≤U≤15 (gliny holoceńskie)

• bardzo różnoziarniste U>15 (gliny zwałowe, pospółki)

Grunt jest dobrze uziarniony gdy:

C= 1-3, a U>4 dla żwirów LUB:

C=1-3, a U>6 dla piasków.

Nowa norma:

• grunty wielofrakcyjne Cu>15 Cc= 1-3

• grunty kilkufrakcyjne Cu= 6-15 Cc<1

• grunty jednofrakcyjne Cu<6 Cc<1

• grunty źle uziarnione Cu b. duży Cc różnie, zwykle <0,5

Wykład 6 (13.04.2005)

Cechy określające przydatność gruntu jako materiału budowlanego na konstrukcje ziemne

1. Cechy wpływające na wymiary i rozwiązanie konstrukcji:

• wytrzymałość na ścinanie

• ściśliwość

• przepuszczalność (zdolności filtracyjne)

2. Cechy charakteryzujące podatność gruntu na zagęszczanie:

• uziarnienie gruntu

• wilgotność gruntu

• urabialność gruntu

Parametry opisujące właściwości fizyczne:

1. podstawowe

• wilgotność w

• gęstość właściwa ρ_s

• gęstość objętościowa ρ

2. pochodne

• gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_d.

• porowatość i wskaźnik porowatości e

• wilgotność całkowita w_r i stopień wilgotności Sr

• stopień zagęszczenia I_D i wskaźnik zagęszczenia Is

• wskaźnik plastyczności Ip i stopień plastyczności I_L

Terminy określające kształt cząsteczek

• ostrość krawędzi lub stopień obtoczenia

• bardzo ostrokrawędzisty

• ostrokrawędzisty

• słabo ostrokrawędzisty

• słabo obtoczony

• obtoczony

• dobrze obtoczony

• forma

• sześcienna

• płaska

• wydłużona

• charakter powierzchni

• szorstka

• gładka

Parametry plastyczności gruntu

Plastyczność- zdolność gruntów do poddawania się trwałym (nieodwracalnym) odkształceniom przy stałej objętości, bez pęknięć i kruszenia się. Cechę tę wykazują te grunty, które zawierają w swoim składzie cząstki minerałów ilastych.

Wskaźnik plastyczności Ip- różnica między granicą płynną i granicą plastyczności, która oznacza ile wody w % wchłania dany grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w półpłynny:

Stopień plastyczności I_L- stosunek różnicy wilgotności naturalnej danego gruntu i granicy plastyczności do różnicy granicy płynności i granicy plastyczności:

Konsystencje gruntów:

• płynna- grunt zachowuje się jak ciecz i nie ma prawie żadnej wytrzymałości

• plastyczna- odkształca się przy pewnym nacisku, nie ulega spękaniom i zachowuje nadany mu kształt

• zwarta- odkształca się przy dużym nacisku, są spękania

Oznaczenie konsystencji:

Konsystencję gruntu spoistego powinno się oznaczać w badaniu makroskopowym:

• grunt jest określony jako miękkoplastyczny, jeżeli wydostaje się między palcami

• grunt jest plastyczny gdy daje się formować przy lekkim nacisku palców

• grunt jest twardoplastyczny jeżeli nie może być formowany palcami, lecz może być wałeczkowany

• grunt jest zwarty jeśli rozpada się i pęka podczas wałeczkowania do wałeczka o średnicy 3mm lecz jest ciągle dostateczne wilgotny

• grunt jest bardzo zwarty gdy jest wysuszony i ma najczęściej jasną barwę. Nie można go uformować w bryłki, lecz rozdrabnia się pod naciskiem.

Wykład 7 (20.04.2005)

Technologia wbudowywania gruntu w nasyp

Najczęstszym sposobem jest wbudowywanie warstwami o stałej grubości.

Grunty w nasypie powinny być rozmieszczone zgodnie z projektem.

[Rysunek]

Technologiczne nasypy doświadczalne zapewniają:

• próbne zagęszczanie gruntu

• pozwala jednoznacznie określić:

• najbardziej przydatny sprzęt (parametry wibracji)

• wilgotność gruntu

• maksymalną możliwą grubość warstw

• minimalną skuteczną ilość przejść sprzętu

Rodzaje kontroli zagęszczenia gruntów:

• bieżąca- celem kontroli jest sprawdzenie czy osiągnięto wymagane zagęszczenie danej warstwy warunkujące dopuszczenia do układania następnej;

• powykonawcza- po wykonaniu całej budowli lub jej części- gdy potrzebne są dane o zagęszczeniu gruntów w całej budowli lub w jej częściach, wykrycie miejsc słabych, kawern (pustek) lub innych miejsc zagrażających bezpieczeństwu;

• Eksploatacyjna- w toku użytkowania istniejących już budowli- przeważnie, gdy powstają obawy o ich bezpieczeństwo lub trwałość, które wiązać można z niedostatecznym zagęszczenie gruntu.

Dobór ilości próbek- kolokwium 2.

Wykład 8 (27.04.2005)

Nasypy- rodzaje, metody budowy, badania kontrolne i wymagania dotyczące jakości robót ziemnych

Rodzaje nasypów: drogowy, wał przeciwpowodziowy, zapora.

Badania kontrolne gruntów:

Dotyczą głównie kontroli zagęszczenia. Ich celem jest ocena jakości podłoża i elementów konstrukcyjnych budowli.

Wszystkie elementy zapory wykonywane z gruntów muszą spełniać określone w projekcie wymagania dotyczące zagęszczenia, przy czym szczególnie ważnymi, wymagającymi w pełni udokumentowanej kontroli są: nasyp stateczny i rdzeń.

Miary zagęszczenia:

Ocenę zagęszczenia przeprowadza się na podstawie następujących parametrów:

• wskaźnik zagęszczenia I_S- stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntowego gruntu w nasypie do maksymalnej gęstości objętościowej tego gruntu

, gdzie:

ρ_d- gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w nasypie
,

[ρ i w- parametry do zbadania]

ρ_dmax- maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego uzyskiwana w wyniku badań laboratoryjnych w aparacie Proctora, metodą wibracyjną lub inną,

[ρ i w_opt- parametry do zbadania]

• stopień zagęszczenia I_D- stosunek zagęszczenia występującego w naturze do maksymalnego możliwego zagęszczenia uzyskanego w sposób sztuczny

, gdzie:

e- wskaźniki porowatości

W laboratorium, w aparacie widełkowym, określa się e_max ( stan luźny) i e_min (stan zagęszczony).

e ;	Vp V Vs
emax - dla piasków kwarcowych 2,65	Vp Vs
emin	Vp Vs

e = Vp/Vs, gdzie Vp-objętość porów; Vs- objętość szkieletu gruntowego

e = [ρ_s - ρ_d] / ρ_s , gdzie ρ_s - gęstość właściwa

e_max = [ρ_s - ρ_dmin] / ρ_dmin

e_min = [ρ_s - ρ_dmax] / ρ_dmax

I_D = [ρ_dmax (ρ_d - ρ_dmin)] / [ρ_d (ρ_dmax - ρ_dmin)]

• wilgotność optymalna w_opt- wilgotność gruntu, przy której uzyskuje się największe zagęszczenie

w_opt = masa wody / masa szkieletu gruntowego

Wilgotność tę odczytuje się z krzywej zagęszczalności uzyskanej na podstawie badań w aparacie Proctora. ρ_d

ρ_dmax

w %

w_opt

Orientacyjne wartości w_opt i ρ_dmax:

Rodzaj gruntu	wopt	ρdmax
Żwiry, piaski i pyły piaszczyste	6-12	2,0-1,9
Piaski gliniaste, gliny piaszczyste i gliny	7-12	2,0-1,9
Pyły i gliny pylaste	11-16	1,9-1,8
Gliny piaszczyste zwięzłe	9-13	1,95-1,9
Gliny zwięzłe i iły	12-18	1,8-1,75
Gliny pylaste zwięzłe i iły pylaste	13-22	1,7-1,65

Kontrolowane elementy zapory RYSUNEK

Kontrolowane grunty

Biorąc pod uwagę miary stosowane do oceny zagęszczalności, kontrolowane grunty dzielimy na trzy grupy:

• I - grunty drobnoziarniste, w tym wszystkie spoiste, o zawartości frakcji ilastych f_i >2% i sumy frakcji ilastej i pylastej f_i+π > 10%. Wskazana jest kontrola Is.

• II - grunty gruboziarniste i drobnoziarniste niespoiste o zawartości fi < 2%, w których wskazana jest kontrola I_D.

• III - grunty przejściowe, do których należy zaliczyć grunty pylaste o zawartości f_i+π >10% oraz grunty gruboziarniste zawierające fi >2%, takie jak: Żg i Pog, które kontrolowane są stopniem zagęszczenia I_D lub częściej wskaźnikiem zagęszczenia Is (wyboru miary dokonuje projektant na podstawie charakterystyki gruntu i wyników wstępnych badań).

Badania parametrów zagęszczalności:

Grunty grupy I- parametry wyznaczamy w aparacie Proctora metodą normalną (589 J) lub zmodyfikowaną (2649 J).

rodzaj metody	normalna	zmodyfikowana
liczba warstw	N - 3	Z - 5
wysokość opadania ubijaka	0,32m	0,48m
liczba uderzeń na próbkę	75	125
energia	0,59 J/cm^3	2,65 J/cm^3
masa ubijaka	2,5 kg	4,5 kg

Wpływ energii zagęszczenia przedstawiają krzywe zagęszczalności gruntu.

ZADANIE 1

Z badań zagęszczalności gruntu spoistego w aparacie Proctora metodą normalną uzyskano następujące wyniki:

Nr badania w (%) γ (kN/m³)

1 8,3 19,82

2 9,6 20,72

3 10,5 21,25

4 11,3 21,58

5 12,2 21,49

6 13,4 21,33

7 13,8 21,16

Wykreślić krzywą zagęszczalności gruntu i określić wilgotność optymalną oraz maksymalny ciężar objętościowy szkieletu gruntowego.

Podaj swoją opinię o zalecanej wilgotności gruntu wbudowywanego w budowlę ziemną.

Wykład 9 (04.05.2005.)

Badania parametrów zagęszczalności c.d.

Warunki badania zagęszczenia gruntu w laboratorium powinny być dostosowane do warunków na budowie zapory, zwłaszcza energii sprzętu zagęszczanego.

En = 0,59 J/cm³- normalna energia

Grunty grupy II- żwiry, pospółki, wykorzystywane są do budowy nasypu statecznego. W tych gruntach:

• gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_dmax i ρ_dmin, potrzebne do określenia stopnia zagęszczenia I_D wyznacza się dla piasków i żwirów za pomocą cylindra i widełek wibracyjnych, dla gruntów gruboziarnistych i kamiennych (ρ_dmax) w wielkowymiarowym przyrządzie. Badania wykonuje się 5 razy i przyjmuje się średnią z wszystkich pomiarów.

• parametry zagęszczenia gruntów sypkich badane są coraz częściej na stole wibracyjnym.

Depozycja wietrzna- równomierne ułożenie ziaren do ρ_dmin.

Aparat wielkowymiarowy:

• metoda normalna- E=0,59 J/cm³; masa ubijaka 109kg; wysokość opadania ubijaka 121cm; liczba uderzeń 119 na każdą warstwę

• metoda zmodyfikowana- E=2,65 J/cm³; masa ubijaka 320kg; wysokość opadania ubijaka 124cm; liczna uderzeń 107 na każdą warstwę.

Wysokość warstwy D=H=5d₉₀, gdzie d₉₀- zastępcza średnica ziaren.

Badania na stole wibracyjnym:

Służą one do gruntów sypkich. Potrzebny jest cylinder o wymiarach zależnych od maksymalnej średnicy żwiru lub piasku (D= 15,08-27,6 cm; V= 2830-14160cm³).

Stół wibracyjny- znormalizowana częstotliwość do 4000 drgań/min.

Amplituda drgań 0,05-1,0mm. Czas wibracji 5-8 minut ( 3600 drgań/minutę, amplituda 0,6mm)

Grunty grupy III- do badania zagęszczenia należy wybrać aparat, który symulując warunki terenowe umożliwi określenie najbardziej niekorzystnych parametrów.

Wymagane wartości I_D i Is:

• grunty sypkie:

• I_D>0,75 - piaski drobne

• I_D>0,7 - piaski średnie

• I_D>0,65 - piaski grube i gruboziarniste

• grunty spoiste:

• zawartość żwiru 0-25%

Is>0,95 dla H<15m (H- wysokość zapory)

Is>0,98 dla H>15m

• zawartość żwiru 26-50%

Is>0,92 dla H<15m

Is>0,95 dla H>15m

• zawartość żwiru >50%

Is>0,90 dla H<15m

Is>0,93 dla H>15m

Odchylenie standardowe dla Is: Sx <0,03; Absolutne minimum: Is = Isśr - Sx; Odchylenie standardowe dla wilgotności optymalnej: Sx<0,02; Filtry: I_D>0,70; Rdzeń i nasyp statyczny: Is=0,92.

Kontrola zagęszczenia gruntów:

• bieżąca- każda warstwa przyjęta do nadzoru musi mieć sprawdzone I_D i Is, (czy są one dobre). Każda warstwa zagęszczana gruntu musi być odebrana przez nadzór po sprawdzeniu jej jakości! Następna warstwa może być sypana po odbiorze poprzedniej!

• powykonawcza

• eksploatacyjna

Zakres badań:

• grunty drobnoziarniste: 1 próbka na 2500 m³ gruntu

min 3 próbki na 1 odebraną warstwę

min 1 próbka z 5000 m² warstwy

dodatkowa próbka- np. przy zmianie pogody

• rdzeń: minimum 1 próbka na 250 m³

• grunty gruboziarniste: minimum 1 próbka na 2500m³ gruntu

minimum 1 próbka z 5000m² jednej warstwy

Prowadzimy badania: uziarnienia, wilgotności, gęstości

Metody badań gęstości objętościowej ρ (rysunki):

• cylindry 250-1000cm³ (jednoznaczne określenie)

• piasek kalibrowany- popularna metoda w drogownictwie

• aparat membranowy- wykonuje się wykop w gruncie, dalej układa się folię na dnie wykopu i na powierzchni przykłada się pierścień. Dalej wlewamy wodę lub olej i określamy objętość wykopu przez zmierzenie objętości wlanego płynu

Badania zagęszczenia bezpośrednio w terenie:

Badania próbek w laboratorium, dające najbardziej pewne wyniki mogą stanowić czasem utrudnienie (duża liczba próbek) i w przypadku złej organizacji laboratorium mogą opóźniać prace budowlane.

Metody terenowe (pośrednie) są więc często stosowane i wyróżnia się głównie:

• pośrednie:

• radioizotopowa (promieniowanie β)

• geodezyjna (próbne obciążenia płytą lub pomiar osiadań reperami)

• czujniki zainstalowane w walcach (mikroprocesorowy analizator drgań)

Technologiczne nasypy doświadczalne zapewniają:

• próbne zagęszczanie gruntu

• pozwala jednoznacznie określić:

• najbardziej przydatny sprzęt (parametry wibracji)

• wilgotność gruntu

• maksymalną możliwą grubość warstw

• minimalną skuteczną ilość przejść sprzętu

Interpretacja wyników badań nasypu próbnego to krzywa, która umożliwia nam dobranie parametrów.

Nasyp próbny (rysunek).

W bieżącej kontroli zagęszczenia dopuszcza się negatywne, tzn nie spełniające wymagań wyniki badań, przy czym nie mogą być one skoncentrowane w jednej warstwie i być mniejsze od absolutnego minimum.

Wyniki badań zebrane dla części zapory lub w danym okresie czasu powinny być oceniane jako populacje próbne metodami statystycznymi.

Wykład 10 (11.05.2005)

Grunty trudne (niebezpieczne) dzielą się na:

• sufozyjne- gruboziarniste, piaszczyste (wzmocnienie skarpy może być za pomocą gwoździowania lub mikrofal)

• dyspersyjne- grunty spoiste, drobnoziarniste

• ekspansywne- pęczniejące/skurczliwe

• zapadowe- lessowe, makroporowate

GRUNTY SUFOZYJNE:

Sufozja- zjawisko przemieszczania się pod wpływem ruchu wody, drobnych cząstek gruntu w porach jego szkieletu. Cząstki mogą być przesunięte w inne miejsce gruntu (sufozja wewnętrzna) lub mogą być wyniesione poza jego obszar (sufozja zewnętrzna). Zjawisko to prowadzi do groźnego dla budowli ziemnej przebicia hydraulicznego.

Sufozja kontaktowa- występuje przy budowli strefowej (zapora strefowa) z rdzeniem z materiałów drobnoziarnistych, a nasyp z gruboziarnistych. Na styku tych warstw może pojawić się to zjawisko.

Sufozja występuje zwykle w gruntach sypkich, przede wszystkim różnoziarnistych. W gruntach spoistych nie występuje.

Sufozja występuje w gruntach, w których:

1. 
   

2. 
   oraz spełniona jest nierówność:
   , gdzie:

k- współczynnik filtracji w cm/s; n- porowatość; d₃, d_10, d₆₀- średnice ziaren, które wraz z mniejszymi stanowią 3, 10, 60% masy gruntu.

Metoda graficzna Kenneya i Lau, dzieli grunty na (rysunek):

• grunty o uziarnieniu stabilnym (strefa B)

• grunty o uziarnieniu niestabilnym (strefa A)

Filtry odwrotne (warstwy ochronne) to warstwy gruntu o odpowiednio dobranym uziarnieniu, zabezpieczające przed szkodliwymi odkształceniami filtracyjnymi. Stosowane są wokół rur lub pryzm drenażowych, w miejscach wpływu wody na skarpę, między dwoma warstwami zapory o znacznie różniącym się uziarnieniu lub przy rdzeniu zapór (warstwy przejściowe).

Rzędna warstwy ochronnej ma być wyżej od rzędnej nasypu, bo inaczej będzie kolmatacja podczas opadów.

Uziarnienie filtru powinno być tak dobrane, aby ziarna filtru nie przenikały do drenażu lub w przylegający narzut kamienny oraz, aby filtr nie był kolmatowany drobnymi cząstkami gruntu.

Ogólna zasada doboru gruntów na warstwy ochronne:

• dostosowanie uziarnienia filtru- gruntu chroniącego do uziarnienia gruntu chronionego

• kryterium Terzaghiego:

D₁₅- średnica ziaren gruntu warstwy ochronnej, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi 15% [mm]

d₁₅, d₈₅- średnice ziaren gruntu chronionego, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi odpowiednio 15% i 85% [mm]

• zagęszczenie I_D ≥ 0,7

Dobór gruntu na filtry odwrotne:

• wg Corps of Engineers:

o Cu<5

krzywe uziarnienia filtru i gruntu chronionego muszą być w przybliżeniu równoległe;

grunt musi być dobrze zagęszczony I_D≥0,70.

• wg Bureau of Reclamation:

grunt dobrze uziarniony

dla gruntów o Cu <5

dla gruntów dobrze uziarnionych

Krzywe uziarnienia filtru i gruntu chronionego są równoległe

GRUNTY ZAPADOWE:

To grunty makroporowate, lessowe, w których występują „osiadania zapadowe”.

Wrażliwość strukturalna lessów i przyczyny osiadania zapadowego:

• struktura- mikrostruktura

• typy kontaktów

• rozkład porowatości

Lessy eoliczne charakteryzują się mikrostrukturą szkieletową (badania makroskopem elektronowym).

W lessach wyróżnia się połączenia elementów strukturalnych:

• ilaste

• żelazisto- krzemionkowe

• cementacyjne

ZADANIE 2:

Dobierz grunt na filtr odwrotny stosując kryterium Terzaghiego wiedząc, że grunt chroniony charakteryzuje się następującymi średnicami miarodajnymi: d₁₅=0,035mm; d₈₅=0,12mm. Przedstaw krzywe uziarnienia gruntu chronionego i zakres dopuszczalnych składów granulometrycznych filtru. Sprawdź sufozyjność gruntu stosując kryterium Kenneya i Lau.

(Gołębiewska;” Mech gruntów”)

Wykład 11 (18.05.2005)

Grunty zapadowe c.d.:

Grunty te mają luźny szkielet o równomiernie rozłożonych porach, zbudowany jest głównie z pylastych ziaren minerałów pierwotnych. Materiał ilasty jest nie równomiernie rozłożony. Cząstki ilaste są o orientacji płaszczyzna- płaszczyzna (krawędź- krawędź).

Właściwości tiksotopowe wynikające z obecności różnych typów połączeń ilastych, które łatwo ulegają zniszczeniu pod wpływem wstrząsów dynamicznych (w warunkach nasycenia układu wodą) szybka regenerują się po ustaniu tych oddziaływań.

Wskaźnik osiadania zapadowego:

, gdzie

h'- wysokość próbki nienaruszonej (w badaniach edometrycznych) po stabilizacji odkształceń przy natężeniu geostatycznym całkowitym odpowiadającym ciężarowi gruntu i budowli przed nasyceniem wodą

h”- wysokość próbki przy tym samym naprężeniu, ale po całkowitym nasyceniu wodą

h_o- wysokość próbki po stabilizacji odkształceń przy naprężeniu pierwotnym

Wartość i_mp odczytujemy z krzywej konsolidacji na podstawie badań endometrycznych.

PRZYKŁAD:

Warstwa I: gęstość objętościowa - grunt gruboziarnisty: ρ=2,12 Mg/m³;

miąższość h_i = 1,5m

Warstwa II: ρ= 2,26 Mg/m³

h_i = 1m

Warstwa III: ρ= 2,28 Mg/m³

h_i = 2m

σ_zg = 2,12 * 1,5 + 2,26*1 + 2,28*2 = 100kPa

Z rysunku odczytuję:

h'=17,62mm przy σ_zt = 200kPa

h”=17mm przy σ_zt = 200kPa

h_o=18,09mm przy σ_zt = 100kPa

imp służy do klasyfikacji gruntów:

• zapadowe- imp>0,02, struktura nietrwała, wrażliwe na działanie wody

• niezapadowe imp≤0,02, struktura trwała, nie wrażliwe na działanie wody

Mikrostruktura szkieletowa lessów:

• nie zwietrzałe lessy młodsze (LM):

- nietrwała i_mp>0,02

• ilaste połączenia

• koagulacyjny typ kontaktów

• mieszany typ kontaktów i połączeń

- i_mp>0,02 oraz ≤0,02

• zwietrzałe lessy młodsze i lessy starsze

• trwała i_mp≤0,02

• żelazisto- krzemionkowe i cementacyjne połączenia

• fazowy typ kontaktu

GRUNTY DYSPERSYJNE:

Metody rozpoznawania:

• chemiczna- rozpoznanie ilości w roztworze 4 kaionów: Ca, Na, Mg, K.

Określamy:

-
[mevalent/litr]- całkowita ilość rozpuszczonych soli

-
- procentowa zawartość sodu wymiennego

-
[meq/l]- wskaźnik absorpcji sodu.

Po obliczeniu współczynników korzystamy z nomogramów.

• rozpadania bryłki gruntu w wodzie- grunt o wilgotności naturalnej w kształcie

bryłki o średnicy 6-10mm, zanurzany jest w wodzie destylowanej lub w 0,001 normalnym roztworze NaOH. W czasie 5-10minut obserwowane jest zachowanie gruntu- rozpadanie i zabarwienie roztworu (zmiana w roztwór koloidalny)- grunt dyspersyjny.

Wyróżniamy cztery stopnie reakcji gruntu:

1^o- brak reakcji (bryłka opada na dno, nie ma zmiany barwy, roztwór bezbarwny)

2^o- słaba reakcja (lekko zabarwiona woda w pobliżu powierzchni bryłki)

3^o- średnia reakcja (łatwo rozpoznawalna chmura koloidów w roztworze, opadająca na dno)

4^o- silna reakcja (chmura koloidów pokrywa całe dno zbiornika, cała woda mętna, brak bryłki).

Gdy wystąpi stopień 3 i 4 to grunt jest dyspersyjny.

• podwójnej analizy hydrometrycznej- wykonuje się ją podwójnie.

I- procedura normalna- badanie z mechanicznym mieszaniem i chemicznym rozdrobnieniem cząstek (dyspersją) za pomocą sodowego sześciometafosforanu (Calgon).

II- badania bez mieszania i dodatku dyspergenta

Procentowy wskaźnik dyspersji
:

A i B- zawartość frakcji ilastej (0,005mm)- odpowiednio odczytany z krzywej, określonej w badaniu bez mieszania i dodatku dyspergenta i z mieszaniem i rozdrobnieniem cząstek za pomocą Calgonu.

Klasyfikacja gruntów:

• 0-30% grunt nie dyspersyjny

• 30-50% grunt dyspersyjny lub nie

• >50% grunt dyspersyjny

• otworu „szpilkowego”- obserwacja wody płynącej przez otwór w próbce zagęszczonego gruntu. Jeśli grunt jest dyspersyjny, woda zabarwi się i otwór gwałtownie się poszerzy, a dla nie dyspersyjnych, woda pozostanie czysta i nie będzie erozji gleby.

Grunty o wilgotności zbliżonej do granicy plastyczności, zagęszcza się metodą normalną (0,59J/cm³) w przezroczystym, plastikowym cylindrze o średnicy wewnętrznej 38mm. Szpilką wykonuje się w gruncie otwór o średnicy 1mm i długości 25mm. Obserwacje wody prowadzi się w czterech etapach, przy stałych w każdym etapie gradientach, wysokość słupa wody w rurce piezometrycznej wynosi: 5, 18, 38, 102cm powyżej otworu w gruncie.

Obserwacja w I etap- pomiar wydatku (przepływu przez otwór) i przezroczystość wody w czasie 10 minut; w przypadku zwiększenia się wydatku i zabarwienia wody uznaje się, że grunt jest dyspersyjny.

II, III i IV etap- pomiar wydatków i zabarwienia przez 5 minut.

Metodą zabezpieczania tych gruntów są filtry odwrotne rozbudowane z 2-3 warstw.

GRUNTY EKSPANSYWNE:

Warunki zmian objętości iłu (pęcznienie/ skurcz):

• frakcja ilasta (<2mm)

• skład mineralny- smektyt, illit (materiały pęczniejące)

• zmiana wilgotności - potencjał wodno- gruntowy (zewnętrzne źródło zasilania wody)

• nienasycone wodą grunty (SR<1)

• zewnętrzne obciążenie- „nadkład” gruntu (gdy nadkład jest większy od siły pęcznienia to dobrze)

Rozpoznawanie gruntów ekspansywnych:

• badania mineralogiczne

• właściwości wskaźnikowe (np.: w_S)

• klasyfikacje gruntów

• pomiary bezpośrednie (edometryczne)

• pomiary pośrednie wskaźników- ssanie macierzyste:

• tensjometry

• technika translacji osi

• psychrometry

• papier filtracyjny

Metody zabezpieczania:

• uniemożliwić zmiany wilgotności gruntu, np.: przez kontrolę poziomu wód podziemnych,

• zabezpieczyć dno wykopu natychmiast po wykonaniu, np.: chudym betonem;

• wykop fundamentowy wykonać do głębokości mniejszej niż projektowana, a w końcowej fazie po usunięciu gruntu zabezpieczyć dno,

• stabilizować grunt pęczniejący

• teren z gruntami ekspansywnymi nawodnić

• elementy konstrukcyjne zapory (rdzeń) przykryć folią

• prace ziemne należy wykonywać w okresach bez deszczu

Projektant konstrukcji ziemnej nie może projektować na podstawie zakresu typowych właściwości gruntu.

Wykład 12 (25.05.2005)

Metody wzmacniania budowli ziemnych

Przegląd metod budowy nasypów:

• wzmacnianie konstrukcji nasypów:

• łagodne skarpy i nasypy dociążające

• zagęszczanie gruntu

• stabilizacja chemiczna

• grunt zbrojony- geosyntetyki

• gwoździowanie

• lekki materiał budowlany

• wzmacnianie podłoża:

• wymuszona konsolidacja

• dogęszczania gruntu

• głębokie mieszanie gruntu

• iniekcja

• metody kombinowane

• zasady wyboru metod budowy nasypu

• system analizy nasypu z geowłókniną SANG

• badania kontrolne

Grunty słabe:

Mają niską wytrzymałość na ścinanie i dużą odkształcalność pod działaniem obciążenia. Ich wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu < 50kPa, a moduł odkształcenia w zakresie naprężeń 0-250kPa, nie przekracza 5000kPa. To grunty:

• mineralne:

• normalnie lub lekko prekonsolidowane grunty spoiste o konsolidacji miękkoplastycznej i plastycznej (I_L>0,5)

• grunty piaszczyste w stanie luźnym (I_D<0,3), wrażliwe na upłynnienie

• organiczne:

• >2% części organicznej (Iom>2%); iły organiczne

• mineralne próchniczne (Iom = 2-10%; popielność p=90-97%)

• mineralno-organiczne (Iom=10-20%; p=80-90%)

• organiczne (Iom>20%, p=25-80%)- torfy, gytie, namuły.

Dostosowanie obciążenia (rysunki):

złagodzenie profilu	nasypy dociążające
lekki materiał do wykonania korpusu nasypu	częściowa wymiana gruntu

Projektowanie nasypów dociążonych:

, M_U- moment utrzymujący; M_O- moment obracający

; q- naciski jednostkowe; γ h_np - nasyp dociążający; 5,52- nośność graniczna Prandtla; τ_fu - wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu wody ( krzyżakowa sonda obrotowa)

Lekkie materiały budowlane:

materiał	ρ [ g/cm^3]
Torf naturalny przesuszony	0,7 - 1,0
Mieszanki piaszczysto-torfowe	0,9 - 1,3
Kora (sosnowa lub jodłowa)	0,8 - 1,0
Trociny (sosnowe lub jodłowe)	0,8 - 1,0
Torf wysuszony, zmielony, sprasowany	0,2 - 1,0
Popiół	1,0 - 1,4
Komórkowy beton	0,6 - 1,0
Pęczniejące iły lub iłołupki	0,5 - 1,0
Poliestrowy styropian	0,02 (0,2kN/m^3)
Polipropylen	0,035

Wykład 13 (01.06.2005)

Mieszanina piaszczysto- torfowa (10-15% piasku) można stosować gdy:

• nasyp wykonany jest z torfu o dużej wilgotności, którego nie można dostatecznie wysuszyć

• objętość złóż torfowych jest niewystarczająca do wykonania nasypu.

Mieszankę można przygotować przez układanie bezpośrednio na nasypie na przemian z warstwami rozdrobnionego torfu i mieszanie za pomocą glebogryzarki, przez równomierne układanie na powierzchni nasypu określonych objętości piasku i torfu lub przez układanie na odkładzie rozdrobnionego torfu z rezerwy na przemian z warstwami piasku.

Łączna miąższość piasku i torfu w mieszance nie może być większa od 15-20m.

Badania kontrolne:

Iτ = τ_N / τ_PR > 0,92

Is = ρ_dN / ρ_ds > 0,92

Wyparcie słabego gruntu (rysunki) powinno wykonać się z zachowaniem warunków:

• grunty samo zagęszczające są bardzo dobre, gdy uziarnienie jest dobre- nie trzeba maszyn do zagęszczania

• wymagana wysokość nasypu budowlanego z przeciążenie Hs: H>0,4τ_fu, gdzie

τ_fu - wytrzymałość na ścinanie bez odpływu (<20kPa)

• wymagana głębokość wyparcia gruntu słabego w podłożu powinna być określona w projekcie

• tempo i czas budowy- najlepiej ciągły

Technika wybuchów:

Rodzaje:

• powierzchniowe

• podwodne

• ukryte

Najlepsze efekty uzyskuje się:

• przy pełnym nasyceniu podłoża

• gdy faza gazowa wypełnia < 1% porów

• przy odpowiednim doborze masy ładunku i liczby wybuchów- uniemożliwienie erupcji gruntu

Czynniki wpływające na efekt wybuchu:

• masa ładunku i liczba jednoczesnych wybuchów

• całkowita liczba wybuchów w serii i liczba serii (4-6)

• lokalizacja ładunku w planie i profilu podłoża

Etapowe obciążanie podłoża z przegięciem stosuje się gdy:

• jest długi czas

• ograniczenie osiadań wtórnych przez przeciążenie podłoża nasypem

Drenaż pionowy- przyspieszenie konsolidacji podłoża.

Cv- pionowy współczynnik konsolidacji

Rozmieszczenie drenów w siatce:

• trójkątnej:

D=1,05*S- zakres działania drenu

• kwadratowej:

D=1,13*S

s- długość boku

Czas na zakończenie konsolidacji:

;
.

Grunty zbrojone- materiał kompozytowy złożony z odpowiedniego materiału- gruntu zwykle niespoistego oraz z elementów przenoszących siły rozciągające, rozmieszczonych regularnie lub rozproszonych.

Wykład 14 (08.06.2005)

Wzmocnienie nasypów geosyntetykami.

Elementy zbrojenia gruntów:

• materiały naturalne: bambus, juta;

• materiały sztuczne: taśmy, siatki metalowe, materiały geotekstylne, gwoździe gruntowe;

• materiały wymieszane z gruntem:

• oczka (plaster miodu) z geosyntetyku

• nici syntetyczne połączone z gruntem

• geosiatki

Elementy zbrojenia gruntu:

• idealnie sztywne
  

ε_{R zerwanie} < ε_{S max}

• idealnie wiotkie
  

ε_{R zerwanie} > ε_{S max}

Zbrojenie:

• ciągłe- kontakt na całej powierzchni

• nie ciągłe- kontakt punktowy

Mechanizmy:

• rozciąganie

• ściskanie

• zginanie

• ścinanie

Zbrojenie gruntów:

• prętowe:

• mikropale: (kotwy, gwoździe)

• kolumny wapienne

• szkieletowe:

• texsol

• pneusol

• gabiory

GEOSYNTETYKI:

Etapy budowy nasypu z geowłókniną (rysunek):

• wyrównanie powierzchni terenu

• rozłożenie geowłókniny

• połączenie pasów geowłókniny przez zszycie na zakład minimum 0,5m

• wykonanie dwóch nasypów o wysokości h=0,5m

• zawinięcie krawędzi geowłókniny do środka

• wykonanie pryzm zewnętrznych

• budowa nasypu warstwami

Nasypy hydrotechniczne:

Wzmocnienie nasypu od strony wody:

• folia

• grunt słabo przepuszczalny (ukośny, tzw ławka)

Schemat konfiguracji Systemu Analizy Nasypu z Geowłókniną (SANG):

START DANE GEOMETRYCZNE

DANE GEOTECHNICZNE

RYSUNEK

Zapis danych

OBLICZENIA

NOSANG SASANG JANKSANG KOSANG

SLIPSANG

STOP STOP

Schemat zniszczenia nasypu przez przekroczenie nośności podłoża (rysunek) NOSANG:

γ H < Cu Nc- warunek określający potrzebę wzmacniania podłoża

Cu- spójność podłoża w warunkach bez odpływu

Nc = B/D - współczynnik nośności

B- szerokość budowli (średnia)

D- grubość słabonośnych gruntów

Występują dwa przypadki kontaktu:

• szorstki Nc= 4,14 + 0,5 B/D

• gładki Nc = 3,5 + 0,25 B/D

Wykład 15 (15.06.2005)

Wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych wyznacza się na podstawie zależności korelacyjnych.

Projektowanie geotechniczne obejmuje:

• stan graniczny nośności i użytkowalności

• kategorie geotechniczne

• współczynniki częściowe

• wartości charakterystyczne

Badania polowe należy łączyć z laboratoryjnymi i uwzględniać niepewność badań:

Wartość pomierzona - badania terenowe lub laboratoryjne - teoria zależności empirycznych i korelacyjnych - wartość wyprowadzona - wartość charakterystyczna - wartość projektowa.

Metody obliczeniowe:

• metody elementów skończonych

• metody numeryczne

Obliczenie stateczności można wykonać w programie GEOSLOW.

Siła filtracji musi być uwzględniana przy obliczaniu stateczności.

Metoda Szwedzka (F= 1,1-1,3) i Bishopa (F=1,5) są najczęściej stosowane do określania stateczności. Jeśli spełnione są warunki w nawiasach to budowla jest bezpieczna.

Istnieje też metoda dużych brył polegająca na wykreśleniu wieloboku sił i wyznaczeniu wartości sił i kierunku ich działania.

Inżynierska wiedza geotechniczna o warunkach w podłożu gruntowym, zależy od zakresu i jakości badań geotechnicznych. Taka wiedza i kontrola jakości wykonania ma większe znaczenie dla spełnienia podstawowych wymagań, niż dokładność modeli obliczeniowych i współczynników częściowych.

Warunki litologiczne, stratygraficzne, tektoniczne i hydrogeologiczne nie decydują o ogólnej możliwości budowy zapory, natomiast wpływają na koszty i czas budowy.

Ważnym czynnikiem geologicznym, oprócz budowy podłoża, jest możliwość dostępu materiałów do budowy.

Grunt naturalny- najstarszy i najbardziej złożony oraz trudny materiał budowlany stosowany w budownictwie ziemnym.

Grunt jest dziełem natury i dlatego jego zachowanie jest trudne do przewidzenia.

Nie można projektować na podstawie zakresu badań typowych właściwości gruntu. Należy zbadać: sufozyjnośc, dyspersyjność, zapadowość i ekspansywność.

Krzywe uziarnienia:

• grunty wielofrakcyjne Cu >15 Cc 1-3

• grunty kilkufrakcyjne Cu 6-15 Cc <1

• grunty jednofrakcyjne Cu <6 Cc <1

Grunty sufozyjne:

lub Cu <10 oraz
; k- współczynnik filtracji [cm/s]; n- porowatość.

Filtr odwrotny- zasada Terzaghiego:

;
- grunt ochraniany

- grunt chroniący.

(wykresy gruntu chronionego i chroniącego, zakres)

ZADANIE 3

Skarpa wykopu w iłach pleistoceńskich o warunkach wytrzymałościowych na ścinanie Cu= 40kN/m² i ciężarze objętościowym γ= 19,7 kN/m³ i wilgotności w=29,5 %.

Wyznaczyć: 1- wartość spójności potrzebną do zachowania równowagi

2- F.

Długość łuku:

1. Wymagana spójność:

2. Współczynnik stateczności:

4

---