WYKŁAD III - 27.10.2010
Stopień złożoności budowy geologicznej:
budowa prosta
Teren płaski, warstwy geologiczne są jednorodne, zwierciadło wód podziemnych występuje głęboko, brak wyraźnych objawów procesów geologicznych
budowa złożona
teren pofalowany, warstwy geologiczne zmienne pod względem litologicznym, woda podziemna występuje płytko w soczewkach lub przewarstwieniach, wyraźne objawy procesów geodynamicznych
budowa skomplikowana
Teren o intensywnym urzeźbieniu, duża zmienność warstw geologicznych o zaburzonym ułożeniu (tektonicznym, glacitektonicznym lub sedymentacyjnym) - w odniesieniu do skał litych (zwięzłych) duża szczelinowość, woda podziemna występuje płytko tworząc podmokłości lub zabagnienia, intensywne procesy geodynamiczne (osuwiska, kras, erozja powierzchniowa rzeczna i morska, ablacja)
Kryteria geologiczno-inżynierskie/geotechniczne:
Kategoria geotechniczna:
systematyzuje zakres i rodzaj badań geotechnicznych oraz sposób ich udokumentowania
dotyczy konkretnego projektowanego lub budowanego obiektu i jest ustalana w zależności od rodzaju obiektu i stopnia złożoności warunków jego podłoża
warunkuje metody obliczeń projektowych oraz badań kontrolnych w czasie budowy
Podział gruntów naturalnych (w zależności od sposobu ich powstawania):
Grunty pochodzenia miejscowego (gliny zwietrzelinowe, rumosze zwietrzelinowe)
Grunty naniesione (rzeczne, morskie, lodowcowe, eoliczne, zastoiskowe, organiczne)
Parametr gruntowy - jest to wielkość, która charakteryzuje cechę (własność) gruntu i jego zachowanie się w przypadku działania w przeszłości, teraźniejszości i w przyszłości określonych czynników zewnętrznych i wewnętrznych (obciążenie, uwilgotnienie itp.)
Obliczeniowa wartość parametru gruntowego - określana jest przez przemnożenie wartości charakterystycznej parametru przez odpowiedni współczynnik uwzględniający zmienność gruntu, błąd pomiar oraz czynniki charakteryzujące obiekt budowlany - ma nam, geologom, zapewnić spokojny sen :)
Id (n) x γ m = Id(r) ; γ m = <0,9 - 1,1>
Wspólne elementy opisu gruntów:
Barwa - intensywność - odcień - barwa podstawowa (np. jasno - żółto - brązowa) - określana w stanie wilgotności naturalnej, na świeżym przełamie
Wapnistość/węglanowość:
klasa 4 - zawartość węglanów > 5%, burzy się intensywnie i długo > 20 s
klasa 3 - zawartość węglanów 3-5%, burzy się intensywnie i krótki < 20 s
klasa 2 - zawartość węglanów 1-3%, burzy się słabo i krótko
klasa 1 - zawartość węglanów < 1%, ślady lub brak wydzielania gazów
Warstwa geologiczna - jest to jednostka strukturalna osadu mająca wspólną genezę; przy jej wyodrębnianiu stosuje się kryteria geologiczne jak np.: litologię, genezę itp.
Warstwa gruntowa - jest jednostką strukturalną złożoną z jednakowego gruntu.
Warstwa geotechniczna - jest to warstwa gruntowa o zbliżonych (jednorodnych) właściwościach technicznych.
Makroskopowy opis gruntów skalistych:
nazwa gruntu;
skład mineralny
struktura
tekstura
barwa
stopień zwietrzenia
twardość
zwięzłość
wapnistość
geneza
Makroskopowy opis masywu skalnego:
pkt.1-8 - j.w.
orientacja przestrzenna odsłonięcia
szczelinowatość
wymiary i kształt bloków
szorstkość powierzchni
Makroskopowy opis gruntów nieskalistych niespoistych (sypkich):
nazwa gruntu
skład mineralny (jeżeli rozmiary pozwolą)
opis struktur: uziarnienie, wysortowanie, obtoczenie, kulistość, kształt ziaren (wg diagram Zingga), charakter powierzchni ziaren)
tekstura (opisywana w terenie)
stopień zagęszczenia
barwa
wilgotność
zawartość węglanów
geneza
Makroskopowy opis gruntów nieskalistych spoistych:
nazwa
skład mineralny
cechy struktur i tekstur
konsystencja i stan gruntu
barwa
wilgotność
wapnistość
geneza
Makroskopowy opis gruntów organicznych - torfów
nazwa
udział substancji organicznej i mineralnej
zapach
stopień rozłożenia
opis organiki
wapnistość
barwa
geneza
Metody uzyskiwania parametrów geologiczno-inżynierskich (geotechnicznych):
metoda A - polega na bezpośrednim wyznaczeniu wartości parametrów na podstawie polowych i laboratoryjnych badań gruntu. Do oceny jednorodności gruntu i jego uogólnionych wartości charakterystycznych wykorzystuje się metody statystyczne.
metoda B - polega na oznaczeniu metodą A parametrów wiodących (dla gruntów spoistych: wilgotności wn, gruntów niespoistych: stopnia zagęszczenia Id lub gęstości ρ), pozwalających wyznaczyć na ich podstawie pozostałe niezbędne parametry wykorzystując zależności korelacyjne miedzy nimi, podane w normach lub ustalone doświadczalnie
metoda C - jest analogiczna do metody B, z tym że przyjmuje się parametry określone na podstawie praktycznych doświadczeń uzyskanych na podobnych terenach dla podobnych konstrukcji.
Schemat wietrzenia skały litej - w zależności od tego, jak głęboko jesteśmy od źródła niszczenia skały, wyróżniamy (od dołu): masyw pierwotny (skała macierzysta), strefa monolitu, strefa bloków, strefa gruzu i piasku, strefa pyłu i iłu, grunt.
Powstawanie wietrzeńców w strefie gruzu i piasku:
stadia zaokrąglania okruchów skały pierwotnej:
zaokrąglanie naroży
zaokrąglanie krawędzi
stadium kształtu elipsoidalnego
stadium wietrzenia kulistego
stadia zaokrąglania okruchów skał (rys.1)
Dezintegracja - rozpad, rozkruszanie skał na mniejsze okruchy skalne
blokowa - kruszenie przypowierzchniowej partii skał na ostrokrawędziste płyty, bloki i okruchy wskutek wahań temperatury skał
granularna - rozkruszanie i rozdrabnianie skał o strukturze ziarnistej pod wpływem wahań temperatury skał, różnej rozszerzalności cieplnej poszczególnych minerałów
pylasta - pęknie i rozdrabnianie ziaren mineralnych w skałach do rozmiarów frakcji pyłowej zachodzące pod wpływem zmian termicznych
Frakcja (granulometryczna) - populacja ziaren o określonej wielkości występująca w osadzie lub skale osadowej.
Kształt okruchów frakcji żwirowej: dyskoidalne, kuliste, elipsoidalne, wrzecionowate (diagram Zingga).
Kształty ziaren i cząstek - w zależności od wielkości frakcji ziarna mają różne kształty, np. frakcja iłowa to mikroskopijne blaszki.
Charakterystyka uziarnienia - ziarna i cząstki gruntu dzielone są według wielkości na grupy zwane frakcjami. Wyróżniamy pięć następujących frakcji:
kamienista d>40 mm
żwirowa d = 40-2 mm
piaskowa d = 2-0,005
pyłowa
iłowa
Uziarnienie gruntu (skład granulometryczny) określa się procentową zawartością poszczególnych frakcji w stosunku do ciężaru całej próbki badanego gruntu.
Rodzaje metod badań uziarnienia gruntów:
metody bezpośrednie - oparte na pomiarze rzeczywistych wymiarów cząstek gruntowych, do których należą:
analiza laserowa
badania mikroskopowe
Ich celem jest określenie kształtu i rozmiaru cząstek gruntu, mniej jego składu granulometrycznego.
Metody pośrednie - w których wielkość cząstek gruntu zastępuje się średnicami teoretycznych kulek. W grupie tych metod rozróżniane są metody oparte na procesie sedymentacji oraz metody rozdziału frakcji w strumieniu cieczy lub gazu. Metodą pośrednią jest analiza areometryczna i analiza pipetowa.
Metodyka laboratoryjna.
Średnica zastępcza cząstki - średnica w kształcie kulistym o takiej samej gęstości właściwej, co rzeczywista cząstka gruntu, opadająca w wodzie z taką samą prędkością jak rzeczywista cząstka gruntu
Wymiar średnicy cząstki zastępczej nie pokrywa się z wymiarami rzeczywistej cząstki gruntu.
Badania uziarnienia gruntów - metody laboratoryjne:
mechaniczne:
analiza sitowa - stosowana w przypadkach, kiedy wszystkie ziarna w gruncie mają średnicę większą od 0,06 mm
sedymentacyjne:
analiza areometryczna
analiza pipetowa
analiza mikroagentowa
analizy sedymentacyjne stosuje się wtedy, gdy prawie wszystkie ziarna gruntu mają średnice mniejsza od 0,06 mm
3. mieszane (łączone) - np. analiza sitowa + analiza pipetowa - zestaw stosowany w przypadku gruntów zbudowanych z ziaren o średnicy zarówno większej jak również i mniejszej od 0,06 mm
Wzór Stokesa:
v = 2(ρs - ρw) x g/9η * dT2/4
v - prędkość opadania cząstek
ρs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego
ρw - gęstość właściwa wody
g - przyspieszenie ziemskie
dT - średnica zastępcza cząstki
η - współczynnik lepkości
dT = pierwiastek kwadratowy z 18 η HR/(ρs - ρw) g T
HR - droga cząstki [cm]
T - czas opadania cząstki [s]
reszta jak w poprzρednim wzorze
Charakterystyka rozdrobnienia gruntów:
grunty monodyspersyjne - grunty bardzo dobrze wyselekcjonowane, zdecydowane ich maksimum przypada w wąskim zakresie średnic
grunty bidyspersyjne - maksimum trochę rozmyte, nie ma przebiegu ostrego, jest złagodzone, frakcje dominujące stanowią szerszy przedział
grunty polidyspersyjne - najbardziej rozwleczone, każda frakcja jest mniej więcej równo rozdeponowana
Wykres uziarnienia (krzywe uziarnienia) sporządza się po wykonaniu analizy granulometrycznej (metodą sitową lub sitowo-areometryczną) i obliczeniu procentowych masy ziaren i cząstek.
Z wykresów krzywych uziarnienia można wyznaczyć:
procentowe zawartości poszczególnych frakcji (niezbędne do określenia rodzaju gruntu),
średnice cząstek d10, d30, d60 (niebędne do określenia wskaźników uziarnienia gruntu) oznaczające średnice cząstek, które wraz z mniejszymi stanowią 10, 30, 60%.