WYKŁAD III - 27.10.2010

1. Stopień złożoności budowy geologicznej:

1. budowa prosta

• Teren płaski, warstwy geologiczne są jednorodne, zwierciadło wód podziemnych występuje głęboko, brak wyraźnych objawów procesów geologicznych

2. budowa złożona

• teren pofalowany, warstwy geologiczne zmienne pod względem litologicznym, woda podziemna występuje płytko w soczewkach lub przewarstwieniach, wyraźne objawy procesów geodynamicznych

3. 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)

2. Kryteria geologiczno-inżynierskie/geotechniczne:

1. 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

3. Podział gruntów naturalnych (w zależności od sposobu ich powstawania):

1. Grunty pochodzenia miejscowego (gliny zwietrzelinowe, rumosze zwietrzelinowe)

2. Grunty naniesione (rzeczne, morskie, lodowcowe, eoliczne, zastoiskowe, organiczne)

4. 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 :)

I_d ⁽ⁿ⁾ x γ _m = I_d^(r) ; γ _m = <0,9 - 1,1>

5. Wspólne elementy opisu gruntów:

1. Barwa - intensywność - odcień - barwa podstawowa (np. jasno - żółto - brązowa) - określana w stanie wilgotności naturalnej, na świeżym przełamie

2. Wapnistość/węglanowość:

1. klasa 4 - zawartość węglanów > 5%, burzy się intensywnie i długo > 20 s

2. klasa 3 - zawartość węglanów 3-5%, burzy się intensywnie i krótki < 20 s

3. klasa 2 - zawartość węglanów 1-3%, burzy się słabo i krótko

4. klasa 1 - zawartość węglanów < 1%, ślady lub brak wydzielania gazów

6. 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.

7. Makroskopowy opis gruntów skalistych:

1. nazwa gruntu;

2. skład mineralny

3. struktura

4. tekstura

5. barwa

6. stopień zwietrzenia

7. twardość

8. zwięzłość

9. wapnistość

10. geneza

8. Makroskopowy opis masywu skalnego:

1. pkt.1-8 - j.w.

2. orientacja przestrzenna odsłonięcia

3. szczelinowatość

4. wymiary i kształt bloków

5. szorstkość powierzchni

9. Makroskopowy opis gruntów nieskalistych niespoistych (sypkich):

1. nazwa gruntu

2. skład mineralny (jeżeli rozmiary pozwolą)

3. opis struktur: uziarnienie, wysortowanie, obtoczenie, kulistość, kształt ziaren (wg diagram Zingga), charakter powierzchni ziaren)

4. tekstura (opisywana w terenie)

5. stopień zagęszczenia

6. barwa

7. wilgotność

8. zawartość węglanów

9. geneza

10. Makroskopowy opis gruntów nieskalistych spoistych:

1. nazwa

2. skład mineralny

3. cechy struktur i tekstur

4. konsystencja i stan gruntu

5. barwa

6. wilgotność

7. wapnistość

8. geneza

11. Makroskopowy opis gruntów organicznych - torfów

1. nazwa

2. udział substancji organicznej i mineralnej

3. zapach

4. stopień rozłożenia

5. opis organiki

6. wapnistość

7. barwa

8. geneza

12. Metody uzyskiwania parametrów geologiczno-inżynierskich (geotechnicznych):

1. 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.

2. metoda B - polega na oznaczeniu metodą A parametrów wiodących (dla gruntów spoistych: wilgotności w_n, gruntów niespoistych: stopnia zagęszczenia I_d lub gęstości ρ), pozwalających wyznaczyć na ich podstawie pozostałe niezbędne parametry wykorzystując zależności korelacyjne miedzy nimi, podane w normach lub ustalone doświadczalnie

3. 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.

13. 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.

14. Powstawanie wietrzeńców w strefie gruzu i piasku:

1. stadia zaokrąglania okruchów skały pierwotnej:

1. zaokrąglanie naroży

2. zaokrąglanie krawędzi

3. stadium kształtu elipsoidalnego

4. stadium wietrzenia kulistego

2. stadia zaokrąglania okruchów skał (rys.1)

15. Dezintegracja - rozpad, rozkruszanie skał na mniejsze okruchy skalne

1. blokowa - kruszenie przypowierzchniowej partii skał na ostrokrawędziste płyty, bloki i okruchy wskutek wahań temperatury skał

2. granularna - rozkruszanie i rozdrabnianie skał o strukturze ziarnistej pod wpływem wahań temperatury skał, różnej rozszerzalności cieplnej poszczególnych minerałów

3. pylasta - pęknie i rozdrabnianie ziaren mineralnych w skałach do rozmiarów frakcji pyłowej zachodzące pod wpływem zmian termicznych

16. Frakcja (granulometryczna) - populacja ziaren o określonej wielkości występująca w osadzie lub skale osadowej.

17. Kształt okruchów frakcji żwirowej: dyskoidalne, kuliste, elipsoidalne, wrzecionowate (diagram Zingga).

18. Kształty ziaren i cząstek - w zależności od wielkości frakcji ziarna mają różne kształty, np. frakcja iłowa to mikroskopijne blaszki.

19. Charakterystyka uziarnienia - ziarna i cząstki gruntu dzielone są według wielkości na grupy zwane frakcjami. Wyróżniamy pięć następujących frakcji:

1. kamienista d>40 mm

2. żwirowa d = 40-2 mm

3. piaskowa d = 2-0,005

4. pyłowa

5. iłowa

Uziarnienie gruntu (skład granulometryczny) określa się procentową zawartością poszczególnych frakcji w stosunku do ciężaru całej próbki badanego gruntu.

20. Rodzaje metod badań uziarnienia gruntów:

1. metody bezpośrednie - oparte na pomiarze rzeczywistych wymiarów cząstek gruntowych, do których należą:

1. analiza laserowa

2. badania mikroskopowe

Ich celem jest określenie kształtu i rozmiaru cząstek gruntu, mniej jego składu granulometrycznego.

2. 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.

21. Metodyka laboratoryjna.

22. 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.

23. Badania uziarnienia gruntów - metody laboratoryjne:

1. mechaniczne:

1. analiza sitowa - stosowana w przypadkach, kiedy wszystkie ziarna w gruncie mają średnicę większą od 0,06 mm

2. sedymentacyjne:

1. analiza areometryczna

2. analiza pipetowa

3. 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

24. Wzór Stokesa:

v = 2(ρ_s - ρ_w) x g/9η * d_T²/4

v - prędkość opadania cząstek

ρ_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego

ρ_w - gęstość właściwa wody

g - przyspieszenie ziemskie

d_T - średnica zastępcza cząstki

η - współczynnik lepkości

d_T = pierwiastek kwadratowy z 18 η H_R/(ρ_s - ρ_w) g T

H_R - droga cząstki [cm]

T - czas opadania cząstki [s]

reszta jak w poprzρednim wzorze

25. Charakterystyka rozdrobnienia gruntów:

1. grunty monodyspersyjne - grunty bardzo dobrze wyselekcjonowane, zdecydowane ich maksimum przypada w wąskim zakresie średnic

2. grunty bidyspersyjne - maksimum trochę rozmyte, nie ma przebiegu ostrego, jest złagodzone, frakcje dominujące stanowią szerszy przedział

3. grunty polidyspersyjne - najbardziej rozwleczone, każda frakcja jest mniej więcej równo rozdeponowana

26. Wykres uziarnienia (krzywe uziarnienia) sporządza się po wykonaniu analizy granulometrycznej (metodą sitową lub sitowo-areometryczną) i obliczeniu procentowych masy ziaren i cząstek.

27. Z wykresów krzywych uziarnienia można wyznaczyć:

1. procentowe zawartości poszczególnych frakcji (niezbędne do określenia rodzaju gruntu),

2. średnice cząstek d₁₀, d₃₀, d₆₀ (niebędne do określenia wskaźników uziarnienia gruntu) oznaczające średnice cząstek, które wraz z mniejszymi stanowią 10, 30, 60%.