1. Definicje podstawowe

Minerał - pierwiastek, związek chemiczny powstający w przyrodzie bez ingerencji człowieka w wyniku procesów geologicznych w skorupie ziemskiej.

Skała – naturalny zestaw minerałów tworzących w skorupie ziemskiej formy przestrzenne. Powstają w wyniku określonych procesów geologicznych (magmowe, osadowe, metamorficzne).

Grunt - część skorupy ziemskiej współpracująca lub mogąca współpracować z obiektem budowlanym, stanowiąca jego część lub służąca jako tworzywo do wykonywania budowli ziemnych.

Cechy rozpoznawania makroskopowego minerałów i skał

twardość – jest to wartość oporu, jaki stawia minerał przy próbach zarysowania lub ścierania jego powierzchni. W celu ułatwienia oznaczenia twardości posługujemy się w geologii umowną skalą twardości minerałów wzorcowych tzw. Skalę Mohsa:1.talk 2.gips 3.kalcyt 4.fluoryt 5.apatyt 6.skaleń 7.kwarc 8.topaz 9.korund 10.diament łupliwość – jest to zdolność minerału do pękania pod wpływem przyłożonej siły na części ograniczone powierzchniami płaskimi – powierzchniami łupliwości.

przełam – minerały niewykazujące łupliwości pod wpływem uderzenia lub nacisku rozpadają się na fragmenty mniejsze, ograniczone nierównymi powierzchniami, tzw. Powierzchniami przełamu. W zależnościod wyglądu tych powierzchni określamy je jako przełamy: muszlowy, ziemisty, zadziorowaty, haczykowaty.

połysk – minerałów zależy od intensywności odbijania światła przez płaszczyzny lub powierzchnie występujące w kryształach. Im bardziej gładkie są powierzchnie odbicia, tym intensywniejszy jest połysk. Połysk określonego minerału nie jest dla niego właściwością stałą. Zależy od wielkości i kształtu kryształu danego minerału, a co za tym idzie od warunków powstawania i domieszek w nim występujących.

barwa – wypadkowa barw minerałów budujących skałę oraz domieszek barwiących

przeźroczystość – jest zależna od barwy minerału. Minerały barwne najczęściej są nieprzeźroczyste, np.pirokseny, skalenie. Minerały bez barwne prawie zawsze są przeźroczyste.

pokrój – czyli zewnętrzny wygląd kryształów, jest uzależniony od charakteru sieci przestrzennych oraz fizykochemicznych warunków, w jakich kryształy powstały. Wyróżniamy następujące przekroje:

- kostkowy

- słupkowy

2. Klasyfikacja skał i gruntów według różnych kryteriów:

skały magmowe – powstałe w wyniku krzepnięcia magmy (gorącego płynnego stopu znajdującego się wewnątrz skorupy ziemskiej, złożonego głównie z krzemianów). Magma, która wydostała się na powierzchnię ziemi nazywa się lawą. Proces wydostawania się produktów nazywamy wulkanizmem. Podział w zależności krzepnięcia magmy:

-głębinowe ( plutoniczne) wytworzone z magmy

-wylewne (wulkaniczne) wytworzone z lawy

-żyłowe

Podział ze względu na zawartość krzemu:

-kwaśne (granit = riolit)

-obojętne (sjenit=trachit; dioryt=andezyt; gabro = melafir, bazalt)

-zasadowe

skały osadowe – powstałe przez osadzanie się materiału mineralnego na powierzchni ziemi lub ograniczonego w zbiornikach morskich, jeziorach. Podział:

okruchowe – powstałe z nagromadzenia okruchów wcześniej utworzonych skał. Podział:

-sypkie, niespoiste – kamienie, gruz, piasek, żwir, brekcja, zlepieniec, piaskowiec

-luźne, spoiste – pył, muł, less, ił, mułowiec, iłowiec.

chemiczne – powstałe przez wytrącenie się substancji chemicznych z wodnych roztworów, np.: wapień, dolomit, syderyt, magnezyt, gips, anhydryt

organogeniczne – nagromadzenie szczątków obumarłych organizmów zwierzęcych i roślinnych

skały metamorficzne – skały które powstają w wyniku przeobrażeń starszych skał pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Np.: gnejs, marmur, kwarcyt, łupki krystaliczne.

3. Procesy endogeniczne

Plutonizm- ogół procesów geologicznych polegających na podziemnym tworzeniu, przemieszczaniu się magmy, jej zastyganiu w obrębie dolnej skorupy ziemskiej i górnego płaszcza (tzw. intruzje) oraz tworzeniu się z niej skał plutonicznych. W wyniku wdzierania się magmy w skorupę ziemską powstają intruzje. Taka magma krzepnie powoli więc ma strukturę holokrystaliczną. Intruzje dzielimy na zgodne i niezgodne.

Wulkanizm - Jest to ogół procesów związanych z przemieszczaniem się magmy z głębokich warstw Ziemi ku jej powierzchni. Kresem tej wędrówki jest erupcja, czyli wylew lawy lub wybuchy gazów wynoszących fragmenty ciekłej lawy i rozkruszone skały podłoża.

Metamorfizm - jest to zespół procesów prowadzących do zmiany skał, tekstury, struktury, składu mineralnego oraz chemicznego. Typowym środowiskiem metamorfizmu jest wnętrzeskorupy ziemskiej, może on wystąpić również na powierzchni Ziemi. Należy mieć jednak na uwadze, że metamorfizmem nazywamy tylko przemiany zachodzące w stanie stałym.

Ruchy epejrogeniczne - długotrwałe pionowe ruchy skorupy ziemskiej powodujące wydźwignięcie lądu lub obniżanie dna oceanicznego, a właściwie ruchy wypiętrzające gotowy już blok kontynentalny. Powodują podnoszenie lub obniżanie lądów, a poprzez to transgresję (zalewanie) i regresję (cofanie się) mórz. Przyczyną tych ruchów są siły endogeniczne.

Orogeneza - krótkotrwałe (w skali geologicznej), epizodyczne, wielkoskalowe ruchy skorupy ziemskiej, zachodzące na znacznych obszarach i prowadzące do powstania gór. W efekcie orogenezy następuje sfałdowanie osadów oraz ich wypiętrzenie w postaci łańcuchów gór fałdowych. Na "usztywnionych", nie podlegających fałdowaniu fragmentach skorupy ziemskiej (tzw. kratonach) orogeneza powoduje powstawanie pionowych przemieszczeń, wzdłuż linii uskoków, tworzących często góry zrębowe.

Trzęsienia ziemi - gwałtowne rozładowanie naprężeń powstałych w skorupie ziemskiej w czasie ruchów fragmentów litosfery. Z miejsca uwolnienia tych naprężeń (hipocentrum) rozchodzą się fale sejsmiczne. Punkt na powierzchni Ziemi położony nad ogniskiem (epicentrum) to miejsce, gdzie fale docierają najwcześniej i gdzie straty są największe. Siła wstrząsów maleje w miarę oddalania się od epicentrum.

Deformacje tektoniczne - Tektoniczne deformacje, zaburzenia w pierwotnym ułożeniu warstw skalnych powstające pod wpływem działania ruchów tektonicznych. Ze względu na wygląd zaburzeń wyróżnia się deformacje: ciągłe - powstałe bez przerwania ciągłości danej warstwy skalnej, polegające tylko na jej ugięciu (np. w formie fałdu, fleksury, nasunięcia lub płaszczowiny), oraz nieciągłe - kiedy następuje przerwanie ciągłości danej warstwy skalnej, czyli jej rozerwanie i przemieszczenie (np. przez powstanie uskoku).

4. Procesy egzogeniczne:

Wietrzenie - rozpad lub rozkład skał pod wpływem czynników zewnętrznych. Proces zachodzi na powierzchni terenu i w strefie przypowierzchniowej. Wietrzenie mechaniczne prowadzi do rozdrobnienia skały bez zmiany jej składu. Podczas wietrzenia chemicznego tworzą się nowe zespoły mineralne. Przykładem wietrzenia chemicznego jest kras, polegający na rozpuszczaniu skał węglanowych i gipsowo-solnych przez wody powierzchniowe i podziemne. Skutkami jest powstawanie jaskiń, zmiany strukturalne i mineralne skał, zmiana cyrkulacji wód podziemnych, osłabienie wytrzymałości.

Erozja - proces niszczenia powierzchni terenu przez wodę, wiatr, siłę grawitacji i działalność człowieka. Przykłady erozji:

erozja lodowcowa - to żłobienie terenu przez płynący lodowiec

erozja wodna, wody deszczowej, rzecznej (erozja boczna, wgłębna), morskiej.

Powierzchniowe ruchy masowe – ruchy mas skalnych, których siłą napędową jest siła grawitacji. Zachodzą na stokach, zboczach i skarpach kiedy siła zsuwająca staje się większa od sił wewnętrznych utrzymujących daną formę w stanie statycznym. Prowadzą do zmiany sposobu przestrzennego rozmieszczenia skał, a co za tym idzie, zmieniają się właściwości fizykochemiczne.

Zlodowacenia – trwałe zaburzenia poprzedniego układu form skał niezdiagenezowanych spowodowane obciążeniem lodem, przesuwaniem się lodowca, zamarzaniem i rozmarzaniem wody w skale lub odprężeniem po ustąpieniu lodowca. Zaburzenia te najbardziej powszechne są w zachodniej i południowo-zachodniej części Polski.

Działalność antropogeniczna – wpływ działalności inżynierskiej człowieka na sposób występowania skał. Największe zaburzenia spowodowane są eksploatacją górniczą oraz składowaniem odpadów przemysłowych. W wyniku eksploatacji górniczej niszczona jest ciągłość form geologicznych oraz zachodzi zmiana naprężeń w górotworze.

5. Przestrzenne sposoby występowania skał (struktury geologiczne) - odpowiednio do warunków genetycznych. 

Struktura geologiczna – określony układ skał powstały w wyniku działania procesów geologicznych. Dzielimy je na:

• Megastruktury

• Makrostruktury

• Mezostruktury

• Mikrostruktury

Niezaburzone formy zalegania skał magmowych głębinowych

Batolit (granit, dioryt) Nieokreślone kształty przestrzenne, nieznane położenie dna. Od kilku do kilkunastu km rozpiętości w poziomie.

Etmolit (granit karkonoski) wciska się i rozpycha istniejące warstwy, nieokreślone położenie dna

Niezaburzone formy zalegania skał magmowych wylewnych

Stożki wulkaniczne, materiał osadzając się zdłuż głębokiego rozłamu skalnego – pokrywy i tarcze. Na dnie wody morskiej – struktury poduszkowe (bazalty)

Niezaburzone formy zalegania skał osadowych

Warstwa ograniczona jest dwoma powierzchniami

Odległość prostopadła do krawędzi między stropem a spągiem to miąższość.

STROP – powierzchnia, przez którą dana warstwa graniczy, może graniczyć z warstwą młodszą.

SPĄG – powierzchnia, przez którą dana warstwa graniczy, może graniczyć z warstwą starszą.

Deformacje ciągłe – odkształcenia lub zaburzenia pierwotnej formy występowania skał przy zachowanej ciągłości cech fizycznych i geometrycznych.

Monoklina - warstwy na dużej przestrzeni nachylone są w jednym kierunku pod tym samym kątem.

Fałd - faliste powyginanie warstw skalnych. Część wypukła (wyniesiona) fałdu nosi nazwę antykliny (siodła), natomiast część wklęsła (obniżona) – synkliny – łęku. Najbardziej na erozję narażone są antykliny. Rozróżnia się fałdy: przechylone, obalone, stojąc, przewalone.

Deformacje nieciągłe – są to takie deformacje, które powodują przerwanie ciągłości warstw.

Spękania - powierzchnie powstałe w miejscu przerwania nieciągłości skał bez przemieszczenia powstałych bloków względem siebie.

Uskoki – przerwanie ciągłości i przesunięcie względem siebie powstałych bloków skalnych wzdłuż powierzchni nieciągłości.

6. Określanie orientacji przestrzennej struktur geologicznych. 

Bieg warstwy – linia powstała jako ślad przecięcia powierzchni warstwy z płaszczyzną poziomą. Kierunek linii wyznaczamy mierząc azymut biegu.

Azymut biegu – kąt zawarty między kierunkiem północnym a linią biegu. Potocznie nazywany jest „biegiem”.

Upad – linia prosta leżąca na powierzchni warstwy wyznaczająca maksymalny spadek warstwy w danym miejscu.
Bieg i upad są do siebie prostopadłe

Azymut upadu – kąt między kierunkiem północnym a rzutem prostokątnym upadu na płaszczyznę poziomą.

Kierunek upadu – szacunkowo wyznaczony geograficzny kierunek nachylenia (np. NW)

Sposoby określania orientacji struktur:

1) Azymut biegu/kąt upadu/kierunek upadu (np. 135/40/NE)

2) Azymut upadu/kąt upadu (np. 170/50)

7. Czas geologiczny, historia procesów i zjawisk geologicznych. 
Czas jest zespołem wzajemnych relacji rozmaitych wydarzeń fizycznych. Czas traktowany jest jako:

• Wykładnik historii zjawisk i procesów geologicznych.

• Czynnik warunkujący określone skutki działania zasadniczych przyczyn rozwoju procesów geologicznych.

Wiek bezwzględny – zamknięty okres przypisywany konkretnym zjawiskom, procesom geologicznym mierzony miarą lat.

Wiek względny – dotyczy skał osadowych, opiera się na zasadzie następstwa warstw, lub ewolucji świata organicznego.

Praktyczne znaczenie:

W Polsce mamy do czynienia przeważnie z utworami najmłodszych okresów geologicznych. Na podstawie wieku skał można przypuszczać jakie jest wykształcenie skał, jaki sposób zalegania lub jakie są ich ogólne właściwości fizykomechaniczne. Pozwala to prognozować osiadania lub występowania innych procesów związanych z działalnością inżynierską.

8. Cechy skał (gruntów) decydujące o jakości podłoża budowlanego; w tym deformacje, zagęszczenie, makroporowatość, kohezja, zawartość części organicznych i minerałów ilastych, zawodnienie, podatność na tiksotropię i upłynnienie, historia geologiczna, itp. 

Kohezja - ogólna nazwa zjawiska stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części. Jej miarą jest praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię powstałą na skutek tego rozdzielenia.

Tiksotropia – zmiana właściwości wytrzymałościowych gruntów sypkich pod wpływem drgań dynamicznych.

9. Wodonośność skał; przykłady różnej wodonośności. 

Warstwa wodonośna jest ośrodkiem skalnym zdolnym do gromadzenia i przewodzenia wody. Charakteryzuje się stosunkowo dużym współczynnikiem filtracji. Najczęściej dla warstw wodonośnych wynosi on ponad 10^-4 m/s; tak wysoki współczynnik filtracji mają szczególnie grunty piaszczyste i żwirowe, a także ośrodki szczelinowe (masywy skalne z drożnymi szczelinami). Warstwa wodonośna od dołu ograniczona jest osadami (warstwami) nieprzepuszczalnymi lub trudno przepuszczalnymi dla wody. Pod względem ciśnienia gromadzonej wody rozróżnia się warstwy wodonośne o zwierciadle wody swobodnym i warstwy wodonośne o zwierciadle wody napiętym. Jest to głównie woda gruntowa.

W przypadku warstw wodonośnych występujących bezpośrednio pod powierzchnią terenu, kiedy poziom wód podziemnych jest zbyt płytki powstają bagna (mokradła). Kiedy poziom wód podziemnych takich warstw podniesie się ponad powierzchnię terenu, powstają źródła lub wycieki, młaki, wysięki (lub zbiorniki wód powierzchniowych stojących o dopływie podziemnym). Źródła mogą się również pojawić, gdy warstwa jest odizolowana od powierzchni ziemi, lecz zwierciadło wód jest napięte - wody występują pod ciśnieniem i wypływ nastąpi w momencie jakiegokolwiek przebicia warstwy nieprzepuszczalnej.

O możliwości gromadzenia wody w skale decyduje:

• porowatość skały

• spękania

• położenie skały wodonośnej względem skał niewodonośnych.

Do skał wodonośnych zalicza się skały okruchowe sypkie – piaski, żwiry, pospółka. Mniejszą rolę odgrywają piaskowce, zlepieńce. Praktycznie nieprzepuszczalne dla wód są iły i gliny.

10. Zastosowanie skał w budownictwie (rola skał w budownictwie): skała jako materiał, surowiec, podłoże budowlane i wodonosiec

Skały magmowe – materiał konstrukcyjny (mosty, wiadukty fundamenty nawierzchnie drogowe), jako materiał dekoracyjny (posadzki, parapety) lub, zmielone, jako kruszywo do betonów nasypy budowlane i kolejowe lub falochrony. Przeważnie wytrzymałość skał bada się na ściskanie, ścinanie, ścieranie i rozrywanie.

Skały osadowe:

Skały zwięzłe – podobne zastosowanie jak skały magmowe, z tym że odporność skał osadowych jest znacznie mniejsza. Niektóre mogą służyć jako surowiec do wytwarzania innych materiałów (np. wapień i margiel do produkcji cementów).

Skały okruchowe sypkie – podstawowy składnik produkcji betonów i zapraw budowlanych.

Skały jako wodonosiec

O możliwości gromadzenia się wody w skale decydują porowatość skały, spękania oraz położenie skały względem skał niewodonośnych. Do najpospolitszych skał wodonośnych należą skały okruchowe sypkie, mniejszą rolę odgrywają piaskowce i zlepieńce jeszcze mniejszą – skały magmowe. Iły i gliny są praktycznie nieprzepuszczalne dla wody.

11. Rozpoznania warunków geologiczno-inżynierskich terenu przewidzianego pod budowę obiektu budowlanego oraz sposoby przedstawiania wyników rozpoznania.