Wykład 1

1) Grunt, jest skomplikowany przez: trójfazowość ośrodka, nieliniowość materiałową, anizotropowość i zmienność przestrzenną. Grunt rozumiany jest jako podłoże budowli, w którym są wykonywane roboty inżynierskie oraz jako materiał, z którego wznoszone są budowle ziemne.

2) Grunt jako ośrodek 3-fazowy- szkielet gruntowy (S), woda (W), powietrze (A),

3) Klasyfikacja gruntów: Oparta jest na wielkości cząstek szkieletu gruntowego. Cząstki dzieli się na ustalone tzw. Frakcje. Zawartość cząstek bada się za pomocą analizy granulometrycznej z zastosowaniem sit o ustalonej gradacji i/lub areometru. Jako wynik badań uzyskuje się tzw. krzywą przesiewu („odcisk palca”)

4) „Dobrze uziarniony”? - z krzywej odczytuje się średnice cząstek d10, d30, d60 (do określenia wskaźników uziarnienia gruntu) oznaczające średnice cząstek, które wraz z mniejszymi stanowią 10, 30, 60 %. Inne wskaźniki: wskaźnik krzywizny uziarnienia i wskaźnik różnoziarnistości. Dobrze- gdy daje się zagęścić, ziarna o różnych średnicach i równomiernej gradacji.

5) Rodzaj gruntu - to „nazwa gatunkowa”, pozwala na odróżnienie go od innych gruntów na podstawie ustalonej KLASYFIKACJI opartej na wielkości cząstek szkieletu gruntowego. Cząstki dzieli się na frakcje. Mamy frakcje :piaskowa, pyłowa, iłowa itd. O nazwie gruntu decyduje frakcja główna, tj. frakcja o przeważającej masie w danym gruncie.

6) Cechy fizyczne:

a) Podstawowe cechy fizyczne gruntów: wilgotność, gęstość właściwa, gęstość objętościowa,

b) Cechy pochodne: gęstość objętościową szkieletu gruntowego, porowatość, wskaźnik porowatości, wilgotność całkowitą, stopień wilgotności, gęstość objętościowa z uwzględnieniem wyporu wody, gęstość objętościowa przy całkowitym nasyceniu porów wodą.

7) Stany gruntów niespoistych

a) Stopień zagęszczenia ID to stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu; określa stan gruntów niespoistych – wyłącznie do nich

b) Skutki zagęszczenia gruntu: zmniejszenie porowatości, ściśliwości, osiadań podłoża, wodoprzepuszczalności, zwiększenie wytrzymałości.

c) Wskaźnik zagęszczenia Is- do gruntów sztucznie zagęszczonych, zarówno do gruntów sypkich i spoistych.

9) Stany gruntów spoistych

a) granice Atterberg- plastyczności (wilgotność dla której grunt przechodzi z konsystencji plastycznej w zwartą), płynności (wilgotność dla której grunt przechodzi z konsystencji plastycznej w płynną), skurczalności (grunt z zwartej osiąga minimalną objętość) .

b) Stopień plastyczności IL jest to stosunek różnicy wilgotności naturalnej danego gruntu i granicy plastyczności do różnicy granicy płynności i granicy plastyczności. Wskaźnik ten określa stan gruntu oraz odzwierciedla właściwości gruntu w stanie in situ.

10) Dylantacja – ułożenie tetradryczne , kontraktacja – ułożenie sześcienne

11) Wodoprzepuszczalność – woda płynie szybciej przez grunt który ma większe pory

Wykład 2

1) Zjawiska na powierzchni granicznej

a)Powierzchnia graniczna pomiędzy fazą stałą (szkielet gruntowy), a ciekłą (woda) to miejsce zachodzenia wielu zjawisk natury fizykochemicznej: Adsorpcja wody błonkowej i jonów (aktywność jonowa) -> warstwa podwójna, wytwarzanie potencjału elektrokinetycznego -> elektroosmoza, tiksotropia -> żel <-> zol, przyciąganie i odpychanie cząstek -> spójność, kapilarność

b) Zjawiska te wpływają na jakość i pracę gruntu. Decydują o strukturze, ściśliwości i wytrzymałości. Powierzchnia właściwa - wielkość powierzchni granicznej ziaren i cząstek gruntu w przeliczeniu na jednostkę objętości danego gruntu. Im drobniejsze są cząstki danego ośrodka tym większa jest jego powierzchnia właściwa i tym większa jego aktywność fizykochemiczna.

c) Siły na powierzchni granicznej: Grawitacyjne,

Kohezja – przyciąganie cząstek wody do wody od „strony” tlenu. Oddziaływanie niezbyt silne.

Adhezja – przyciąganie cząstek wody i gruntu. Wodór z wody przyciąga atom tlenu z krzemu. Silne oddziaływanie.

(Dwa ostatnie zjawiska są skutkiem wiązania kowalencyjnego między wodorem i tlenem.

d) Woda na powierzchni granicznej - Molekuły wody mają spolaryzowany ładunek.

2) Kapilarność - Wynika ze „współpracy” adhezji i kohezji. Woda porusza się wbrew sile grawitacji. Małe pory mają większy podciąg kapilarny niż duże pory. Kierunek podciągania nie ma znaczenia.

a) Kapilarność czynna to wysokość, na jaką woda podnosi się ponad poziom zwierciadła wody podziemnej przy podsiąkaniu od dołu,

b) Kapilarność bierna to wysokość, na jakiej woda utrzymuje się ponad poziomem zwierciadła wody podziemnej przy jego obniżeniu

3) Obieg wody w gruncie

Wyróżniamy 3 kategorie wody: woda błonkowa związana na powierzchni cząstek gruntu, woda kapilarna, woda wolna (gruntowa)

4) Poziom piezometryczny - Wartość liczbowa poziomu piezometrycznego zależy od ustalonego poziomu porównawczego. Przepływ w gruncie jest następstwem różnicy P.P. P.P. - wielkość wzniesienia wody w piezometrze ponad poziom porównawczy.

5) Prawo Darcyego: Wielkość przepływu Q jest wprost proporcjonalna do h1 - h2 , a odwrotnie prop. do Δl. Obowiązuje dla: Warunków pełnego oraz częściowego nasycenia, przepływu ustalonego i zmiennego, przepływu w warstwach swobodnych i napiętych, przepływu w ośrodkach jednorodnych i niejednorodnych, przepływu w ośrodkach izotropowych i anizotropowych, przepływu zarówno w gruntach, jak i skałach. Nie obowiązuje dla: -jeżeli liczba Reynoldsa, Re > 10, czyli dla ruchu turbulentnego, np. w bezpośrednim sąsiedztwie pomp studni głębinowych; -przy przepływie przez grunty zbudowane z ekstremalnie małych cząstek (iły, zawiesiny ilaste ). Prawo Darcy w praktyce : warstwa wodonośna jest zasilana opadem.

6) Współczynnik filtracji k

a) k reprezentuje miarę prędkości przepływu wody przez grunt (przy spadku i=1).

b) Zależy od: ośrodka gruntowego w którym przepływ się odbywa, uziarnienia ośrodka gruntowego (im drobniejsze jest uziarnienie gruntu tym większe są opory

ruchu wody), struktury i porowatości gruntu, temperatury.

c) Prędkość przepływu wody w gruncie zależy od temperatury, co wynika ze zmian lepkości, która rośnie ze spadkiem temperatury.

7) Prędkość filtracji v- Prędkość filtracji v jest wielkością fikcyjną, (zakłada się przepływ przez cały przekrój poprzeczny gruntu), rzeczywistość- przepływ odbywa się tylko kanalikami gruntu (porami).

Wykład 3 – Woda – Woda w gruncie zawsze płynie w linii krzywej w przestrzeni porowej.

1) Współczynnik filtracji cd.

a) Metody wyznaczania współczynnika filtracji: obliczenie na podstawie danych o uziarnieniu i porowatości (wzory empiryczne), oznaczenia laboratoryjne na próbkach gruntu, badania polowe ( w laboratorium odtwarzamy warunki rzeczywiste) np. metodą próbnego pompowania (W gruntach sypkich, jednorodnych i izotropowych, wokół studni opartej na stropie gruntów nieprzepuszczalnych wytwarza się symetryczny lej depresji), metody pośrednie (izotopowa, kolometryczna, chemiczna, elektrolityczna).

2) Zjawiska i zmiany w gruncie związane z ruchem wody:

a) Ciśnienie spływowe – Siła filtracyjna odniesiona do jednostki objętości spowodowana ruchem wody, oddziałująca na cząstki szkieletu i skierowanych zgodnie z kierunkiem filtracji (stycznie do linii prądu). Ciśnienie nie zależy od prędkości filtracji, lecz tylko od spadku hydraulicznego.

b) Spadek krytyczny – spadek hydrauliczny który generuje ciśnienie spływowe krytyczne to spadek krytyczny.

c) Kurzawka – zjawisko utraty stateczności podłoża spowodowane siłami filtracyjnymi gdy spadek hydrauliczny jest bliski wielkości krytycznej. Najczęściej w piaskach drobnych, rzado w w gruntach o grubym uziarnieniu (jest to spowodowane niewielkimi spadkami i << 1 w gruboziarnistych)

d) Wyparcie gruntu - zjawisko polegające na przesunięciu pewnej objętości gruntu (często wraz z obciążającymi ją elementami ubezpieczeń). Wyparta masa powiększa swoją objętość i porowatość. Zjawisko występuje w kierunku pionowym w górę, dół i poziomym.

e) Przebiciem hydraulicznym zjawisko tworzenia się kanału (przewodu) w masie gruntowej, wypełnionego gruntem o naruszonej strukturze (w końcowej fazie zjawiska – zawiesiną), łączącego miejsca o wyższym i niższym ciśnieniu wody w porach. Na powierzchni terenu przebicie hydrauliczne jest widoczne w postaci źródła. Zjawisko przebicia występuje przeważnie w gruntach mało spoistych podścielonych gruntami przepuszczalnymi.

f) Sufozja - zjawisko polegające na wynoszeniu przez filtrującą wodę drobnych cząstek gruntu (przesunięcie ich na inne miejsce lub wyniesione poza obręb gruntu). W rezultacie sufozji powiększają się pory, wzrasta współczynnik filtracji i prędkość wody. Woda o większej prędkości może poruszać coraz większe ziarna gruntu i powodować dalszy rozwój procesu sufozji aż do utworzenia się kawern lub kanałów w gruncie. Zjawisko przybiera wtedy cechy przebicia hydraulicznego. Sufozja występuje wtedy, gdy zostanie przekroczony i krytyczne lub prędkość krytyczna v krytyczna. Sufozja występuje w gruntach sypkich, (przede wszystkim różnoziarnistych). W zależności od miejsca występowania sufozji w zaporze rozróżnia się: – sufozję wewnętrzną (występuje wewnątrz danego rodzaju gruntu) – zewnętrzną i kontaktową (w strefie przypowierzchniowej zapory lub podłoża a także na styku różnych warstw gruntu, gdy kierunek ruchu wody jest prostopadły do styku).

g) Kolmatacja Podczas ruchu wody możliwe jest wypłukiwanie ziaren drobnych, co prowadzi do „zamulenia filtrów” i utraty ich funkcji.

3) Zasady zabezpieczania gruntów przed szkodliwym działaniem filtracji

a) Zmniejszenie spadku hydraulicznego (wydłużenie drogi filtracji),

b) Konstrukcje gruntowe zwane filtrami odwrotnymi.

c) Odwodnienie (drenaż pionowy i poziomy)

Wykład 4 - Ściśliwość

1) Ściśliwość gruntów pozwala oszacować osiadania konstrukcji pod wpływem przyłożonych obciążeń. Symulator badania to endometr- stopniowe obciążanie próbki gruntu umieszczonej w pierścieniu uniemożliwiającym boczną rozszerzalność próbki.

2) Definicje:

a) Ściśliwość– zmniejszenie się objętości gruntu pod wpływem przyłożonego obciążenia. Obciążony grunt zmniejsza swoją objętość częściowo w sposób trwały (odkształcenie plastyczne), częściowo w sposób nietrwały, kiedy odkształcenie zanika po zdjęciu obciążenia (odkształcenia sprężyste).

b) Odprężenie– zwiększenie objętości gruntu wskutek zmniejszenia obciążenia (w zakresie odkształceń sprężystych)

c) Odkształcenia trwałe -powstają wskutek przemieszczania się cząstek gruntu. Następuje w wyniku zmniejszenia się porów w gruncie, co jest uwarunkowane usunięciem z nich wody i powietrza. Trwałe odkształcenia powodowane są również przez kruszenie poszczególnych ziaren.

d) Odkształcenia sprężyste - gruntów polegają na zmniejszeniu się ich objętości wskutek sprężystych właściwości cząstek stałych gruntu i błonek wody związanej oraz zmniejszenia objętości powietrza zamkniętego w porach gruntu.

e) Konsolidacja- proces równoczesnego zmniejszania się zawartości wody i objętości porów w gruntach pod wpływem przyrostu naprężeń. Związane ze zdolnością gruntu do przepuszczania wody (filtracją), im szybciej woda filtruje tym szybciej będzie konsolidacja. Konsolidacja jest niemożliwa dla gruntów całkowicie nasycone bez możliwości odpływu wody (zwiększa się ciśnienie wody w porach, nie ma naprężenia efektywnego, cząsteczki gruntu nie przesuwają się).

3) Miary ściśliwości:

a) moduł ściśliwości M– w warunkach jednoosiowego ściskania, lecz przy niemożliwej bocznej rozszerzalności próbki

b) moduł odkształcenia E– w warunkach jednoosiowego ściskania i swobodnej bocznej rozszerzalności gruntu

c) Współczynnik ściśliwości - zależność zmiany wskaźnika porowatości od zmiany obciążenia gruntu w przypadku braku rozszerzalności bocznej (np. w edometrze).

4) Grunty normalne skonsolidowane i prekonsolidowane

a) normalnie skonsolidowane - naprężenie efektywne jest największe ze wszystkich, jakie dotychczas w danym gruncie wystąpiły. Krzywa ściśliwości jest prostoliniowa nosi nazwę pierwotnej.

b) prekonsolidowane - takie, które przenosiły już w swej historii większe naprężenia, (np. teren obciążony był lodowcem albo warstwami gruntu, następnie wyerodowanymi przez rzekę). Krzywa ściśliwości będzie miała kształt zakrzywiony.

Wykład 5 – Stan naprężenia

1) Pojęcia

a) Naprężenie-graniczna wartość siły działającej na nieskończenie mały element pola przekroju ciała do powierzchni tego pola:

b) Naprężenia pierwotne - Określają „naturalny” stan naprężenia w gruncie wynikający z działania sił grawitacji. Naprężenia pierwotne oznaczamy indeksem ρ przy symbolu naprężenia: σ. Naprężenia pionowe: σzρ, naprężenia poziome: σxρ.

c) Naprężenia efektywne

2) Jak się liczy:

a) Rozkład naprężenia w gruncie od pionowej siły skupionej(rozwiązanie Boussinesq’a 1885). Ośrodek gruntowy jest jednorodny i izotropowy (tzn. działanie jednakowych naprężeń w dowolnym kierunku powoduje jednakowe odkształcenia). Grunt jest materiałem sprężystym, tzn. podlega prawu Hooke’a. Naprężenia rozchodzą się promieniście od punktu przyłożenia siły. Nie uwzględnia się ciężaru własnego gruntu. Obowiązuje zasada superpozycji.

b)Metoda punktów narożnych umożliwia wyznaczanie naprężenia pionowego oraz sumy naprężeń głównych pod narożem prostokątnego obciążonego obszaru.

c) Rozkład naprężeń pod fundamentami

Stosuje się metodę punktów środkowych -uproszczenie, że naprężenia pionowe w poziomie posadowienia fundamentu i w głębszych poziomach są rozłożone równomiernie. Czasem przy obliczaniu osiadań różnych punktów tej samej budowli stosuje się metodę punktów narożnych. Przy konstruowaniu fundamentu budowli obciążenia są przykładane przeważnie nie na powierzchni terenu, lecz na pewnej głębokości po wykopaniu wykopu. W takich przypadkach uwzględnia się odciążenie gruntu spowodowane wykopem. Wpływ odciążenia wykopem na naprężenie w głębszych warstwach oblicza się podobnie jak przy obciążaniu podłoża z tym, że odciążanie uwzględnia się ze znakiem ujemnym i przyjmuje, że działa ono w poziomie dna wykopu.

Wykład 6 – opór na ścinanie gruntów

1) Osobliwości wytrzymałości gruntu (dla gruntu ziarnistego, np. piasku)

1.Brak wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie i rozciąganie

2.Zależność wytrzymałości od dewiatorowego (tylko odkształcenie postaciowe) i hydrostatycznego (tylko odkształcenie objętościowe) stanu naprężenia

3.Wzrost wytrzymałości wraz ze wzrostem naprężeń o hydrostatycznym

4.Zależność wytrzymałości gruntów od stanu w jakim się znajdują i wilgotności.

2) Grunty niszczone są przez ścinanie (naprężenia styczne). Zniszczenie następuje gdy naprężenia styczne wzdłuż powierzchni poślizgu przekraczają wytrzymałość gruntu (opór ścinania). W gruntach ziarnistych poślizg zachodzi w każdym punkcie powierzchni poślizgu. Zniszczenie w dowolnym punkcie powierzchni poślizgu zachodzi, jeżeli naprężenie styczne jest równe oporowi ścinania.

3) Hipoteza wytrzymałościowa(wytężeniowa)- uogólnienie wyników badań dla ograniczonej liczby próbek w prostych stanach naprężenia. Hipotezy starają się przewidzieć każdy, złożony stan naprężenia, który spowoduje zniszczenie danego materiału. Zniszczenie -wystąpienie dużych nieodwracalnych deformacji, jak i wyraźną utratę ciągłości ośrodka na skutek powstania pęknięć, przełomów itp.

a) Kryterium wytrzymałościowe Coulomba - bazuje na klasycznym pojęciu tarcia znanym z mechaniki technicznej.

b) Wytrzymałość gruntów jest efektem: spójności i tarcia. C i fi są miarą wytrzymałości gruntów. Im większa ich wartość tym większa wytrzymałość (opór ścinania)

c) W przypadku ścinania gruntów o strukturze ziarnistej mamy do czynienia z oporem tarcia suwnego i obrotowego. Opór ten nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu (wymiaru i kształtu ziaren, pochodzenia gruntu). Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od: porowatości (stopnia zagęszczenia), wilgotności, ciśnienia wody w porach.

Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.

Równanie Coulomba - prostej nachylona pod kątem tarcia wewnętrznego F wyznaczającej na osi wartość oporu spójności c.

d) Opór ścinania gruntów

Opór tarcia suwnego i obrotowego- gdy przy poślizgu jednej warstwy względem drugiej występuje opór powierzchni poślizgu i opór wynikający z obrotu ziaren względem sąsiadów.

Tarcie wewnętrzne- opór gruntu powstały przez tarcie suwne i obrotowe. Nie jest wartością stałą – zależy od kształtu i wymiaru ziaren, wzajemnej ich odległości, naprężeń efektywnych w szkielecie gruntu, wskaźnika porowatości i ciśnienia wody. Kąt tarcia zależy od wymiaru ziaren i ich kształtu oraz stopnia zagęszczenia. Im grubsze tym większy kąt.

Spójność zależy od liczby kontaktujących się cząstek na jednostce powierzchni ścinania. Im więcej cząstek danego gruntu znajdzie się w jednostce objętości tym mniejsza wilgotność i większa spójność. Grunty piaszczyste, ziarniste bez cząstek iłowych spójność = zero. Badam w aparacie skrzynkowym i w trójosiowego ściskania (patrz laborki).

e) Badania sondą statyczną CPT polegają na wciskaniu końcówki stożka ze stałą prędkością (0,02m/s) i wykonywaniu odczytów oporu stożka i tarcia na tulei. Badanie piezostożkiem CPTU umożliwia również pomiar ciśnienia wody w porach.

Wykład 7 – Osiadanie i konsolidacja

1) Osiadania fundamentów

Faza I– Osiadanie proporcjonalne do nacisku, przyrost osiadań jest proporcjonalny do przyrostu obciążenia. Fundament osiada tylko wskutek ściśliwości gruntu

Faza II– Częściowe uplastycznienie gruntu pod krawędziami fundamentu. Obserwuje się zwiększenie przyrostu osiadań fundamentu i podnoszenie się terenu obok fundamentu. Występuje coraz większy wpływ obszaru stanu granicznego gruntu pod krawędziami fundamentu

Faza III– Wypieranie gruntu spod fundamentu w miarę wzrostu nacisku. Osiadanie i przechyłka fundamentu występują prawie wyłącznie wskutek wypierania gruntu spod fundamentu. Po przekroczeniu granicznego obciążenia gruntu (qf) fundament zagłębia się bez zwiększenia obciążeń przy jednoczesnym wypieraniu gruntu i znacznej przechyłce fundamentu

2) Obciążenia krytyczne i graniczne (dużo wzorów nikomu nie potrzebnych)

Najsłabsza warstwa bezpośrednio pod fundamentem zakładamy, że całe podłoże jest zbudowane z tego gruntu. Jeśli słaba warstwa występuje poniżej głębokości 2B pomijamy ją.. Jeśli grunt słaby występuje na głębokości z<2B stosujemy met. fundamentu zastępczego

3) Konsolidacja – Osiadanie gruntu w czasie od naprężenia. Konsolidacja to proces polegający na odkształceniu gruntu spoistego wskutek przyłożonego obciążenia równocześnie z rozpraszaniem się nadwyżki ciśnienia wody Δu. Proces ten związany jest z odpływem z gruntu wody (zmniejsza się jej objętość w porach).

Etapy:

a) Ściśliwość natychmiastowa lub początkowa – odkształcenie w chwili przyłożenia obciążenia.

b) Pierwotna- proces odkształcenia uwarunkowany odpływem wody.

c) Wtórna- po rozproszeniu nadwyżki wody w porach spowodowane obciążeniem, przy stałym naprężeniu efektywnym.

4) Ściśliwość wtórna – zjawisko odkształcenia próbki przebiegające po rozproszeniu się wody w porach. Odkształcenie to zachodzi bardzo powoli przy stałym naprężeniu efektywnym (pełzanie).

5) Pojęcia:

a) Osiadanie – pionowe przemieszczenie powierzchni obciążonej warstwą gruntu.

b) Odprężenie – pionowe przemieszczenie ku górze powierzchni warstwy po zdjęci obciążenia

c) Całkowite osiadanie podłoża – suma osiadania początkowego, konsolidacyjnego, wtórnego.

- Osiadanie początkowe- w warunkach przyrostu nadwyżki ciśnienia wody w porach. Występuje podczas obciążania podłoża i w krótkim czasie po przyłożeniu obciążenia.

-Osiadanie konsolidacyjne- wynika z rozpraszania powstałej po obciążeniu nadwyżki ciśnienia wody w porach. Prędkość zależy od zmiany objętości i przepuszczalności gruntu.

-Osiadanie wtórne (pełzanie)- wynik plastycznego odkształcenia szkieletu gruntowego pod wpływem naprężenia efektywnego.

Wykład 8 – Parcie i odpór.

1) Parcie w gruncie powstaje przez: tarcie podstawy o grunt, utwierdzenia ściany w podłożu, kotwy i rozpory, oddziaływania zew.,

2) Pojęcia

a) Parcie czynne – mała siła F, ruch gruntu do ściany.

b) Parcie bierne (odpór) duża siła F, występuje lokalnie.

c) Parcie graniczne – wypadkowa siła działająca od strony ośrodka gruntowego, spowodowana przemieszczeniem konstrukcji lub jej elementu w kierunku od gruntu o wartości dostatecznej do uzyskania najmniejszej wartości parcia gruntu. Występuje dla ścian oporowych, ścianek szczelnych, szczelinowych, płyt kotwiących.

d) Parcie pośrednie- wypadowa siła działająca od strony ośrodka gruntowego, spowodowana przemieszczeniem konstrukcji lub jej elementu w kierunku od gruntu o wartości mniejszej od przemieszczenia powodującego wystąpienie parcia granicznego gruntu. Dla ścian doków, śluz, basenów.

e) Parcie spoczynkowe- wypadkowa siła działająca od strony ośrodka gruntowego gdy nie istnieje możliwość przesunięcia konstrukcji lub jej elementu.

f) Odpór pośredni- reakcja podłoża gruntowego w przypadku gdy konstrukcja lub jej element ulega przemieszczeniu w kierunku ośrodka gruntowego o wartości mniejszej od przemieszenia powodującego wystąpienie odporu granicznego.

g) Odpór graniczny – reakcja podłoża gruntowego w przypadku gdy konstrukcja lub jej element ulega przemieszczeniu w kierunku ośrodka gruntowego o wartości wystarczającej do osiągnięcia przez opór maksimum.

3) Teoria Ranine’a – metoda statyczna, punkt wyjścia – stan naprężenia w gruncie. Grunt w stanie zniszczenia opisuje kryterium Columba-Mohra. Brak tarcia między ścianą i gruntem, ściana jest sztywna, przyjęta jako pionowa, grunt jako poziomy. Wynik – negatywne rozciągające naprężenia przy pow. gruntu. Nie przenosi więc on naprężeń rozciągających które powodują powstanie szczelin w gruncie oraz pomiędzy gruntem a ścianą. Zaniedbywane bo zmniejszają siły równoważące parcie czynne. Dla tarcia biernego nie ma negatywnych naprężeń rozciągających.

4) Teoria Coulomba – metoda kinematyczna, zakłada się mechanizm zniszczenia, spełnione musi być kryterium Coulomba – Mohra. Zalety co do metody Ranine’a – opisuje dowolną geometrie, uwzględnia obciążenie zewnętrzne i tarcie między ścianą a gruntem.

Przypadki uproszczone (brak tarcia, pionowa ściana, poziomy naziomu) obiema metodami dają ten sam wynik.

Wykład 9 – Wzmacnianie (dużo obrazków)

1) Awaria geotechniczna- duże nierównomierne przemieszczenie podłoża

2) Zapobieganie – Blastowanie i etapowanie, stosowanie ubijaków (spada na powierzchnie robi krater, zasypuje się krater materiałem ziarnistym i dobija by zagęścić), konsolidacja dynamiczna, wibroflotacja, mikrowybuchy, pale, poduszki zbrojeniowe.

Wykład 10 - Mechanika kontinuum inaczej Mechanika ośrodków ciągłych (MOC)

1) Mechanika kontinuum – opisuje zachowanie kontinuum materialnego, obiekt w przyrodzie traktowany jako nieskończony zbiór cząstek, Punty wypełniają przestrzeń w sposób ciągły. Wektory przedstawiają różne wartości. Wektor gradientu pola skalarnego prostopadły do izolinii pola skalarnego.

2) Stan odkształcenia naprężenia

WTF?

Wykład 11 – Badania polowe

1) Badania polowe – robimy aby : ustalić budowę geologiczna podłoża, oszacować jej parametry fizyczne i mechaniczne, określić układ warstw wodonośnych i poziomów pizometrycznych, pobrania próbki do badań makroskopowych i laboratoryjnych, określenia stref o obniżonej wytrzymałości, zdecydowania o posadowieniu konstrukcji.

2) Badania dzielimy na:

a) podstawowe – wiercenie, wykopy badawcze

b) uzupełniające – sondowanie

c) specjalne – próbne obciążanie płytą sztywną/świdrem talerzowym/prejsometrem, badanie dylatometrem.

3) Badanie CPT i CPTU – określenie budowy geologicznej badanego podłoża, ustalenie miąższości i głębokości warstw określenie rodzaju gruntu i głębokości penetracji, parametrów geotechnicznych lokalizacja powierzchni poślizgu na obszarze osuwisk, stref o obniżonej wytrzymałości.

4) Sondowanie – trzy metody pomiarowe

a) Sygnał przekazywana za pomocą kabla z urządzenia do urządzenia pomiarowego na powierzchni terenu

b) sygnał akustyczny (brak kabla) przekazywany przez żerdzie pomiarowe do urządzenia pomiarowego

c) zapis danych w pamięci elektronicznej będącej na końcówce pomiarowej, czytane po badaniach.

4) Zastosowanie badań CPTU : określenie nośności pali, upłynnienie gruntu, oszacowanie osiadania i oporu granicznego podłoża, pomiar temperatury, pH, przenikalności dielektrycznej, przewodności właściwej i oporu właściwego.

5) CPTU – metoda wyznaczania wszystkich niezbędnych w projektowaniu parametrów geotechnicznych.

Wykład 12 – Stateczność skarp i zboczy

1) Ruch mas gruntowych (niszczące procesy geologiczne)

a) Osuwiska – ruch mas gruntu wzdłuż krzywoliniowej powierzchni poślizgu. Najczęściej na zboczach dolin karpackich, nad środkową Wisłą i wybrzeżu lifowym

b) Zsuwy: obsunięcie się górnej warstwy gruntu po powierzchni poślizgu zbliżonej kształtem do płaszczyzny (równolegle do terenu)

c) Spływy: niejednorodne płynięcie masy gruntowej (najczęściej nawodnione) bez określonej powierzchni poślizgu.

2) Przyczyny powstawania osuwisk i zsuwów: Podmycie, podkopanie zbocza, obciążenie zbocza lub terenu pod nim przez budowle/składy materiałów, wypełnienie wodą szczelin lub spękań ponad zboczem, wypór wody i ciśnienie spływowe i hydrostatyczne powstające na skutek nagłych wahań poziomu wody, powodujące zmniejszenie sił oporu na ścinanie (niedostateczna wytrzymałość gruntu na ścinanie – przez napór wody od dołu na górne warstwy, nasiąkanie gruntu na skutek opadów deszczu lub tajania śniegu, wietrzenie i rozluźnienie skał i gruntów, wstrząsy, sufozja, przemarzanie gruntu, źle zaprojektowane skarpy.

3) Stateczność skarp:

a) grunty niespoiste (przepuszczalny, brak spójności)- równowaga zbocza zachowana gdy kąt nachylenia zbocza będzie mniejszy lub równy kątowi tarcia wewnętrznego.

b) grunty spoiste- zachowana jeżeli suma momentów sił utrzymujących będzie więsza lub równa sumie momentów sił zsuwających. Metody Bishop, Taylor, Fellenius

4) Zabezpieczanie stateczności

a)zboczy:

-ujęcie i odprowadzenie wód powierzchniowych spływających na obszar osuwisk

-zabezpieczenie szczelin przed gromadzeniem wody

-zlikwidowanie lokalnych spływów przez wymianę gruntu na piasek do gł. przemarzania.

-wyrównanie i dogęszczenie przypowierzchniowej warstwy gruntu

-obsianie trawą i drzewami.

b) nasypów

-stosowanie odpowiedniego gruntu do budowy (nie można stosować gruntów spoistych o granicy płynności >50% dla nasypów o h >3m i granicy >65% dla niższych.) o odpowiednim zagęszczeniu.

-likwidowanie skurczowych szczelin pionowych

-odpowiednie nachylenie skarpy, odwodnienie, zasianie trawy, brukowanie itp.

Wykład 13 – Przemarzanie gruntu

1) Przemarzanie gruntu jest to zamarzanie wody w gruncie w przypadku okresowego występowania temperatury powietrza poniżej 0ºC, zależy od: temperatury powietrza, czasu trwania, osłony terenu, struktury i tekstury gruntu, składu granulometrycznego gruntu.

2) Parę zasad:

Im bardziej drobnoziarnisty grunt tym mniejsze wymiary porów tym więcej porów jest wypełnionych wodą tym lepsze warunki do tworzenia się wydzielonych soczewek lodowych i powstawania wysadzin. Głębokość przemarzania zależna od strefy klimatycznej, pokrycia roślinnością, siły wiatrów, czy przed zamarznięciem był śnieg. Fundament budynku zawsze posadowiony poniżej głębności przemarzania to samo instalacje wodne i kanalizacyjne.

3) Kryteria wysadzinowości

a) Kryterium Casagrande – do wysadzi nowych zalicza się gruntu bardzo różnoziarniste, mające więcej niż 3% cząstek mineralnych mniejszych od 0,02 mm i grunty równoziarniste zawierające ich ponad 10%.

b) Kryterium Besowa- uwzględnia wpływ geologicznego pochodzenia gruntu, wielość średnic d50, procentową zawartość o średnicy mniejszej od 0,062mm i 0,125mm oraz kapilarność bierną przy wilgotności równej granicy płynności.

c) Kryterium Wiłuna – uwzględnia uziarnienie gruntu i kapilarność bierną dzieli na:

-grupa A – grunty niewysadzinowe – bezpieczne zawsze, grunt mający mniej <20% cząstek < od 0,05mm i grunt <3% cząste mniejszych od 0,02mm (czyste żwiry, pospółki, piaski)

-grupa B- grunty wątpliwe – zawierają 20-30% cząstek <0,05 i 3-10% cząstek <0,02mm (piaski bardzo drobne, pylaste i próchnicze).

-grupa C- grunty wysadzinowe – powyżej 30% cząstek <0,05mm i powyżej 10% cząstek <0,02mm (wszystkie grunty sposite i namuły organiczne)

4) Zabezpieczenie wykopu na zimę: przykrycie materiałem izolacyjnym,

5) Zabezpieczanie nawierzchni drogowych przed tworzeniem się wysadzin i przełomów: odpowiednie podwyższenie nasypu ponad zwierciadło wody gruntowej, obniżenie poziomu wód gruntowych lub odcięcie ich bocznego dopływu za pomocą drenażu podłużnego, zastosowanie pod nawierzchnią podsypki piaskowej o odpowiedniej grubości (zamiana gruntu wysadzi nowego na niewysadzinowy), zastosowanie podbudowy z gruntu stabilizowanego cementem lub bitumem, dobre zagęszczenie podłoża w dnie koryta przez uwałowanie ciężkim walcem drogowym, dobre odwodnienie powierzchniowe (przeciwdziałanie wsiąkaniu wód opadowych w pobocza, dobry odpływ rowami i rynnami), zamiana gruntu wysadzinowego pod nawierzchnią na grunt niewysadzinowy do granicy przemarzania.

6) Zabezpieczanie budowli : Posadowienie fundamentów budowli poniżej granicy przemarzania, wymiana gruntu wysadzinowego na niewysadzinowy (do granicy przemarzania) i zastosowanie „poduszki" z dobrze ubitego czystego żwiru lub piasku, stosowanie izolacji termicznych pod komorami w chłodniach. Podgrzewanie gruntu pod komorami chłodni

wodą obiegową lub prądem elektrycznym, Stosowanie zasypki za murami oporowymi, przyczółkami mostów i jazów z dobrze przepuszczalnych gruntów niewysadzinowych, w przypadku konstrukcji płytko posadowionych fundamentów w okresach mrozów należy stosować „ocieplanie” gruntu przy pomocy mat (np. słomianych) lub obsypywać gruntem.

Wykład nr 14 – fundamentowanie na terenach sejsmicznych i parasejsmicznych

1) Fundament – element konstrukcyjny budowli, ma przekazywać obciążenia z budowli na grunt tak aby podłoże pod ciężarem budowli nie osiadło a układ był stateczny. Nośność nie może zostać przekroczona, różnice w osiadaniu nie mogą wytworzyć dodatkowych sił wewnętrznych, fundament zabezpieczony przed zniszczeniem przez ośrodek gruntowo wodny.

2) Pojęcia:

a) Sejsmologia – nauka o trzęsieniu ziemi i rozchodzeniu się fal.

b) Trzęsienia parasejsmiczne – rzadko – od nadmiernych obciążeń w całym gruncie przez wypełnienia rotacyjnego niektórych zbiorników wodnych, obciążeń spowodowanych wybuchami (czasem nuklearnymi), wybuchy wulkanów, lawiny śnieżne, kamienne.

c) Fale sejsmiczne – rozchodzą się w gruncie od ognisk – punktu w którym rozpoczął się uskok tektoniczny.

d) Trzęsienie ziemi dzielimy na : trzęsienia ziemi zapadliskowe, wulkaniczne, tektoniczne. Czas trzęsienia zależny od długości powstałego uskoku. Maksymalna amplituda przyspieszenia podłoża skalnego maleje wraz z odległością od epicentrum. Im dalej tym amplituda drgań spada – przez zmniejszenie gęstości energii fali przez wzrost powierzchni czoła fali, pochłanianie energii fali przez nieidealną sprężystość i niejednorodność ośrodka gruntowego.

e) Epicenrum – punkt na powierzchni terenu usytuowany bezpośrednio nad ogniskiem

f) Hipocentrum – miejsce, w którym powstaje trzęsienie ziemi inaczej źródło trzęsień lub ognisko.

g) Izosejsty – linia łącząca punkty o tej samej intensywności

h) Magnituda- Rozmiar- miara trzęsienia ziemii bazująca na energii wyzwolonej, określona 8mio stopniową skalą Richtera.

i) różne takie: stateczność zboczy przez trzęsienia zmniejsza się ponieważ kąt tarcia zmniejsza się. Doliczamy więc dodatkowe siły które wyzwalają się przy liczeniu momentu utrzymującego i wywracającego.

3) Miary trzęsienia ziemi: skala Mercelliego – oznaczenie cyframi rzymskimi; skala MSK – wprowadza kryteria ilościowe do oceny obszaru szkód, zawiera uwzględnienie jakości konstrukcji; sala Richtera – 8 stopni

4) Fale: objętościowe – podłużne P, poprzeczne ścinające S, powierzchniowe – Rayleigha, Love’a

Wykład 15 – między teorią a praktyką

1) Eko normy – protokół z Kioto – zmniejszenie emisji CO2 o 5%, regulacja UE o zmniejszeniu emisji,

2) Etapy modelowania – model fizyczny układu-> budowa analogu dyskretnego-> implementacja numeryczna/programowanie-> przygotowanie danych wejściowych-> obliczenia-> weryfikacja modelu-> sprawdzenie systemu-> analiza błędu.

Aby liczyć dobrze musimy znać odpowiednie parametry modeli którymi opisujemy grunt. Określamy je przez badanie laboratoryjne (trójosiówka, ściśliwość enometryczna, bezpośrednie ścinanie, proste ścinanie) i polowe.

3) Błędy: gdy w programie proces obliczeniowy nie wychodzi, brak doświadczenia, zagadnienia rozwiązywane pozbawione sensu fizycznego, błędne dane wejściowe, brak danych, zastosowanie nieadekwatnych teorii i norm, uproszczenie rzeczywistości. Skutek – krzywa wieża w Pizie.

4) Zielona Geotechnika – wykorzystywanie surowców wtórnych, obniżenie emisji CO2 w budowlach, opracowanie krajowych wytycznych, wskazanie zmian w regulacjach prawnych, Obliczanie emisji – zużycie elektryczności, energii cieplnej, kruszyw, materiałów konstrukcyjnych.