Cechy geo inż skał nazywamy ich właściwości, które mają wpływ na ocenę przydatności podłoża do posadowienia na nim budowli. Dzielimy je na: cechy fizyczne porowatość, gęstość właściwa, gęstość obj. wilgotność, wodoprzepuszczalność cechy mechaniczne wytrzymałość, ściśliwość.
Porowatość nazywamy stosunek objętości porów do objętości całej skały. Stosunek ten możemy wyrazić w %. Porowatość dzielimy na: p. intergranularną (międzyziarnową) dla wszystkich typów skał, szczelinowatość dla skał litych w których występują spękania i szczeliny i krasowatość - ze względu na rodzaj pustych przestrzeni oraz otwartą, zamkniętą, podwójną ze względu na istniejące połączenia m-dzy porami Przykłady skały skaliste granit 0.2-2.2 bazalty 0.2-3.0 kwarcyty 0.008-3.5 marmury 0.1-0.6 wapienie i dolomity 0.2-7.0 nieskaliste żwiry 20-50 piaski 20-48 iły 32-50 torfy 76-90
Wpływ porowatości na skały niescementowane czynniki: stopień selekcji ziarn, kształt ziarn, sposób ułożenia ziarn, stopień obtoczenia ziarn.
Gęstość objętościowa stosunek masy skał do jej obj. nazywamy gęstością objętościową. Zależy ona od: składu mineralnego, porowatości, wilgotności. Wraz ze wzrostem porowatości maleje gęstość obj. G. obj. jest istotnym parametrem w wielu zagadnieniach inżynierskich. Pozwala ona np. obliczyć jakiemu naciskowi poddawane są skały na określonej głębokości przez skały nadległe. Dzięki temu możemy stwierdzić iż na tej głębokości można zastąpić do określonej wielkości zdjętej skały konstrukcją bez wywoływania odkształceń podłoża. Parametr gęstości jest niezbędny przy obliczaniu stateczności zboczy, jak również przy projektowaniu konstrukcji zabezpieczających zbocze przed powierzchniowymi ruchami masowymi.
Wilgotność W naturalną skały nazywa się W jaką ma skała w war. naturalnych. Wraz ze zmianą wilgotności zmienia się gęstość obj. W skałach litych i sypkich gęstość wzrasta wraz z wilgotnością a w skałach spoistych nieznacznie maleje przy wzroście wilgotności. W. jest to stosunek wody zawartej w skale do masy całej skały (próbki) określa się ją w %.
Cechy petrograficzne wpływające na wytrzymałość skał a) wytrzymałość na ścinanie przy ścinaniu próbki ujawnia się tarcie wew. Siła ścinająca musi pokonać opór tarcia wew. oraz wew. siły wiążące poszczególne cz. miner. ze sobą nazywane ogólnie spójnością. Miarą wytrzymałości na ścinanie jest kąt tarcia wew. Kąt ten jest największy dla skał litych a prawie = ) dla skał spoistych. b) wytrzymałość na ściskanie bada się w laboratorium ściskając próbkę w prasie. Przy analizie wyników skał litych zwraca się uwagę na fakt iż skały tej samej genezy posiadają większą wytrzymałość przy stosunkowo mniejszych ziarnach związane jest to ze wzrostem pow. kontaktowej ziarn.
Ściśliwość skał dla skał niescementowanych (sypkich i spoistych) oraz dla młodych skał fitogenicznych( torfy)wykonuje się badania ściśliwości . Cecha ta jest b. ważna dla tych skał gdyż są one ośrodkami praktycznie niesprężystymi i b.łatwo odkształcalnymi Pod wpływem ściskania następuje proces konsolidacji którego skutkiem jest zmniejszanie się objętości skały co odbywa się kosztem porowatości. Im większa porowatość tym większa ściśliwość. Miarą ściśliwości jest moduł ściśliwości którego wartość jest tym mniejsza im grunt jest b. ściśliwy. Najmniejszy moduł mają s. fitogeniczne. Frakcja grunty o większej frakcji mają mniejszą ściśliwość niż o drobnej a grunty mieszane większą ściśliwość niż grunty o fr. jednakowej. Stopień obtoczenia ma również znaczenie skały ostrokrawędziste przemieszczają się wolniej niż skały obtoczone i ich ściś. jest mniejsza. Wilgotność wpływa ona na konsystencje grunt wraz ze wzrostem wilgotności maleją siły spójności i zwiększa się ściś. Przeszłość geol. - procesy jakim skała podlegała w przeszłości mają również znaczenie dla ściś.
Zw. pomiędzy genezą skał a ich cechami geo inż - Analizując cechy geo inz skał zauważamy , iż prawie wszystkie ( z wyjątkiem wilgotności) wynikają bezpośrednio z cech petrograficznych tj: struktuty, tekstuty, składu mineralnego, te jak zaś wiemy wynikają z genezy skał. Zatem im dokładniej określimy na wstępnym etapie geo inż genezę skały, tym dokładniejsze nawet bez wnikliwych dalszych badań , uzyskamy przybliżone możliwości wartości cech geo inż . Dlatego też we wszystkich opracowaniach geologicznych przeznaczonych dla budownictwa należy wymagać możliwie dokładnego określenia genezy skał.
Powierzchniowe ruch masowe nazywa się wszelkie procesy zachodzące na zboczach, w wyniku których materiał mas skalnych przemieszcza się z wyższych partii zbocza do niższych pod wpływem sił ciężkości. Główną przyczyną wywołującą ruch mas skalnych jest siła ciężkości prowadząca do naruszania równowagi zbocza. Warunki w których siła ta działa powstają w różny sposób np: podcięcie zbocza poprzez erozję, drogę lub przekop kolejowy. Większość ruchów powierzchniowych powstaje przy udziale wody powierzchniowej lub podziemnej. Ruch masowe mogą wystąpić tylko wtedy gdy siły niszczące są większe od oporu stawianego przez materiał budujący zbocze( spójność oraz tarcie wew.) Ruchom tym podlegają wszystkie skały a szczególnie spoiste np: iły.
Podział ruchów masowych Spływy a)wolne spełzywanie b) szybkie spełzywanie c) osypywanie się Zsuwy a)strukturalne b) ze ścinania Obrywy
Charakterystyka ruchów masowych Spływy płynięcie zachodzi przy dużej ilości wody, najczęściej ulegają iły gliny, może zachodzić na stokach o małym nachyleniu najbardziej charakterystyczne spływy błotne, spełzywanie: b. powolny ruch powierzchniowy, najczęściej ulegają jemu pokrywy zwietrzelinowe budujące stoki o pochyleniu 5 - 30 st. osypywanie polega na szybkim przemieszczaniu się po zboczu materiału luźnego i sypkiego, zachodzi w górach w obrębie tworzonych w ten sposób stożków usypiskowych następuje sortowanie materiału fr. najgrubsza na dole. Zsuwy najczęściej spotykany rodzaj ruchów skalnych, rezultatem tego procesu są zsuwy posiadające b. wyraźną pow. po której nastąpiło przemieszczenie mas po zboczu - pow. poślizgu. Materiał ulegający ruchowi wyraźnie jest oddzielony od materiału pozostałego na miejscu. Obrywy obrywanie polega na oderwaniu i b. szybkim przemieszczaniu mas skalnych, najczęściej litych. tym co odróżnia je od innych ruchów to prędkość która może dochodzić do 150 m/s zachodzą w górach i towarzyszy im huk i pył Char. rzeźby osuwisk Procesy osuwiskowe wywierają duży wpływ na kształtowanie formy pow. Ruch mas gruntów podczas przemieszczeń powoduje charakterystyczne ukształtowanie zboczy i w efekcie ostatecznym powstają tzw. formy osuwiskowe : nisza rynna i jęzor są łatwe do rozpoznania w terenie i na mapie i zdjęciu lotniczym
Char. form osuwiskowych: nisza miejsce oderwania się materiały po zboczu, przybierające często kształt wgłębienia ograniczonego stromymi skarpami. Powyżej skarpy niszy pojawiają się szczeliny ułożone w półkole, przy czym część wpukła zwrócona jest ku górze. Rynna obszar wgłębienia w podłożu o wklęsłej formie w części środkowej, niekiedy równoległe do zagłębienia układa się materiał w formie wałów bocznych. Jęzor obszar akumulacyjny może przybierać różne kształty, najczęściej w formie wydłużonej, na pow. obserwuje się liczne nabrzmienia i wklęsłości ułożone prostopadle do kierunku przemieszczania mas W obrębie jęzora występują podmokłości, źródła a nawet stawiki u jego czoła.
Badania na terenie obsz. osuwiskowych. badania te powinny być poprzedzone wizją terenową, która pozwoli dokonać konfrontacji zebranych w trakcie wcześniej przeprowadzonej analizy kameralnej oraz opracować projekt bad. terenowych 1) wykonać mapę geol osuwiska i terenu przyległego, na której zaznacza się: - kontur osuwiska, -elementy rzeźby, -informacje geol: rodzaje skał(bieg upad) uskoki spękania, -inf hydrologiczne, -kąty nachylenia zbocza 2) wykonać punkty badawcze w przekrojach wzdłuż osuwiska 3)przeprowadzić kilkakrotnie powierzchniowe pomiary geodezyjne w obrębie osuwiska i na obszarze sąsiadującym, 4) przeprowadzić pomiary przemieszczeń gruntów w wyrobiskach 5) badania geofizyczne 6) wywiad z ludnością o czasie i okolicznościach powstawania.
Problemy budownictwa na terenie ruchów mas są one obszaranmi wyjątkowo trudnymi do zabudowy, należy unikać posadowiania na terenach gdzie występują lub mogą wystąpić w przyszłości ruch masowe Nie bez znaczenia jest również fakt ogromnych nakładów finansowych na szczegółowe rozpoznanie budowy geologicznej a następnie na prace zabezpieczające stateczność zbocza.
Typy genetyczne wód podziemnych : wody infiltracyjne wody opadowe wsiąkające w głąb ziemi, w. kondensacyjne powstają ze skroplenia pary wodnej w skałach ilość wód niewielka, w. juwenilne zwane dziewiczymi pochodzą z magmy i po raz pierwszy biorą udział w cyklu hydrologicznym o wysokiej mineralizacji i podwyższonej temp., w. reliktowe szczątkowe okresowo wyłączone z cyklu hydrologicznego resztki dawnych mórz.
Wody podziemne w strefie aeracji Strefa aeracji 1)cząstki mineralne 2)woda wsiąkowa 3)para wodna 4)woda błąkowata i higroskopijna po między strefami 5) strefa wzniosu kapilarnego 6)zwierciadło wody podziemnej Wody podziemne w strefie saturacji Strefa saturacji 7) woda wolna i 4)woda błonkowata i higroskopijna. Różnice między wodami związanymi a wolnymi woda związana jest to woda która po obniżeniu się zwierciadła została przywiązana do piasku ( piasek na dnie wykopu jest wilgotny) podlega ona działaniu sił międzycząsteczkowych i elektrycznych, które ją wiążą z ziarnami mineralnymi. Wyróżniamy wodę związaną higroskopijną i błonkowatą woda wolna podlega działaniu siły ciężkości i pod jej wpływem może się przemieszczać z wyższych miejsc w niższe, może przekazywać ciśnienie hydrostatyczne, a w przypadku jego różnicy, może przemieszczać się ku górze wbrew sile ciężkości.
Cech hydrologiczne skał Porowatość , Wodoprzepuszczalność - zdolność przepływu wody przez skałę, wodochłonność zdolność pochłaniania i gromadzeniu wody przez skałę. odsączalność oddanie wody wolnej pod działaniem siły ciężkości.
Rodzaje zwierciadła wód podziemnych zwierciadłem nazywamy górną powierzchnię wyznaczoną zasięgiem wody wolnej wypełniającej różnego rodzaju wolne przestrzenie pomiędzy cząstkami mineralnymi w skałach. granica między strefą aseracji a saturacji.
Sposoby przedstawiania z.w.p na mapach Zwierciadło prawie nigdy nie jest poziome. pochylenie swobodne zwierciadła świadczy o przepływie wody od wyższych rzędnych jego występowania ku niższym. W przypadku zwierciadła napiętego woda przepływa do obszarów występowania większego ciśnienia pizometrycznego ku obszarom o niższych wartościach. Do przedstawiania ukształtowania zwierciadła wód podziemnych na mapach służą dwa rodzaje lini: hydroizohipsy i hydroizobaty Hydroizohipsy są to linie łączące pkt. o jednakowym położeniu zwierciadła swobodnego lub piozometrycznego nad przyjęty poziom odniesienia Hydroizobaty to linie równych głębokości zwierciadła nawierconego (swobodnego bądź napiętego) od powierzchni terenu. Oba rodzaje izolinii wyznacza się metodą interpolacji. Do ich wyznaczenia potrzebne są dane z min. trzech pkt. pomiarowych. Pomiary powinny być wykonane w miarę możliwości w tym samym czasie i oczywiście muszą dotyczyć tego samego poziomu wodonośnego Hydroizohipsy pozwalają na wyznaczenie kierunku ruchu wody podziemnej, który jest do nich prostopadły, można z nich także obliczyć spadek hydrauliczny, czyli pochylenie zwierciadła. Hydroizobaty przedstawiają miąższość warstwy suchej.
Warunki występowania wód artezyjskich : -warstwa wodonośna musi znajdować się pomiędzy warstwami wodoszczelnymi np. warstwa piasku pomiędzy iłami, - obszar zasilania musi być wyżej niż obszar gromadzenia wody Powyższe warunki mogą być spełnione przy odpowiednim układzie przestrzennym skał. Klasycznym przykładem występowania wód artezyjskich są obszary synkliny.
Źródłem nazywamy naturalny samoczynny i skoncentrowany wypływ wody podziemnej na pow. terenu Źródła są przejawem naturalnego drenażu obszaru. Powstają tam gdzie zwierciadło wody podziemnej przecina się z pow. terenu. Najczęściej spotykamy je w dolinach. Siłą motoryczną wprawiającą wodę w ruch może być siła ciężkości (źródła grawitacyjne) lub ciśnienie pizometryczne (źródła artezyjskie) Z uwagi na rodzaj przewodów wyprowadzających wodę na pow. terenu wyróżniamy: a) warstwowe - odwadniają skały okruchowe, b)szczelinowe - woda wypływa szczelinami ze skał litych c) uskokowe - związane ze strefami uskoków, charakteryzują się często podwyższoną temp. i mineralizacją d) krasowe - powstają na obszarach krasowych, posiadają zmienną, często dużą wydajność.
Prawo Darcy'ego problem filtracji wody przez ośrodek gruntowy. Wprowadził zależność Q =kIF gdzie Q ilość przepływającej wody k - współczynnik filtracji I - spadek hydrauliczny F powierzchnia przekroju v=Q/F wzór ten określa prędkość filtracji cieczy w przekroju F Dzieląc obie strony rów. wyjściowego otrzymujemy Q/F=kI a po podstawieniu v=kI
Współczynnik wodoprzepuszczalności skał Woda poruszająca się w skale porusza się niezliczoną ilością porów i kanalików. Przy rozpatrywaniu ruchu wody przy wszelkiego rodzaju obliczeniach bierzemy pod uwagę cały przekrój warstwy wodonośnej z porami i szkieletem mineralnym włącznie. Aby uzyskać rzeczywiste wartości prędkości wprowadzono współczynnik filtracji k który zależy od rodzaju skały oraz w mniejszym stopniu od własności fizycznych wody k=v/I jeśli przyjmiemy I=1 to k=v (m/s, m/dobę cm/s). Istnieje kilka metod określania współ. filtracji. We wstępnej fazie stosuje się wzory empiryczne i uzyskuje się orientacyjne wyniki. Także orientacyjne wyniki dają badania lab. Najlepsze rezultaty dają bad. terenowe, prowadzone w naturalnych warunkach. Bad. te możemy podzielić: - bezpośrednie pomiary prędkości, -próbne pompowanie, - zalewanie studni i dołów chłonnych
Podział gruntów według Wiłuna I) Rodzaj: żwir drobnoź ( 10-1: 10-3 k[m/s]) piasek grubo i drobnoź (10-3:10-4), piasek drobnoź (10-4:10-5) grunt: przepuszczalny II) piasek pylasty (10-5:10-6) less o strukturze nienaruszonej (10-5:10-6) less o strukturze naruszonej (10-7:10-9) inne pyły (10-6:10-8) grunt słabo przepuszczalny III)gliny (10-8:10-10) gliny ciężkie (10-9:10-11) iły (10-10:10-12) grunt nieprzepuszczalny. Spadek hydrauliczny jest to zwierciadło wody podziemnej najczęściej wykazuje pewne pochylenie świadczące o ruchu wody. Określa się go różnicą ciśnień na określonej drodze L a zatem I=(h1-h2)/L Z prawa Darcy'ego wynika iż I=v/k czyli spadek hyd. jest odwrotnie proporcjonalny do współczynnika filtracji k . Przy stałej pr. filtracji v im mniejsza będzie k, tym większe I tym b. stromo będzie układało się zwierciadło wody podziemnej Lej depresyjny tworzy się z chwilą rozpoczęcia eksploatacji wody, wokół ujęcia tworzy się obniżenie w zwierciadle wody w kształcie leja. elementy leja : R -promień leja S depresja r -promień studni H wysokość statecznego zwierciadła wody nad nieprzepuszczalną podstawą h - wysokość obniżonego zwierciadła.
Suflozja i Kolmatacja Suflozja jest to proces polegający na mech. usuwaniu cz. mineralnych ze skał przepływających wodę podziemną Dzięki temu następuje zmiana struktury i rozluźnienie tekstury skał Proces suflozji zachodzi wtedy gdy zwiększa się spadek hydrauliczny a tym samym zwiększa się pr, wody podziemnej. Gdy pompowanie wody odbywa się przy zbyt dużej wydajności następuje przyrost spadku hydr. a tym samym pr. wody w skałach. Wywołana w ten sposób suflozja może spowodować niekontrolowane osiadanie budowli znajdujących się w zasięgu leja depresyjnego. Kolmatacja stanowi w pewnym sensie przeciwieństwo suflozji. Proces ten polega na wmywaniu w pierwotną strukturę skały drobniejszych cząstek mineralnych. Tym samym tekstura skały staje się mniej porowata, a przepływ wody podziemnej utrudniony. W przypadku bud. hydrotechnicznych proces ten uznawany jest często za pozytywny powodujący uszczelnienie podłoża budowli. Własności fizyczne wód podziemnych to tych własności zaliczamy temp. barwę przezroczystość mętność smak zapach przewodnictwo elektryczne i radoczynność, zalężą one od składu mineralnego środowiska geol. pochodzenia wody, głębokości jej występowania, związku z powierzchnią ziemi oraz jej składu chem. Własności te dla budownictwa nie mają większego znaczenia i nie są przedmiotem badań geologi inżynieryjskiej. Wyjątek stanowi temp. która może mieć wpływ na konstrukcjie inżynieryjskie zwłaszcza w bud. podziemne. Temp. wód podziemnych kształtuje się podobnie jak temp. skał.
Agresywność wód podziemnych agresywność wód w stosunku do betonu może być wywoływana następującymi czynnikam: podwyższoną kwasowością wody, obniżoną twardością przemijającą, obecnośćią rozpuszczonego w wodzie agresywnego CO2, zwiększoną obecnością w wodzie jonów siarczanowych, magnezowych i amonowych. W środowisku kwaśnym pH<7 kwasy nieorganiczne rozpuszczają składniki bet. zawierające wapń np: kruszywo ze skał węglanowych. Obecność w wodzie wolnego CO2 jest b. niekorzystne dla betonu. Zachodzą wówczas procesy podobne do procesu krasu. CO2 może występować w postaci jako związany, równoważny i agresywny. ten ostatni działa ługująco na beton. Jony Ca Mg rozpuszczone w wodzie decydują o twardości wody Wyróżniamy twardość węglanową ( przemijającą) wywołana obecnością kwaśnych węglanów Ca Mg oraz niewęglanową (stałą) wywołaną obecnością innych zw. Ca Mg Na agresywność wody ma jedynie wpływ twardość przemijająca. Niski stopień jej twardości jest niekorzystny gdyż nawet mała ilość CO2 może działać agresywnie na bet. B. szkodliwe dla bet. są siarczany. Wchodzą one w reakcję wymiany z wapnem Ca znajdującym się w cemencie i tworzą gips, powodując rozsadzanie bet. Najbardziej agresywne są wody morski, mineralne i bagienne oraz zanieczyszczone ściekami przemysłowymi. Agresywność można określić na podst badań lab. lub polowych. Korozja konst. metalowych może być chem, elektrochem, biologiczna Zależy od rodzaju skał, ilości i jakości znajdujących się soli w wodzie i w gruncie, przewodności elektrycznej obecności bakterii. Korozje chem wywołuje najczęściej tlen, kwasy humusow i siarczany. Korozje elektrochem. wywołana jest elektrolizą bądż bezpośrednim działaniem wody lub wilgotnego gruntu na konstrukcje metalowe.