WYKŁAD II - 19.10.2010
Geologia inżynierska:
Obserwacje makroskopowe
Analizy granulometryczne
Sposoby prezentacji wyników
Interpretacje geologiczno-inżynierskie i geotechniczne
Interpretacje hydrogeologiczne
Interpretacje środowiskowe
Czołowe nazwiska w światowej geologii inżynierskiej
K. Terzaghi: 1883 (Praga) - 1963 (Winchester), uznawany za twórcę mechaniki gruntów, wykładał geologię inżynierską na Harvardzie, uzyskał 8 tytułów doktora honoris causa w 8 państwach. Jego prace przyczyniły się do rozwoju teorii konsolidacji, fundamentowania, badania zapór ziemnych i osuwisk
A. Casagrande - rozpoczął pracę naukową w MIT pod kierunkiem Terzaghiego. Zajmował się klasyfikacją gruntów, ścinaniem, przemarzaniem. Zapoczątkował program mechaniki gruntów na Uniwersytecie Harvarda
R. B. Peck - współpracownik Terzaghiego, kierował pracami laboratoryjnymi i terenowymi przy budowie metra w Chicago. Jeden z najwybitniejszych w świecei geotechników i wykładowców. Główna praca to mechanika gruntów w praktyce inżynierskiej.
D. W. Taylor - Wydział inżynierii Lądowej i Wodnej, główne prace: podstawy mechaniki gruntów, stateczność zboczy.
Skempton - mechanika gruntów, naprężenia, nośność, stateczność zboczy.
W. C. Kowalski - twórca tzw. Warszawskiej/Polskiej Szkoły Geologii Inżynierskiej.
B. Grabowska - Olszewska - gruntoznawstwo.
Z. Wiłun - geotechnika.
Z. Glazer - mechanika gruntów.
J. Liszkowski - geolog, geolog inżynierski
Grunt, ewolucja pojęcia:
Zbiór dowolnych rozdrobnionych okruchów skalnych, powstałych ze skał litych na skutek działania destrukcyjnych procesów geologicznych, takich jak: wietrzenie, erozja, transport itp. (Rossiński '66)
Tworzywo zewnętrznych warstw skorupy ziemskiej, znajdujących się w zasięgu wpływu obciążeń nowo wznoszonych budynków lub używanych do budowy obiektów inżynierskich (Z. Wiłun '69)
Dowolne skały i gleby, badane jako ewentualny obiekt inżynierskiej działalności człowieka (Siergiejew '73)
Skała występująca w podłożu lub otoczeniu obiektu działalności ludzkiej (budowlanego lub górniczego), która współdziała lub będzie w przyszłości zgodnie z projektem współdziałać z tym obiektem (Kowalski '75)
Oddziaływanie na grunt nie ogranicza się wyłącznie do tej strefy gruntu bezpośrednio pod obiektem budowlanym, ale również w pewnej strefie wokół obiektu (rys. 1)
Ostateczna definicja: grunt to system trójfazowy, złożony w ogólnym przypadku z fazy stałej (szkieletu gruntowego), ciekłej (wód zawartych w porach) i gazowej.
Faza - (w fizyce) zbiór jednakowych pod względem właściwości fizycznych części układu termodynamicznego.
Klasyfikacja gruntów uwzględnia nie tylko cechy lito-genetyczne fazy stałej (tak jak w skałach), lecz także cechy wynikające z jej współdziałania z pozostałymi fazami.
Trójfazowość gruntów (rys. 2)
Struktura gruntu - wymiary, kształt, charakter powierzchni, ilościowe stosunki jego elementów (oddzielnych cząstek, agregatów, substancji cementującej) oraz charakter wzajemnych powiązań tych elementów gruntu (niezależnie od ich rozmiarów) - wg Grabowska-Olszewska
Tekstura gruntu - rozmieszczenie i układ w/w elementów w przestrzeni. Przykładowe tekstury - ziarnista, komórkowa, kłaczkowa.
Obserwacje: gołym okiem - makrostruktura i tekstura,
mikroskop optyczny - mezostruktura i tekstura,
mikroskop elektronowy - mikrostruktura i tekstura
Typy tekstur w gruntach. Schemat przestrzenny tekstury gruntu:
Anizotropowe - cechy strukturalno-teksturalne w różnych kierunkach są zmienne
Izotropowe - cechy strukturalno-teksturalne w różnych kierunkach są takie same
Wybrane cechy geologiczno-inżynierskie granitu: zmienność cech w zależności od stopnia zwietrzenia i głębokości występowania, m.in. dochodzi do zmniejszenia porowatości wraz z głębokością.
Rezultaty badań geologiczno-inżynierskich:
Modele geologiczno-inżynierskie: od całkowicie hipotetycznych do całkowicie wiarygodnych
Podstawowe teorie badań na tle głównych kierunków zainteresowań różnych nauk geologicznych.
Geologia inżynierska koncentruje się głównie na aktualnym stanie środowiska geologicznego oraz w pewnym stopniu zajmuje się przewidzeniem, w jaki sposób zachowa się dane środowisko geologiczne w przyszłości, kiedy posadowi się na nim dany obiekt budowlany.
Dwie metody prognozowania:
Statyczno-przestrzenny - wykorzystuje się informacje inwestycji podobnych do wykonywanej (wykonane ileś lat wcześniej), czyli zachodzi ekstrapolacja wyników wcześniejszych na sytuację obecną. Warunkiem tej prognozy jest dokładnie znana geologia obszaru
Czasowo-dynamiczne - już przy konstrukcji, którą aktualnie wykonujemy obserwujemy pewne zjawiska i próbujemy je przewidywać (np. jeżeli budynek pęka, to możemy założyć tensjometry i obserwować zmiany naprężeń i spróbować przewidzieć ten proces, tym samym możemy spróbować wymodelować przyszłość tego budynku na takim terenie)
Działalność inżyniersko-geologiczna:
Okres przedprojektowy
Badania aktualnego stanu środowiska:
Geologicznego - w nawiązaniu do badań podstawowych geologicznych i inżyniersko-geologicznych
Inżyniersko-geologicznego - dla konkretnego obiektu wraz ze stopniowo uściślaną prognozą inżyniersko-geologiczną i podaniem niezbędnych zabiegów technicznych (geotechnicznych)
Okres projektowania (założenia techniczno-ekonomiczne, projekt techniczny)
Okres realizacji
Kontrola i aktualna korekta prognoz:
Dla konkretnego obiektu wraz z podaniem metod interwencyjnych
Dla teoretycznych badań inżyniersko-geologicznych oraz dla podania wskazań sposobów późniejszego zagospodarowania terenu.
Okres eksploatacji
Okres poeksploatacyjny
Głębokość i sposoby posada wiania budowli:
Posadawianie bezpośrednie - kiedy obciążenia od konstrukcji są bezpośrednio przenoszone na warstwę nośną (głębokość do ok. 5 m)
Posadawianie pośrednie - kiedy bezpośrednio pod budynkiem znajduje się warstwa nie przenosząca obciążeń obiektu, przez co trzeba dotrzeć do warstwy zdolną do takie przenoszenia.
Podstawowe typy świdrów :
1,2 - świdry rurowe jedno- i dwu-nożowe
3 - świder spiralno-rurowy (okienko, szapa)
4 - spiralny - określamy nim zasięg nawodnionej warstwy wodonośnej, strop warstwy gliniastej
Szlamówki
Świdry hydrauliczne montowane na samochodach
Samobieżne laboratorium geotechniczne
Przykłady próbek do badań laboratoryjnych. Próbki pobieramy z szurfów (wkop badawczy niezabudowany), wkopów badawczych (są zabudowane) i wierceń.
Próbki NW (na wilgotność) - próbki zachowują swoją wilgotność i uziarnienie, pobierane do słoików, prezerwatyw
Próbki NNS (o nienaruszonej strukturze) - w zależności od tego, czy mamy do czynienia z nawierceniem czy odsłonięciem, pobieramy do cylindrów lub jako monolit - są niezbędne m.in. do badania cech wytrzymałościowych i odkształceniowych gruntu. Próby takie powinny być dokładnie orientowane w terenie (należy wiedzieć, gdzie jest strop i spąg i tak samo umieszczać próbki w urządzeniach np. edometrach)
Kryteria lokalizacji budowli - rozpoznawanie rejonu inwestycji musi zapewnić projektantowi znajomość wszystkich elementów niezbędnych do wyboru najlepszej lokalizacji budowli ziemnej. Musi ona spełniać warunki wynikające z :
Ekonomii budowli i jej stateczności,
Bezpieczeństwa publicznego,
Właściwego działania w przewidywanym okresie eksploatacji,
Spełniać wymagania wynikające z ochrony środowiska
O miejscu wykonania budowli ziemnej decydują zatem warunki topograficzne i geotechniczne w podłożu budowli.
Kryteria topograficzne - czynniki topograficzne opracowuje się na podstawie:
Analizy aktualnych map topograficznych (skala 1:2000 lub dokładniejsza, chyba, że inwestycja jest np. drogą krajową)
Studiów materiałów archiwalnych,
Wizji terenowej (w celu sprawdzenia aktualności map z terenu)
Praca geologiczna - ogół czynności geologicznych wykonywanych (tak w terenie jak i przy biurku)
Robota geologiczna - wszelkie czynności wykonywane poniżej powierzchni ziemi
Najważniejsze obserwacje makroskopowe:
Odczytywanie rzeźby i morfologii terenu (dolina rzeczna i jej tarasy, stok górski, stożek napływowy itp.)
Rozwój sieci hydrograficznej, ocena drenowania terenu przez płynące cieki, ustalenie objętości odpływu podziemnego, obecności źródeł i pomiar ich wydajności,
Ustalenie głębokości zwierciadła wód podziemnych, wyznaczenie zasięgu wód powodziowych, ustalenie obecności wód w piwnicach
Stwierdzenie procesów geologicznych: erozji rzecznej, ablacji, osiadania zapadowego w obrębie gruntów makroporowatych (w lessach), przejawów osuwisk, procesów krasowych itp.,
Określenie stanu zagospodarowania terenu: istniejącej zabudowy, dróg, rurociągów, rodzajów upraw rolniczo-leśnych
BARDZO WAŻNY JEST „WYWIAD ŚRODOWISKOWY” WŚRÓD AUTOCHTONÓW
MAPY NALEŻY CZYTAĆ - NIE OGLĄDAĆ! (Liszkowska 2010)