Geol. inż-pogranicze geologii i budownictwa, rozpoznanie wlasn gruntów pod budowę, bada wpływ budowli na grunt

Dok. geolog.-część opisowa, graficzna, tabelaryczna

Działy geol. inż.-geodynamika, mechanika gruntu, geotechnika

Podział podłoża gruntowego

Podłoże grunt. to najpłytsza część skorupy ziemskiej w której występujące tam utwory mają wpływ na budowlę:

-skały-ośrodek o jednolitej, ciągłej budowie i dużej wytrzymałości

-grunty-wytrzym rzędu kilkunastu kPa, powszechniejsze od skał, rozdrobnione, z 3 faz:stałej, ciekłej, gazowej

Podział gruntów budowlanych

a)naturalne:

-rodzime:mineralne(min sypkie lub spoiste); organiczne(min 5% materii org-pogarsza ona wytrzymałość gruntu)

-nasypowe: budowlane (zaprojekt. i zbud., kontrolowane parametry gruntu); niebudowlane (niekontrolowane-przypadkowy rozkład parametrów geotechnicznych.

Ługowienie-chemiczne rozpuszczanie skał

Supozja-zbliżona do ługowienia ale o char. mechanicznym, prowadzi do powst osuwisk i zapadlisk

Kolmatacja-odwrotność supozji - nanoszenie mat. drobnoziarn. powoduje utrudnienie przepływu wód gruntowych i mniejszą wydajność studni

Zmiany termiczne-pęcznienie, kurczenie wysychanie

Wysadzinowość-np. wskutek zamarzania-obiekty muszą być posadowione poniżej podstawy zamarzania(80-140cm),kryteria: rodzja gruntu i warunki gruntowo-wodne.

5 frakcji gruntowych iłowa<0,0002mm

pyłowa 0,002-0,05mm

piaskowa 0,05-2mm

żwirowa 2-40mm

kamienista>40mm

Grunty:

sypkie<2%iłów

małospoiste do 10% iłów

średniospoiste 10-20%iłów

zwięzłospoiste 20-30% iłów

Typy próbek gruntu:

NNS-o nienaruszonej strukturze

NW-o naturalnej wilgotności

NU-o naturalnym uziarnieniu

WG-próbki wody gruntowej

Współczynnik filtracji k:

zdolność do przepływu wody przez grunt

Plastyczność gruntu(stopień plastyczności na podst próbki)

próbka pęknie gdy wilgotność jest mniejsza niż granica plastyczności, gdy wilgotność jest większa od granicy plastyczności to próbka odkształci się.

Stopnie plastyczności

Il=0-0,25stan twardo-plastyczny

Il=0,25-0,5 plastyczny

Il=0,5-1 miękkoplastyczny

Il>1 stan płynny

Dla projektowania budynków istotne są grunty słabonośne Il>0,5 które nie nadają się do bezpośredniego posadowienia budowli.

Stopień zagęszczenia-stosunek obserwowanego zagęszczenia do maksymalnego możliwego

Id<0,33 grunty luźne

Id=0,33-0,67 grunty średniozagęszczone

Id=0,67-0,8 zagęszczone

Id>0,8 bardzo zagęszczone

Im wyższa wartość zagęszczenia tym lepsze parametry gruntu

Dla warstw słabonośnych Id<0,33.

Parametr na ogół używany dla gruntów naturalnych.

Wskaźnik zagęszczenia Is

dla gruntów sztucznych, najgorzej zagęszczają się gleby o ujednoliconej frakcji.

Wyrobiska badawcze

wykopy, wiercenia, sondowania, szybiki i sztolnie

Problem ze skałą litą w podłożu jest taki że wyst. nad nią zwykle zwietrzelina co utrudnia interpretację odwiertów. Wtedy istotne jest wykonywanie wykopów i szybików (np. przy osuwiskach)

Odkrywka fundamentowa- wykop przy istniejącym fundamencie np. przy problemach z budynkiem

Własności deform gruntów

Ściśliwość(osiadanie)-zależna od wielkości i charakteru obciążeń oraz własności gruntu. Najpierw dochodzi do zmiany porowatości wskutek wyciśnięcia powietrza, następnie odprowadzana jest woda. Dochodzi do ściśnięcia lub usunięcia powietrza z porów, woda jest nieściśliwa. Przy bardzo dużych obciążeniach może dochodzić do odkształceń szkieletu gruntowego i przemieszczeń cząstek/min.

Zależności:

-im większa zawartość frakcji drobnych tym większe są odkształcenia(osiadanie)

-im mniejsze pory tym większa podatność na osiadanie

-im większa porowatość tym większa podatność na osiadanie

-im mniej twarde i wydłużone są cząstki budujące skałę tym większa jej podatność na osiadanie

-tekstury bezładne są bardziej podatne na osiadanie

-mineralizacja wód porowych zmniejsza podatność skały na odkształcenia

-gleby ilaste mają na ogół wysoki udział objętościowy porów.

Na osiadanie wpływa też rodzaj i wielkość obciążenia:

-obciążenie statyczne powoduje większe osiadanie niż obciążenie dynamiczne

-im dłużej działa obciążenie tym większe jest odkształcenie

-ważna historia obciążeń-jeżeli grunt był już obciążony to jego odkształcenia są mniejsze

Badanie ściśliwości

Parametry odkształceniowe gruntu mierzymy edometrem lub konsolidometrem. Pierścień na grunt o stosunku średnicy do wysokości >3:1. Początkowe obciążenie nie jest uwzględniane w obliczeniach. Potem zwiększa się obciążenie dwukrotnie prowadząc odczyty po różnym czasie aż do zaniku osiadania, po czym zwiększamy obciążenie dwukrotnie aż do przewidywanego obciążenia budowli. Przy kolejnych obciążeniach przyrost odkształcenia będzie już mniejszy. Konsolidometr umożliwia dodatkowo pomiar współczynnika filtracji a co ważniejsze monitorowanie ciśnienia porowego na bieżąco.

Ważne jest by grunt obciążać stopniowo a nie zbyt gwałtownie aby wzrost ciśnienia porowego mógł się stopniowo niwelować niedoprowadzając do upłynnienia gruntu. Grunt z historią obciążeń jest odporniejszy. Wzrost ciśnienia porowego powoduje spadek naprężenia efektywnego bo ziarna się rozdzielają. Badanie w edometrze nie odzwierciedla warunków naturalnych ponieważ próbka nie ma możliwości rozchodzenia się na boki i rozładowywania naprężeń poziomych.

Metoda płyty sztywnej

Płyta ze stali, okrągła lub kanciasta o pow. 0,5m² umieszczona na dnie wykopu fundamentowego. Badanie prowadzi się do obciążeń 2 razy większych niż przewidywane obciążenie budowli.

Obciążenie graniczne-powyżej którego dochodzi do uplastycznienia

Gdy grunt jest zbyt plastyczny można:

-skonsolidować go wcześniej(obciążając)

-zagęścić

-palować

-zwiększyć powierzchnię fundamentów

Wady metody płyt sztywnych

długotrwałość badania, duża ilość potrzebnego obciążenia, kradzieże sprzętu

Głębokie posadowienie fundamentów jest na ogół bezpieczniejsze niż płytkie ale nie zawsze(np. przy wyst. horyzontu słabonośnego na niewielkiej głębokości)

Na ogół im większa powierzchnia fundamentów tym mniejsze naprężenia jednostkow

Przy płycie sztywnej występowanie warstw słabonośnych na pewnej głębokości nie zaburza wskazań zapadnia w takiej skali jak ma to miejsce przy rzeczywistym (szerszym) fundamencie.

Metoda presjometru

Badanie w otworze wiertniczym przy użyciu trzyczęściowej sondy. Zwiększamy ciśnienie w komorze roboczej i badamy przyrost objętości. Przyrost objętości do ciśnienia w zakresie obciążenia budowli powinien być wprost proporcjonalny.

Wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe-badanie w prasie hydraulicznej; badanie skrzynką dwudzielną-pozwala obliczyć wytrzymałość na ścinanie.

Spójność strukturalna-char. dla gruntów suchych, wynika z większego przyciągania cząstek, krystalizacji soli itp., na ogół jest ona nieodwracalna i typowa dla gleb/skał starszych

Spójność wodnokoloidalna- typowa dla iłów młodszych w stanie miękoplastycznym, jest odwracalna, odpowiada za lepkość gruntu, jej zmiany wpływają na pogorszenie parametrów wytrzymałościowych.

Im większa zawartośc frakcji grubszych tym większy kąt tarcia i mniejsza spójność.

Na wytrzymałość wpływa też historia obciążeń oraz prędkość ich przykładania.

Wytrzymałość na ścinanie

Aparat trójosiowego ściskania-próbka w elastycznej osłonce umieszczona w zamkniętym zbiorniku z wodą może swobodnie się rozszerzać na boki.

Wytrzymałość na ścinanie jest na ogół mniejsza przy ściskaniu szybkim miż przy ściskaniu wolnym. Zwykle stosuje się prędkość 1/10 mm na minutę.

Prędkość pomiaru powinno się dobierać stosownie do warunków naturalnych. W praktyce najszybszą zmianę naprężenia powodują nagłe ugięcia poziome spowodowane siłą wiatru.

Wytrzymałość zależy od kąta tarcia wewnętrznego i spójności.

Sposoby projektowania w geotechnice badania muszą jak najwierniej symulować warunki naturalne.

Badania z konsolidacją lub bez.

Konsolidacja-odpływ wody z próbki, woda może swobodnie odpływać z próbki podczas badania, tempo badania powolne na tyle by woda mogła swobodnie odpływać.

Badanie gruntów nienasyconych (znaczna część porów wypełniona przez powietrze)- b.trudna metoda.

Osuwiska

do osuwisk dochodzi gdy zaburzona zostaje równowaga pomiędzy wytrzymałością gruntu na ścinanie a siłami ciążenia.

Przyczyny osuwisk

Czynniki geol: gdy upad warstw jest konsekwentny do upadu zbocza, pow. poślizgu paleoosuwisk itp.

Za większość osuwisk odpowiedzialna jest woda: zmiana konsystencji gruntu, wzrost ciężaru nasyconego wodą gruntu.

Inne przyczyny osuwisk: wietrzenie, rozmakanie, pęcznienie, sufozja(wynoszenie drobnych cząstek), podcinanie, nieprawidłowy drenaż, błędny kąt zaprojektowanej skarpy, niszczenie roślinności, orka w poprzek stoku.

Podział osuwisk

a)konsekwentne: ułożenie warst równoległe do upadu zbocza, zwykle duża pow. osuwiska

b)subsekwentne: układ warstw pod dużym kątem do upadu zbocza, warstwa zwietrzeliny

c)insekwentne/asekwentne: owalne wycinki, zwłaszcza w gruntach jednorodnych np.lessach, niewielka kubatura.

Spełzywanie-związane z osuwiskami konsekwentnymi, przemieszczenia mas gruntowych bardzo powolne, nasilają się w okresach intensywnych opadów i roztopów

Spływy-przemieszczanie się po stokach gruntów nasączonych wodą, o dużej wilgotności, częste w skorupach lessowych, częste w Andach i na stożkach wulkanicznych.

Obrywy-oberwanie i staczanie po stoku z dużą prędkością gruntów, a częściej skał -lawiny śnieżne, lodowe

Schemat osuwiska

nisza osuwiska, koryto, jęzor osuwiska, czoło osuwiska

Metody zapobiegania osuwiskom-sadzenie roślinności, drenaż, podparcie (mury oporowe, pale)

Oznaczanie stateczności skarp

a)metody stanu granicznego: określają powierzchnię, kształt skarpy na której dojdzie do osuwiska, stosowane do projektowania skarp

b)metody równowagi granicznej: oznaczanie sił trzymających i zsuwających.

Rozpoznanie gruntu

Opis gruntu

Spoistość:

grunty niespoiste >2%fr. ilastej

małospoiste 2-10% fr. ilastej

zwięzłospoiste 10-20% fr. ilastej

mocnospoiste >20% fr.ilastej

Barwa gruntu

Ocena zawartości CaCO₃

Konsystencja

Obecność substancji chem.

Sondowanie

Polega na ilościowym/ jakościowym rozpoznaniu gruntu in situ poprzez wbijanie sondy i pomiar oporów jej zagłębiania. Sondy statyczne-wciskane, wkręcane; dynamiczne-wbijane(udarowe), udarowo-obrotowe. Sondowania takie pozwalają określić stopień zagęszczenia, ewentualnie odporności na ścinanie.

Sonda dynamiczna lekka (wbijana-udarowa): do 10 metrów, obciążnik 10kg, miarą zagęszczenia gruntu jest ilość uderzeń potrzebna do zagłębienia o 10cm.

Sonda dynamiczna ciężka: większa masa młota, średnica sondy i maksymalna głębokość.

Sonda ITB2W: młot 22kg, przy zastosowaniu końcówki krzyżakowej pozwala na pomiar odporności na ścinanie.

W przypadku sond wbijanych parametry jakościowe możemy określić tylko dla gruntów sypkich, dla innych tylko parametry ilościowe

Sonda SPT: końcówka cylindryczna powalająca na pobieranie próbek gruntu, typ sondy udarowej pozwalający na określenie stopnia plastyczności gruntu.

Sonda wkręcana: dzięki prowadnicy obciążenie jest przekładane na ruch obrotowy (wkręcanie)

Sonda wciskana: najlepsza i najdroższa, pozwala określi wiele parametrów np.udźwig pala, opór u podstawy pala, opór pobocznicy pala, całkowity opór gruntu do danej głębokości lub w danej warstwie, pomiar ciśnienia porowego.

---