Pytania z tego roku:

1. Opisać szczegółowo proces tworzenia wysadzin i przełomów drogowych. Porównać je ze sobą.

-Wysadziny powstają poprzez zwiększanie objętości gruntu pod wpływem przemarzania i podciągania kapilarnego wody. Zwiększając swoją objętość grunt podnosi się ku górze i powoduje rozsadzanie wyżej położonych powierzchni (w okresie zimy masy bitumiczne mają małą wytrzymałość na rozciąganie). Wysadzinowość zależy od własności fizycznych gruntów. Im bardziej dobnoziarnisty jest grunt, tym jest większy podsiąk, a więc lepsze są warunki do tworzenia wydzielonych soczewek i powstawania wysadzin. Wysadziny tworzą się tylko zimą. Wiłun na podstawie uziarnienia gruntu i kapilarności biernej wody podzielił grunty wysadzinowe na 3 grupy:

1. grunty niewysadzinowe o H_KB<1,0m. Bezpieczne w każdych warunkach wodnogruntowych i klimatycznych (czyste żwiry, pospółki i piaski)

2. grunty wątpliwe (małowysadzinowe o H_KB<1,3m)np. piaski bardzo drobne, pylaste i próchnicze

3. grunty wyasadzinowe o H_KB>1,3m (grunty spoiste i namuły organiczne)

Także dzięki obliczeniu współczynnika wysadzinowości można określić czy istnieje niebezpieczeństwo powstania wysadzin:

W_w=S_g*S_h*S_k gdzie:

W_w - współczynnik wysadzinowości

S_g - czynnik uwzględniający skład granulometryczny (wg Wiłuna)

S_h -czynnik hydrogeologiczny

S_k - składowa klimatyczna (odczytywane z mapy klimatycznej rejonizacji wysadzinowości)

W_w=1-5 - nie istnieje niebezpieczeństwo powstawania wysadzin

W_w=5,1-15 - niepewne - jest niebezpieczeństwo, ale można temu zaradzić

W_w=15-24 - niebezpieczne - dojdzie do procesów wysadzinowości

-Przełomy drogowe powstają wiosną, kiedy następuje natychmiastowe ocieplenie (duże nasłonecznienie) - następuje szybsze topienie. Zamarznięta woda nagromadzona w warstwie, która znajduje się pod asfaltem zastaje roztopiona, nie ma gdzie odpływać (ponieważ warstwy pod nią są jeszcze zamarznięte) i powoduje pofałdowanie i spękanie drogi:

1 - spękana nawierzchnia (przełomy)

2 - podłoże odmarznięte

3 - grunt zamarznięty

4 - granica przemarzania

5 - śnieg

2. Opisać szczegółowo konsolidację gruntów i metody jej mierzenia.

Konsolidacja - proces równoczesnego zmniejszania się zawartości wody i objętości porów w gruncie pod wpływem przyrostu naprężeń (przyłożonych obciążeń). Jeżeli pory są całkowicie wypełnione wodą, lecz jej odpływ jest niemożliwy, to cząstki gruntu nie ulegają przesunięciu (nie ma wzrostu naprężenia efektywnego) i nie następuje konsolidacja. Możemy wyróżnić dwa typy gruntów:

-normalnie skonsolidowane - obecnie występujące w gruncie naprężenie efektywne jest największe ze wszystkich, jakie w danym gruncie wystąpiły. Kształt krzywej ściśliwości jest prostoliniowy i nosi nazwę pierwotnej.

-prekonsolidowane - przenosiły już w swojej historii większe naprężenia (np. teren obciążony był lodowcem).

Do wyznaczenia czy grunt jest normalnie skonsolidowany czy też prekonsolidowany służy współczynnik prekonsolidacji (stosunek największej wartości naprężenia efektywnego, które wystąpiło w gruncie w przeszłości, do wartości naprężenia ciężaru własnego występującego obecnie):

, jeżeli OCR=1, to grunt jest normalnie skonsolidowany, a jeżeli OCR=2, to grunt jest prekonsolidowany.

Konsolidację mierzy się w edometrze, który pozwala na określenie współczynnika konsolidacji oraz przewidzieć zakres konsolidacji. Gdy nacisk jest usuwany, grunt w wyniku odprężenia w pewnym stopniu powraca do pierwotnej objętości a gdy nacisk zostanie ponownie przyłożony konsolidacja przebiega według krzywej ponownej konsolidacji określając w ten sposób współczynnik konsolidacji wtórnej. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów czasu i wysokości można wykreślić krzywą konsolidacji, która będzie obrazowała przebieg osiadania gruntu w czasie.

3. Opisać wody występujące w gruncie.

- chemicznie związana - związana z cząstkami szkieletu gruntowego, w których występuje w postaci hydratów typu wodorotlenków. Jej wydzielenie z gruntu wymaga temp.>200^oC i powoduje rozpad minerału.

- krystalizacyjna - woda zachowuje swą postać cząsteczkową, wchodzi w skład minerałów uwodnionych (np. gipsu). Wydzielenie tej wody z sieci krystalicznej minerału powoduje zmiany jego właściwości fizyko-chemicznych i może zajść przy temperaturze <100^oC

- silnie i słabo związana (higroskopijne i osmotyczne) - wody stowarzyszone z występującym na powierzchni granicznej jonów, cząstek i ziaren szkieletu gruntowego. Posiadają 2x większą gęstość od wody grawitacyjnej. Zamarza w temperaturze od -10 do -194^oC (w zależności od rodzaju i struktury minerału, na którym się znajduje).

Warstwa wody związanej składa się z 2 warstw:

• adsorbowana (higroskopijna) - tworzy powłokę - warstwę kationów trwale związanych z powierzchnią cząstki gruntu, na skutek przyciągania molekuł wodnych

• błonkowata - związana słabiej z powierzchnią cząstki. Przesuwa się z 1 cząstki na 2, niezależnie od siły ciężkości do chwili wyrównania granicy wodnej na obu cząstkach.

- kapilarna - woda pośrednia między związaną a grawitacyjną (wolną), przenosi ciśnienie hydrostatyczne. Temperatura zamarzania poniżej 0^oC. Kapilarność to wynik: adhezji (przyczepności) i napięcia powierzchniowego wody; może być czynna i bierna. Typy wody kapilarnej:

• woda naroży porów - tworzy się w miejscach styku cząstek w postaci oddzielnych kropli

• woda zawieszona - nie ma bezpośredniej łączności z poziomem wód gruntowych, stąd nie może być przez nie zasilana

• właściwa woda kapilarna - podnosi się w górę od poziomu wód gruntowych

- grawitacyjna - występuje w porach i szczelinach gruntu, podlega przede wszystkim sile grawitacji. Dzieli się na wodę wsiąkową i wodę strumieni podziemnych.

4. Zastosowanie geologii inżynierskiej w „życiu codziennym” itd.

Geologia inżynierska jest dział nauk geologicznych zajmujących się badaniem środowiska geologicznego dla potrzeb planowania, projektowania i wykonania obiektów budowlanych.

Jej strefami zainteresowań są budownictwo, górnictwo i wiertnictwo, zaś do jej działów, czyli tym czym się zajmuje możemy zaliczyć:

-gruntoznawstwo - badanie fizycznych właściwości gruntów, w zależności od ich składu mineralnego, gazowego, chemizmu wód porowych, własności fizyko-chemicznych, magnetycznych oraz rodzaju struktury i tekstury

-mechanikę gruntów - zajmuje się zmianą stanu naprężeń i odkształceń gruntów w podłożu i otoczeniu obiektów budowlanych. Wiąże się z teorią sprężystości, plastyczności, lepko-sprężystości i reologią.

-regionalną geologię inżynierską - zajmuje się kryteriami wydzieleń i oceny jednorodnych pod względem geologiczno-inżynierskim jednostek przestrzennych środowiska

-geodynamikę inżynierską - zajmuje się opisem zmian, które zachodzą w środowisku geologiczno-inżynierskim w czasie (np. ruchy masowe, osiadnia0

-geotechnikę - dział nauki związany ściśle z geologią inżynierską; Zajmuje się wdrażaniem zagadnień z zakresu gruntoznawstwa i geodynamiki inżynierskiej w życie - praktyczne zastosowanie tych nauk.

Wykorzystanie w życiu codziennym:

-budownictwo (przy planowaniu posadowienia budowli, w przeciwnym razie może dojść do katastrof w tym osiadania- krzywa wieża w Pizie)

- dla infrastruktury publicznej takiej jak elektrownie, elektrownie wiatrowe, oczyszczalnie ścieków, ujęcia wód, rurociągi (woda, gaz), tunele, kanały, zapory, linie kolejowe, drogi, mosty, lotniska itp.,

- dla kopalni odkrywkowych z towarzyszącą infrastrukturą,

- dla rezerwatów i programów ochrony środowiska (np. bagniska),

- dla inżynierii wybrzeża, zabezpieczeń stabilności klifów, nabrzeży i portów,

- dla platform wiertniczych, rurociągów podmorskich, kabli podmorskich itp

 

1. Zastosowanie geologii inżynierskiej w „życiu codziennym” itd. Z jakimi naukami jest powiązana. - odpowiedź powyżej

2. Opisać szczegółowo proces pęcznienia i skurczenia gruntu.

-Skurczliwość - skurczem gruntu nazywa się zmniejszanie jego objętości w wyniku wydzielani wody przy wysychaniu lub przy rozwinięciu procesów fizykochemicznych (osmoza).

Granica skurczalności (określa się ją laboratoryjnie lub ze wzoru):

W_s=W_L-1,25W_P, gdzie W_L to granica płynności, a W_P to granica plastyczności

Odkształcenie skurczu:

, gdzie
h to zmniejszenie wysokości próbki po suszeniu, a h₀ wysokość początkowa próbki.

Kurczenie gruntu powoduje: wysychanie i wietrzenie biologiczne (np. drzewą pobierają wodę z gruntu).

Przykładem skurczu gruntu są np. szczeliny z wysychania.

-Pęcznienie (ekspansywność) - polega na powiększaniu jego objętości przy pochłanianiu wody. Zdolność pęcznienia związana jest z hydrofilnym charakterem minerałów ilastych, wchodzących w skład gruntów spoistych oraz ich dużą powierzchnią właściwą. Pęcznienie prowadzi do rozpadu pod wpływem działania wody powodując rozmakanie gruntu.

Czynniki wpływające na charakter pęcznienia gruntów:

-skład i struktura gruntu

-skład chemiczny i stężenie roztworu wodnego współdziałającego z gruntem

-wzrost obciążenia zewnętrznego

Wilgotność początkowa gruntu

Parametry:

-wskaźnik pęcznienia - iloraz objętości próbki gruntu po maksymalnym pęcznieniu do objętości pierwotnej:

-ciśnienie pęcznienia (P_c) - ciśnienie jakie powstaje wówczas, gdy nie ma możliwości zmian objętościowych w procesie pęcznienia gruntu

-wskaźnik enspansji (EJ) - stosunek różnicy wysokości próbki przed i po nasyceniu wodą (przy stopniu nasycenia 9-51%) do wysokości początkowej próbki (naruszonej, zagęszczonej pod obciążeniem 7 kPa) -

3. Opisać szczegółowo jakie procesy filtracyjne doprowadzają do zmiany struktury gruntów nie kohezyjnych.

Sufozja - usuwanie lub przemieszczanie w obrębie gruntu drobniejszych cząstek lub ziaren szkieletu pod wpływem przepływającej wody przez grunt. Do zjawiska sufozji może dojść kiedy wskaźnik uziarnienia gruntu (U) >2 (grunty muszą być różnoziarniste).

Wyróżniamy 3 typy sufozji:

-mechaniczna - ciśnienie hydrodynamiczne - przepływ drobnych cząstek z wodą; polegająca na wymywaniu przez filtrującą wodę drobnych ziaren i cząstek ilastych spomiędzy grubszych ziaren gruntu

-chemiczna - rozpuszczanie elementów szkieletu mineralnego. Pojawiają się kanały, którymi woda może przepływać i przenosić cząstki

-chemiczno-mechaniczna

Sypkie grunty (nie kohezyjne) mają kierunek przepływu zgodny z grawitacją.

Wyróżniamy dwie strefy sufozji:

-strefa wewnątrzwarstwowa (śródwarstwowa) - w obrębie szkieletu znajdują się większe i mniejsze elementy (warstwa pierwotnie jednorodna), następnie dochodzi do infiltracji i te drobniejsze cząstki gromadzone są w dole (strefa kolmatacji), a na górze powstają wolne przestrzenie

-strefa między warstwowa (kontaktowa) - na skutek przepływu wody dochodzi do przenoszenia drobnych elementów do dolnej warstwy.

4. Co to są wiązania strukturalne? Opisz najsłabsze z nich.

Wiązania strukturalne są to siły łączące elementy struktury (ziarna) gruntu, które powstają w gruntach na skutek złożonych procesów fizyko-chemicznych. Tworzą się pod wpływem procesów:

• kondensacji związków substancji zewnętrznych

• stabilizacji (starzenia)

• krystalizacji

Tworzą się w gruncie nieprzerwanie od rozpoczęcia tworzenia się gruntu poprzez jego historię geologiczną. Wyróżniamy wiązania pierwotne i wtórne. Wytrzymałość i charakter wiązań zależą w każdym konkretnym przypadku od stanu gruntu.

Wyróżniamy krystalizacyjne, cementacyjne, mechaniczne, koagulacyjne i koagulacyjno-skrytopłynne. Najsłabsze z nich są koagulacyjne - siła wiązań uzależniona jest od sił oddziaływania międzycząsteczkowego Van der Waalsa. Cząstki gruntu zlepiają się ze sobą w miejscach, gdzie są najmniej uwodnione, a więc narożami i krawędziami, tworząc nieprzerwany „puszysty” szkielet strukturalny w całej objętości gruntu. Wiązania te występują w gruntach spoistych.

Pytania z 2006 roku.

grupa 1
1) klasyfikacja budowlana - ta z norm budowlanych , rangowa - pytanie nr 7 poniżej
2) 3 fizyczne parametry ( Wn, roD, ro)

-W_n- wilgotność naturalna - nazywamy nią wilgotność, jaką ma grunt w stanie naturalnym

-
-gęstość właściwa gruntu - stosunek masy szkieletu gruntowego do jego objętości:

. Do obliczania stosuje się metodę piknometru (stosowana w gruntach, które nie zawierają soli rozpuszczonych w wodzie oraz dużej zawartości frakcji iłowej) lub metodę kolby Le Chateliera (do badania gruntów ograniczonych i zawierających sole rozpuszczone w wodzie)

-
- gęstość objętościowa - jest to stosunek masy próbki gruntu do objętości tej próbki łącznie z porami -
. Do obliczania stosuje się metody: pierścienia tnącego, oznaczania gęstości w cylindrze (dla gruntów sypkich), rtęciową lub parafinową.

3) typy wiązań strukturalnych ( krystalizacyjna, koagulacyjne,
cementacyjne, mechaniczne i koagulacyjno- skrytopłynne)

-wiązania krystalizacyjne - najtrwalsze wiązania strukturalne; występują w gruntach skalistych (skałach krystalicznych); energia tych wiązań jest porównywalna z wewnątrzkrystaliczną energią wiązań chemicznych poszczególnych atomów i wynosi ok. 0,5 mln Kpa

-wiązania cementacyjne - stosunkowo trwałe wiązania; wyst. W skałach osadowych zdiagenezowanych (wytrzymałość 400 tys. Kpa); W niektórych skałach cement ma większą wytrzymałość niż faza główna tworząca daną skałę. Przykładane natężenia powodują pęknięcia wzdłuż granicy najsłabszych strukturalnie miejsc

-wiązania mechaniczne - występują w gruntach sypkich; elementy utrzymywane są w przestrzeni gruntu siłami tarcia pomiędzy ziarnami. Siła wiązań mechanicznych zależy od: uziarnienia gruntu, kształtu ziaren, obecności w gruncie wody, charakteru naprężeń

-koagulacyjne - siła wiązań uzależniona jest od sił oddziaływania międzycząsteczkowego Van der Waalsa. Cząstki gruntu zlepiają się ze sobą w miejscach, gdzie są najmniej uwodnione, a więc narożami i krawędziami, tworząc nieprzerwany „puszysty” szkielet strukturalny w całej objętości gruntu. Wiązania te występują w gruntach spoistych
4) wysadzinowość i przełomy drogowe (co to jest jak powstaje i wszystko na
ten temat) - opisane wyżej
5) upłynnianie (fluidyzacja)
Upłynnienie gruntów -możliwość eliminowania z gruntu cząstek i ziaren szkieletu pod wpływem wody o odpowiedniej prędkości (upłynniająco-krytyczny spadek hydrauliczny).

W gruntach obciążeniowych dynamiczne upłynnienie może zachodzić przy niższej wartości spadku hydraulicznego z uwagi na zmniejszenie oporu bezwładności cząstek lub ziaren gruntu, łatwiejsze w przemieszczaniu.

Im lepiej wysortowany grunt, tym potrzebne są wyższe wartości spadku hydraulicznego, aby zaszła sufozja

grupa 2
1) główna klasyfikacja gruntów - ?
2) typy wód występujących w gruntach - omówione wyżej
3) makroskopowe metody badań (optyczne, mechaniczne)

-barwa

-wapnistość

-struktura i tekstura

-twardość - metoda rylca i paznokcia

-zwięzłość - metoda młotka i scyzoryka

-wilgotność

-stopień zagęszczenia (sypkie) lub konsystencja i stan (spoiste)

4) parametry mechaniczne gruntów

-parametry wytrzymałościowe

-na jednoosiowe ściskanie

-na jednoosiowe rozciągani

-na jednoosiowe ścinanie

-na trójosiowe ściskanie

-parametry odkształceniowe:

-możliwość zginania

-sprężystość

-ściśliwość

-osiadanie gruntów

-opór spójności (kohezja)
5) skurcz i pęcznienie - omówione wyżej
6) sufozyjność gruntów - omówione wyżej

Pyania z 2008 roku:

1. Glina piaszczysta i jej klasyfikacja rangowa.

R0 (uogólniony model mechaniczny) - Ośrodek rozdrobniony (grunt nieskalisty)

R1 (typ wiązań strukturalnych) - Wiązania koagulacyjne

R2 (stopień rozdrobnienia) - Spoisty

R3 (typ efektywnych wiązań strukturalnych) - wiązania koagulacyjne ?

R4 (stosunek efektywnych wiązań strukturalnych względem wody) - hydrofilowy ?

R5 (stosunek szkieletu mineralnego do wody) - hydrofilowy

R6 (wrażliwość gruntu na zmiany składu fazowego) - Bardzo wrażliwy

R7 (wrażliwość gruntu na zmiany stanu fazowego) - Bardzo wrażliwy

R8 (cechy uzewnętrzniające się w wewnętrznym współdziałaniu faz gruntowych) - ???

2. Granice W.C. Kowalskiego.

Środowisko geologiczno-inżynierskie według W.C. Kowalskiego

GRANICA PIERWSZA

Granica stwierdzonego lub przewidywalnego wpływu działalności ludzkiej na środowisko geologiczne (wpływu sposobu zagospodarowania lub wpływu obiektu budowlanego bądź górniczego).

GRANICA DRUGA

Granica stwierdzonego, lub przewidywanego wpływu części środowiska geologicznego, w którym zachodzące procesy mają, lub mogą mieć wpływ na dalszy sposób zagospodarowania, lub na dany obiekt budowlany lub górniczy, w granicach mierzalnych w nim zmian w wyznaczonym okresie czasu wedle potrzeb.

3. Wysadzinowość:

Wysadzinowość gruntów - zdolność gruntów do zwiększania swojej objętości pod wpływem przemarzania i podciągania kapilarnego wody.

Zależy od własności fizycznych gruntów. Im bardziej drobnoziarnisty jest grunt, tym mniejsze są wymiary porów, a co za tym idzie, więcej tych porów jest prawie całkowicie wypełnionych wodą adsorbowaną, a więc lepsze są warunki do tworzenia wydzielonych soczewek i powstawania wysadzin.

Kryteria wysadzinowości gruntów:

• Casagrande - do wysadzinowych zalicza się grunty bardzo różnoziarniste (U>15), które zawierają więcej jak 3% cząstek mineralnych mniejszych od 0,02mm oraz grunty równoziarniste (U<5) zawierające 10% cząstek mineralnych.

• Wiłun - uwzględnia uziarnienie gruntu i kapilarność bierną gruntu H_kB. Dzieli grunty na 3 grupy:

GRUPA A -grunty niewysadzinowe o H_KB<1,0m. Bezpieczne w każdych

warunkach wodno-gruntowych i klimatycznych. Są to grunty zawierające poniżej 20 % cząstek mniejszych od 0,05 mm i poniżej 3% cząsteczek mniejszych od 0,02 mm (czyste żwiry, pospółki i piaski)

GRUPA B - grunty wątpliwe (małowysadzinowe o H_KB<1,3m). Zawierają 20-30%

cząsteczek mniejszych od 0,05 mm i 3-10% cząsteczek mniejszych od 0,02 mm (piaski bardzo drobne, pylaste i próchnicze).

GRUPA C - grunty wyasadzinowe o H_KB>1,3m. Są to grunty zawierające powyżej

30% cząsteczek mniejszych od 0,05 mm i powyżej 10 % cząsteczek mniejszych od 0,02 mm (grunty spoiste i namuły organiczne)

Wzór:

W_w=S_g*S_h*S_k

Typy S_h:

1^o Zwierciadło powyżej 2^o S_h=2,0 lub 2,4 3^o S_h=1,0 lub 1,2

frontu przemarzania,

S_h=4

Wyniki:

1-5 - warunki pewne bez tworzenia wysadzin

5,1-15 - sytuacje wątpliwe

15,1-24 - niepewne, niebezpieczne, zagrożenie wysadzinami

Wysadziny tworzą się tylko w okresie zimy!

4. Ściśliwość:

Ściśliwość - zdolność gruntu do zmiany objętości pod wpływem wywartej siły. Następuje ono, gdy nacisk jest przyłożony do gruntu, który powoduje zwiększenie upakowania cząsteczek gruntu. Gdy grunt podczas obciążania jest nasiąknięty wodą, zostanie ona z niego wyciśnięta. Wielkość ściśliwości może być przewidziana na podstawie różnych metod.

Czynniki wpływające na ściśliwość gruntów:

- wielkość przykładanej siły,

- rodzaj obciążenia,

- skład granulometryczny,

- porowatość,

- wilgotność

- zaw. frakcji iłowej

Metody określania ściśliwości:

Klasyczna metoda zapoczątkowana przez Karla Terzaghiego wiąże się z badaniami edometrycznymi i określeniem współczynnika ściśliwości. Gdy naprężenie jest zdejmowane z obciążonego gruntu, nastąpi rozprężenie gruntu i objętość gruntu zwiększy się o pewną część utraconej wcześniej wielkości. Jeżeli naprężenie jest ponownie przyłożone grunt zostanie ponownie ściśnięty, co może być określone za pomocą wskaźnika wtórnej ściśliwości. Grunt, z którego zostało usunięte wcześniej przyłożone obciążenie, jest nazywany przekonsolidowanym. Ma to miejsce w przypadku (plejstoceńskich) glin lodowcowych. Grunt, który nie został wcześniej poddany obciążeniom nazywany jest normalnie skonsolidowanym i przykładem mogą być współczesne osady rzeczne.

Badanie ściśliwości w edometrze polega na stopniowym obciążaniu próbki gruntu w warunkach uniemożliwiających jej boczną rozszerzalność. Obciążony grunt odkształca się tylko w kierunku działania siły. Założenie jest zgodne w przybliżeniu z rzeczywistymi warunkami, w jakich znajduje się grunt w podłożu pod dużym fundamentem, gdzie jego boczna rozszerzalność jest również znacznie ograniczona sąsiednimi elementami gruntu. Miarą ściśliwości jest edometryczny moduł ściśliwości, rozumiany jako współczynnik proporcjonalności pomiędzy naprężeniem i odkształceniem:

σ = M ⋅ ε [kPa]

gdzie: σ - naprężenie [kPa]

M - moduł ściśliwości [kPa]

ε - odkształcenie jednostkowe próbki

Znajomość modułów ściśliwości gruntu jest niezbędna przy obliczaniu osiadań pod fundamentem.

Grunty ściśliwe mają bardzo małą wodoprzepuszczalność i proces konsolidacji (a także procesy pęcznienia lub odprężenia) przebiegają w nich bardzo powoli. Powolnemu odkształcaniu się tych gruntów towarzyszy (po ich odciążeniu) zmiana naprężeń efektywnych w szkielecie gruntu i ciśnień w wodzie i porach gruntu. Bezpośrednio po zwiększeniu obciążenia gruntu cały przyrost nacisku przejmuje woda w porach gruntu jako nadciśnienie, a przyrost naprężeń efektywnych jest znikomy. W miarę upływu czasu nadciśnienie w wodzie maleje wskutek odpływu wody poza strefę obciążoną. Jednocześnie następuje przyrost naprężeń efektywnych w szkielecie gruntu. Po zakończeniu procesu konsolidacji ciśnienie w wodzie jest równe ciśnieniu hydrostatycznemu, jakie istniało przed zwiększeniem obciążenia gruntu, a naprężenia efektywne zwiększają się o cały przyrost nacisku na grunt.

Wykres krzywych ściśliwości gruntu:

5. Wykorzystanie geologii w życiu codziennym.

- budownictwo (przy planowaniu posadowienia budowli, w przeciwnym razie może dojść do katastrof w tym osiadania- krzywa wieża w Pizie)

- dla infrastruktury publicznej takiej jak elektrownie, elektrownie wiatrowe, oczyszczalnie ścieków, ujęcia wód, rurociągi (woda, gaz), tunele, kanały, zapory, linie kolejowe, drogi, mosty, lotniska itp.,

- dla kopalni odkrywkowych z towarzyszącą infrastrukturą,

- dla rezerwatów i programów ochrony środowiska (np. bagniska),

- dla inżynierii wybrzeża, zabezpieczeń stabilności klifów, nabrzeży i portów,

- dla platform wiertniczych, rurociągów podmorskich, kabli podmorskich itp

6. Kąt naturalnego zsypu

Kąt naturalnego zsypu - minimalny kąt, który powinien być utworzony między płaszczyzną a poziomą podstawą, przy którym rozpoczyna się zsypywanie materiału sypkiego, przy czym płaszczyzna z materiałem sypkim zajmuje początkowo położenie poziome. W gruntach sypkich utożsamiany jest z kątem tarcia wewnętrznego.

, gdzie
- współczynnik obtoczenia (im gorzej obtoczone, tym kąt jest większy),
- współczynnik rodzaju gruntu (im bardziej gruboziarnisty, tym większy kąt),
-współczynnik wysortowania (im gorzej wysortowane, tym większy kąt),
- współczynnik zagęszczenia (im bardziej zagęszczony, tym większy kąt).

Kąt naturalnego zsypu ma duże znaczenie przy transporcie, a w szczególności wpływa na wydajność przenośników taśmowych i innych. Niektóre materiały mają tak duży kąt zsypu naturalnego, że konieczne jest stosowanie specjalnych urządzeń mechanicznych dla umożliwienia ich ruchu po nachylonych powierzchniach.

7. Klasyfikacja Liszkowskiego.

RANGA	CECHY KLASYFIKACYJNE	PODZIAŁ GRUNTÓW
R0	Uogólniony model mechaniczny	Ośrodek ciągły (grunty skaliste)
R1	Typ wiązań strukturalnych	Krystalizacyjne (KR)	Cementacyjne (CE)		Mechaniczne (ME)	Koagulacyjne (KG)		Koagulacyjno-skrytopłynne (KG-SP)
R2	Stopień rozdrobnienia	monolityczne	szczelinowe		Gruboziarniste, drobnoziarniste	Spoiste
R3	Typ efektywnych wiązań strukturalnych	Krystalizacyjne (KR), Cementacyjne (CE), Mechaniczne (ME), Koagulacyjne (KG)
R4	Stosunek efektywnych wiązań strukturalnych	inercyjne	mięknące		rozpuszczalne		Hydrofilne
R5	Stosunek szkieletu mineralnego do wody	trwały		Rozpuszczalny		Hydrofilny
R6	Wrażliwość gruntu na zmianę składu fazowego	niewrażliwe		wrażliwe		Bardzo wrażliwe
R7	Wrażliwość gruntu na zmianę stanu fazowego	niewrażliwe		Mało wrażliwe		Bardzo wrażliwe
R8	Cechy uzewnętrzniające się w wewnętrznym współdziałaniu faz gruntu	- grunty praktycznie nie zmieniające cech - rozpuszczalne - miękniejące - pęczniejące - dosiadające - skrytopłynne - tiksotropowe - wysadzinowe - zmieniające w sposób istotny swoje cechy

8. Co to są wiązania strukturalne?

Wszystkie elementy struktury (ziarna i okruchy mineralne) tworzące grunt, związane są strukturalnie. Siły wiążące te elementy można określić siłami wiązań strukturalnych. Posiadają one zmienną energię sił oddziaływania. Tworzą się pod wpływem:

- krystalizacji

- stabilizacji (stężenia)

- kondensacji związków substancji zewnętrznych

Wiązania w gruncie tworzą się nieprzerwanie od rozpoczęcia tworzenia się gruntu, poprzez jego historie geologiczną. Wyróżniamy wiązania pierwotne i wtórne. Zależą od stanu gruntu.

Typy wiązań strukturalnych:

• Wiązania krystalizacyjne - najtrwalsze wiązania strukturalne, występują w gruntach skalistych, ściślej w skałach krystalicznych. Energia tych wiązań jest porównywalna z wewnątrzkrystaliczną, energia wiązań chemicznych poszczególnych atomów wynosi ok. 0,5 mln Kpa.

• Wiązania cementacyjne - stosunkowo trwałe wiązania strukturalne występujące w skałach osadowych, zdiagenezowanych (wytrzymałość do 400 tys. Kpa). W niektórych skałach spoiwo - cement - ma większą wytrzymałość niż faza główna tworząca daną skałę. Przykładane naprężenia powodują pęknięcia wzdłuż granic najsłabszych strukturalnie miejsc.

• Wiązania mechaniczne - występują w gruntach sypkich, elementy strukturalne utrzymane są w przestrzeni gruntu siłami tarcia (surowego i rotacyjnego) pomiędzy ziarnami, Siły wiązań mechanicznych zależą od uziarnienia gruntu, kształtu ziaren i obecności wody.

• Wiązania koagulacyjne(zlepianie) - siła jest uzależniona od sił oddziaływania międzycząsteczkowego Van der Valesa. Cząsteczki gruntu zlepiają się ze sobą.

9. Klasyfikacja lessów w Polsce.

Lessy Wyżyny Lubelskiej i Sandomierskiej

- grunt spoisty czwartorzędowy,

- pokrywają ok. 6% powierzchni kraju,

- występują płatowo, a ciągłe jedynie w prowincjach,

- skała makroporowata, wapnista, stanowi podłoże żyznych gleb,

- w Chinach zajmują obszar większy od Europy, miąższość 300m

- wydzielono dwie facje lessów:

a) związane z wietrzeniem mrozowym na przedpolu lodowców plejstoceńskich,

b) związane z wywiewaniem pyłów z pustyń - teoria eoliczna

- w Europie panuje teoria eoliczna pochodzenia lessów,

- jest to grunt trójfazowy,

- dominuje frakcja pyłowa, a iłowa i piaskowa to domieszki

10. Geologia interdyscyplinarna

Geologia inżynierska jest nauką, która korzysta ze zdobyczy wielu innych nauk. Jej działami są:

-gruntoznawstwo - zajmuje się badaniem cech fizycznych ( w tym mechanicznych) własności gruntów, w zależności od ich składu mineralnego, gazowego, chemizmu wód porowych, własności fizyko-chemicznych, magnetycznych oraz rodzaju struktury i tekstury, wynikających z genezy oraz przemian post-sedymentacyjnych

-mechanika gruntów - zajmuje się zmianą stanu naprężeń i odkształceń gruntów w podłożu i otoczeniu obiektów budowlanych. Obszar badań: naprężenia w podłożu, wytrzymałość gruntów, odkształceń i osiadań gruntów, stateczności zboczy i skarp. Wiąże się z teorią sprężystości, plastyczności, lepko-sprężystości i reologią.

-geodynamika inżynierska - zajmuje się opisem procesów geodynamicznych w środowisku geologicznym. Jeden z działów geologii inżynierskiej.

-regionalna geologia inżynierska - zajmuje się kryteriami wydzieleń i oceny jednorodnych pod względem geologiczno-inżynierskim jednostek przestrzennych środowiska

11. Zamarzanie gruntów =^? Przemarzanie gruntu?

Przemarzanie gruntu jest to zamarzanie wody w gruncie w przypadku okresowego występowania temperatur poniżej 0°C.

Głębokość i prędkość zamarzania zależą od:

- temperatury powietrza

- czasu trwania

- osłony terenu

- struktury i tekstury gruntu

- stanu geometrycznego gruntu

Do 13 m występuje taka strefa w podłożu do której rejestrujemy zmiany termiczne występujące na powierzchni. Poniżej 14 m wpływ temperatury gruntu kształtuje stopień grotermiczny.

Strefy przemarzania gruntów w Polsce:

- Podlasie 1,4 m - Sudety 1 m

- Tatry 1,2 m - Wielkopolska 0,8 m

- małopolska 1 m - okolice Kielc 1,2 m

- okolice Białegostoku 1,2 m

12. Typy wód w gruncie:

- chemicznie związana - związana z cząstkami szkieletu gruntowego, w których występuje w postaci hydratów typu wodorotlenków. Jej wydzielenie z gruntu wymaga temp.>200^oC i powoduje rozpad minerału.

- krystalizacyjna - woda zachowuje swą postać cząsteczkową, wchodzi w skład minerałów uwodnionych (np. gipsu). Wydzielenie tej wody z sieci krystalicznej minerału powoduje zmiany jego właściwości fizyko-chemicznych i może zajść przy temperaturze <100^oC

- silnie i słabo związana (higroskopijne i osmotyczne) - wody stowarzyszone z występującym na powierzchni granicznej jonów, cząstek i ziaren szkieletu gruntowego. Posiadają 2x większą gęstość od wody grawitacyjnej. Zamarza w temperaturze od -10 do -194^oC ( w zależności od rodzaju i struktury minerału, na którym się znajduje). Woda osmotyczna przemieszcza się z cząstki na cząstkę, wyrównując grubość powłok, ma wpływ na plastyczność i spójność rzeczywistą gruntów.

Warstwa wody związanej składa się z 2 warstw:

• adsorbowana (higroskopijna) tworzy powłokę - warstwę kationów trwale związanych z powierzchnią cząstki gruntu, na skutek przyciągania molekuł wodnych

• błonkowata - związana słabiej z powierzchnią cząstki. Przesuwa się z 1 cząstki na 2, niezależnie od siły ciężkości do chwili wyrównania granicy wodnej na obu cząstkach.

- kapilarna - woda pośrednia między związaną a grawitacyjną (wolną), przenosi ciśnienie hydrostatyczne. Temperatura zamarzania poniżej 0^oC. Kapilarnośc to wynik: adhezji i napięcia powierzchniowego wody; może być czynna i bierna.

Typy wody kapilarnej:

• woda naroży porów - tworzy się w miejscach styku cząstek w postaci oddzielnych kropli

• woda zawieszona - nie ma bezpośredniej łączności z poziomem wód gruntowych, stąd nie może być przez nie zasilana

• właściwa woda kapilarna - podnosi się w górę od poziomu wód gruntowych

- grawitacyjna - występuje w porach i szczelinach gruntu, podlega przede wszystkim sile grawitacji. Dzieli się na wodę wsiąkową i wodę strumieni podziemnych.

13. Gleby czwartorzędowe

Grunty spoiste czwartorzędowe:

1. Iły warwowe Mazowsza

- jasne, są mniej ilaste 20 - 30%

- ciemne są bardziej ilaste 30 - 80%

-grunty niepresonsolidowane

2. Gliny zwałowe środkowego Mazowsza, Płocka i rejonu Turka i Konina

- najmłodsze na danym obszarze to barwa brązowa

-z 3-4 zlodowaceń w Polsce

-mogą występować skonsolidowane - te starsze

-wraz z głębokością zmniejsza się gęstość objętościowa (delikatnie)

3. Lessy Wyżyny Lubelskiej i Sandomierskiej

- pokrywają ok. 6% powierzchni kraju,

- występują płatowo, a ciągłe jedynie w prowincjach,

- skała makroporowata, wapnista, stanowi podłoże żyznych gleb,

- w Chinach zajmują obszar większy od Europy, miąższość 300m

- wydzielono dwie facje lessów:

a) związane z wietrzeniem mrozowym na przedpolu lodowców plejstoceńskich,

b) związane z wywiewaniem pyłów z pustyń - teoria eoliczna

- w Europie panuje teoria eoliczna pochodzenia lessów,

- jest to grunt trójfazowy,

- dominuje frakcja pyłowa, a iłowa i piaskowa to domieszki

10

gdzie:

W_w - współczynnik wysadzinowości

S_g - czynnik uwzględniający skład

granulometryczny (wg Wiłuna)

S_h - czynnik hydrogeologiczny

S_k - składowa klimatyczna (odczytywane

z mapy klimatycznej rejonizacji wysadzinowości)

---