Politechnika Poznańska

Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

MECHANIKA GRUNTÓW

Zaliczenie V semestru u prof. J. Jeża

Jakub Kania

Grupa KBI 1

Po konsultacji z mgr T. Jeżem, Przemek z TOB poprawił

punkty 2.21, 2.23, 2.24, 2.25

oraz układ strony

Egzamin z mechaniki gruntów i fundamentowania.

1. Grunt i podłoże budowlane. Podstawowe pojęcia i określenia

1.1 Jakie funkcje może spełniać grunt w inżynierii budowlanej?

1.2 Czym jest fundament dla obiektu budowlanego?

1.3 Czym różni się grunt od gleby?

1.4 Czy grunt jest składnikiem ekosystemu? Co kształtuje jego stabilność?

1.5 Jakie są rozmiary podłoża budowlanego?

1.6 Czym różni się warstwa geologiczna od warstwy gruntowej i warstwy geotechnicznej?

1.7 Czym różni się podłoże jednorodne od podłoża uwarstwionego?

1.8 Co to są warunki geotechniczne?

1.9 Czym różni się dokumentacja geotechniczna od projektu geotechnicznego?

1.10 Co to jest kategoria geotechniczna w dokumentowaniu geotechnicznym?

1.11 Co to jest odkształcalność podłoża?

1.12 Co to jest nośność podłoża?

1.13 Czym różni się grunt rodzimy od gruntu nasypowego, a te od gruntu antropogenicznego?

1.14 Co to jest parametr geotechniczny, jego wartość obliczeniowa i charakterystyczna?

1.15 Jak płytko można posadawiać fundamenty i dlaczego?

1.16 Jaka jest różnica między fundamentem bezpośrednim i głębokim?

1.17 Jak głęboko może przemarzać grunt w Wielkopolsce?

2. Właściwości gruntów ze względu na posadowienie obiektu budowlanego.

1. Który z gruntów - piasek, torf, ił - budzi większe zaufanie jako podłoże dla obiektu budowlanego i dlaczego?

2. Który z gruntów - średnio zagęszczony piasek i plastyczny ił - szybciej zakończy swe osiadania po zakończeniu budowy i dlaczego?

3. Który z gruntów - piasek, ił - może pomieścić w sobie więcej wody i dlaczego? Ile razy więcej?

4. Czy istnieją grunty, które przy zmianie swojego zawilgocenia odkształcają się? Jeżeli tak jest, to dlaczego?

5. Które grunty nasypowe są bardziej niepewne jako podłoże budowlane - piaszczyste czy spoiste?

6. Próbka gruntu zawiera: 25 g cząstek frakcji iłowej, 50 g cząstek frakcji pyłowej, 5 g ziarn frakcji piaskowej, 20 g wody. Jaki to grunt?

7. Jaka może być zawartość części organicznych w pyłach?

8. Który z dwóch gruntów o stopniach zagęszczenia 0,1 i 0,4 powinien posiadać większy moduł ściśliwości pierwotnej?

9. Czym charakteryzuje się stan półzwarty piasku gliniastego?

10. Wykonywany z kulki gruntu wałeczek pękł podłużnie podczas trzeciego wałeczkowania. Przy rozcieraniu w wodzie nie wyczuwało się ziarn piasku. Podaj symbol tego gruntu.

11. Ile wałeczków można wykonać z kulki gliny piaszczystej w stanie półzwartym?

12. Co to znaczy, że grunt jest nawodniony?

13. Który z dwóch gruntów o porowatościach 20 % i 30 % i mających ten sam stopień wilgotności posiada większą wilgotność?

14. W jakich jednostkach wyraża się kapilarność bierną?

15. Który z dwóch gruntów - piasek wydmowy, glina piaszczysta - powinien mieć większy wskaźnik różnoziarnistości?

16. Dla gliny piaszczystej: w_n=10%, w_s=8%, I_L=0,02. W jakim stanie znajduje się ten grunt?

17. W jaki sposób obniżenie poziomu wody gruntowej wpływa na wartość ciężaru objętościowego gruntu?

18. Dla pewnego gruntu ustalono, że: w_p=6,5%, w_L=11,0% Czy grunt ten może być iłem?

19. Prędkość przepływu wody w gruncie przy spadku hydraulicznym równym jedności wynosi v=0,002 cm/s. Obliczyć wskaźnik wodoprzepuszczalności tego gruntu.

20. Dla której z dwóch próbek tego samego iłu pylastego o stopniach 0,1 i 0,4 wilgotność pęcznienia powinna mieć większą wartość?

21. Dla której z dwóch próbek tego samego iłu pylastego o wilgotnościach naturalnych 10% i 30% wskaźnik pęcznienia powinien mieć większą wartość?

22. Dla pewnego gruntu spoistego ustalono, że: w_L=60%, w_p=24%, w_s=18%. Czy jest to grunt średnio spoisty?

23. Dla której z dwóch próbek tego samego piasku średniego o wilgotnościach 10% i 20% wilgotność optymalna będzie większa?

24. Jaką objętość wody należy dodać do suchej próbki piasku drobnego o objętości 10dcm³ i porowatości 20%, aby uzyskał on stopień wilgotności równy 1,0?

25. Grunt był tak wyschnięty, że aby z niego zrobić kulkę należało wpierw rozrobić go wodą. Matowy wałeczek pękł po trzecim wałeczkowaniu. Jaki stan posiada ten grunt w złożu naturalnym?

3. Wody podziemne.

3.1 W jakich fazach może występować woda w skorupie ziemskiej?

3.2 Czy woda w gruncie może przemieszczać się pod górę? Jeżeli tak to kiedy i dlaczego?

3.3 Jakie siły działają na wodę w skorupie ziemskiej?

3.4 Od czego zależy intensywność przesiąkania wody w głąb skorupy ziemskiej?

3.5 Wpływ wód:

- chemicznie związanych

- krystalizacyjnych

- w postaci lodu

- w postaci pary

- higroskopijnych

na właściwości geotechniczne gruntów.

3.6 Wpływ wody błonkowej na właściwości geotechniczne gruntów.

3.7 Wpływ wody kapilarnej na właściwości geotechniczne gruntów.

3.8 Wpływ wody wolnej na geotechniczne warunki posadowienia obiektu budowlanego.

3.9 Prawo Darcy.

3.10 W jaki sposób może występować woda grawitacyjna w skorupie ziemskiej?

3.11 O czym świadczą następujące wskaźniki wodne:

- ekspansji

- konsystencji

- plastyczności

- pęcznienia

-skurczalności

-filtracji

3.12 W jakich jednostkach wyraża się wskaźnik filtracji?

3.13 Który z dwóch gruntów o wskaźnikach wodoprzepuszczalności 4m/dobę i 0,4m/dobę powinien posiadać większą kapilarność czynną?

4. Ocena geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych.

4.1 Oględziny sytuacji budowlanej w terenie (wizja lokalna).

4.2 Badania właściwości geotechnicznych podłoża gruntowego (metody A, B, C).

4.3 Badania geotechniczne terenowe (rozmieszczenie punktów badawczych, rodzaje badań, ich cel i zakres, opis badań).

4.4 Badania geotechniczne laboratoryjne (rodzaje badań, ich cel, zakres i opis badań).

4.5 Dokumentowanie geotechniczne.

5. Podstawowe prawa mechaniki gruntów. Stan naprężenia w gruncie.

5.1 Co to jest naprężnie?

5.2 Co musimy wiedzieć o naprężeniu, aby jednoznacznie określić go w punkcie?

5.3 W jaki sposób przedstawiamy naprężenie w punkcie?

5.4 Model fizyczny ośrodka gruntowego - założenia.

5.5 Na czym polega reakcja gruntu na przyłożone doń naprężenie (...odkształcenie, przebudowa struktury)?

5.6 Jakie są trzy podstawowe prawa mechaniki gruntów?

5.7 Prawo zagęszczenia gruntów. W jakim aparacie się je realizuje, w jakim celu?

5.8 Do czego służą moduły ściśliwości? Gdzie je można znaleźć?

5.9 Jaki stan odkształcenia i naprężenia realizowany jest w edometrze?

5.10 Prawo tarcia. W jakim aparacie można je sprawdzić?

5.11 Czego dotyczy siła tarcia, a czego siła spójności w gruncie?

5.12 Jakie siły mobilizują się w gruncie przy próbie jego ścinania?

5.13 Aparaty do badań wytrzymałości na ścinanie? Opis, zalety, wady, możliwości badawcze.

5.14 Wytrzymałość na ścinanie gruntów niespoistych. Porowatość krytyczna a podatność na zjawiska kurzawkowe.

5.15 Wytrzymałość na ścinanie gruntów spoistych. Wytrzymałość rezydualna. Wrażliwość gruntów spoistych. Wpływ wilgotności na wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Klasyfikacja genetyczna gruntów spoistych.

5.16 Koło Mohra.

5.17 Który z dwóch gruntów o modułach ściśliwości pierwotnej 10000 kPa i 30000 kPa powinien być bardziej odporne na osiadania?

5.18 Dla której z dwóch próbek tego samego piasku drobnego o stopniach zagęszczenia 0,75 i 0,25 kąt tarcia wewnętrznego powinien mieć większą wartość?

5.19 Dla której z dwóch próbek tej samej gliny piaszczystej o stopniach plastyczności 0,25 i 0,5 kąt tarcia wewnętrznego powinien mieć większą wartość, a dla której spójność?

5.20 W podłożu występują dwie warstwy gruntu: piasek drobny (I_D=0,25), glina pylasta (I_L=0,25). Która z tych warstw powinna wcześniej zakończyć swe osiadania po zakończeniu budowy obiektu na tym podłożu?

6. Konsolidacja gruntu.

6.1 Czym różni się konsolidacja gruntu od ściśliwości i osiadań gruntu?

6.2 Co to są naprężenia efektywne?

6.3 Czy naprężenia efektywne w gruncie ulegają zmianie w wyniku jego konsolidacji?

6.4 Czy w czasie konsolidacji zmienia się porowatość gruntu?

6.5 Jakie są założenia teorii konsolidacji gruntów Terzaghi'ego dla: porów, wody, cząstek gruntu, filtracji?

6.6 Co jest przyczyną powolnego przebiegu konsolidacji?

6.7 Co to jest stopień konsolidacji?

6.8 Czy ciśnienie wody w porach gruntu ulega zmianie w procesie konsolidacji? Jeżeli tak to kiedy jest największe, a kiedy najmniejsze?

6.9 Czy czas konsolidacji warstwy gruntu zależy od jej miąższości?

7. Rozchodzenie się naprężeń w gruncie.

7.1 Czy naprężenia od nacisku fundamentu przekazują się w głąb gruntu w kierunku wyłącznie pionowym? Jeżeli nie, to jak?

7.2 Czego dotyczy dzwon naprężeń i kto go sformułował?

7.3 W jakie właściwości trzeba wyposażyć ośrodek gruntowy, aby przy analizie stanów naprężeń można było skorzystać z rozwiązań teorii sprężystości.

7.4 Do czego służy cebula naprężeń, a do czego kapusta?

7.5 Do czego służy księga naprężeń?

7.6 Czego dotyczy konik naprężeń?

7.7 Czego dotyczy motyl naprężeń?

7.8 Jak określić naprężenia w gruncie od siły skupionej i obciążenia rozłożonego równomiernie?

7.9 Czy można zmierzyć naprężenia w podłożu gruntowym?

7.10 Jakie problemy stwarza koncentracja naprężeń dla teorii Boussinesq'a?

8. Obliczenia statyczne bezpośredniego posadowienia obiektu budowlanego.

8.1 Naprężenia w poziomie posadowienia fundamentu (założenia, rozkład).

8.2 Naprężenia w procesie fundamentowania (pierwotne, po wykonaniu wykopu, wtórne, dodatkowe).

8.3 Co to jest nośność gruntu?

8.4 Czym różnią się obciążenia krytyczne od granicznych podłoża budowlanego?

8.5 Obliczenia statyczne nośności według I stanu granicznego - dla podłoża jednorodnego. Czy zawsze należy ją sprawdzać? Na czym polega pierwszy stan graniczny?

8.6 Obliczenia statyczne nośności według I stanu granicznego - dla podłoża warstwowego.

8.7 Co to jest jednostkowy opór obliczeniowy? W jakich przypadkach można go stosować do obliczeń nośności?

8.8 Obliczenia statyczne nośności według II stanu granicznego. Czego dotyczy ten stan? Na czym polega jego sprawdzenie i co należy przy tym uwzględnić?

8.9 Ogólne zasady obliczania osiadań fundamentów; czy stosuje się metody teorii sprężystości? Jakie stany odkształcenia się uwzględnia? Według jakiego wzoru? Do jakiej głębokości? Jak oblicza się osiadania? Co to jest osiadanie średnie, strzałka ugięcia, pochylenie?

8.10 Jakiego okresu czasu dotyczą osiadania? Czy kończą się z chwilą zakończenia budowy?

9. Wpływ mrozu na ośrodek gruntowy.

9.1 Co to są wysadziny mrozowe? Jak do nich dochodzi?

9.2 Jakie warunki muszą być spełnione, aby doszło do wysadzin?

9.3 Jaką rolę w tworzeniu się wysadzin odgrywają siły adsorpcji na powierzchni cząstek gruntowych i ludu?

9.4 Uporządkować wymienione grunty według malejącej podatności na wysadziny: żwir, pył, ił.

9.5 Czy kapilarność gruntu jest właściwością charakteryzującą podatność gruntu na przemarzanie?

9.6 Czym różnią się wysadziny od przełomów drogowych? Jak powstają przełomy drogowe?

10. Zjawiska ekspansywne w gruntach.

10.1 Czy grunt może być ekspansywny?

10.2 Co to jest zjawisko ekspansywne?

10.3 Czy w Polsce występują warunki sprzyjające wystąpieniu ekspansywnego skurczu lub pęcznienia w podłożu gruntowym? Jakie grunty są na to najbardziej podatne?

10.4 Jaki jest mikro-mechanizm tworzenia się i ekspansji skurczu i pęcznienia w gruncie?

10.5 Czy można rozpoznać, że dany grunt jest podatny na zjawiska ekspansywne?

10.6 Jakie są najczęstsze przyczyny uaktywnienia się zjawisk ekspansywnego skurczu i pęcznienia w podłożu budowlanym? Jak przeciwdziałać tym zjawiskom?

10.7 Jakie zalecenia należy respektować przy posadowieniu bezpośrednim na gruntach spoistych, aby nie doszło do uaktywnienia się zjawisk ekspansywnych?

10.8 Czym różnią się obliczenia statyczne posadowień bezpośrednich na gruntach podatnych na zjawiska ekspansywne od obliczeń statycznych zwykłych?

10.9 Wymienić środki redukujące działanie zjawisk ekspansywnych na fundamenty obiektów budowlanych.

10.10 Zalecenia szczególne dla posadowienia obiektów budowlanych na studniach fundamentowych zagłębionych w podłożach podatnych na zjawiska ekspansywne.

10.11 Zalecenia szczególne dla posadowienia obiektów budowlanych na palach zagłębionych w podłożach podatnych na zjawiska ekspansywne.

1. Grunt i podłoże budowlane. Podstawowe pojęcia i określenia.

• 1.1 Jakie funkcje może spełniać grunt w inżynierii budowlanej?

Grunt w inżynierii budowlanej nazywany jest podłożem budowlanym lub po prostu gruntem, jeżeli może współpracować z obiektem budowlanym jako jego podłoże, stanowić jego element lub służyć do wykonywania z niego budowli ziemnych. Podłoże budowlane jest to ta część podłoża, która znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie obiektu budowlanego (odkształca się i reaguje na obiekt budowlany).

• 1.2 Czym jest fundament dla obiektu budowlanego?

Fundament służy do przekazania na podłoże gruntowe obciążeń pochodzących od obiektu budowlanego. Rozróżniamy fundamenty bezpośrednie (płytkie) i pośrednie (głębokie).

• 1.3 Czym różni się grunt od gleby?

Grunt jest to tworzywo przypowierzchniowej strefy skorupy ziemskiej przeznaczone do użytkowania w określonym celu. Celem gleby jest stworzenie warunków do rozwoju roślinności. Głębokość gleby określa się co najmniej do zasięgu korzeni roślin (nawet do kilkunastu metrów). Celem gruntu budowlanego jest współpraca z obiektem budowlanym, stanowienie jego elementu lub bycie tworzywem do wykonywania budowli ziemnych.

• 1.4 Czy grunt jest składnikiem ekosystemu? Co kształtuje jego stabilność?

Grunt jest składnikiem ekosystemu. Jego właściwości (fizyczne, skład uziarnienia, itd.), jak również korzenie roślin, kształtują jego stabilność.

• 1.5 Jakie są rozmiary podłoża budowlanego?

Naprężenia i deformacje w podłożu gruntowym uwzględnia się tylko w granicach tej „pracującej” części, czyli w podłożu budowlanym. Rozmiary podłoża budowlanego mogą być różne w zależności od wartości i kierunków działających obciążeń, powierzchni, przez którą są one przekazywane, stanu naprężeń i odkształceń gruntów.

• 1.6 Czym różni się warstwa geologiczna od warstwy gruntowej i warstwy geotechnicznej?

Warstwa geologiczna jest to jednostka strukturalna mająca w swoich granicach wspólną genezę. Warstwa gruntowa jest to jednostka strukturalna składająca się z tego samego gruntu. Warstwa geotechniczna jest to strefa podłoża gruntowego (warstwa gruntowa), dla której ustala się jednakowe wartości parametrów geotechnicznych.

Różnica: warstwa gruntowa jest jednorodna, ma najmniejsze granice z trzech wymienionych warstw. Po jej zbadaniu i jednoczesnym nadaniu pewnych cech charakterystycznych warstwa gruntowa staje się warstwą geotechniczną (techniczne zdefiniowanie warstwy występującej w przyrodzie). Zbiór kilku warstw gruntowych (przed zbadaniem, zatem nie są to warstwy geotechniczne) powstałych na skutek tego samego procesu nazywamy warstwą geologiczną, na przykład ił poznański może być mieszaniną iłów, gliny zwięzłej, gliny i piasku.

• 1.7 Czym różni się podłoże jednorodne od podłoża uwarstwionego?

Za podłoże jednorodne (nieuwarstwione, jednowarstwowe) uważa się podłoże stanowiące jedną warstwę do głębokości „z” poniżej poziomu posadowienia ( głębokości mającej wpływ na zachowanie się konstrukcji). Za podłoże uwarstwione (niejednorodne, warstwowane) uważa się podłoże, w którym do głębokości „z” występuje więcej niż jedna warstwa geotechniczna.

gdzie B - szerokość podstawy fundamentu PN-81/B-03020

• 1.8 Co to są warunki geotechniczne?

Warunki geotechniczne to warunki występujące w podłożu gruntowym mające wpływ na zachowanie się konstrukcji. Składają się na nie: topografia i morfologia terenu, budowa geologiczna i sytuacja hydrogeologiczna, układ warstw geotechnicznych, rodzaje, właściwości gruntów lub skał i ich stan.

• 1.9 Czym różni się dokumentacja geotechniczna od projektu geotechnicznego?

Projekt geotechniczny to część projektu budowlanego dotycząca zagadnień związanych z podłożem gruntowym lub materiałem gruntowym, której podstawą jest dokumentacja geotechniczna.

Wyniki badań i wyciągnięte na ich podstawie wnioski ujęte w formie tekstu nazywane są dokumentacją geotechniczną (dokumentacją geologiczno-inżynierską, geotechnicznymi warunkami posadowienia). Dokumentacja zawiera: rodzaj, właściwości, cechy wytrzymałościowe i odkształcalność gruntów, poziom wody gruntowej, stateczność wykopów i nasypów. Dokumentacja pozwala projektantowi określić: rodzaj fundamentu i jego wymiary, poziom posadowienia, rodzaj izolacji przeciwwilgociowych lub zabezpieczeń przed wodą gruntową, czyli pozwala stworzyć projekt geotechniczny.

• 1.10 Co to jest kategoria geotechniczna w dokumentowaniu geotechnicznym?

Kategoria geotechniczna - kategoria zagrożenia bezpieczeństwa, wynikająca ze stopnia skomplikowania projektowanej konstrukcji, jej fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych, mających wpływ na określenie rodzaju i zakresu badań geotechnicznych obliczeń projektowych i kontroli konstrukcji.

• 1.11 Co to jest odkształcalność podłoża?

Odkształcalność podłoża - zdolność gruntów do odkształceń objętościowych i postaciowych w wyniku oddziaływań czynników wewnętrznych i zewnętrznych, zwłaszcza obciążeń konstrukcją, które zmieniają stan naprężenia w podłożu gruntowym.

• 1.12 Co to jest nośność podłoża?

Nośność podłoża - zdolność podłoża gruntowego do przejmowania oddziaływań konstrukcji bez utraty stateczności, zależna od właściwości wytrzymałościowych gruntów, rodzaju i cech konstrukcji oraz charakteru jej oddziaływań. Jest to nacisk jednostkowy wywołany obciążeniem od obiektu budowlanego, przy którym nie dochodzi do przekroczenia obciążenia krytycznego wywołującego miejscowe zniszczenie podłoża gruntowego.

• 1.13 Czym różni się grunt rodzimy od gruntu nasypowego, a te od gruntu antropogenicznego?

Grunt antropogeniczny - grunt powstały na skutek działalności człowieka, np. przez wymieszanie gruntu naturalnego z materiałami odpadowymi (gruz, popiół, itd.)

Grunt rodzimy - grunt naturalny pozostający w miejscu, w którym powstał w wyniku procesów geologicznych.

Grunt nasypowy - grunty naturalne przerobione w wyniku działalności człowieka (nasypy budowlane, nasypy niekontrolowane).

Różnica między gruntami naturalnymi, jakimi są grunty rodzime i nasypowe, a gruntami antropogenicznymi jest w genezie tych gruntów. Szkielet gruntów naturalnych powstał w wyniku procesów geologicznych.

• 1.14 Co to jest parametr geotechniczny, jego wartość obliczeniowa i charakterystyczna?

Parametr geotechniczny - wielkość wyrażająca ilościowo (to jest w liczbach) właściwość gruntu lub skały, stosowana w obliczeniach projektowych i badaniach kontrolnych.

Wartość charakterystyczna parametru geotechnicznego - wartość parametru geotechnicznego, oszacowana z wymaganym prawdopodobieństwem na podstawie wartości wyprowadzonych parametru geotechnicznego, z uwzględnieniem możliwych różnic między właściwościami zmierzonymi a rzeczywistymi gruntu lub skały in situ oraz innych czynników.

Wartość obliczeniowa parametru geotechnicznego - wartość parametru geotechnicznego stosowana do sprawdzenia stanu granicznego, wyznaczona na podstawie wartości charakterystycznej parametru geotechnicznego, z uwzględnieniem współczynnika bezpieczeństwa lub inną metodą, przy zachowaniu wymaganego poziomu bezpieczeństwa.

lub

Właściwości gruntu, wyrażone ilościowo, to jest w liczbach, nazywane są parametrami geotechnicznymi lub gruntowymi.

Jeżeli parametr geotechniczny uwzględnia charakterystykę środowiska geologiczno-inżynierskiego i charakteryzuje właściwość gruntu jako materiału i jego zachowanie się w przypadku działania określonych czynników wewnętrznych i zewnętrznych (obciążenie, zawilgocenie itp.) - nazywa się go charakterystycznym.

Jeżeli parametr geotechniczny uwzględnia charakterystykę modelu matematycznego i fizycznego danego problemu geotechnicznego, liczbę badań, bezpieczeństwo i niezawodność obiektu inżynierskiego - nazywamy go obliczeniowym.

1.15 Jak płytko można posadawiać fundamenty i dlaczego?

Fundament należy posadawiać tak, aby był ustawiony na dostatecznie mocnym i trwałym gruncie, który mógłby przejąć obciążenie budynkiem, nie narażając go na szkodliwe odkształcenia. Głębokość posadowienia fundamentu zależy od głębokości warstwy nośnej, poziomu wody gruntowej, obecności gruntów niebezpiecznych, głębokości przemarzania, głębokości posadowienia fundamentów obiektów sąsiednich itd.

1. Jaka jest różnica między fundamentem bezpośrednim i głębokim?

Fundamenty bezpośrednie (płytkie) oparte są bezpośrednio swoją podstawą na warstwie nośnej. Wyróżniamy: stopy, ławy, ruszty, płyty żelbetowe żebrowe lub o stałej wysokości, skrzynie żelbetowe z dnem lub bez dna.

Fundamenty pośrednie (głębokie) projektujemy, jeżeli pod budynkiem zalegają warstwy gruntów słabych i zbyt kosztowna byłaby ich wymiana na mocniejsze. Fundamenty pośrednie przenoszą ciężar budynku na niżej położone warstwy nośne gruntu. Wyróżniamy: pale fundamentowe, studnie fundamentowe, kesony i ściany szczelinowe.

2. Jak głęboko może przemarzać grunt w Wielkopolsce?

h_z=0,8m

2. Właściwości gruntów ze względu na posadowienie obiektu budowlanego.

• 2.1 Który z gruntów - piasek, torf, ił - budzi większe zaufanie jako podłoże dla obiektu budowlanego i dlaczego?

Największe zaufanie, spośród wymienionych gruntów, budzi piasek, ponieważ należy do gruntów bryłkowatych, które mają układ wewnętrznie sztywny, nie poddający się większym odkształceniom pod działaniem nacisku - osiadania podłoża pod budynkiem kończą się w chwili zakończenia jego budowy. Nie są wrażliwe na zmiany wilgotności i nie wykazują plastyczności przy dowolnym stopniu nasycenia wodą. Pozbawione są spójności zarówno w stanie suchym, jak i mokrym.

Iły mogą wykazywać znaczną odkształcalność - osiadania budynku mogą trwać dość długo po zakończeniu jego budowy. Natomiast torf, jako grunt organiczny, jest z reguły bardzo słabym gruntem. Oznacza się dużą ściśliwością i dużą wilgotnością. Czas osiadania jest bardzo długi.

• 2.2 Który z gruntów - średnio zagęszczony piasek i plastyczny ił - szybciej zakończy swe osiadania po zakończeniu budowy i dlaczego?

Osiadania po zakończeniu budowy szybciej zakończy piasek średnio zagęszczony. Właściwości budowlane piasku zależą od szczelności ułożenia ziaren, nasycenia wodą, a także od kształtu, rozmiarów i materiału ziaren. Im bardziej zagęszczony jest piasek, tym mniejsza jest jego ściśliwość i większa wytrzymałość na ścinanie, a fundamenty ulegają tylko nieznacznym osiadaniom i deformacją. Właściwości te poprawiają się wraz ze zwiększeniem zawartości ziaren grubszych, różnoziarnistości i jednorodności złoża. Im bardziej grunt jest różnoziarnisty tym większa możliwość zagęszczenia, większa wytrzymałość na ścinanie i mniejsza ściśliwość.

Iły są dobrym podłożem budowlanym, jeżeli ich wilgotność jest mała. Są wtedy twarde, a ich ściśliwość jest mała, czyli wytrzymałość na ścinanie duża. Jeżeli wilgotność wzrasta, wtedy miękną i zarazem pęcznieją, zwiększa się ich ściśliwość, wytrzymałość spada, pogarszają się właściwości budowlane.

2.3 Który z gruntów - piasek, ił - może pomieścić w sobie więcej wody i dlaczego? Ile razy więcej?

Zdecydowanie ił. Nawet do 16:1 (stosunek ilości wody do gruntu). Mimo tego są dla wody małoprzepuszczalne lub nieprzepuszczalne.

• 2.4 Czy istnieją grunty, które przy zmianie swojego zawilgocenia odkształcają się? Jeżeli tak jest, to dlaczego?

Grunty spoiste (zwane gliniastymi lub ilastymi) odkształcają się przy zmianie zawilgocenia. Gdy ich wilgotność jest mała są twarde, jeżeli wilgotność wzrasta, wtedy miękną i stają się plastyczne. Przy odpowiednio dużej zawartości wody mogą się nawet zachowywać jak ciecz. Grunty te posiadają takie właściwości dzięki zawartości w nich - oprócz ziaren piasku i pyłu - dostatecznej ilości (powyżej 2%) cząstek iłowych. Cząstki te są bardzo małe, maja blaszkowaty kształt i rzadko stykają się ze sobą bezpośrednio, zazwyczaj za pośrednictwem błonek wodnych otaczającą każdą z nich.

• 2.5 Które grunty nasypowe są bardziej niepewne jako podłoże budowlane - piaszczyste czy spoiste?

Gruntami nasypowymi nazywamy utwory akumulacyjne, będące wynikiem działalności człowieka bez wykorzystywania naturalnych czynników transportu, takich jak wiatr, woda rzeczna itp. Nośność nasypów z piasków można przyjmować jako równą nośności piasków rodzimych o tym samym stanie zagęszczenia. Nasypy z gruntów spoistych są zazwyczaj niepewnym podłożem dla obiektów budowlanych, gdyż nie można jednoznacznie określić stopnia ich skonsolidowania.

• 2.6 Próbka gruntu zawiera: 25 g cząstek frakcji iłowej, 50 g cząstek frakcji pyłowej, 5 g ziarn frakcji piaskowej, 20 g wody. Jaki to grunt?

m [g]	25	50	5
%	31,25	62,5	6,25

Jest to najprawdopodobniej ił pylasty (za pomocą trójkąta Fereta).

• 2.7 Jaka może być zawartość części organicznych w pyłach?

Ponieważ pył jest gruntem mineralnym (a dokładnie - naturalnym rodzimym mineralnym nieskalistym drobnoziarnistym niespoistym), a nie organicznym (naturalnym rodzimym organicznym), zatem zawartość części organicznych nie może być większa niż 2%, czyli tak jak dla wszystkich gruntów mineralnych (naturalnych rodzimych mineralnych).

• 2.8 Który z dwóch gruntów o stopniach zagęszczenia 0,1 i 0,4 powinien posiadać większy moduł ściśliwości pierwotnej?

Moduł ściśliwości pierwotnej
jest tym większy im większy jest stopień zagęszczenia
. Moduły ściśliwości można określać:

- dla gruntów niespoistych w zależności od rodzaju gruntu i stopnia zagęszczenia

- dla gruntów spoistych w zależności od rodzaju i stopnia skonsolidowania oraz od stopnia plastyczności
.

W zadaniu tym prawdopodobnie rozważamy grunt niespoisty.

• 2.9 Czym charakteryzuje się stan półzwarty piasku gliniastego?

Piasek gliniasty w stanie półzwartym posiada konsystencję zwartą. Grunt odkształca się przy dużych naciskach, odkształceniom towarzyszą spękania. Z próbki można uformować kulkę o średnicy 7-8 mm, ale wałeczek pęka przy pierwszej próbie wałeczkowania, wilgotność znajduje się pomiędzy granicą skurczalności, a granicą plastyczności.

• 2.10 Wykonywany z kulki gruntu wałeczek pękł podłużnie podczas trzeciego wałeczkowania. Przy rozcieraniu w wodzie nie wyczuwało się ziarn piasku. Podaj symbol tego gruntu.

Jest to najprawdopodobniej pył
mpl.

• 2.11 Ile wałeczków można wykonać z kulki gliny piaszczystej w stanie półzwartym?

Wałeczek pęka przy pierwszej próbie wałeczkowania (liczba, wałeczkowań = 0), ponieważ badana próbka znajduje się w stanie półzwartym.

• 2.12 Co to znaczy, że grunt jest nawodniony?

Ma większą wilgotność w stosunku do wilgotności naturalnej.

• 2.13 Który z dwóch gruntów o porowatościach 20 % i 30 % i mających ten sam stopień wilgotności posiada większą wilgotność?

Grunt o porowatości 30% ma większą wilgotność.

• 2.14 W jakich jednostkach wyraża się kapilarność bierną?

Kapilarność bierna mierzona jest w cm.

Kapilarność bierna (H_kb)- wysokość, na jakiej utrzymuje się woda w gruncie przy stopniowym obniżaniu się jej zwierciadła. Przyjmuje się, że kapilarność bierna gruntu równa jest wysokości słupa wody w cm, przy której przebija się powietrze.

• 2.15 Który z dwóch gruntów - piasek wydmowy, glina piaszczysta - powinien mieć większy wskaźnik różnoziarnistości?

• 2.16 Dla gliny piaszczystej: w_n=10%, w_s=8%, I_L=-0,02. W jakim stanie znajduje się ten grunt?

Grunt ten znajduje się w stanie półzwartym (pzw).

• 2.17 W jaki sposób obniżenie poziomu wody gruntowej wpływa na wartość ciężaru objętościowego gruntu?

W zależności od stopnia i sposobu wypełnienia porów w gruncie wodą, różne mogą być jego ciężary objętościowe. Jeżeli pory w gruncie są całkowicie wodą, lecz grunt znajduje się powyżej zwierciadła wody gruntowej (woda kapilarna), to ciężar objętościowy wynosi:

Jeżeli grunt znajduje się poniżej zwierciadła wody gruntowej, to pory jego są co prawda też wypełnione wodą, lecz ciężar objętościowy jest znacznie mniejszy niż
, gdyż woda nie tylko nie obciąża szkieletu gruntowego, lecz powoduje wypór (według prawa Archimedesa). Wynosi on:

Ostatecznie:

• 2.18 Dla pewnego gruntu ustalono, że: w_p=6,5%, w_L=11,0% Czy grunt ten może być iłem?

Raczej nie, ponieważ iły cechuje bardzo duża spoistość. Natomiast wskaźnik plastyczności tego gruntu wynosi I_p=w_L-w_P=4,5%, co wskazuje na małą spoistość próbki.

• 2.19 Prędkość przepływu wody w gruncie przy spadku hydraulicznym równym jedności wynosi v=0,002 cm/s. Obliczyć wskaźnik wodoprzepuszczalności tego gruntu.

Miarą filtracji (wodoprzepuszczalności) gruntu jest współczynnik filtracji k, zwany także stałą Darcy'ego. Jest to prędkość przepływu wody przy spadku hydraulicznym równym jedności. Stała k jest wielkością charakterystyczną dla danego gruntu, zależy od porowatości gruntu, jego uziarnienia i temperatury przepływającej wody, nie zależy natomiast od spadku hydraulicznego.

Zatem w zadaniu:

• 2.20 Dla której z dwóch próbek tego samego iłu pylastego o stopniach 0,1 i 0,4 wilgotność pęcznienia powinna mieć większą wartość?

• 2.21 Dla której z dwóch próbek tego samego iłu pylastego o wilgotnościach naturalnych 10% i 30% wskaźnik pęcznienia powinien mieć większą wartość?

Wskaźnik pęcznienia powinien mieć większą wartość dla próbki o wilgotności naturalnej w_n=10%

• 2.22 Dla pewnego gruntu spoistego ustalono, że: w_L=60%, w_p=24%, w_s=18%. Czy jest to grunt średnio spoisty?

Nie. Jest to grunt bardzo spoisty (I_P=60-24=34%).

• 2.23 Dla której z dwóch próbek tego samego piasku średniego o wilgotnościach 10% i 20% wilgotność optymalna będzie większa?

Wilgotność optymalna gruntu jest to wilgotność, przy której grunt ubijany w sposób znormalizowany uzyskuje maksymalną gęstość objętościową. Dlatego obie próbki będą miały taką samą wilgotność optymalną.

• 2.24 Jaką objętość wody należy dodać do suchej próbki piasku drobnego o objętości 10dcm³ i porowatości 20%, aby uzyskał on stopień wilgotności równy 1,0?

• 2.25 Grunt był tak wyschnięty, że aby z niego zrobić kulkę należało wpierw rozrobić go wodą. Matowy wałeczek pękł po trzecim wałeczkowaniu. Jaki stan posiada ten grunt w złożu naturalnym?

Stan zwarty

3. Wody podziemne.

3.1 W jakich fazach może występować woda w skorupie ziemskiej?

Wody występujące na Ziemi dzielimy na trzy zasadnicze grupy: wody atmosferyczne (parowanie), powierzchniowe (opady atmosferyczne) i podziemne (przesiąkanie wód opadowych), czyli występujące w: atmosferze, hydrosferze i litosferze.

3.2 Czy woda w gruncie może przemieszczać się pod górę? Jeżeli tak to kiedy i dlaczego?

Tak. Spowodowane jest to siłami przyciągania międzycząsteczkowego i siłami ssącymi roślin korzeniowych, które mogą działać w różnych kierunkach.

3.3 Jakie siły działają na wodę w skorupie ziemskiej?

Na wodę w skorupie ziemskiej działają:

1. siła ciężkości - działa pionowo w dół ku środkowi Ziemi

2. siły przyciągania międzycząsteczkowego w postaci [3.3]:

- sił wzajemnego przyciągania między cząsteczkami gruntu i cząsteczkami wody,

- sił wzajemnego przyciągania między cząsteczkami wody,

- sił napięcia powierzchniowego,

- sił osmotycznych,

- sił ssących roślin korzeniowych.

3.4 Od czego zależy intensywność przesiąkania wody w głąb skorupy ziemskiej?

Intensywność przesiąkania wody w głąb skorupy ziemskiej zależy od sił przyciągania międzycząsteczkowego.[3.2, 3.3].

3.5 Wpływ wód:

- chemicznie związanych

- krystalizacyjnych

- w postaci lodu

- w postaci pary

- higroskopijnych

na właściwości geotechniczne gruntów.

Woda chemicznie związana, woda krystalizacyjna, woda w postaci pary, woda higroskopijna nie wpływa na właściwości fizyczne gruntów. Są one w dodatku niedostępne dla roślin.

Woda chemicznie związana zawarta jest w sieci krystalicznej minerałów w postaci grup wodorotlenkowych lub H₂O⁺. Może być wydzielona z sieci krystalicznej w temperaturze powyżej 300ºC, co prowadzi do zniszczenia struktury krystalicznej minerału, którego jest składnikiem. Towarzyszy temu efekt endotermiczny.

Woda krystalizacyjna zawarta jest w sieci krystalicznej minerałów w swojej molekularnej formie (H₂O). Może być wydzielona z niej w temp. 100-300ºC, w towarzystwie efektu endotermicznego. Często tworzą się przy tym nowe minerały a niszczą stare.

Woda w postaci pary jest w stanie równowagi labilnej. Stan równowagi zależy od wilgotności gruntów, temperatury i innych czynników. Przemieszcza się w porach gruntowych zależnie od różnicy ciśnienia i temperatury.

Woda higroskopijna jest mocno związana z powierzchnią cząstek stałych, utrzymuje się bezpośrednio na ich powierzchni. Powstaje w wyniku adsorpcji pary wodnej z powietrza. Nie daje się wydzielić z gruntu pod działaniem siły ciężkości. Tworzą otoczkę wokół cząstki gruntu (przyciąganie z siłą 2500MPa). Zamarza w temp -78ºC, można ją usunąć podgrzewając próbkę do temp. 105-110ºC.

3.6 Wpływ wody błonkowej na właściwości geotechniczne gruntów.

Woda błonkowa (zwana też błonkowatą) związana jest z ziarnami gruntu za sprawą pola elektrycznego, którego źródłem jest powierzchnia fazy stałej gruntu. Pole powoduje uporządkowanie się molekuł (dipoli) wody. Woda o uporządkowanych w ten sposób molekułach tworzy wokół cząstki błonkę i zwana jest wodą błonkową. Grubość błonki nie jest równa na powierzchni cząstki gruntowej - maleje ze zmniejszeniem się promienia krzywizny powierzchni cząstki. Ma duży wpływ na właściwości fizyczne - w piaskach luźnych jej ilość wynosi około 1% w iłach do kilkunastu %. Może być wykorzystywana przez wodę, ale tylko wtedy, gdy są daleko od części stałej cząstki, czyli gdy są nieuporządkowane i słabo związane. Nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego. Nie może poruszać się pod wpływem siły ciężkości, gdyż siły jej przyciągania do powierzchni cząstek gruntowych są znacznie większe. Ma pewną zdolność przemieszczania się - tylko w przypadku zetknięcia się dwóch sąsiadujących cząstek gruntu o różnym stopniu nasycenia wodą - ruch ten odbywa się w kierunku cząstki mniej nasyconej (dla zachowania równowagi). W ten sposób zasysana jest woda z dalszych błonek lub woda wolna. Błonki wolne w miejscach kontaktu cząstek dążą zawsze do pełnego nasycenia. Zapewnia to uzupełnienie wody z otoczenia w przypadku jej ssania przez włośniki korzeni roślin.

3.7 Wpływ wody kapilarnej na właściwości geotechniczne gruntów.

Woda kapilarna występuje w kapilarach (porach i szczelinach) dzięki działaniu sił adhezji i napięcia powierzchniowego. Zjawisko to zachodzi w gruntach porowatych i skałach. Wyróżnia się kapilarność czynną i bierną. Woda kapilarna ma właściwości zbliżone do właściwości wody wolnej. Podlega sile ciężkości, przekazuje ciśnienie hydrostatyczne, ma zdolność rozpuszczania niektórych soli. Woda kapilarna może być:

- właściwa, gdy pozostaje w łączności z wodą gruntową wolną i występuje w zasięgu z włoskowatości,

- zawieszona, gdy nie ma bezpośredniej łączności z wodą wolną,

- stykowa, gdy między cząstkami powstają izolowane skupienia wody kapilarnej.

Kapilarność czynna (H_kc) jest to wysokość, na jaką w warunkach badania podnosi się woda w gruncie na skutek sił kapilarnych, mierzona od poziomu jej swobodnego zwierciadła.

Kapilarność bierną (H_kb) nazywa się wysokość, na jakiej utrzymuje się woda w gruncie przy stopniowym obniżaniu się jej zwierciadła.

3.8 Wpływ wody wolnej na geotechniczne warunki posadowienia obiektu budowlanego.

Woda wolna zwana jest wodą grawitacyjną, ponieważ podlega sile ciężkości. Ma zdolność przemieszczania się pod wpływem działania tej siły i różnicy ciśnień grawitacyjnych. Zapełnia zawsze większe niekapilarne przestrzenie w gruncie. W strefie napowietrzonej (aeracji) woda ta występuje w postaci strużek wody wsiąkowej (z opadów).

3.9 Prawo Darcy.

Prawo filtracji Darcy'ego opisuje zjawisko przesączania się wody w porach gruntu dzięki sile ciężkości w warunkach, gdy na pewnej długości istnieje różnica naporów wody. Przepływ ten zależy od uziarnienia, struktury i porowatości gruntu oraz od temperatury i lepkości wody. Im drobniejsze uziarnienie, tym większe opory ruchu wody.

gdzie:

- v prędkość filtracji

- k współczynnik filtracji [m/s]

- i spadek hydrauliczny

3.10 W jaki sposób może występować woda grawitacyjna w skorupie ziemskiej?

Wodę grawitacyjną można podzielić:

• w zależności od ukształtowania spągu warstwy wodonośnej ma:

- zbiornik wody podziemnej

- strumień wody podziemnej

- gniazda lub soczewki wody podziemnej

- warstwę wodonośną

- warstwę nieprzepuszczalną - wodoszczelną;

• w zależności od ukształtowania stropu warstwy wodonośnej na :

- swobodne zwierciadło wody podziemnej

- napięte zwierciadło wód podziemnych

• w zależności od sposobu utrzymywania się wody w warstwie wodonośnej na:

- wodę wsiąkową

- wodę zawieszoną

- wodę zaskórną

- wodę w stanie stałym - zamarznięta (lód).

3.11 O czym świadczą następujące wskaźniki wodne:

- ekspansji

- konsystencji

- plastyczności

- pęcznienia

-skurczalności

-filtracji

Wskaźnik ekspansji - wilgotność pasty gruntowej oznaczana przy użyciu penetrometru stożkowego, gdy zanurza się on na głębokość 14 mm, przy sile działającej 1,0 N.

Wskaźnik pęcznienia - 1. Zdolność gruntu do pęcznienia, I_s=w_n:w_L, 2. Procentowe spęcznienie próbki, tj. stosunek różnicy wysokości próbki po i przed spęcznieniem do jego wysokości początkowej, wyrażony w procentach,
, 3. Wilgotność spęcznienia w procentach.

Wskaźnik plastyczności - granica płynności minus granica plastyczności, I_P=w_L-w_P (ilość wody, jaką należy dodać do gruntu, aby go przeprowadzić go ze stanu półzwartego w stan płynny).

Wskaźnik skurczalności - granica płynności minus granica skurczalności, I_s= w_L-w_S (określa zakres możliwego kurczenia się gruntu).

Współczynnik filtracji (zdolność gruntu do przepuszczania wody) - prędkość przepływu wody przy spadku hydraulicznym równym jeden.

3.12 W jakich jednostkach wyraża się wskaźnik filtracji?

Współczynnik filtracji wyrażamy w jednostkach prędkości (cm/s, m/dobę).

4. Ocena geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych.

4.1 Oględziny sytuacji budowlanej w terenie (wizja lokalna).

Wizję lokalną prowadzi się w celu dokonania i zarejestrowania odpowiednich spostrzeżeń według zaprojektowanych tras, planów zagospodarowania przestrzennego, pozwalających na wyrobienie sobie poglądu na budowę geologiczną terenu, geomorfologię i sprawdzenie aktualności posiadanych map. Źródłem informacji wizji lokalnej są przede wszystkim:

- bezpośrednia obserwacja,

- wywiad z ludnością.

Do najważniejszych spostrzeżeń w wizji lokalnej należą:

- dokonanie wstępnej interpretacji zdjęć lotniczych i ich uzupełnienie,

- ustalenie zgodności map geodezyjnych,

- odczytanie rzeźby i morfologii terenu,

- rejestracji odsłonięć naturalnych i sztucznych,

- określenie występowania zjawisk geodynamicznych,

- rejestracja obecności wód powierzchniowych i innych,

- ustalenie warunków hydrogeologii,

- ocena sieci hydrograficznej terenu,

- ustalenie występowania szkód górniczych.

Wyróżniamy następujące charakterystyki budowy terenu:

- budowa prosta,

- budowa złożona,

- budowa skomplikowana.

4.2 Badania właściwości geotechnicznych podłoża gruntowego (metody A, B, C).

Metoda A polega na bezpośrednim wyznaczeniu wartości parametrów za pomocą polowych i laboratoryjnych badań gruntów (min. 5 oznaczeń).

Metoda B polega na oznaczeniu metodą A parametrów pozwalających wyznaczyć na ich podstawie niezbędne parametry za pomocą odpowiednich zależności korelacyjnych między nimi, podanych w odpowiednich normach, literaturze, albo ustalonych doświadczalnie.

Metoda C polega na przyjęciu wartości potrzebnych parametrów na podstawie praktycznych doświadczeń budownictwa w podobnych warunkach gruntowych na sprawdzonych na obiektach budowlanych o podobnej konstrukcji i zbliżonych obciążeniach.

4.3 Badania geotechniczne terenowe (rozmieszczenie punktów badawczych, rodzaje badań, ich cel i zakres, opis badań).

Właściwości fizyczne i mechaniczne gruntów można określić w terenie i w laboratorium. W terenie bada się złoże naturalne, w laboratorium - próbki gruntu.

Liczba i zakres czynności geotechnicznych zależą od kategorii geotechnicznej.

KATEGORIA I

- wizja lokalna

- punkty 2 do 3 m poza obrysem budynku

- głębokość badań: dla stóp i ław fundamentowych od 1 do 3 szerokości fundamentu poniżej spodziewanego poziomu posadowienia, lecz nie mniej niż 5 m, dla płyt - szerokość płyty poniżej poziomu posadowienia, dla pali - 5-krotna średnica pala i nie mniej niż 3 m poniżej jego podstawy

- punkty badawcze: nie mniej niż 3 dla obiektu poniżej 600 m², dla obiektów większych liczbę punktów zwiększamy, zachowując między nimi odległości nie większe niż 30 m, dla budowli liniowych nie więcej niż 100 m.

- badania laboratoryjne sporadycznie

KATEGORIA II

Badania terenowe powinny umożliwić wydzielenie warstw geotechnicznych i określenie parametrów geotechnicznych.

- minimum 4 punkty pomiarowe

- rozstaw punktów badawczych: dla obiektów liniowych i prostych warunków gruntowych nie większy od 100 m, dla złożonych - 50 m, dla obiektów złożonych w obrysie nie więcej niż odpowiednio 40 m i 20 m.

- pomiary wód gruntowych i jej agresywności

- badania laboratoryjne: tylko dla kontroli, badania należy prowadzić tylko w zakresie umożliwiającym określenie parametrów geotechnicznych wydzielanych warstw.

KATEGORIA III

W odróżnieniu od kategorii I i II wymaga się tutaj opracowania dokumentacji geologiczno-inżynierskiej zgodnie z wymaganiami prawa geologicznego i górniczego oraz projektu robót i badań geotechnicznych. Zakres badań powinien odpowiadać co najmniej zakresowi badań kategorii II, z możliwości poszerzenia go o badania specjalistyczne. Punkty badawcze należy tak rozmieszczać, aby było możliwe uzyskanie przestrzennego obrazu budowy geologicznej, tj. co najmniej 5 m poniżej planowanego poziomu posadowienia.

Rodzaje badań:

- wykopy badawcze - najczęściej 2 m długości i 0,75 szerokości (dla zbadania NNS i NW)

- szybiki badawcze - prostokątne o wymiarach 1,0x1,5 m do 1,5x2,5 m, znacznie większe głębokości (do 20 m)

- odkrywki fundamentów - w celu ustalenia głębokości i sposobu posadowienia istniejących budynków oraz zbadania warunków geotechnicznych podłoża bezpośrednio pod fundamentem.

- wiercenia badawcze - w celu odtworzenia profilu geologicznego, cech fizycznych, mechanicznych, poziomu wód gruntowych.

- ustalenie poziomu wody gruntowej

- sondowania

a) dynamiczne

b) statyczne

c) sondą wkręcaną

d) sondą obrotową

- próbne obciążenia gruntu

- badania presjometryczne

- badania dylatometryczne

- badania geofizyczne (dla określenia cech fizycznych i mechanicznych)

a) metody elektrooporowe

b) badania georadarowe

c) metody sejsmiczne

d) metoda grawimetryczna

e) badania radioizotopowe

4.4 Badania geotechniczne laboratoryjne (rodzaje badań, ich cel, zakres i opis badań).

Liczba i zakres czynności geotechnicznych zależą od kategorii geotechnicznej.

KATEGORIA I

- badania laboratoryjne sporadycznie

KATEGORIA II

- badania laboratoryjne: tylko dla kontroli, badania należy prowadzić tylko w zakresie umożliwiającym określenie parametrów geotechnicznych wydzielanych warstw.

KATEGORIA III

W odróżnieniu od kategorii I i II wymaga się tutaj opracowania dokumentacji geologiczno-inżynierskiej zgodnie z wymaganiami prawa geologicznego i górniczego oraz projektu robót i badań geotechnicznych. Zakres badań powinien odpowiadać co najmniej zakresowi badań kategorii II, z możliwości poszerzenia go o badania specjalistyczne (np. pęcznienie, skurcz itd.). Zależnie od rodzaju badań laboratoryjnych pobieramy próbki NNS (nienaruszona struktura), NW (naturalna wilgotność), NU (naturalne uziarnienie).

Rodzaje badań:

- badanie składu granulometrycznego i klasyfikacja gruntów (0,06 mm - analiza sitowa, mniejsze niż 0,06 mm - analiza pipetowa lub areometryczna)

- wilgotność gruntu

- gęstość szkieletu gruntowego

- gęstość objętościowa

- stopień wilgotności

- granice konsystencji

- dla spoistych: stopień plastyczności I_L i wskaźnik plastyczności I_P

- dla niespoistych: stopień zagęszczenia I_D i wskaźnik zagęszczenia I_S

- badania odkształcalności i wytrzymałości gruntów ( ściśliwość i wytrzymałość na ścinanie)

4.5 Dokumentowanie geotechniczne.

Dokumentacja jest opracowaniem finalnym postępowania geotechnicznego, przekazywanym w formie zbroszurowanej. Jej zawartość zależy od kategorii geotechnicznej obiektu budowlanego. Dokumentacja składa się z dwóch części: tekstowej i graficznej.

Część tekstowa

1. Karta tytułowa z informacją ogólną.

2. Spis treści.

3. Informacja ogólne.

4. Charakterystyka terenu.

Kategoria I

5. Opis wykonanych badań i analiza ich wyników.

6. Ustalenie geotechnicznych warunków posadowienia.

7. Wnioski i zalecenia dla fundamentowania.

Kategoria II

5. Opis wykonanych badań i analiza ich wyników.

6. Charakterystyka warunków geotechnicznych w obrębie dokumentowanego terenu.

7. Wnioski i zalecenia dla fundamentowania.

Kategoria III

5. Opis warunków geotechnicznych.

6. Opis warunków hydrogeologicznych.

7. Opis warunków geotechnicznych.

8. Ocena warunków geotechnicznych.

9. Wnioski i zalecenia.

Część graficzna

Kategoria I

- plan sytuacyjno-wysokościowy

- profile i przekroje geotechniczne

- dzienniki wierceń i protokoły innych badań

Kategoria II

- plan sytuacyjno-wysokościowy (1:500)

- profile analityczne wierceń i sondowań

- rysunki wykopów badawczych

- rysunki odkrywek fundamentowych

- przekroje geotechniczne

- problemowe mapy geotechniczne

Kategoria III

- mapy

- przekroje geotechniczne

- profile geotechniczne

- zestawienie tabelaryczne właściwości gruntów oraz wód gruntowych, wartości z analiz przemieszczeń, osiadań, nośności i inne

- wyprowadzone parametry do obliczeń projektowych

5. Podstawowe prawa mechaniki gruntów. Stan naprężenia w gruncie.

5.1 Co to jest naprężnie?

Naprężenie to graniczna wartość stosunku siły działającej na określony przekrój pola ciała do wymiaru tego pola:
. Dla scharakteryzowania naprężenia należy podać jego wartość, kierunek i zwrot oraz kierunek płaszczyzny, na którą działa [kPa, MPa].

5.2 Co musimy wiedzieć o naprężeniu, aby jednoznacznie określić go w punkcie?

Poza znajomością wartości, kierunku i zwrotu oraz płaszczyzny musimy uznać, że pole A jest nieskończenie małe. Wtedy to wartość naprężenia jest stała lub zmienia się w sposób ciągły.

5.3 W jaki sposób przedstawiamy naprężenie w punkcie?

Przedstawiamy jako tensor naprężenia

5.4 Model fizyczny ośrodka gruntowego - założenia.

Założenia są podobne do założeń występujących w mechanice budowli, z tą różnicą, że w tensorze naprężeń występuje tylko wskaźnik σ oraz naprężenia ściskające są dodatnie, natomiast rozciągające ujemne.

Ponadto zakłada się, że:

- istnienie objętości reprezentatywnej o wymiarach skończonych,

- ziarna i cząstki są ciałami sztywnymi,

- ciecz zachowuje się zgodnie z modelem cieczy Newtona, jest nieściśliwa,

- gaz posiada wszystkie cech gazu doskonałego,

- ośrodek gruntowy jest izotropowy,

- grunt jest materiałem sprężystym,

- naprężenia rozchodzą się promieniście,

- obowiązuje prawo superpozycji,

- nie uwzględniamy ciężaru własnego gruntu,

- pionowo działająca siła Q powoduje obniżenie się powierzchni kuli o dowolnym promieniu ze środkiem w punkcie zaczepienia siły,

- półprzestrzeń materialna i półprzestrzeń niematerialna,

5.5 Na czym polega reakcja gruntu na przyłożone doń naprężenie (...odkształcenie, przebudowa struktury)?

Naprężenia w ośrodku gruntowym powodują jego odkształcenia. Efektem odkształceń jest przebudowa struktury gruntu oraz zmiana jego właściwości fizycznych i mechanicznych.

5.6 Jakie są trzy podstawowe prawa mechaniki gruntów?

Trzy podstawowe prawa mechaniki gruntów: prawo ściśliwości, prawo tarcia, prawo filtracji.

5.7 Prawo zagęszczenia gruntów. W jakim aparacie się je realizuje, w jakim celu?

Zagęszczenie gruntów niespoistych wykonuje się w odpowiednim cylindrze, bądź przez sondowania. Natomiast stopień plastyczności gruntów spoistych badamy w aparacie Casagrande'go.

5.8 Do czego służą moduły ściśliwości? Gdzie je można znaleźć?

Moduły ściśliwości są miarą ściśliwości gruntów, zatem służą do jej wyznaczenia. Badamy je w laboratoriach za pomocą różnych edometrów, otrzymując edometryczne moduły ściśliwości M₀ i M, oraz w terenie, w wyniku których otrzymuje się moduły odkształcenia E₀ i E.

5.9 Jaki stan odkształcenia i naprężenia realizowany jest w edometrze?

W edometrach realizowany jest jednoosiowy stan odkształcenia i naprężenia.

5.10 Prawo tarcia. W jakim aparacie można je sprawdzić?

Tarcie wewnętrzne jest to opór, jaki stawiają ziarna i cząstki gruntu przy przemieszczaniu się względem siebie - składowa wytrzymałości na ścinanie gruntów wyrażona kątem tarcia wewnętrznego φ.

Kąt tarcia wewnętrznego badamy za pomocą:

- aparatu bezpośredniego ścinania (aparatu skrzynkowego),

- aparatu trójosiowego ścinania.

5.11 Czego dotyczy siła tarcia, a czego siła spójności w gruncie?

Zarówno siła tarcia jak i siła spójności nie są siłami czynnymi. Nie wprowadzają ciała w ruch. Objawiają się jako przeciwdziałanie innym siłom.

Siła tarcia utrzymuje nierówności gór i lądów (w przeciwieństwie do wyrównania wody).

Siła spójności jest to wzajemne przeciąganie się cząstek substancji w wyniku działania sił międzycząsteczkowych krótkiego zasięgu. W ciałach stałych siły te są największe, w gazach - najmniejsze. W gruntach niespoistych występuje nieraz spójność pozorna wywołana działanie sił kapilarnych - zanika po wysuszeniu próbki lub zanurzeniu w wodzie.

5.12 Jakie siły mobilizują się w gruncie przy próbie jego ścinania?

W gruntach niespoistych:

- siła tarcia wewnętrznego

W gruntach spoistych:

- siła tarcia wewnętrznego

- spójność rzeczywista

5.13 Aparaty do badań wytrzymałości na ścinanie? Opis, zalety, wady, możliwości badawcze.

5.14 Wytrzymałość na ścinanie gruntów niespoistych. Porowatość krytyczna a podatność na zjawiska kurzawkowe.

Grunty niespoiste prawie nie mają spójności. Spójność pozorna nie ma wpływu na wytrzymałość. Ze względów na stosunkowo duże uziarnienie ruchy filtracyjne zachodzą w nich bardzo szybko. Różnie natomiast zachowuje się piasek w procesie ścinania.

Jeżeli piaski mają porowatość większą od krytycznej i są nawodnione, łatwo upłynniają się nawet przy niewielkim wstrząsie, jeżeli mniejszą - to nie poddają się spływowi.

5.15 Wytrzymałość na ścinanie gruntów spoistych. Wytrzymałość rezydualna. Wrażliwość gruntów spoistych. Wpływ wilgotności na wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Klasyfikacja genetyczna gruntów spoistych.

Wrażliwość gruntów spoistych to stosunek wytrzymałości gruntu o strukturze naturalnej do wytrzymałości gruntu o strukturze naruszonej. Rozróżniamy:

- grunty niewrażliwe
,

- grunty wrażliwe
,

- grunty bardzo wrażliwe

5.16 Koło Mohra.

Koło Mohra to pomocnicza konstrukcja geometryczna wykreślona na płaszczyźnie w prostokątnym układzie współrzędnych
, pozwalająca na przedstawienie zależności między dwoma naprężeniami głównymi (najczęściej σ₁ i σ₃). Wykorzystywana jest przy analizowaniu wartości naprężeń występujących podczas ścinania próbek gruntu. Na osi odciętych odkłada się naprężenia normalne do płaszczyzny ścinania oraz pary sprzężonych z sobą naprężeń głównych, na osi rzędnych - naprężenia ścinające (styczne do płaszczyzny ścinania). Kąt nachylenia stycznej do kół Mohra jest kątem tarcia wewnętrznego, a odcinek na osi rzędnych zawarty pomiędzy początkiem układu współrzędnych a punktem przecięcia stycznej z osią rzędnych odpowiada wartości spójności gruntu spoistego. W przypadku gruntów niespoistych styczna przechodzi przez początek układu współrzędnych.

5.17 Który z dwóch gruntów o modułach ściśliwości pierwotnej 10000 kPa i 30000 kPa powinien być bardziej odporne na osiadania?

Grunt o module ściśliwości pierwotnej 30000 kPa.

5.18 Dla której z dwóch próbek tego samego piasku drobnego o stopniach zagęszczenia 0,75 i 0,25 kąt tarcia wewnętrznego powinien mieć większą wartość?

Kąt tarcia wewnętrznego ma większą wartość próbka, dla której I_D=0,75.

5.19 Dla której z dwóch próbek tej samej gliny piaszczystej o stopniach plastyczności 0,25 i 0,5 kąt tarcia wewnętrznego powinien mieć większą wartość, a dla której spójność?

Kąt tarcia wewnętrznego i spójność ma większą wartość próbka, dla której I_L=0,25. Spójność zależy od wilgotności, im większa wilgotność tym mniejsza spójność.

5.20 W podłożu występują dwie warstwy gruntu: piasek drobny (I_D=0,25), glina pylasta (I_L=0,25). Która z tych warstw powinna wcześniej zakończyć swe osiadania po zakończeniu budowy obiektu na tym podłożu?

Szybciej powinien zakończyć swe osiadania piasek drobny.

6. Konsolidacja gruntu.

6.1 Czym różni się konsolidacja gruntu od ściśliwości i osiadań gruntu?

Konsolidacja to proces zmniejszania się objętości gruntu w wyniku zmniejszania się objętości porów, przy jednoczesnym wyciskaniu z nich wody, zachodzący pod wpływem przyrostu naprężeń.

Ściśliwość to także zmiana objętości, ale pod wpływem obciążenia. Natomiast osiadanie gruntu to odkształcenie gruntu wywołane obciążeniem lub innymi przyczynami.

6.2 Co to są naprężenia efektywne?

Naprężenie efektywne to naprężenie całkowite (σ) zmniejszone o ciśnienie wody (u) w porach gruntu;
[kPa, MPa].

6.3 Czy naprężenia efektywne w gruncie ulegają zmianie w wyniku jego konsolidacji?

Tak.

W czasie

W czasie

W czasie

6.4 Czy w czasie konsolidacji zmienia się porowatość gruntu?

Z założenia Terzaghi'ego parametry gruntu w czasie konsolidacji nie ulegają zmianie. Wraz ze zmniejszeniem się objętości porów zmniejsza się objętość gruntu.

Przy zjawisku ściśliwości można zaobserwować zmianę wskaźnika porowatości, która jest wprost proporcjonalna do zmiany obciążenia.

6.5 Jakie są założenia teorii konsolidacji gruntów Terzaghi'ego dla: porów, wody, cząstek gruntu, filtracji?

Założenia:

- gruntu jest jednorodny,

- w gruncie wszystkie pory wypełnione są wodą, a więc mamy układ dwufazowy,

- szkielet gruntu oraz woda są nieściśliwe; z założenia tego wynika, że przebieg konsolidacji zależeć będzie od prędkości odpływu wody,

- woda nie przejmuje naprężeń ścinających,

- ruch wody odbywa się zgodnie z prawem Darcy'ego,

- współczynnik wodoprzepuszczalności jest wielkością stałą; w wielkości k uwzględniony jest wpływ wody błonkowej na przepływ wody,

- powodem powolnego przebiegu konsolidacji jest jedynie mała wodoprzepuszczalność gruntu, a nie inne opory, jak np. cementujące działanie soli, itd.,

- w danym przedziale przyjmuje się stałą wartość współczynnika ściśliwości,

- w czasie konsolidacji parametry gruntu nie ulegają zmianie,

- obliczenia przeprowadza się przy założeniu konsolidacji jednoosiowej - warstwa podlegająca konsolidacji jest nieograniczonej rozciągliwości, przepływ wody odbywa się prostopadle do konsolidowanej warstwy; w dowolnej chwili ciśnienia czynne, całkowite i wody w porach w każdym punkcie poziomego przekroju spełniają równanie Terzaghi'ego dla gruntów nawodnionych:

[kPa, MPa]

6.6 Co jest przyczyną powolnego przebiegu konsolidacji?

Z założenia Terzaghi'ego powodem jest jedynie mała wodoprzepuszczalność gruntu, a nie inne opory.

6.7 Co to jest stopień konsolidacji?

Stopień konsolidacji to stosunek osiadania gruntu w określonym czasie po zwiększeniu obciążenia do osiadania całkowitego przy tym obciążeniu.

6.8 Czy ciśnienie wody w porach gruntu ulega zmianie w procesie konsolidacji? Jeżeli tak to kiedy jest największe, a kiedy najmniejsze?

Tak. Bezpośrednio po zwiększeniu obciążenia gruntu cały przyrost nacisku przejmuje woda znajdująca się w porach gruntu jako nadciśnienie. W miarę upływu czasu nadciśnienie w porach gruntu maleje wskutek wyciskania jej z porów i odpływ poza strefę obciążoną.

6.9 Czy czas konsolidacji warstwy gruntu zależy od jej miąższości?

Nie. Czas konsolidacji gruntu zależy tylko od wodoprzepuszczalności (tak jak w założeniach). Natomiast wraz z upływem czasu, czyli odpływem wody i równoczesnym zmniejszaniem się objętości porów zmniejsza się miąższość warstwy.

7. Rozchodzenie się naprężeń w gruncie.

7.1 Czy naprężenia od nacisku fundamentu przekazują się w głąb gruntu w kierunku wyłącznie pionowym? Jeżeli nie, to jak?

Nie. W miarę wzrostu głębokości rozchodzą się na coraz to większą przestrzeń.

7.2 Czego dotyczy dzwon naprężeń i kto go sformułował?

Dzwon naprężeń dotyczy naprężeń od nacisku fundamentu. Sformułował go Boussinesq.

7.3 W jakie właściwości trzeba wyposażyć ośrodek gruntowy, aby przy analizie stanów naprężeń można było skorzystać z rozwiązań teorii sprężystości.

Założenia:

- ośrodek gruntowy jest izotropowy,

- grunt jest materiałem sprężystym,

- naprężenia rozchodzą się promieniście,

- obowiązuje prawo superpozycji,

- nie uwzględniamy ciężaru własnego gruntu,

- pionowo działająca siła Q powoduje obniżenie się powierzchni kuli o dowolnym promieniu ze środkiem w punkcie zaczepienia siły.

7.4 Do czego służy cebula naprężeń, a do czego kapusta?

Cebula naprężeń dotyczy izobar naprężeń pionowych, a kapusta izobar naprężeń głównych (izochromy).

7.5 Do czego służy księga naprężeń?

Księga naprężeń dotyczy rozkładu naprężeń poziomych normalnych (σ_h) na głębokości z w półprzestrzeni gruntowej.

7.6 Czego dotyczy konik naprężeń?

Konik naprężeń dotyczy rozkładu naprężeń poziomych normalnych (σ_h) występujących w odległości x od kierunku siły Q.

7.7 Czego dotyczy motyl naprężeń?

Motyl naprężeń dotyczy izobar naprężeń stycznych w podłożu.

7.8 Jak określić naprężenia w gruncie od siły skupionej i obciążenia rozłożonego równomiernie?

Naprężenie w gruncie od siły skupionej wyznaczamy za pomocą wzorów Boussinesq'a. Natomiast od obciążenia rozłożonego - metoda punktów narożnych Steinbrennera

7.9 Czy można zmierzyć naprężenia w podłożu gruntowym?

Nie. Nie potrafimy bezpośrednio zmierzyć wartości naprężenia, a jedynie skutki jego działania, a takie jak zmiana wymiarów ciała, właściwości elektryczne albo magnetyczne, z czego obliczamy wartość naprężenia.

7.10 Jakie problemy stwarza koncentracja naprężeń dla teorii Boussinesq'a?

Z powodu występowania koncentracji naprężeń w pobliżu osi działania siły, Frohlich zaproponował wprowadzenie poprawki do wzoru Boussinesq'a.

8. Obliczenia statyczne bezpośredniego posadowienia obiektu budowlanego.

8.1 Naprężenia w poziomie posadowienia fundamentu (założenia, rozkład).

Założenia:

- liniowy rozkład obliczeniowych obciążeń jednostkowych q_r w poziomie posadowienia,

- wypadkowa sił od obliczeniowych obciążeń stałych oraz zmiennych długotrwałych nie powinna wychodzić poza rdzeń podstawy fundamentu,

- jeżeli to się jednak zdarzy, to należy uwzględnić także obciążenia wyjątkowe, wtedy to
,

- przy obiektach wysokich mających wspólny fundament płytowy lub pierścieniowy oraz przy fundamentach słupów hal obciążonych suwnicami, wypadkowa sił od obliczeniowych obciążeń stałych oraz zmiennych długo- i krótkotrwałych nie powinna wychodzić poza rdzeń podstawy fundamentu,

- obliczeniowe obciążenie jednostkowe podłoża w podstawie fundamentu powinno spełniać warunki wynikające z obliczeń nośności podłoża (według I grupy stanów granicznych).

8.2 Naprężenia w procesie fundamentowania (pierwotne, po wykonaniu wykopu, wtórne, dodatkowe).

Naprężenie pierwotne to pionowy nacisk jednostkowy gruntów zalegających w podłożu gruntowym ponad poziomem z.

Po wykonaniu wykopu podłoże zostaje odciążone o ciężar usuniętej z wykopu ziemi; naprężenia pierwotne ulegają zmniejszeniu o wartości:

(odprężenie podłoża)

W tej sytuacji w podłożu gruntowym występuje naprężenie minimalne

Po wykonaniu fundamentu i zasypaniu wykopu naprężenia w podłożu osiągają wartość naprężeń pierwotnych; przyrosty naprężeń od wartości σ_min do wartości σ_zρ nazywają się naprężeniami wtórnymi σ_zs.

8.3 Co to jest nośność gruntu?

Nośność gruntu nazywa się jego zdolność do przejmowania oddziaływań konstrukcji bez utraty stateczności,, zależną od wytrzymałości gruntów, rodzaju i cech konstrukcji oraz charakteru jej oddziaływań. Jest to nacisk jednostkowy wywołany obciążeniem od obiektu budowlanego, przy którym nie dochodzi do przekroczenia obciążenia krytycznego wywołującego miejscowe zniszczenie podłoża gruntowego.

8.4 Czym różnią się obciążenia krytyczne od granicznych podłoża budowlanego?

8.5 Obliczenia statyczne nośności według I stanu granicznego - dla podłoża jednorodnego. Czy zawsze należy ją sprawdzać? Na czym polega pierwszy stan graniczny?

Przekroczenie tego stanu może oznaczać wypieranie gruntu spod fundamentów, usuwisko albo zsuw fundamentów lub podłoża, przesunięcie w poziomie posadowienia lub w głębszych warstwach podłoża. Nośność według I stanu granicznego należy sprawdzać dla wszystkich przypadków posadowienia. I stan graniczny dotyczy nośności podłoża gruntowego.

Podłoże jednorodne:

- podłoże jednorodne do głębokości 2B poniżej poziomu posadowienia podstawy fundamentu

- podstawa prostokątna obciążona mimośrodowo siłą pionową N_r oraz siłą poziomą T_rB działającą równolegle do krótszego boku podstawy i gdy obiekt nie jest usytuowany na zboczu lub gdy nie projektuje się w pobliżu wykopów lub dodatkowych obciążeń.

gdzie:

- N_r obliczeniowa wartość pionowej składowej obciążenia [kN]

- Q_fNB pionowa składowa obliczeniowego oporu granicznego podłoża gruntowego

- m współczynnik korelacyjny.

Dla fundamentów o podstawie kołowej można przyjmować: B=L=1,77R, dla fundamentów pasmowych (L>5B) można przyjmować B/L=0

Gdy występuje siła pozioma:

8.6 Obliczenia statyczne nośności według I stanu granicznego - dla podłoża warstwowego.

Gdy w podłożu występuje słabsza warstwa geotechniczna na głębokości mniejszej niż 2B poniżej poziomu posadowienia fundamentu, wtedy nośność należy sprawdzić również w podstawie zastępczego fundamentu ustawionego w poziomie stropu słabszej warstwy.

8.7 Co to jest jednostkowy opór obliczeniowy? W jakich przypadkach można go stosować do obliczeń nośności?

Jednostkowy opór obliczeniowy wyznacza się, gdy mamy do czynienia z prostym przypadkiem posadowienia, to jest gdy w pobliżu nie ma wykonanych wykopów, obiekt nie jest usytuowany na zboczu, składowa obciążenia poziomego jest mniejsza niż 10% wartości składowej obciążenia pionowego i mimośród
. Wtedy:

8.8 Obliczenia statyczne nośności według II stanu granicznego. Czego dotyczy ten stan? Na czym polega jego sprawdzenie i co należy przy tym uwzględnić?

II stan graniczny dotyczy:

- osiadań fundamentów obiektu budowlanego,

- przechylenia obiektu lub jego części wydzielonych dylatacjami,

- odkształceń konstrukcji jako całości lub części wydzielonych dylatacjami,

- względnych różnic osiadań fundamentów.

Można nie sprawdzać tego stanu, gdy obiekty posadowione są na skałach litych, a także wtedy, gdy spełnione są równocześnie następujące warunki:

- w podłożu do głębokości 3B występują wyłącznie grunty niespoiste z wyjątkiem piasków pylastych w stanie luźnym lub gruntów spoiste w stanie nie gorszym niż twardoplastyczny,

- obciążenia poszczególnych części budowli nie są zróżnicowane,

- nie przewiduje się dodatkowego obciążenia podłoża obok obiektu,

- nie ma innych specjalnych ograniczeń,

- dla 1 kondygnacyjnych hal przemysłowych z suwnicami o udźwigu do 500 kN, o konstrukcji nie wrażliwej na nierównomierne osiadania,

- dla budynków przemysłowych i magazynowych o wysokości do 3 kondygnacji,

- dla budynków mieszkalnych i powszechnego użytku o wysokości do 11 kondygnacji i siatce słupów nie większej niż 6,0x6,0 m lub o rozstawie ścian nośnych nie większym niż 6,0 m.

W innych przypadkach sprawdza się czy:

gdzie:

- s umowna wartość przemieszczenia

- s_dop odpowiednia wartość dopuszczalna przemieszczenia.

8.9 Ogólne zasady obliczania osiadań fundamentów; czy stosuje się metody teorii sprężystości? Jakie stany odkształcenia się uwzględnia? Według jakiego wzoru? Do jakiej głębokości? Jak oblicza się osiadania? Co to jest osiadanie średnie, strzałka ugięcia, pochylenie?

Założenia:

- stosuje się metody teorii sprężystości (jednorodna półprzestrzeń liniowo odkształcalna)

- uwzględniamy następujące stany

a) stan pierwotny σ_zρ

b) stan odprężenia σ_zρmin

c) stan po zakończeniu budowy σ_zt

- oblicza się jako sumę obciążeń pierwotnych i wtórnych

- do głębokości z_max

- osiadania oblicza się ze wzoru

Osiadanie średnie to średnia wartość osiadań obiektu budowlanego wyznaczana ze wzoru:

Przechylenie obiektu
wyznacza się wyrównując metodą najmniejszych kwadratów osiadania s_j poszczególnych fundamentów za pomocą płaszczyzny określonej równaniem:

s = ax + by + c

Przechylenie wyznacza się ze wzoru

Strzałkę ugięcia obiektu budowlanego wyznacza się, uwzględniając trzy najniekorzystniejsze osiadające fundamenty leżące w planie na linii prostej, według wzoru:

8.10 Jakiego okresu czasu dotyczą osiadania? Czy kończą się z chwilą zakończenia budowy?

Osiadanie gruntów niespoistych oraz spoistych w stanie półzwartym praktycznie kończy się w chwili zakończenia budowy, natomiast podłoże zbudowane z gruntów spoistych znajdujących się w stanie gorszym niż półzwarty w chwili zakończenia budowy osiąga dopiero około 50% osiadań końcowych, a w przypadku gruntów organicznych zaledwie 25% i osiada dalej. Trwa to miesiące, lata, a nawet dłużej.

9. Wpływ mrozu na ośrodek gruntowy.

9.1 Co to są wysadziny mrozowe? Jak do nich dochodzi?

Wysadziny ­- wybrzuszenia nawierzchni drogowej lub powierzchni gruntu powstające podczas mrozu w wyniku tworzenia się soczewek lodowych w strefie przemarzania gruntu.

9.2 Jakie warunki muszą być spełnione, aby doszło do wysadzin?

Do powstania wysadzin może dojść, gdy:

- grunt podłoża posiada odpowiednie właściwości wysadzinowe

- w gruncie tym występuje wysoki poziom wód gruntowych i duża wilgotność

- przez dłuższy czas utrzymuje się temperatura poniżej zera

9.3 Jaką rolę w tworzeniu się wysadzin odgrywają siły adsorpcji na powierzchni cząstek gruntowych i ludu?

Siły adsorpcji odgrywają główną rolę w tworzeniu się wysadzin, ponieważ dzięki nim następuje przyciąganie cząsteczek wody i ciągły proces wiązania ich w siatkę krystaliczną lodu, co prowadzi do zwiększania się grubości soczewek lodowych. Ich działanie maleje w miarę oddalania się od powierzchni lodu i gruntu.

9.4 Uporządkować wymienione grunty według malejącej podatności na wysadziny: żwir, pył, ił.

Żwir, pył, ił.

9.5 Czy kapilarność gruntu jest właściwością charakteryzującą podatność gruntu na przemarzanie?

Tak.

9.6 Czym różnią się wysadziny od przełomów drogowych? Jak powstają przełomy drogowe?

Przełomy drogowe są konsekwencją wysadzin. Powstają na skutek nagłych zmian temperatury. Ocieplanie powoduje rozmrożenie podłoża i ruch wody ku górze, późniejsze ochłodzenie powoduje łamanie i wypiętrzanie się nawierzchni.

10. Zjawiska ekspansywne w gruntach.

10.1 Czy grunt może być ekspansywny?

Tak.

10.2 Co to jest zjawisko ekspansywne?

Takie zjawiska, które mają tendencję do rozprzestrzeniania się w gruncie w stosunku do miejsca ich początkowego występowania nazywają się zjawiskami ekspansywnymi.

10.3 Czy w Polsce występują warunki sprzyjające wystąpieniu ekspansywnego skurczu lub pęcznienia w podłożu gruntowym? Jakie grunty są na to najbardziej podatne?

Tak. Najbardziej podatne są iły plioceńskie. Poza tym: iły mioceńskie i oligoceńskie (trzeciorzędowe), iły i mułki zastoiskowe (czwartorzędowe), gliny zwałowe (czwartorzędowe).

10.4 Jaki jest mikro-mechanizm tworzenia się i ekspansji skurczu i pęcznienia w gruncie?

Mechanizm tworzenia się i zmian grubości błonek wodnych otaczających cząstki gruntowe wynika z natury elektrycznej cząstek i ich otoczenia w środowisku gruntowym. Cząstki gruntowe zbudowane są z jonów. Jony znajdujące się wewnątrz są całkowicie zrównoważone, natomiast te na zewnątrz nie są, w wyniku czego dążą do połączenia się z jonami lub molekułami znajdującymi się w ich pobliżu. Powoduje to powstanie dookoła cząstki gruntowej błonki wody.

10.5 Czy można rozpoznać, że dany grunt jest podatny na zjawiska ekspansywne?

Dla określonego gruntu spoistego w podłożu budowlanym jego zdolność do pęcznienia można w przybliżeniu ocenić, posługując się uproszczonym kryterium Daniłowa.

gdzie:

-
wilgotność gruntu na granicy płynności określonej metodą Wasiliewa

- w wilgotność naturalna

Z tej właściwości można skorzystać, gdy wrażliwość gruntu na zmiany wilgotności jest niska i jest możliwe wyeliminowanie wszystkich czynników uaktywniających zjawiska ekspansywne.

10.6 Jakie są najczęstsze przyczyny uaktywnienia się zjawisk ekspansywnego skurczu i pęcznienia w podłożu budowlanym? Jak przeciwdziałać tym zjawiskom?

1. Niedostateczne rozpoznanie budowy geologicznej i warunków wodnych.

2. Gromadzenie się wody w wykonanym wykopie.

3. Odprężenia podłoża w dnie wykopu.

4. Gromadzenie się wód podziemnych przy wykonanym budynku lub innych urządzeniach pomocniczych.

5. Uszkodzenie niezinwentaryzowanych ciągów drenowych lub rurociągów.

6. Wprowadzenie do podłoża warstw o większej przepuszczalności w stosunku do gruntu pierwotnego.

7. Ograniczenie parowania podłoża.

8. Uszkodzenie rurociągów wodnych i kanalizacyjnych w wyniku korozji lub nierównomiernego osiadania.

9. Źle odprowadzone wody opadowe.

10. Zanieczyszczenie gruntu.

10.7 Jakie zalecenia należy respektować przy posadowieniu bezpośrednim na gruntach spoistych, aby nie doszło do uaktywnienia się zjawisk ekspansywnych?

W obliczeniach statycznych posadowienia bezpośredniego bierze się pod uwagę jeden z trzech stanów: brak zagrożenia, niepełne wyeliminowanie wpływu ekspansywności, przewidywane zagrożenie. W pierwszym przypadku dąży się do posadowienia obiektu budowlanego poza strefą wpływów czynników ekspansywnych. W drugim przypadku stosuje się zabezpieczenia typu „na wszelki wypadek”. W trzecim przypadku, przy przewidywanym zagrożeniu, stosuje się następujące rozwiązania:

- posadowienie na poduszkach kompensacyjnych

- wymiana gruntu

- stabilizacja wapnem, cementem i środkami chemicznymi

- zmiana gęstości gruntu w podłożu

- wstępne nawodnienie

- dopuszczenie w obliczeniach do zmian objętości gruntu w podłożu.

10.8 Czym różnią się obliczenia statyczne posadowień bezpośrednich na gruntach podatnych na zjawiska ekspansywne od obliczeń statycznych zwykłych?

W obliczeniach statycznych posadowienia bezpośredniego na gruntach podatnych na ekspansję zakłada się jeden z trzech stanów zagrożenia (jak wymieniono wyżej).

10.9 Wymienić środki redukujące działanie zjawisk ekspansywnych na fundamenty obiektów budowlanych.

Środki przeciwdziałające:

- warstwa podbetonu położona na dnie wykopu natychmiast po jego odsłonięciu

- wykonywanie wykopu odcinkami z pozostawieniem warstwy ochronnej

- jak najszybsze przystąpienie do wykonywania fundamentów.

10.10 Zalecenia szczególne dla posadowienia obiektów budowlanych na studniach fundamentowych zagłębionych w podłożach podatnych na zjawiska ekspansywne.

Posadowienie pośrednie (pale, studnie itd.) stosuje się w celu przeniesienia obciążeń do strefy znajdującej się poza zasięgiem wpływów klimatu i innych czynników inicjujących zjawiska ekspansywne, najlepiej do warstwy gruntów niepodatnych na zjawiska ekspansywne. W obliczeniach statycznych pali uwzględnia się ciśnienie pęcznienia gruntu, które powoduje wypychanie pali w górę i rozrywanie ich. Problemem technologicznym może być pęcznienie gruntu wywołane wodą z mieszanki betonowej, wysychanie i kurczenie się gruntu w otworze zbyt długo pozostawionym bez wypełnienia, stąd wskazane jest, aby beton stosowany do pali zawierał jak najmniej wody oraz aby roboty palowe i studniarskie były prowadzone bez przerw.

1

---