WSTĘPNE WIADOMOŚCI DOTYCZĄCE NASZEJ PLANETY

Czas biegnie w jedną stronę, niezmiennie. Ziemia wzięła się z materii. Początkiem Ziemi był prawybuch. Teoria wielkiego wybuchu głosi, że początkiem wszechświata był rozwój materii; materialiści twierdzą, że była to energia. Obłok gazowy ulegał kondensacji tworząc protogwiazdy. Następowała synteza do żółtej gwiazdy (Słońce) - synteza wodoru w hel. Energia i ciepło dochodzące ze Słońca są ważnymi warunkami życia na Ziemi. Kiedyś Słońce zacznie „puchnąć” i planety zostaną wchłonięte i powstanie nadolbrzym.

Układ Słoneczny:

Jest czwarty pod względem wielkości. W centrum jest słońce. Planety krążą wokół Słońca. Gdzieś we wszechświecie może być „inna” Ziemia. Czas obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi 352 dni. Każda z planet wykonuje ruch wokół własnej osi; dzięki temu mamy dzień i noc. Układ Słoneczny powstał w wyniku wyrywania materii ze Słońca - tak powstały zalążki planet. Oddziaływały tam siły międzycząsteczkowe. Planety poruszają się w cyklu.

Wpływ układu planetarnego i Słońca na to co się dzieje na Ziemi:

• przypływy mórz i oceanów,

• pogoda (przez zmianę kąta nachylenia osi Ziemi do Słońca; regularnie następuje era zlodowacenia na jednej półkuli, a na drugiej strefa gorącego powietrza. Zmieniają się warunki życia na Ziemi - m. in. wyginięcie dinozaurów).

WSZECHŚWIAT GRUP LOKALNYCH

↓

GRUPA LOKALNA

↓

GALAKTYKA MLECZNA DROGA

↓

UKŁAD SŁONECZNY

Określanie wieku skał:

• zasada określania wieku bezwzględnego skał - na podstawie znajomości okresu połowicznego rozpadu pierwiastka promieniotwórczego,

• metoda względna określania wieku skał - znalezione otwory w przekroju.

Zasada aktualizmu geologicznego mówi, że procesy geologiczne, ich przebieg zachodzi teraz w podobnych okresach jak kiedyś.

Znajomość Ziemi:

• studnie - 65 m,

• tunel simplański - 2130 m,

• kopalnie odkrywkowe - 500 m,

• kopalnie podziemne - 1311 m.

W miarę zagłębiania się w Ziemie wzrasta temperatura. W Europie zmienia się o 1^oC co
30 m, a w Indiach o 1^oC co 100 m. Człowiekowi udało się dotrzeć maksymalnie na głębokość 12,2 km. Promień Ziemi wynosi 6371 km.

Rozwój procesów geologicznych - ich skutki to np. trzęsienie Ziemi.

Ciekłe jądro przekazuje ciepło do plastycznej mezosfery, powoduje jej podgrzewanie różną częstotliwością. Prądy unoszą plastyczną mezosferę, podgrzewa i podtapia płaszcz, pęka skorupa Ziemi, powstaje obszar wulkanizmu - rów środkowo-atlantycki. Rozgrzana materia powoduje powstanie prądu wciągającego. Kolizja dwóch płyt - subdukcja. Powstają uskoki i trzęsienia Ziemi. Przyjmuje się, że występuje w Ziemi 8 takich centrów. Hawaje to jedna ze stref prądów wstępujących.

Strefa subdukcji (kolizji kontynentów):

• w wyniku tarcia tworzą się skały metamorficzne,

• powstanie gór,

• skorupa oceaniczna powoduje sfałdowanie.

Dzięki uskokom tektonicznym powstają Himalaje. Orogeneza alpejska - Himalaje nadal „rosną”. Strefa Polski nie podlega trzęsieniom Ziemi. powstają one na granicy płyt litosfery w strefach subdukcji na granicy między przesuwającymi się płytami. Strefy trzęsienia Ziemi - w klimacie śródziemnomorskim, cywilizacja wschodnia, Indie - strefy najbardziej zaludnione.

Około ¾ powierzchni Ziemi zajmują wody.

Jeśli kontynenty połączymy ze sobą, to doskonale się uzupełniają. Kiedyś istniał tylko jeden wielki kontynent - Pangea. Indie są związane silnie z Afryką. Kontynenty te zaczęły się rozsuwać i powstały kolizje, gdzie występują teraz strefy sejsmiczne. Ruch kontynentów jest na bieżąco śledzony. Pole magnetyczne Ziemi zmienia się. Można wydzielić obszary, w których występują strefy kompresji (ściskanie) oraz dekompresji (rozciąganie):

• płyta Afrykańska - obszar będzie się odrywał od Afryki,

• płyta Australijska,

• wyspy Malezji, Indochiny.

Skały magmowe głębinowe - wysoka temperatura i ciśnienie.

Skały magmowe wylewne - mają strukturę porfirową.

Skały piroklastyczne - skały osadowe powstające na powierzchni Ziemi w wyniku sedymentacji produktów wybuchu wulkanów. Stanowią ogniwo pośrednie pomiędzy skałami osadowymi a magmowymi.

MAKROSKOPOWE ROZPOZNAWANIE MINERAŁÓW

Minerał - jednorodny składnik skorupy ziemskiej o charakterze fazy krystalicznej, powstały w wyniku procesów geologicznych. Cechuje się określonym stechiometrycznym składem chemicznym i właściwościami fizycznymi, a także krystaliczną strukturą sieciową.

Skała - naturalne skupienie kilku minerałów, rzadziej jednego, powstałe pod wpływem różnych procesów geologicznych. Minerały, które odgrywają większą rolę w budowie skał nazywamy minerałami skałotwórczymi. Ze względu na sposób powstania skały dzielimy na:

• magmowe - stanowią produkt zastygania magmy, tj. ognistopłynnej masy powstającej w głębszych częściach skorupy ziemskiej

• osadowe - powstają na powierzchni skorup ziemskiej (litosfery), są zwykle produktami niszczenia różnego typu skał starszych. Powstają w wyniku wytrącenia minerałów z roztworu wodnego, jak również ze szczątków organizmów roślinnych i zwierzęcych. Dlatego też dzieli się je na skały:

• klastyczne,

• chemiczne,

• organogeniczne.

• metamorficzne (przeobrażone) - są one pochodzenia magmowego lub osadowego, które w wyniku działania różnych czynników dostały się w głębsze części skorupy ziemskiej i tam pod wpływem zwiększonego ciśnienia i temperatury uległy przeobrażeniom, czyli daleko idącym zmianom swej pierwotnej budowy i składu mineralnego jednak bez upłynnienia. Zaliczamy tu utwory metasomatyczne zmienione w kontakcie z intruzjami.

Postać krystalograficzna - jest razem 32 układów. Minerały uzyskują budowę charakterystyczną (łupliwość, przełam).

Kształty minerałów:

• regularne

• izometryczne

• włókniste

• beczułkowate

• itp.

Minerały tworzą się w wyniku krystalizacji magmy (zmienia się ona pod wpływem temperatury).

Właściwości fizyczne minerałów:

1. właściwości skalarne (niezależne od kierunku badań):

• gęstość

• ciepło topnienia

• pojemność elektryczna

• ogniotrwałość

2. właściwości kierunkowe (zależne od kierunku badań):

• twardość

• łupliwość

• przełam

• przewodność cieplna

• wł. optyczne

Twardość - opór jaki stawia minerał zewnętrznemu działaniu mechanicznemu, zarysowaniu bądź ścieraniu. Cecha stała i charakterystyczna dla każdego minerału. Twardość względna określana przez rys powierzchni minerału minerałami wzorcowymi tworzącymi skalę Mohsa.

Skala Mohsa

1. talk

2. gips

3. kalcyt

4. fluoryt

5. apatyt

6. ortoklaz

7. kwarc

8. topaz

9. korund

10. diament

Talk- można go zarysować aluminium lub paznokciem.

Gips - można go zarysować paznokciem. Dwa zrośnięte kryształy tworzą „jaskółczy ogon”. Ma stały kąt łamania światła. Rozkładając się daje początek siarce. Czasami ma kolor miodowy. Alabaster - szlachetna odmiana gipsu o białej barwie chętnie stosowana w rzeźbiarstwie.

Kalcyt - można go zarysować drutem miedzianym. burzy z kwasem solnym tworząc CO₂. Występuje w wapieniach, w morzach i miejscach wypływów gejzerów. Wrażliwy na działanie czynników atmosferycznych i chemicznych. Wykorzystywany do produkcji cementu.

Fluoryt - można go zarysować nożem. Ma fioletowy kolor, przez co często mylony jest z bardzo twardym minerałem - ametystem.

Apatyt (scorzalit) - można go zarysować nożem. Wykorzystywany jest w rolnictwie jako nawóz. Ma pochodzenie częściowo organogeniczne (z guana). Miodowy.

Ortoklaz - można go zarysować stalą nierdzewną lub narzędziową. Rysa biała. Może być różowy lub mięsisto czerwony (od hematytu), niekiedy zielony - wtedy nosi nazwę amazonitu.

Kwarc - ma bardzo wiele odmian. Wymiary do 1 m. Kryształ górski - bezbarwny, ametyst - fioletowy, cytryn - żółty, morion - czarny.

Topaz - ma białą rysę.

Korund - ma zastosowanie w przemyśle. Odmiany: rubin, szafir.

Diament - może być bezbarwny lub czarny. Powstaje w temperaturze 500^oC oraz pod ciśnieniem 15000 atm.

Łupliwość - zdolność minerałów do pękania pod wpływem uderzenia lub nacisku na części ograniczone płaskimi powierzchniami zwanymi powierzchniami przełamu. Jest to własność kierunkowa, uwarunkowana strukturą sieciową minerałów. Nie występuje wśród minerałów bezpostaciowych. Wyróżniamy 5 stopni łupliwości:

• łupliwość doskonała - minerał łupie się łatwo pod naciskiem paznokcia; idealnie gładkie powierzchnie łupliwości; typowa dla minerałów blaszkowych,

• łupliwość bardzo dobra - minerał rozpada się na odłamki ograniczone prawidłowymi ścianami przypominającymi ściany kryształu naturalnego,

• łupliwość wyraźna - pękanie wzdłuż różnych powierzchni łupliwości; pojawiają się też przełamy,

• niewyraźna - ściany płaskie należą do rzadkości,

• bardzo niewyraźna - nie można dostrzec płaszczyzn łupliwości.

Przełam - podzielność według niepłaskich powierzchni. Wykazują go minerały, które nie posiadają łupliwości. Rozpadają się pod wpływem czynników mechanicznych według krzywych powierzchni minerałów. Wyróżniamy różne przełamy:

• muszlowy,

• haczykowaty,

• zadziorowaty,

• równy,

• cukrowaty,

• ziemisty.

MAKROSKOPOWE CECHY OPTYCZNE MINERAŁÓW

Barwa - związana jest ze zdolnością pochłaniania światła białego; wyróżniamy minerały:

• bezbarwne (achromatyczne),

• barwne (idiochromatyczne),

• zabarwione (allochromatyczne).

Rysa (barwa rysy) - barwa proszku uzyskanego po zarysowaniu minerału.

Połysk - powstaje odbicie światła od powierzchni minerału. Jest tym silniejsza im większą wartość ma odbicie światła. Wyróżniamy połyski:

• metaliczny,

• półmetaliczny,

• diamentowy,

• szklisty,

• tłusty,

• jedwabisty,

• perłowy.

Inne: kruchość, kowalność, smak, zapach.

SKAŁY MAGMOWE

MINERAŁY SKAŁOTWÓRCZE SKAŁ MAGMOWYCH

Krystalizująca się magma tworzy minerały. Minerały skałotwórcze skał magmowych to takie, które biorą udział w budowie tych skał. Można je też spotkać w innych skałach. Większość tych minerałów w mniejszej lub większej ilości jest też w skałach osadowych i metamorficznych. Wśród minerałów skałotwórczych skał magmowych wyróżniamy:

• minerały główne - ich udział decyduje o przynależności klasyfikacyjnej skały

• minerały poboczne - pospolite w skałach magmowych, ale w małej ilości więc nie odgrywają istotnej roli w ich klasyfikacji poza sporadycznymi przypadkami

• minerały akcesoryczne - występują sporadycznie, np. granaty

Minerały skałotwórcze skał magmowych dzielimy na minerały saliczne (jasne) i maficzne (ciemne).

Główne minerały skałotwórcze skał magmowych:

1. grupa piroksenów

Obejmuje rozmaite kryształy mieszane o bardzo zmiennym składzie chemicznym. Zawiera jony Mg, Fe i grupę krzemianów w postaci Si₂O₆. Krystalizują w układzie rombowym, pokrój słupkowy. Dobrze wykształcone okazy w przekroju prostopadłym do wydłużenia są 8-boczne. Przedstawiciele: enstatyt, bronzyt, hipersten (pirokseny rombowe) oraz augit (piroksen 1-skośny). Barwa czarna; połysk szklisty, jedwabisty lub perłowy. Kryształy są małe, kilka mm, rzadziej kilka cm. Może być mylony z amfibolami, zwłaszcza z hornblendą. Występuje w skałach zasadowych i obojętnych.

2. grupa amfiboli

Głównym przedstawicielem jest hornblenda - kolor czarny, rysa biała, pokrój słupkowy lub długosłupkowy, sześciokątny.

3. grupa łyszczyków (miki)

Przechodzą w czasie w minerały wtórne (ilaste). Wyróżniamy ciemne (biotyt - podobny do amfiboli; wietrzejąc przechodzi w kolor miedziano - złoty, tzw. złoto głupców)
i jasne (muskowit - do 2 m²). Mają doskonałą łupliwość, twardość 2-3, połysk perłowy (szklisty). Grupa łyszczyki obejmuje głównie uwodnione glinokrzemiany potasu lub kationu 2 bądź 3 wartościowego. Typową miką jest muskowit Al₂(OH)₄[AlSi₃O₁₀] oraz biotyt K(Mg,Mn)₃(OH)[AlSi₃O₁₀]. Mają one 6-ciokątne blaszki, łupliwość doskonała (blaszkowa, w jednej płaszczyźnie), sprężysty, powierzchnie przełamu postrzępione. Muskowit barwa biała, lub biało - srebrzysta; w cienkich płytkach prawie bezbarwny. Biotyt czarny, zielonkawy, brunatno - czarny, czerwonawy; wielkość blaszek od ułamka mm² do kilku mm² w pregmatytach (skały żyłowe). Biotyt i muskowit rozpadają się na minerały wtórne (mieszaninę illitu, chlorytu i tlenków żelaza). Łyszczyki występują także w skałach osadowych i metamorficznych.

4. grupa skaleni

Są białe, czerwone lub mięsisto czerwone - zależnie od barwnika, tzw. pyłu hematytowego (Fe₂O₃). Połysk szklisty, pokrój kryształów grubotabliczkowy, łupliwość doskonała w jednym kierunku, twardość 6. Kryształy dochodzą do kilku cm średnicy. W skałach żyłowych osobniki dochodzą do kilkunastu m. Wietrzejące skalenie potasowe przechodzą w minerał ilasty - kaolinit. Ortoklaz i mikroklin występują w skałach głębinowych, sanidyn w skałach wylewnych. Ortoklaz biały, różowy lub mięsisto czerwony. Szlachetną odmianą jest zielony amazonit K[Al₃Si₃O₈]. Drugą grupę skaleni stanowią plagioklazy. Tworzą szereg członów w zależności od udziału w ich budowie albitu i anortytu. Albit jest biały, pozostałe plagioklazy szare, zielono-szare i szaro-zielone. Pokrój kryształów grubotabliczkowy. Cechą niektórych plagioklazów (np. labradoryt) jest iryzacja światła powodująca specyficzną grę barw zielonawo - niebieskich. Skalenie występują w skałach nasyconych i przesyconych krzemionką (kwaśne i obojętne), a także w skałach osadowych (głównie piaskowce).

5. grupa skaleniowców

Charakteryzują się składem zbliżonych do skaleni, ale mają niższy udział krzemionki w stosunku do glinu. Spotyka się je w skałach magmowych niedosyconych krzemionką. Łatwo wietrzeją więc są trudne do makroskopowej identyfikacji.

6. grupa krzemionki

Minerały najbardziej odporne na wietrzenie mechaniczne i naturalne. W temperaturze 1715^oC krystalizuje najbardziej szlachetny kwarc - krystalobalit. Odmiana o barwie żółtej - cytryn, czarnej - morion, fioletowej - ametyst, bezbarwnej - kryształ górski. Wszystkie kwarce dają tłusty przełam. Kwarc składa się z szeregu minerałów polimorficznych, tj. przyjmujących różne postacie krystalograficzne w zależności od temperatury. Wyróżniamy kwarc wysokotemperaturowy (krystalobalit) i niskotemperaturowy (ß - kwarc; krystalizuje w temp. 573^oC w układzie trygonalnym; pospolity minerał skałotwórczy). Twardość wzorcowa 7, łupliwości nie ma. Charakteryzuje się przełamem muszlowym. Połysk na ścianach szklisty, na powierzchni przełamu tłusty. Jest odporny na wietrzenie fizyczne i chemiczne. Rozpuszcza się tylko w kwasie fluorowowodorowym. Występuje pospolicie w skałach magmowych przesyconych krzemionką oraz osadowych i metamorficznych.

7. grupa oliwinów

Oliwin jest zielony (chryzolit), twardość 7. Występuje w skałach głębinowych zasadowych (gabro) i wylewnych magmowych (bazalt). Przekształca się w serpentyn.

Minerały poboczne skał magmowych

• magnetyt (FeOFe₂O₃) - wytwarza pole magnetyczne, rysa czarna, daje skale czarne zabarwienie,

• hematyt (Fe₂O₃) - rysa wiśniowa lub czerwona, barwa czarna lub wiśniowo - czarna; zabarwia całą skałę na różowo i czerwono. Twardość 5,5 - 6. Odmianą jest śmietana hematytowa o twardości 1 - główny składnik farb występujący w Rudkach (Góry Świętokrzyskie),

• piryt (FeS₂) - barwa mosiężno - żółta, rysa czarna, daje skale zabarwienie czarne. Połysk metaliczny, twardość 6,

• cyrkon, rutyn, apatyt, ilmenit - rozpoznawane są pod mikroskopem.

Minerały akcesoryczne skał magmowych:

• granat

• turmalin

• itp.

KLASYFIKACJA SKAŁ MAGMOWYCH

Istnieje szereg klasyfikacji skał magmowych w oparciu o kryteria chemizmu, składu mineralnego, cech strukturalnych i teksturalnych. Dla celów praktycznych w inżynierii środowiska można użyć uproszczonej systematyki deLepperent'a zmodyfikowanej przez prof. Bolewskiego. Klasyfikacja ta zakłada analizę na podstawie minerałów głównych i form występowania skał.

Struktura - wykształcenie składników skały; na pojęcie to składa się zespół cech skały zależnych od stopnia wykrystalizowania jej składników, wielkości poszczególnych ziarn minerału i kształtu ziarn.

Podział struktury ze względu na stopień krystalizacji wyróżniamy:

• strukturę pełnokrystaliczną (holokrystaliczną) - wszystkie składniki skały są składnikami krystalicznymi. Typowa dla skał głębinowych.

• Strukturę częściowokrystaliczną (hipokrystaliczną) - obok składników krystalicznych występuje szkliwo.

• Strukturę szklistą (hialinową) - charakterystyczna dla skał wylewnych wulkanicznych. Brak tu minerałów krystalicznych, gdyż wskutek nagłego ochłodzenia magma zastyga w postaci szkliwa będąc stopem przechłodzonym. Stan szkliwa jest stanem nietrwałym.

Podział struktury ze względu na wielkość składników:

• jawnokrystaliczna - ziarna o wymiarach >0,2 mm; wszystkie składniki widoczne gołym okiem.

• Porfirowa - obecność większych ziaren minerałów (prakryształów) na tle bezpostaciowego ciasta skalnego. W skałach wylewnych charakterystyczne są np. andezyt, porfir.

Tekstura - sposób rozmieszczenia składników w skale. Wyróżniamy tekstury:

• bezładna - brak jakiegokolwiek uporządkowania.

• kierunkowa - ułożenie składników wykazuje regularność. Wyróżniamy fluidalną, potokową.

• Masywne (zbite) - minerały wypełniają całą przestrzeń.

• Porowate - powstałe w wyniku odgazowania krystalizującej magmy. Wyróżniamy pęcherzykowatą, gąbczastą: >50% porowatości, np. pumeks.

MAKROSKOPOWE ROZPOZNAWANIE SKAŁ MAGMOWYCH

Skały głębinowe mają zawsze strukturę pełnokrystaliczną, a wylewne porfirową lub szklistą. Skały zasadowe są zwykle ciemne, kwaśne jasne. W skałach, w których nie występuje kwas nie może być granit.

Klasa perydotytu

Reprezentowana głównie przez skały głębinowe (perydotyt, dunit, pirokseny i pikryt). Skały zasadowe, niemal czarne, drobnoziarniste. W Polsce występują na głębokości 600 m w Rajgrodzie.

Klasa gabra i bazaltu

Reprezentowana przez skały głębinowe (gabro, noryt i anortozyt), wylewne (bazalt, melafir) i żyłowe (diabaz). Bazalty są idealnie czarne. Melafir wykazuje fioletowy odcień barwy, strukturę migdałowcową. Diabazy szare lub zielono - szare, struktura porfirowa. Minerały tej klasy mają teksturę zbitą, przełam nierówny lub gładki (diabazy cukrowaty).

Klasa diorytu i andezytu

Skały obojętne, głębinowe. Dioryt ma strukturę pełnokrystaliczną, barwę szarą, ciemnoszarą lub prawie czarną w zależności od koncentracji piroksenów i amfiboli. Zawiera szare blaszki biotytu. Andezyt ma barwę szarą. Prakryształy tworzy piroksen i amfibol. Strukturą porfirowa, ciasto skalne stanowią jasne plagioklazy.

Klasa sjenitu i trachitu

Skały obojętne, nasycone krzemionką, głębinowe. Sjenit - struktura pełnokrystaliczna; barwa czerwonawa, różowa lub szara. Często przypomina granit, ale ma mniej lub wcale kwarcu (do 10%). Skład: różowy lub czerwony ortoklaz, plagioklazy, biotyt i amfibol. Biały albit i oligoklaz. Trachit - struktura porfirowa; ciasto skalne czerwone, beżowe lub prawie białe. Widoczne są w nim dwa kryształy: skaleni i czarnego biotytu.

Klasa granitu i ryolitu

Łączy je wspólna cecha - udział kwarcu w budowie (powyżej 10%). Struktura pełnokrystaliczna, równoziarnista lub czasem nierównoziarnista. Skały żyłowe nazywane są pegmatytami - struktura wielkoziarnista i gruboziarnista. Występują tu skalenie, łyszczyki, kwarc, czasem pirokseny i amfibole. Dominuje szary plagioklaz. Do skał wylewnych zaliczamy: smołowiec (czarny), perlit (szkliwo o strukturze kuleczkowej), obsydian (szkliwo ubogie w wodę), pumeks (szkliwo o strukturze gąbczastej).

SKAŁY OSADOWE

Powstają w wąskim zakresie temperatur w powierzchni Ziemi od -80^oC do około +85^oC w warunkach stosunkowo niskich ciśnień. Szereg składników mineralnych skał magmowych przechodzi w tych warunkach do osadu tworząc skały okruchowe. Inne składniki, które nie są trwałe, rozpadają się w wyniku procesów chemicznych, a produktem ich rozpadu są związki uwodnionych krzemianów glinu zwane minerałami ilastymi budującymi skały ilaste. Związki chemiczne, które w wyniku procesów zachodzących w strefie przypowierzchniowej Ziemi przeszły do roztworów, mogą z nich krystalizować dając początek skałom pochodzenia krystalicznego. Istnieją też skały pochodzenia organicznego, np. węgiel, ropa naftowa.

MINERAŁY SKAŁOTWÓRCZE SKAŁ OSADOWYCH

Minerały powstające poza środowiskiem tworzenia się skał osadowych nazywamy minerałami allogenicznymi. Natomiast minerały autigeniczne powstają w miejscu osadzania czyli sedymentacji.

Główne minerały skałotwórcze skał osadowych można podzielić na grupy:

1. grupa krzemionki

Charakteryzuje się związkami krzemu. Zaliczamy tu: opal, chalcedon, kwarc autigeniczny, kwarc klastyczny (rozdrobniony). Minerały autigeniczne:

• opal SiO₂ · nH₂O - żel krzemionkowy zawiera około 21% wody - jest to bezpostaciowa forma krzemionki. Twardość 5,5 - 6, przełam muszlowy, bezbarwny lub zabarwiony (szary, żółty, brunatny, czerwony, czarny). Ozdobne odmiany jubilerskie to opal biały (mleczny) i tęczowy. Opal tworzy szkielety niektórych organizmów morskich, występuje w gorących źródłach. Nie spotyka się go w utworach starszych niż trzeciorzędowych.

• chalcedon - mikrokrystaliczna odmiana kwarcu. Zawiera gęsto rozsiane submikroskopowe banieczki wody. Robi też wrażenie kamienia wilgotnego. Odmiana o koncentrycznych wstęgach to agat. Zielona odmiana to chryzopraz. Twardość
  6 - 6,5, przełam muszlowy. Jest jednym ze składników spoiwa piaskowców karbońskich.

2. minerały ilaste

Zaliczamy do minerałów przeobrażonych. Powstały w procesie rozkładu innych minerałów. Zaliczamy tu: kaolinit, illit, smektyt, montmorillonit. Minerały ilaste są głównymi składnikami utworów wietrzelinowych, skał ilastych osadowych oraz margli i piaskowców. Makroskopowe rozróżnienie poszczególnych minerałów skał ilastych nie jest możliwe. Twardość około 1 - 1,5. Tworzą skupienia w postaci drobnych łuseczek. Agregaty minerałów ilastych rozcierają się w palcach, są śliskie i tłuste w dotyku. Cechą charakterystyczną minerałów ilastych jest to, że po dodaniu wody stają się plastyczne. Są to najczęściej glinokrzemiany. Poszczególne minerały:

• kaolinit Al₄(Si₄O₁₀) · (OH)₈ powstaje w warunkach niskiego pH. Jest biały, żółtawy, tłusty w dotyku, twardość 1. Zwilżony wodą staje się plastyczny. Jest typowy dla strefy wietrzenia skał kwaśnych i dla środowisk bagiennych. Zastosowanie: izolacje energetyczne, klarowanie substancji, do bielenia i gładzenia papieru (tzw. papier kredowy)

• illit - minerał ilasty o składzie bliskim mice. Skład chemiczny zmienia się w bardzo szerokim zakresie. Barwa szara lub zielona. Pospolity w skałach ilastych.

• smektyt - tworzy grupę minerałów będących produktami wietrzenia w środowisku zasadowym. Główny przedstawiciel montmorillonit powstaje w środowisku słonowodnym. Twardość 1 - 1,5, ciężar właściwy 2,60 Mg/m³. Traci większość wody w temperaturze 100 - 150 ^oC. Posiada wybitną zdolność pęcznienia.

3. uwodnione tlenki i wodorotlenki

Uwodnione tlenki żelaza dają zabarwienie czerwone. Przedstawiciele to getyt i lepidokrokit. Tworzą one nagromadzenia rudy darniowej, bagiennej, jeziornej. Mieszanina getytu i lepidokrokitu to limonit.

4. minerały węglanowe (MeCO₃; gdzie Me - metal)

Wśród nich wyróżniamy:

• kalcyt CaCO₃- bezbarwny lub biały. Cechą najistotniejszą jest to, że na zimno burzy z kwasem solnym wydzielając CO₂. Jego odmianą jest aragonit (krystalizuje w temperaturze +28 ^oC; jest głównym składnikiem małż i korali; jest to forma nietrwała przechodząca w kalcyt; tworzy się w okolicy gorących źródeł).

• dolomit (CaMg)CO₃ - ma podstawowe znaczenie dla produkcji stali jako topnik. Po sproszkowaniu lub na ciepło burzy z kwasem solnym.

• magnezyt MgCO₃ - biały, krystaliczny proszek. Nie burzy z kwasem solnym.

5. minerały siarczanowe

Należą tu: gips CaSO₄ · 2H₂O, baryt BaSO₄, anhydryt CaSO₄, malachit, azuryt. Towarzyszą powstawaniu złóż soli. Gips ma twardość wzorcową 2, tworzy białe kryształy, duże okazy tworzą to tzw. jaskółcze ogony. Jego odmianą jest alabaster - drobnokrystaliczny, idealnie biały kamień dekoracyjny i rzeźbiarski. Gips w temperaturze 120 - 130 ^oC traci 75% wody i staje się materiałem wiążącym.

6. grupa chlorków

Zaliczamy tutaj: halit NaCl oraz karnalit KCl. Tworzą się współcześnie bardzo obficie szczególnie w obszarach bezdopływowych mórz.

7. grupa fosforanów

KARTOGRAFIA GEOLOGICZNA

Mapa geologiczna - zmniejszony w określonej skali, uproszczony obraz faktów geologicznych, występujących na jakimś obszarze, uzyskany przez rzutowanie pionowe na płaszczyznę poziomą. Mapa powstaje w wyniku zdjęcia geologicznego terenu, tj. naniesienia na podkład topograficzny wszelkiego rodzaju danych geologicznych i ich późniejszego przetworzenia. Sporządzane są one głównie w skali 1 : 50.000 (ew. 1 : 2.000 lub 1 : 500).

Wyróżniamy następujące rodzaje map geologicznych:

• hydrogeologiczne,

• geologiczno-inżynierskie,

• surowców geologicznych,

• zakryte,

• określonych utworów geologicznych.

Mapa zawiera: tytuł, numer arkusza, numer edycji, datę, nazwę, autorów, podziałkę liniową
i liczbową, informacje dotyczące treści mapy; mapa wpisana jest we współrzędne geograficzne (co 5').

Treść mapy geologicznej przedstawia się za pomocą barw, symboli, znaków umownych.

W Polsce najczęściej stosuje się barwy podane w tabeli.

Przebieg granic na mapach i planach jest graficznym odwzorowaniem w skali mapy linii intersekcyjnych, czyli krawędzi przesunięcia się powierzchni granicznych utworów geologicznych z powierzchnią warstwy. Warstwy geologiczne charakteryzują się zwykle stałą miąższością oraz mają strop i spąg. Warstwa ograniczona jest od góry stropem, a od dołu spągiem.

Miąższość warstwy - odległość mierzona prostopadle między stropem a spągiem warstwy.

Wychodnia warstwy - obszar zawarty między liniami intersekcyjnymi stropu i spągu danej warstwy na mapie i w terenie.

Bieg warstwy - kat zawarty między kierunkiem północnym, a linią biegu mierzony zgodnie
z ruchem wskazówek zegara.

Linia biegu warstwy - krawędź przecięcia się stropu lub spągu warstwy z płaszczyzną poziomą.

Upad warstwy - kąt dwuścienny mierzony w płaszczyźnie pionowej między stropem lub spągiem warstwy a płaszczyzną poziomą.

• Zasady sporządzania przekrojów geologiczno-inżynieryjnych

Konieczne jest opracowanie

• mapy dokumentacyjnej, zawierającej lokalizację wykonanych wyrobisk,

• profilu geologicznego wyrobisk budowlanych,

• zestawienie danych geologicznych i inżynierskich odnośnie do rozpoznanego podłoża (przy danych hydrologicznych odnośnie do poziomu i rodzaju występujących wód podziemnych),

- danych geodezyjnych.

W praktyce geologicznej, a szczególnie geologiczno-inżynieryjnej, mamy do czynienia z przekrojami zestawionymi w oparciu o dane uzyskane w czasie wykonywania wierceń.

Do sporządzenia przekroju potrzebne są następujące rodzaje dokumentów

• karty dokumentowanych otworów,

• plan sytuacyjno-wysokościowy z naniesioną lokalizacją wykonanych wierceń,

• dane geodezyjne,

• wyniki badań rozpoznania utworów geologicznych.

• Zaburzenia ciągłe - fałd

1. fałd stojący

2. fałd obalony

3. fałd leżący

4. synklina

5. antyklina

• Zaburzenia nieciągłe - uskok

1 skrzydło wiszące

2 skrzydło zrzucone

3 pozioma powierzchnia terenu

4 powierzchnia uskoku

1. zrzut lub rozstęp pionowy

2. rozstęp poziomy

3. ślizg, α kat zapadu uskoku
   

Karta dokumentacyjna otworu wiertniczego zawiera profil litologiczny otworu, wykonany na osi pionowej z dokładnym umiejscowieniem, charakterystyką i opisem makroskopowym poszczególnych warstw oraz dane dotyczące położenia i charakteru zwierciadła wody gruntowej.

Lokalizacja wierceń uzależniona jest od charakteru opracowania, potrzeb planowania, wielkości i charakteru obiektu budowlanego, oceny warunków geologiczno-inżynierskich. Otwory lokalizujemy w punktach, które wybieramy po dokładnej analizie materiałów i morfologii terenu. Jeśli nie przeprowadzono takiej analizy, należy je rozmieścić w regularnej siatce kwadratów lub równobocznych trójkątów. Maksymalna odległość nie powinna być większa niż 30 metrów.

Jeśli opracowanie dotyczy rejonu projektowanego obiektu zlokalizowanego na planie sytuacyjno-wysokościowym, wówczas wiercenia lokalizuje się w zasadzie wokół jego obrysu, a tylko w przypadku obiektów o dużych powierzchniach lokalizuje się je wewnątrz budynków. Aby zmniejszyć liczbę wykonywanych otworów badawczych należy je wykonywać w kilku rzutach, z których każdy zagęszcza obserwację z poprzedniego rzutu. Jeżeli otwory I-go lub I-szych rzutów potwierdzają przewidywane uprzednio nieskomplikowane, proste warunki geologiczno - inżynierskie możemy wówczas zrezygnować z następnych wierceń. Przy wykopach powyżej 3 m wykonujemy dodatkowe wiercenia aby wykryć gleby osuwiskowe, gleby nośne.

• Warunki i formy ułożenia niezaburzonych gruntów osadowych

Wyróżnia się dwa rodzaje środowisk sedymentacyjnych:

1. morskie - zajmują największe przestrzenie na powierzchni kuli ziemskiej

2. lądowe - dominują osady:

• rzeczne (fluwialne)

• jeziorne (limniczne)

• lodowcowe (glacjalne)

• eoliczne

• pustynne

Mają większe znaczenie w budownictwie niż środowisko morskie.

Środowisko sedymentacji morskiej:

• osady pochodzą z lądu, nazywają się osadami terrygenicznymi (terra - ziemia), naniesione do morza z lądu przez rzeki, wiatr, lodowiec;

• osady utworzone na dnie z resztek życia organicznego, bądź powstające w wyniku procesów biologicznych organizmów morskich (osady biologiczne);

• osady chemiczne - powstałe wskutek procesów chemicznych, zależnych od głębokości morza i odległości od brzegu.

PROCESY GRUNTOTWÓRCZE

1. Osady lodowcowe (nazywane dyluwiami) pokrywają rozległe tereny północnej i środkowej Polski. Występują na powierzchni lub pod cienką pokrywą młodszych osadów; bardzo często są podłożem budowlanym. Najbardziej charakterystycznymi osadami polodowcowymi są moreny, które wyróżniają się znaczną nieregularnością układów oraz bardzo skomplikowanymi warunkami hydrogeologicznymi. Odnosi się to do obszarów moren czołowych na Pomorzu i Mazurach jako pozostałości po ostatnim zlodowaceniu. Każde zlodowacenie pozostawiło po sobie w zasadzie następujące utwory:

1. pokład gliny morenowej oraz leżącą na nim serię piaszczysto-żwirową warstw wodno-lodowcową,

2. żwirowo-głazową morenę czołową,

3. rozległe piaszczyste stożki sandrowe,

4. iły zastoiskowe,

5. miejscami iły zastoiskowe/warwowe.

Materiał moreny składa się z piasków, żwirów i głazów oraz gliny pomieszanych ze sobą i przeważnie nie warstwowanych. Nieraz spotyka się w morenach duże odłamy oderwane od podłoża lodowca i tkwiące wśród utworów młodszych.

Osady:

- gliny zwałowe są nie warstwowane w profilu geologicznym, bardzo urozmaicone, odznaczają się większą regularnością aniżeli osady moren czołowych.

- bruk morenowy powstaje z rozmycia moreny , jest to nagromadzenie większych głazów na stropie warstwy podłoża, w wielu przypadkach utrudnia prowadzenie prac fundamentowych i wykopów.

Miąższość osadów osiąga w Polsce 200 m, w okolicach na północ od Bydgoszczy nawet do 120 m.

Do osadów pochodzenia lodowcowego zaliczamy utwory rzeczno-lodowcowe (fluwioglacjalne). Wyróżniają się one większą regularnością niż utwory morenowe , a spośród najważniejszych utworów fluwioglacjalnych można wymienić:

- sandry - napływowe stożki gruntów piaszczystych naniesionych przez wody roztopowe wypływające spośród lodowców. Są one prawie poziomo warstwowane lub wyklinowują się.

- iły warwowe - utworzone z na przemian ległych jaśniejszych warstewek pyłu osadzonego w jeziorze w czasie lata oraz ciemniejszych warstewek iłu osadzonego w zimie. Warstewki te są bardzo cienkie od ułamka mm do kilku cm.

• OSADY ALUWIALNE

Utwory składane przez rzekę na dnie łożyska lub jego brzegach nazywamy aluwiami. Transport w rzece odbywa się głównie w okresach powodzi. Kiedy woda opadnie i jej prędkość zmniejszy się - następuje osadzanie się materiału, a na dnie rzeki powstają ławice żwirów, piasków i namułów. Osadzany materiał jest warstwowany nieregularnie , ale warstwa jest zawsze pochylona w kierunku prądu.

Kąt pochylenia stanowi kąt stoku naturalnego, który zależy od granulacji materiału, stopnia zaokrąglenia powierzchni, siły prądu i gęstości ośrodka. W wodzie jest mniejszy niż w powietrzu i wynosi od 15-25 stopni.

W rzece tworzą się osady o różnym stopniu rozdrobnienia od głazów przez żwiry, piaski, muły, iły do madów. W górnym biegu rzeki przeważa materiał gruboziarnisty tj. głazy, kamienie, żwiry i gruboziarniste piaski. W biegach nizinnych rzek osadza się materiał drobny, piaszczysty a w starorzeczach osadzają się cząstki pyłowe (muły), iły i mady, które składają się w znacznej części z substancji organicznych rozłożonych przez wody gnilne rzeki.

Bliżej ujścia rzeki ilość drobnych cząstek wzrasta i tworzą się ławice namułów o coraz drobniejszych cząstkach . W utworach deltowych znajdują się domieszki organiczne wskutek czego mają one często charakter gruntów organicznych np. namuły piaszczyste, namuły gliniaste. W starorzeczach charakterystycznych dla dojrzałych rzek płynących w zatokach występuje akumulacja roślinna i tworzą się torfy.

Dużą trudnością w budowie tras komunikacyjnych i obiektów liniowych (np. rurociągi, gazociągi, itp.) stanowią stożki napływowe, które mogą być ruchome. Przejście tras przez stożki napływowe wymaga odpowiednich badań geotechnicznych oraz zastosowania właściwych rozwiązań konstrukcyjnych. Grubość osadów rzecznych może być znaczna i budowle wymagać mogą w takich przypadkach głębokich posadowień i fundamentów specjalnych. Np. miąższość osadów delty Mississippi dochodzi do 30 m, Gangesu do 80 m, Nilu do 97 m, Padu do 170 m. Cechą charakterystyczną dolin rzecznych jest V-kształtna dolina. Meandry to zakola rzek zwykle w gruntach najmniej odpornych na działanie wody.

Typy erozji:

• boczna

• wgłębna (aż do osiągnięcia bazy erozyjnej)

• wsteczna (powstają wodospady)

Kaptaż - zjawisko polegające na tym, że źródła jednej rzeki przechwyci inna rzeka.

W delcie powstają starorzecza, gdzie dominuje frakcja organiczna. Ganges wytworzył deltę o szerokości 600 km.

Procesy endogeniczne - dążą do wyrównania powierzchni Ziemi (rzeki tworzące delty).

Procesy egzogeniczne - różnicują powierzchnię Ziemi (wybuchy wulkanów, trzęsienia Ziemi).

Torfowisko:

• torf niski - hipnowy,

• torf pośredni - drzewny,

• torf wysoki - sfangowy.

• Tarasy rzeczne

Transport rzeczny:

Materiał może być transportowany przez rzekę w stanie zawiesin, poruszać skokowo lub być wleczony po dnie w zależności od prędkości nurtu. Powstaje taras akumulacyjny. Powoduje to etapowe rzeźbienie podłoża, przez które przepływa rzeka. Powstaje taras erozyjny - wewnątrz płynie rzeka. Znowu następuje nanoszenie materiału i mamy do czynienia z tarasem akumulacyjnym. I tak dalej na zmianę.

Rzeka ma charakter infiltracyjny gdy oddaje nadmiar wody do podłoża. Jeśli rzeka zbiera wody powierzchniowe i podziemne oraz stabilizuje je na swoim poziomie to mówimy, że ma ona charakter drenujący.

Transgresja morza - jego wchodzenie w głąb lądu.

Regresja morza - jego cofanie się.

Metoda refulowania gruntów:

Hydrodynamiczne urabianie piasku pochodzącego z rewy; woda opada a grunt osiada. Grunty refulowane są wzmacniane metodą wybuchów.

Części skały macierzystej: dyluwium, oluwium, eluwium, koluwium, iluwium.

• OSADY EOLICZNE

Zaliczamy do nich wydmy oraz lessy. Głównym czynnikiem powodującym ich powstanie jest wiatr. Procesy korozji i deflacji odgrywają także dużą rolę. Deflacja to proces wywiewania najdrobniejszych części minerałów skał z podłoża. Korazja to niszczenie powierzchni skał w wyniku uderzania unoszonych przez wiatr części mineralnych.

Grunty eoliczne - powierzchnia matowa. Piasek pochodzenia eolicznego ma najdrobniejsze frakcje, ziarna matowe i obtoczone. Tworzy riplemarki - charakterystyczne formy powstałe na powierzchni pokrytej piaskiem w wyniku akumulacyjnej działalności wiatru. Swoim kształtem przypominają równomiernie rozmieszczone zmarszczki.)

Grunty rzeczne - powierzchnia gładka.

Naprężenia konsolidujące:

Pokazać podobieństwa i różnice pomiędzy wpływem lodowca i wydmy na podłoże -> lodowiec oddziałuje także poprzez wodę.

Lessy:

Osady powstałe w wyniku wywiewania najdrobniejszych cząstek z pustyni i przenoszone na odległości dochodzące do tysięcy kilometrów. Charakteryzują się strukturą makroporowatą. Zbudowane są z ziarn kwarcu spojonych CaCO₃. Powstają one na obszarach zlodowaceń. Materiał jest unoszony przez wiatr i osypuje się na powierzchnię. Lessy są osadami zapadowymi. Jako grunty są niezwykle niebezpieczne dla budownictwa ze względu na możliwość utraty struktury pod wpływem działania wody lub obciążeń powyżej wytrzymałości struktury.

• OBIEG WODY W PRZYRODZIE

Strefa aeracji - przewietrzanie wody.

Strefa kapilarna - najbardziej potrzebna roślinom (inaczej ryzosfera).

Strefa wahań - odpowiada dopływowi i odpływowi wód w różnych okresach.

Strefa saturacji - nasycenia wodą.

Źródła zasilania wód podziemnych:

• infiltracja z opadów,

• infiltracja z koryta rzeki,

• sztuczna infiltracja ze studni chłonnej,

• sztuczna infiltracja z rurociągu nawadniającego.

Ochrona wody obejmuje warstwę przypowierzchniową, bo woda z warstw poniższych nie nadaje się do picia.

• Stateczność zboczy

Analiza stateczna zboczy i masywów gruntowych, ma duże znaczenie w projektowaniu nasypów, wyrobisk, grobli. Zagadnienie stateczności jest bardzo często zadaniem ogólnej teorii wytrzymałości granicznej gruntów, ale mającym istotne cechy wynikające ze specyfiku gruntów przy naruszeniu ich równowagi. Stateczność zboczy jest działem statyki.

Głównymi przyczynami naruszenia równowagi zboczy jest:

1. grupa procesów degradacyjnych,

2. naruszenie równowagi.

Ad a)

Procesy degradacyjne przebiegają wolno, często w sposób niezauważalny, zależą od warunków meteorologicznych i fizyko-geologicznych, a także od właściwości powierzchni zbocza i zwykle nie są przedmiotem zainteresowań mechaniki gruntów

Ad b)

Naruszenie równowagi może powstać z nagłym osunięciem mas gruntu. Takie naruszenie równowagi nazywamy osuwiskiem.

Są najczęstszymi przypadkami i powstają w różnych miejscach skłonu w warunkach wzrostu obciążenia na zbocze lub też zmniejszenia się jego wewnętrznej wytrzymałości. Wzrost obciążeń może mieć miejsce przy zabudowie zbocza, przy wzroście ciężaru objętościowego mas gruntowych, w wyniku np. nawodnienia bądź obniżenia poziomu wód gruntowych (wzrost strefy kapilarnej).

Przy nasycaniu gruntów wodą obserwujemy zmianę ciężaru objętościowego. Zmniejszenie wytrzymałości w warunkach naturalnych zbocza następuje w wyniku spadku wartości liczbowych, jego parametrów mechanicznych np. kąta tarcia wew. I spójności lub np. w wyniku nawilgocenia

Można wydzielić przypadki osuwiska:

1. z obrotem - z krzywoliniową powierzchnią poślizgu, potocznie zwane osuwiskiem

2. z poślizgiem - wzdłuż powstałej powierzchni poślizgu, potocznie zwane osuwiskiem z suwem

3. ze spływem - błotne potoki gruntu przesyconego wodą, potocznie zwane spływem ze skarpy

Rodzaje osuwisk:

1. osuwisko delapsywne - podmycie podstawy przez wody (tzw. abrazja brzegowa); walcowa powierzchnia poślizgu,

2. osuwisko detruzywne - pionowe rozwarstwienie gruntu, jeżeli w szczeliny dostanie się woda to następuje spływ całej masy osuwiskowej,

3. osuwisko deluwialne - materiał „przyklejony” na powierzchni, przyczyną spływu masy np. woda opadowa powodująca poślizg (na zasadzie suchego mydła polanego wodą) w związku z czym powierzchnia osuwiska wytwarza się samoistnie; impulsem do poślizgu może być przekroczenie fali dźwiękowej przez samoloty.

Przy niewielkiej powierzchni nachylenia zbocza, masy przesuwają się w dół

1. przemieszczenia w osuwisku o wklęsłej powierzchni,

2. osuwisko zwarte (asekwentne) - powierzchnia poślizgu kołowo - walcowa, wytwarza się samoistnie. W górnej części powstają rysy i pęknięcia,

c) osuwisko detrytyczne - powstają na pogórzu.

Kategorie osuwisk:

Wyznaczamy trzy kategorie geotechniczne stateczności zboczy:

1. kategoria I obejmuje:

• skarpy wykopów do wysokości 1,5 m, nienawodnione,

• skarpy nasypów do wysokości 3 m,

• zbocza z gruntów sypkich lub spoistych bez śladów osuwisk do wysokości
  6 m, niezabudowanych.

kategoria II obejmuje:

• skarpy wykopów do 4,5 m, nienawodnione,

• skarpy wykopów do wysokości 2,5 m, przy obecności wody,

• skarpy nasypów do 8 m,

• zbocza z gruntów sypkich i spoistych do kilkunastu metrów bez śladów osuwisk, niezabudowanych,

• zbocza skalne i zwietrzelinowe niezależnie od wysokości o nachyleniu do 15°, bez śladów osuwisk, przeznaczone do zagospodarowania.

3. kategoria III obejmuje:

• głębokie wykopy,

• nasypy o wysokości powyżej 8 m.

Pełzanie - bardzo wolne przemieszczanie się (1m w ciągu roku), u góry szczeliny, pęknięcia, które się „rozsypują”.

1) pełzanie kończące się w zasięgu rys

2) układ rozpełzywania w dowolne strony

3) spełzywanie z dwóch stron

4) tworzą się haki zboczowe

Zsuwy - charakteryzują się powierzchnią poziomą.

Osuwiska klasyczne - powierzchnia pod kątem wzdłuż powierzchni krzywoliniowych.

Spływy - powierzchnia wzdłuż równoległej do linii morfologicznej.

Obrywy i osypy - wynikają z procesów erozji.

Zbocze - forma geometryczna powstała w sposób naturalny, składa się z:

- korony zbocza kończącej się krawędzią górną,

- kąt nachylenia pomiędzy poziomą a kierunkiem skłonu,

- krawędź dolna, gdzie zaczyna się podnóże zbocza,

- zasięg oddziaływania w głąb podłożą- pomiędzy podstawą skarpy a krawędzią dolną,

- korpus- pomiędzy podstawą zbocza a koroną.

Elementy geometryczne zbocza:

- strefa zasięgu osuwiska - od korony do podnóża,

- obszar oderwania - od pierwszej rysy i szczeliny do byłej krawędzi górnej,

- koluwia - wszystko co „zjechało”,

- jęzory koluwialne - część materiałów wypchnięta do góry,

- jeziorka z roślinnością bagienną powstają na granicy jęzorów koluwialnych.

• USTALENIE KATEGORII GEOLOGICZNYCH

Obejmuje dwa zasadnicze etapy, do których zaliczamy:

1. projektowanie,

2. dokumentowanie.

Projektowanie:

1. określenie celu badań

2. analiza materiałów archiwalnych i literatury

3.analiza zdjęć lotniczych i satelitarnych

4. przegląd terenu

5. projekt prac geologicznych

6. określenie zakresu badań

• Dokumentowanie:

Prace terenowe	a. pomiarowe	1. geodezyjne i fotogrametryczne
		b. geologiczne	1. kartowanie geologiczne 2. profilowanie wyrobisk 3. nadzór, dozór
	Roboty geologiczne	a. górnicze	1. powierzchniowe 2. podziemne
		b. wiertnicze	1. ręczne i mechaniczne 2. sondy rdzeniowe
	Badania polowe	a. geofizyczne	1. sejsmiczne 2. geoelektryczne 3. inne metody geofizyczne
		b. hydrogeologiczne	1. obserwacje wahania zwierciadła wody 2. pobieranie próbek wody
		c. geologiczno - inżynierskie	1. badania makroskopowe 2. pobieranie próbek 3. sondowanie dynamiczne i statyczne
Badania laboratoryjne	a. badania podłoża	1. gruntów 2. skarp 3. wody

• Złożoność budowy geologicznej

1. Procesy geomorfologiczne:

• proste - powierzchnia terenu pozioma , brak wcięć erozyjnych,

• złożone - powierzchnia terenu pochylona lub falista,

• bardzo skomplikowane.

2. Ustalenie procesów geodynamicznych

• proste - brak procesów geodynamicznych,

• złożone - bliskość skarp,

• bardzo skomplikowane - obecność osuwisk , tereny górnicze.

3. Warunki hydrogeologiczne:

• proste - jeden poziom wód o znanej zmienności wód,

• złożone - więcej niż jeden poziom wód, wahania zmienne,

• bardzo skomplikowane - kilka poziomów, duże, zmienne wahania.

4. Złożoność budowy geologicznej:

• proste - warstwy poziome, poziomy litologiczne, nie występują grunty organiczne,

• złożone - zmiany facjalne, różna miąższość , duże zmiany stanów gruntów,

• bardzo skomplikowane - budowa fałdowo-łuskowa, uskoki w podłożu.

Sumując wszystkie punkty możemy określić stopień zróżnicowania podłoża:

• proste - 4 punkty,

• złożone - 5-7 punktów,

• bardzo skomplikowane - więcej niż 7 punktów.

Warunki geotechniczne:

• proste - jednorodne genetycznie, poziom wody poniżej posadowienia,

• złożone - niejednorodne, nieciągłe warstwy, poziom wody w poziomie posadowienia, brak osuwisk,

• skomplikowane - niekorzystne zjawiska, obszary delt.

• KATEGORIE GEOTECHNICZNE

Kategoria geotechniczna - określa zagrożenie bezpieczeństwa obiektu wynikające ze stopnia skomplikowania projektowanej konstrukcji, jej fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych, mająca wpływ na zaprogramowanie rodzaju i zakresu badań geotechnicznych, obliczeń projektowanych i kontroli konstrukcji.

• DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA

Dokumentacja powstała na podstawie zespołu czynności badawczych, wykonywanych w celu określenia rodzaju, właściwości, cech wytrzymałościowych i odkształcalności gruntów, och zmienności, poziomu wody gruntowej oraz stateczności wykopów i nasypów.

Najczęściej uwzględnia się następujące elementy zjawiska:

• odkształcenie współpracującego układu konstrukcja - podłoże,

• zmiany warunków wodnych,

• skurcz i pęcznienie,

• powierzchniowe ruchy mas ziemnych (osuwiska, zsuwy, pełzanie, itp.),

• osiadanie zapadowe,

• zmiany termiczne w gruncie,

• szkody górnicze,

• skutki technologiczne robót (wpływ wibracji, konsolidacji, itp.).

• PROGRAMOWANIE BADAŃ GEOTECHNICZNYCH

Ustalanie kategorii geotechnicznych.

Opracowanie programu badań geotechnicznych zależy od ustalenia kategorii geotechnicznej. Program opracowuje się na podstawie materiałów archiwalnych, wizji lokalnych oraz danych o budowli.

Kategorie geotechniczne:

1. kategoria I

Obejmuje proste konstrukcje w niewielkich obiektach budowlanych i prostych warunkach gruntowych, dla których wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów.

Badania kategorii I można stosować jedynie przy wstępnie rozpoznanych warunkach gruntowych, niewielkich obiektach i gdy zagrożenie życia i mienia jest małe.

Stosowanie kategorii I jest możliwe tylko w przypadkach zwykłych konstrukcji, gdy występują proste warunki gruntowe, przy czym uwzględniać należy doświadczenia uzyskane z obserwacji sąsiednich budowli.

Przykłady konstrukcji, które mogą być zaliczone do kategorii I:

• jedno- lub kondygnacyjne budynki o prostej konstrukcji i budynki rolnicze przy maksymalnym obciążeniu obliczeniowym na słup równym 250 kN, a na ściany 100 kN/m, na fundamentach bezpośrednich, palowych lub na studniach,

• ściany oporowe i zabezpieczenia wykopów, gdy różnica poziomów nie przekracza 2 m,

• płytkie wykopy powyżej zwierciadła wody i niewielkie nasypy do
  wysokości 3 m.

Badania kategorii I obejmują:

• rozpoznanie gruntów zalegających w poziomie posadowienia,

• rozpoznanie gruntów do poziomu posadowienia w celu ustalenia prawidłowej organizacji robót ziemnych,

• określenie profilu gruntowego od 2 do 3 m poniżej poziomu posadowienia,

• ustalenie zwierciadła, wahań poziomu wody gruntowej i jej agresywności.

Rozpoznanie warunków geotechnicznych kategorii I odbywa się zazwyczaj na podstawie:

• dokumentacji archiwalnych,

• małośrednicowych wierceń geotechnicznych,

• obserwacji studni lub innych punktów umożliwiających ustalenie poziomu wód gruntowych i agresywności środowiska.

Dokumentacja badań geotechnicznych kategorii I składa się z części opisowej, planu sytuacyjnego zawierającego lokalizację budowli i punktów badań geotechnicznych, profili i przekrojów geotechnicznych z naniesionymi danymi o gruntach i poziomach wód gruntowych oraz ewentualne zestawienia profili archiwalnych wierceń i wykonanych w trakcie badań polowych.

2. kategoria II

Obejmuje konstrukcje i fundamenty nie podlegające szczególnemu zagrożeniu, w prostych lub złożonych warunkach gruntowych przy mało skomplikowanych przypadkach obciążenia. Konstrukcje te są przeważnie projektowane i wykonywane z zastosowaniem powszechnie stosowanych metod.

Przykłady konstrukcji, które mogą być zaliczone do kategorii II:

• powszechnie spotykane konstrukcje posadowienia bezpośrednio, a także na fundamentach płytowych lub palowych,

• ściany oporowe wyższe niż w kategorii I lub inne konstrukcje oporowe utrzymujące grunt lub wodę,

• przyczółki i filary mostowe oraz nabrzeża,

• nasypy i budowle ziemne, poza kategorią I,

• nawierzchnie lotnisk o sztywnej i podatnej konstrukcji,

• kotwy gruntowe i inne konstrukcje kotwiące,

• tunele w twardych niespękanych skałach, nie wymagające pełnej szczelności lub spełnienia innych specjalnych warunków.

3. kategoria III

Obejmuje obiekty bardzo duże czy rzadko występujące, wrażliwe na osiadania, konstrukcje w skomplikowanych warunkach gruntowych lub konstrukcje obarczone nadzwyczajnym ryzykiem nawet w prostych lub złożonych warunkach, obiekty na obszarach działania czynnych procesów geologicznych, czynnych szkód górniczych, konstrukcje zagrażające środowisku.

Przykłady konstrukcji, które mogą być zaliczone do kategorii III:

• budowle o szczególnie dużych obciążeniach, budynki wysokie,

• budynki z wielokondygnacjowymi podziemiami,

• zapory i inne konstrukcje działające w warunkach dużych różnic ciśnień wody,

• przejścia komunikacyjne pod drogami o dużym natężeniu ruchu,

• duże mosty, wiadukty, estakady,

• fundamenty maszyn o znacznym obciążeniu dynamicznym,

• skomplikowane konstrukcje nabrzeżne,

• obiekty zakładów stosujących niebezpieczne substancje chemiczne,

• głębokie wykopy wykonywane w pobliżu budowli,

• konstrukcje osłonowe reaktorów jądrowych itp.,

• tunele w skałach miękkich i spękanych obciążone wodami naporowymi lub wymagające szczelności.

• BADANIA GEOTECHNICZNE

Z badań geotechnicznych należy dostarczyć odpowiednich danych dotyczących warunków wodno-gruntowych w obrębie i otoczeniu terenu przeznaczonego pod zabudowę, niezbędnych do właściwego wyznaczenia podstawowych właściwości podłoża gruntowego i wiarygodnego oszacowania wartości charakterystycznych parametrów podłoża gruntowego, które zostaną użyte w obliczeniach projektowych.

Warunki gruntowe, które mogą mieć wpływ na podjęcie decyzji co do kategorii geotechnicznej, powinny być określone możliwie najwcześniej, ponieważ rodzaj i zakres badań jest związany z kategorią geotechniczną konstrukcji. Aby umożliwić sprawdzenie założeń projektowych, badania powinny obejmować wizję terenu budowy nie później niż w czasie badań terenowych.

Aby upewnić się, że badania obejmują właściwą strefę podłoża, szczególną uwagę należy zwrócić na następujące cechy geologiczne:

• profil gruntu,

• kawerny krasowe i wykopy wykonane przez człowieka,

• procesy niszczące skały, grunty i materiały nasypowe,

• warunki hydrogeologiczne,

• uskoki, spękania i inne nieciągłości,

• pełzanie gruntów i mas skalnych,

• występowanie gruntów i skał pęczniejących i zapadowych,

• obecność odpadów lub innych produktów działalności ludzkiej.

Należy wziąć pod uwagę historię działki i jej okolic. Badaniami należy objąć przynajmniej te utwory, które zostały ocenione jako istotne dla problemu, i poniżej których podłoże nie ma już istotnego wpływu na realizację konstrukcji.

Inne skutki oddziaływania czasu i środowiska na wytrzymałość i inne właściwości materiałów, np. nory powstałe na skutek działania zwierząt:

• trzęsienia ziemi,

• ruchy podłoża w wyniku obniżania spowodowane robotami górniczymi lub innymi przyczynami,

• wrażliwość konstrukcji na deformację,

• wpływ nowej konstrukcji na istniejące konstrukcje i instalacje.

• PUNKTY BADAWCZE

Badania laboratoryjne wykonuje się tylko sporadycznie w celu sprawozdania oznaczeń makroskopowych.

Rodzaj i liczbę niezbędnych punktów badawczych oraz ich rozmieszczenie ustala się zależnie od stopnia wstępnego rozpoznania geologicznego terenu, warunków gruntowych i wodnych oraz projektowania zabudowy.

Nowe punkty sytuuje się zwykle od 2 do 3 m (niezbędne minimum to 1 m) poza obrysem budynku, a w przypadku budowli wielonawowych również w osiach słupów wewnętrznych. Dla jednego budynku o powierzchni mniejszej niż 600 m² należy wykopać co najmniej trzy otwory wiertnicze lub wykopy badawcze względnie sondowania. Dla obiektów o powierzchni większej niż 600 m² liczbę otworów lub wykopów należy zwiększyć zgodnie z „Tablicą 2”, przy czym odległość między nimi nie powinna przekraczać od 30 do 50 m.

Dla obiektów liniowych odległość między punktami badawczymi nie powinna
przekraczać 100 m.

• Tablica 1 - stopnie złożoności warunków geotechnicznych

Proste warunki gruntowe	- jednorodne, genetyczne i litologiczne równoległe warstwy gruntów dobrej nośności, - poziom wody gruntowej poniżej projektowanego poziomu posadowienia, - brak niekorzystnych zjawisk geologicznych
Złożone warunki gruntowe	- niejednorodne, nieciągłe warstwy zmienne wykształcenie genetyczne i litologiczne, - występowanie warstw gruntów słabych w tym organicznych i nasypów niekontrolowanych, - poziom wody gruntowej w poziomie posadowienia lub wyżej, - brak niekorzystnych zjawisk geologicznych (czynnych procesów geologicznych).
Skomplikowane warunki gruntowe	- występowanie niekorzystnych zjawisk geologicznych (zjawiska i formy krasowe, osuwiskowe, sufozyjne), - szkody górnicze, - obszary delt.

Tablica 2 - Liczba punktów badawczych przy badaniach podłoża w kategorii I, w zależności od powierzchni projektowanej zabudowy; podane liczby oznaczają łączną liczbę punktów badawczych

Liczba punktów dla powierzchni zabudowy w m^2
do 600	od 600 do 1.500	od 1.55 do 5.000	od 5.000 do 20.000	więcej niż 20.000
od 3 do 5	od 5 do 8	od 8 do 12	od 12 do 18	od 5 do 7 - na każdy następny ha

Przyjęte do projektu dane sprawdza się wówczas w wykopie budowlanym. W dokumentacjach wielostadiowych, gdy nie jest określona lokalizacja obiektu, wykonuje się badania wstępne jako badania kategorii I niezależnie od zróżnicowania podłoża.

16

---