Zagadnienia na grunty:

1.Definicje i cechy fizyczne gruntow
2.Konsystencje, granice Atterberga
3.Pęcznienie definicja, wilgotnosc
4.Stopien zageszczenia
5.Aparat Proctora
6.Edometr, krzywe scisliwosci pierwotnej i wtornej
7.Wskaźnik　wodoprzepuszczalnosci
8. Wzór Coulomba Mohra
9. Aparat trojosiowego sciskania
10. Woda w gruncie, saturacja....
11. Spadek hydrauliczny
12. Wspolczynnik filtracji, metoda probnego pompowania
13.Statecznosc skarp
14.Rozklad naprezen w gruncie
15.Modelowanie gruntu
16.Model plaskiego stanu odksztalcenia gruntu
17.Wzmocnienia kinematyczne
18. Prawo plyniecia
19. Prawo Coulomba Mohra

1.definicje:

Mechanika gruntów - nauka o fizycznych i mechanicznych właścwościach ośrodka gruntowego oraz o stanach naprężeń w gruncie pod obciążeniem

Geotechnika - nauka o pracy i badaniach ośrodka gruntowego dla celów projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych, podziemnych, oraz fundamentów budynków i nawierzchni drogowych.

Geotechnikę jako naukę interdyscyplinarną tworzą:

-gruntoznawstwo inżynierskie,

-mechanika gruntów i fundamentowanie,

-geologia,

-chemia fizyczna,

-mechanika budowli

Grunt - zbiór dowolnie rozdrobnionych okruchów skalnych powstałych ze skał litych na skutek działania destrukcyjnych procesów geologicznych(witrzenie,transport)

c.fizyczne:

Gęstości:

-Objętościowa - całkowita masa do całkowitej obj. ρ - ρ = m/V

-Właściwa szkieletu - stosunek masy szkieletu do gruntowego do jego obj. ρs - ρs = ms/Vs

-Objętościowa szkieletu - stosunek masy szkieletu gruntowego do całej obj. ρd - ρd = ms/V

-Wilgotność naturalna Wn - stosunek masy wody zawartej w próbce w warunkach naturalnych do masy szkieletu Wn = (Mw/Md) *100%

-Porowatość n - stosunek obj porów zawartych w próbkach gruntu do obj całej próbki n = Vp/V = ρs-ρd/ρs =e /1+e

-Wskaźnik porowatości e - stosunek obj porów do obj szkieletu e = Vp/Vs = (ρs-ρd/ρd)*100%=n/1-n

-Wilgotność całkowita Wr - gdy pory są całkowicie wypełnione wodą Wr=(e*ρw/ρs)*100%

-Stopień wilgotności Sr - stosunek obj wody zawartej w porach do obj porów Sr = Vw/Vp = Wn/Wr = Wn*ρs/100*e*ρw

2. Konsystencja - określana na podstawie stopnia wilgotności w[%] W=mw/ms *100%, graniczne wartości poszczególnych konsystencji podał Attenberg: ws-granica skurczalności, wp-g.plastyczności wl-g.płynności (między: zwarta/półzwarta/plasytczna/płynna)

Stopień plastyczności Il - przydatna do projektowania fundamentów na gruntach spoistych

wn-wilg. naturalna

Podział gruntów spoistych ze względu na stan:

Konsystencja	Stan	Stopień Plast. IL	Wn
Zwarta Wp---------- Plastyczna WL---------- Płynna	zwarty Ws --------- Półzwarty Twardo plast Plastycz. Miękko plastycz. Płynny	IL<0 IL≤0 0<IL≤0,25 0,25<IL≤0,5 0,5<IL≤1,0 IL>1.0	Wn < Ws Ws < Wn < Wp Wp < Wn < WL Wn > WL

Podział spoistości gruntu ze względu na wskaźnik plastyczności I_P=W_L - W_P [%]

W_L - granica płynności; W_P - granica plastyczności

• *Niespoiste I_P<1%

• Spoiste: *małospoiste I_P=1÷10%, *średniospoiste I_P=10÷20%

*zwięzłospoiste I_P=20÷30%, *bardzo spoiste I_P>30%

I_{l -} wskazuje ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w płynny

3. Pęcznienie gruntów polega na powiększaniu ich obj przy pochłanianiu wody. Zdolność pęcznienia związana jest z hydrofilnym charakterem minerałów ilastych oraz z dużą powch właściwą.

P=hp-h1/h1 h1-wys gruntu o wilg naturalnej, hp- wilg gruntu o max pęcznieniu

wilgotność pęcznienia - wp=mp-m1/m1 m1-masa próbki początkowej, mp - massa próbki o max pęcznieniu

4. stopień zagęszczenia I_{D -} wyznaczamy tylko dla gruntów niespoistych. Jego wielkość zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gruntu, od porowatości, kształtu ziaren; stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu I_D=V_max-V/V_max-V_min=e_max-e/e_max-e_min;e_max-wskaźnik porowatości max przez luźne usypanie piasku;e_min-wskaźnik porowatosci min przy największym zagęszczeniu przez wibracje;e-wskaznik porowatości naturalnej.

Stan gruntów sypkich jest zależny od stopnia zagęszczenia I_D<=0,33-grut luźny;0,33-0,67-grunt średniozagęszczony;0,67-0,8-g.zagęszczony; 0,8-1- g. bardzo zagęszczony.

W laboratorium korzystamy z metody widełek wibracyjnych,w terenie ze sondy-liczymy ilość półobrotów lub uderzeń na każde 10cm zagłębienia sondy(metoda pośrednia).

5. Aparat Proctora

wilgotność optymalna (W_opt)- wilgotność, którą będą miały grunty, gdzie wszystkie pory, będą wypełnione wodą. Wilgotnością optymalną nazywamy taką wilgotność, przy której grunt daje się najbardziej zagęścić. Parametrem decydującym o jakości zagęszczenia gruntu jest gęstość objętościowa szkieletu gruntowego.

Badanie wilgotności optymalnej wykonuje się w aparacie Proctora

Tak należy dobierać grunt, aby miał on wilgotność optymalną. Projektuje się dla danego gruntu, gdy posiada on w_opt. (nasypy-lotniska, pod drogi, wymiana gruntów, tworzenie warstw filtracyjnych).

6. Ściśliwość gruntu - nazywamy zdolność gruntu do zmniejszania swojej obj pod wpływem obciążenia. W przypadku gruntów mineralnych zmniejszanie obj jest wynikiem zmniejszania obj porów. W procesie tym następuje wyciskanie wody i powietrza z porów. Ściśliwość gruntu głównie zależy od składu granulometrycznego, porowatości, wilgotności, składu mineralnego zwłaszcza frakcji iłowej.

Miarą ściśliwości gruntu jest moduł ściśliwości, który jest odpowiednikiem modułu sprężystości materiałów sprężystych

przyczyny ściśliwości:

a) usuwanie z gruntu wody wolnej i kapilarnej;

b) przesuwanie się ziarn i cząstek względem siebie i zajmowanie przez nie bardziej statecznego położenia;

c) usuwanie z gruntu pęcherzyków powietrza

d) zgniatanie niektórych ziaren gruntu;

e) sprężyste odkształcenie powłoki wody błonkowej;

f) sprężyste odkształcenie ziarn i cząstek gruntu;

g) zmniejszenie obj. powietrza zamkniętego w porach gruntu

Badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszania obj. na skutek przyłożonego obciążenia. (Edometr: wieszak na obciążniki, pierścień zewnętrzny czujniki, śruba dociskowa, ramka, filtr górny). Najpierw wykonuje się sprawdzanie odkształceń własnych edometru:

Do pierścienia (między dwoma sączkami z bibuły filtracyjnej) wkłada się metalowy krążek (próbka zastępcza). Na górnej pow. krążka ustawić górny filtr z kulką przekaźnikową , ustawić czujniki edometru i zanotować wskazania pierwotne. (próbkę zastępczą obciążać odpowiednio... i notować wskazania czujników)

Wartość modułu ściśliwości pierwotnej Mo określamy z krzywej ściśliwości pierwotnej ze wzoru, który przyjmuje się wg prawa Hooke'a dla przyrostów obciążeń małych.

M₀,M=∆σ/ε, ε=∆h/h=(h_i-1-h_i)/h_{i-1 -} odkształcenie jednoosiowe w próbki w kierunku obciążenia

h_i-1-wys. próbki przed zwiększeniem obciążenia; h_i - po zwiększeniu

Moduł ściśliwości wtórnej M oblicza się w sposób analogiczny

Proces zmiany obj gruntu w czasie, zachodzący w wyniku wypływania wody z porów pod wpływem stałego obciążenia nazywamy konsolidacją. Czas konsolidacji zależy głównie od przepuszczalności gruntu, od współczynnika filtracji, wodoprzepuszczalności. Grunty o niskiej, małej przepuszczalności(spoiste) wymagają dłuższego czasu konsolidacji.

Moduł odkształcenia gruntu pierwotnego E₀ i wtórnego E - wyznacza się w warunkach swobodnej bocznej rozszerzalności. E₀,E=∆ σ_z / ε_z. Podczas badania ściśliwości w edometrze próbka nie może odkształcać się poprzecznie (pierścień) więc w próbce powstają naprężenia poziome σ_X= σ_Y które są proporcjonalne do naprężenia pionowego σ_Z. σ_X= σ_Y=K₀ σ_Z, gdzie K₀ wsp.rozporu bocznego

Z prawa Hooke'a : σ_X/E₀ - σ_Yν/E₀ - σ_Zν/E₀ =0 (w edometrze suma odkształceń musi = 0), gdzie po podstawieniach otrzymujemy K₀= ν / 1-ν, gdzie ν - wsk. Poissona (bocznej rozszerzalności)

Zależność między E₀ a M₀ dla gruntów izotropowych E₀=δM₀, gdzie δ=(1 + ν) (1 - 2 ν) / (1- ν)

7. Wodoprzepuszczalność gruntów- zdolność gruntu do przepuszczania wody siecią kanalików, utworzonych z jego porów, nazywa się wodoprzepuszczalnością. Opór jaki stawia grunt wodzie przy jej przepływie zależy od: uziarnienia gruntów, porowatości gruntów, składu mineralnego szkieletu gruntowego, rodzaju kationu wymiennego, temperatury wody (lepkości). Prawo przepływu (Darcy)- prędkość przepływu wody w gruncie jest proporcjonalna do spadku hydraulicznego. V=k*i.

k- współczynnik filtracji, wodoprzepuszczalności [m/s., cm/s.]

i- spadek hydrauliczny

i=∆h/l- spadek ciśnienia na drodze przepływu, i=∆h/l=H1-H2/l

Miarą wodoprzepuszczalności gruntu jest tzw. stała k, zwana również stałą Darcy'ego, określająca zależność między spadkiem hydraulicznym i a prędkością przepływu wody w gruncie v. Z uwagi na wielkość współczynnika k grunty dzielimy na: nieprzepuszczalne, słabo przepuszczalne, przepuszczalne.

8. Wytrzymałością na ścinanie τ_f nazywa się opór, jaki stawia ośrodek gruntowy naprężeniom stycznym w rozpatrywanym p-kcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg jednej części względem drugiej.

Coulomb-Mohr (τ_f=c+ σ•tgΦ)

Wzór otrzymany z doświadczenia ścinania próbek gruntu. Τ_f - wytrzymałośc na ścinanie, σ - naprężenia normalne do płaszczyzny ścinania, Φ - kąt tarcia wewnętrznego, c - spójność.

W przypadku ścinania gruntów o strukturze ziasnistej mamy do czynienie z oporem tarcia suwnego, obrotowego. Opór ten nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu(wymiar, kształt ziaren, pochodzenie). Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w porach.

Spójność gruntu, kohezja, jest to opór gruntu stawiany siłom wewnętrznym wywołanym wzajemnym przyciąganiem się cząstek gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zakeży od: średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.

10.Woda w gruncie

poziom aeracji - w porach jest powietrze z wodą

poziom saturacji - w porach jest tylko woda

Sufozja - proces polegający na mechanicznym usuwaniu cząstek mineralnych z gruntu przez przepływającą wodę podziemną. Przez co następuje rozluźnienie gruntu. Pojawia się wtedy gdy zwiększa się prędkość przepływu wody przez grunt, wtedy zwięszka się spadek hydrauliczny. S.jest wywołana działalnością człowieka często występuje przy pompowaniu wody ze studni. Przy dużym zasięgu obniżania poziomu wody, może zagrażać budowlom w pobliżu.

Kolmatacja - zjawisko przeciwne do sufozji. Proces ten polega na dodawaniu drobnych cząstek do gruntu przez przepływ wody.

11. Przepływ wody w gruncie.Prędkość ruchu wody zależy od uziarnienia (kanaliki),temperatury,składu mineralnego.W rzece wyróżniamy ruch laminarny(cząstki poruszają się po torach równoległych),turbulentny(burzliwy,tory cząstek się przecinaja).W gruncie mamy doczynienia z ruchem laminarnym.Prędkość wody opisuje prawo Darcy'ego v=k*i i-spadek hydrauliczny,k-stała:żwir-10^-2 do 10^-3 m/s,piaski grube i śr.-10^-3 do 10^-5,piaski pylaste 10^-4 do 10^-6,gliny 10^-8 do 10^-10,iły 10^-10 do 10^-12. Trzy zasadnicze kierunki:-przepływ w kierunku poziomym(po warstwie nieprzepuszczalnej),-przepływ w kierunku pionowym w dół(najczęściej występuje przy przesączaniu się wody zaskórnej przez niżej leżącą małoprzepuszczalną warstwą),-w kierunku pionowym w górę.

Prawo przepływu (Darcy)- prędkość przepływu wody w gruncie jest proporcjonalna do spadku hydraulicznego. V=k*i.

k- współczynnik filtracji, wodoprzepuszczalności [m/s., cm/s.]

i- spadek hydrauliczny

i=∆h/l- spadek ciśnienia na drodze przepływu, i=∆h/l=H1-H2/l

12. k - współczynnik filtracji [m/s]

Grunty	Rodzaje gr.	Wart. k m/s]
Przepuszczalne	Żw. drobnoziar.	10^-1÷10^-3
		Piasek gr. i drobnoziar.	10^-3÷10^-4
		P. drobnoziar.	10^-4÷10^-5
	Słabo przep.	P. pylasty, lessy	10^-5÷10^-6
		Pyły	10^-6÷10^-8
	Nieprzep.	Gliny	10^-8÷10^-10
		Iły	10^-10÷10^-12

Z uwagi na wielkość współczynnika k grunty dzielimy na:nieprzepuszczalne, słabo przepuszczalne, przepuszczalne.

Metoda próbnego pompowania-Zasadnicza idea pomiaru polega na określeniu równania krzywej depresji. Zakładamy: grunt jednorodny, izotropowy, poziom zwierciadła- poziomy. Na skutek pompowania wody ze studni uzyska się symetryczny lej depresyjny. Jeżeli studnia sięga do stropu warstwy nieprzepuszczalnej i jest zasilana, to powierzchnia przepływu zasięgu depresji jest dana równaniem

r₀- promień studni,

H- miąższość warstwy wodonośnej

R- zasięg leja depresyjnego

s- obniżenie zwierciadła wody przy studni.

Powierzchnia przepływu w obrębie zasięgu depresji

A=2*pi*r*z ,gdzie r,z- współrzędne walcowe z początkiem układu w punkcie przecięcia się osi studni ze stropem warstwy nieprzepuszczalnej.

Spadek hydrauliczny - na krzywej depresji

i=

z prawa Darcy

Q=A*V=A*k*i=2*pi*r*z*k*(dz/dr)

r₀-r

z do h

z²-h²=

R- zasięg leja depresji

Równanie krzywej depresji

H²-h²=

znając H, h, R, r₀, Q otrzymamy

k=

13. Sprawdzenie stateczności zbocza (skarpy) polega na obliczeniu min współczynnika pewności F_min przy zastosowaniu odpowiedniej metody obliczeniowej stateczności, z uwzględnieniem geometrii układów warstw i przebiegu powierzchni osłabień oraz odpowiednich parametrów gruntowych. wyznaczony współczynnik F_min powinien być większy niż dopuszczalny F_dop dla danej metody obliczeniowej. Stateczność zboczy może być zapewniona tylko gdy spełnimy warunki: -dokładnie rozpoznamy budów geologiczna i warunki wodne terenu

-dokładnie wyznaczymy fizyczne i mechaniczne cechy gruntów gruntów skał

-właściwe zastosujemy metodę obliczeniowa stateczności zboczy i skarp

-odpowiednio zastosujemy zabezpieczenia.

Stateczność skarp w gruntach spoistych określić jest bardzo trudno ze względu na

-możliwa niejednorodność ośrodku gruntowego

-zmienność cech wytrzymałościowych gruntu w czasie

-wpływ wody gruntowej n warunki stateczności

-brak dokładnych metod obliczeniowych

Ogólni podczas sprawdzania stateczności skarp w gruntach spoistych przyjmuje się ze powierzchnie poślizgu w gruntach jednorodnych SA krzywoliniowe a w niejednorodnych mogą być płaszczyznami łamanymi. Dla założonej powierzchni poślizgu określa się współczynnik pewności F jako stosunek sił utrzymujących do zsuwających. Poszukuje się również powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku pewności F_min>F_dop gdzie F_dop przyjmuje się w granicach 1,1÷2.

14. Naprężenia i ich rozkład w gruncie

- naprężenia pierwotne

: k₀- współczynnik rozporu bocznego
,ν-współczynnik bocznej rozszerzalności

Naprężenia od obciążen zewnętrznych

Założenia Boussinesq`a 1) podłoże gruntowe stanowi ośrodek materialny ograniczony od góry płaszczyzną poziomą( graniczną) i rozciągającą się nieograniczenie w kierunkach poziomych i pionowo w dół ( cały ten obszar-półprzestrzen) 2) Obciążenia przyłożone są w płaszczyźnie granicznej a ta półprzestrzen jest:jednorodna,izotropowa,nieważka,obowiąuje prawo Hook`a,obowiązuje zasada superpozycji

(rys7)

[…]

Obciążenie ciągłe, w obszarze kołowym; σ-pod środkiem obszaru kołowego o promieniu R o obciążeniu q.

σ_z=η*q

15. Modelowanie gruntu - grunt jest ośrodkiem wielofazowym

1) grunt jako ośrodek 2-fazowy - składa się ze szkieletu i wody w porach(grunt w pełni nasycony wodą) Równanie naprężeń

σ= σ'+u*m Równanie Terzaghiego

σ- wektor naprężeń całkowitych, σ'-w.n. efektywnych(naprężenia w szkielecie gruntu), u-ciśnienie wody w porach

2) grunt jako ośrodek 3-fazowy składa się ze szkieletu, wody w porach i powietrza w porach(grunt częściowo nasycony). Równanie naprężeń: σ= σ'+(uq+uw)*m Równanie Terzaghiego. Model obliczeniowy - w każdym pkt jest jednocześnie szkielet, woda i powietrze. Suma faz(szkielet,woda i powietrze) w jednostce obj = 1 >>> na tym obszarze stosuje się równania ośrodka ciągłego >>> będziemy stosować naprężenia, odkształcenia

I

II

III

h 1

h 2

---