WYKŁAD XI - 12.01.2011

1. Klasyfikacje gruntów:

1. Ogólna geologiczno-inżynierska klasyfikacja gruntów

2. Rangowa geologiczno-inżynierska klasyfikacja gruntów
   (wg J. Liszkowskiego)

3. Klasyfikacja gruntów budowlanych

4. Klasyfikacja gruntów za granicą.

2. Klasyfikacje gruntów uwzględniają cechy lito-genetyczne fazy stałej, (analogicznie do klasyfikacji skał) oraz cechy wynikające z jej współdziałania z pozostałymi fazami: ciekłą i gazową.

3. Typy klasyfikacji gruntów:

1. Klasyfikacje ogólne - obejmują i charakteryzują w miarę możliwości wszystkie rodzaje gruntów. Powinny koniecznie uwzględniać kryteria genetyczne tworzenia i późniejszych przemian gruntów. Dają możliwości powiązania własności inżyniersko-geologicznych gruntów z ich genezą
   (np. konsolidacją gruntów).

2. Klasyfikacje częściowe - wydzielają szczegółowo poszczególne grupy gruntów na podstawie jednej lub kilku cech. Uzupełniają klasyfikacje ogólne, a w niektórych przypadkach stanowią część klasyfikacji ogólnych. (Przykładem mogą być klasyfikacje gruntów spoistych ze względu na wskaźnik plastyczności)

3. Klasyfikacje regionalne - rozpatrują grunty z jednego regionu i przyjmują za podstawę wydzieleń ich wiek i genezę. W tych klasyfikacjach grunty utworzone w tym samym czasie i w jednakowych procesach uzyskują jednakową charakterystykę geologiczno-inżynierską.

4. Klasyfikacje branżowe - opracowuje się w odniesieniu do określonego typu budowli (hydrotechnicznej, drogowej, przy badaniu gruntów pod fundamenty).

4. Ogólna geologiczno-inżynierska klasyfikacja gruntów - została wprowadzona w latach siedemdziesiątych, dosłownie przetłumaczona z wersji radzieckiej. Założenia tej klasyfikacji:

1. Kryterium geologiczne: wspólny wiek, geneza, wykształcone w podobnych facjach

2. Kryterium chemiczno-mineralne i petrograficzne: skład mineralny, granulometryczny, więźba (struktury, tekstury)

3. Stan gruntu: stopień zwietrzenia, szczelinowatość, zagęszczenie, stopień nawodnienia itp.

4. Odporność („wytrzymałość”) gruntu: odporność na działanie czynników wietrzeniowych, wody, mrozu

Twórca tej klasyfikacji to Siergiejew. Natomiast u nas zajęła się tym
Grabowska-Olszewska.

5. Uogólniona geologiczno-inżynierska klasyfikacja gruntów wg J. Liszkowskiego. Kryteria wydzieleń (9 rang - R):

1. R0 - uogólniony model mechaniczny

2. R1 - typ wiązań strukturalnych

3. R2 - stopień rozdrobnienia

4. R3 - typ efektywnych wiązań strukturalnych

5. R4 - stopień efektywnych wiązań strukturalnych względem wody

6. R5 - stosunek szkieletu mineralnego do wody

7. R6 - wrażliwość gruntu na zmiany składu fazowego

8. R7 - wrażliwość gruntu na zmiany stanu fazowego (zamrażalność
   i odmrażalność)

9. R8 - cechy uzewnętrzniające się w wewnętrznym współdziałaniu faz gruntu

6. R0 - uogólniony model mechaniczny:

1. Ośrodki ciągłe (grunty skaliste)

1. Skały magmowe - intruzywne i ekstruzywne

2. Skały metamorficzne - dynamometamorficzne, termometamorficzne, mieszane P, T

3. Skały osadowe - grubookruchowe, drobnookruchowe, węglanowe, chemiczne, organiczne (kaustobiolity)

2. Ośrodki rozdrobnione (grunty nieskaliste)

Model ośrodka ciągłego - przyjmujemy dla skał o wiązaniach krystalizacyjnych. Po dokonaniu zgładu wzdłuż określonej linii prawdopodobieństwo trafienia w próżnię wynosi ok. 0

7. Wiązania strukturalne w gruntach - wszystkie elementy struktury (ziarna i okruchy mineralne) tworzące grunt, związane są strukturalnie. Siły wiążące te elementy można określić siłami wiązań strukturalnych. Posiadają one zmienną (w różnych typach gruntów) energię - siłę oddziaływania.

Wiązania strukturalne powstają w gruntach w wyniku złożonych procesów fizyko-chemicznych. Tworzą się pod wpływem procesów krystalizacji, stabilizacji (starzenia) oraz kondensacji związków substancji zewnętrznych.

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

Wytrzymałość i charakter wiązań strukturalnych zależy w każdym konkretnym przypadku od stanu gruntu, np. w suchym ile wytrzymałość wiązań wynosi 10 tysięcy kPa (10 MPa), podczas gdy w nasyconym wodą ile może dochodzić do 0.

8. R1 - typ wiązań strukturalnych.

1. Wiązania krystalizacyjne - najtrwalsze wiązania strukturalne występujące w gruntach skalistych, ściślej w skałach krystalicznych. Energia tych wiązań jest porównywalna z wewnątrzkrystaliczną energią wiązań chemicznych poszczególnych atomów i wynosi ok. 0,5 milionów kPa.

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

3. Wiązania mechaniczne - występują w gruntach sypkich, elementy strukturalne utrzymywane są w przestrzeni gruntu siłami tarcia (suwnego i rotacyjnego) pomiędzy ziarnami. Siła wiązań mechanicznych zależy od uziarnienia gruntu, kształtu ziaren, obecności w gruncie wody.

4. Wiązania koagulacyjne (zlepianie) - siła wiązań koagulacyjnych jest uzależniona od sił oddziaływania międzycząsteczkowych van der Waalsa. Cząstki gruntu zlepiają się ze sobą w miejscach, gdzie są najmniej uwodnione, a więc narożami i krawędziami, tworząc nieprzerwany „puszysty” szkielet strukturalny w całej objętości gruntu. Wiązania tego typu występują
   w gruntach spoistych.

9. R2 - stopień rozdrobnienia.

1. Ośrodek ciągły dzielimy na:

1. Monolityczny

2. Szczelinowaty

2. ośrodek rozdrobniony dzielimy na:

1. grunty gruboziarniste

2. grunty drobnoziarniste

3. grunty spoiste

4. grunty organiczne

10. R4 - stosunek efektywnych wiązań strukturalnych względem wody.

1. Wpływ działającej wody na wiązania strukturalne:

1. Mechaniczne (obojętne dla wody)

2. Mięknące (margle, iły, kreda pisząca)

3. Rozpuszczalne (złoża z CaCO₃, sole, anhydryty, gipsy)

4. Hydrofilne (zawierające minerały ilaste)

11. R6 - wrażliwość gruntu na zmiany składu fazowego.

1. Zmiany składu fazowego:

1. Grunty niewrażliwe (skały magmowe i metamorficzne)

2. Wrażliwe (skały osadowe)

3. Bardzo wrażliwe (grunty zawierające koloidy)

12. R7 - wrażliwość gruntu na zmiany stanu fazowego (zamrażalność i odmrażalność)

1. Zmiany stanu fazowego:

1. Grunty niewrażliwe (skały magmowe i niektóre metamorficzne)

2. Małowrażliwe (większość skał osadowych, poniżej 10-15% porowatości)

3. Bardzo wrażliwe (np. kreda piszące > 15% porowatości)

Zatem, zmiany stanu fazowego zależą od porowatości.

13. R8 - cechy uzewnętrzniające się w wewnętrznym współdziałaniu faz gruntu

1. Grunty praktycznie nie zmieniające swoich cech

2. Grunty rozpuszczalne

3. Grunty mięknące

4. Grunty pęczniejące

5. Grunty dosiadające (makroporowate)

6. Grunty skrytopłynne

7. Grunty tiksotropowe

8. Grunty wysadzinowe

9. Grunty zmieniające w sposób istotny swoje cechy wytrzymałościowe i/lub odkształceniowe

14. Przegląd gruntów o specyficznych właściwościach:

1. Grunty o specyficznych właściwościach (Bondarik 1981) - grupa gruntów zmieniających w sposób istotny właściwości przy współdziałaniu faz: ciekłej (wody) i stałej (szkieletu ziarnowego). Należą tu grunty zróżnicowane pod względem genetycznym i typów wiązań strukturalnych. Cechą wspólną tych gruntów jest intensywne, aktywne współdziałanie faz wyrażające się w dużych zmianach składu mineralnego, tekstury, struktury i stanu, a w konsekwencji - ich cech fizycznych, wytrzymałościowych, odkształceniowych i przepuszczalności.

Skutki współdziałania faz w gruntach o specyficznych właściwościach:

1. Zmiany stanu agregatowego (przejście gruntu w stan płynny agregatowy)

2. Zmiany objętości gruntu

3. Trwałe i bezwzględne zmiany koncentracji fazy stałej

4. Osłabienie siły wiązań strukturalnych aż do całkowitego ich zniszczenia

15. Zmiany stanu agregatowego:

1. Grunty kurzawkowe - grunty rodzime mineralne nieskaliste o mechanicznych wiązaniach strukturalnych (sypkie, bezkohezyjne), najczęściej nawodnione, w których pod wpływem cyklicznych obciążeń mechanicznych następuje nagły spadek wytrzymałości na ścinanie, powiązany z czasowym wzrostem ciśnienia porowego oraz przejściem gruntu w stan płynny agregatowy

2. Grunty tiksotropowe - grunty o koagulacyjnych wiązaniach strukturalnych (nieskaliste, małospoiste, najczęściej nawodnione, które pod wpływem krótkotrwałego, cyklicznego (dynamicznego) obciążenia mechanicznego wykazują zdolność do przejścia w stan zawiesiny bez fazy przejściowej, tj. ośrodka lepkoplastycznego. Proces polega na zniszczeniu struktur, które uformowały się w gruncie w stanie spoczynku w wyniku oddziaływania sił van der Waalsa.

3. Grunty rozmakające - grunty rodzime mineralne nieskaliste o koagulacyjnych wiązaniach strukturalnych, najczęściej mało spoiste, które w wyniku nawodnienia tracą swą wytrzymałość strukturalną i przechodzą w wysoko skoncentrowaną zawiesinę. Bezpośrednią przyczyną przejścia gruntu w płynny stan agregatowy jest bardzo niska wytrzymałość wiązań strukturalnych. Efektem rozmakania jest utrata spójności i przejście gruntu ze stanu nawet twardoplastycznego w stan płynny. Genetycznie można do nich zaliczyć: piaszczysto-pylaste eluwia, peryglacjalne osady pokrywowe, piaszczysto-pylaste osady zastoiskowe, jeziorne, deluwialne, lessy i osady lessopodobne, niektóre grunty nasypowe.

4. Grunty skrytopłynne - to grunty rodzime, mineralne, nieskaliste o koagulacyjnych wiązaniach strukturalnyc, tj. grunty zwięzłe i bardzo spoiste pochodzenia morsko-lodowcowego, ograniczone w swoim aktualnym rozprzestrzenieniu do obszarów subpolarnych Kanady, Alaski, Norwegii i Szwecji. Angielska nazwa „quick Claus”. Charakteryzują się wyjątkowo wysoką wrażliwością strukturalną przy NNS mają wysoką wytrzymałość na ścinanie do 100 kPa, po cyklicznych obciążeniach dynamicznych tracą ją przechodząc w płynny stan agregatowy.

16. Zmiany objętości gruntu:

1. Grunty pęczniejące i kurczliwe - należu tu:

1. Grunty rodzime mineralne, nieskaliste, o koagulacyjnych wiązaniach strukturalnych (spoiste) zawierające znaczne ilości minerałów ekspansywnych oraz:

2. Grunty rodzime, mineralne, skaliste, o cementacyjnych wiązaniach strukutralncyh, pochodzenia chemicznego, zbudowane z bezwodnych minerałów skłonnych do hydratacji.

Wzrost objętości gruntów pęczniejących grupy 1 dochodzi do 50%, natomiast grupy 2 do 489%; ciśnienia pęcznienia w obu grupach wynosi odpowiednio 10 i 1000 MPa.

2. grunty zapadowe - grunty rodzime, mineralne, nieskaliste o koagulacyjnych albo mieszanych koagulacyjno-cementacyjnych, nietrwałych w wodzie wiązaniach strukturalnych, w których w wyniku nawodnienia następuje samoistne lub przyspieszone obciążeniem budowli nieodwracalne zniszczenie ich pierwotnej struktury, powiązane ze spontaniczną utratą wytrzymałości i hydrokompakcją (osiadaniem zapadowym = dosiadaniem). LESSY!

17. Trwałe i bezwzględne zmiany koncentracji fazy stałej:

1. Grunty rozpuszczalne - głównie grunty o wiązaniach cementacyjnych, a więc grunty skaliste najczęściej miękkie pochodzenia osadowe, których szkielet złożonych jest z minerałów powstałych na drodze chemicznego wytrącania z przesyconych roztworów wodnych. Są to głównie wapienie, gipsy, hality - ogólnie można przyjąć, że skały krasowiejące. W wyniku współdziałania takich gruntów z wodą następuje trwały ubytek masy fazy stałej poprzez jej rozpuszczanie i odtransportowanie poza układ gruntowy

2. Grunty sufozyjne - grunty rodzime, mineralne, niespoiste, o mechanicznych wiązaniach strukturalnych, tj. sypkie, w których w wyniku współdziałania pomiędzy fazami następuje trwały i bezwzględny ubytek masy fazy stałej poprzez jej selektywne wymywanie poza rozpatrywaną część podłoża gruntowego.

18. Osłabienie siły wiązań strukturalnych, aż do całkowitego ich zniszczenia:

1. Grunty mięknące - grunty rodzime, mineralne, skaliste o cementacyjnych wiązaniach strukturalnych, tj. grunty skaliste miękkie, pochodzenia osadowego i/lub wulkanoklastycznego, które w wyniku współdziałania wody z fazą stałą zmniejszają w sposób istotny swoją wytrzymałość, jednak bez zniszczenia wiązań strukturalnych oraz rozerwania ciągłości materiałowej ośrodka.

2. Grunty nietrwałe - grunty rodzime, mineralne, skaliste, o cementacyjnych wiązaniach strukturalnych, które e wyniku cyklicznego zawilgocenia i wysychania tracą swą ciągłość materiałową, podlegając rozpadowi (dezintegracji) i przechodzą w luźny bądź słabokohezyjny polidyspersyjny zbiór agregatów mineralnych (tj. grunty o mechanicznych - lub słabych koagulacyjnych wiązaniach strukturalnych)

19. Kryteria podziałów gruntów w klasyfikacji budowlanej.

1. Geneza (pochodzenie) szkieletu gruntowego (fazy stałej)

2. Pochodzenie (udział człowieka) w tworzeniu gruntu

3. Przydatność gruntu do budownictwa

4. Zawartość substancji organicznych (pochodzenia roślinnego)

5. Sposób odkształcania się gruntu

6. Wytrzymałość gruntów na jednoosiowe ściskanie Rc

7. Szczelinowatość - spękania

8. Kryteria hydrogeologiczne i hydrologiczne itp.

20. Klasyfikację budowlaną gruntów stosuje się przy wykonawstwie i odbiorze robót budowlanych z zakresu wszystkich rodzajów budownictwa naziemnego i podziemnego oraz budownictwa wodnego, a także we wszystkich przypadkach badań gruntów i podłoża gruntowego dla potrzeb budownictwa. Klasyfikację kruszców stanowią odrębną klasyfikację.

21. Grunt jednorodny - grunt, którego całą objętość pobranej próbki zaliczyć można do jednego rodzaju.

22. Grunt pęczniejący - grunt wykazujący pod wpływem wody ciśnienia pęcznienia Pc nie mniejsze niż 10 kPa.

23. Grunt zapadowy - grunt o strukturze nietrwałej ulegającej zmianie pod wpływem zawilgocenia, bez zmiany działającego obciążenia.

---