Część I

1. Geneza gruntów (opisać):

- rodzaje genetyczne gruntów pochodzenia miejscowego i gruntów naniesionych

Grunty pochodzenia miejscowego – powstały w wyniku wietrzenia skały pierwotnej i

pozostały w miejscu wietrzenia. Należą do nich rumosze zwietrzelinowe i gliny

zwietrzelinowe. Rumosze zwietrzelinowe tworzą się u podnóży zboczy skalnych zwykle w

formie stożków nasypowych z większych odłamków i okruchów skały pierwotnej. Drobne

ziarna i cząstki iłowe są najczęściej wymywane i unoszone przez wody opadowe, wody

strumyków i rzek i odkładane w nieckach bezodpływowych.

Gliny zwietrzelinowe tworzą się z łatwo rozpuszczalnych w wodzie skaleni, nie wymywanych i

unoszonych przez wodę, lecz rozpadających się w niej na tym samym miejscu na

nierozpuszczalne cząstki iłowe, kryształy oraz okruchy niezwietrzanej skały.

Charakterystyczną cecha – w miarę zagłębiania się poniżej powierzchni terenu występują w

nich coraz większe odłamki niezwietrzanej skały pierwotnej.

Grunty naniesione- powstały w wyniku akumulacji materiału skalnego, wyróżniamy:

-grunty akumulacji lodowcowej (glacjalnej)

- grunty akumulacji wodnolodowcowej (fluwioglacjalnej)

- grunty akumulacji rzecznej (aluwialnej)

- grunty akumulacji jeziornej (limnicznej)

- grunty akumulacji eolicznej

- grunty akumulacji bagiennej

- genezę bloków głazów, otoczaków, ziaren piasku, cząstek pyłowych i iłowych

Skład mineralny gruntów zależy od minerałów budujących ziarna i cząstki, z których składają się poszczególne grunty rozdrobnione • bloki i głazy skalne oraz ziarna żwirowe mają ten sam skład mineralny co skały macierzyste, • ziarna piaskowe w naszym klimacie składają się z kwarcu i krzemionki, które są dość odporne na wietrzenie chemiczne. Natomiast świeżo powstałe piaski mogą zawierać ziarna skaleni, a te są podatne na wietrzenie chemiczne. W innych krajach znane są piaski mikowe, gipsowe i wapienne, • cząstki pyłowe (mączka skalna) powstają wskutek tarcia i zaokrąglenia krawędzi okruchów skalnych w czasie ich przenoszenia przez wodę i wiatr. Świeżo odłożone pyły zawierają obok cząstek kwarcowych i krzemionkowych znaczną ilość cząstek skaleniowych lub mikowych, które szybko ulegają procesowi wietrzenia chemicznego i są albo wymywane lub pozostają jako cząstki iłowe tworząc pyły ilaste (gliny pylaste), • cząstki iłowe składają się przeważnie z minerałów iłowych, powstałych jak produkt chemicznego wietrzenia skaleni lub mik.

- klasyfikacja genetyczna gruntów spoistych wg PN-81/B-03020

Wyróżniamy:

- A – grunty spoiste morenowe skonsolidowane

- B – inne grunty spoiste skonsolidowane oraz grunty spoiste morenowe

nieskonsolidowane

- C- inne grunty spoiste nieskonsolidowane

- D – iły, niezależnie od pochodzenia geologicznego

2. Charakterystyka geotechniczna gruntów w zależności od ich genezy:

- grunty akumulacji lodowcowej:

Teren Polski kilkakrotnie był pokryty lodowcami, nasuwającymi się z północy.

Grubość nasuwających się lodowców wynosiła 500-1000 m, co wywierało na podłoże

gruntowe nacisk do 10MPa – znacznie większy niż naciski od obecnych obiektów

budowlanych. Zdarzyło się, że przesuwająca się masa lodowca fałdowała podłoże,

wypiętrzała go lub nawet porysowała jego części (porwaki). Lodowce górski

przesuwając się niszczyły zbocza gór, unosiły za sobą materiał skalny i gruntowy. Po

okresach znacznych ochłodzeń klimaty, przychodziły ocieplenia, Wtedy lodowce

topniały, oddawając zawarte w nich masy skalne: głazy narzutowe, gliny zwałowe,

porwaki iłów, piaski i żwiry. Osadem wytopionym z lodowca, odwodnionym i

zazwyczaj skonsolidowanym jest tzw. glina zwałowa – skalda się z mieszaniny

wszystkich frakcji granulometrycznych (b. wysoki wskaźnik różnoziarnistości).

Najczęściej jest to Gp lub Pg z domieszką żwiru i kamieni. Gliny zwałowe zawierają

zazwyczaj dużo węglanu wapnia. Ich właściwości fizyczne i mechaniczne, na ogół

niezłe, zależą od ich wieku, składu granulometrycznego oraz stopnia konsolidacji.

Osady akumulacji lodowcowej reprezentują:

- gliny zwałowe (morenowe) – bezładna mieszanina cząstek iłowych i pyłowych, ziarn

piasku i żwiru razem z otoczakami i dużymi głazami.

- bruk morenowy – nagromadzone głazy pozostałe po wypłukaniu przez wody

drobniejszych składników moreny

Osady spoiste moren dennych zlodowacenia środkowopolskiego

Symbol geologicznej klasyf. gruntu A

Rodzaje gruntów Pg, Gp, G, Gpz

Stany gruntów Głównie: pzw, tpl Lokalnie: pl

Wytrzymałość Bardzo duża/ duża

Odkształcalność Bardzo mała/ mała

Osady spoiste moren dennych zlodowacenia północopolskiego

Symbol geologicznej klasyf. gruntu B

Rodzaje gruntów Pg, Gp, G, Pg//Pd, Gp//Pd, G//Pd

Stany gruntów W partiach dolnych głównie: tpl W partiach górnych głównie: tpl, pl

lokalnie: mpl

Wytrzymałość W partiach dolnych głównie: Duża W partiach górnych głównie: Duża,

średnia lokalnie: mała

Odkształcalność W partiach dolnych głównie: mała W partiach górnych głównie: Mała/

średnia lokalnie: duża

Osady niespoiste śródglinowe i interglacjalne

Symbol geologicznej klasyf. gruntu -

Rodzaje gruntów Pd, Ps, Pr, Po (lokalnie zaglinone)

Stany gruntów Zg/bzg

Wytrzymałość Bardzo duża/ duża

Odkształcalność Bardzo mała/ mała

Osady moren czołowych

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C( spoiste)

Rodzaje gruntów Ż, P, π, G (bezładnie przemieszane)

Stany gruntów Szg rzadziej zg oraz pl, mpl rzadziej tpl

Wytrzymałość Średnia/ mała

Odkształcalność Średnia/ duża

- grunty akumulacji wodnolodowcowej

Osady wodnolodowcowe – produkty osadzone przez wody wypływające z

topniejącego czoła lodowca, na przedpolu moreny czołowej tworzą się rozległe stożki

napływowe – sandy, utworzone z warstwowanego i na ogół dobrze obtoczonego

materiału piaszczysto-żwirowego, w rynnach polodowcowych występują czasem

podłużne wały – ozy utworzone z piasków i żwirów

Lodowiec rozpada się u czoła na bloki, które tracą związek z masą lodowca, będącego

w stałym ruchu. Bryły te nazywa się martwym lodem. Proces topnienia doprowadza

do całkowitego wytopienia lodu. Materiał piaszczysto-żwirowy oraz pylasto-ilasty,

osadzony w zagłębieniach martwego lodu oraz w szczelinach lodowych, osiada na

podłożu, tworząc formy wypukle – kemy- najczęściej grupowo występujące i

bezładnie rozmieszczone niewielkie pagórki, zbudowane są z warstw piaszczysto-

żwirowych przewarstwionych utworami pylasto-ilastymi.

Iły warwowe (wstęgowe) są to drobne cząstki materiału wytopionego z lodowca,

osadzone na dnie jeziora ( zastoiska) bezpośrednio przylegającego do czoła lodowca.

Charakteryzują się uwarstwieniem, na przemian warstwa piaszczysto-pylasta

(jaśniejsza) i ilasta (ciemna). Są utworami ściśliwymi, b. wrażliwe na działanie wody i

przemarzanie (kłopoty w robotach fundamentowych).

Osady sandrów

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C (spoiste)

Rodzaje gruntów Facja korytowa: P, Po, Ż Facja rozlewiskowa: Pg//P, πp//P,G//P

Stany gruntów Facja korytowa: zg Facja rozlewiskowa: pl, mpl

Wytrzymałość Facja korytowa: Duża Facja rozlewiskowa: średnia/ mała

Odkształcalność Facja korytowa: mała Facja rozlewiskowa: średnia/ duża

Osady kemów i ozów

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C (spoiste)

Rodzaje gruntów P, Po (warstwowane) , π, G

Stany gruntów P, Po: szg π, G: pl, mpl

Wytrzymałość P, Po: duża/ średnia π, G: średnia/ mała

Odkształcalność P, Po: mała/ średnia π, G: średnia/ duża

Osady zastoiskowe

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C (spoiste)

Rodzaje gruntów Iły warwowe(wstęgowe): G, I warwowe, P, π

Stany gruntów tpl, pl, mpl

Wytrzymałość Mała/ średnia

Odkształcalność Duża/ średnia

- grunty akumulacji rzecznej

Niesione przez nurt potoków i rzek większe okruchy skalne wskutek tarcia zaokrąglają

się i tworzą otoczaki i ziarna żwiru, z drobnych okruchów skalnych powstają ziarna

piasku, natomiast wskutek tarcia ziaren o siebie i ich zaokrąglania się powstaje

mączka skalna, która wchodzi w skład gruntu jako cząstki pyłowe. Ziarna piaskowe,

cząstki pyłowe i iłowe są unoszone przez rzeki na znaczne odległości i odkładają się

stopniowo w miarę zmniejszania się prędkości wody. W górnym biegu rzeki osadza

się materiał najgrubszy i najcięższy (żwir, piasek gruby), w średnim biegu piaski

średnie, w dolnym biegu – piaski drobne i pyły. Transportowi podlega również

materiał pochodzący z erozji brzegów i dna rzeki. Cząstki iłowe i pyłowe są niesione

przez wodą aż do mórz gdzie osadzają się na dnie, tworząc grube pokłady ilasto-

pylastego mułu z przewarstwieniami piasków drobnych (powodzie).

Grunty akumulacji rzecznej

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C (spoiste)

Rodzaje gruntów Facja korytowa: P, Po, Ż Facja rozlewiskowa: Pg, πp, Gπ, Gπz

Stany gruntów Facja korytowa: szg, ln Facja rozlewiskowa: pl, mpl

Wytrzymałość Facja korytowa: średnia Facja rozlewiskowa: średnia/ mała

Odkształcalność Facja korytowa: średnia Facja rozlewiskowa: średnia/ duża

- grunty akumulacji jeziornej

Osady trzeciorzędowe (2,6-5,3 mln lat)

Symbol geologicznej klasyf. gruntu D

Rodzaje gruntów I, Iπ

Stany gruntów Zw, pzw, tpl

Wytrzymałość b. duża, duża

Odkształcalność średnia

Uwaga!! Grunty ekspansywne, bardzo podatne na zmiany wilgotności

Osady holoceńskie

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C(spoiste)

Rodzaje gruntów Pd, Pπ, πp, π, Gπ, Nm (warstwowane)

Stany gruntów Niespoiste: ln, szg Spoiste: mpl, pl

Wytrzymałość Niespoiste: mała, średnia spoiste: b. mała, średnia

Odkształcalność Niespoiste: średnia spoiste: b. duża, duża

- grunty akumulacji eolicznej

Utwory te powstają w wyniku działania wiatru. Są to wydmy i lessy.

Wydmy (piaski wydmowe) tworzą się na obszarach o silnym wywiewaniu: pustynie,

piaszczyste wybrzeża morskie oraz tarasy o szerokich dolinach rzecznych. Piaski

wydmowe mogą być przez wiatr przesypywane – wędrujące – przesuwając się po

terenach podmokłych mogą zanikać, gdyż piaski drobnoziarniste zawilgocone wodą

kapilarna nie podlegając ruchowi i pozostają na miejscu, przykrywając często

torowiska. Piaski wydmowe są w stanie luźnym w związku z tym są wrażliwe na

obciążenia dynamiczne powodujące ich zagęszczenie, a tym samym osiadanie

obiektów budowlanych przekazujących drgania.

Piaski wydmowe

Symbol geologicznej klasyf. gruntu -

Rodzaje gruntów Pd, Pπ

Stany gruntów bln, ln

Wytrzymałość Mała

Odkształcalność Bardzo duża

Lessy powstały przez wywiewanie cząstek pyłowych z obszarów niepokrytych

roślinnością w okresach polodowcowych i odkładanie ich w strefach zmniejszania się

sił wiatru, w warunkach klimatu suchego. Charakteryzują się duża porowatością, w

stanie suchym maja znaczną wytrzymałość, a po zamoczeniu ulegają rozmyciu, less

zamoczony pod fundamentem ulega dużym osiadaniom

Lessy

Symbol geologicznej klasyf. gruntu C

Rodzaje gruntów Π, πp, Pπ

Stany gruntów Pzw, tpl

Wytrzymałość Duża

Odkształcalność mała

Uwaga!! Grunty bardzo podatne na zmiany wilgotności

- grunty akumulacji bagiennej

Erozyjne działanie wiatrów oraz wymywanie przez wody opadowe powodują że

powierzchnia skorupy ziemskiej ulega stałym przeobrażeniom. Przemieszczające się

cząstki akumulowane są w bezodpływowych zagłębieniach terenu oraz na tarasach

rzecznych. Osady zastoiskowe reprezentowane są przez iły warwowe, muły jeziorne i

mady rzeczne. Muły jeziorne (szlam) tworzą na dnie jezior grube pokłady mułu na

przemian z warstwami pyłów, piasków pylastych i drobnoziarnistych, nanoszonych w

czasie zwiększonych dopływów wód do zbiornika. Utwory jeziorne charakteryzują się

warstwowaniem i duża zawartością węglanu wapnia (15-20%). Typowym

reprezentantem słodkowodnych osadów jeziornych są iły pstre (poznańskie)

pochodzące z okresu trzeciorzędowego. Oprócz cząstek mineralnych osadzają się w

znacznej ilości cząstki humusowe (>5%), powstają wtedy utwory organiczne –

namuły. Bezodpływowe zbiorniki wodne oraz stare łożyska rzek często zarastają i

zamieniają się w torfowiska. Miąższość warstw torfu i namułów na tarasach

zalewowych nie przekracza 4-5m, a na terenach jezior polodowcowych dochodzi do

kilkunastu metrów. Przedstawicielami osadów jezior i bagien o rozwiniętym życiu

organicznym jest gytia zawierająca 20-40% rozłożonej substancji organicznej oraz

ruda darniowa (żelaziak brunatny).

Osady akumulacji bagiennej

Symbol geologicznej klasyf. gruntu -

Rodzaje gruntów Nm, T, Gy (sapropel)

Stany gruntów -

Wytrzymałość Mała, bardzo mała, praktycznie zerowa

Odkształcalność Bardzo duża, praktycznie nieograniczona

3. Klasyfikacja gruntów w zależności od uziarnienia wg PN.

- Podział gruntów budowlanych ( część skorupy ziemskiej mogąca współdziałać z

obiektem budowlanym, stanowiąca jego element lub służąca jako tworzywo do

wykonywania z niego budowli ziemnych ):

Grunty antropogeniczne – grunt nasypowy, utworzony z produktów

gospodarczej lub przemysłowej działalności człowieka ( odpady komunalne,

pyły dymnicowe, odpady poflotacyjne) w wysypiskach, zwałowiskach,

budowlach ziemnych, wymagają w każdym przypadku indywidualnej oceny

ich budowlanej przydatności, w tym również oceny trwałości struktury,

wpływu procesów chemicznych

Grunty naturalne – jego szkielet powstał w wyniku procesów geologicznych,

frakcje iłową tworzą minerały ilaste (uwodnione glinokrzemiany warstwowe),

frakcje piaskową minerały kwarcowe, głównie ziarna kwarcu

- Podział gruntów naturalnych

Rodzime – powstały w miejscu zalegania w wyniku procesów geologicznych (

wietrzenie, sedymentacja w środowisku wodnym)

Nasypowe – nagromadzone przez człowieka, wizualnie obce w naturalnym

krajobrazie, np. w wysypiskach, zwałowiskach, zbiornikach osadowych,

budowlach ziemnych

- Podział gruntów nasypowych:

Nasyp budowlany (nB) – nasypy, którego rodzaj i stan odpowiada

wymaganiom budowli ziemnych lub podłoża pod budowle

Nasyp niebudowlany (nN) – nie spełniający warunku jw., nieregularne

wysypiska, zwałowiska o bezładnie niejednorodnej strukturze, z domieszkami

antropogenicznymi

- Podział gruntów rodzimych

Mineralne – zawartość części organicznych Iom jest równa lub mniejsza niż 2 %

Organiczne - zawartość części organicznych Iom jest większa niż 2%

- skaliste – grunt listy lub spękany o nieprzesuniętych blokach ( najmniejszy

wymiar bloku >10cm), próbki nie wykazują zmian objętości ani nie rozpadają

się (rozmakają) pod działaniem wody destylowanej, wytrzymałość na

ściskanie Rc>0,2 MPa

- nieskaliste – nie spełniające warunków jw.

- Podział gruntów organicznych nieskalistych

Grunty próchniczne(humusowe) (H) – zawartość części organicznych jest

wynikiem wegetacji roślinnej oraz obecności mikroflory i mikrofauny

Namuły (Nm) – powstałe na skutek osadzania się substancji mineralnych i

organicznych w środowisku wodnym:

namuły piaszczyste Nmp – właściwości gruntu niespoistego

namuły gliniaste Nmg – odpowiadające gruntom spoistym

Gytie (Gy) – namuły z zawartością węglanu wapnia >5%, których może

wiązać szkielet gruntu

Torfy (T) – powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji

części roślin, zazwyczaj Iom>30%

- Podział gruntów mineralnych nieskalistych

Kamieniste (K) – d50>40 mm

Gruboziarniste - d50≤40 mm oraz d90>2 mm

Drobnoziarniste –d90≤2 mm

- Podział gruntów gruboziarnistych

Żwir (Ż) – fi’≤2% i fk+fz>50%

Żwir gliniasty (Żg) - fi’>2% i fk+fz>50%

Pospółka (Po) - fi’≤2% i 50%≥fk+fz>10%

Pospółka gliniasta (Pog) - fi’>2% i 50%≥fk+fz>10%

- Podział gruntów drobnoziarnistych

Spoiste – wartość wskaźnika plastyczności Ip>1% lub w stanie wysuszonym

stałość kształtu bryłek przy naprężeniach >0,01MPa, minimalny wymiar bryłek

nie może być przy tym mniejszy niż 10-krotna wartość maksymalnej średnicy

ziaren

Niespoiste – nie spełniający wymagań gruntu spoistego

- piasek gruby (Pr)- zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,5mm wynosi

więcej niż 50 % (d50 > 0,5mm)

- piasek średni (Ps) – zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,5mm wynosi

nie więcej niż 50%, lecz zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,25mm

wynosi więcej niż 50 % (0,5mm≥d50>0,25 mm)

- piasek drobny (Pd) – zawartość ziaren o średnicy mniejszej niż 0,25 mm

wynosi więcej niż 50% (d50≤0,25mm)

- piasek pylasty ( Pπ) – fp’=68÷90% fπ’=10÷30% fi’=0÷2%

4. Klasyfikacja gruntów w zależności od uziarnienia wg EN

- podział gruntów na

Naturalne – osadzony w wyniku procesów naturalnych

Antropogeniczny – osadzony w wyniku działalności człowiek

- podział gruntów organicznych

uwzględnienie części organicznych – na udział substancji organicznej w gruncie

wskazują specyficzny zapach i barwa, ich intensywność pozwala ocenić proporcję

substancji organicznej do mineralnej

- podział gruntów gruboziarnistych o jednolitym uziarnieniu na: żwiry i piaski,

odpowiednio grube, średnie, drobne

- podzial gruntów drobnoziarnisty o jednolitym uziarnieniu na: pyły i iły, odpowiednio

grube, średnie, drobne

- zasady określania rodzaju gruntów gruboziarnistych, składających się z frakcji

głównych i drugorzędnych, na podstawie krzywej uziarnienia ( przedstawić przykład

oznaczania rodzaju gruntu)

W normie ISO nie eksponuje się podziału na grunty spoiste i niespoiste. Do gruntów niespoistych w

rozumieniu PN, według ISO zalicza się grunty gruboziarniste (żwiry i piaski) i grunty bardzo

gruboziarniste (kamienie, głazy i duże głazy). Żwiry i piaski dzielą się na grube, średnie i drobne. O

nazwie gruntu decyduje frakcja główna, tj. frakcja o przeważającej masie. Frakcją główną może być

żwir, jeśli w badanym gruncie przeważają w nim ziarna w przedziale średnic od 2 mm do 63 mm lub

może nią być np. żwir średni, jeśli dominują w nim ziarna w przedziale średnic od 6,3 mm do 20 mm.

Frakcję drugorzędną i ewentualnie kolejne podaje się w nazwie gruntu wówczas, gdy uznajemy, że

mogą one mieć wpływ na właściwości inżynierskie gruntu. Frakcje drugorzędne są umieszczane w

nazwie gruntu w drugiej kolejności ze spójnikiem „z” lub wyrazem „domieszka”. W oznaczeniach

literowych nazwy gruntu - odwrotnie, frakcje drugorzędne umieszcza się na początku, stosując małe

litery, a frakcję główną umieszcza się na końcu używając dużych liter. Poniżej przedstawiono kilka

przykładów nazw gruntu: żwir piaszczysty (saGr), żwir drobny z piaskiem grubym (csaFGr), piasek

gruby ze żwirem drobnym (fgrCSa), żwir z piaskiem średnim i domieszką pyłu (simsaGr). Jeśli w

gruncie występują dwie frakcje w przybliżeniu w równych proporcjach, pomiędzy odnośnymi

nazwami umieszcza się ukośnik, np. żwir/piasek Gr/Sa lub piasek drobny/piasek średni (FSa/MSa).

- zasady określania rodzaju gruntów o uziarnieniu mieszanym i gruntów drobnoziarnistych,

na podstawie krzywej uziarnienia oraz diagramu EN-ISO ( przedstawić przykład oznaczania

rodzaju gruntu)

5. Klasyfikacja gruntów w zależności od spoistości

Wskaźnik plastyczności Ip w % - różnica pomiędzy granicą płynności i granicą

plastyczności

Ip = wL – wp

Oznacza ile wody w % ( w stosunku do masy szkieletu) wchłania dany grunt przy

przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny.

- podział gruntów na niespoiste (ns) i spoiste ( ms, ss, zs, bs) przy uzyciu kryterium

uziarnienia i Ip

- przedstawić powyższe podziały na trojkącie Fereta

Nad różowym – bardzo spoiste

Nad niebieskim – zwięzło spoiste

Nad zielonym – średnio spoiste

Między zielonymi – mało spoiste

W czerwonym polu - niespoiste

6. Cechy fizyczne gruntów:

Gęstość właściwa szkieletu gruntowego – stosunek masy szkieletu

gruntowego do jego objętości

ms – masa szkieletu gruntowego w g

Vs – objętość szkieletu gruntowego w cm3

mg – masa kolby z gruntem wysuszonym w temp. 105÷110 ◦C w g

mwt – masa kolby wypełnionej do kreski na szyjce woda destylowaną w g

mwg – masa kolby z gruntem i wodą wypełniającą kolbę do kreski na szyjce w g

mt – masa kolby wysuszonej w temp. 105÷110 ◦C w g

Gęstość objętościowa - stosunek masy próbki gruntu do jej objętości (łącznie z

porami)

mm – masa próbki gruntu

V- objętość próbki

Gęstość objętościowa jest wielkością zmienną zależy od porowatości i

wilgotności gruntu.

Wilgotność gruntu – stosunek masy wody zawartej w próbce gruntu do masy

jej szkieletu gruntowego wyrażony w procentach

mw – masa wody

mmt – masa parowniczki z gruntem wilgotnym

mst – masa parowniczki z gruntem wysuszonym w temp. 105÷110 ◦C

mt – masa parowniczki

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego - stosunek masy szkieletu gruntu (masa ziaren i cząstek) w danej próbce do jej objętości pierwotnej (razem z porami). Wyznacza się ją ze wzoru:

gdzie: ms – masa próbki wysuszonej do stałej wagi w temperaturze 105 ÷ 110 °C, V – objętość próbki gruntu przed wysuszeniem, ρ – gęstość objętościowa gruntu, wn – wilgotność naturalna gruntu. Znajomość gęstości objętościowej szkieletu jest konieczna do obliczenia porowatości, wskaźnika porowatości i wskaźnika zagęszczania nasypów.

Porowatość – stosunek objętości porów zawartych w próbce gruntu do objętości próbki

Wskaźnik porowatości gruntu – stosunek objętości porów zawartych w próbce gruntu do objętości szkieletu gruntowego

Stopień wilgotności – stosunek objętości wody zawartej w próbce gruntu ( w

porach) do objętości porów, stopień wypełnienia porów przez wodę

Granica płynności – wilgotność w % jaka ma grunt na granicy stanu miękkoplastycznego i płynnego, przy której bruzda rozdzielająca próbkę w miseczce aparatu Casagrande’a złączy się po 25 uderzeniach miseczki na długości 10mm i wysokości 1mm

Granica plastyczności – wilgotność w % jaka ma grunt na granicy stanu twardoplastycznego i półzwartego, przy której wałeczek uformowany pęka w czasie wałeczkowania po osiągnięciu średnicy 3 m

Granica skurczu – wilgotność w % jaka ma grunt na granicy stanu półzwartego i zwartego, po osiągnięciu której pomimo wysychania nie zmienia swojej objętości

Wskaźnik plastyczności - określa plastyczne właściwości gruntu, wskazując ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny, a więc podając zakres wilgotności, w których grunt ma właściwości plastyczne.

Ip = wL – wp

Stopień plastyczności - stosunek różnicy wilgotności naturalnej danego gruntu i granicy plastyczności do różnicy granicy płynności i granicy plastyczności.

Wskaźnik konsystencji - różnicy granicy płynności i wilgotności naturalnej odniesiona do wskaźnika plastyczności

Stopień zagęszczenia - stosunek zagęszczenia występującego w stanie

naturalnym do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Zagęszczenie gruntu w stanie naturalnym określa się jako różnicę objętości próbki gruntu w stanie najbardziej luźnym Vmax i naturalnym V. Największym możliwym zagęszczeniem gruntu określa się różnicę objętości próbki gruntu w stanie najbardziej luźnym Vmax i najbardziej zagęszczonym Vmin.

Wilgotność optymalna – wilgotność przy której grunt ubijany w sposób

znormalizowany uzyskuje maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego

Wskaźnik zagęszczenia – miernik charakteryzujący jakość zagęszczenia gruntu wbudowanego w nasyp

ρdnas – gęstość objętościowa szkieletu gruntu w nasypie, ρds – maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntu( wilgotność optymalna)

7. Stan gruntów spoistych wg. PN i PN-EN:

Stopień plastyczności IL- stosunek różnicy wilgotności naturalnej danego gruntu i granicy

plastyczności do różnicy granicy płynności i granicy plastyczności

PL

Pn

Lww

wwI

wn- wilgotność naturalna

wP- granica plastycznośći

wL- granica płynności

W zależności od stopnia plastyczności i wilgotności naturalnej określa się stany gruntów spoistych.

Granica płynności wL- jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu miękkoplastycznego i

płynnego, przy której bruzda rozdzielająca próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrande’a złączy się

po 25 uderzeniach miseczki na długości 10mm i wysokości 1mm.

Granica plastyczności wP- jest to wilgotność jaką ma grunt na granicy stanu twardoplastycznego i

półzwartego, przy której wałeczek uformowany pęka w czasie wałeczkowania po osiągnięciu średnicy

3mm.

Wskaźnik konsystencji- wartość stosunku różnicy granicy płynności i wilgotności naturalnej do

wskaźnika plastyczności (wskaźnik plastyczności- różnica pomiędzy granicą płynności i plastyczności

pLP wwI )

p

LC

I

wwI

Klasyfikacja gruntów spoistych na podstawie wartości stopnia plastyczności

(wg PN-86 B-02480)

Stan gruntu Symbol Stopień plastyczności Wilgotność gruntu w stosunku do granicy

konsystencji

Zwarty Półzwarty

zw pzw

IL<0 IL≤0

w<ws ws<w≤wp

Twardoplastyczny Plastyczny Miękkoplastyczny

tpl pl

mpl

0<IL≤0,25 0,25<IL≤0,50 0,50<IL≤1,00

wp<w≤wL

Płynny pł 1,00<IL wL<w

Klasyfikacja gruntów drobnoziarnistych (pyłów i iłów) na podstawie wartości wskaźnika

konsystencji wg EN

Określenie Wskaźnik konsystencji IC

Płynna <0,25

Miękkoplastyczna od 0,25 do 0,50

Plastyczna od 0,50 do 0,75

Twardoplastyczna od 0,75 do 1,00

Zwarta i bardzo zwarta >1,00

Przedziały te mogą mieć charakter przybliżony, szczególnie w materiałach o małej plastyczności. Przy

danym wskaźniku konsystencji również wytrzymałość iłów może być niejednakowa. Zamiennie

można stosować stopień plastyczności.

8. Stan gruntów niespoistych wg PN i PN- EN

Zdefiniować stopień zagęszczenia wg PN i PN-EN

Stosunek zagęszczenia gruntu istniejącego w naturze do największego zagęszczenia możliwego do

uzyskania w warunkach laboratoryjnych.

ddd

dddnn

Dee

ee

VV

VVI

)(

)(

minmax

maxmin

minmax

max

minmax

max

emax- wskaźnik porowatości maksymalny obliczony dla gęstości objętościowej ρdmin przy najbardziej

luźno usypanym gruncie

emin- wskaźnik porowatości minimalny obliczony dla gęstości objętościowej ρdmax przy możliwie

największym zagęszczeniu

en- wskaźnik porowatości naturalnej

Klasyfikacja gruntów niespoistych na podstawie wartości stopnia zagęszczenia wg PN

Stan gruntu Symbol Stopień zagęszczenia

Luźny ln ID≤0,33

Średnio zagęszczony szg 0,33<ID≤0,67

Zagęszczony zg 0,67<ID≤0,80

Bardzo zagęszczony bzg ID>0,80

Klasyfikacja gruntów gruboziarnistych na podstawie wartości stopnia zagęszczenia wg PN-EN

Nazwa Stopień zagęszczenia ID [%]

Bardzo luźne od 0 do 15

Luźne od 15 do 35

Średnio zagęszczone od 35 do 65

Zagęszczone od 65 do 85

Bardzo zagęszczone od 85 do 100

9. Interpretacja krzywej uziarnienia

Przedstawić krzywą uziarnienia dla klasyfikacji gruntów wg PN i PN-EN

Wg PN

Wg PN i PN EN

Podać zasady określania rodzaju gruntów na podstawie krzywej uziarnienia wg PN

Wyznaczamy punkty przecięcia się krzywej uziarnienia z pionowymi prostymi rozgraniczającymi zakresy poszczególnych frakcji (średnicy 0,002 , 0,005 , 2 i 40 mm)

Sprawdzamy na podziałce (wyliczamy) procentową zawartość poszczególnych frakcji. Zawartość frakcji przyjęta jest jako kryterium klasyfikacji gruntów.

Ustalając rodzaj gruntu korzystamy z tabel, w których zestawiono rodzaje gruntów i odpowiadające im zawartości poszczególnych frakcji lub z graficznej konstrukcji w postaci trójkąta Fereta, na którym zestawiono grupę gruntów drobnoziarnistych. Dodatkowo podane są kryteria rozróżnienia piasków, żwirów i pospółek.

Podać zasady określania rodzaju gruntów na podstawie krzywej uziarnienia wg PN-EN

Wyznaczamy punkty przecięcia się krzywej uziarnienia z pionowymi prostymi rozgraniczającymi zakresy poszczególnych frakcji (średnicy 0,002 , 0,0063 , 2 i 63 mm)

Sprawdzamy na podziałce (wyliczamy) procentową zawartość poszczególnych frakcji. Zawartość frakcji przyjęta jest jako kryterium klasyfikacji gruntów.

Korzystamy z graficznej konstrukcji składającej się z trójkąta i diagramu. Na bokach trójkąta zaznaczono skalę zawartości frakcji: piaskowej, żwirowej i frakcji drobnoziarnistej, tj. łącznie frakcji pyłowej z iłową. Pod trójkątem znajduje się diagram, na którym zaznaczono obszary

gruntów drobnoziarnistych, służących do rozróżnienia gruntów wyszczególnionych w dowolnym obszarze na trójkącie.

Najpierw zaznaczamy ilości poszczególnych frakcji na trójkącie, a następnie przenosimy ten grunt na diagram według zawartości frakcji drobnoziarnistej (Si + Cl) i frakcji iłowej zredukowanej (Cl’)

Podać kryteria potencjalnej zagęszczalności gruntów

Domyślam się ze to o to chodzi, ale jeszcze dopytam się kogoś i dam znać ;)

PN

Wskaźnik różnoziarnistości

U= d60/d10

Wskaźnik krzywizny

C = (d30)2 / (d10 * d60)

równoziarniste 1≤U≤5 Piaski wydmowe, lessy

różnoziarniste 5<U≤15 Gliny holoceńskie

bardzo różnoziarniste U>15 Gliny morenowe

C=1-3 – grunt dobrze uziarniony

PN-EN

Wskaźnik różnoziarnistości

CU = d60/d10

Wskaźnik krzywizny

CC = (d30)2 / (d10 * d60)

Przedstawić przykład określania wartości wskaźników różnoziarnistości i krzywizny na podstawie

kształtu krzywej uziarnienia

d60=0,35mm

d30=0,05mm

d10=0,007mm

wg. PN

U=0,35/0,007=50 => grunt bardzo różnoziarnisty

C=0,052 / (0,35 * 0,007)= 1,02 => grunt dobrze uziarniony

Wg PN- EN

CU=0,35/0,007=50 => grunt wielofrakcyjny

CC=0,052 / (0,35 * 0,007)= 1,02

Podać wymagane wartości w/w współczynników wskazujących na grunt potencjalnie zagęszczalny

Grunty łatwo zagęszczalne

C=1-3

U > 4 (żwiry)

U > 6 (piaski)

Podać przykład określania wartości współczynnika filtracji na podstawie kształtu krzywej

uziarnienia

Ze wzoru Hazena (do obliczania współczynnika filtracji k piasków)

k = c * d102

d10=0,037mm

d60=0,15mm

U=0,15 / 0,037 = 4,05

c- współczynnik zależny od U

U=1 => c=0,0139

U=2-4 => c=0,00925

U=5 => c=0,00463

k=0,00925* 0,0372=1,27 * 10-5 [m/s]

11. Woda w podłożu gruntowym:

- w postaci pary - związana: silnie związana – higroskopijna słabo związana – błonkowata - wolna gruntowa wskąkowa - kapilarna (włoskowata_ - w stanie stałym - krystalizacyjna i chemicznie związana

a) Definicje

- woda adsorpcyjna (higroskopijna) – silnie połączona z powierzchnią cząstek gruntowych. Nie może

działaś rozpuszczająco, przechodzić z jednej cząstki na drugą oraz przekazywać ciśnienia

hydrostatycznego

- woda błonkowata - powstaje w strefie aeracji wokół pojedynczych ziaren skalnych, które już

osiągnęły maksymalną higroskopijność. Nie wypełnia porów i szczelin całkowicie, a otula cieniutką

błoną ziarna skały. Woda adhezyjna nie bierze udziału w podziemnym krążeniu wód. Nie podlega sile

ciężkości, nie przenosi ciśnienia, ma ograniczoną zdolność rozpuszczania.

- woda wsiąkowa (infiltracyjna) – pochodzi z opadów, przesącza się przez całą strefę aeracji do strefy

saturacji pod wpływem sił ciężkości

- wody właściwe – stanowią ciągły poziom wodonośny, występują na większej głębokości i zalegają

na znacznym obszarze. Są oddzielone od powierzchni terenu strefą aeracji, nieraz znacznej

miąższości.

- woda wolna (swobodna) – gruntowa, występuje w podziemnych nieckach i łożyskach wypełnionych

żwirami i piaskami. Zasilana jest przesiąkającą wodą deszczową, infiltracją wód powierzchniowych z

otwartych zbiorników wodnych rzek oraz kondensacją pary wodnej, znajdującej się w porach

gruntów.

- woda naporowa - woda podziemna znajdująca się pod ciśnieniem hydrostatycznym, w przypadku

której położenie zwierciadła jest wymuszone przez układ nieprzepuszczalnych warstw skalnych. Po

nawierceniu warstwy wody naporowej, następuje samoczynny wypływ wody na powierzchnię terenu

(wody artezyjskie) lub zwierciadło wody podnosi się, ale pozostaje ona pod powierzchnią terenu

(wody subartezyjskie).

(*strefa aeracji – napowietrzania, występuje między powierzchnią terenu, a zwierciadłem wody podziemnej; strefa saturacji – nasycenia wodą, występuje poniżej zwierciadła wody gruntowej)

b) spadek hydrauliczny

Spadek hydrauliczny I – różnica wysokości hydraulicznej (H) miedzy dwoma punktami na jednej linii

prądu (na kierunku maksymalnego spadku) w warstwie wodonośnej, przypadająca na jednostkowo

odległość miedzy tymi punktami (L) L

HHI

Średni spadek hydrauliczny – spadek wysokości hydraulicznej w kierunku prostopadłym do

powierzchni przekroju przypadający na jednostkę drogi filtracji

Pojęcie spadku hydraulicznego wykorzystywane jest najczęściej w hydrologii i hydrogeologii.

Stosowane jest głównie przy opisie ruchu wód w strefie przypowierzchniowej płytkich gruntów. W

Schemat występowania

różnych rodzajów wód w

gruncie:

1 – woda opadowa

przesiąkająca

2 – cząstka gruntu

3 – powietrze, para wodna

lub CO2

4 – woda związana

higroskopowa i błonkowata

5 – woda włoskowata

zawieszona

6 – woda włoskowata

zamknięta

7 – woda gruntowa

hydrodynamice podziemnej pojęcie spadku hydraulicznego jest niezbyt często używane, gdyż w jego

miejsce stosuje się pojęcie ciśnienia.

c) prawo Darcy dla gruntów niespoistych i spoistych

d) ruch wody w gruncie – pory w gruncie są połączone, więc przepływ wody możliwy jest nawet w

najbardziej zagęszczonych gruntach naturalnych. W próbce gruntu woda może przepływać z punktu A

do punktu B, jednakże nie po linii prostej i ze stałą prędkością, lecz od poru do poru po krzywej

e) współczynnik filtracji

(*Filtracja jest to zdolność cieczy (wody) do przesączania się przez ośrodek porowaty. Filtracja zależy od właściwości fizycznych wody i ośrodka porowatego. Zdolność gruntu do przepuszczania wody systemem połączonych porów nazywa się wodoprzepuszczalnością. Zdolność te wyraża współczynnik filtracji k. Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate. Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych)

- metody oznaczania

w aparacie stałego naporu – dla gruntów niespoistych

w aparacie zmiennego naporu – dla gruntów spoistych

na podstawie uziarnienia i porowatości gruntów niespoistych (metoda wzorów

empirycznych) – wartości orientacyjne

obliczeniowe z wykorzystaniem wzorów empirycznych

laboratoryjne

polowe

- metody oznaczania na podstawie kształtu krzywej uziarnienia

Doświadczalne badania współczynnika filtracji doprowadziły do stwierdzenia jego zależności do granulometrycznego składu skały, porowatości i temperatury wody. Na tej podstawie opracowano szereg wzorów empirycznych. Dają one jednak wartości przybliżone. Z tego powodu stosuje się je we wstępnych etapach badań hydrogeologicznych, kiedy chodzi o orientacyjne ustalenie warunków filtracji. Ponadto wzory empiryczne nie są uniwersalne. Zastosowanie każdego z nich ograniczone jest o grupy skał o określonych cechach uziarnienia, jak wielkości ziaren, średnica miarodajna, współczynnik nierównomierności uziarnienia. W celu oznaczenia współczynnika filtracji konieczne jest wykonanie analizy granulometrycznej i w większości przypadków oznaczenia porowatości. Te zabiegi przeprowadzane są na próbkach wydobytych z warstwy wodnościowej, a wiec znajdujących się już w innych warunkach. Wzory empiryczne nie uwzględniają naturalnych warunków, przede wszystkim ciśnienia i ułożenia ziarn, które bez wątpienia wpływają na warunki filtracji. Nic wiec dziwnego że wartości uzyskane za pomocą wzorów empirycznych odbiegają od rzeczywistych, niekiedy różnice dochodzą do 40%.

- metody oznaczania na podstawie kształtu krzywej uziarnienia przykład

Zasadą metody jest wykonanie analizy granulometrycznej gruntu w celu uzyskania krzywej

uziarnienia, z której odczytuje się średnice miarodajne (efektywne, zastępcze). Średnica miarodajna

jest wielkością, na podstawie której określa się - poprzez wzory empiryczne - wartość współczynnika

filtracji. Niżej podane wzory wymagają uprzedniego wykonania analizy granulometrycznej, a niektóre

z nich ponadto oznaczenia porowatości.

Wzór Hazena

gdzie: C - empiryczny współczynnik zależny od nierówności uziarnienia, – średnica miarodajna ziarn w mm, t – temperatura wody w stopniach . Wzór Slichtera

gdzie: średnia miarodajna w mm, m – współczynnik liczbowy zależny od porowatości, – współczynnik lepkości wody Wzór amerykański

cm/s

gdzie: średnia zastępcza (w mm) odpowiadająca 20% ziarn w krzywej sumowania. - przykładowe wartości współczynnik filtracji dla różnych gruntów

12. Wpływ wody gruntowej na szkielet gruntu

a) ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem wyporu wody

b) ciężar objętościowy gruntu w stanie pełnego nasycenia

c) ciężar objętościowy z uwzględnieniem ciśnienia spływowego

(n – porowatość, ps – ciśnienie spływowe, γw – ciężar właściwy wody, ms – masa szkieletu

gruntowego, Vs – objętość szkieletu gruntowego, g – przyspieszenie ziemskie)

d) naprężenie efektywne

Naprężenie efektywne (σ') – w geotechnice i mechanice gruntów jest miarą nacisku przenoszonego przez szkielet ziarnowy (zbiór stykających się ziaren), co określa wytrzymałość gruntu na ścinanie. Naprężenie efektywne nie może być mierzone bezpośrednio, lecz może być obliczone jako różnica całkowitego naprężenia (σ) i ciśnienia porowego (u)

bardziej rozwinięta wersja:

e) ciśnienie spływowe

f) wyparcie gruntu

g) przykłady obliczania ciężaru objętościowego z uwzględnieniem ciśnienia spływowego w

zróżnicowanych warunkach gruntowo-wodnych

h) krytyczny spadek hydrauliczny

i) sufozja

j) przebicie hydrauliczne

k) filtr odwrotny

Część II

1. Pionowe i poziome naprężenia statyczne w zróżnicowanych warunkach gruntowych.

Naprężenie pierwotne pionowe, naprężenie geostatyczne to naprężenie powstające

w gruncie od ciężaru wyżej leżących warstw.

Naprężenie pierwotne na paziomie z wyraża się wzorem:

z =n

i=1 i × hi

i = ciężar objętościowy gruntu w każdej wartswie

i = liczba warstw

hi = miąższość

Naprężenie pierwotne poziome

Wzór :

x=y = Ko × z

Ko – współczynnik rozporu bocznego (niemianowany)

z – pionowe naprężenie pierwotne (bytowe) w danym punkcie [kPa]

Współczynnik parcia spoczynkowego:

Do określenia poziomego naprężenia stosuje się współczynnik parcia gruntu K, który jest

określany jako stosunek naprężenia poziomego do naprężenia pionowego (K = σh'/σv') przy

założeniu, że naprężenie poziome jest w każdym punkcie w grucie wprost proporcjonalne do

naprężenia pionowego. K zależy od parametrów mechanicznych gruntu oraz jego

wcześniejszych obciążeń.

Ciśnienie spływowe :

Przy ruchu wody w gruncie powstaje opór tarcia wody o cząstki gruntowe. Na pokonanie

tego oporu musi być zużyta hydrauliczna różnica ciśnień wody, działających przednią i tylną

ścianę rozpatrywanego elementu gruntu.

Siła ciśnienia wody wywierana na cząstki gruntowe zawarte w jednostce objętości wynosi :

Ps = i*w

i – spadek hydrauliczny

w – ciężar objętościowy wody

Siłę tę nazywamy ciśnieniem spływowym(hydrodynamicznym).

Kierunek działania tej siły jest styczny do linii przepływu, jest to siła objętościowa i ma miano

kN/m3.

Ciężar objętościowy z uwzględnieniem ciśnienia spływowego.

W przypadku przepływu wody przez grunt należy przy obliczaniu ciężaru objętościowego

gruntu ” uwzględniać działanie ciśnienia spływowego, a biorąc pod uwagę, że grunt znajduje

się pod wodą, stosuje się ’:

” = ’ +/- ps

Znak „+” odnosi się do przypadku przepływu wody w dół, znak „- ‘ do przypadku przepływu wody do w góry.

2. Naprężenia efektywne

Naprężenie efektywne (σ') – w geotechnice i mechanice gruntów jest miarą nacisku

przenoszonego przez szkielet ziarnowy (zbiór stykających się ziaren). Naprężenie efektywne

nie może być mierzone bezpośrednio, lecz może być obliczone jako różnica całkowitego

naprężenia (σ) i ciśnienia porowego (u)

3. Naprężenia w podłożu od obciążenia zewnętrznego.

Zagadnienie zostało rozwiązane przez Boussinesqa jak dla półprzestrzeni sprężystej jednorodnej izotropowej, bez uwzględnienia ciężaru własnego ośrodka przy założeniu prostoliniowego, radialnego rozkładu naprężeń.

HIPOTEZA BOUSSINESQA Naprężenia w podłożu gruntowym rozkładają się jak w półprzestrzeni sprężystej w oparciu o następujące założenia :

1) podłoże gruntowe stanowi półprzestrzeń ograniczoną od góry płaszczyzną , a nie ograniczoną w pozostałych kierunkach

2) grunt jest materiałem izotropowym , a więc mającym jednakowe własności we wszystkich kierunkach oraz materiałem nieważkim (γ = 0)

3) przyjmuje się w praktyce zależność liniową między naprężeniami i odkształceniami a wiec obowiązuje prawo Hooka

4) obowiązuje zasada superpozycji , a zatem sumują się naprężenia od działania różnych obciążeń

5) sposób przyłożenia obciążenia zgodnie z zasadą Saint – Venanta wpływa na rozkład naprężeń tylko w bliskim sąsiedztwie miejsca przyłożenia obciążenia W przypadku działania obciążenia ciągłego można posługiwać się teorią Boussinesqa stosując zasadę superpozycji. Obszar obciążony dzieli się na mniejsze elementy, w srodku elementów przykłada się zastępcze siły skupione. Dostateczną dla celów praktycznych dokładność uzyskuje się, gdy spełniony jest warunek Ri >=2Li, gdzie Li jest długością każdego wydzielonego elementu.

Naprężenia pionowe normalne wyznacza się ze wzoru

Metoda punktów narożnych umożliwia wyznaczanie naprężenia pionowego oraz sumy naprężeń głównych pod narożem prostokątnego obciążonego obszaru według wzorów:

- współczynnik wyznaczany z nomogramu w zależności od stosunku L:B (długość obszaru obciążonego do jego szerokości) oraz od stosunku z:B (zagłębienie punktu poniżej powierzchni do szerokości) q – obciążenie ciągłe W przypadku potrzeby wyznaczenia naprężenia nie pod narożem, lecz w dowolnym punkcie ośrodka, stosuje się zasadę superpozycji.

4. Wytrzymałość gruntów na ścinanie. Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu względem pozostałej. Poślizgi mogą być jedopowierzchniowe i strefowe. W każdym przypadku warunkiem wystąpienia poślizgu jest osiągnięcie przez naprężenie styczne wartości naprężenia stycznego ścinającego: | =

-naprężenie styczne, – opór gruntu w chwili ścięcia

Dla gruntów spoistych wzór ma postać:

=

Dla gruntów nie spoistych: = ; c=0

Gdzie :

ó ę ł ęż

ą ę

ó ó ś

Kąt tarcia wewnętrznego – opór gruntu powstały wskutek tarcia suwnego i obrotowego nazywamy oporem tarcia wewnętrznego. Zależy od wymiaru i kształtu ziarn, ich wzajemnej odległości, naprężeń efektywnych. Spójność – za spójność właściwą gruntu można przyjąć, ciśnienie wewnątrzstrukturalne, wynikające z sił wzajemnego przyciągania się cząstek gruntowych, zrównoważonego przez reakcję sił odpychających w warunkach zakończonej konsolidacji gruntu przy danym obciążeniu konsolidacyjnym. Zależy od liczby cząstek w jednostce objętości, liczby kontaktujących się cząstek na jednostce powierzchni ścinania i odległości między nimi. Grunty sypkie mają spójność bliską 0 wraz ze wzrostem cząstek iłowych spójnośc wzrasta. Badania laboratoryjne wykonuje się w aparatach bezpośredniego ścinania lub trójosiowego ścinania. W aparacie bezpośredniego ścinania próbkę gruntu o grubości ok. 1,5cm umieszcza się w dwu leżących nad sobą skrzynkach z filtrami, następnie konsoliduje się próbkę pod naciskiem pionowym Q i ścina powoli (0,05mm/min) przykładając siłę poziomą T, stopniowo wzrastając do Tf. Wyniki badań nanosi się na wykres ( ), prosta przechodząca przez trzy punkty z odchyłką nie

większą niż 10% od może być przyjęta za prostą Coulomba w przeciwnym wypadku należy

dodatkowo zbadać dwie próbki i zastosować metodę najmniejszych kwadratów. Wady: -niemożność pomiaru ciśnienia -nierównomierny rozkład naprężeń stycznych i normalnych -jednoosiowy stan odkształcenia próbki, który nie odpowiada warunkom rzeczywistym -miejscowe zaklinowanie ziarn, co zwiększa mierzony opór Badania w aparacie trójosiowym : Stosuje się próbki gruntu kształtu cylindrycznego o wysokości co najmniej dwukrotnie większej niż średnica. Po wycięciu naciąga się na nią szczelną pochewkę gumową łącząc próbkę z dolnym filtrem i górnym filtrem. Po ustawieniu klosza wpuszcza się do niego wodę, którą następnie spręża się do roboczego ciśnienia . Robocze ciśnienie przyjmuje się odpowiednio do warunków pracy gruntu pod budowlą. Po wstępnej konsolidacji (lub de konsolidacji i nasyceniu wodą) przeprowadza się ścinanie, dając dodatkowy pionowy nacisk q od góry, który zwiększa się do chwili przezwyciężenia oporu ściskania gruntu; łączny maksymalny nacisk oznaczamy jako . metoda Q (quick) lub UU (unconsolidated undrained) - polega na ścinaniu próbki bez wstępnej konsolidacji oraz bez odpływu wody z próbki w czasie badania. Badania tą metodą przeprowadza się, gdy badany grunt będzie przenosił obciążenia od budowli dla której obciążenia użytkowe stanowią

ponad 70% obciążeń całkowitych np.: silosy, zbiorniki oczyszczalni ścieków itp. W czasie badania najczęściej nie prowadzi się pomiarów ciśnienia porowego wody w próbce. Na podstawie badań wyznacza się parametry wytrzymałościowe (Φuoraz cu) w oparciu o naprężenia całkowite. • metoda S (slow) lub CD (consolidated drained) - polega na powolnym ścinaniu próbki wstępnie skonsolidowanej z odpływem wody z próbki w czasie badania (u=0). Metodę tą stosuje się, gdy przewidywane obciążenie użytkowe budowli nie przekracza 30% obciążenia całkowitego, a czas budowy jest dostatecznie długi do uzyskania pełnej konsolidacji podłoża, co najczęściej zdarza się dla gruntów o większej przepuszczalności (k>10–3cm/s). • metoda R lub CU (consolidated undrained) - polega na ścinaniu próbki wstępnie skonsolidowanej lecz bez odpływu wody z próbki w trakcie badania. Metodę stosuje się, gdy obciążenie użytkowe budowli stanowi od 30 do 70% obciążenia całkowitego, w praktyce warunki takie występują, gdy po powolnym wznoszeniu obiektu budowlanego wprowadza się obciążenie użytkowe w stosunkowo krótkim czasie. W trakcie badań prowadzi się pomiar ciśnienia porowego wody w próbce, a parametry wytrzymałościowe wyznacza się dla naprężeń całkowitych (Φuoraz cu) lub naprężeń efektywnych (Φ’oraz c’) Wartość kąta tarcia wewnętrznego gruntów niespoistych zawiera się w granicach od około 29do ponad 40 stopni, zaś gruntów spoistych od około 4 do 25 stopni. Przeciętne wartości kohezji zawierają się zakresie od 5 kPa do 60 kPa. Rzeczywiste wartości parametrów wytrzymałościowych dla konkretnych gruntów mogą się nieznacznie różnić od podanych wyżej wartości orientacyjnych. Wykres obciążenie – przemieszczenie: Nośność podłoża Naprężenie graniczne to teoretyczne maksymalne naprężenie, które może być przenoszone przez grunt bez jego zniszczenia.

I stan graniczny

Jest ona maksymalnym średnim obciążeniem przyłożonym na granicy pomiędzy fundamentem a

gruntem, które nie powoduje uplastycznienia gruntu, zwanym oporem granicznym.

Dopuszczalne obciążenie to opór graniczny pomnożony przez współczynnik bezpieczeństwa.

Warunek I stanu granicznego:

II stan graniczny

Na terenie charakteryzującym się gruntem o znacznej ściśliwości (np. torfy) pod obciążonymi

fundamentami mogą pojawić się znaczne osiadania bez uplastycznienia. W takich przypadkach dla

ustalenia maksymalnej nośności bierze się pod uwagę maksymalne dopuszczalne odkształcenie.

Warunek II stanu granicznego:

gdzie:

[S] − przemieszczenia lub odkształcenia (osiadania, przechylenie, odkształcenie konstrukcji)

[S]dop − maksymalne dopuszczalne przemieszczenia lub odkształcenia

Czynniki mające wpływ na nośność podłoża:

Wzór na nośność podłoża pod fundamentem :

B – mniejszy wymiar fundamentu L – większy wymiar fundamentu

Dmin – głębokość posadowienia

c – obliczeniowa wartość spójności gruntu bezpośrednio pod poziomem posadowienia Czynniki wpływające na nośność podłoża: - warunki gruntowe ( rodzaj gruntów, parametry wytrzymałościowe , stan gruntów, układ warstw) - wymiary fundamentu (B,L – im większe tym większa nośność) - głębokość posadowienia - warunki wodne - układ sił działających na fundament Ściśliwość gruntów

- ściśliwością – nazywamy zdolność gruntu do zmniejszania objętości pod wpływem przyłożonego obciążenia wskutek wzajemnego przesunięcia się cząstek gruntu względem siebie i zmniejszenie odległości między cząstkami, za miarę ściśliwości gruntu przyjęto moduł ściśliwości M0 w MPa. Jest to w pewnej mierze odpowiednik modułu sprężystości ciał sprężystych. - konsolidacja – proces równoczesnego zmniejszania się zawartości wody i objętości porów w gruncie po zaistnieniu przyrostu naprężeń, bezpośrednio po zwiększeniu obciążenia gruntu cały przyrost nacisku przejmuje woda w porach gruntu jako nadciśnienie, a przyrost naprężeń efektywnych jest znikomy. W miarę upływu czasu nadciśnienie w wodzie maleje wskutek odpływu wody poza strefę obciążoną, następuje przyrost naprężeń efektywnych w szkielecie gruntowym. - enometryczne moduły ściśliwości – są miarą ściśliwości gruntu pierwotnej i wtórnej

M0 – moduł ściśliwości pierwotnej [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu zdolności gruntu do zmniejszenia objętości na skutek przyłożonego obciążenia M – moduł ściśliwości wtórnej [kPa]. Jego badanie polega na wykorzystaniu przyrostu objętości po zmniejszeniu obciążenia. Wyznaczamy go z wtórnej krzywej ściśliwości. Badanie wykonuje się w edometrach, w których próbka znajduje się w metalowym pierścieniu. Poprzez to próbka nie ma możliwości rozszerzenia się na boki w związku z tym obciążenie wywierane na próbkę powoduje tylko odkształcenie pionowe (zmiana wysokości Warunki pomiaru: badania ściśliwości gruntu w edometrach przeprowadza się zabezpieczając próbkę przed wysychaniem za pomocą gumowej osłony, próbki gruntu obciąża się stopniowo zwiększając każdorazowo obciążenie dwukrotnie w stosunku do poprzedniego, przy odciążaniu każdorazowo zmniejsza nacisk również dwukrotnie, po każdej zmianie obciążenia przeprowadza się odczyt na czujnikach w celu obserwacji zmian grubości próbki.

Krzywe konsolidacji

Kryterium sztywności fundamentu:

Fundamenty sztywne:

-nie odkształcają się

-mogą tylko ulegać przemieszczeniom -wszystkie elementy takiego fundamentu pracują na ściskanie -opór gruntu pod fundamentami sztywnymi jest zbliżony do liniowego (mogą być sztywne w jednym kierunku np.ławy) -przekazują obciążenie na podłoże bez własnego odkształcenia. Podstawa zachowuje kształt

pierwotny, przy obciążeniach pionowych symetrycznie rozłożonych, odkształcenia podłoża pod całą

podstawą fundamentu są jednakowe, o ile podłoże jest w miarę jednorodne

Definicja enometrycznych modułów ściśliwości: Moduł pierwotnego (ogólnego) odkształcenia gruntu – M0 – jest to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego do przyrostu całkowitego odkształcenia ∆ względnego mierzonego w kierunku działania (jednoosiowy stan naprężeń).

Przykładowe wartości edometrycznych modułów ściśliwości pierwotnej (PN) : M0 – (Pd 40 – 140 Mpa, Pr, Ps 55 – 205 Mpa w zależności od ID,

spoiste grupa A 60 – 20 Mpa w zależności od IL) - przebieg zjawiska konsolidacji był już omówiony, przy definicji

Czynniki mające wpływ na zjawisko konsolidacji : - stopień nasycenia gruntu przez wodę - poziom zwierciadła wody gruntowej - porowatość gruntu - stopień zagęszczenia dla gruntów niespoistych

- stopień plastyczności i przeszłość geologiczna dla spoistych - współczynnik filtracji danego gruntu - przyrost obciążeń w czasie - ściśliwość gruntu Zasady określania wartości wielkości potrzebnych do określania wartości enometrycznych modułów ściśliwośći, wpływ naprężeń :

12. Osiadanie podłoża: - obszary zastosowań :

- założenia obliczeń osiadań podłoża Fundament jest idealnie sztywny, grunt jest sprężysty,osiadanie jest proporcjonalne do wartości naprężenia i odwrotnie proporcjonalne do enometrycznych modułów ściśliwości -kryterium sztywności było - wzory na obliczanie osiadań

- wzory na obliczanie naprężeń pierwotnych, wtórnych i dodatkowych :

- kryterium określania strefy aktywnej

-interpretacja osiadanie jest proporcjonalne do wartości naprężenia i odwrotnie proporcjonalne do edometrycznych modułów ściśliwości

13. Parcie gruntu

- wzory na współczynniki parcia spoczynkowego czynnego i biernego

Poziome parcie spoczynkowe gruntu K0 jest naprężenie poziomym in situ i może być

mierzone za pomocą presjometru Menarda. Najczęściej jednak określane jest za pomocą

zależności empirycznej na podstawie kąta tarcia wewnętrznego ф.Dla normalnie

skonsolidowanych gruntów jest to:

- wzory na jednostkowe parcie spoczynkowe, czynne, bierne dla gruntu niespoistego i

spoistego

- grunt niespoisty

- grunty spoiste

- wyznaczanie jednostkowego parcia spoczynkowego

- przykładowy wykres parć dla podłoża uwarstwionego

14. Stateczność skarp i zboczy zagrożonych osuwiskiem Definicja osuwiska

- założenia metod przybliżonych

Metoda Felleniusa

Obecność wody wpływa negatywnie na stateczność zbocza 15. Stateczność skarp i zboczy zagrożonych zsuwem

Zagadnienia z mechaniki gruntów:

Część III

1. Nośność podłoża według PN:

- Warunek obliczeniowy pierwszego stanu granicznego (PN - B 03020 str.10)

Wartość obliczeniowa działającego obciążenia powinna spełniać warunek

, gdzie

- obliczeniowy opór graniczny podłoża gruntowego przeciwdziałający obciążeniu w kN

m- współczynnik korekcyjny

0,9- gdy stosuje się rozwiązanie teorii granicznych stanów naprężeń

0,8- gdy przyjmuje się kołowe linie poślizgu w gruncie

0,7 – gdy stosuje się inne bardziej uproszczone metody obliczeń

0,8-przy obliczaniu oporu na przesunięcie w poziomie posadowienia lub w podłożu

gruntowym

UWAGA! Przy stosowaniu metody B lub C oznaczania parametrów geotechnicznych, wartość

współczynnika „m” należy zmniejszyć mnożąc przez 0,9

- Rodzaje I stanu granicznego (PN - B 03020 str.10)

a) wypieranie podłoża przez pojedynczy fundament lub przez całą budowlę

b) usuwisko albo zsuw fundamentów lub podłoża wraz z budowlą

c) przesunięcie w poziomie posadowienia fundamentu lub w głębszych warstwach podłoża

- Czynniki wpływające na nośność podłoża ( Gruntoznawstwo budowlane J. Jeż str.139)

Nośność podłoża jest zdolnością gruntu do przenoszenia obciążeń, jakim ten grunt podlega.

Rodzaj podłoża

Układ warstw geotechnicznych

Stopień zagęszczenia lub plastyczności

Kształtu i głębokości posadowienia fundamentów

Właściwości wytrzymałościowe gruntu

Rodzaju i cech konstrukcji

Charakteru oddziaływań obciążeń

- Zasady obliczania nośności ław i stóp fundamentowych

1. Na podstawie charakterystyki geologicznej i wyników badań należy podzielić podłoże na warstwy

geotechniczne i dla każdej warstwy ustalić niezbędne parametry.

2. Należy zebrać obliczeniowe wartości obciążeń w poziomie posadowienia

gdzie, x jest ramieniem działania siły poziomej

3. W obliczeniach należy uwzględnić najniekorzystniejsze zestawienie oddziaływań budowli od

obliczeniowego obciążenia stałego i zmiennego, ciężaru własnego i parcia gruntu, wyporu ciśnienia

spływowego wód gruntowych, obciążeń od sąsiednich fundamentów.

4. Ławy fundamentowe obliczamy na 1 m długości

5. Dla ław fundamentowych zakładamy nieskończoną długość dlatego współczynniki kształtu są

równe „1”

6. Obliczenia dla stóp fundamentowych należy przeprowadzić w dwóch kierunkach B oraz L

- Wzór na nośność podłoża (opisać wszystkie wielkości)

gdzie:

– Wymiary fundamentu

- głębokość posadowienia, mierzona od najniższego poziomu terenu.

,

– Współczynniki kształtu fundamentu UWAGA: Zawsze B <=L

- Współczynniki nośności wyznaczone w zależności od

Uwaga! - obliczeniowa wartość kąta tarcia wewnętrznego

gruntu poniżej poziomu posadowienia

- Obliczeniowa wartość spójności gruntu zalegającego bezpośrednio poniżej poziomu

posadowienia

- Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów powyżej poziomu posadowienia

- Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów poniżej poziomu posadowienia do

głębokości równej B

- zasady obliczania nośności podłoża fundamentów obciążanych mimośrodowo

Gdy mam do czynienia z fundamentami obciążonymi mimośrodowo wzór na nośność podłoża

przybiera następującą postać:

gdzie:

– Wymiary fundamentu zredukowanego

- Wielkość wymiarów zredukowanych

gdzie:

- mimośród działania obciążenia odpowiednia w kierunki równoległym do szerokości B i

długości L podstawy.

- zasady obliczania nośności podłoża fundamentów obciążanych siłą poziomą

– współczynniki wpływu nachylenia wypadkowego obciążenia wyznaczone z nomogramów

w zależności od

- Kąt nachylenia wypadkowej obciążenia

- zasady obliczania nośności podłoża z warstwą słabszą w podłożu

Za warstwę słabszą uznajemy taką której kąt tarcia wewnętrznego jest mniejszy.

Gdy w podłożu występuje słabsza warstwa geotechniczna na głębokości mniejszej niż 2B poniżej

posadowienia fundamentu wtedy warunek należy sprawdzić również w podstawie

zastępczego fundamentu.

Dla gruntów spoistych: Dla gruntów niespoistych:

przy

przy

przy

przy

Do obliczeni nośności podłoża używamy wzoru

Jednak należy uwzględnić

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów warstwy słabszej

- Przyjmujemy dla warstwy słabszej

Uwaga! W dr inż. S. Janinskiego używanie symbolu Cu do opisu spójności gruntu jest nie na miejscu

ponieważ symbol u zarezerwowany jest dla badania CC (szybkie ścianie) w aparacie trójosiowego

ściskania.

2. Nośność podłoża według PN-EN

- Warunek obliczeniowy stanu GEO (Geotechnice- geotechniczny)

GEO- zniszczenie albo nadmierne odkształcenie podłoża, gdy wytrzymałość gruntu lub skały jest

decydująca dla zapewnienia nośności.

gdzie,

Ed - Wartość obliczeniowa efektu oddziaływań

Rd – Wartość obliczeniowa oporu przeciwko oddziaływaniom

- Ogólny opis procedur obliczeniowych

1. Zebranie oddziaływań charakterystycznych

2. Określenie podejścia projektowego

3. Obliczenie oddziaływań reprezentatywnych (Ѱ – współczynniki uwzględniające

prawdopodobieństwo równoczesnego oddziaływania)

4. Obliczenie oddziaływań obliczeniowych

5. Określenie wartości obliczeniowych parametrów geotechnicznych

6. Wyznaczenie mimośrodów i sprawdzenie czy nie przekraczają maksymalnych

7. Sprawdzenie nośności podłoża

8. Sprawdzenie nośności na przesuw

9. Sprawdzenie występowania warstwy słabszej

- Ogólny opis zastosowania podejść obliczeniowych

Dla sprawdzenia czy nie wystąpi stan graniczny zniszczenia lub nadmiernego

odkształcenia, należy stosować określone kombinacje zestawów współczynników częściowych w

trzech podejściach obliczeniowych.

Decyzje, które podejście obliczeniowe obowiązuje w danym kraju, podejmuje lokalny

komitet normalizacyjny i podaje w załączniku krajowym. W Polsce reguluje to załącznik krajowy],

który zaleca przyjmowanie 2 podejścia obliczeniowego.

- Procedura obliczeniowa i podejście określone w załączniku krajowym

6.2 Podejście obliczeniowe 2

Kombinacja: A1 „+” M1 „+” R2

- Wzór na nośność podłoża według treści Załącznika D

Zaleca się uwzględnić

Wytrzymałość podłoża gruntowego

Mimośród i nachylenie obciążeń obliczeniowych

Kształt głębokość i nachylenie podstawy fundamentu

Nachylenie powierzchni wody

Ciśnienie wody gruntowej i spodki hydrauliczne

Zmienność podłoża gruntowego, uwarstwienie

WARUNEK BEZ ODPŁYWU

- nachylenie podstawy fundamentu

- kształt fundamentu

– nachylenie obciążenia

- wytrzymałość gruntu na ścinanie bez odpływu

WARUNEK Z ODPŁYWEM

Współczynniki nośności

Współczynniki nachylenia podstawy fundamentu

Współczynniki kształtu podstawy fundamentu

ą

ł

ą

ł

Współczynniki nachylenia obciążenia

gdy H działa po kierunki B’

gdy H działa po kierunki L’

- Warunek nośności na poślizg

Gdy obciążenie nie jest prostopadłe do podstawy fundamentu, należy sprawdzić nośność

fundamentu na przesunięcie (poślizg) wzdłuż podstawy.

Hd - Wartość obliczeniowa obciążenia H

Rd – Wartość obliczeniowa oporu przeciwko oddziaływaniom

Rp;d - Wartość obliczeniowa siły utrzymującej wywołanej przez parcie gruntu na boczną powierzchnię

fundamentu

UWAGA! W sile Hd należy uwzględnić wartości obliczeniowe wszystkich sił wywieranych przez grunt

na fundament.

Wartości Rd i Rp;d zaleca się dostosować do wielkości przewidywanego przemieszczenia w stanie

granicznym do rozpatrywanego obciążenia. Zaleca się by wybrana wartość Rp;d odzwierciedlała

przewidywany czas użytkowania konstrukcji. (więcej tego typu informacji norma strona 56)

- Zasady obliczania nośności podłoża fundamentów z obciążeniem dużym mimośrodem

Szczególne środki ostrożności należy podjąć gdy mimośród obciążenia jest większy od 1/3 szerokości

prostokątnej podstawy fundamentu lub 0,6 promienia kołowej podstawy fundamentu

Do tych środków ostrożności należą:

Dokładne sprawdzenie obliczeniowych wartości oddziaływań

Projektowanie położenia krawędzi fundamentu z uwzględnieniem wielkości odchyłek

wykonawczych

- Zasady obliczania nośności podłoża fundamentów z obciążeniem siłą poziomą

Pojawiają się współczynniki nachylenia obciążanie ic, iq, iγ

- Zasady obliczania nośności podłoża z warstwą słabsza w podłożu

Sprawdzić czy do głębokości 2B poniżej poziomu posadowienia zalega grunt słabszy.

Obliczenia wykonuje się analogicznie jak dla właściwego fundamentu, przyjmując jako fundament

zastępczy stopę wraz z blokiem gruntu zalegającym powyżej do stropu warstwy słabszej.

Określić wymiary fundamentu zastępczego

Obciążenie pionowe zwiększy się o ciężar bloku gruntu wliczonego do fundamentu

Moment działający w podstawie fundamentu zastępczego zwiększy się o wartość siły poziomej

działającej na ramieniu równym zagłębieniu warstwy słabszej, mierzonej od poziomu posadowienia

rzeczywistego fundamentu

Naprężenia od nadkładu „q” określić w poziomie podstawy fundamentu zastępczego

h’ – odległość od rzeczywistego poziomu posadowienia do warstwy słabszej

γ – średni ciężar objętościowy gruntu powyżej poziomu posadowienia fundamentu zastępczego

Do obliczenia nośności podłoża Rk przyjmuje się parametry gruntu słabszego

3. Nośność podłoża fundamentów dla zróżnicowanych obciążeń.

- metoda obliczania nośności fundamentów obciążonych mimośrodowo wg PN i PN EN

Omówiono wcześniej!

- minimalne wymiary fundamentów obciążonych mimośrodowo wg PN i PN EN

wg PN

obciążenia stałe zmienne i długotrwałe Bmin=6e

obciążenia stałe zmienne długotrwałe i krótkotrwałe Bmin=3e oraz q<0 (odrywanie

fundamentu od podłoża) na odcinku <B/4

wg PN EN

Szczególne środki ostrożności należy podjąć gdy mimośród obciążenia jest większy od 1/3

szerokości prostokątnej podstawy fundamentu lub 0,6 promienia kołowej podstawy

fundamentu

- metodę obliczania nośności fundamentów obciążonych siłami poziomymi wg PN i PN EN

Omówiono wcześniej!

- maksymalne wartości sił poziomych działających na fundament wg PN i PN EN

wg PN EN

Gdy obciążenie nie jest prostopadłe do podstawy fundamentu, należy sprawdzić nośność

fundamentu na przesunięcie (poślizg) wzdłuż podstawy.

4. Nośność fundamentów dla zróżnicowanych warunków gruntowych

- definicja warstwy słabszej wg PN i PN EN

PN

do głębokości 2B – rzecz ciekawa ponieważ spójność we wzorze odgrywa dużą rolę

Prowadzącemu prawdopodobnie chodziło o rozróżnienie gruntów niespoistych

(należy sprawdzić mimo iż mechanizm kinematyczny zniszczenie nie ma styczności z warstwą słabsza)

PN EN

Brak danych co sugeruje na kierowanie się powyższymi wytycznymi

- metoda obliczania nośności podłoża w warstwą słabszą wg PN i PN EN

Omówiono wcześniej!

5. Nośność podłoża ław i stóp fundamentowych

- warunek obliczeniowy I stanu granicznego

Omówiono wcześniej!

- mechanizmy kinematyczne zniszczenia podłoża ław i stóp fundamentowych

- metoda obliczania nośności stóp fundamentowych

Omówiono wcześniej!

- wpływ zmiennych wymiarów efektywnych fundamentów na obliczenia wartości współczynników

kształtu

Omówiono wcześniej!

6. Stan naprężenia w podłożu gruntowym obciążonym fundamentem γ

- Wzory na obliczanie naprężeń pierwotnych, wtórnych i dodatkowych.

pierwotne , wtórne , dodatkowe , odprężenie , od obciążenie zewnętrznego

Naprężenia pierwotne - to naprężenie powstające w gruncie od ciężaru wyżej leżących warstw.

Naprężenia wtórne – przyrost naprężeń od wartości minimalnych do wartości naprężeń

pierwotnych podczas zasypywania wykopu.

(naprężenia minimalne)

(odprężenie podłoża)

- współczynnik z nomogramów zależny od kształtu i wymiarów wykopu

- wartość pionowego naprężenia pierwotnego w poziomie dna wykopu

Naprężenie dodatkowe -naprężenia które pojawiły się dodatkowo po wykonaniu konstrukcji

- wykresy naprężeń pierwotnych, wtórnych i dodatkowych.

- kryterium określania strefy aktywnej

7. Osiadanie fundamentów

- założenia obliczeń osiadania podłoża

Obliczenia II SG należy wykonać dla wszystkich obiektów które nie są posadowione na skale litej.

Obliczeń można nie przeprowadzić gdy:

Kondygnacyjne hale przemysłowe z suwnicami o udźwigu do 500 kN o konstrukcji

niewrażliwej na osiadania

Budynki przemysłowe i magazynowe o wysokości do 3 kondygnacji

Budynki mieszkalne i powszechnego użytku o wysokości do 11 kondygnacji włącznie o siatce

słupów przekraczającej 6,0x6,0 m lub rozstawie ścian nośnych do 6 m

Obciążenie poszczególnych części budowli nie jest zróżnicowane

Nie przewiduje się dodatkowego obciążenia podłoża obok rozpatrywanej budowli

Nie stawia się specjalnych wymagań ograniczających wartość dopuszczalnych przemieszczeń

Oraz gdy równocześnie w podłożu do głębokości równej 3 krotnej szerokości najszerszego

fundamentu występują wyłącznie

Grunty niespoiste z wyjątkiem piasków pylastych w stanie luźnym

Grunty spoiste w stanie gorszym niż twardoplastyczny

- Rodzaje II Stanu granicznego wg PN

Średnie osiadanie fundamentów budowli

Przechylenie budowli jako całości lub jej części wydzielonej kondygnacji

Wyznacza się wyrównując (aproksymując) metodę najmniejszych kwadratów osiadania si

poszczególnych fundamentów(lub wydzielonych części fundamentów budowli) za pomocą

płaszczyzny określonej równaniem

S= ax+by+c

a,b,c –niewiadome współczynniki równania

x, y –bieżące współrzędne poziome

Wzór do wyznaczenia przechylenia θ=√a2+b2

Odkształcenie konstrukcji: wygięcie (ugięcie) budowli jako całości lub jej części między

dwoma dylatacjami, lub różnica osiadań fundamentów

Strzałkę ugięcia budowli fo wyznacza się uwzględniając 3 najniekorzystniej osiadające

fundamenty, leżące w planie na linii prostej, wg wzoru f0 =1/l (l*s0-li*s2-l2*s1)

Maksymalna strzałka ugięcia

- Warunek obliczeniowy II Stanu granicznego

S – symbol umownej wartości przemieszczenia lub odkształcenia miarodajnego dla oceny stanu

użytkowego danej budowli, średniego osiadania fundamentów budowli Sśr, przechylenia budowli

strzałki wygięcia budowli f0 lub względnej różnicy osiadania fundamentów budowli Δs.

Sdop –

- Kryterium sztywności fundamentu

EG- pierwotny moduł ściśliwości ogólnej gruntu

EF – moduł sprężystości betonu fundamentu

L – wymiar dłuższego boku fundamentu

H – wysokość fundamentu

Fundamenty sztywne – przekazują obciążenie na podłoże bez własnego odkształcenia.

Podstawa zachowuje kształt pierwotny, przy obciążeniach pionowych symetrycznie

rozłożonych, odkształcenia podłoża pod całą podstawą fundamentu są jednakowe, o ile

podłoże jest w miarę jednorodne.

Fundamenty podatne (sprężyste) – belki, płyty – przy przekazywaniu obciążeń na podłoże

same ulegają odkształceniu. Materiał w takich przypadkach pracuje na zginanie. Wartości

przemieszczeń takich fundamentów zależą od ich sztywności i ściśliwości gruntów

występujących w podłożu. (Układy konstrukcyjne, w których stan naprężeń zależny jest od

promieni krzywizn powstających w poszczególnych przekrojach na skutek działania obciążeń

zewnętrznych tym i oddziaływania podłoża gruntowego).

Fundamenty wiotkie – nie mają praktycznie sztywności na zginanie – podłogi hal

przemysłowych, cienkie i płaskie dna zbiorników posadowionych bezpośrednio na podłożu

gruntowym.

- Wzory na obliczanie osiadań fundamentów

Obliczanie osiadania fundamentów. Obliczanie osiadania zaleca sie przeprowadzać metoda naprężeń. Osiadanie Si warstwy podłoża o grubości hi oblicza sie wg wzorów

1

- Wzory na obliczanie naprężeń pierwotnych, wtórnych i dodatkowych.

Omówiono wcześniej!

- wykresy naprężeń pierwotnych, wtórnych i dodatkowych.

Omówiono wcześniej!

- interpretacja wzoru ma obliczanie osiadań podłoża w nawiązaniu do wykresów naprężeń w

podłożu

- wpływ czasu na wartości osiadań fundamentów

We wzorze na osiadania wtórne warstwy pojawia się współczynnik λ, uwzględniający stopień

odprężenia podłoża po wykonaniu wykopu , którego wartość należy przyjmować

0-gdy czas wznoszenia budowli(od wykonania wykopów fundamentowych do zakończenia

stanu surowego) nie trwa dłużej niż rok

1-gdy czas wznoszenia jest dłuższy niż 1 rok

8. Momenty zginające i głębokość wbicia ścianek szczelnych

- wykres naprężeń pionowych w sąsiedzie ścianki szczelnej

- wykresy jednostkowych parć czynnych i biernych

Do tego punktu należy wprowadzić podział gruntu na warstewki (należy uwzględnić warstwy gruntu)

miąższość warstewek nie powinna przekraczać 1,5 m.

Wzór na jednostkowe parcie czynne

, gdzie

Co ostatecznie sprowadza się do:

Wzór na jednostkowe parcie bierne

, gdzie

Co ostatecznie sprowadza się do:

Przeprowadzając powyższe obliczenia dla granic warstewek i odnosząc je na wykresie otrzymamy

wykresy parcia i odporu gruntu

UWAGA! Na granicy warstw geotechnicznych obliczenia należy przeprowadzić od góry i od dołu

uwzględniając różne parametry geotechniczne!

- wykresy jednostkowych parć wypadkowych

Wykres parć wypadkowych otrzymujemy odejmując parcie i odpór na granicy danych warstewek i

odnosząc wynik po właściwej stronie.

- Wykres wieloboku sznurowego

Wykreślenie wieloboku sznurowego należy rozpocząć od stworzenia wieloboku sił

rzeczywistych.

Z dowolnego miejsca zaczynamy rysowanie sił w przyjętej uprzednio skali. Siły rysujemy w

kolejności, koniec siły n to początek siły n+1. Siły rysujemy z odpowiednim zwrotem który

założyliśmy przy konstruowaniu wykresu parcia i odporu (Przypominam że siła E w pasku nr

1 to

. Następnie przyjmujemy biegun „O” najlepiej tak aby promienie zewnętrzne sił

parcia utworzyły w przybliżeniu trójkąt równoboczny. Dodatkowo przyjmujemy w miarę

okrągłe wartości wysokości trójkąta.

Następnie Wykreślamy wielobok sznurowy, przenosząc równolegle kolejne promienie sił.

Promień nr 1rysujemy w dowolnym miejscu do przecięcia z osią siły E1, przez ten punkt

prowadzimy

promień nr 2 do przecięcia z osią siły E2, następnie przez ten punkt – promień nr 3 do

przecięcia z osią siły E3 i tak dalej. Promień nr 1 przedłużamy dodatkowo do przecięcia z osią

ściągu, do otrzymania punktu A. Otrzymany wielobok sznurowy jest właściwie wykresem

momentów zginających dla ścianki szczelnej.

PRZYKŁAD

-Interpretacja wieloboku sznurowego metodą Bluma, dla schematu ścianki :

Wspornikowej

Wolnopodpartej

Utwierdzonej

Zakotwionej

JEST WYKRESEM MOMENTÓW ZGINAJĄCYCH?

- Wpływ głębokości montażu ściągu (rozparcia) na wartość momentów zginających i głębokości

wbicia ścianki

9. Konstrukcja elementów zakotwienia ścianki szczelnej

- metoda określania siły w ściągu

Wartość siły w ściągu odczytujemy z wieloboku sił rzeczywistych przenosząc równolegle

zamykającą

Siłę w ściągu lub w rozporze S obliczamy następnie z równowagi sił poziomych:

∑ X = 0 → S = Ea− E *p

Dla sprawdzenia możemy policzyć sumę momentów względem punktu B – końca ścianki,

która powinna wynieść ∑ = 0 MB

- metoda określania głębokości wbicia płyty kotwiącej

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA GŁĘBOKOŚĆ WBICIA ŚCIANKI SZCZELNEJ

głębokości wykopu lub uskoku terenu,

rodzaju podłoża poniżej dna wykopu (w gruntach kamienistych lub zawierających duże kamienie, kłody drewna i inne przeszkody stosuje mniejsze głębokości wbicia),

warunków gruntowo-wodnych (głębokość wbicia może wynikać z konieczności zagłębienia ścianki w gruntach nieprzepuszczalnych aby uniemożliwić przepływ wody gruntowej pod ścianką),

wielkości obciążeń przekazywanych na ściankę szczelną, wynikających z parcia gruntu i wody, obciążenia naziomu, obciążenia podłoża w sąsiedztwie fundamentami istniejących budowli.

- metoda określania odległości płyty kotwiącej od ścianki szczelnej

Płyta kotwiąca powinna być usytuowana w taki sposób aby klin parcia gruntu na ściankę szczelną nie

pokrywał się z klinem odporu gruntu na kotwę. Odległość tą można otrzymać wykonując prostą

konstrukcję.

1. Rodzaje fundamentów i konstrukcji zagłębionych w gruncie (prezentacje Bejgi, co nieco

Internet)

-fundamenty bezpośrednie: plik cz4_1.png

-fundamenty głębokie: pliki: cz4_2.png; cz3_3.jpg; cz4_4.jpg - Pale przemieszczeniowe FDP

wykonuje się za pomocą świdra przemieszczeniowego, który jest wkręcany w ośrodek

gruntowy powodując jego dogęszczenie w obrębie pobocznicy pala. Podczas podnoszenia

świdra pompowana jest mieszanka betonowa przez otwór znajdujący się w trzonie świdra.

Niewątpliwą zaletą pali FDP jest brak wydobywającego się urobku na powierzchnię podczas

formowania pala

Ode mnie krótko i treściwe: w przypadku pali wierconych urobek ucieka z gruntu, w

przypadku przemieszczeniowych zagęszcza obszar dookoła projektowanego pala. To tak z

grubsza bo rysunek pewnie będzie ten sam, ale żeby było wiadomo o co chodzi.

-kolumny jet-grounding: plik cz4_5.jpg + Jet-grouting jest to technologia formowania w

gruncie kolumn cementowo-gruntowych wykorzystująca efekt przecinania i rozdrabniania

gruntu pod działaniem strumienia zaczynu cementowego pod wysokim ciśnieniem do 70

MPa. Proces iniekcji strumieniowej zaczyna się od wiercenia otworu, do wymaganej

głębokości. Następnie rozpoczyna się skrawanie gruntu cienkim strumieniem wody bądź

zaczynu cementowego pod wysokim ciśnieniem (aby zwiększyć energię strumienia można

wykorzystać osłonę sprężonego powietrza do tłoczenia zaczynu) z jednoczesnym

formowaniem kolumny; DSM (Deep Soil Mixing) – polega na wymieszaniu zaczynu

cementowego z gruntem za pomocą mieszadła (przypomina świder z dwoma ‘pierścieniami’),

przez co powstają kolumny ‘cementowe’, których nośność jest większa od gruntu

pierwotnego. Rysunek: zwykła kolumna o okrągłym przekroju.

-fundamenty blokowe – plik: cz4_6.png – jednobryłowa konstrukcja żelbetowa o licznych

wycięciach. Zwykle o dużych rozmiarach i wydłużonym kształcie. A także przyczółki mostowe.

-ścianki szczelne – plik: cz4_7.jpg (ewentualnie można pokazać na rzucie z góry jak zazębiają

się kolejne grodzice)

- odwodnienia poziome plik: cz4_8.jpg – to chyba chodzi o zwykłe studzienki, które były w

rowach przy kolejach etc. Może TRWALE odwadniać teren; wgłębne: plik cz4_9.png

2. Rodzaje fundamentów bezpośrednich (Bejga)

Przykłady – plik cz1_1.png

3. Zasady konstruowania betonowych i żelbetowych ław fundamentowych

a) zasady ustalania głębokości posadowienia fundamentów

Należy uwzględnić: głębokość występowania poszczególnych warstw geotechnicznych; wody

gruntowe i przewidywane zmiany ich stanów; występowanie gruntów pęczniejących, zapadowych,

wysadzinowych; głębokość posadowienia sąsiednich budowli; umowną głębokość przemarzania

gruntu

Zalecenia szczegółowe: Zagłębienie do powierzchni przyległego terenu powinno być NIE

mniejsze niż 0,5m; głębokość posadowienia nie powinna być mniejsza od umownej głębokości

przemarzania (odczytywana z Rys 1 w PN-B/82-03020). Do gruntów wysadzi nowych zalicza się grunty

zawierające więcej niż 10% o d10 < 0,02mm oraz WSZYSTKIE grunt organiczne;

b) zasady ustalania minimalnej wysokości fundamentu na podstawie kryterium sztywności

fundamenty sztywne – przekazują obciążenie na podłożę bez własnego odkształcenia.

Podstawa zachowuje kształt pierwotny, przy obciążeniach pionowych symetrycznie rozłożonychch

odkształcenia podłoża są jednakowe jeśli podłoże jest w miarę jednorodne.

Szczerze nigdzie nie mogę tego znaleźć, ani u Rybaka, ani u Wiłuna, w prezentacjach… Znalazłem

tylko obrazek u Bejgi z jakimiś warunkami, ale nie wiem czy to to: plik cz4_10.png. Co do ław

fundamentowych jest wzmianka o hmin=0,3 m, a w praktyce h=0,5. I tyle. Jest też warunek Ocena

sztywności fundamentu wg. Gorbunowa- Posadowa, ale to na bank nie to.

4. Metody – ANULOWANE

6. Nasypy budowlane

a) zasady doboru gruntów do budowy nasypów budowlanych (głównie norma PN-B-06050, w

załączniku A.1 tej normy są wymienione grunty i ich przydatność do nasypów)

Jeżeli nasyp zbudowany jest z gruntów spoistych skarpę i koronę należy zabezpieczyć warstwą

gruntów sypkich o grubości nie mniejszej niż 0,5m. Należy stosować materiały ziarniste o możliwie

najbardziej zróżnicowanym uziarnieniu. Można stosować: g. ziarniste; spoiste i organiczne; materiały

przemysłowa i odpadowe;. Bez ograniczeń grunty z twardych gatunków skał: głazy, kamienie, żwiry,

piaski. Grunty spoiste/organiczne oraz materiały przemysłowe jak np. lekkie kruszywa, popioły węgla

można stosować przy specjalnych warunkach ustanowionych dla tych materiałów. D<od 200mm, ale

dopuszcza się grunty o D=500mm jeżeli użyje się ‘wypełniacza’ o drobniejszym uziarnieniu. W dolnej

części nasypu mogą być głazy i bloki o D>500mm jeżeli miąższość warstwy ponad nimi wynosi

minimum 2 m i gdy można zagęścić grunt między nimi. NIE NALEŻY STOSOWAĆ: gruntów

pęczniejących i rozpuszczalnych w wodzie, iłów i glin o wl >65%, gruntów z domieszkami

rozpuszczalnymi w wodzie, gruntów zanieczyszczonych lub zamarzniętych.

b) wymaganie dotyczące stateczności skarp nasypów budowlanych

(wskaźnik pewności/bezpieczeństwa) Fmin>Fdop (współczynnik dopuszczalny)

Wartości współczynników zależą od metody obliczeniowej. W metodach obliczeniowych przyjmuje

się uproszczenia, np. zakłada się powierzchnie poślizgu o określonym kształcie i przebiegu.

Przykładowo, dla metody Felleniusa Fdop waha się od 1,1 (osunięcie się prawdopodobne) do 1,5

(osunięcie mało prawdopodobne), niekiedy nawet przyjmuje się 2,0. Wart współczynnika przyjmuje

się w zależności od ważności zagadnienia i stopnia rozpoznania parametrów wytrzymałościowych.

c) parametry umożliwiające określenie zagęszczenia i nośności nasypów budowlanych.

IS – wskaźnik zagęszczenia; ID stopień zagęszczenia (grunty niespoiste); moduły odkształcenia (grunt

zawierający kamienie). Wskaźnik zagęszczenia nasypów na których mają być posadowione

fundamenty nie powinien być mniejszy niż 0,97.

Do nośności (w przypadku metody Felleniussa) – kąt tarcia wewnętrznego, spójność. Wydaje mi się,

żę można tutaj też podciągnąć nachylenie skarpy.

d)wymagania dotyczące zagęszczania gruntów nasypów budowlanych i podłoża gruntowego

Zagęszczanie mechaniczne lub ręcznie; warstwa powinna być równomiernie zagęszczona na całej

szerokości nasypu, a ślady przejazdu maszyny zagęszczającej powinny pokrywać na szerokości DO

25cm ślady poprzednie. Miąższąść warstwy zagęszczanej ustala się doświadczalnie, ALE przy

zagęszczaniu ręcznym nie więcej niż 15 cm. Wykonywać je należy szybko, aby nie nastąpiło

przesuszenie lub nawilgocenie gruntu. W przypadku zagęszczania warstwy gruntu spoistego a

nałożeniem kolejnej warstwy czas maksymalnie krótki, jeśli nie da rady należy zabezpieczyć.

Wilgotność w czasie zagęszczania powinna być zbliżona do wilgotności optymalnej. Dla spoistych:

wn=wopt ±2%. Wyjątkiem są gliniaste pospółki, żwiry i rumosze gdzie wn ≥0,7wopt. JEŻELI grunt spoisty

ma wilgotność naturalną znacznie wyższą/niższą od dopuszczalnej przed wbudowaniem należy

przesuszyć/nawilżyć przez zraszanie. Zagęszczanie powinno być równomierne.

e) wymagania dotyczące nośności gruntów nasypów budowlanych i podłoża gruntowego

nic nie znalazłem

f) metody oznaczania zagęszczenia gruntów nasypów budowlanych

Wskaźnik zagęszczenia Is – miara zagęszczenia gruntu nasypowego.

gdzie: ρd – gęstość objętościowa szkieletu badanego gruntu zagęszczonego [Mg/m3] ρds – maksymalna gęstość objętościowa gruntu [Mg/m3], oznaczona metodą badania wilgotności optymalnej(gęstość odpowiadająca wilgotności optymalnej oznaczonej przy użyciu aparatu Proctora). lub

gdzie: ρds – gęstość objętościowa szkieletu badanego gruntu zagęszczonego [Mg/m3] ρd max – maksymalna gęstość objętościowa gruntu uzyskana przy danej metodzie zagęszczania [Mg/m3]

g) metody oznaczania nośności gruntów nasypów budowlanych

Też nic nie ma o nośności nasypów budowlanych. W Wiłunie jest tylko o nośności gruntów pod

fundamenty, u Pisarczyka to samo, w jakiś warunkach technicznych dotyczących robót ziemnych

również. A wszędzie przy nośności jest tylko warunek Qf*m>Qr. I nie wiem co o tym sądzić. Czy

wystarczy napisać, że jest tak jak dla fundamentów, że należy wyznaczyć odpowiednie parametry na

podstawie ID lub IL i na tej postawie obliczyć nośność czyt opisać jak projektu się fundament? No ale

to nie rozwiązuje problemu, że to jest raczej średnia ‘metoda’. Bo jakoś nie widzi mi się: „analityczna

na podstawie parametrów wyznaczonych doświadczalnie”.

6. i 7. Zabezpieczanie wykopów przed napływem wód gruntowych

a) metody oznaczania współczynnika filtracji (tajniki geotechniki):

k10 [cm/s lub m/dobę] – prędkość przepływu wody przez grunt przy temperaturze 10 C.

Oznacza się za pomocą badań terenowych, laboratoryjnie lub wzorów empirycznych (potrzebny skład

granulometryczny gruntu).

Metody terenowe: pompowanie wody do otworów badawczych/wypompowywanie wody z otworów

badawczych/pomiary elektryczne i pomiary radiometryczne.

Metody laboratoryjne:

a) Aparat o zmiennym naporze – rurka szklana o polu przekroju A podłączona jest wężem z

próbką gruntu o wysokości L i przekroju A, znajdującą się pomiędzy dwoma filtrami (taka

kanapka). Współczynnik filtracji określa się ze wzoru:

2

1log

)12(3,210

h

h

TTA

aLk

gdzie h1 to odległość między górną powierzchnią górnego

filtra a poziomem wody w rurce w chwili T1, natomiast h2 to odległość między górną

powierzchnią górnego filtra a poziomem wody w rurce w chwili T2 (gdy woda zacznie

‘kapać’ z próbki). Ilustracja: plik: cz4_11.gif

b) Aparat ITB-ZW-K2. Budowa: plik: cz4_12.gif. Działanie: Po umieszczeniu próbki wewnątrz

wewnętrznego ‘garnka’ (pomiędzy dwoma stalowymi siatkami) wpuszczamy wodę do

zewnętrznego naczynia. Z czasem ta zacznie filtrować przez próbkę, wypełni wewnętrzny

garnek i zacznie odpływać przez rurkę odprowadzającą. Jeżeli ΔH (różnica poziomów

wody w naczyniach) jest stała, a spadek hydrauliczny i = ΔH/L(wysokość próbki) waha się

pomiędzy 0,3-08 możemy rozpocząć pomiar. Mierzymy czas w jakim z rurki odpływowej

wykapie woda. Mając: ilość przelanej wody (Q), czas (T), temperature t, a także ΔH,

możemy obliczyć kt=Q/(iTA). A także k10=kt/(0,7+0,03t)

Metody empiryczne: wzór Hazena k = Cd102(0,70+0,03t) gdzie t to temperatura wody, a C

współczynnik zależny od wskaźnika różnoziarnistości.

Wzór amerykański k=0,36d20

b)Zasady konsturowania drenażu poziomego

- opaskowego – polega na ułożeniu wokół obiektu (obwodowo) sączkow połączonych ze

studzienkami kontrolnymi i studnią zbiorczą, skąd odprowadza się wodę do kolektora. Obszar

otoczony drenażem powinien być jak najmniejszy, ciągi drenarskie to linie proste a w załamaniach

powinna być studzienka. Minimalna średnica sączka na potrzeby budownictwa to 100 mm. Obsypka

filtracyjna ze żwiru/piasku grubego/średniego. Studzienki w węzłach, narożach i w szeregu. Wodę

odprowadza się do kanalizacji przepompowni i naturalnych zbiorników wodnych.

- czołowe – polega na zabezpieczeniu obiektu przed napływem wód. Polega na utworzeniu sączków

pomiędzy obiektem a spodziewanym napływem wód.

Skarpowe – drenaż w postaci rowu u podnóża skarpy, do którego napływa woda i z którego

odprowadzana jest dalej. Na skarpie stosuje ciągłe warstwy filtracyjne i zasypki filtracyjne, które

stanowią ‘kanały’ dla wody spływającej z góry prosto do rowu odwadniającego.

Przykłady plik: cz4_13.gif

- warstwowy – Drenaż warstwowy tworzy ciągła warstwa materiału filtracyjnego (żwiru, piasku

grubego, geowłókniny) oraz rurociągi drenażu pierścieniowego ułożone na spodzie tej warstwy.

Drenaż warstwy wykonuje się jednocześnie z budową odwadnianego obiektu, dzięki czemu stanowić

on może odwodnienie wykopu fundamentowego.

Aby drenaż pracował skutecznie, należy

zapewnić przepływ wody gruntowej i

opadowej w jego kierunku. Do tego celu

służą materiały filtracyjne (żwiry i

keramzyty), które należy wykorzystać do

ułożenia warstw filtracyjnych. Do

swobodnego dopływu wody gruntowej do

drenażu potrzebna jest obsypka filtracyjna.

Wykonuje się ją z materiału, który zapewnia

swobodny przepływ wody - z piasku, żwiru

rzecznego, otoczaków lub keramzytu.

Optymalna średnica kruszywa wynosi 16 - 32

mm. Obsypka musi otaczać rurę drenarską,

należy więc użyć jej zarówno do wypełnienia

wykopu, jak i do zasypania rury. Dodatkowo,

trzeba ją zabezpieczyć materiałem

filtracyjnym. Do tego celu używa się

geowłókniny (cienkiej tkaniny z włókien

sztucznych przystosowanej do pracy w

gruncie). Zapewnia ona swobodny przepływ

wody, a jednocześnie uniemożliwia ruch

drobnych cząstek gruntu. Dzięki temu

obsypka filtracyjna nie zatyka się, a drenaż nie ulega zamuleniu. Geowłókniną wykłada

się dno wykopu i zabezpiecza obsypkę filtracyjną przykrywającą rury. Aby do drenażu

mogła dopłynąć woda opadowa, konieczne jest wykonanie dodatkowej warstwy

filtracyjnej. Składa się ona z płytkiej opaski żwirowej, otaczającej budynek oraz pionowej

właściwej warstwy filtracyjnej. Właściwa warstwa filtracyjna ułożona jest z drobnego

żwiru lub ze specjalnych płyt drenarskich i zabezpieczona geowłókniną. Przebieg

poprawnie wykonanych warstw filtracyjnych pokazany jest na przekroju.

c)zasady konstruowania drenażu wgłębnego

drenaż wgłębny – stosowany w zasadzie tylko w gruntach przepuszczalnych, jeśli głębokość odwodnienia jest większa niż 3,. Przy mniejszych głębokościach stosuje się tylko wtedy, gdy istnieją trudności w zapewnieniu stateczności skarp i dna wykopu. Polega na otoczeniu wykopu fundamentowego szeregiem studzienek filtracyjnych i odpompowywaniu z nich wody , tak aby fundamenty mogły być wykonywane w suchym wykopie . Metoda ta może być stosowana tylko w gruntach piaszczystych , piaszczysto - żwirowych lub mało spoistych .

- igłofiltry - Instalacje igłofiltrowe stosowane są przede wszystkim do obniżania poziomu wód

gruntowych. Najczęściej stosowane są przy odwadnianiu wykopów inżynieryjnych i budowlanych.

Jak pokazuje poniższy schemat, podstawowymi elementami instalacji są igłofiltry, rurociąg kolektora

ssącego oraz agregat pompowy.

Igłofiltry zakończone filtrem, umiejscawiane są w gruncie i stanowią punkty ujęć wodnych.

Umożliwiają one pozyskiwanie i odprowadzanie wody z otaczającego go obszaru. W zależności od

warunków terenowych i wymagań koniec igłofiltra znajduje się zwykle na głębokości 4-6 m. Nad

poziomem gruntu igłofiltry łączone są z kolektorem (w przypadku instalacji IgE 81 umieszczanie w

króćcach kolektora uszczelnione uszczelką typu O-ring). Ciąg kolektorów jest łączony ze sobą z

wykorzystaniem dodatkowych elementów instalacji takich jak łuki, łączniki i rury przelotowej. Ciąg

kolektorów podłączony zostaje do agregatu pompowego. Agregat posiada pompę lub pompy

umożliwiające wytwarzanie podciśnienia w instalacji. Uzyskiwane podciśnienie, przy zachowaniu

szczelności w instalacji umożliwia pobór wody z gruntu. Pobrana woda jest wydalana przez agregat i

kierowana przez rurociąg lub wąż zrzutowy.

Przyjmuje się że jeden poziom igłofiltrów umożliwia obniżenie poziomu wody do 4 m. Z uwagi na

kształt tworzonego leja depresyjnego, koniec igłofiltra powinien być umieszczony ok 1-2 m. poniżej

oczekiwanej głębokości do której powinnien zostać obniżony poziom wody.

Obniżony poziom wody przyjmuje ułożenie pokazanego na schemacie leja depresyjnego.

Proces odwadniania z reguły jest kontynuowany aż do zakończenia prac w wykopie.

Umieszczanie igłogfiltrów w gruncie realizowane jest poprzez proces wpłukiwania. Niezbędny w nim

jest dostarczany poprzez węże wpłukujące do rury wpłukującej strumień wodny pod ciśnieniem.

Strumień ten umożliwia łatwe wprowadzanie rury wpłukującej w głąb gruntu. Po wprowadzeniu rury

do gruntu, wąż wpłukujący zostaje odłączony i do rury wprowadzany jest igłofiltr. Po wprowadzeniu

igłofiltra rura wpłukująca wyciągana jest z gruntu. Wpłukany igłofiltr może zostać następnie

podłączony do kolektora ssącego

- igłostudnie – zasada działania taka sama jak igłofiltrów, różnica jest tylko w średnicy. Igłofiltry mają

średnice: 40, 50, 65, a igło studnie: 75, 100, 125, 150, 175.

-studnie: średnica większa niż 200. Z tym też był problem, ale z tego co znalazłem, to studnie stosuje

się też w trudnych warunkach gruntowych, no i są większe. Wg jakiegoś wykładu znalezionego w

necie woda do studni spływa grawitacyjnie i dopiero z niej wyciągana jest podciśnieniowo za sprawą

agregatu.

c) metoda konstruowania filtrów odwrotnych (znalezione na stronie generalniej dyrekcji dróg

krajowych i autostrad)

filtr odwrotny jest – urządzenie zabezpieczające wlot do sączków odwadniających przed

przedstawieniem się do ich wnętrza drobnych frakcji odwadnianego gruntu. Powinien być wykonany

ze żwiru o granulacji 4/8. Filtr powinien być tak usytuowany aby dokładnie zasłaniać wlot sączka.

I to by było na tyle. W siódmym i ósmym punkcie wszystko się powtarza.

/tekst pisany kursywą jest informacją dodatkową lub coś wyjaśnia/

5. Analiza makroskopowa wg PN, przedstawić zasady określania

rodzaju gruntów niespoistych i spoistych

stanu gruntów spoistych

wilgotności gruntów

barwy

zawartości węglany wapnia

Rodzaju gruntów niespoistych i spoistych

Wyróżnia się 4 rodzaje gruntów spoistych (stopnie spoistości), przy czym spoistość nadaje gruntom

frakcja iłowa. Rodzaje gruntów makroskopowo określa się na podstawie próby wałeczkowania, a w

przypadkach wątpliwych - uzupełnionej próbą rozmakania i rozcierania.

Próba wałeczkowania- z małej probki badanego gruntu formujemy kulkę ok. 8mm, następnie

wałeczkujemy ją i obserwujemy jak pęka

Próba rozmakania- wrzucamy próbkę gruntu do naczynia z wodą i obserwujemy po jakim czasie

rozmaka

Rodzaj gruntu Próba wałeczkowania Próba rozmakania

mało spoisty Ip, fi<10%

grunt nie daje się wałeczkować lub wałeczek rozwarstwia się podłużnie

rozmaka natychmiast lub do 5 min

średnio spoisty Ip, fi 10-20 %

wałeczek bez połysku, pęka poprzecznie rozmaka 5-60min

zwięzło spoisty Ip, fi 20-30 %

wałeczek początkowo bez połysku, który pojawia się na końcu, pęka poprzecznie

rozmaka 1-24h

bardzo spoisty Ip, fi >30%

kulka i wałeczek od początku z połyskiem rozmaka w czasie dłuższym niż doba

Do gruntów niespoistych (sypkich) zalicza się grunty drobnoziarniste niespoiste oraz grunty

gruboziarniste zawierające do 2% frakcji iłowej. Rodzaj gruntów niespoistych określa się zgodnie z %

zawartością frakcji, na podstawie wielkości i zawartości ziarna poszczególnych frakcji lub ewentualnie

za pomocą lupy z podziałką.

piasek gruby ziarnista budowa i poszczególne ziarna widać z odległości kilku metrów

piasek średni

ziarna rozróżnić można dopiero z odległości 1m

piasek drobny ziarna rozróżnić można dopiero z odległości ok. 30cm

piasek pylasty ziarna rozróżnić można dopiero z odległości ok. 30cm, lecz tworzy słabo spojone grudki

Oznaczanie stanu gruntów spoistych

Stan gruntu zależy od ilości i właściwości zawartej w nim wody, a także od składu i właściwości

cząstek stałych. Makroskopowo stan gruntów spoistych należy oznaczać na podstawie liczby

kolejnych wałeczkowań tej samej kulki gruntu , biorąc pod uwagę ile razy uzyskano wałeczek o

średnicy 3 mm bez jego uszkodzeń. Wałeczkowanie przeprowadza się na gruncie o wilgotności

naturalnej, nie wolno zwilżać gruntu nawet jeśli jest suchy. Jeżeli z gruntu nie można uformować

kulki, grunt znajduje się w stanie zwartym. Jeżeli z gruntu można uformować kulkę, lecz wałeczek

pęka podczas pierwszego wałeczkowania, grunt znajduje się w stanie półzwartym. Gdy grunt

rozmazuje się na dłoni znajduje się w stanie płynnym.

twardoplastyczny

plastyczny

miękkoplastyczny

Mało spoisty

1 2 >2

Średnio spoisty

<2 2-4 >4

Zwięzło spoisty

<3 3-7 >7

Bardzo spoisty

<5 5-10 >10

Określanie barwy gruntu

Jedną z cech makroskopowych gruntu jest jego barwa, często ułatwiająca makroskopowe wydzielenie

różnych rodzajów gruntów. Barwa w niektórych przypadkach jest wynikiem określonego składu

mineralnego gruntu lub zawartych w nim domieszek. Tak na przykład, związki żelaza

trójwartościowego nadają gruntom zabarwienie o odcieniach czerwonych lub brunatnych, natomiast

związki żelaza dwuwartościowego zabarwienie o odcieniach zielonych i czarnych. Czarne zabarwienie

gruntu może być wywołane także obecnością substancji organicznej, a zielone obecnością glaukonitu.

Barwę gruntu określa się na przełamie bryłki gruntu o wilgotności naturalnej. Określenie barwy może

być wyrazem kilkuczłonowym, przy czym najpierw podaje się intensywność i odcień barwy, a

następnie barwę podstawową, dominującą (na przykład: barwa jasnozielono-brązowa). Przy

określaniu barw używa się na ogół nazw kolorów podstawowych w skali barw. Należy unikać takich

określeń, jak beżowy, amarantowy itp. Jeśli barwa gruntu nie jest jednorodna, określa się charakter

tej niejednorodności podając barwy poszczególnych części, na przykład: grunt o barwie

jasnobrązowej z czerwonymi smugami. Należy jednocześnie pamiętać, że grunt może zmieniać barwę

po wysuszeniu. Dlatego też określa się ją w gruncie o wilgotności naturalnej, a w przypadku

określenia barwy gruntu wyschniętego fakt ten trzeba odnotować.

Oznaczanie wilgotności gruntu

Makroskopowo wilgotność gruntu określa się wyróżniając pięć stopni wilgotności gruntów spoistych.

suchy grudka gruntu przy zgniataniu pęka, a po rozdrobnieniu daje suchy proszek

mało wilgotny grudka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie, po przyłożeniu do kartki lub dłoni nie pozostawia śladu

wilgotny grudka gruntu przyłożona do papieru, dłoni zostawia na nim wilgotny ślad

mokry

przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się woda

nawodniony

jeżeli woda odsącza się z gruntu grawitacyjnie

Określanie zawartości węglanu wapnia

Węglany wapnia mogą występować w gruntach bądź w stanie rozproszonym, bądź też w postaci

większych lub mniejszych skupień, kryształków, kukiełek itp. Obecność węglanów w gruntach

powoduje ich silną agregację (łączenie się mniejszych cząstek w większe), co w zasadniczy sposób

może mieć wpływ na inżyniersko-geologiczne właściwości tych gruntów.

Makroskopowo zawartość węglanu wapnia określa się na podstawie obserwacji gruntu po skropieniu

20% roztworem kwasu solnego.

>5% IV klasa silnie wapnisty

burzy się intensywnie i długo (>20sek)

3-5% III klasa wapnisty

burzy się intensywnie, lecz krótko (<20sek)

1-3% II klasa słabo wapnisty

burzy się słabo i krótko

<1% I klasa bezwapnisty

nie burzy lub wykazuje tylko ślady reakcji

8. Metody oznaczania

zagęszczenia gruntów:

metoda

laboratoryjna

oznaczania

zagęszczenia

gruntów

metoda Proctora

metody terenowe

oznaczenia

zagęszczenia

gruntów

zagadnienia

powiązania ze sobą

wartości stopnia i

wskaźnika

zagęszczenia

9. Badania nośności i zagęszczenia podłoża płytą sztywną:

opis metody pomiaru zagęszczenia i nośności podłoża płytą sztywną

parametry umożliwiające określenie zagęszczenia i nośności nasypów budowlanych

schemat przebiegu pomiaru płytą sztywną

interpretację wyników pomiarów

zasady programowania pomiarów płytą sztywną

wymagane wartości parametrów nośności i zagęszczenia podłoża

Metoda laboratoryjna oznaczania zagęszczenia gruntów

Potrzebny sprzęt

-cylinder miarowy z tłoczkiem,

-metalowe widełki wibracyjne,

-nóż o prostym ostrzu,

-suwmiarka,

-lejek.

Przebieg badania

1.Oznaczenie wskaźnika porowatości e gruntu w stanie naturalnym poprzez oznaczenie gęstości

właściwej szkieletu gruntowego ρs, wilgotności naturalnej gruntu wn, gęstości objętościowej gruntu

ρ.

w

e

d

d

ds

100

100

2.Oznaczenie wskaźnika porowatości gruntu luźno usypanego oraz gruntu maksymalnie

zagęszczonego.

Próbka gruntu o Vmin 600cm3 wysuszyć do stałej masy w temp. 105 – 110 0 C. Przesiać przez sito o

wymiarach oczek 5 mm. Wyznaczyć wewnętrzną objętoś cylindra V i zważyć pusty cylinder.

Przesianą próbkę wsypywać do cylindra przez lejek, który początkowo opiera się o dno cylindra i

stopniowo podnosi, w miarę napełniania cylindra, trzymając lejek stale na powierzchni

nasypywanego gruntu. Powierzchnię gruntu wyrównać równo z krawędzią cylindra. Zważyć cylinder

razem z gruntem.

Na powierzchni gruntu w cylindrze ustawić tłok i przeprowadzać zagęszczanie gruntu przez 1 minutę,

uderzając widełkami wibracyjnymi o ścianki cylindra, początkowo lekko i wolno, a następnie silnie i

szybko.

Po 30 sek zagęszczania zmierzyć zagłębienie tłoka i ponownie zagęszczać, powtarzając tę czynność

kilka razy. Uznaje się, że grunt został maksymalnie zagęszczony, jeśli trzy kolejne pomiary zagłębienia

tłoka, po każdorazowym dodatkowym 30 sekundowym zagęszczaniu, nie wykazują zmian.

Po ustaleniu poziomu tłoka obliczyć objętość gruntu zagęszczonego przez odjęcie od objętości

cylindra objętości, o jaką zagęścił się grunt podczas wibrowania.

minmax

max

ee

eeI D

Metoda Proctora

Wysuszony grunt

należy rozdrobnić

tłuczkiem w celu

pozbycia się agregatów

i grudek, a następnie

przesiać przez sito o

odpowiednim

wymiarze oczek (w

zależności od metody),

zważyć. Dolać wodę w

ilości 60 cm3 dla gruntów niespoistych oraz 100 ÷ 150 cm3 dla gruntów spoistych, licząc na każdy 1

dm3 objętości cylindra użytego do badani. Zważyć pusty cylinder z podstawą, bez górnej części. W

zależności od wybranej metody badania ubijanie wykonuje się w trzech lub pięciu warstwach, ilość

gruntu na każdą z warstw należy tak dobierać, by po ubiciu ostatniej warstwy grunt w cylindrze

„wystawał” 5 ÷ 10 mm ponad krawędź dolnej części cylindra. Zważyć cylinder z gruntem, pobrać

próbki gruntu z cylindra do dwóch parowniczek w celu zbadania wilgotności gruntu. Do pozostałego

gruntu dodać taką ilość wody, aby wilgotność gruntu do następnego badania wzrosła o 1 ÷ 2 %.

Powtórzyć cykl ubijania gruntu w cylindrze dla następnej wilgotności, powtarzać dodając do gruntu

coraz mniejsze ilości wody (powodujące wzrost wilgotności o około 0,5 ÷ 1 %) do chwili, aż masa

ubitego gruntu w cylindrze zacznie się zmniejszać.

Metody terenowe oznaczenia zagęszczenia gruntów

Sondowanie ma na celu określenie stanu gruntów na różnych głębokościach (max. 10 – 30 m).

Wykonuje się pomiar oporu końcówek sond przy ich zagłębianiu w grunt. Ze względu na sposób

wprowadzenia sond w grunt rozróżnia się:

-sondy wciskane,

-sondy wbijane,

-sondy wkręcane.

Zagadnienia powiązania ze sobą wartości stopnia i wskaźnika zagęszczenia

Stopień zagęszczenia gruntu ID jest to stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do zagęszczenia

maksymalnego możliwego do uzyskania w warunkach laboratoryjnych.

Zagęszczenie gruntu w stanie naturalnym określa się jako różnicę objętości próbki gruntu w stanie najbardziej luźnym Vmax i naturalnym V. Największym możliwym zagęszczeniem gruntu określa się różnicę objętości próbki gruntu w stanie najbardziej luźnym Vmax i najbardziej zagęszczonym Vmin.

ds

d

S

D

I

ee

eeI

minmax

max

Wskaźnik zagęszczenia gruntu IS to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntowego w nasypie ρd do maksymalnej wartości gęstości objętościowej szkieletu gruntowego ρds, uzyskanej w warunkach laboratoryjnych. Porównujemy zagęszczenie gruntu w nasypie do maksymalnego zagęszczenia tego samego gruntu, uzyskanego w warunkach laboratoryjnych. Wartośd IS zbliżona do jedności świadczy o dobrej jakości zagęszczenia nasypu. Opis metody pomiaru zagęszczenia i nośności podłoża płytą sztywną Płyta sztywna VSS

Płyta VSS służy do szybkiego zdiagnozowania parametrów geotechnicznych podłoża gruntowego w

badaniach in situ. Pozwala na sprawdzenie odkształceniowych i wytrzymałościowych cech

wierzchniej warstwy podłoża gruntowego. Aparatura VSS umożliwia określenie pierwotnego modułu

odkształcenia EV1 i wtórnego modułu odkształcenia EV2 oraz wskaźnika odkształcenia I0.

Badanie polega na pomiarze odkształceń pionowych badanej warstwy podłoża gruntowego pod

wpływem nacisku statycznego wywieranego za pomocą stalowej okrągłej płyty. Nacisk na płytę

wywierany jest za pośrednictwem dźwignika hydraulicznego. Płyta VSS jest szczególnie przydatna do

badania zagęszczenia powierzchni podatnych oraz podłoża drogowego.

Parametry umożliwiające określenie zagęszczenia i nośności nasypów budowlanych /nie jestem pewna, czy to o to chodzi/

Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej M0 jest to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego ∆σ do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego ε mierzonego w kierunku działania siły obciążającej w jednoosiowym stanie odkształceń. Edometryczny moduł ściśliwości wtórnej M jest to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego ∆σ do przyrostu sprężystego (odwracalnego) odkształcenia względnego ε mierzonego w kierunku działania siły obciążającej w jednoosiowym stanie odkształceń. Edometryczny moduł odprężenia jest to stosunek zmniejszenia efektywnego naprężenia normalnego ∆σ do jednostkowego przyrostu wysokości próbki. Wskaźnik skonsolidowania gruntu β[-]

M

M

E

E 00

Schemat przebiegu pomiaru płytą sztywną Interpretację wyników pomiarów

E – moduł odkształcenia- parametr nośności podłoża określany w trakcie statycznego obciążenia podłoża płyta sztywną

Zasady programowania pomiarów płytą sztywną ? Wymagane wartości parametrów nośności i zagęszczenia podłoża Konstrukcje nawierzchni podatnych i półsztywnych powinny być wykonywane na podłożu niewysadzinowym grupy nośności G1, charakteryzującym się wartościami wskaźnika zagęszczenia i modułu sprężystości (wtórny moduł odkształcenia) określonymi w tabeli:

Kategorie ruchu1) Wtórny moduł odkształcenia2) Wskaźnik zagęszczenia

1 2 3

KR1 i KR2 100 1,00

Od KR3 do KR6 120 1,03

1) Kategorie ruchu są określone w załączniku nr 5. 2) Wtórny moduł odkształcenia oznacza się przy drugim obciążeniu płytą o średnicy ł30 cm według Polskiej Normy. Badanie przeprowadza się w zakresie od 0 MPa do 0,25 MPa. Wartości modułu powinny być wyznaczone dla przyrostu obciążenia od 0,05 MPa do 0,15 MPa.