Budownictwo Wodne:
Wykład 2: Zapory ziemne.
Podstawowe zagadnienia
mechaniki gruntów
dr hab. inż. A. Truty prof. PK
15 marca 2006
1
Budownictwo Wodne:
Wykład 2: Zapory ziemne.
Podstawowe zagadnienia
mechaniki gruntów
dr hab. inż. A. Truty prof. PK
15 marca 2006
1
Klasyfikacja zapór ziemnych
Materiały źródłowe:
K. Czyżewski, W. Wolski, S. Wójcicki, A. Żbikowski.
Zapory ziemne. Arkady 1973.
K. Fanti, K. Fiedler, J. Kowalewski, S. Wójcicki. Bu-
dowle piętrzące. Arkady 1972.
W. Balcerski, S. Bednarczyk i inni. Budowle wodne
śródlądowe. Budownictwo Betonowe. Tom XVII. Ar-
kady 1969 r.
K. Biernatowski, E. Dembicki, K. Dzierżawski, W.
Wolski. Fundamentowanie. Projektowanie i wykonaw-
stwo. Tom 1. Podłoże budowlane.
2
3
Klasyfikacja zapór ziemnych oraz ich główne ele-
menty
:
1. z uwagi na rozmieszczenie gruntów w przekroju po-
przecznym
• zapory jednorodne
• zapory strefowane
2. z uwagi na rodzaj uszczelnienia korpusu zapory
• zapory bez uszczelnień
• zapory z rdzeniem pionowym lub pochyłym
• zapory z ekranem
3. z uwagi na rodzaj uszczelnienia podloza
• zapory bez uszczelnienia
• z przesloną pionową pełna
• z przesłoną zawieszoną lub niepełną
• z uszczelnieniem poziomym ponuru (fartuchem)
4. z uwagi na metode wykonania
• zapory sypane i zagęszczane mechanicznie
• zapory wykonywane metodą hydrauliczną (na-
mywane)
4
5
6
Charakterystki podziału faz gruntów
• wilgotność: w =
m
w
m
s
100%
• stopień wilgotności: S
r
=
V
w
V
p
• wskaźnik porowatości: e =
V
p
V
s
• porowatość: n =
V
p
V
• gęstość objętościowa gruntu: ρ =
m
V
• gęstość właściwa szkieletu: ρ
s
=
m
s
V
s
• gęstość objętościowa szkieletu: ρ
d
=
m
s
V
• gęstość objętościowa przy całkowitym nasyceniu:
ρ
sr
=
V
s
ρ
s
+ V
p
ρ
w
V
7
Ćwiczenie:
• Dane: w = 0.1, γ = 20 kN/m
3
, γ
s
= 26.5 kN/m
3
• Oblicz: n , e , S
r
, γ
d
• w =
m
w
m
s
• γ =
m
s
+ m
w
V
g =
m
s
+ w m
s
V
g =
(1 + w) m
s
V
g
• γ = (1 + w) γ
d
• γ
d
=
γ
1 + w
=
20
1 + 0.1
= 18.2 kN/m
3
• γ
d
=
m
s
V
g
• γ
s
=
m
s
V
s
g =
m
s
V − V
p
g =
m
s
V
1 −
V
p
V
g =
γ
d
1 − n
• stąd: γ
d
= (1 − n) γ
s
• zatem n = 1 −
γ
d
γ
s
= 1 −
18.2
26.5
= 0.31
• e =
V
p
V
s
=
V
p
V − V
p
=
V
p
V
1 −
V
p
V
=
n
1 − n
= 0.45
• γ = γ
d
+ n S
r
γ
w
• S
r
=
γ − γ
d
n γ
w
=
20 − 18.2
0.31 × 10.0
= 0.58
8
Kryteria przydatności gruntów do budowy za-
pory
• wytrzymałość na ścinanie (nośność)
• ściśliwość (sztywność)
• wodoprzepuszczalność (parametry filtracyjne)
Wskaźniki związane z uziarnieniem:
• wskaźnik różnoziarnistości U =
d
60
d
10
• wskaźnik krzywizny C =
d
2
30
d
10
d
60
• żwiry sa dobrze uziarnione jesli U > 4
C = 1 ÷ 3
• piaski są dobrze uziarnione jesli U > 6
C = 1 ÷ 3
d
60
, d
30
, d
10
sa to średnice ziaren, których wraz z
mniejszymi jest w gruncie 10, 30 i odpowiednio 60 %.
9
10
Plastyczność gruntów - grunty spoiste
• wskaźnik plastyczności: I
p
= w
L
− w
P
• stopień plastyczności: I
L
=
w − w
P
I
P
=
w − w
P
w
L
− w
P
• Stan gruntu spoistego:
– zwarty i półzwarty: I
L
¬ 0
– twardoplastyczny: 0 < I
L
¬ 0.25
– plastyczny: 0.25 < I
L
¬ 0.50
– miękoplastyczny: 0.50 < I
L
¬ 1.0
– płynny: I
L
> 1
• sztywność i parametry wytrzymałościowe φ, c sa
ściśle powiązane z stopniem plastyczności I
L
Zagęszczenie gruntów- grunty niespoiste
• I
D
=
e
max
− e
e
max
− e
min
• Stan gruntu niespoistego:
– luźny: I
D
¬ 0.33
– średnio zagęszczony: 0.33 < I
D
¬ 0.67
– zagęszczony: I
D
> 0.67
11
Pojęcie wilgotności optymalnej
γ
d
=
1 γ
1 + w
γ
d
- ciężar objetościowy szkieletu gruntu kN/m
3
γ - ciężar objetościowy gruntu kN/m
3
w =
W − W
s
W
s
W - ciężar 1 m
3
gruntu
W
s
- ciężar 1 m
3
szkieletu gruntowego
12
Orientacyjne wartości współczynników filtracji
dla gruntów
Pojęcie prędkości filtracji Darcy
v
F
A
Q[m3/s]= v
F
n A t= v
F
A t
Rodzaj gruntu
k [
m
s
]
Żwiry drobne
10
−2
÷ 10
−3
Piaski grubo i średnioziarniste
10
−3
÷ 10
−5
Piaski drobnoziarniste
10
−4
÷ 10
−5
Piaski pylaste
10
−5
÷ 10
−6
Pyły
10
−6
÷ 10
−8
Gliny
10
−8
÷ 10
−10
Gliny zwięzłe
10
−9
÷ 10
−11
Iły
10
−11
÷ 10
−12
13