Problemy Geotechniczne:

*projektowanie i wykonastwo budowli ziemnych

-dobór materiałow do budowy zapór ziemnych, wałos, grobli,dróg

-wybor metod obliczeniania stateczności i odkształceń

-badanie i dobór parametrów do obliczeń

-kontrola stanu technicznego budowli

*posadowienie b. na gruntach

-rozpoznanie właściwości podłoża

-wybór metody posadowienia

-wzmacnianie podłoża

-dobór metod oblicz.

*składowiska odpadów

-skałdowanie odpadów przemysłowych, komunalnych

-wykorzystywanie odpadów poprzemysłowych w budownictwie

-zagospodarowywanie terenów poprzemysłowych

*specjalne problemy

-posadowienie na gruntach ekspansywnych

-dynamiczne obciążenia gruntów

Posadowienie budowli :

-bezpośrednie, ścianki oporowe i szczelne, obudowa wykopów, konstrukcje podziemne

Powstanie gruntów (wietrzenia)

*w. fizyczne

-wywołane gł. Wahaniami temp, zamarzaniem wody w porach,

-działaniem rozsadzającym korzeni roślin

-skały ulegają osłabieniu i rozpadowi na bloki i na drobniejsze cząstki

*w. chemiczne

-rozpad skał oraz zmiany w ich składzie wskutek procesów chem zachodzących wewnątrz skał

- główne czynniki to woda i powietrze

*w. organiczne

-wywołąne przez procesy życiowe zwierząt i roślin

*procesy erozyjne i transport materiału - powoduja rozdrobnienie okruchów oraz zmiany w podłożu macierzystym

Skład mineralny gruntów -

*bloki, głazy, ziarna żwirowe - mają ten sam skłąd mineralny co skały macierzyste

*piaskowe - składają się z kwarcu i krzemionki, dośc odporne na wietrzenie chem, znane sa piaski mikowem gipsowe, wapienne

*cząstki pyłowe - mączka skalna, powstają wskutek tarcia i zaokrąglenia kraedzi okruchów skalnych w czasie ich przenoszenia przez wode i wiatr, szybko ulegają procesowi wietrzenia chem,

* cząstki iłowe- przeważnie z minerałów iłowych, powstałych jako produkt chemicznego wietrzenia skaleni lub mik

Minerały iłowe

-kaolit- w wyniku wietrz chem skaleni w środowisku kwaśnym, gł. Skalnik karbońskich iłów ogniotrwałych

-ilit- składnik skał iłowych,zwłaszcza łupków ilastych, towrzacych się w środ morskim, powstały wskutek wietrzenia skaleni, glinokrzemianów, dominująca część frakcji iłowych

-montmorillonit-w wyniku wietrzenia tufów, składnik bentonitu

Struktura gruntu - wzajemny układ ziaren i cząstek gruntowych, zależy od jakości i wymiarów cząstek oraz warunków powstawania gruntu

* s. ziarnista - charakt dla piasków i żwirów o ziarnach wykazujących znikome przyciąganie

* s. komórkowa- charakt dla gruntów ilastych, odłożonych w wodzie bez uprzedniego skoagulowania się opadających cząstek

* s. kłaczkowa - powstaje z cząstek prawie wyłącznie iłowych,opadających w wodzie z rozpuszczonymi solami.

Fizykochemiczne oddziaływanie

-maja wpływ na jakość,prace, strukture, ściśliwość, wytrzymałość gruntu,

*intensywność zjawisk zależy od

-składu mineralnego ich ziaren i cząstek

-składu chemicznego roztworu wodnego w porach

-wielkości powierzchni granicznej

- powierzchnia graniczna - miejsce występowania zjawisk fiz-chem, to powierzchnia kontaktu pomiędzy faza stałą (cząstkami) a faza ciekłą (woda i roztwory zw. chemicznych)

-powierzchnia właściwa - wielkość powierzchni granicznej w przeliczeniu na jednostke obj gruntu

Warstwa wody związanej:

a)woda absorbowana(higroskopijna) - tworzy powłoke kationow stale związanych z powierzchnią cząstki grunu na skutek przyciągani molekuł wodnych

b)woda błonkowa - związana słabiej z powierz cząstki przesuwa się z jednej cząstki na drugą niezależnie od siły ciężkości do chwili wyrównania grubości wodnej na obu cząstkach

Woda podwójnie jonowa -wartswa jonów utwierdzonych na powierzchni cząstki i warstwa dyfuzyjna z absorbowanych jonów.

-grubość zależy od składu chemicznego cząstki stałej, wartościowości absorbowanych jonów,

Siła przyciągania i odpychania cząstek zależy od:

-obecności lub braku warstwy kationów między cząsteczkami (kązda kolejna warstwa powoduje, ze przyciąganie maleje)

-wartościowości kationów absorbowanych im większa wartościowośc tym mniej jest ich w warstwie dyfuzyjnej, tym lepsze właściwości mechaniczne ma grunt)

Pojemność wymienna jonów- całkowita liczba jonów w gruncie, mogąca brać udział w wymianie.

Potencjał elektrokinetyczny - różnica potencjału w wartwie dyfuzyjnej,

-zależy od składu mineralnego, wilgotności gruntu, jakości i ilości jonów w roztworze wodnym, pH roztworu, zawiesiny,temperatury gruntu.

Potencjał termodynamiczny - różnica potencjału pomiędzy powierzchnia cząstki a zewnętrzną granicą warstwy dyfuzyjnej.

Zjawiska elektrokinetyczne

*przepływ elektroosmotyczny - przemieszczanie pewnej części warstwy dyfuzyjnej kationów stycznie do warstwy utwierdzonej pod wpływem stałego prądu elektrycznego, nastąpi więc przepływ wody kierunku elektrody o przeciwnym znaku

*elektroforeza/ elektrokatoforeza - zjawisko wędrówki cząstek stałych, mających potencjał elektrolityczny do elektrody odmiennego znaku.

- zjawisko to daje dobry rezultat przy osuszaniu gruntów o małej wodoprzepuszczalności

*tiksotropia - przechodzenie żelu w zol i odwrotnie wskutek mechanicznych oddziaływań(wibracje, wstrząsy, mieszanie), w tworzeniu się żelu biorą udział wszystkie cząstki zawiesiny, z ktorych po czasie powstaje ciągła struktura komórkowa. - tylko grunty zawierające cząstki iłowe o rozmiarach <0.0002mm

Kategoria geotechniczna

-kategoria zagrożenia bezpieczeństwa obiektu wynikająca ze stopnia skomplikowania projekt kontrukcji, jej fundamentów, oddziaływań oaz warunków geotechnicznych, ma wpływ na obliczenie projektowem kontrole konstrukcji

-przy ustalaniu k.g należy uwzględnic: stopien złożoności warunków gruntowych, wielkość budowli i jej koszt, rozkład i sposób przekazywania obciążen, możliwośc występowania różnic osiadań, oddziaływanie podłoża na budowla, warunki dodatkowe(agresywne oddziaływanie środowiska, wrażliwość podłoża na odsłonięcie)

*kategoria I

-proste konstrukcje w niewielkich obiektach bud i prostych warunkach gruntowy, dla których wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntu

-jedno - dwu kondygnacyjne budynki, o prostej konstrukcji i budynki rolnicze, na fundamentach bezpośrednich, palowych lub na studniach

-ściany oporowe i zabezpieczenia wykopów, gdy różnica poziomów nei przekracza 2m

-płytkie wykopy powyżej zwierciadła wody, niewielkie nasypy do 3m wysokości

*kategoria II

-konstrukcje i fundamenty nie podlegające szczególnemu zagrożeniu, w prostych lub złożonych warukach gruntowych, przy mało skomplikowanych przypadkach obciążenia,

-powszechnie spotykane konstrukcje posadowione bezpośrednio, a na także na fundamentach płytowych luz palowych

-ściany oporowe wyższe niż 2 m, inne konstrukcje oporowe utrzymujące grunt lub wodę,

-przyczółki i filary mostowe oraz nadbrzeża,

-nasypy i budowle ziemne, poza kat I

-nawierzchnie lotnisk o sztywnej i podatnej konstrukcji

-kotwy gruntowe

-tunele w twardych niespękanych skałach

*kategoria III

-obiekty bardzo duże, rzadko występujące, wrażliwe na osiadanie, w skomplikowanych warunkach gruntowych, obiekty na obszarach działania czynnych procesów geologicznych

-budowle wysokie, o dużych obcązeniach

-budynki z wielokondygnacyjnymi podziemiami

-napory, konstrukcje działające w warunkach dużych różnic ciśnienia wody

- przejścia komunikacyjne pod drogami, mosty, wiadukty, estakady

-obiekty nadbrzeżne, konstrukcje osłonowe reaktorów jądrowych

-tunele w skałach miękkich

Podstawowe cechy fizyczne:

-gęstośc objetościowa ,właściwa, wilgotność,

Pochodne cechy fizyczne:

-gestosc objetosciowa szkieletu, porowatość, wskaźnik porowatości, wilgotność całkowita, stopien wilgotności, zagęszczenia, wskaźniki zagęszczenia, plastyczności

Plastyczność- zdolność gruntu do poddawania się trwałym, nieodwracalnym odkształceniom przy stałej objętości, bez pęknieć i kruszenia się, tylko te grunty, które zawierają cząstki minerałów ilastych.

Wskaźnik plastyczności Ip = wl-wp

Między wskaźnikiem Ip a ilością farkcji iłowej istnieje zależność A=Ip/fi

Gdzie A- aktywność koloidalna, 4 grupy aktywności

A<0,75 - nieaktywne

0,75-1,25 - przeciętnie aktywne

1,25-2- aktywne

A> bardzo aktywne

Karta plastyczności Casagrande- grunty są podzielone w zależności od granicy płynności oraz od wskaźnika plastyczności

CH-g. b. spoiste

CL-g srednio spoiste i spoiste zwięzłe

MH, ML- g mało spoiste

OL- piaski i pyły próchnicze

Kapilarność- wynik działania:

-przyczepności (adhezji) wody do ścianek rurki

-napięcia powierzchniowego wody

Wysokość kapilarnego podciągania Hk wody ponad swobodne jej zwierciadło można wyznaczyć w sposób następujący:

Ciężar słupa wody w rurce wynosi:

Hk - wysokość kapilarnego podciągania wody

r - promień kapilary

ρw - gęstość właściwa wody,

g - przyspieszenie ziemskie.

Siła napięcia powierzchniowego przy kącie zwilżania α = 0 (kąt styku menisku wody z powierzchnią ścianki kapilary szklanej, dla czystego szkła α = 0) wynosi:

Kapilarnością czynną nazywamy zjawisko podnoszenia się wody w kapilarze do góry w stosunku do zwierciadła wody wolnej

Kapilarnością bierną nazywamy obniżenie się poziomu zwierciadła wody w stosunku do poziomu wody w kapilarach.

Kapilarną wysokością bierną Hkb nazywamy maksymalną możliwą do uzyskania różnicę poziomów menisków wody kapilarnej i zwierciadła wody

Wody w gruncie

-rodzaje wód klasyfikuje się na podstawie jej stanu skupienia, ruchliwości i wzajemnego oddziaływania na cząstki gruntowe.

Podział wód :

1-w postaci pary

2-związana - otacza cząstki gruntu w postaci warstw, które sa przyciągane przez grunt z różną siłą.

-silnie związana- higroskopijna

-słabo związana - błonkowa

3-wolna

-gruntowa

-wsiąkowa

4-kapilarna (włoskowata)-przenosi cisnienie hydrostat, zamarza w temp ponizej0

5-w stanie stałym

6-krystalizacyjna i chemicznie związana

2.1*silnie związana-higroskopowa- silnie połączona z pow cząstek gruntowych, nie może działać rozpuszczająco, przechodzić z jednej cząstki na drugą, przekazywać ciśnienia hydrostatycznego

2.2*słabo związana - błonkowa - dzieli się na

- błonkowata utwierdzona - (wtórnie zorientowa woda poliwarstw)-tworzy się wokół cząstek i absorbowanych jonów dzięki wiązaniom międzymolekularnym,

-błonkowata luźna - osmotyczna - w wyniku przenikania molekuł wody z roztworu w warstwę dyfuzyjną nuceli, gdzie koncentracja jonów jest wyższa niż w roztworze

3.1-woda wolna gruntowa- w podziemnych nieckach i łożyskach wypełnionych żwirami i piaskami, zasilana wodą deszczową, infiltracją wód powierzchniowych z otwrtych zbiorników, kondensacja pary wodnej

3.2-woda wolna wsiąkowa -(infiltracyjna) - pochodzi z opadów, przesącza się przez całą strefe aeracji do strefy saturacji pod wpływem siły ciężkości

4.1-woda kapilarna naroży porów- w miejscach styku cząstek w postaci oddzielnych kropel

4.2-woda kapilarna zawieszona - nie ma bezpośredniej łączności z poziomem wód gruntowych, stąd nie może być przez nie zasilana.

4.2-woda kapilarna właściwa- podnosi się w górę do poziomu wód gruntowych.

Wody gruntowe właściwe i zaskórne

-wody zaskórne występują przejściowo, blisko powierzchni terenu, na loalnych soczewkach gruntów mało przepuszczalnych, lezących powyżej zwierciadła

-wody właściwe- stanowią ciągły poziom wodonośny- występują na większej głębokości, zalegają na znacznym obszarze, oddzielone od terenu strefa aeracji

Woda naporowa, międzywarstwowa- woda gruntowa pomiędzy obiema małoprzepuszczalnymi warstwami. wywiera ciśnienie zwane piezometrycznym, na spąg wyżej leżacej mało przepuszczalnej warstwy

Zwierciadło wody podziemnej, wody gruntowej - granica miedzy strefa aeracji i saturacji w przestrzennym rozmieszczeniu wód pod powierzchnia terenu.

Strefa aeracji-napowietrzenia, wystepuje miedzy powierzchnią terenu a zwierciadłem wody podziemnej,Pory gruntowe wypełnione sa powietrzem, woda występujaca : blonkowa, kapilarna,higroskopijna itp.

Strefa saturacji -nasycenia wodą - poniżej zwierciadła, wolne przestrzenie między ziarnami otoczonymi woda higroskopijną i błonkowa wypełnia woda wolna.

Naprężenie ściskające σsk w szkielecie gruntowym można obliczyć

Hwk - wysokość słupa wody kapilarnej ponad

poziomem swobodnego zwierciadła,

Pw - ciężar właściwy wody.

Skurczalność

Skurczem gruntu nazywa się zmniejszenie jego objętości w wyniku wydzielenia wody przy wysychaniu (wyparowywaniu wody pod działaniem różnych temperatur) lub przy rozwinięciu procesów fizykochemicznych (osmoza).

Granica skurczalności ws, oznaczona jest laboratoryjnie lub ze wzoru:

Odkształcenie skurczu wyrażane jest symbolem εsh lub εs i opisane wzorem

Δh - zmniejszenie wysokości próbki po suszeniu,

h0 - wysokość początkowa próbki.

Przedział skurczu wyrażony jest wzorem: w- ws (w. naturalna i granica skurczalnosci)

Pęcznienie gruntów polega na powiększeniu ich objętości przy pochłanianiu wody. Zdolność pęcznienia związana jest z hydrofilnym charakterem minerałów ilastych, wchodzących w skład gruntów spoistych oraz z ich dużą powierzchnią właściwą.

Pęcznienie gruntu może prowadzić do ich rozpadu pod działaniem wody powodując rozmakanie gruntu.

Zdolność pęcznienia gruntu można scharakteryzować za pomocą:

-wskaźnika pęcznienia Vp określanego jako iloraz przyrostu objętości próbki gruntu ∆V po maksymalnym pęcznieniu do objętości pierwotnej V

- ciśnienia pęcznienia Pc jakie powstaje wówczas, gdy nie ma możliwości zmian objętościowych w procesie pęcznienia gruntu

Przemarzanie gruntu.

Głębokość i prędkość przemarzania zależą od:

-temperatury powietrza

- czasu trwania

- osłony terenu

- struktury i tekstury gruntu

- składu granulometrycznego gruntu