Porównanie w³aœciwoœci ekspansywnych i³ów neogeñskich z Mazowsza
Ireneusz Gawriuczenkow
1, Emilia Wójcik
1Comparison of expansive properties of Neogene clays from the Mazovia region. Prz. Geol., 61: 243–247.
A b s t r a c t. Development of building projects in the Mazovia region causes the risk of their location on the soils of specific expansive properties. These properties, expressed as swelling or shrinkage, are a serious engineering problem. Many methods are used for the evaluation of expansiveness; both direct and indirect test methods are used. Tests were performed on clays from the areas of Warsaw, Dobre near Miñsk Mazowiecki and Mszczonów. Comparative analy-sis of expansive properties of Neogene clays is based on the results of laboratory tests of min-eral composition, grain size distribution, moisture content, free swelling and swelling pressure. The tests have shown that the expansive properties of clays from the Mazowsze region can have extremely high values, which causes the need for individual determination of potential expan-siveness for different types of clays, depending on moisture content, swelling pressure and chemistry of the environment.
Keywords: expansion, Neogene (Mio-Pliocene) clay, swelling pressure, mineral composition, clay fraction
Problemy dotycz¹ce posado-wienia budowli na gruntach eks-pansywnych, podlegaj¹cych pro-cesom zwiêkszania i zmniejszania objêtoœci (pêcznienie i skurcz) pod wp³ywem dzia³ania wody (dostar-czania lub ubytku), s¹ znane i szeroko rozpowszechnione na œwiecie. Doniesienia o uszkodzeniach ró¿nych elemen-tów konstrukcji, w tym fundamenelemen-tów, zwi¹zane z wystêpo-waniem tego rodzaju gruntów s¹ spotykane na obszarze wszystkich kontynentów. W ci¹gu ostatnich kilkunastu lat, w zwi¹zku ze zwiêkszeniem czêstotliwoœci ekstremalnych zjawisk pogodowych, mo¿na by³o obserwowaæ negatyw-ne skutki naprzemiennegatyw-nego zachodzenia procesów skurczu i pêcznienia. Równie¿ na znacznym obszarze naszego kraju, pod nadk³adem utworów czwartorzêdowych o zró¿nico-wanej mi¹¿szoœci, wystêpuj¹ ekspansywne i³y. Ju¿ na eta-pie projektowania posadowienia budowli nale¿y uwzglêd-niaæ ich wra¿liwoœæ na zmiany wilgotnoœci, szczególnie w strefie przypowierzchniowej, gdzie wahania wilgotnoœci s¹ najwiêksze. W³aœciwe rozpoznanie w³aœciwoœci (ekspan-sywnych) gruntów oraz okreœlenie zagro¿eñ (np. warunki œrodowiskowe) umo¿liwi wyeliminowanie lub ograniczenie potencjalnych szkód. Ekspansywnoœæ jest nie tylko cech¹ materia³ow¹ gruntu, lecz równie¿ zjawiskiem wynikaj¹cym z zaistnienia ró¿norakich czynników w œrodowisku grunto-wym podatnym na zjawisko ekspansji (Je¿ & Je¿, 2006a, b; Je¿, 2008).
Do niedawna w badaniach ekspansywnoœci wiêcej uwagi poœwiêcono ocenie zmian objêtoœciowych pod³o¿a spowodowanych pêcznieniem gruntu (Niedzielski, 1993). W literaturze dotycz¹cej klasyfikacji gruntów ekspansyw-nych zainteresowanie badaczy te¿ zwraca siê g³ównie ku temu procesowi. Ponadto w geotechnice pojêcie ekspan-sywnoœci gruntów najczêœciej wi¹¿e siê z definicj¹ pêcz-nienia. Okreœleniem czêsto spotykanym w literaturze jest termin „grunty pêczniej¹ce” (Garbulewski & ¯akowicz, 1993).
Ca³e spektrum zjawisk zwi¹zanych z ekspansywnoœci¹ obejmuje równie¿ proces skurczu gruntów, choæ z
literatu-ry wynika, ¿e pêcznienie i skurcz nie s¹ iloœciowo równo-wa¿ne. Istniej¹ nieliczne klasyfikacje ekspansywnoœci wpro-wadzaj¹ce do kryteriów oceny parametry skurczu (np. Alt-meyer, 1955; Holtz, 1959; Ranganatham & Satyanarayana, 1965; Raman, 1967; Tountoungi, 1988). Cech¹ wskaŸni-kow¹ w klasyfikacji jakoœciowej ekspansywnych gruntów polskich opracowanej przez Niedzielskiego (1993) jest przedzia³ skurczalnoœci wyra¿ony ró¿nic¹ granicy p³yn-noœci i skurczalp³yn-noœci.
Uwzglêdnienie procesów skurczu i pêcznienia przy pro-jektowaniu fundamentów proponuje Kumor (2006). Autor ten podkreœla, ¿e nawet dobrze zaprojektowane i wykona-ne budowle po kilkunastu latach u¿ytkowania mog¹ ulec powa¿nej awarii w wyniku przemieszczania fundamentów na skutek naprzemiennie wystêpuj¹cych faz pêcznienia i skurczu pod³o¿a.
W ocenie w³aœciwoœci ekspansywnych gruntów wyko-rzystuje siê zarówno badania bezpoœrednie, jak i metody poœrednie oparte na nomogramach i wzorach empirycz-nych. Zastosowanie znajduje tu wiele w³aœciwoœci i para-metrów, które czêsto nazywa siê wskaŸnikowymi (tab. 1). W artykule ocenie poddano i³y serii poznañskiej z obsza-ru Mazowsza.
METODYKA BADAÑ
Badania podstawowych parametrów gruntu, takich jak sk³ad granulometryczny, wilgotnoœæ i granice konsysten-cji, wykonano zgodnie z polsk¹ norm¹ PN-B-04481:1998. Badania pêcznienia swobodnego przeprowadzono wed³ug metody zaproponowanej przez Holtza i Gibbsa (1956), a skurczu liniowego – wed³ug brytyjskiej normy BS 1377: Part 2: 1990. Ciœnienie pêcznienia zbadano w aparacie firmy Geonor metod¹ C, przy sta³ej wysokoœci próbki (ASTM D2435-90). Badania sk³adu mineralnego analizo-wanych próbek przeprowadzono w aparacie Q600 firmy TA Instruments. Sk³ad mineralny ustalono na podstawie analizy termicznej, zgodnie z œciœle okreœlon¹ metodyk¹ (Koœciówko & Wyrwicki, 1996).
1
Instytut Hydrogeologii i Geologii In¿ynierskiej, Wydzia³ Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki i Wigury 93, 02-089 War-szawa; ireneusz.gawriuczenkow@uw.edu.pl, wojcike@uw.edu.pl.
E. Wójcik I. Gawriuczenkow
GRUNTY TESTOWE
Analizowane grunty pochodz¹ z obszaru pó³nocno--wschodniej czêœci neogeñskiego basenu sedymentacyj-nego (Wichrowski, 1981) – tzw. rejonu A (Grabowska--Olszewska & Kaczyñski, 1994), obejmuj¹cego centraln¹ czêœæ Mazowsza. Lokalizacjê miejsc, z których pobrano próbki do badañ, przedstawiono na rycinie 1.
I³y neogeñskie na terenie Warszawy stanowi¹ pod³o¿e fundamentów wielu wznoszonych nowoczesnych obiek-tów budowlanych, w tym metra. G³êbokoœæ wystêpowania
i³ów mieœci siê w granicach 2–100 m p.p.t., a ich mi¹¿szoœæ zmienia siê od 50 m do miejscami 100–150 m (Frankowski & Wysokiñski, 2000). Grunty te ze wzglêdu na swoje w³aœciwoœci ekspansywne i z³o¿on¹ historiê geologiczn¹ wymagaj¹ przeprowadzenia kompleksowych i niestandar-dowych badañ (dotycz¹cych np. sk³adu mineralnego, aktyw-noœci, ciœnienia pêcznienia). Na terenie Warszawy próbki do badañ pobrano z ró¿nych lokalizacji, gdzie prowadzone by³y prace budowlane.
Drugim obszarem, z którego pobrano grunty do anali-zy, jest teren kopalni Przedsiêbiorstwa Kruszyw Lekkich „Keramzyt” Sp. z o.o. w Mszczonowie, po³o¿ony ok. 45 km na po³udniowy zachód od Warszawy. Wspomniane i³y wy-stêpuj¹ tu w postaci kry glacitektonicznej, przeniesionej przez l¹dolód i wciœniêtej w utwory czwartorzêdowe sta-dia³u Warty zlodowacenia œrodkowopolskiego, (Czarnecki & Czerny, 1960; Czarnecki & Niedzielski, 1961).
Badania przeprowadzono równie¿ na próbkach i³ów neogeñskich ze z³o¿a surowców ilastych z cegielni nale¿¹cej do Wienerberger Ceramika Budowlana Sp. z o.o., znaj-duj¹cego siê ok. 17 km na pó³nocny wschód od Miñska Mazowieckiego i ok. 1 km na po³udnie od miejscowoœci Dobre, u zbiegu dwóch dróg ³¹cz¹cych Dobre z Rudzien-kiem i z Kamionk¹. W rejonie Dobrego stwierdzono istnie-nie równole¿nikowej struktury zbudowanej ze spiêtrzo-nych utworów neogenu (Piotrowska & Kamiñski, 2005). Miêdzy Dobrem a Antonin¹ maksymalna rzêdna ich stropu wynosi 160 m n.p.m. (Nowak, 1971a, b). Spiêtrzenie roz-ci¹ga siê na kilkanaœcie kilometrów: na wschód do doliny Osownicy i na zachód do doliny Rz¹dzy. Na po³udnie od wyniesienia strop neogenu gwa³townie spada i osi¹ga rzêdn¹ 80 m n.p.m.
WYNIKI BADAÑ
W tabeli 2 zamieszczono wyniki badañ parametrów fizycznych okreœlaj¹cych ekspansywnoœæ i³ów neogeñ-skich z ró¿nych obszarów badawczych zlokalizowanych w obrêbie rejonu A oraz i³ów z rejonu Bydgoszczy uznawa-nych za nietypowe (Kumor, 2005, 2006).
Metody oceny poœredniej
Indirect evaluation methods
Parametry oceniane
Valued parameters
Parametry wskaŸnikowe
Index parameters Nomogram Van der Merwe (1964)
Van der Merwe (1964) chart potencjalna ekspansywnoϾ (PE) potential expansion (PE)
zawartoœæ frakcji i³owej fi[%],
wskaŸnik plastycznoœci Ip[%]
clay content fi[%], plasticity index Ip[%] Nomogram wed³ug Seeda i in. (1962)
Seed et al. (1962) chart potencja³ pêcznienia (S)stopieñ ekspansji (DE), degree of expansion (DE),
swelling potential (S)
zawartoœæ frakcji i³owej fi[%], aktywnoœæ A* [–],
wskaŸnik plastycznoœci Ip[%]
clay content fi[%], activity A* [–],
plasticity index Ip[%] NomogramVijayvergiya i Gazzaly’ego (1973)
Vijayvergiya and Gazzaly (1973) chart ciœnienie pêcznienia (swelling pressure (sssp)
sp)
granica p³ynnoœci wL[%], wskaŸnik pêcznienia Is[–]
liquid limit wL[%], swell index Is[–] Nomogram Casagrande’a wed³ug Heada (1992)
Casagrande chart according to Head (1992) pêcznienie (SplastycznoœæDR), swelling (SDR),
plasticity
granica p³ynnoœci wL[%],
wskaŸnik plastycznoœci Ip[%]
liquid limit wL[%], plasticity index Ip[%] Klasyfikacja (Seed i in., 1962)
Classification (Seed et al., 1962)
ca³kowite pêcznienie (TE)
total expansion (TE)
stopieñ ekspansji (DE)
degree of expansion (DE)
Wzór empiryczny (Seed i in., 1962)
Empirical formula (Seed et al., 1962)
potencja³ pêcznienia (S)
swelling potential (S)
wskaŸnik plastycznoœci Ip[%]
plasticity index Ip[%]
*Aktywnoœæ obliczona wed³ug wzoruA
I
f
p
i
5 / Activity defined from the formulaA
I f p i 5 .
Tab. 1. Wybrane metody poœrednie oceny ekspansywnoœci gruntów (na podstawie literatury) Table 1. Selected indirect methods of soil expansiveness evaluation (based on literature)
Dobre
pó³nocno-wschodnia czêœæ zbiornika mioceñskiego (rejon A)
north-east part of the Miocene Basin (area A)
i³y neogeñskie
Neogene clays
lokalizacja pobrania próbek
location of sampling
Warszawa
Ryc. 1. Zasiêg wystêpowania i³ów neogeñskich (Wichrowski, 1981) oraz miejsca pobrania próbek
Fig. 1. Distribution of Neogene clays (Wichrowski, 1981) and location of sampling points
Wyniki badañ sk³adu granulometrycznego wskazuj¹, ¿e rozpatrywane grunty charakteryzuj¹ siê znaczn¹ zawar-toœci¹ frakcji i³owej. Œrednia jej zawartoœæ w i³ach z poszcze-gólnych lokalizacji jest zbli¿ona, chocia¿ nieznacznie wy¿-sze wartoœci uzyskano dla i³ów z Dobrego, a najni¿wy¿-sze dla i³ów z Warszawy. W stosunku do œrednich wartoœci otrzyma-nych dla rejonu Bydgoszczy (Kumor, 2005, 2006) s¹ one jednak wy¿sze. Wartoœci maksymalne s¹ natomiast bardzo zbli¿one i osi¹gaj¹ ok. 86%. Równie¿ œrednie wartoœci wil-gotnoœci naturalnej s¹ podobne we wszystkich rejonach, podczas gdy jej wartoœci minimalne w rejonie Bydgoszczy s¹ ni¿sze i spadaj¹ nawet poni¿ej granicy skurczalnoœci.
Œrednie wilgotnoœci naturalne i³ów ze wszystkich trzech poligonów badawczych z rejonu A oscyluj¹ w pobli¿u war-toœci granicy plastycznoœci, co wskazuje, ¿e i³y te znajduj¹ siê w stanie pó³zwartym. Dodatkowo stopieñ nasycenia tych gruntów jest zbli¿ony do pe³nego, co powoduje, ¿e i³y neogeñskie w takich warunkach nie powinny stanowiæ zagro¿enia. Potwierdzaj¹ to równie¿ wyniki badañ ciœnie-nia pêcznieciœnie-nia oraz wskaŸnika pêcznieciœnie-nia próbek o niena-ruszonej strukturze (NNS), których wartoœci nie s¹ zbyt wysokie (tab. 2). Czasami zdarzaj¹ siê znaczne odstêpstwa od wartoœci œrednich, szczególnie w przypadku i³ów wy-stêpuj¹cych na niewielkich g³êbokoœciach w strefie aeracji, strefie aktywnej o obni¿onej wilgotnoœci, gdzie wartoœci maksymalne zarówno ciœnienia pêcznienia, jak i wskaŸ-nika ekspansji s¹ znacznie wy¿sze (tab. 2). Maksymalne wartoœci tych parametrów wskazuj¹ na potrzebê identy-fikacji w³aœciwoœci ekspansywnych i³ów neogeñskich, chocia¿by przez wykonanie badañ wskaŸnikowych. Przy-k³adem takiego badania jest oznaczenie pêcznienia swobod-nego wed³ug Holtza i Gibbsa (1956), za pomoc¹ którego szybko mo¿na stwierdziæ, czy badane grunty mog¹ stanowiæ realne zagro¿enie i czy nale¿y wykonaæ dalsze badania. W przypadku i³ów z trzech poligonów z rejonu A œrednie
wartoœci pêcznienia swobodnego FSHG wskazuj¹, ¿e i³y
te mog¹ stwarzaæ problemy przy inwestycjach budowla-nych. Zagro¿enie mo¿e byæ spotêgowane przez wp³yw warunków atmosferycznych w trakcie prac inwestycyjnych. Przesuszenie b¹dŸ zawilgocenie pod³o¿a mo¿e diametralnie zmieniæ parametry, wp³ywaj¹c na zwielokrotnienie wartoœci ciœnienia pêcznienia, które przy wilgotnoœci powietrzno--suchej dochodzi nawet do ponad 2000 kPa (Gawriuczen-kow & Krzynówek, 1998; Kumor, 2005). Podwy¿szenie wilgotnoœci (np. w wyniku d³ugotrwa³ych ulew) powoduje póŸniejszy znaczny skurcz i³ów. To w³aœnie osiadanie pod-³o¿a fundamentowego w fazie skurczu, która nastêpuje po fazie pêcznienia, jest powodem wiêkszoœci awarii budyn-ków (Kumor, 2005). Wyniki badañ skurczu liniowego wskazuj¹, ¿e poddane analizie próbki i³ów mog¹ straciæ na d³ugoœci œrednio ok. 15% w przypadku, gdy ich wilgot-noœæ wzros³aby do wartoœci zbli¿onych do granicy p³yn-noœci. Wp³yw na tak du¿e wartoœci zarówno skurczu, jak i ciœnienia pêcznienia maj¹ na pewno du¿a zawartoœæ frakcji i³owej i sk³ad mineralny.
I³y neogeñskie serii poznañskiej ze wszystkich rejonów charakteryzuj¹ siê du¿¹ zawartoœci¹ minera³ów ilastych, wynosz¹c¹ œrednio ok. 59% (tab. 3). Minera³em dominu-j¹cym w sk³adzie i³ów jest beidellit (minera³ z grupy smek-tytu), którego œrednia iloœæ we wszystkich lokalizacjach przekracza 45%. Jako drugi minera³ ilasty wystêpuje kaoli-nit. W niektórych próbkach akcesorycznie mo¿e pojawiaæ siê illit, najprawdopodobniej jako minera³ mieszanopakie-towy z beidelitem, jednak w iloœciach uniemo¿liwiaj¹cych okreœlenie jego procentowej zawartoœci. We wszystkich prób-kach wystêpuj¹ domieszki getytu, a w pojedynczych poja-wiaj¹ siê równie¿ niewielkie iloœci substancji organicznej (do ok. 0,5%). Dope³nienie sk³adu mineralnego stanowi¹ kwarc oraz minera³y nieaktywne termicznie (œrednio 30%). Lokalizacja Locality Parametr Parameter fi [%] wn [%] ws [%] wp [%] wL [%] Ip [%] IL [–] Is [%] A [–] Sr [–] FSHG [%] e p [%] ssp [kPa] Ls [%] Warszawa min 13 17 10,6 16,8 35,5 16,9 –0,73 21,1 0,29 0,93 10 1,5 31,2 9,7 max 90 40,2 35,7 49,8 116 72,9 0,24 91,1 3,62 1 115 13,2 280 17,4 x 60 26,1 19,5 32,2 77,3 45,1 –0,15 58,1 0,86 0,98 66,4 5,6 81,9 14,4 s 15,7 5,3 6 7,1 18,1 13 0,1 16,4 0,6 0,02 38,4 3,8 80,9 3,1 Mszczonów min 40 21,7 14,8 24,8 55,3 29,3 –0,16 36,6 0,51 0,94 65 1,6 25,7 6 max 82 35,4 24,7 38,3 94,3 59,1 0,08 73,9 0,91 1 135 12,1 58 16,1 x 61,4 27,6 18,4 29,4 73,3 43,9 –0,04 54,8 0,72 0,98 102,5 5,7 36,9 11,8 s 12,4 3,7 3 4,5 14 10,3 0,1 12,9 0,1 0,03 22,8 3,6 11,3 3,9 Dobre k. Miñska Mazowiec-kiego min 44 21,7 11,1 23,1 63,9 39,3 –0,2 48,1 0,59 0,96 70 1,7 19 13 max 88 44,0 33,6 54 105 65,7 0,16 82 1 1 165 11 59 20 x 67,9 29,3 18,8 32,3 83,2 50,9 –0,06 64,4 0,77 0,98 116,5 5,4 34,4 16,7 s 13,4 5,5 5,7 7,9 12,1 7 0,1 8,9 0,1 0,03 29,6 3,1 12,3 2,2 Bydgoszcz* min 30 11,8 12,81 11,9 45,6 56,3 0,03 – 0,72 – – – 12 3 max 84 46,8 18,53 50,5 148,5 99 0,019 – 1,95 – – – 1200 14,4 x 45 26,51 13,7 27,2 82,1 30 –0,1 – 1,22 – – – 200–400 7,6–10,7
*Wed³ug Kumora (2005). Objaœnienia: fi– zawartoœæ frakcji i³owej, wn– wilgotnoœæ naturalna, ws– granica skurczalnoœci, wp– granica plastycznoœci,
wL– granica p³ynnoœci, Ip– wskaŸnik plastycznoœci, IL– stopieñ plastycznoœci, Is– wskaŸnik skurczalnoœci, A – aktywnoœæ, Sr– stopieñ nasycenia,
FSHG– pêcznienie swobodne,ep– wskaŸnik pêcznienia,ssp– ciœnienie pêcznienia, Ls– skurcz liniowy, min – wartoœæ minimalna, max – wartoœæ
maksymalna, x – wartoœæ œrednia, s – odchylenie standardowe.
*According to Kumor (2005). Explanations: fi– clay content, wn– moisture content, ws– shrinkage limit, wp– plastic limit, wL– liquid limit, Ip– plasticity index, IL– liquidity index, Is– shrinkage index, A – activity, Sr– degree of saturation, FSHG– free swell,ep– swell index,ssp– swelling pressure, Ls– linear shrinkage, min – minimum value, max – maximum value, x – mean value, s – standard deviation.
Tab. 2. Podstawowe parametry fizyczne i³ów neogeñskich z rejonu A Table 2. Basic physical parameters of the Neogene clays from area A
Du¿a zawartoœæ minera³ów z grupy smektytu sprawia, ¿e i³y z Mazowsza mog¹ okazaæ siê bardzo ekspansywne.
Zarówno potencjaln¹ ekspansywnoœæ, jak i aktywnoœæ gruntów mo¿na oszacowaæ na podstawie nomogramu Van der Merwe (1964). I³y neogeñskie z Warszawy charaktery-zuj¹ siê potencjaln¹ ekspansywnoœci¹ od œredniej do bardzo wysokiej oraz aktywnoœci¹ od nieaktywnych do aktyw-nych, i³y z Dobrego potencjaln¹ ekspansywnoœci¹ bardzo wysok¹, aktywnoœci¹ od nieaktywnych do normalnych, a i³y z Mszczonowa potencjaln¹ ekspansywnoœci¹ wysok¹ i bardzo wysok¹ oraz aktywnoœci¹ od nieaktywnych do normalnych (ryc. 2).
Ocena stopnia ekspansji DE oraz potencja³u pêcznienia
S na podstawie nomogramu Seeda i in. (1962) wskazuje, ¿e
i³y z Warszawy cechuj¹ siê stopniem ekspansji od œrednie-go do bardzo wysokieœrednie-go, a ich potencja³ pêcznienia wynosi powy¿ej 1,5%. I³y z Dobrego i z Mszczonowa wyró¿nia stopieñ ekspansji od œredniego do bardzo wysokiego, a ich potencja³ pêcznienia osi¹ga ponad 5% (ryc. 3).
Parametrem uzupe³niaj¹cym wymienione klasyfikacyj-ne wskaŸniki ekspansywnoœci, który mo¿na oszacowaæ na podstawie nomogramu Vijayvergiya i Gazzaly’ego (1973), jest ciœnienie pêcznienia (ryc. 4). Zgodnie z nomogramem i³y z Warszawy i z Mszczonowa mo¿na zaklasyfikowaæ do gruntów o ciœnieniu pêcznienia od poni¿ej 30 kPa do powy¿ej 300 kPa, a i³y z Dobrego – od 30 kPa do powy¿ej 300 kPa. Trzeba zaznaczyæ, ¿e uzyskane wyniki badañ przy pomocy aparatu do badania ciœnienia pêcznienia dla i³ów o wilgotnoœci naturalnej s¹ znacznie ni¿sze i wynosz¹ od 19 kPa do maksymalnie 280 kPa. Maksymalne wartoœci mog¹ stanowiæ ju¿ zagro¿enie dla lekkich budowli i obiek-tów in¿ynierskich.
Dope³nieniem klasyfikacji ekspansywnoœci pozwalaj¹-cym pe³niej oszacowaæ plastycznoœæ i pêcznienie gruntu jest nomogram Casagrande’a zmodyfikowany przez
Grabow-0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 wskaŸnik plastycznoœci [%] I I plasticity index [%] p p aktywnoœæ = 2 A = A activity 2 bardzo wysoka very high œrednia medium niska low aktywnoœæ = 0,5 A = A activity 0.5 wysoka high i³y z Warszawy
clays from Warsaw
i³y z Dobrego
clays from Dobre
i³y z Mszczonowa
clays from Mszczonów
Ryc. 2. Nomogram Van der Merwe (1964) do oceny potencjalnej ekspansywnoœci z wartoœciami uzyskanymi dla i³ów neogeñskich z rejonu A
Fig. 2. Van der Merwe (1964) chart for evaluation of potential expansion values with values obtained for the Neogene clays from area A 0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 aktywnoœæ [–] A* A* activity [–] bardzo wysoki very high wysoki high œredni medium niski low S = 5% S = 1,5% S = 25% i³y z Warszawy
clays from Warsaw
i³y z Dobrego
clays from Dobre
i³y z Mszczonowa
clays from Mszczonów
*aktywnoœæ obliczona wed³ug wzoru
*activity defined from the formula A = Ip f –i 5
Ryc. 3. Nomogram Seeda i in. (1962) do oceny stopni ekspansji oraz potencja³u pêcznienia z wartoœciami uzyskanymi dla i³ów neogeñskich z rejonu A
Fig. 3. Seed et al. (1962) chart for evaluation of degree of expansion and swelling potential with values obtained for the Neogene clays from area A 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 20 30 40 50 60 70 80 90 100 granica p³ynnoœci [%] w w liquid limit [%] L L wskaŸnik pêcznienia [–] I I swell index [–] s s i³y z Warszawy
clays from Warsaw
i³y z Dobrego
clays from Dobre
i³y z Mszczonowa
clays from Mszczonów
Ryc. 4. Nomogram Vijayvergiya i Ghazzaly’ego (1973) do oceny wartoœci ciœnienia pêcznienia neogeñskich i³ów z rejonu A Fig. 4. Vijayvergiya and Ghazzaly (1973) chart for evaluation of swell pressure values of the Neogene clays from area A
Lokalizacja Locality Wartoœci charakterystyczne Characteristic values Zawartoœæ minera³ów Mineral composition [%] minera³y ilaste clay minerals geothyt goethite kwarc i inne quartz and others beidellit beidellite kaolinit kaolinite Warszawa min 26,9 6,9 2 16,7 max 61,9 17,4 9 65,5 x 48,8 13,3 5,8 32,9 s 11,8 4,3 2,5 17,8 Mszczonów min 31,1 2 0,7 10,9 max 67,9 22,8 7,5 55,2 x 48,2 11,4 4,3 36,1 s 11,7 5,9 1,7 13,7 Dobre k. Miñska Mazowiec-kiego min 23 3,8 1 14 max 76,5 24 9,2 58,1 x 45,7 12,8 4,7 34,5 s 16,9 5,6 2,3 13,9
Objaœnienia: min – wartoœæ minimalna, max – wartoœæ maksymalna, x – wartoœæ œrednia, s – odchylenie standardowe.
Explanations: min – minimum value, max – maximum value, x – mean value, s – standard deviation.
Tab. 3. Sk³ad mineralny i³ów neogeñskich z rejonu A
sk¹-Olszewsk¹ (1995). Analiza wyników badañ w tym ujêciu pozwala stwierdziæ, ¿e i³y z Warszawy charakteryzuj¹ siê plastycznoœci¹ i pêcznieniem od œrednich do ekstremalnie wysokich, natomiast i³y z Dobrego i z Mszczonowa od wysokich do ekstremalnie wysokich (ryc. 5).
WNIOSKI
Badania i³ów neogeñskich serii poznañskiej z Mazow-sza wykaza³y, ¿e:
1. I³y te cechuj¹ wysokie wartoœci wskaŸników ekspan-sywnych, co jest typowe dla i³ów z innych obszarów Polski o podobnych cechach genetycznych. Nie stwierdza siê istot-nego zró¿nicowania wartoœci liczbowej parametrów charak-teryzuj¹cych ekspansywnoœæ gruntów z rejonów poddanych badaniom.
2. W³aœciwoœci ekspansywne takie jak pêcznienie, pla-stycznoœæ, ciœnienie pêcznienia, stopieñ ekspansji, wskaŸ-nik ekspansji, potencjalna ekspansywnoœæ i aktywnoœæ badanych i³ów s¹ bardzo zró¿nicowane i mog¹ dochodziæ do ekstremalnie wysokich, a znaczny wp³yw na to maj¹ wilgotnoœæ i ich stopieñ nasycenia.
3. Przy projektowaniu fundamentów i na etapie wyko-nywania prac nale¿y uwzglêdniæ mo¿liwoœæ wystêpowania gruntów ekspansywnych w pod³o¿u i odpowiednio zabez-pieczyæ wykop oraz pod³o¿e budowli.
4. Charakterystyki potencjalnej ekspansywnoœci powin-ny byæ okreœlane indywidualnie dla ró¿powin-nych typów i³ów, w zale¿noœci od wilgotnoœci, ciœnienia pêcznienia i che-mizmu œrodowiska. W porównaniu z i³ami neogeñskimi z Bydgoszczy i³y z Mazowsza charakteryzuj¹ siê podobny-mi, a czêsto wy¿szymi w³aœciwoœciami ekspansywnymi.
LITERATURA
ALTMEYER W.T. 1955 – Discussion of engineering properties of expansive clays. Proc. Am. Soc. Civ. Eng., 81: 17–19.
ASTM D2435-90 – Standard test method for one-dimensional consoli-dation properties of soils. Am. Soc. Test. Mat., Philadelphia, USA. BS 1377: Part 2: 1990: 6.5 – British standard methods of test for soils for civil engineering purposes. Linear Shrinkage.. British Standards Institution, London.
CZARNECKI A. & CZERNY B. 1960 – Dokumentacja z³o¿a pstrych i³ów poznañskich do produkcji kruszywa lekkiego w Budach Mszczo-nowskich. Centr. Urz¹d Geol., Przeds. Geol. Sur. Skal. w Krakowie, Arch. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
CZARNECKI A. & NIEDZIELSKI A. 1961 – Dokumentacja geo-logiczna z³o¿a pstrych i³ów poznañskich Budy Mszczonowskie do produkcji kruszywa lekkiego. Arch. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa. FRANKOWSKI Z. & WYSOKIÑSKI L. (red.) 2000 – Atlas geologiczno--in¿ynierski Warszawy. Narod. Arch. Geol., Warszawa.
GARBULEWSKI K. & ¯AKOWICZ S. 1993 – Ocena pêcznienia drobnoziarnistych gruntów na podstawie pomiarów ssania. Gosp. Wod., 3: 53–56.
GAWRIUCZENKOW I. & KRZYNÓWEK M. 1998 – Ciœnienie pêcznienia badane w aparacie firmy Geonor – wp³yw wybranych czynników na uzyskiwane wartoœci. [W:] Liszkowski J. (red.) Wspó³czesne problemy geologii in¿ynierskiej w Polsce. WIND, Wroc³aw: 133–137.
GRABOWSKA-OLSZEWSKA B. & KACZYÑSKI R. 1994 – Metody badania gruntów pêczniej¹cych. Gosp. Sur. Min., 10: 125–160. GRABOWSKA-OLSZEWSKA B. 1995 – Plastycznoœæ i pêcznienie ró¿nych genetycznych typów gruntów spoistych. [W:] Seminarium „Badania geotechniczne i ich zastosownie w projektowaniu”. PAN, Politech. Warsz., Warszawa: 45–54.
HEAD K.H. 1992 – Manual of soil laboratory testing. Vol. 1. Soil classification and compaction tests. Pentech Press, London, s. 388. HOLTZ W.G. 1959 – Expansive clays – properties and problems. Quart. Colorado School Mines, 54: 89–125.
HOLTZ W.G. & GIBBS H.J. 1956 – Engineering properties of expan-sive clays. Trans. Am. Soc. Civ. Eng., 121: 641–663.
JE¯ J. 2008 – Geotechnika – awarie osobliwe. Warstwy, Dachy i Œciany, 4: 87–89.
JE¯ J. & JE¯ T. 2006a – O awariach budynków posadowionych na i³ach poznañskich. In¿. Bud., 62: 135–137.
JE¯ J. & JE¯ T. 2006b – Stereotypy w ocenie sytuacji geotechnicznej obiektu budowlanego. In¿. Bud., 6: 315–317.
KOŒCIÓWKO H. & WYRWICKI R. 1996 – Metodyka badañ kopalin ilastych. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa: 56–76.
KUMOR M.K. 2005 – Wybrane problemy geotechniczne gruntów ekspansywnych. [W:] XX Jubileuszowa Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Wis³a–Ustroñ, 1–4 marca 2005 r. Pol. Zwi¹z. In¿. Tech. Bud., Kraków: 233–260.
KUMOR M.K. 2006 – Badanie fazy skurcz–pêcznienie i³u jako mo¿li-woœæ przewidywania przemieszczeñ pod³o¿a ekspansywnego. Zesz. Nauk. Politech. Bia³ostoc., Bud., 28: 179–189.
NIEDZIELSKI A. 1993 – Czynniki kszta³tuj¹ce ciœnienie pêcznienia oraz swobodne pêcznienie i³ów poznañskich i warwowych. Akad. Roln. w Poznaniu, Poznañ, s. 100.
NOWAK J. 1971a – Mapa geologiczna Polski, skala 1 : 200 000, ark. N-34-XXXIV Warszawa Wschód. Wyd. Geol., Warszawa. NOWAK J. 1971b – Objaœnienia do Mapy geologicznej Polski w skali 1 : 200 000, ark. N-34-XXXIV Warszawa Wschód. Wyd. Geol., Warszawa.
PIOTROWSKA K. & KAMIÑSKI M. 2005 – Objaœnienia do Szcze-gó³owej mapy geologicznej Polski w skali 1 : 50 000, ark. Miñsk Mazowiecki. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
PN-B-04481:1988 – Grunty budowlane. Badanie próbek gruntów. PKN, Warszawa.
RAMAN V. 1967 – Identification of expansive soils from the plasticity index and the shrinkage index data. Indian Engineer., 11: 17–22. RANGANATHAM G.V. & SATYANARAYANA B. 1965 – A rational method of predicting swelling potential for compacted expansive clays. [W:] Proceedings of the 6th ICSMFE, Montreal, Canada, 1: 92–96. SEED H.B., WOODWARD R.J. & LUNDGREN R. 1962 – Prediction of swelling potential for compacted clays. J. Soil Mech. Found. Div., ASCE, 88, SM-3: 53–87.
TOUNTOUNGI A. 1988 – Expansion soil in Syria. [W:] Proceeding of the International Conference on Engineering Problems of Regional Soils, Beijing, China: 413–714.
VAN DER MERWE D.H. 1964 – The prediction of heave from the plasticity index and percentage clay fraction of soils. Civil Eng. South Africa, 6: 103–106.
VIJAYVERGIYA V.N. & GHAZZALY O. I. 1973 – Prediction of swelling potential for natural clays. [W:] Proceedings of the 3rd International Conference on Expansive Clay Soils. Vol. 1. Jerus. Acad. Press, Jerusalem.
WIRCHROWSKI Z. 1981 – Studium mineralogiczne i³ów serii poznañskiej. Arch. Min., 37: 93–195.
Praca wp³ynê³a do redakcji 16.07.2012 r. Po recenzji akceptowano do druku 31.10.2012 r.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 CI CH ME MV MH MI ML CV CL CE niska plastycznoœæ L low plasticity œrednia plastycz-noœæ I medium plasticity wysoka plastycznoœæ H high plasticity bardzo wysoka plastycznoœæ V very high plasticity ekstremalnie wysoka plastycznoœæ E
extremely high plasticity
granica p³ynnoœci [%] w w liquid limit [%] L L wskaŸnik p lastycznoœci [%] I I plasticity index [%] p p i³y z Warszawy
clays from Warsaw
i³y z Dobrego
clays from Dobre
i³y z Mszczonowa
clays from Mszczonów C –i³y
clays M –py³y silts
Ryc. 5. Nomogram Casagrande’a wed³ug Heada (1992) do oceny zdolnoœci ekspansywnych z wartoœciami uzyskanymi dla i³ów neogeñskich z rejonu A
Fig. 5. Casagrande chart according to Head (1992) for evaluation of expansive ability with values obtained for the Neogene clays from area A
!["U podstaw chrystianizmu", ks. Edward Warmiński, Poznań 1938 : [recenzja]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)