oborecka@geol.agh.edu.pl , tel. 46-40

Pełen tekst

(1)TERMINY ZAJĘĆ: Inżynieria Środowiska Wykład – wtorek 14.45-16.15 co 2 tygodnie jedna grupa wymiennie Górnictwo i Geologia Wykład – piątek 11.30-13.00 piątek 13.00-14.30. KONSULTACJE: Dr inż. Aleksandra Borecka Poniedziałek 17.00-18.30, pokój 05 oborecka@geol.agh.edu.pl , tel. 46-40.

(2) INFORMACJĘ ORGANIZACYJNE: Wykłady – obecność na wykładach jest nie obowiązkowa zgodnie z Regulaminem studiów AGH Zajęcia – obecność na zajęciach jest obowiązkowa zgodnie z Regulaminem studiów AGH Zaliczanie zajęć: -Podstawowy termin uzyskania zaliczenia – koniec zajęć w danym semestrze -Prowadzący zajęcia może uznać za usprawiedliwione nieprzystąpienie do zaliczenia zajęć (przyczyny losowe) na pisemny wniosek studenta złożony najpóźniej w terminie 14 dni od ustalonego terminu zaliczenia -W sprawach zaliczeń studentowi przysługuje prawo do odwołania w ciągu 7 dni od daty wystawienia zaliczenia do Dziekana Wydziału -Student ma prawo wglądu do swoich ocenianych prac w terminie wskazanym przez prowadzącego zajęcia -Jeżeli w trakcie procedury zaliczania prowadzący stwierdzi niesamodzielność pracy studenta lub korzystanie przez niego z niedozwolonych materiałów student otrzymuje ocenę niedostateczną. W przypadku przedmiotów powtórnie zaliczanych prowadzący może zwolnić studenta z obowiązku ponownego uczestniczenia w niektórych zajęciach z tego przedmiotu, przepisując mu oceny z zaliczonych zajęć..

(3) INFORMACJĘ ORGANIZACYJNE:. Zaliczanie zajęć: -. oceny pozytywne ze wszystkich projektów ocena pozytywna z kolokwium aktywność na zajęciach nie uczestniczenie przy wykonywaniu któregoś z projektów odrabianie zajęć w czasie konsultacji. Zakaz korzystania z telefonów komórkowych i innych urządzeń – tj. aparaty fotograficzne, dyktafony, tabletów, itp KALKULATORY WSKAZANE Norma PN-B-03020:1981 WSKAZANA Linijki, skalówki, ołówki, papier milimetrowy, ….

(4) Egzamin: - Student ma prawo do trzykrotnego przystąpienia do egzaminu w zaplanowanych terminach (jeden termin podstawowy, dwa terminy poprawkowe). Nieusprawiedliwiona nieobecność na egzaminie w danym terminie powoduję utratę tego terminu. - Termin zerowy – nie będzie przeprowadzany -Egzamin poprawkowy w celu poprawy oceny pozytywnej nie jest dopuszczalny – Regulamin studiów AGH -Prowadzący zajęcia może uznać za usprawiedliwione nieprzystąpienie do egzaminu(przyczyny losowe) na pisemny wniosek studenta złożony najpóźniej w terminie 14 dni od ustalonego terminu zaliczenia -Student ma prawo wglądu do swoich ocenianych prac w terminie wskazanym przez prowadzącego zajęcia -Jeżeli w trakcie egzaminu prowadzący stwierdzi niesamodzielność pracy studenta lub korzystanie przez niego z niedozwolonych materiałów student otrzymuje ocenę niedostateczną.. OCENA KOŃCOWA: średnia ocen z ćwiczeń projektowych i egzaminu.

(5) KATEDRA HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERKIEJ. WYKŁAD. GRUNTOZNAWSTWO. DR INŻ. ALEKSANDRA BORECKA.

(6) BIBLIOGRAFIA: 1.E. Myślińska – Laboratoryjne badania gruntów (i gleb), Wydawnictwo Naukowe PWN 2.B. Grabowska-Olszewska – Metody badań gruntów spoistych, Wydawnictwo Geologiczne, 1990 3.Z. Wiłun – Zarys geotechniki 4.Instrukcje ITB 428/2007 – Komentarz do nowych norm klasyfikacji gruntów, Warszawa, 2007 5.Z.Pazdro – Hydrogeologia ogólna 6.A. Macioszczyk – Podstawy hydrogeologii stosowanej, Wydawnictwo Naukowe PWN 7.R. Lancellotta – Geotechnical engineering, Taylor & Francis, 2009 8.B. M. Das – Principles of Geotechnical Engineering, PWS-KENT Publishing Company, 1985 9.J.K. Mitchell, K. Soga – Fundamentals of soil behavior, J. Wiley & Sons, 2005. Polskie Normy: 1.PN-B-02480:1986 – Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów. 2.PN-B-04481:1988 – Grunty budowlane. Badanie próbek gruntu. 3.PN-EN ISO 14688-1:2006 – Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis 4.PN-EN ISO 14688-2:2006 – Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 2: Zasady klasyfikowania 5.PN-EN 1997-2:2009 – Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznawanie i badanie podłoża gruntowego.

(7) BIBLIOGRAFIA cd: Specyfikacje techniczne: 1. PKN-CEN ISO/TS 17892-1:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 1 – Oznaczanie wilgotności. 2. PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 2 – Oznaczanie gęstości gruntów drobnoziarnistych. 3. PKN-CEN ISO/TS 17892-3:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 3 – Oznaczanie gęstości właściwej – Metoda piknometru. 4. PKN-CEN ISO/TS 17892-4:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 4 – Oznaczanie składu granulometrycznego 5. PKN-CEN ISO/TS 17892-5:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 5 – Badanie edometryczne gruntów. 6. PKN-CEN ISO/TS 17892-6:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 6 – Badanie penetrometrem stożkowym. 7. PKN-CEN ISO/TS 17892-7:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 7 – Badanie na ściskanie gruntów drobnoziarnistych w jednoosiowym stanie naprężenia. 8. PKN-CEN ISO/TS 17892-8:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 8 – Badanie gruntów nieskonsolidowanych w aparacie trójosiowego ściskania bez odpływu wody. 9. PKN-CEN ISO/TS 17892-9:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 9 – Badanie gruntów w aparacie trójosiowego ściskania po nasyceniu wodą. 10. PKN-CEN ISO/TS 17892-10:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 10 – Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania. 11. PKN-CEN ISO/TS 17892-12:2009 – Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 12 – Oznaczanie granic Atterberga..

(8) GEOLOGIA INŻYNIERSKA. Jest nauką zajmującą się zastosowaniem geologii do praktyki. inżynierskiej. Zadaniem geologii inżynierskiej jest ocena aktualnego stanu środowiska geologicznego oraz prognozowanie zmian tej części środowiska,. na. którą. oddziaływują. wszelkiego. typu. roboty. budowlane.. Jest. nauką. zajmującą. się. badaniem,. studiowaniem. i. rozwiązywaniem problemów inżynierskich, które mogą powstać w środowisku geologicznym w wyniku działalności człowieka oraz planowaniem i rozwijaniem metod pomiarowych w celu zapobiegania katastrofom geologicznym lub usuwaniem ich skutków..

(9) GRUNTOZNAWSTWO. Dyscyplina,. której. zadaniem. jest. badanie. właściwości. gruntu. budowlanego. Stanowi ona dział geologii inżynierskiej. Przedmiotem badań gruntoznawstwa są fizyczne, mechaniczne oraz fizykochemiczne właściwości gruntów i ocena ich zmienności w zależności od składu mineralnego, chemicznego gruntu, jego struktury, tekstury, ... Wyniki badań gruntoznawczych wykorzystywane są dla potrzeb. projektowania i wykonawstwa obiektów budowlanych oraz prognozy zmian właściwości gruntów i środowiska geologicznego przy zmianie warunków w trakcie wykonywania tych obiektów. Zajmuje się także opracowaniem metod polepszania właściwości gruntów (stabilizacja. gruntów)..

(10) ROCK CYCLE I POCHODZENIE GRUNTÓW. ROCK CYCLE.

(11) ROCK CYCLE I POCHODZENIE GRUNTÓW SKAŁA. WIETRZENIE WIETRZENIE FIZYCZNE: procesy mechaniczne, termiczne. WIETRZENIE CHEMICZNE: procesy hydrolizy, hydratacji, rozpuszczania, utleniania, ługowania, wymiany kationowej. WIETRZENIE BIOLOGICZNE. PRODUKTY WIETRZENIA SKAŁ. ZWIETRZELINY. TRANSPORT: sortowanie i abrazja RZEKI. WIATR. LODOWCE. DEPOZYCJA ŚRODOWISKO MORSKIE: płytkomorski osad piasek wapienny batialny depozyt depozyt głębokiego oceanu. ŚRODOWISKO MIESZANE osad przybrzeżny w ujściu rzek i delt. DIAGENEZA: kompakcja cementacja. ŚRODOWISKO LĄDOWE materiał lodowcowy depozyt aluwialny materiał eoliczny jeziorny i bagienny depozyt. SKAŁA OSADOWA.

(12) GRUNTY stanowią fragment warstwy litosfery, powstały w wyniku wietrzenia skał pierwotnych czyli w wyniku rozpadu czy rozkładu skały macierzystej w wyniku oddziaływania procesów fizycznych, chemicznych czy biologicznych. WIETRZENIE FIZYCZNE (MECHANICZNE) – rozpad skały bez zmiany jej składu chemicznego, pod działaniem powierzchniowych i przypowierzchniowych czynników fizycznych: częste zmiany temperatury skał, ciśnienia wody i lodu zawartego w skałach, odprężenia się skał w wyniku ich odciążenia, mechanicznego działania roślin, zwierząt i człowieka WIETRZENIE CHEMICZNE – procesy chemicznego rozkładu, w trakcie których dochodzi do rozpuszczania i uwalniania składników oraz syntezy nowych minerałów bądź pozostawiania trwałych produktów końcowych rozpadu. Wietrzenie chemiczne jest głównie spowodowane procesami rozpuszczania, hydrolizy, hydratacji, utlenienia, uwęglanowienia, itp przebiegającymi głównie pod działaniem wody tlenu, dwutlenku węgla, azotu kwasów humusowych i bakterii. WIETRZENIE BIOLOGICZNE (ORGANICZNE) – jest to każdy rodzaj wietrzenia spowodowany przez organizmy żywe (nie zawsze wyróżnia się wietrzenia biologicznego jako oddzielnego działu, uznaje się je jako wchodzące w skład wietrzenia fizycznego i chemicznego)..

(13) POBIERANIE PRÓBEK GRUNTU. Próbka o nie naruszonej strukturze (NNS) – jest to próbka pobrana w sposób zapewniający zachowanie naturalnej struktury, wilgotności i uziarnienia gruntu. Pobiera się je za pomocą specjalnych próbników wciskanych (z wykopów lub odkrywek można wyciąć bryłę gruntu). Przechowywane są w cylindrach, starannie zabezpieczone przed wysychaniem, odkształcaniem, przemarzaniem,.....

(14) POBIERANIE PRÓBEK GRUNTU. Próbka o naruszonej strukturze (NS) – jest to próbka w której struktura gruntu, wilgotność i/lub składniki zostały zmienione podczas pobierania. Próbka przerobiona – jest to próbka całkowicie przerobiona, o naturalnej wilgotności. Próbka o naturalnej wilgotności (NW) – jest to próbka pobrana w sposób zapewniający zachowanie naturalnej wilgotności gruntu. Przechowuje się je w szczelnych pojemnikach szklanych lub z tworzywa sztucznego albo w workach foliowych.. Próbka o naturalnym uziarnieniu (NU) – jest to próbka pobrana w sposób zapewniający zachowanie naturalnego uziarnienia gruntu (nie muszą mieć zachowanej naturalnej wilgotności i struktury). Przechowywane w szczelnych skrzynkach z przedziałami na wyznaczone głębokości (przy pobieraniu próbek z wierceń) lub też innych szczelnych pojemnikach (torebki, pudełka,...).

(15) KLASA JAKOŚCI PRÓB GRUNTU DO BADAŃ LABORATORYJNYCH I KATEGORIE POBIERANIA PRÓB. wg PN-EN ISO 22475-1:2006; PN-B-04452:2002 (zastąpiona przez PN-EN 1997-2:2009). Właściwości gruntu/klasy jakości. 1. 2. 3. 4. Niezmienione właściwości gruntu uziarnienie wilgotność gęstość, stopień zagęszczenia, przepuszczalność ściśliwość, wytrzymałość na ścinanie. + + + +. + + +. + +. +. + + + +. + + + +. + +. + +. +. +. + + +. + +. +. Właściwości które mogą być określane kolejność warstw granice warstw – przybliżone granice warstw – dokładne granice Atterberga, gęstość właściwa szkieletu, zawartość części organicznych wilgotność gęstość, stopień zagęszczenia, przepuszczalność ściśliwość, wytrzymałość na ścinanie Kategorie pobierania prób gruntu zgodnie z PN-EN ISO 22475-1:2006. 5. +. A B C.

(16) METODY POBIERANIA PRÓBEK GRUNTU. - metoda A – próbki pobierane bez naruszenia struktury gruntu z zachowaną wilgotnością i porowatością. - metoda B – próbki gruntu z zachowaną wilgotnością i składem ziarnowym. - metoda C – próbki umożliwiające jedynie określenie składu ziarnowego.

(17) FAZY W GRUNCIE.

(18) FRAKCJE (UZIARNIENIE) GRUNTU. wg PN-B-02480:1986. wg PN-EN ISO 14688-1:2006. Duże głazy. d > 630 mm. 630 mm  d > 200 mm. Głazy Bo frakcja kamienista fk frakcja żwirowa fż frakcja piaskowa fp frakcja pyłowa fp. frakcja iłowa fi. d > 40 mm 40 mm  d > 2 mm 2 mm  d > 0,05 mm. 0,05 mm  d > 0,002 mm. d < 0,002 mm. Kamienie (frakcja kamienista) Co. 200 mm  d > 63 mm. Żwiry (frakcja żwirowa) Gr. 63 mm  d > 2 mm. Piaski (frakcja piaskowa) Sa Pyły (frakcja pyłowa) Si Ił (frakcja iłowa) Cl. 2 mm  d > 0,063 mm 0,063 mm  d > 0,002 mm d < 0,002 mm. Grunty bardzo gruboziarniste. Grunty gruboziarniste. Grunty drobnoziarniste.

(19) KLASYFIKACJA GRUNTÓW BUDOWLANYCH wg PN-B-02480:1986 GRUNT BUDOWLANY. GRUNT ANTROPOGENICZNY. GRUNT NATURALNY. GRUNTY NASYPOWE. GRUNTY MINERALNE. GRUNTY SKALISTE. GRANITY, BAZALT,…. GRUNTY NIESKALISTE. GRUNTY RODZIME. GRUNTY ORGANICZNE. -SKALISTE (WĘGIEL KAMIENNY, WĘGIEL BRUNATNY) -NIESKALISTE (GRUNT PRÓCHNICZNY, NAMUŁ, TORFY, GYTIE).

(20) KAMIENISTE. ZWIETRZELINA KW. GRUBOZIARNISTE. DROBNIZIARNISTE. ŻWIR Z NIESPOISTE. ZWIETRZELINA GLINIASTA KWg RUMOSZ KR. SPOISTE. ŻWIR GLINIASTY Zg PIASEK GRUBY Pr POSPÓŁKA Po. PIASEK ŚREDNI Ps RUMOSZ GLINIASTY KRg. POSPÓŁKA GLINIASTA Pog PIASEK DROBNY Pd. OTOCZAKI KO PIASEK PYLASTY Pp. TRÓJKĄT FERETA.

(21) TRÓJKĄT FERETA wg PN-B-02480:1986.

(22) KLASYFIKACJA GRUNTÓW wg PN-EN ISO 14688-1:2006 GRUNT ANTROPOGENICZNY Mg. GRUNT NATURALNY. NASYP KONTROLOWANY GRUNTY WULKANICZNE Ma mała gęstość. NASYP NIE KONTROLOWANY. GRUNTY BARDZO GRUBOZIARNISTE Ważą one więcej niż pozostałe grunty. GŁAZY WULKANICZNE, PUMEKS, SKORIA, PIASEK WULKANICZNY, TUF. GRUNTY GRUBOZIARNISTE. GRUNTY ORGANICZNE Or. Zawiera substancje organiczna i ma organiczny zapach TORFY, GYTIE, HUMUS. GRUNTY DROBNOZIARNISTE. Zlepia się gdy jest mokry. PYŁ Si. GŁAZY Bo. Większość okruchów jest > 200 mm. KAMIENIE Co. ŻWIR Gr. Większość okruchów jest > 2 mm. PIASEK Sa. Grunt wykazuje niska plastyczność, dylatancję, jedwabistość w dotyku, rozpada się w wodzie i szybko wysycha. IŁ Cl.

(23) źródło: Gołębiewska A., Wudzka A., Nowa klasyfikacja gruntów według normy PN-EN ISO, Geoinżynieria drogi mosty tunele 4/2006 [11].



(26) TRÓJKĄT wg PN-EN ISO 14688:2006. TRÓJKĄT FERETA wg PN-B-02480:1986.

(27) ANALIZA MAKROSKOPOWA wg PN-B-04481:1988 Jest uproszczonym badaniem, mającym na celu określenie nazwy, rodzaju i stanu gruntów bez pomocy przyrządów. Wykonuje ja się w terenie (wstępny opis gruntu), w laboratorium (przeglądowe badanie)..  oznaczenie spoistości gruntu – grunt spoisty , niespoisty  oznaczenie rodzaju gruntów spoistych – próba wałeczkowania, próba rozcierania w wodzie, próba rozmakania  oznaczenie stanu gruntów spoistych – wałeczkowanie, zliczanie ilości wałeczków (zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny, płynny)  oznaczenie rodzaju gruntów sypkich (niespoistych) – na podstawie wielkości i zawartości ziarn (żwir, pospółka, piaski)  określenie barwy gruntu  określenie wilgotności (suchy, mało wilgotny, wilgotny, mokry, nawodniony)  oznaczenie zawartości węglanów 20% kwasem solnym (kl. I - <1; kl. II – 1-3; kl. III – 3-5; kl. IV - >5).

(28) ANALIZA MAKROSKOPOWA wg PN-EN ISO 14688-1:2006  oznaczenie spoistości gruntu – grunt spoisty , niespoisty  oznaczenie rodzaju gruntów zarysowywania(błyszczy, matowy). spoistych. –. próba. rozcierania. w. wodzie,. próba. nacinania,.  oznaczenie wytrzymałości w stanie suchym gruntów spoistych – rozpad pod naciskiem po wysuszeniu próbki (mała, średnia, duża wytrzymałość)  oznaczenie dylatancji pyłu i iłu – wstrząsanie, przerzucanie miedzy dłońmi  oznaczenie plastyczności – próba wałeczkowania, grubość uzyskiwanych wałeczków (mała plastyczność, duża plastyczność)  oznaczenie stanu gruntów spoistych – formowanie, wałeczkowanie, ściskanie (bardzo zwarty, zwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny)  oznaczenie rodzaju gruntów sypkich (niespoistych) – na podstawie wielkości i zawartości ziarn (żwir, pospółka, piaski)  oznaczenie kształtu ziarn – ostrość krawędzi, forma, charakter powierzchni  określenie barwy gruntu  określenie zawartości części organicznych – zapach, barwa  oznaczenie zawartości węglanów 10% kwasem solnym (bezwapnisty (0); wapnisty (+), silnie wapnisty (++)).

(29) ANALIZA GRANULOMETRYCZNA wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-4:2009 Wykonuje się ją w celu określenia składu granulometrycznego gruntów nieskalistych, a więc wyznaczenia procentowej zawartości ziarn i cząstek o różnych wymiarach, a następnie oznaczenia zawartości poszczególnych frakcji granulometrycznych. Pozwala to w końcowym efekcie na wykreślenie krzywej uziarnienia oraz ustalenie rodzaju i nazwy badanego gruntu. Znajomość rodzaju badanego gruntu pozwala na prognozowanie jego właściwości oraz ustalenie zakresu dalszych badań.. Analizę granulometryczną wykonuję się metodami:. - mechanicznymi – analiza sitowa, ( jeśli prawie wszystkie ziarna w gruncie mają wymiary ponad 0.063mm) - sedymentacyjnymi – analiza areometryczna, pipetowa i inne (jeśli prawie wszystkie ziarna w gruncie mają wymiary mniejsze niż 0.063mm).

(30) ANALIZA SITOWA. Polega na przesianiu wysuszonej w temp. 105  1100C próbki gruntu nieskalistego przez odpowiedni komplet sit. o. różnych. wymiarach. oczek. i. obliczeniu. procentowych mas ziarn pozostających na sitach w stosunku do całkowitej masy badanej próbki gruntu. Za pomocą tej metody określa się skład granulometryczny gruntów sypkich i określa ich nazwę. Jest stosowana również jako badanie uzupełniające przy określaniu składu granulometrycznego gruntów spoistych..

(31) PRZYKŁADOWA SIATKAKRZYWA DO ANALIZY GRANULOMETRYCZNEJ UZIARNIENIA wg PN-B-04481:1988 Numer próbki: ................................... Numer otworu: .................................. Głębokość pobrania: ................................. m ppt. Rodzaj gruntu: ........................................ FRAKCJE. Zawartość ziarn (cząstek) o średnicy mniejszej niż dT ,[%]. 100.00. iłowa. pyłowa. żwirowa. piaskowa. kamienista. 0.00. 90.00. 10.00. 80.00. 20.00. 70.00. 30.00. 60.00. 40.00. 50.00. 50.00. 40.00. 60.00 70.00. 30.00 Procentowa zawartość frakcji f k = ................... f ż = ................... fp = ................... fp = ................... f i = .................... 20.00 10.00. 80.00 90.00 100.00. 0.00 100. 80 60. 40. 10. 1. 0.1. 0.01. 20. 8 6. 4. 2. 1 1. 0. 0. 0 0. 0. 0. 0 0. 0. 0. 0.001. Średnica zastępcza ziarn (cząstek), dT [mm].

(32) PODZIAŁ GRUNTÓW GRUBOZIARNISTYCH wg PN-B-02480:1986. Żwir Żwir gliniasty Pospółka Pospółka gliniasta. Z Zg Po Pog. fk+fz > 50% fk+fz > 50% 50% > fk+fz > 10% 50% > fk+fz > 10%. f’i > 2% f’i > 2%. PODZIAŁ GRUNTÓW DROBNOZIARNISTYCH wg PN-B-02480:1986. Piasek Piasek Piasek Piasek. gruby Pr średni Ps drobny Pd pylasty Pp. d50 > 0,5 mm 0,5 mm > d50 > 0,25 mm d50 < 0,25 mm f’p > 68 ÷ 90% f’p > 10 ÷ 30% f’i > 0 ÷ 2%.

(33) PODZIAŁ GRUNTÓW GRUBOZIARNISTYCH wg PN-EN ISO 14688-1:2006 RODZAJ GRUNTU. SYMBOL. Żwir. Zawartość frakcji (% wag.) Cl (fi). Si (fp). Sa (fp). Gr (fż). Gr. do 3. 0 - 15. 0 - 20. 80 - 100. Żwir piaszczysty. saGr. do 3. 0 - 15. 20 - 50. 50 - 80. Piasek ze żwirem (pospółka). grSa. do 3. 0 - 15. 50 - 80. 20 - 50. Sa. do 3. 0 - 15. 85 - 100. 0 - 20. do 3. 15 - 40. 0 - 20. 40 - 85. do 3. 15 - 40. 20 - 45. 40 - 65. Piasek drobny Piasek średni Piasek gruby. F M C. Żwir pylasty. siGr. Żwir ilasty (pospółka ilasta). clGr. Żwir pylasto-piaszczysty. sisaGr. Żwir piaszczysto-pylasty (pospółka ilasta). sasiGr. Piasek gruby Piasek średni Piasek drobny. CSa MSa FSa. d50 > 0,63 mm 0,63 mm > d50 > 0,2 mm d50 < 0,2 mm.

(34) WSKAŹNIK RÓŻNOZIARNISTOŚCI wskazujący jednorodność uziarnienia. U (CU) =. d60 d10. ,(-). wg PN-B-02480:1986. Bardzo różnoziarnisty Różnoziarnisty Rówoziarnisty. > 15 5 ÷ 15 <5. wg PN-EN ISO 14688-2:2006. Wielofrakcyjne Kilkufrakcyjne Jednofrakcyjne Źle uziarnine. > 15 6 ÷ 15 <6 przeważnie wysoki. WSKAŹNIK KRZYWIZNY wg PN-EN ISO 14688-2:2006. d302 CC =. d10 • d60. ,(-). Wielofrakcyjne Kilkufrakcyjne Jednofrakcyjne Źle uziarnine. 1÷3 <1 <1 różny (przeważnie < 0,5).

(35) ANALIZA AREOMETRYCZNA. Analiza areometryczna jest zalecaną przez normę metodą sedymentacyjną, polegającą na określeniu frakcji gruntu przeprowadzonego w zawiesinę wodną. Wykorzystywana jest tu zasada swobodnego opadania cząstek kulistych w zawiesinie wodnej Metodę sedymentacyjną stosuje się dla cząstek o średnicy mniejszej niż 0,063mm. Ziarna większe od 0.063mm nie dadzą się rozdzielić metodą sedymentacyjną, gdyż szybkość ich opadania jest zbyt duża, a ponadto wykonuję w trakcie opadania ruch wirowy, podczas gdy jednym z głównych założeń analiz sedymentacyjnych jest swobodne opadanie cząstek..

(36) PRZYKŁADOWA SIATKAKRZYWA DO ANALIZY GRANULOMETRYCZNEJ UZIARNIENIA wg PN-B-04481:1988 Numer próbki: ................................... Numer otworu: .................................. Głębokość pobrania: ................................. m ppt. Rodzaj gruntu: ........................................ FRAKCJE. Zawartość ziarn (cząstek) o średnicy mniejszej niż dT ,[%]. 100.00. iłowa. pyłowa. żwirowa. piaskowa. kamienista. 0.00. 90.00. 10.00. 80.00. 20.00. 70.00. 30.00. 60.00. 40.00. 50.00. 50.00. 40.00. 60.00 70.00. 30.00 Procentowa zawartość frakcji f k = ................... f ż = ................... fp = ................... fp = ................... f i = .................... 20.00 10.00. 80.00 90.00 100.00. 0.00 100. 80 60. 40. 10. 1. 0.1. 0.01. 20. 8 6. 4. 2. 1 1. 0. 0. 0 0. 0. 0. 0 0. 0. 0. 0.001. Średnica zastępcza ziarn (cząstek), dT [mm].

(37) TRÓJKĄT FERETA wg PN-B-02480:1986. TRÓJKĄT wg PN-EN ISO 14688:2006.

(38) CECHY FIZYCZNE GRUNTU. Można podzielić je na podstawowe (wyznaczane na podstawie badań laboratoryjnych) i pochodne od nich, które oblicza się na podstawie cech podstawowych.. Do podstawowych cech fizycznych gruntu zalicza się:. - wilgotność, w (%), - gęstość objętościową gruntu, r (g/cm3 , Mg/m3), - gęstość właściwą szkieletu gruntowego, rs (g/cm3, Mg/m3). Do pochodnych zaliczamy:. - gęstość objętościową szkieletu gruntowego, rd (g/cm3, Mg/m3), - porowatość, n ( - , %), - wskaźnik porowatości, e ( - , %)..

(39) CECHY FIZYCZNE GRUNTU. Znajomość podstawowych cech fizycznych jest również niezbędna do określenia:. - stopnia wilgotności Sr (-), - stopnia zagęszczenia ID ( - , %). - wskaźnik konsystencji IC (-), - stopnia plastyczności IL (-), - wskaźnika plastyczności IP (%), - wskaźnika zagęszczenia IS (-)..


(41) FAZY W GRUNCIE. objętość. masa. Va. powietrze. Vw. woda. ma = 0. Vp mw m. V Vs (Vd). szkielet gruntowy (ziarna). V = Vs + Vp = Vs + Vw + Va m = ms + mw. ms (md).

(42) WILGOTNOŚĆ GRUNTU wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-1:2009 Jest to stosunek masy wody mw zawartej w w danej próbce gruntu do masy tej próbki wysuszonej ms (md) (masy stałych suchych cząstek gruntu), w temperaturze 105  1100C wyrażony w procentach:. w=. mw ms (md).  100%. WILGOTNOŚĆ NATURALNA To taka wilgotność, która charakteryzuje zawartość wody w gruncie w warunkach naturalnych, a więc bezpośrednio w terenie. Do oznaczenia tej wilgotności w laboratorium powinny być pobrane próbki o naturalnej wilgotności (NW) lub próbki o nienaruszonej strukturze (NNS), których sposób pobierania i przechowywania zapewnia zachowanie naturalnej wilgotności..

(43) STOPIEŃ WILGOTNOŚCI Wyraża on stosunek objętości wody Vw zawartej w porach gruntu do objętości porów Vp .. Sr =. Vw Vp. ,(-). Od stopnia wilgotności zależy wiele właściwości gruntu, między innymi ściśliwość, wytrzymałość na ścinanie, itp. Wskazuje on bowiem na stopień wypełnienia porów gruntu przez wodę. Podział gruntów niespoistych ze względu na ich stopień wilgotności jest następujący (wg PN-B-02480:1986): Grunt suchy (su) Grut mało wilgotny (mw) Grunt wilgotny (w) Grunt mokry (m). Sr = 0 0 < Sr  0,4 0,4 < Sr  0,8 0,8 < Sr  1,0.

(44) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA GRUNTU wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 Jest to stosunek masy próbki gruntu m (cząstek stałych i wody w stanie naturalnym) do jej całkowitej objętości V. Wyznacza ją się ze wzoru:. r =. m V. , ( g/cm3, Mg/m3). g/cm3 = Mg/m3. Jest jednym z parametrów charakteryzujących strukturalno-teksturalne właściwości gruntów. Jej wartość zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności gruntów. Jest więc wartością zmienną. Jest bezpośrednim wskaźnikiem obliczeniowym służącym m.in. do: - obliczania stateczności zboczy naturalnych i sztucznych, - obliczania wielkości osiadań - wyznaczania dopuszczalnych obciążeń gruntu w podłożu budowli, - i inne..

(45) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA GRUNTU W zależności od rodzaju gruntu oraz stanu i wielkości próbki przeznaczonej do badań przy oznaczaniu gęstości objętościowej gruntu stosuje się jedną z metod:. - metoda pierścienia tnącego, wg PN-B-04481:1988 stosowana przy badaniu próbek spoistych o nienaruszonej strukturze (NNS), o dostatecznie dużej objętości oraz w stanie pozwalającym na zastosowanie pierścienia bez naruszenia struktury próbki.. - metoda pomiaru bezpośredniego, wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 • wycięta z bloku monolitu o kształcie graniastosłupa lub walca • wycięta bezpośrednio z próbnika • próbki cylindryczne o mniejszej średnicy niż próbnik.

(46) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA GRUNTU. - metoda w wodzie (parafinowania) wg PN-B-04481:1988 metoda zanurzania w wodzie wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 stosuję badania próbek gruntów spoistych, których objętość lub stan nie pozwalają na wycięcie próbki za pomocą pierścienia. Metodę tą można stosować dla próbek o dowolnej wielkości i kształcie.. - metoda w cylindrze wg PN-B-04481:1988 przy badaniu gruntów sypkich. - metoda wypierania płynu wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009.

(47) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA GRUNTU Przykłady niektórych wartości gęstości objętościowych:. Nazwa gruntu. Gęstość objętościowa r (g/cm3, Mg/m3). Piaskowiec. 1,90 – 2,73. Wapień. 2,07 – 2,74. Granit. 2,40 – 2,72. Żwiry, pospółki gliniaste. 2,05 – 2,25. Piaski gliniaste. 2,05 – 2,20. Pyły. 1,95 – 2,10. Gliny. 1,95 – 2,20. Iły. 1,75 – 2,15. CIĘŻAR OBJĘTOŚCIOWY g = r  g, ( kN/m3 ) g – przyspieszenie ziemskie w m/s2.

(48) GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA SZKIELETU GRUNTOWEGO wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-3:2009 Jest to stosunek masy szkieletu gruntowego ms (md) (czyli masy próbki wysuszonej w temperaturze 105  1100C) do jego objętości Vs (Vd). Wyznacza ją się ze wzoru:. rs =. ms (md). Vs (Vd). Gęstość właściwa jest parametrem charakteryzującym szkielet gruntowy, jej wartość zależy więc od składu mineralnego gruntu i innych domieszek w nim zawartych. Znajomość wartości gęstości właściwej jest niezbędna przy obliczaniu wielu parametrów: porowatości, wskaźnika porowatości, składu granulometrycznego, itp.. , ( g/cm3, Mg/m3). piknometry.

(49) GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA SZKIELETU GRUNTOWEGO Przykłady niektórych wartości gęstości właściwych szkieletu gruntowego:. Nazwa gruntu. Gęstość właściwa szkieletu rs (g/cm3, Mg/m3). Kwarc. 2,65. Montmorylonit. 2,00 – 3,00. Piaski. 2,65 – 2,67. Piaski gliniaste. 2,66 – 2,68. Pyły. 2,66 – 2,67. Gliny. 2,68 – 2,72. Iły. 2,71 – 2,78. Torfy. 1,40 – 1,70. CIĘŻAR WŁAŚCIWY SZKIELETU GRUNTOWEGO gs = rs  g, ( kN/m3 ) g – przyspieszenie ziemskie w m/s2.

(50) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA SZKIELETU GRUNTOWEGO wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 Jest to stosunek masy szkieletu gruntowego ms (md) (czyli masy próbki wysuszonej w temperaturze 105  1100C) do jej całkowitej objętości V. Wyznacza ją się ze wzoru:. rd =. ms (md) V. , ( g/cm3, Mg/m3). Gęstość objętościową szkieletu gruntowego oblicza się w praktyce ze wzoru:. r=. rd =. m V. r * 100 (100 + w). =. ms + mw V. ,(. g/cm3,. wg PN-B-04481:1988. =. ms + ((w ∙ ms)/100). Mg/m3). V. rd =. = rd +. r (1 + w). w 100. ∙ rd. , ( Mg/m3). wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009.

(51) GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA SZKIELETU GRUNTOWEGO. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego zależy od porowatości i składu mineralnego gruntu. Wartość gęstości objętościowej szkieletu gruntowego wykorzystuje się do obliczenia porowatości, wskaźnika porowatości gruntu, stopnia zagęszczenia oraz wskaźnika zagęszczenia nasypów..

(52) POROWATOŚĆ Jest to stosunek objętości porów Vp w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości V.. n=. Vp V. , ( - , %). Charakteryzuje sumaryczną objętość porów w gruncie, niezależnie od jej wielkości. W praktyce porowatość oblicza się według wzoru:. n=. rs - rd rs. , ( - , %).

(53) POROWATOŚĆ Porowatość gruntów nieskalistych zależy od ich uziarnienia, a więc od wielkości ziarn. Na ogół porowatość wzrasta ze zmniejszaniem się wymiarów ziarn. Np. równoziarniste piaski drobne mają większą porowatość niż równoziarniste piaski grube. Grunty spoiste występujące w stanie naturalnym mają zwykle wyższą porowatość od gruntów sypkich. Zaznacza się ogólna zależność, że ze wzrostem porowatości maleje wymiar porów.. a) struktura ziarnista. b) struktura komórkowa. c) struktura kłaczkowa.

(54) POROWATOŚĆ Porowatość zależna jest również od wielu innych czynników: - stopnia jednorodności uziarnienia (grunty równoziarniste mają wyższą n od gruntów różnoziarnistych), - kształtu ziarn (grunty o ziarnach i cząstkach zbliżonych do kulistych mają wyższą n niż grunty o ziarnach i cząstkach płytkowatych), - wilgotności, zwłaszcza dla gruntów spoistych (grunty o wyższej wilgotności mają na ogół wyższą n ), - sposobu ułożenia ziarn.. Znając wartość porowatości można ocenić zagęszczenie gruntu i ich ściśliwość w różnych warunkach. Od n zależy wodochłonność i przepuszczalność gruntów. Wyróżnia się porowatość całkowitą n, uwzględniającą całkowitą ilość porów w gruncie oraz porowatość efektywną ne, charakteryzującą objętość porów kontaktującą się ze sobą (potrzebna do oceny własności filtracyjnych gruntów)..

(55) WSKAŹNIK POROWATOŚCI Jest to stosunek objętości porów Vp w danej próbce gruntu do objętości szkieletu gruntowego Vs (Vd).. e=. Vp Vs (Vd). , ( - , %). W praktyce porowatość oblicza się według wzoru:. rs - rd. e=. rd. , ( - , %). Między porowatością a wskaźnikiem porowatości istnieje następująca zależność:. e=. Vp Vs. =. Vp V – Vp. n=. =. Vp/V 1- (Vp/V). e 1+e. =. e=. n 1-n n 1-n. Vp = n Vs = 1 - n. ( - , %).

(56) STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA GRUNTÓW SYPKICH wg PN-B-04481:1988 Stopniem zagęszczenia ID nazywa się stosunek zagęszczenia istniejącego w warunkach naturalnych do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Stosuję się go wyłącznie do określenia zagęszczenia gruntów niespoistych (sypkich) i oblicza się ze wzoru:. ID =. emax - e emax - emin. , (-). gdzie: e – wskaźnik porowatości gruntu w stanie naturalnym, emax - wskaźnik porowatości gruntu przy najluźniejszym ułożeniu ziarn, emin - wskaźnik porowatości gruntu przy najściślejszym ułożeniu ziarn..

(57) STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA GRUNTÓW SYPKICH Jego wielkość zależy od składu granulometrycznego gruntu, porowatości, kształtu ziarn oraz od wielu innych czynników. Wartość stopnia zagęszczenia wyznaczamy w celu określenia nośności gruntu. ID gruntu luźno usypanego jest równy 0, a maksymalnie zagęszczonego jest równy 1.. a) najluźniejsze ułożenie ziarn. b) max. zagęszczenie układu ziarn. W zależności od wartości stopnia zagęszczenia ID dzieli się grunty sypkie. wg PN-B-02480:1986. Bardzo luźne (bln) Luźne (ln) Średnio zagęszczone (szg) Zagęszczone (zg) Bardzo zagęszczone (bzg). ID  0,33 0,33 < ID  0,67 0,67 < ID  0,80 ID > 0,80. wg PN-EN ISO 14688-2:2006. 0 ÷ 15% 15% ÷ 35% 35% ÷ 65% 65% ÷ 85% 85% ÷ 100%.

(58) STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI wg PN-B-04481:1988 Właściwości gruntów spoistych w wielu przypadkach zależą od intensywności współdziałania tych gruntów z wodą. Istnieje wiele wskaźników charakteryzujących tą zależność. Jednym z takich wskaźników jest konsystencja gruntu.. Rozróżnia się trzy konsystencje gruntów spoistych:. - zwartą, jeżeli jego wilgotność nie zezwala na ulepienie kulki lub kulka pęka podczas pierwszego wałeczkowania, - plastyczną – grunt o takiej konsystencji wałeczkuje się, daje się formować w dowolne kształty i zachowuje je, - płynną, jeżeli wilgotność gruntu jest tak duża, że grunt nie zachowuje nadanego mu kształtu..

(59) STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI wg PN-B-04481:1988. Granicznymi wilgotnościami rozdzielającymi konsystencje są granice konsystencji:. poszczególne. - granica skurczalności ws – wilgotność na granicy stanu półzwartego i zwartego. Jest to wilgotność w procentach, przy której grunt mimo dalszego suszenia nie zmienia swej objętości i jednocześnie zaczyna zmieniać barwę na powierzchni na odcień jaśniejszy..

(60) STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI wg PN-B-04481:1988 - granica plastyczności wp – wilgotność na granicy między konsystencją zwartą i plastyczną. Jest to wilgotność w procentach, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka po osiągnięciu średnicy 3mm. - granica płynności wL - wilgotność na granicy między konsystencją plastyczną i płynną. Jest to wilgotność w procentach, jaką ma masa gruntowa umieszczona w aparacie Casagrande’a, w momencie, gdy wykonana w niej bruzda zlewa się przy 25-ym uderzeniu miseczki o podstawę, na długości 10mm i wysokości 1mm..

(61) STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI wg PN-B-04481:1988 W praktyce wyróżnia się szereg dalszych wydzieleń, określając je jako stany gruntu: stan zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i płynny Mając oznaczoną wilgotność naturalną wn oraz wartości poszczególnych granic, można wyznaczyć stan gruntu poprzez ustalenie wartości stopnia plastyczności gruntu IL.. IL =. IL =. wn - wp wL - wp. wn - w p Ip. , (-). ,. (-).

(62) wg PN-B-04481:1988. IL = wp. konsystencja. stopień plastyczności. (-). wL - w p. plastyczna. pzw. tpl. 0. ,(-). wL. zwarta. zw. wn - w p. płynna. pl. 0,25. mpl. 0,5. pł. 1. ws. zw – stan zwarty pl – stan plastyczny. pzw – stan półzwarty mpl – stan miękkoplastyczny. tpl – stan twardoplastyczny pł – stan płynny.

(63) STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI wg PN-B-04481:1988. Wartość IL i wn. Stan gruntu. Symbol. Konsystencja. IL < 0 oraz wn  ws IL  0 oraz ws< wn  wp. zwarty półzwarty. zw pzw. zwarta. 0< IL  0,25 0,25< IL  0,5 0,5< IL  1. twardoplastyczny plastyczny miękkoplastyczny. tpl pl mpl. plastyczny. IL > 1. płynny. pł. płynny.

(64) STOPIEŃ PLASTYCZNOŚCI GRANICE ATTERBERGA wg PKN-CEN ISO/TS 17892-12:2009 - granica plastyczności wp – wilgotność, przy której grunt przechodzi ze stanu twardoplastycznego w zwarty. Jest to wilgotność w procentach, jaką ma grunt, gdy przy kolejnym wałeczkowaniu wałeczek pęka (poprzecznie lub podłużnie) po osiągnięciu średnicy 3mm.. - granica płynności wL – wilgotność, przy której grunt przechodzi ze stanu płynnego w stan miękkoplastyczny. Jest to wilgotność w procentach, jaką ma masa gruntowa przy zagłębieniu stożka (metoda penetrometru stożkowego) na głębokość 20 mm dla stożka 80g/300 lub 10mm dla stożka 60g/600..

(65) IL =. wn - wp wL - wp. Ic =. ,(-). zw. stopień plastyczności IL. wg PN-EN ISO 14688-2:12006. wskaźnik konsystencji. IC. pzw (-). bzw. wL - wp. ,(-). wp. ws. wg PN-B-04481:1988. wL - wn. wL. tpl 0. zw. pl. 0,25 tpl. 1. Ic = 1 - IL , ( - ). mpl 0,5. pl. 0,75. bzw – stan bardzo zwarty zw – stan zwarty pzw – stan półzwarty pl – stan plastyczny mpl – stan miękkoplastyczny. 1 mpl. 0,5. pł. pł. 0,25. tpl – stan twardoplastyczny pł – stan płynny.

(66) WSKAŹNIK PLASTYCZNOŚCI wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-12:2009 Jest to różnica pomiędzy granicą płynności i granicą plastyczności:. IP =. wL - wp. (%). Określa plastyczne właściwości gruntów, wskazując, ile wody wchłania grunt przy przejściu ze stanu półzwartego w stan płynny, a więc podając zakres wilgotności, w których grunt ma właściwości plastyczne. Wskaźnik plastyczności Ip przyjęto za podstawę klasyfikacji gruntów pod względem spoistości (wg PN-B-04481:1988). Niespoisty Spoisty mało spoisty średnio spoisty zwięzło spoisty bardzo spoisty. Ip  1% Ip > 1% 1% < Ip  10% 10% < Ip  20% 20% < Ip  30% 30% < Ip.

(67) WILGOTNOŚĆ OPTYMALNA wg PN-B-04481:1988 Jest to taka wilgotność , przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc uzyskuje on maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego rds. W trakcie laboratoryjnych badań wilgotności optymalnej wopt danego gruntu określa się więc ilość wody, jaką należy użyć podczas zagęszczania tego gruntu, aby uzyskał on największe zagęszczenie. Badania tego typu wykonuje się przede wszystkim przy zagęszczaniu gruntów pod nawierzchnie drogowe, kolejowe, lotniska boiska, itp.. W każdym z tych przedsięwzięć zależy nam na usypaniu korpusu drogi, podłoża lotniska lub podłoża obiektu budowlanego na gruncie maksymalnie zagęszczonym, gdyż grunt w tym stanie uzyskuje lepsze własności mechaniczne - zwiększa się jego nośność oraz zmniejsza się jego zdolność do odkształcania (osiadania) pod wpływem obciążenia zewnętrznego..

(68) WILGOTNOŚĆ OPTYMALNA wg PN-B-04481:1988 Do oznaczenia wilgotności optymalnej stosujemy metodę Proctora. Liczba warstw. Liczba uderzeń. Wysokość ubijania. Jednostkowa energia zagęszczania J/m3. Metoda. Cylinder. Rodzaj ubijaka. I. 1 dm3. 2,5 kg. 3. 25. 32 cm. 0,59. II. 2,2 dm3. 2,5 kg. 3. 55. 32 cm. 0,59. III. 1 dm3. 4,5 kg. 5. 25. 48 cm. 2,65. IV. 2,2 dm3. 4,5 kg. 5. 55. 48 cm. 2,65.

(69) WILGOTNOŚĆ OPTYMALNA wg PN-B-04481:1988. Gęstość objętościowa szkieletu rd [Mg/m3]. 2.10. rds = 2,075 Mg/m3. 2.06 2.02 1.98 1.94 1.90 wopt = 13.49 %. 1.86 9. 10. 11. 12. 13. 14. Wilgotność, W [%]. Typ cylindra: mały 1dm3 Typ ubijaka: lekki Metoda badania: standardowa wg PN-88/B-04481 Data badania: styczeń 2002 rok. Wilgotność optymalna: wopt - 13,49 [%] Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu: rds - 2,075 [ Mg/m3 ]. 15. 16.

(70) WSKAŹNIK ZAGĘSZCZENIA wg PN-B-04481:1988 Jest miernikiem charakteryzującym jakość zagęszczenia nasypów, który wyznaczamy według wzoru:. Is =. rd rds. ,(-). gdzie: rd – gęstość objętościowa szkieletu gruntowego w nasypie, (g/cm3 , Mg/m3), rds – maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego, (g/cm3 , Mg/m3). Przyjmuje się że nasyp jest dobrze zagęszczony, jeżeli IS  ISdop . Wartość ISdop ustala się w nawiązaniu do projektowanych cech mechanicznych gruntu nasypowego. W większości przypadków ustala się dla nasypów ISdop  0,95 ÷ 1.0.

(71) WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE GRUNTU ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 Ściśliwość gruntu oznacza jego zdolność do zmniejszania objętości pod wpływem obciążenia. Osiadanie gruntu jest procesem zachodzącym między innymi w wyniku ściśliwości. Ściśliwość gruntu zależy od dwóch grup czynników: - właściwości gruntu * skład granulometryczny * porowatość. * wilgotność * skład chemiczny i stopień mineralizacji wody porowej. - parametrów charakteryzujących obciążenie * rodzaj obciążenia * wielkość obciążenia * czas działania obciążenia. * szybkość obciążania.

(72) ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW Badania ściśliwości gruntów w laboratorium przeprowadza się w edometrze lub konsolidometrze.. W przyrządzie tym próbka znajduje się w metalowym pierścieniu i wobec tego nie ma możliwości rozszerzania się na boki (uniemożliwiona boczne rozszerzalność). W związku z tym obciążenie wywierane na próbkę powoduje tylko odkształcenie pionowe próbki, czyli zmianę wysokości..

(73) ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW.

(74) ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW wg PN-B-04481:1988. Ściśliwość gruntu można scharakteryzować przez: krzywą ściśliwości, oraz moduł ściśliwości. Miarą ściśliwości gruntu (badanie w edometrze) jest edometryczny moduł ściśliwości – przy pierwszym obciążeniu próbki jest to edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej M0 , w przypadku powtórnego obciążenia próbki - edometryczny moduł ściśliwości wtórnej M.. M0, M =. Ds * h0 h0 – h1. ( kPa, MPa ). gdzie: Ds - przyrost obciążenia, (kPa, MPa), h0 - wysokość początkowa dla danego zakresu obciążenia, (mm, cm), h1 - wysokość końcowa dla danego zakresu obciążenia, (mm, cm)..

(75) ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW Krzywa ściśliwości charakteryzuje zależność zmian wysokości próbki do przyłożonego obciążenia, przy czym wyróżnia się krzywą ściśliwości pierwotnej i wtórnej oraz krzywą odprężenia..

(76) ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW. Przebieg krzywej ściśliwości i odprężenia wskazuje, że grunt po każdym obciążeniu i odciążeniu odkształca się częściowo sprężyście i częściowo trwale, więc po zdjęciu obciążenia nie wraca do swojej pierwotnej wysokości. Z wykresu ponadto wynika, że przy obciążeniu wtórnym jest mniej ściśliwy niż przy obciążeniu pierwotnym..

(77) WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE GRUNTU WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE wg PN-B-04481:1988 wg PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009 Jest to maksymalny jednostkowy opór jaki stawia grunt zewnętrznym siłom ścinającym, dążącym do przesunięcia pewnej partii gruntu względem pozostałej.. dla gruntów spoistych. tf =. sn * tgf + c. dla gruntów sypkich. tf =. sn * tgf. ( kPa, MPa ). ( kPa, MPa ). gdzie: sn - naprężenia normalne w płaszczyźnie ścięcia (kPa) f - kąt tarcia wewnętrznego (0) c - spójność (kPa). W gruntach sypkich występuje tzw. spójność pozorna powstająca w wyniku działania sił kapilarnych..

(78) WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE.

(79) WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE. W mechanice gruntów wytrzymałość na ścinanie określa się jako wielkość składającą się z dwóch parametrów:. tf =. sn * tgf + c. ( kPa, MPa ). Tarcie wewnętrzne jest to opór jaki stawiają ziarna i cząstki gruntu przy przemieszczaniu się względem siebie (tarcie posuwiste i obrotowe).. Opór spójności - spójność jest to wzajemne przyciąganie się cząstek substancji w wyniku działania sił międzycząsteczkowych krótkiego zasięgu. Oznaczenie parametrów wytrzymałościowych ( spójności i kąta tarcia wewnętrznego), a tym samym oznaczenie wytrzymałości na ścinanie przeprowadza się w aparacie bezpośredniego ścinania i aparacie trójosiowego ściskania..

(80) WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE. APARAT BEZPOŚREDNIEGO ŚCINANIA Ścięcie następuje w wymuszonej płaszczyźnie między dwoma ścianami dwudzielnej skrzynki w której jest umieszczana próbka. Próbki stosowane w tym badaniu mają kształt prostopadłościanu o wymiarach w planie (66;88; 1010; 1212 cm)..

(81) WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE APARAT TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA. W badaniach tych można dość wiernie modelować przebieg obciążenia gruntu w warunkach rzeczywistych, co pozwala uzyskać najbardziej wiarygodne parametry wytrzymałościowe. Badania prowadzi się na próbkach cylindrycznych, których wysokość powinna być 2 razy większa od średnicy (h = 2D). Średnica próbek poddanych badaniu w ATS mają przeważnie wielkość 38mm, 50mm, 65mm, 100mm, … . Ścięcie następuje nie w wymuszonej płaszczyźnie lecz w płaszczyźnie najniekorzystniejszego działania naprężeń czyli tam gdzie opór na ścinanie zostanie zrównoważony przez naprężenie ścinające.. a) próbka przed badaniem b) ścięcie „kruche” próbki grunt c,d) ścięcie „plastyczne” próbki gruntu.

(82) WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE APARAT TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA.

(83) APARAT TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA.

(84) BADANIE W APARACIE TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA • metoda UU (unconsolidated undrained) - ścinaniu próbki przebiega bez wstępnej konsolidacji, w trakcie zasadniczego badania najczęściej nie prowadzimy pomiaru ciśnienia porowego wody w próbce oraz badanie przeprowadzamy bez odpływu wody z próbki. Badania tą metodą przeprowadza się, gdy badany grunt będzie przenosił obciążenia od budowli dla której obciążenia użytkowe stanowią ponad 70% obciążeń całkowitych. Na podstawie badań wyznacza się parametry wytrzymałościowe (Φuu oraz cuu) w oparciu o naprężenia całkowite.. • metoda CU (consolidated undrained) - próbki są wstępnie skonsolidowane. W trakcie zasadniczego badania prowadzi się pomiar ciśnienia porowego wody w próbce oraz badanie przeprowadzamy bez odpływu wody z próbki. 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. Na podstawie badań wyznacza się całkowite i efektywne parametry wytrzymałościowe (Φcu oraz ccu Φ’cu oraz c’cu).. • metoda CD (consolidated drained) - polega na bardzo powolnym ścinaniu próbki wstępnie poddanej konsolidacji. W trakcie zasadniczego badania następuje ciągły odpływ wody z próbki, prędkość badania jest tak dostosowana aby wartość ciśnienia porowego rejestrowana w próbce byłą równa zeru. 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. Na podstawie badań wyznacza się parametry wytrzymałościowe (Φ’D oraz c’D) w oparciu o naprężenia efektywne..

(85)


(87) FAZA STAŁA CHARAKTERYSTYKA SZKIELETU MINERALNEGO - skład mineralny - pojemność wymiany jonowej - skład kationów wymiennych - powierzchnia właściwa. - zawartość części organicznych - rodzaj wiązań. - układ cząstek - typy kontaktów między cząsteczkami - struktura i tekstura - wielkość cząstek i ich kształt. - charakter powierzchni.

(88) FAZA CIEKŁA CHARAKTERYSTYKA WODY. - stan wody (stały, ciekły, gazowy) - rodzaj wody (woda związana, woda związana chemicznie, woda wolna) - ilość wody - mineralizacja wody - skład chemiczny wody.

(89) FAZA STAŁA MINERAŁY występujące w naturze pierwiastki lub związki chemiczne utworzone przez procesy geologiczne mające budowę, którą można wyrazić wzorami chemicznymi. SKAŁY ciało stałe składające się z jednego lub wielu minerałów.

(90) KLASA. G R U N T Y. S K A L I S T E N I E S K A L I S T E. GŁÓWNE MINERAŁY SKAŁOTWÓRCZE (KILKA DO DZIESIĘCIU % ZAWARTOŚCI). MINERAŁY POBOCZNE ( DO KILKU % ZAWARTOŚCI). MINERAŁY DODATKOWE (AKSCESORYCZNE) (MNIEJ NIŻ 1% ZAWARTOŚCI). MAGMOWE. skalenie, kwarc, pirokseny, łyszczyki, oliwin, amfibole. turmalin, apatyt, tytanit, cyrkon, magnetyt, ilmenit, hematyt, chromit, spinel. kordieryt, granat, epidot, fluoryt, topaz. OSADOWE. kwarc , skalenie, łyszczyki, hydrołyszczyki, montmorylonit, kaolinit, opal, chalcedon, gips, anhydryt, halit, sylwin. amfibole, pirokseny, syderyt, magnezyt, glaukonit, tlenki i wodorotlenki żelaza i glinu. cyrkon, rutyl, granat, zeolity, chalkopiryt, sfeleryt,fluoryt. kwarc, skalenie, pirokseny, amfibole, oliwin, granaty, wollastanit, dysten, andaluzyt, sylimanit, kordieryt, chloryty, epidot, kalcyt. turmalin, sfen (tytanit), trydymit, leucyt, staurolit. magnezyt, ilmenit, hematyt, piryt. NIESPOISTE. kwarc, skalenie, kalcyt. kalcyt, gips, tlenki i wodorotlenki żelaza i glinu. SPOISTE. kwarc, minerały ilaste. kalcyt, gips, piryt. METAMORFICZNE.

(91) ZIARNO. okruchy kryształów i skał o rozmiarach od 0,05mm do 40mm. CZĄSTKA. okruchy kryształów i skał o rozmiarach mniejszych od 0,05mm. AGREGAT. jest to duży element mikrostrukturalny skał ilastych zbudowany z połączonych ziarn, cząstek, mikroagregatów oraz/lub substancji organicznej. Nietrwały w zawiesinie lub pod wpływem mechanicznego działania, jeżeli pomiędzy cząsteczkami nie występują wiązania cementacyjne – tylko pod wpływem działania sił przyciągania międzycząsteczkowego (van der Waalsa), elektrostatycznego czy poprzez wiązania wodorowe. Rozmiary wahają się od kilku mikrometrów do dziesiątków, a niekiedy setek mikrometrów.. MIKROAGREGAT. zespół cząstek ilastych lub ilasto-piaszczysto-pylastych, trwałych w zawiesinie przy braku dyspergenta i zewnętrznych oddziaływań mechanicznych. Podstawowa ich cechą jest ich trwałość przy zetknięciu z wodą. Wynika to z faktu, że energia wiązania międzycząsteczkowych w mikroagregatach jest większa niż oddziaływanie rozpierające otoczek wody (siły przyciągania cząstka-woda). Rozmiary od części mikrometra do kilkudziesięciu mikrometrów.. CZĄSTKA ILASTA. najmniejsze elementy strukturalne zbudowane z mikrokryształów minerałów ilastych, odporne na oddziaływanie mechaniczne i fizykochemiczne.

(92) CHARAKTERYSTYKA FAZY STAŁEJ. SKŁAD MINERALNY - minerały o strukturze 1:1 - minerały o strukturze 2:1 - minerały o strukturze 2:1:1. TYPY KONTAKTÓW - koagulacyjne (daleki – bliski) - kontakty przejściowe - kontakty fazowe. UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH - płaszczyzna – płaszczyzna - krawędź – krawędź - płaszczyzna - krawędź. WIĄZANIA STRUKTURALNE W GRUNCIE -. chemiczne cząsteczkowe cząsteczkowo – jonowo – elektrostatyczne magnetyczne elektrostatyczne. STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW - MAKRO struktura i tekstura - MEZO struktura i tekstura - MIKRO struktura i tekstura.

(93) Krzemiany warstwowe i warstwowo-wstęgowe występujące we frakcji iłowej (d<0,002mm) gruntów spoistych składają się warstwy tetraedrycznej i oktaedrycznej. WARSTWA. TETRAEDRYCZNA (czworościan krzemowotlenowy). OKTAEDRYCZNA (ośmiościan glinowotlenowo-wodorotlenkowy lub magnezowo-tlenowowodorotlenkowy). PODSTAWOWY ELEMENT UŁOŻENIE ELEMENTÓW W WARSTWIE.

(94) Warstwy tetraedryczne i oktaedryczne łącza się w większe jednostki zwane PAKIETAMI TYP PAKIETU. 1:1. RODZAJ WARSTWY. warstwa OKTAEDRYCZNA warstwa TETRAEDRYCZNA. SCHEMAT PAKIETU. PRZEDSTAWICIELE. kaolinit serpentyn. 2:1. warstwa TETRAEDRYCZNA warstwa OKTAEDRYCZNA warstwa TETRAEDRYCZNA. pirofilit talk łyszczki smektyty (montmorylonit). 2:1:1. między pakietami 2:1 zamknięta jest warstwa OKTAEDRYCZNA (TRIOKTAEDRYCZNA (3Mg2+) - BURCYTOWA). chloryt.

(95) MINERAŁY DWUWARSTWOWE PAKIET TYPU 1:1. Pakietu tworzy jedna warstwa czworościanów krzemowych i jedna ośmiościanów glinowych (magnezowych) połączonych silnymi wiązaniami jonowo-atomowymi. Najważniejszym przedstawicielem tej grupy jest kaolinit, dlatego często nazywa się tę grupę: grupą kaolinitu, należy tu również: dickit, serpentyn. W minerałach dwuwarstwowych (grupa kaolinitu) poszczególne pakiety związane są trwale wiązaniami wodorowymi (wodór grup OH oktaedrów). Istnienie silnych wiązań między pakietami sprawia, że woda ma utrudniony dostęp. Zdolności więc sorpcyjne tych minerałów są ograniczone tylko do ich powierzchni zewnętrznych. Odległość między pakietami, wynosząca w przypadku kaolinitu zaledwie 0,72nm, haloizytu 1,0nm. Skutkiem tego grunty z grupy kaolinitu są mało hydrofilne, co przejawia się ich bardzo słabą nasiąkliwością (wilgotnością), słabym pęcznieniem, małą ściśliwością, małą plastycznością i niewielką zdolnością wymiennego sorbowania kationów. WYSTĘPOWANIE Kaolinit najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie skaleni) w środowisku kwaśnym. Proces kaolinizacji rozwija się zwłaszcza w skałach granitowych i pokrewnych. Kaolinit jest głównym składnikiem glin i iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej..

(96) MINERAŁY TRÓJWARSTWOWE PAKIET TYPU 2:1. Pakietu tworzą dwie warstwy czworościanów krzemowych i oddzielająca je jedna warstwa ośmiościanów glinowych (magnezowych) Należą do najcenniejszych minerałów ilastych naszych gleb. Grupę minerałów trójwarstwowych dzieli się, ze względu na właściwości, na trzy podgrupy, których nazwy pochodzą od głównego przedstawiciela danej podgrupy:  Podgrupa montmorylonitu,  Podgrupa wermikulitu,  Podgrupa illitu. PODGRUPA MONTMORYLONITU Charakteryzuje się, w porównaniu z kaolinitem, znaczną i zmienną odległością między pakietami. Odległość między pakietami, wynosząca w przypadku monmorylonitu zaledwie 0,96nm. Dzięki temu do przestrzeni międzypakietowych z łatwością wnikają drobiny wody, powodując ich rozciągnięcie i tym samym zwiększenie objętości kryształu. Minerał charakteryzuje się zatem dużą nasiąkliwością, zdolnością pęcznienia oraz znacznymi zdolnościami sorbowania kationów. Minerały tej podgrupy są uważane za cenne minerały glebowe, bo w dużym stopniu mają wpływ na zdolności sorpcyjne gleby i jej zasobność w składniki pokarmowe roślin. WYSTĘPOWANIE Montmorillonit powstaje w strefie wietrzenia ciemnych skał magmowych: diabazów, bazaltów i gabra w warunkach alkalicznych. Jest on głównym składnikiem iłów bentonitowych. W glebach występuje jedynie tam, gdzie zaistniały warunki alkaliczne, niezbędne przy jego tworzeniu.

(97) PODGRUPA WERMIKULITU Posiadają podobną budowę jak montmorylonit, charakteryzują się nieco mniejszymi przestrzeniami międzypakietowymi i mniejszą rozciągliwością. Minerał ten występuje w skałach i glebach charakteryzujących się wysoką zawartością magnezu, dlatego w warstwie oktaedrycznej znaczna ilość jonów Al zastąpiona jest jonami Mg. Wermikulit charakteryzuje się największymi spośród minerałów ilastych zdolnościami wymiennego sorbowania kationów.. WYSTĘPOWANIE Wermikulit jest produktem wietrzenia lub hydrotermalnego rozkładu biotytu. Występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.. PODGRUPA ILLITU (MIKI) Posiada budowę podobną do montmorylonitu, ale posiada znacznie mniejsze przestrzenie międzypakietowe, które są częściowo lub całkowicie zapełnione jonami potasu. Minerały illitu są nierozciągliwe i charakteryzują się niewielkimi zdolnościami sorpcji wymiennej kationów, jednak trzykrotnie większymi od kaolinitu. WYSTĘPOWANIE Illit najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie skaleni). Może również powstawać w procesach przemian innych minerałów ilastych i muskowitu. Illit jest pospolitym składnikiem iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej..

(98) Podział minerałów typu 2 : 1 w zależności od zawartości treści międzypakietowej. TYP PAKIETU. 2:1. TREŚĆ MIĘDZYPAKIETOWA. MINERAŁ. brak treści międzypakietowej. pirofilit (Al3+ - hydrargilitowa) talk (Mg2+ - burcyt). kationy indywidualne. łyszczki. kationy uwodnione (hydratowane). smektyty.

(99) Wypełnienie oktaedrów. KATIONY. NAZWA WARSTWY. CZTEROWARTOŚCIOWE. Ti4+. TRÓJWARTOŚCIOWE. Al3+, Fe3+, Cu3+. UWAGI. dioktaedryczna Al3+ - hydrargilitowa 3Mg2+ 2Al. DWUWARTOŚCIOWE. Mg2+, Ca2+, Fe2+. JEDNOWARTOŚCIOWE. Li+. trioktaedryczna Mg2+ - burcytowa. 3+.

(100) ORIENTACYJNE WYMIARY CZĄSTEK (Lambe i Whitman, 1978). Minerał. Kaolinit Illit Montmorylonit. Powierzchnia właściwa [m2/g]. 10 ÷ 20 80 ÷ 100 800. Wymiar cząstek [µm] długość. grubość. 0,3 ÷ 3,0 0,1 ÷ 2,0 0,1 ÷ 1,0. 0,03 ÷ 1,0 0,01 ÷ 0,2 0,001 ÷ 0,01.

(101) TYPY KONTAKTÓW KOAGULACYJNE (daleki, bliski) Cząstki kontaktują się za pośrednictwem otoczki wodnej Typowe dla młodych, niezdiagenezowanych osadów (siły wodno-koloidalne). PRZEJŚCIOWE. FAZOWE. W miarę ubywania wody cząstki zbliżają się do siebie, Kontakt odwracalny – pod wpływem uwodnienia następuje przejście w kontakt KOAGULACYJNY (siły wodno-koloidalne). Procesy wysychania i konsolidacji prowadzą do powstania kontaktu FAZOWEGO (wiązania chemiczne) W gruntach o kontaktach fazowych nie zaznacza się wpływ składu mineralnego i składu kationów wymiennych na właściwości geologiczno-inżynierskie.

(102) UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH (ORIENTACJA). PŁASZCZYZNA - PŁASZCZYZNA. KRAWĘDŹ – KRAWĘDŹ. PŁASZCZYZNA - KRAWĘDŹ. KONTAKTY KOAGULACYJNE. FAZOWE.

(103) WYTRZYMAŁOŚĆ GRUNTU. WYTRZYMAŁOŚĆ WIĄZAŃ WEWNĄTRZKRYSTALICZNYCH. WYTRZYMAŁOŚĆ WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH. - jonowe - atomowe - metaliczne. -. chemiczne cząsteczkowe czasteczkowo-jonowo-elektrostatyczne magnetyczne elektrostatyczne. Siły przyciągania (VAN DER WAALSA). Siły odpychania (JONOWO – ELEKTROSTATYCZNE). SCHEMAT DZIAŁANIA SIŁ JONOWO - ELEKTROSTATYCZNYCH.

(104) RODZAJE WIĄZAŃ W MINERAŁACH RODZAJ WIĄZAŃ. CHARAKTERYSTYKA WIĄZANIA. JONOWE. Elektrostatyczne przyciąganie jonów odmiennego znaku zgodnie z prawem Coulomba (wiązania wodorowe) Charakterystyczne dla halogenków, siarczanów, węglanów. ATOMOWE. Zewnętrzne powłoki elektronowe zachodzą na siebie i niektóre elektrony należą równocześnie do dwóch atomów Charakterystyczne dla krzemianów pierwotnych. METALICZNE. Słabo związane elektrony przestają należeć do poszczególnych atomów i staja się elektronami swobodnymi poruszającymi się między dodatnimi jonami. http://www.chemia.dami.pl/liceum/liceum7/wiazania2.htm. PRZYKAD.

(105) WIĄZANIA STRUKTURALNE W GRUNCIE. Powstają w wyniku złożonych procesów fizyczno-chemicznych, krystalizacji, dyfuzji, adsorbcji, wymiany jonowej. WIĄZANIA STRUKTURALNE PIERWOTNE. WIĄZANIA STRUKTURALNE WTÓRNE. Powstają w procesie tworzenia się skał (stygnięcie magmy, rekrystalizacja w procesach metamorficznych, sedymentacja). Powstają w późniejszych etapach pod wpływem zagęszczenia, rozpuszczania, wietrzenia, infiltracji roztworów itp...

(106) RODZAJE WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH RODZAJ WIĄZANIA. CHEMICZNE. CHARAKTERYSTYKA WIĄZANIA. Analogicznie do wewnątrzkrystalicznych wiązań w minerałach. Powstają przy bezpośrednim kontakcie ziarn mineralnych lub przy zapełnieniu przestrzeni porowej substancją utwardzającą. RODZAJ GRUNTU W KTÓRYM WYSTĘPUJE Skały magmowe (proces krystalizacji) Skały metamorficzne (proces rekrystalizacji) Skały osadowe (Wytrącanie soli). CZĄSTECZKOWE. Wywołane działaniem sił międzycząsteczkowych VAN DER WAALSA Działają na dużych odległościach (kilka tys. A) Ze zwiększeniem odległości między cząsteczkami energia wiązań maleje. Grunty nieskaliste (Spoiste) W stanie suchym (Zwarte). CZĄSTECZKOWOJONOWOELEKTROSTATYCZNE. Obok sił cząsteczkowych występują siły jonowo-elektrostayyczne wywołane obecnością warstwy dyfuzyjnej wokół ujemnie naładowanej cząstki ilastej. Grunty nieskaliste (Spoiste) Wilgotne IL>0. MAGNETYCZNE. Związane z obecnością ferromagnetyków (hematyt, getyt), minerały te tworzą na powierzchni cząstek cienkie błonki. Obecność trwałego momentu magnetycznego powoduje ustawienie się cząstek płaszczyzna (001) i w efekcie powstanie wiązań o charakterze magnetycznym. Grunty nieskaliste, w których cząstki gruntowe posiadają otoczkę zbudowana z ferromagnetyków (hematyt, getyt). ELEKTROSTATYCZNE. Przy bezpośrednim styku cząstek, powierzchnie uzyskują ładunek na skutek kontaktowej różnicy potencjałów. Grunty nieskaliste (Suche).

(107) STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW. STRUKTURA (structure) cechy budowy skał (gruntów), które zależą od wymiarów, kształtu, charakteru powierzchni i wzajemnych stosunków elementów składowych skały (gruntów), a także charakteru powiązań tych elementów. TEKSTURA (texture) cecha określająca rozmieszczenie, układ elementów w przestrzeni oraz stopień wypełnienia przestrzeni.

(108) STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW. MAKRO. STRUKTURA TEKSTURA. MEZO. STRUKTURA TEKSTURA. widoczna gołym okiem. obserwacja prowadzona przy użyciu mikroskopu optycznego. MIKRO. STRUKTURA TEKSTURA. obserwacja prowadzona przy użyciu mikroskopu elektronowego. ULTRA. STRUKTURA TEKSTURA. obserwowane obiekty są mniejsze od 0,1 μm.

(109) MEZO STRUKTURA I TEKSTURA Badanie za pomocą mikroskopu optycznego MEZOSTRUKTURA Wymiar, kształt, charakter powierzchni mezoagregatów, mezobloków, ziaren d > 0,002 mm TYPY:. - mezoagregatowa - piaskowo-mezoagegatowa - pylasto-mezoagregatowa. -Ze względu na średnice porów: - mezostruktura wielkoporowa f>0.1mm - mezostruktura drobnoporowa f 0.1-0,01mm - mezostruktura bardzodrobnoporowa f < 0.01mm. MEZOTEKSTURA BEZŁADNA brak przestrzennej orientacji cząstek i agregatów. UPORZĄDKOWANA orientacja elementów np. zgodna z warstwowniem gruntu lub prostopadła do kierunku przyłożonego obciążenia.

(110) MIKRO STRUKTURA I TEKSTURA Badanie za pomocą mikroskopu elektronowego MIKROSTRUKTURA Wymiar, kształt, charakter powierzchni mezoagregatów, mezobloków, ziaren d < 0,002 mm Ze względu na genezę wyróżnia się: MIKROSTRUKTURĘ SYNGENETYCZNĄ /mat. ilasty nieuporządkowany/. TYPY: -. komórkowa szkieletowa matrycowa turbulentna laminarna. MIKROSTRUKTURĘ EPIGENETYCZNĄ /mat. ilasty uporządkowany/. MIKROTEKSTURA BEZŁADNA brak przestrzennej orientacji cząstek i agregatów. UPORZĄDKOWANA orientacja elementów np. zgodna z warstwowniem gruntu lub prostppadła do kierunku przyłożonego obciążenia.

(111) MIKROSTRUKTURY GRUNTÓW ILASTYCH TYP MIKROSTRUKTRY. SCHEMAT. CECHY CHARAKTERYSTYCZNE. KOMÓRKOWA. SYNGENETYCZNA typowa dla iłów mieszanopakietowych illit-smektyt, cząstki pylaste i ilaste rozmieszczone nierównomiernie, brak bezpośrednich kontaktów, elementy niezorientowane (tekstura bezładna) przestrzeń porowa tworzą pory komórkowe Typowa dla młodych iłów Powstaje w warunkach spokojnego osadzania w wodach słodkich i słonych Kontakty typu KOAGULACYJNEGO. SZKIELETOWA. SYNGENETYCZNA, dominują ziarna kwarcu, luźno pospinane substancja ilastą, bądź innym spoiwem, wykształcona jest w postaci luźnego szkieletu o równomiernie rozłożonych porach. Substancja ilasta powleka duże ziarna kwarcu tworząc niekiedy tzn. mostki ilaste. Typowa dla młodych osadów ilastych jeziornych oraz lessów Wiązania KOAGULACYJNE, LOKALNIE FAZOWE. MATRYCOWA. SYNGENETYCZNA, brak orientacji masy ilastej w której bezładnie rozmieszczone są ziarna kwarcu Rozpowszechniona w czwartorzędowych iłach pochodzenia aluwialnego i lodowcowego, także w utworach morskich i jeziornych wzbogaconych o trójtlenki krzemu, glinu i żelaza. Wiązania KOAGULACYJNE, PRZEJŚCIOWE I MIESZANE. MIKROSTRKTURA SYNGENETYCZNA – materiał ilasty nieuporządkowany MIKROSTRKTURA EPIGENETYCZNA – uporządkowanie cząstek ilastych.

(112) MIKROSTRUKTURY GRUNTÓW ILASTYCH. TYP MIKROSTRUKTRY. TURBULENTNA. LAMINARNA. SCHEMAT. CECHY CHARAKTERYSTYCZNE EPIGENETYCZNA , o wyglądzie zastygłego potoku, gdyż mikroagregaty ilaste, opływają ziarna pylaste i piaszczyste. Pory nierównomiernie rozłożone o kształcie szczelinowatym, ułożone równolegle do uwarstwienia. Jest typowa dla zdiagenezowanych morskich osadów ilastych. Powstaje przez zagęszczenie osadów o mikrostukturze komórkowej i być może matrycowej Kontakty najczęściej PRZEJŚCIOWE i FAZOWE SYNGENETYCZNA lub EPIGENETYCZNA, cechuje się dobrym wysortowaniem elementów strukturalnych wg wielkości i wysokim stopniem zorientowania zgodnie z warstwowaniem. Pory miedzyagregatowe wydłużone, ułożone zgodnie z uwarstwieniem. Charakterystyczne dla utworów ilastych o różnym składzie mineralnym. Wiązania od SŁABYCH KOAGULACYJNE do SILNYCH FAZOWYCH. STRUKTURA SYNGENETYCZNA utworzona w warunkach spokojnej sedymentacji słodkowodnej STRUKTURA EPIGENETCZNA utworzona w wyniku konsolidacji. MIKROSTRKTURA SYNGENETYCZNA – materiał ilasty nieuporządkowany MIKROSTRKTURA EPIGENETYCZNA – uporządkowanie cząstek ilastych.

(113) TYPY GENETYCZNE GRUNTÓW I ICH CHARAKTERYSTYCZNE MIKROSTRUKTURY TYPY GENETYCZNE GRUNTÓW. MIKROSTRUKTURY. MORSKIE UTWORY ILASTE. Duża różnorodność mikrostruktur, młode niezdiagenezowane utwory ilase posiadają mikrostrukturę KOMÓRKOWĄ. W wyniku konsolidacji nastpuje przejście od mikrostruktury KOMÓRKOWEJ do MATRYCOWEJ. W iłach skonolidowanch rozpowszechnione są mikrostruktury MIESZANE: MATRYCOWO-TUBULENTNE, TURBULENTNE, LAMINARNE. Mikrostruktury TURBULENTNE i LAMINARNE są EPIGENETYCZNE tworzą się podczas konsolidacji utworów w warunkach gdy sz → sx i istnieje możliwość odprowadzania wody. JEZIORNE UTWORY ILASTE. Najbardziej rozpowszechniona jest mikrostruktura KOMÓRKOWA. Współczesne utwory jeziorne posiadają mikrostrukturę KOMÓRKOWĄ. Struktura SZKIELETOWA występuje w utworach o wysokiej zawartości frakcji pyłowej (fp) Skonsolidowane utwory jeziorne – mikrostruktura MATRYCOWA. UTWORY ALUWIALNE. Najczęściej posiadają strukturę MATRYCOWĄ. Związane to jest z dynamiką przepływu i przebudowa struktury osadu w procesie litogenezy.. UTWORY ZASTOISKOWE. Typowa struktura LAMINARNA (podkreślona granulacja i barwa pojedynczych warstwek). Charakterystyczna dla utworów o dużej zawartości frakcji iłowej (fi) oraz spokojnych warunków sedymentacji. GLINY MORENOWE. Posiadają mikrostrukturę SZKIELETOWĄ, SZKIELETOWOMATRYCOWA i MATRYCOWĄ. Są to mikrostruktury typowe dla gruntów posiadających niską zawartość frakcji iłowej (fi). Przy jej wyższej zawartości pojawia się mikrostruktura MATRYCOWA.

(114) PODSTAWOWE TYPY MIKROSTRUKTUR I ICH WPŁYW NA CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW SPOISTYCH. TYP MIKRO STRUKTURY. TYP MIKRO TEKSTURY. KOMÓRKOWA BEZŁADNA. SZKIELETOWA. MATRYCOWA. LAMINARNA. UPORZĄDKOWANA. TURBULENTNA. GENEZA. fi (%). n (%). w (%). SKŁAD MINERALNY. PARAMERY FIZ.-MECH.. SYNGENETY CZNE. 25 – 30. 60 – 90. 55 – 300. mieszanopakie towy illit – smektyt. izotropowe. SYNGENETY CZNE. fi < 30 fp 40 -60. 40 – 60. 30 -50. illit. izotropowe. 20 – 60. mieszanopakie towy illit – smektyt illit. izotropowe. bardzo różny skład mineralny. anizotropowe. SYNGENETY CZNE. 15 – 30. 30 – 55. EPIGENETY CZNE. 15 – 30. 30 - 50. SYNGENETY CZNE LUB EPIGENETY CZNE. > 40. 30 – 50 ~ 20. bardzo różny skład mineralny. anizotropowe.

(115) GEOLOGICZNO-INŻYNIERSKA KLASYFIKACJA GRUNTÓW ILASTYCH ZGODNIE Z TYPAMI WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH GRUPY GRUNTÓW ILASTYCH OZNACZ NIA. TYPY KONTAKTÓW I WYTRZYM.. A. DALEKI KOAGULACYJNY P < 10-10N. B. BLISKI KOAGULACYJNY P = 10-10 ÷ 10-8N. TYPY LITOLOGICZNE GRUNTÓW ILASTYCH Z UWZGLĘDNIENIEM STANU. Rc (MPa) Q (kPa). ZACHOWANIE SIĘ POD WPŁYWEM WODY. Iły współczesne (muły) oraz iły i gliny słabo zdiagenezowane (rd = 0,3 ÷ 1,20), konsystencji płynnej. Q = 0,002 ÷ 0,05. W stanie nienaruszonym i naruszonym NIE PĘCZNIEJĄ. Iły i gliny słabo i średnio zdiagenezowane (rd = 0,9 ÷ 1,65), nasycone wodą , miękkoplastyczne i plastyczne. Rc = 0,03 ÷ 0,5 Q = 0,03 ÷ 0,5. W stanie nienaruszonym i naruszonym wykazują SŁABE I ŚREDNIE PĘCZNIENIE. Rc = 1,3 ÷ 5 Q = 1,3 ÷ 15. W stanie nienaruszonym i naruszonym wykazują BARDZO SILNE PĘCZNIENIE. Rc = 2 ÷ 60. W stanie nienaruszonym NIE PĘCZNIEJĄ po naruszeniu struktury wykazują PĘCZNIENIE. Iły i gliny silnie zdiagenezowane (rd = 1,66 ÷ 2,20), nasycone wodą w różnym stopniu, konsystencji półzwartej i zwartej, a także iły i gliny słabo i średnio zdiagenezowane (rd = 0,9 ÷ 1,65), średni i słabo nasycone wodą konsystencji półzwartej i zwartej. C. PRZEJŚCIOWY P = 10-8÷ 10-7N. D. FAZOWY P > 10-7N. Arglulity i scementowane iły i gliny o różnym stopniu zdiagenezowania i nasycenia wodą, konsystencji zwartej. KOAGULACYJNY I FAZOWY. Iły i gliny słabo i średnio zdiagenezowane, częściowo zdiagenezowane, nasycone wodą , konsystencji twardoplastycznej i półzwartej. PRZEJŚCIOWY I FAZOWY. Iły i gliny o różnym stopniu ziagenezowania, częściowo scementowane, średnio i słabo nasycone wodą, konsystencji zwartej. E. F. CECHY WSKAZUJACE NA TYP KONTAKTU. Rc = 0,3 ÷ 2,5 Q = 0,3 ÷ 3. Rc = 1,5 ÷ 5,5. W stanie nienaruszonym SŁABE PĘCZNIENIE po naruszeniu struktury PĘCZNIENIE ROŚNIE W stanie nienaruszonym ŚREDNIE PĘCZNIENIE po naruszeniu struktury PĘCZNIENIE WZRASTA. WARTOŚCI PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW FIZYKOMECHANICZNYCH E0 (MPa) E (MPa). c (MPa). f (0 ). E0 = 0,5 ÷ 1. < 0,01. 0÷7. E0 = 0,1 ÷ 10 E = 1 ÷ 30. 0,01 ÷ 0,05. 5 ÷ 22. E0 = 1,5·102 ÷ 5·102 E = 2·102 ÷ 8·102. 0,1 ÷ 0,4. E0 = 2,5·102 ÷ 8·102 E = 3·102 ÷ 1·103 E0 = 10 ÷ 1·102 E = 3·10 ÷ 3·102. E0 = 2·102 ÷ 8·102 E = 2,5·102 ÷ 9·102. 0,1 ÷ 0,8. 0,03 ÷ 0,1. 0,1 ÷ 0,6. 18 ÷ 32. 22 ÷ 38. 14 ÷ 26. 20 ÷ 36.

(116) Na pograniczu fazy stałej i fazy ciekłej zachodzi szereg zjawisk natury fizykochemicznej :  pojemność wymienna,  potencjał elektrokinetyczny,.  adsorpcja wody błonkowej i jonów,  spójność itp.. Zjawiska te maja istotny wpływ na właściwości i zachowanie się gruntu, decydują o jego strukturze, ściśliwości czy wytrzymałości. Zjawiska te uzależnione są od składu mineralnego ziarn i cząstek budujących grunt, składu chemicznego roztworu wypełniającego przestrzenie w gruncie oraz od wielkości powierzchni właściwej..