WODA CHEMICZNIE ZWIĄZANA WODA CHEMICZNIE ZWIĄZANA

Na pograniczu fazy stałej i fazy ciekłej zachodzi szereg zjawisk natury fizykochemicznej :

adsorpcja wody błonkowej i jonów, potencjał elektrokinetyczny, pojemność wymienna,

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.

STREFA

STREFA AERACJIAERACJI – strefa zawarta pomiędzy powierzchnią ziemi a swobodnym zwierciadłem wód podziemnych. W strefie aeracji pustki skalne wypełnia powietrze i woda występująca w postaci pary wodnej, wody związanej (higroskopijnej, błonkowatej), wody kapilarnej oraz wody wolnej (zawieszonej i

WODA W GRUNCIE WODA W GRUNCIE

błonkowatej), wody kapilarnej oraz wody wolnej (zawieszonej i wsiąkowej).

STREFA

STREFA SATURACJISATURACJI – strefa znajdująca się poniżej strefy aeracji i oddzielona od niej zwierciadłem wód podziemnych. W strefie tej wszystkie wolne przestrzenie wypełnione są wodą wolną.

Pazdro. Hydrogeologia ogólna. 1983

Pazdro. Hydrogeologia ogólna. 1983

W

W strefiestrefie aeracjiaeracji obserwujeobserwuje sięsię zmianyzmiany wilgotności,wilgotności, mogąmogą oneone zachodzić

zachodzić ww ściśleściśle określonychokreślonych granicach,granicach, dlategodlatego gruntygrunty zeze strefy

strefy aeracjiaeracji mogąmogą znajdowaćznajdować sięsię ww staniestanie odod pełnegopełnego nasycenia

nasycenia wodąwodą dodo stanustanu skrajnieskrajnie suchegosuchego.. WW kierunkukierunku dodo powierzchni

powierzchni ziemiziemi stopieństopień nasycenianasycenia zmniejszazmniejsza sięsię.. WyróżnionoWyróżniono więc

więc trzytrzy strefystrefy zawilgoceniazawilgocenia::

- zawilgoceniazawilgocenia całkowitegocałkowitego ∼ 100% w bliskim sąsiedztwie - zawilgoceniazawilgocenia całkowitegocałkowitego ∼ 100% w bliskim sąsiedztwie zwierciadła wody,

- zawilgoceniazawilgocenia niezupełnegoniezupełnego ∼ 80% wypełnienie wodą kapilarną tworzącą nieprzerwana sieć kanalików, pozostałą część wypełniona powietrze

- woda znajduje się w oderwanych, oderwanych układach, nie powiązanych ze sobą w jedną całość – np. woda zawieszona

Piątkowski, Czarnota-Bojarski. Mechanika gruntów. 1964

Szkic objaśniający wielkości związane z pojęciem zwierciadła swobodnego a – przekrój przez warstwę o zwierciadle swobodnym: o.o. – otwór obserwacyjny, z.s. – zwierciadło swobodne, s.s. – strefa saturacji, w.w.k.

– wstęga wód kapilarnych, z.w.k. – granica zasięgu wstęgi wód kapilarnych (uśredniona), w.k.z. – woda kapilarna zawieszona, h – miąższość warstwy wodonośnej o zwierciadle swobodnym (mniej niż s.s.), z – oś pionowa, 0-0 – poziom odniesienia, spąg warstwy wodonośnej, s.o. – głębokość do strefy pełnego nasycenia b – rozkład stopnia nasycenia (w pionie): K_W– stopień (wskaźnik) nasycenia c – rozkład wysokości ciśnienia w wodzie: p/γ – wysokość ciśnienia w strefie saturacji (zawsze dodatnia równa ciśnieniu hydrostatycznemu), – p_k/γ – wysokość ciśnienia kapilarnego w wodach kapilarnych i wodach strefy aeracji (zawsze ujemna), H_n– wysokość hydrauliczna w warstwie wodonośnej (w strefie nasyconej poniżej zwierciadła swobodnego), stała dla każdego z w obrębie tej strefy, gdyż: H_n= z+p/γ = consT

STREFA

STREFA TYP WÓDTYP WÓD STAN STAN FIZYCZNY

FIZYCZNY RODZAJE WÓDRODZAJE WÓD

AREACJI AREACJI

Woda higroskopijna Woda błonkowa Woda kapilarna

Woda związana

PODZIAŁ WÓD PODZIEMNYCH PODZIAŁ WÓD PODZIEMNYCH

WG PAZDRO, 1977 WG PAZDRO, 1977

AREACJI AREACJI

Wody porowe

Wody szczelinowe Wody

szczelinowo- krasowe

Wody krasowe Woda wsiąkowa

Woda zawieszona

Woda wolna SATURACJI

SATURACJI

Wody

przypowierzchniowe Wody swobodne Wody gruntowe

Wody wgłebne

Wody naporowe Wody głębinowe

KLASYFIKACJA WODY WG LEBIEDIEWA KLASYFIKACJA WODY WG LEBIEDIEWA

Z UZUPEŁ. KULCZYCKIEGO Z UZUPEŁ. KULCZYCKIEGO

WODA W GRUNCIE WODA W GRUNCIE

STANY SKUPIENIA WODY STANY SKUPIENIA WODY

- stały – poniżej 0⁰c - ciekły – powyżej 0⁰c - gazowy

WODA W STANIE WODA W STANIE

GAZOWYM GAZOWYM

• GAZOWYMGAZOWYM WODA W STANIE WODA W STANIE

STAŁYM STAŁYM

WODA W STANIE WODA W STANIE

CIEKŁYM CIEKŁYM

WODA ZWIĄZANA WODA ZWIĄZANA

WODA WOLNA WODA WOLNA

WODA CHEMICZNIE WODA CHEMICZNIE

ZWIĄZANA ZWIĄZANA

WODA SILNIE ZWIĄZANA WODA SILNIE ZWIĄZANA

WODA SŁABO ZWIAZANA WODA SŁABO ZWIAZANA

WODA KAPILARNA WODA KAPILARNA WODA GRAWITACYJNA WODA GRAWITACYJNA

WODA KRYSTALIZACYJNA WODA KRYSTALIZACYJNA WODA KONSTYTUCYJNA WODA KONSTYTUCYJNA

woda naroży i krawędzi woda hydratacji jonów woda płaszczyzn podstaw

woda poliwarstwowa woda osmotyczna

•

•

WODA ZWIĄZANA WODA ZWIĄZANA

WODA SILNIE ZWIAZANA

WODA SILNIE ZWIAZANA WODA SŁABO ZWIĄZANAWODA SŁABO ZWIĄZANA

ρ= 1,2 – 2,4 g/cm³ (ρśr = 2,0 g/cm³) Posiada znaczną lepkość, sprężystość i wytrzymałość na ścinanie

Na podstawie energii wiązań molekularnych wody z cząstkami, wydziela się:

Niższy stopień energetyczny wiązań w porównaniu z woda silnie związaną Dzieli się na:

WODĘ POLIWARSTWOWĄ WODĘ POLIWARSTWOWĄ

Cechuje się słabym wiązaniem z powierzchnią cząstki, temp. zamarzania -1,5⁰C

WODY NAROŻY I KRAWĘDZI SIATKI WODY NAROŻY I KRAWĘDZI SIATKI KRYSTALICZNEJ

KRYSTALICZNEJ

Cechuje się mniejszą ruchliwością w porównaniu z wodą wolną, wydziela się w temp. 150 ÷ 300⁰C

WODĘ HYDRATACJI JONÓW (KATIONÓW) WODĘ HYDRATACJI JONÓW (KATIONÓW) Tworzy się w wyniku hydratacji kationów wymiennych (wiązania jonowo-dipolowe) wydziela się w temp. 90 ÷ 120⁰C

WODĘ PŁASZCZYZN PODSTAWOWYCH WODĘ PŁASZCZYZN PODSTAWOWYCH Związana z płaszczyznami podstawowymi minerałów ilastych warstwy oktaedrycznej (tetraedrycznej)

Zawartość wody silnie związanej odpowiada maksymalnej wilgotności higroskopijnej IŁY MONTMORYLINITOWE w_higr = 20%

IŁY KAOLINITOWE w_higr. = 1%

cząstki, temp. zamarzania -1,5⁰C

WODĘ OSMOTYCZNĄ WODĘ OSMOTYCZNĄ

O najniższym energetycznym stopniu wiązań z powierzchnią cząstki

Tworzy się w wyniku przenikania molekuł wody z roztworu do warstwy dyfuzyjnej

Pazdro. Hydrogeologia ogólna. 1983

WODA

WODA ADSORBOWANAADSORBOWANA (HIGROSKOPIJNA)(HIGROSKOPIJNA) tworzytworzy powłokę

powłokę nana powierzchnipowierzchni cząstkicząstki gruntugruntu na skutek przyciągania molekuł wodnych wraz z kationami przez aniony na powierzchni cząstki mineralnej. Powłoka ta to warstwa kationów trwale związanych z powierzchnią cząstki. Siła wiążąca wodę adsorbowaną na powierzchni cząstki osiąga 2500 MPa, co nadaje wodzie cech ciała stałego o gęstości ρ ≈ 2,0 g/cm³.

Zamarza przy temperaturze -78°C.

W zasadzie nie rozpuszcza minerałów, nie może przechodzić z jednej cząstki na drugą

przechodzić z jednej cząstki na drugą

Aby usunąć ja z gruntu, trzeba grunt wysuszyć w temperaturze 105-110⁰C przez kilka godzin

Szymański Alojzy. Mechanika gruntów, Wyd. SGGW, 2007 Rozkład sił jednostkowych

przyciągających wodę związana: 1 – cząstka stała, 2 – woda adsorpcyjna (higroskopijna), 3 – woda błonkowata, 4 – woda wolna, 5 – wykres sił przyciągania molekularnego (Wiłun, 1987)

Siły wiążące poszczególne molekuły wody maleją w miarę oddalania się od powierzchni cząstki gruntu. W polu ich działania poza podwarstwą wody higroskopijnej tworzy się druga podwarstwa, nosząca nazwę WODYWODY BŁONKOWATEJBŁONKOWATEJ, związana już znacznie słabiej z powierzchnią cząstki. Woda błonkowata przesuwa się z jednej cząstki na drugą niezależnie od siły ciężkości do chwili wyrównania grubości wodnej na obu cząstkach.

ciężkości do chwili wyrównania grubości wodnej na obu cząstkach.

Zamarza w temperaturze –1,5°C i nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego.

Ma niewielką ograniczona zdolność do rozpuszczania minerałów i wykazuje ograniczoną ruchliwość w obrębie warstewki.

Max grubość otoczki utworzonej przez wb nie przekracza 0,5 mm.

WODA WOLNA WODA WOLNA WODA GRAWITACYJNA

WODA GRAWITACYJNA WODA KAPILARNAWODA KAPILARNA

Różne klasyfikacje hydrogeologiczne dla strefy aeracji i saturacji

Klasyfikacje hydrochemiczne (skład chemiczny, mineralizacja wód)

Dzieli się na:

WODĘ NAROŻY PORÓW WODĘ NAROŻY PORÓW

Występuje w miejscach styku cząstek ,w postaci oddzielnych kropli,

pozostałą część porów wypełnia wówczas powietrze

WODĘ KAPILARNĄ WŁAŚCIWĄ WODĘ KAPILARNĄ WŁAŚCIWĄ WODĘ KAPILARNĄ WŁAŚCIWĄ WODĘ KAPILARNĄ WŁAŚCIWĄ Przy całkowitym wypełnieniu porów mamy:

WODĘ KAPILARNĄ ZAWIESZONĄ WODĘ KAPILARNĄ ZAWIESZONĄ Brak łączności z poziomem wód gruntowych

Woda kapilarna przenosi ciśnienie hydrostatyczne , zamarza w

temperaturze < 0⁰C

WODA

WODA KAPILARNAKAPILARNA - jest to woda występująca w drobnych porach, szczelinach i naczyniach włoskowatych produktów niezależnie od siły grawitacji, gdyż silniejsze od niej są siły napięcia powierzchniowego. WodaWoda tata podlegapodlega zjawiskomzjawiskom kapilarnym

kapilarnym..

Wody kapilarne występują w strefie aeracji w porach i szczelinach o wymiarach kapilarnych. Poruszają się pod wpływem sił spójności i przylegania tworząc na granicy strefy saturacji i strefy aeracji strefę wzniosu kapilarnego.

Wody kapilarne podlegają sile ciężkości, przekazują ciśnienie, mają zdolność rozpuszczania, zamarzają w temperaturze nieco niższej od 0 °C. Wyróżnia się: wodę temperaturze nieco niższej od 0 °C. Wyróżnia się: wodę kapilarną właściwą - nieoderwaną od wody wolnej w strefie saturacji i wody kapilarne zawieszone - tworzące soczewki w strefie aeracji

Źródło: WIKIPEDIA

KAPILARNOŚĆ jest wynikiem działania dwu zjawisk:

przyczepności (adhezji) wody do ścianek rurki napięcia powierzchniowego wody

KAPILARNOŚĆ

KAPILARNOŚĆ CZYNNACZYNNA – proces włoskowatego podciągania się wody w skałach i gruntach – podciąganie kapilarne

KAPILARNOŚĆ

KAPILARNOŚĆ BIERNABIERNA – proces gdzie woda kapilarna utrzymująca się po obniżeniu zwierciadła wody – przy zachowaniu jej maksymalnej wysokości

zachowaniu jej maksymalnej wysokości

WODA CHEMICZNIE ZWIĄZANA WODA CHEMICZNIE ZWIĄZANA

WODA KRYSTALIZACYJNA

WODA KRYSTALIZACYJNA WODA KONSTYTUCYJNAWODA KONSTYTUCYJNA Wchodzi w skład minerałów

np. gips CaSO₄ • 2H₂O

Zachowuje swoją postać cząsteczkową, a ^{4 2} Wchodzi w skład hydratów typu Zachowuje swoją postać cząsteczkową, a

jej wydzielenie powoduje zmiane właściwości

(Po 32 godz. ogrzewania gipsu w temp.

82⁰C następuje przejście w anhydryt).

Może być wydzielona z minerałów, przy niższych temperaturach niż 200ºC, co wpływa znacznie na zmianę wielu ich właściwości

chemicznych i fizycznych.

Wchodzi w skład hydratów typu wodorotlenków Ca(OH)₂

Wydziela się w wysokich temperaturach > 200⁰C .

Jej molekuły w wyniku reakcji chemicznej rozpadają się na jony H+ i OH¯.

W porównaniu z wodą

krystalizacyjną jest trwalej związana z innymi molekułami siatki

krystalicznej.

TYP WODY W IŁACH TYP WODY W IŁACH

CHARAKTERYSTYCZNE CHARAKTERYSTYCZNE

WILGOTNOŚCI IŁÓW WILGOTNOŚCI IŁÓW OKRESLAJĄCE GRANICE OKRESLAJĄCE GRANICE

STANU STANU

CHARAKTERYSTYCZNE CHARAKTERYSTYCZNE WŁAŚCIWOŚCI IŁÓW WŁAŚCIWOŚCI IŁÓW

WODA ZWIĄZANAWODA ZWIĄZANA SILNIE ZWIAZANASILNIE ZWIAZANA

WODA NAROŻY I WODA NAROŻY I

KRAWĘDZI KRAWĘDZI

SIATKI SIATKI KRYSTALICZNEJ KRYSTALICZNEJ I I

„BLISKIEJ

„BLISKIEJ HYDRATACJI HYDRATACJI WYMIENNEJ”

WYMIENNEJ” 1/101/10 MAKSYMALNEJ MAKSYMALNEJ HIGROSKOPIJNOŚCI HIGROSKOPIJNOŚCI

Wysoka wytrzymałość

WODA WODA PŁASZCZYZN PŁASZCZYZN PODSTAWOWYCH

PODSTAWOWYCH Wytrzymałość obniża się

ZALEŻNOŚĆ WŁAŚCIWOŚCI IŁÓW OD ZAWARTYCH ZALEŻNOŚĆ WŁAŚCIWOŚCI IŁÓW OD ZAWARTYCH

W NICH RODZAJÓW WODY W NICH RODZAJÓW WODY

WODA ZWIĄZANAWODA ZWIĄZANA SILNIE ZWIAZANASILNIE ZWIAZANA

MAKSYMALNA MAKSYMALNA HIGROSKOPIJNOŚĆ HIGROSKOPIJNOŚĆ w

w_{hh maxmax..}

MAKSYMALNA MOLEKULARNA MAKSYMALNA MOLEKULARNA WODOCHŁONNOŚĆ

WODOCHŁONNOŚĆ w

w_mmwmmw

Wilgotność granicy plastyczności Wilgotność granicy plastyczności w

w_pp

WILGOTNOŚĆ GRANICY WILGOTNOŚĆ GRANICY PŁYNNOŚCI

PŁYNNOŚCI w

w_LL PODSTAWOWYCH PODSTAWOWYCH

MINERAŁÓW MINERAŁÓW

ILASTYCH ILASTYCH

Wytrzymałość obniża się

SŁABO ZWIĄZANASŁABO ZWIĄZANA

WTÓRNIE WTÓRNIE ZORIENTOWANA ZORIENTOWANA

WODA WODA POLIWARSTW POLIWARSTW

Wytrzymałość w dalszym ciągu obniża się przy wystarczająco

wysokich ciśnieniach (ponad 5 000 kPa) pojawia się lepkość

osiągająca max. przy w_mmw

WODA WODA OSMOTYCZNA OSMOTYCZNA

Wytrzymałość mała razem z lepkością pojawia się plastyczność

Ił zachowuje się jak ciało plastyczne

WODA ZWIĄZANA ORAZ WODA ZWIĄZANA ORAZ

WODA WOLNA

WODA WOLNA Wytrzymałości brak

Ił zachowuje się jak ciało płynne

Temperatura gruntów uzależniona jest od zmian temperatury powietrza

W gruncie wyróżnia się trzy strefy wahań temperaturywahań temperatury:

- DOBOWE DOBOWE ( o max. głębokości 1,5m) - ROCZNE ROCZNE (max. głbokośc 7-10m)

- DŁUGOOKRESOWEDŁUGOOKRESOWE (mierzone okresami geologicznymi)

W zależności od sezonowych wahań temperatury wyróżnia się:

WODA W GRUNCIE WODA W GRUNCIE

1

1 –– OBSZAR GRUNTU GDZIE TEMPERATURA JEST ZAWSZE POWYZEJ 0OBSZAR GRUNTU GDZIE TEMPERATURA JEST ZAWSZE POWYZEJ 0⁰⁰CC

2

2 –– OBSZAR O ZMIENYCH TEMPERATURACH OBSZAR O ZMIENYCH TEMPERATURACH

(Polska znajduje się w takim obszarze)

3

3 –– OBSZAR O ZMIENNYCH TEMPERATURACHOBSZAR O ZMIENNYCH TEMPERATURACH

(Obszary o gruntach wiecznie zmarzłych)

STAN STAŁY STAN STAŁY

Gruntem zmarzłym nazywamy grunt występujący w temperaturze poniżej 0⁰C, w którym przynajmniej część wody znajduje się w stanie stałym

+

+ - + + -

+ -

GŁĘBOKOŚĆ PRZEMARZANIA GRUNTÓW GŁĘBOKOŚĆ PRZEMARZANIA GRUNTÓW

wg PN

wg PN--BB--03020:198103020:1981

Po dłuższym trwaniu ujemnej temperatury powietrza granica przemarzania przesuwa się w dół. Ponad granicą przemarzania gruntu od powierzchni terenu tworzą się soczewki lodowe, które powiększają się wskutek podciągania wody od dołu. Nowe soczewki lodowe w sposób naturalny zwiększają wilgotność zamarzniętego gruntu.

Bezpośrednio poniżej granicy przemarzania obserwuje się zmniejszenie wilgotności gruntu w porównaniu z wilgotnością gruntu przed przemarzaniem

Szymański. Mechanika gruntów, Wyd. SGGW, 2007 Pazdro. Hydrogeologia ogólna. 1983

Należy to tłumaczyć tym, że soczewki lodowe przyciągają molekuły wodne od dołu ze swojego najbliższego otoczenia. Przyciąganie molekuł wodnych przez kryształy lodu następuje wskutek istnienia na ich powierzchni sił adsorpcji. Molekuły wody, przyciągnięte do powierzchni soczewki lodowej, uzupełniają siatkę krystaliczną lodu, po czym same przyciągają nowe molekuły wody z porów gruntu, co powoduje wzrost soczewek lodowych, a więc i wzrost objętości gruntu. Ten wzrost objętości uzewnętrznia się powstawaniem tzw. wysadzin, gdzie występują grunty szczególnie wrażliwe na przemarzanie (Wiłun 1982).

występują grunty szczególnie wrażliwe na przemarzanie (Wiłun 1982).

W wyniku tego zamarzania lód może wywołać ciśnienie ok. 50 ÷ 200 kPa przy temperaturze T = - 22 ºC. Badania i obserwacje wykazują, że wysadziny mogą występować tylko wtedy, gdy (Wiłun 1982):

mróz działa wystarczająco długo - ujemna temperatura powietrza, grunt podłoża jest wysadzinowy,

zwierciadło wody gruntowej zalega dość płytko, grunt podłoża jest bardzo wilgotny.

Szymański. Mechanika gruntów, Wyd. SGGW, 2007

GŁĘBOKOŚĆ I PRĘDKOŚĆ PRZEMARZANIA ZALEŻĄ OD:

temperatury powietrza czasu trwania

osłony terenu osłony terenu

struktury i tekstury gruntu

składu granulometrycznegogruntu

gdzie:

Głębokości przemarzania

Głębokości przemarzania można policzyć ze wzoru na h_z (Jeske i inni, 1966):

h

h

= = √ √ 2 2 λλλλλλλλ · (T · (T

– T – T

)t )t

Q

Q γγγγγγγγ

gdzie:

λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego, Q – ciepło krzepnięcia wody,

γ_w – ciężar objętościowy wody zawartej w gruncie odniesiony do jednostki objętości gruntu,

T_z – temperatura zamarzania,

T_p – temperatura na powierzchni gruntu, t – czas.

W byłym Związku Radzieckim wyznaczono głębokość przemarzania glin i iłów wg wzoru empirycznego (Wiłun, 1983)

h

h

= = 23 23 √ √ w w

+ + 2 2

gdzie:

h_z – głębokość przemarzania [cm],

w_m – suma ujemnych średnich temperatur miesięcznych wg wieloletnich obserwacji (w_m od wzoru przyjmuje się ze znakiem plus), ºC.

Wzór powyższy stosuje się również dla piasków i gruntów mało spoistych, dla których h_z należy zwiększyć o 22%, a dla żwirów o 30%.

Spośród wielu kryteriów najbardziej znane są (Pisarczyk, 1999):

1. Kryterium Casagrandego opracowane w 1934 r., według którego zalicza się do wysadzinowychwysadzinowych gruntygrunty bardzobardzo różnoziarniste

różnoziarniste (U(U >> 1515), które zawierają więcejwięcej niżniż 33 %% cząstek mniejszychmniejszych odod 00,,0202 mmmm oraz gruntygrunty równoziarniste

równoziarniste (U(U << 55)) zawierające ponadponad 1010 %% cząstek mniejszych

mniejszych odod 00,,0202 mmmm ,, mniejszych

mniejszych odod 00,,0202 mmmm ,,

2. Kryterium Beskowa (1935) wg którego uwzględnia się wpływ geologicznegogeologicznego pochodzeniapochodzenia gruntugruntu, wielkośćwielkość średnicy

średnicy dd₅₀₅₀, procentowąprocentową zawartośćzawartość oo średnicyśrednicy mniejszej

mniejszej odod 00,,062062 mmmm ii 00,,125125 mmmm orazoraz kapilarnośćkapilarność bierną

bierną przyprzy wilgotnościwilgotności równejrównej granicygranicy płynnościpłynności, 3. Kryterium Wiłuna (1958) wg którego uwzględnia się uziarnienie gruntu i kapilarność bierną gruntu H_kb:

Grupa A

Grupa A -- grunty niewysadzinowegrunty niewysadzinowe H_kb< 1,0 m,

bezpieczne w każdych warunkach wodno-gruntowych i klimatycznych;

zawartość cząstek o średnicy mniejszej niż 0,05 mm wynosi poniżej 20%,

mniej niż 3% zawartość cząstek o średnicy poniżej 0,02 mm Czyste żwiry, pospółki i piaski (grube).

Grupa B

Grupa B -- grunty mało wysadzinowegrunty mało wysadzinowe H_kb< 1,3 m,

H_kb< 1,3 m,

grunty zawierające 20÷30% cząstek mniejszych od 0,05 mm oraz 3÷10% cząstek mniejszych od 0,02 mm.

Piaski (bardzo drobne), piaski pylaste i próchniczne.

Grupa C

Grupa C -- grunty wysadzinowegrunty wysadzinowe H_kb> 1,3 m,

grunty zawierające powyżej 30% cząstek mniejszych niż 0,05 mm i więcej niż 10% cząstek mniejszych od 0,02 mm.

Wszystkie grunty spoiste i namuły organiczne

Źródło: Wiłun, Zarys geotechniki

ZJAWISKA TOWARZYSZACE PROCESOWI PRZEMARZANIA GRUNTÓW ZJAWISKA TOWARZYSZACE PROCESOWI PRZEMARZANIA GRUNTÓW

DODATNIE DODATNIE

LÓD CEMENTUJE CZASTKI GRUNTOWE LÓD CEMENTUJE CZASTKI GRUNTOWE -Właściwości są zbliżone do ciała stałego

(wzrost np.τ_f, M₀, M)

-Grunty staja się nieprzepuszczalne

UJEMNE UJEMNE -Grunty staja się nieprzepuszczalne

TWORZENIE SIĘ WYSADZIN TWORZENIE SIĘ WYSADZIN Wzrost objętości ~ 9%

PRZY BUDOWIE NOWYCH DRÓG MOŻNA ZAPOBIEC TWORZENIU SIĘ PRZY BUDOWIE NOWYCH DRÓG MOŻNA ZAPOBIEC TWORZENIU SIĘ

WYSADZIN I PRZEŁOMÓ PRZEZ:

WYSADZIN I PRZEŁOMÓ PRZEZ:

odpowiednie podwyższenie nasypu ponad zwierciadło wody gruntowej,

obniżenie poziomu wód gruntowych lub odcięcie ich bocznego dopływu za pomocą drenażu podłużnego

Źródło: Wiłun, Zarys geotechniki

bocznego dopływu za pomocą drenażu podłużnego dobre odwodnienie powierzchniowe

zastosowanie podbudowy z gruntu stabilizowanego np.

cementem lub innym stabilizatorem

zastosowanie pod nawierzchnią podsypki piaskowej o odpowiedniej grubości (zmiana gruntu wysadzinowego na niewysadzinowy)

Posadowienie fundamentów budowli poniżej granicy przemarzania, Wymiana gruntu wysadzinowego i zastosowanie poduszki z dobrze ubitego czystego żwiru lub piasku (na niewysadzinowy) - do granicy przemarzania

Stosowanie izolacji termicznych pod komorami w chłodniach, ZABEPIECZENIE BUDWLI I INNYCH OBIEKTÓW INŻYNIERSKICH ZABEPIECZENIE BUDWLI I INNYCH OBIEKTÓW INŻYNIERSKICH

POSADAWIANYCH NA GRUNTACH WYSADZINOWYCH:

POSADAWIANYCH NA GRUNTACH WYSADZINOWYCH:

Stosowanie izolacji termicznych pod komorami w chłodniach, zaleca się pod podłogą pozostawić wolną przestrzeń

Podgrzewanie gruntu pod komorami chłodni wodą obiegową lub prądem elektrycznym

Stosowanie zasypki za murami oporowymi, przyczółkami mostów i jazów z dobrze przepuszczalnych gruntów niewysadzinowych

W przypadku płytko posadowionych fundamentów w okresach mrozów należy stosować „ocieplanie” gruntu przy pomocy mat (np.

słomianych) lub obsypywać gruntem

Źródło: Wiłun, Zarys geotechniki

Grunty spoiste poddawane są szeregu zmianom deformacyjnym zachodzącym w efekcie współdziałania fazy stałej i ciekłej w gruncie. Wyróżnić tu można następujące zjawiska tj.:

SKURCZ SKURCZ

PĘCZNIENIE PĘCZNIENIE

OSIADANIE OSIADANIE ZAPADOWE ZAPADOWE

EKSPANSYWNOŚĆ

EKSPANSYWNOŚĆ I INNEI INNE

Do najważniejszych czynników wpływających na intensywność tych zjawisk zaliczyć można:

- rodzaj gruntu i jego skład granulometryczny, - procentowa zawartość frakcji iłowej,

- skład mineralny frakcji iłowej,

- procentowy udział minerałów ilastych, których intensywność pęcznienia określa szereg: smektyt > smektyt/illit > illit > kaolinit, - chemizm wód nasycających,

- procentowa zawartość substancji organicznej oraz węglanów, - procentowa zawartość anhydrytu, pirytu,

Źródło: Grabowska-Olszewska, Geologia stosowana

- procentowa zawartość anhydrytu, pirytu,

- skład kationów wymiennych, które determinują hydrofilność gruntu, malejącą zgodnie z szeregiem: Na⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ > Fe³⁺

- stopień nasycenia, wilgotność, - rodzaj próbki – NNS, NS,

- gęstość objętościowa, gęstość objętościowa szkieletu gruntowego - wpływ roślinności,

- metoda badań, i inne.

PĘCZNIENIE

PĘCZNIENIE – zjawisko polegające na wzroście objętości gruntu na skutek oddziaływania wody, głównie na minerały ilaste z grupy smektytu, smektytu/illitu oraz illitu.

W przypadku minerałów ilastych pęcznienie ma charakter dwustopniowy.

PĘCZNIENIE

PĘCZNIENIE WEWNĄTRZKRYSTALICZNEWEWNĄTRZKRYSTALICZNE PĘCZNIENIEPĘCZNIENIE OSMOTYCZNEOSMOTYCZNE

- następuje uwodnienie kationów, znajdującymi się w przestrzeniach międzypakietowych minerałów ilastych - wzrost, podwojenie odległości międzypakietowych

- energia hydratacji jest znacznie większa niż wiązania międzywarstwowe

- odpychanie warstw podwójnych,

- wzrost odległości między warstwami jest znacznie większy niż w przypadku pęcznienia wewnątrzkrystalicznego, w niektórych przypadkach może prowadzić do całkowitej separacji warstw minerałów - ciśnienie pęcznienia osmotycznego jest mniejsze niż wewnątrzkrystalicznego i z trudem osiąga 2 MPa.

- ciśnienie pęcznienia 400kPa

Przykład montmorylonit sodowy:

- Przy tworzeniu pierwszej warstwy wody wilgotność wzrasta do 6,2%, drugiej do 16,5%, trzeciej i czwartej odległość wzrasta o 1nm, co daje wzrost wilgotności do 25%.

PĘCZNIENIE

PĘCZNIENIE WEWNĄTRZKRYSTALICZNEWEWNĄTRZKRYSTALICZNE

Procesowi pęcznienia można zapobiec w laboratorium lub w terenie przez wywarcie przeciwciśnienia.

Ciśnienie jakie jest wymagane aby przeciwdziałać wzrostowi objętości próbki nazywamy CIŚNIENIEMCIŚNIENIEM PĘCZNIENIAPĘCZNIENIA.

Badanie pęcznienia może być wyrażone przez wiele parametrów: jako pęcznienie, ciśnienie pęcznienia, wskaźnik ekspansji.

WSKAŹNIKI, METODY BADAŃ WSKAŹNIKI, METODY BADAŃ

PĘCZNIENIA I CIŚNIENIA PĘCZNIENIA I CIŚNIENIA

PĘCZNIENIA PĘCZNIENIA

- Badanie pęcznienia wg Holtza i Gibssa – tzw. ciśnienieciśnienie swobodneswobodne FSFS_HGHG [%[%]].

Badanie bardzo proste i dostatecznie dokładne do szybkiej charakterystyki zdolności gruntu do pęcznienia. Jest ono definiowane jako procentowy przyrost objętości sproszkowanej próbki luźno objętości sproszkowanej próbki luźno nasypanej do cylindra z wodą.

- PęcznieniePęcznienie jednoosiowejednoosiowe SS_maxmax [[%%]]..

- Badanie pęcznienia w aparacieaparacie WasiliewaWasiliewa

- Badanie ww edometrzeedometrze ciśnienia pęcznienia.

- Badanie ww aparacieaparacie firmyfirmy GeonorGeonor ciśnienia pęcznienia.

SKURCZ

SKURCZ – zjawisko polegające na zmniejszeniu się objętości gruntu na skutek ubytku wody. Zjawisko to przebiega do momentu osiągnięcia przez grunt wilgotności równej granicy skurczalności (w_s) – woda wypełnia wszystkie wolne przestrzenie między ziarnami.

Przy dalszym ubytku wody nie obserwuje się już zmiany objętości a jedynie zmianę zabarwienia gruntu na jaśniejszą ze względu na wejście powietrza w pory gruntu.

Badanie skurczu może być wyrażone przez wiele parametrów:

wyznaczonych na podstawie badań laboratoryjnych lub wzorów empirycznych.

Najczęściej stosowane parametry opisujące skurcz to: granicagranica skurczalności

skurczalności (w(w_ss,, %%),), współczynnikwspółczynnik skurczalnościskurczalności (R,(R, --),), skurcz

skurcz liniowyliniowy (L(L_ss,, %%),), wskaźnikwskaźnik skurczalnościskurczalności (SI,(SI, %%))

WSKAŹNIKI, METODY BADAŃ WSKAŹNIKI, METODY BADAŃ

SKURCZU SKURCZU

Granica

Granica skurczalnościskurczalności (w(w_ss)) – maksymalna wilgotność, poniżej której zmniejszenie wilgotności nie powoduje zmian objętości masy gruntu, a jedynie zmianę barwy na jaśniejszą.

Skurcz

Skurcz liniowyliniowy ((LL_ss)) - .

Wskaźnik

Wskaźnik skurczalnościskurczalności (SI,(SI, %%)) – różnica pomiędzy granicą płynności a granicą skurczalności.

SI

SI == ww_LL -- ww_ss.

OSIADANIE ZAPADOWE OSIADANIE ZAPADOWE

Wskaźnik

Wskaźnik osiadaniaosiadania zapadowegozapadowego (i(i_mpmp)) – jest oznaczany w warunkach jednoosiowego odkształcania. Wyznaczamy go ze wzoru:

ii = , ( = , ( -- )) h’

h’ -- h’’h’’

Jest to zdolność gruntu znajdującego się pod określonym obciążeniem, do szybkiej zmiany objętości pod wpływem nasycenia wodą.

ii_mpmp = , ( = , ( -- )) h

h₀₀

h’ – wysokość próbki nienaruszonej po stabilizacji odkształceń przy naprężeniu całkowitym σ_zt, odpowiadającym ciężarowi gruntu i budowli przed nasyceniem wodą,

h’’ – wysokość próbki nienaruszonej po stabilizacji odkształceń przy naprężeniu całkowitym σ_zt, odpowiadającym ciężarowi gruntu i budowli po całkowitym nasyceniu wodą,

h₀ – wysokość próbki nienaruszonej po stabilizacji odkształceń przy naprężeniu pierwotnym σ_zg, odpowiadającym ciężarowi gruntu na rozpatrywanej głębokości.

OSIADANIE ZAPADOWE

OSIADANIE ZAPADOWE

OSIADANIE ZAPADOWE OSIADANIE ZAPADOWE

Ze względu na wartość wskaźnika osiadania zapadowego grunty są kwalifikowane jako:

- zapadowezapadowe ii_mpmp >> 00,,0202 (o strukturze nietrwałej, wrażliwej na działanie wody),

- niezapadoweniezapadowe ii_mpmp ≤≤ 00,,0202 (o strukturze trwałej, nie wrażliwej na działanie wody) .