"Gruntoznawstwo inżynierskie"

Spis treści

Przedmowa 14

1. Wiadomości wstępne 16

1.1. Określenie gruntoznawstwa inżynierskiego 16

1.2. Pojęcie gruntu budowlanego i podłoża budowlanego 17

1.3. Właściwości gruntów a praktyka inżynierska fundamentowania 17

1.4. Gruntoznawstwo inżynierskie a nauki pokrewne 18

2. Podstawowe wiadomości o pochodzeniu skał i gruntów 20

2.1. Budowa skorupy ziemskiej 20

2.2. Procesy geologiczne 20

2.3. Podział skał ze względu na ich genezę 22

2.4. Zaburzenia tektoniczne i trzęsienia ziemi 26

2.5. Wietrzenie 27

2.6. Zjawiska krasowe 28

2.7. Utwory akumulacji rzecznej 29

2.8. Utwory akumulacji lodowcowej 31

2.9. Utwory eoliczne 33

2.10. Utwory zastoiskowe i organiczne 34

2.11. Gleba 34

3. Ogólna klasyfikacja gruntów budowlanych 36

3.1. Klasyfikacja gruntów budowlanych według PN-86/B-2480 36

3.2. Klasyfikacja gruntów według PN-EN ISO 14688:2006 39

3.2.1. Wprowadzenie 39

3.2.2. Rodzaje gruntów na podstawie uziarnienia 39

4. Fizyczne właściwości gruntów 43

4.1. Skład mineralny gruntów i jego wpływ na właściwości gruntów 43

4.2. Struktura i tekstura gruntów 46

4.3. Uziarnienie gruntów 47

4.3.1. Wprowadzenie 47

4.3.2. Oznaczanie uziarnienia gruntów 48

4.3.3. Wskaźniki uziarnienia gruntu 50

4.4. Cechy fizyczne gruntów 51

4.4.1. Rodzaje cech fizycznych 51

4.4.2. Gęstość właściwa gruntu 52

4.4.3. Gęstość objętościowa gruntu 53

4.4.4. Wilgotność gruntu 54

4.4.5. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego 56

4.4.6. Porowatość i wskaźnik porowatości gruntu 56

4.4.7. Stopień wilgotności gruntu 57

4.4.8. Stopień zagęszczenia gruntów i stany gruntów niespoistych 58

4.4.9. Granice konsystencji, stopień plastyczności i stany gruntów spoistych 60

4.4.10. Wskaźnik plastyczności 63

4.4.11. Wskaźnik zagęszczenia. Wilgotność optymalna i maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego 65

4.4.12. Zależność między wskaźnikiem zagęszczenia i stopniem zagęszczenia gruntów niespoistych 71

5. Ruch wody gruntowej i zjawiska z nim związane 74

5.1. Rodzaje wody w gruncie 74

5.2. Podział wód podziemnych 76

5.3. Podstawowe warunki ruchu wody w gruncie 77

5.4. Filtracja. Prawo Darcy’ego 78

5.5. Filtracja w gruntach spoistych 79

5.6. Wyznaczanie współczynnika filtracji 80

5.6.1. Metody wyznaczania 80

5.6.2. Obliczanie współczynnika filtracji za pomocą wzorów empirycznych 80

5.6.3. Laboratoryjne metody wyznaczania współczynnika filtracji 81

5.6.4. Wyznaczanie współczynnika filtracji metodą badań polowych 83

5.6.5. Obliczanie współczynnika filtracji w gruntach uwarstwionych 86

5.7. Dopływ wody do studni i rowów 87

5.7.1. Określenia podstawowe 87

5.7.2. Wydatek studni 88

5.7.3. Dopływ wody gruntowej do rowu 89

5.8. Jednoczesne działanie zespołu studzien 91

5.9. Mechaniczne działanie wody na szkielet gruntowy 92

5.9.1. Wypór w gruncie 92

5.9.2. Ciśnienie wody w porach. Naprężenia całkowite i efektywne 93

5.9.3. Fizyczna interpretacja naprężeń całkowitych i efektywnych 94

5.9.4. Ciśnienie spływowe 96

5.9.5. Zjawiska w gruncie wywołane filtracją 97

5.9.6. Sposoby zabezpieczenia gruntów przed szkodliwym działaniem filtracji 99

5.10. Równania ruchu wody gruntowej. Siatka przepływu 100

5.10.1. Podstawowe równania ciągłości przepływu wody 100

5.10.2. Siatka przepływu (hydrodynamiczna) 102

6. Mechaniczne właściwości gruntów 105

6.1. Ściśliwość gruntów 105

6.1.1. Wprowadzenie 105

6.1.2. Określenie wielkości charakteryzujących ściśliwość i odprężenie gruntu 108

6.1.3. Związki teoretyczne pomiędzy wielkościami charakteryzującymi ściśliwość gruntu 111

6.1.4. Orientacyjne wartości liczbowe modułów odkształcenia i modułów ściśliwości edometrycznej 112

6.1.5. Laboratoryjne badanie edometrycznego modułu ściśliwości 112

6.1.6. Badanie osiadania zapadowego – współczynnik zapadowości 118

6.2. Wytrzymałość gruntów na ścinanie 120

6.2.1. Wprowadzenie. Wzór Coulomba 120

6.2.2. Opór tarcia wewnętrznego i kąt tarcia wewnętrznego 121

6.2.3. Spójność 122

6.2.4. Badanie wytrzymałości na ścinanie w aparacie bezpośredniego ścinania 122

6.2.5. Badanie wytrzymałości na ścinanie w aparacie trójosiowego ściskania 124

6.2.6. Badanie wytrzymałości na ścinanie gruntów gruboziarnistych i kamienistych 132

7. Pęcznienie gruntów spoistych 136

7.1. Wprowadzenie 136

7.2. Badanie wskaźnika pęcznienia 137

7.3. Badanie ciśnienia pęcznienia 138

8. Podstawowe wiadomości z mechaniki skał 142

8.1. Uwagi ogólne 142

8.2. Ogólna charakterystyka skał i masywów skalnych 143

8.2.1. Określenie skał i masywów skalnych 143

8.2.2. Ogólna charakterystyka skał i masywów skalnych jako podłoża budowlanego 143

8.3. Parametry określające spękania i szczeliny w skałach 145

8.4. Właściwości fizyczne skał 146

8.5. Właściwości mechaniczne skał 147

8.6. Badania właściwości masywów skalnych w inżynierii wodnej 150

8.6.1. Rozpoznawanie masywów skalnych 150

8.6.2. Badania właściwości masywów skalnych 151

8.7. Geotechniczna klasyfikacja masywów fliszowych 161

8.7.1. Wprowadzenie 161

8.7.2. Klasyfikacja geofizyczna KFG 161

8.7.3. Klasyfikacja geotechniczna KF 162

9. Wpływ temperatury na właściwości gruntów 165

9.1. Wprowadzenie 165

9.2. Wpływ mrozu na grunty 165

9.2.1. Wiadomości ogólne 165

9.2.2. Tworzenie się wysadzin i przełomów 167

9.2.3. Określenie głębokości przemarzania gruntu 168

9.2.4. Kryteria wysadzinowości gruntów 170

9.2.5. Zabezpieczanie obiektów budowlanych przed wysadzinami i przełomami 170

9.3. Wpływ temperatury na właściwości fizyczne i mechaniczne gruntów 171

9.3.1. Wstęp 171

9.3.2. Wpływ temperatury na zmiany wilgotności gruntu 171

9.3.3. Wpływ temperatury na ściśliwość gruntów spoistych 173

9.3.4. Wpływ temperatury na wytrzymałość gruntów spoistych 174

9.3.5. Wpływ temperatury na zagęszczenie gruntów 176

9.3.6. Wpływ temperatury na wodoprzepuszczalność gruntów 176

9.3.7. Wpływ temperatury na przewodnictwo elektryczne gruntów 176

10. Wpływ drgań i wstrząsów na właściwości gruntów 178

10.1. Wprowadzenie 178

10.2. Tiksotropia gruntów 178

10.3. Upłynnienie gruntów 181

10.4. Wpływ drgań na parametry mechaniczne gruntów 183

10.4.1. Uwagi ogólne 183

10.4.2. Wpływ obciążeń dynamicznych na kąt tarcia wewnętrznego i spójność gruntów 183

10.4.3. Wpływ obciążeń dynamicznych na ściśliwość gruntów 184

11. Wpływ agresywnych zanieczyszczeń środowiska na właściwości gruntów budowlanych 186

11.1. Wprowadzenie 186

11.2. Rodzaje substancji zanieczyszczających grunty 187

11.3. Sposoby rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w gruncie 188

11.4. Wpływ zanieczyszczeń na właściwości fizyczne i mechaniczne gruntów 188

11.4.1. Wpływ oleju napędowego na właściwości fizyczne 188

11.4.2. Wpływ oleju napędowego na właściwości mechaniczne 190

12. Podstawowe metody wzmacniania i uszczelniania gruntów 192

12.1. Cel wzmacniania i uszczelniania podłoża gruntowego 192

12.2. Podstawowe metody wzmacniania i uszczelniania gruntów 192

12.2.1. Wymiana gruntu 193

12.2.2. Wstępne obciążenie gruntu 193

12.2.3. Dreny pionowe i metoda elektroosmozy 194

12.2.4. Zagęszczanie gruntów 195

12.2.5. Zastrzyki 196

12.2.6. Stabilizacja wgłębna gruntów 201

12.2.7. Zamrażanie gruntu 203

12.2.8. Spiekanie gruntu 204

12.2.9. Zbrojenie gruntów 205

13. Roboty ziemne 214

13.1. Wprowadzenie 214

13.2. Podział gruntów na kategorie i ich właściwości 214

13.3. Prace przygotowawcze przed robotami ziemnymi 217

13.4. Wykonywanie wykopów 217

13.3.1. Czynności wstępne 217

13.4.1. Rodzaje wykopów 217

13.4.2. Odwodnienie wykopów fundamentowych 219

13.4.3. Metody odspajania gruntu i wykonywania wykopów 223

13.5. Wykonywanie nasypów 224

13.5.1. Ogólne zasady wykonywania nasypów 224

13.5.2. Metody zagęszczania gruntów i kontrola jakości zagęszczania 227

13.6. Wykonywanie zasypki 229

13.7. Obliczanie robót ziemnych 229

14. Inżyniersko-geologiczna charakterystyka głównych rodzajów gruntów budowlanych Polski 230

14.1. Wprowadzenie 230

14.2. Ogólna charakterystyka naturalnych gruntów budowlanych wydzielonych obszarów 230

14.2.1. Obszary skał magmowych i metamorficznych 230

14.2.2. Obszary skał osadowych zdiagenezowanych 232

14.2.3. Obszary skał osadowych słabo zdiagenezowanych 234

14.2.4. Obszary gruntów osadowych niezdiagenezowanych 234

14.2.5. Obszary gruntów osadowych niezdiagenezowanych pochodzenia glacjalnego i rzecznego 236

14.3. Ogólna charakterystyka naturalnych gruntów nasypowych 244

14.4. Ogólna charakterystyka gruntów antropogenicznych 245

14.4.1. Odpady powęglowe 245

14.4.2. Odpady hutnicze 246

14.4.3. Odpady paleniskowe 246

14.4.4. Odpady komunalne stałe 247

15. Badania terenowe gruntów 249

15.1. Podstawy prawne wykonywania badań gruntów 249

15.2. Cel i zakres badań podłoża gruntowego 249

15.3. Podstawowe prace badawcze 250

15.3.1. Rodzaje prac badawczych 250

15.3.2. Wykopy, szybiki i otwory badawcze 250

15.3.3. Pobieranie próbek gruntu 255

15.3.4. Ustalanie położenia zwierciadła wody gruntowej i pobieranie próbek wody 255

15.3.5. Makroskopowe rozpoznanie gruntów według PN-88/B-04481 256

15.3.6. Makroskopowe rozpoznanie gruntów według PN-EN ISO 14688-1:2006 260

15.3.7. Sondowanie gruntów 260

15.3.8. Próbne obciążanie gruntów 268

15.3.9. Badania dylatometryczne 271

15.3.10.Badanie wytrzymałości gruntów sondami obrotowymi 274

15.3.11.Badanie gruntów spoistych przyrządami kieszonkowymi 276

15.4. Badania geofizyczne podłoża gruntowego 279

15.4.1. Ogólna charakterystyka badań geofizycznych 279

15.4.2. Badania elektrooporowe 280

15.4.3. Badania radioizotopowe 282

15.4.4. Badania sejsmiczne 286

16. Zasady ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych 290

16.1. Wprowadzenie 290

16.2. Rodzaje warunków gruntowych 291

16.3. Podział obiektów budowlanych na kategorie 291

16.4. Zakres badań geotechnicznych podłoża gruntowego 293

16.5. Opracowanie dokumentacji badań podłoża gruntowego 297

16.5.1. Zawartość dokumentacji 297

16.5.2. Zasady wyznaczania uogólnionych wartości parametrów geotechnicznych 299

16.5.3. Metoda statystyczna określania wartości parametrów geotechnicznych normowych i obliczeniowych według PN-81/B-03020 300

16.5.4. Określanie wartości parametrów geotechnicznych według Eurokodu 7 301

16.6. Dokumentacja geologiczno-inżynierska 302

16.6.1. Wiadomości wstępne 302

16.6.2. Wymagania, jakim powinna odpowiadać dokumentacja geologiczno - inżynierska potrzebna do posadowienia obiektów budowlanych 303

17. Naprężenie w ośrodku gruntowym 304

17.1. Założenia do wyznaczania naprężenia w ośrodku gruntowym w stanie sprężystym 304

17.2. Wyznaczanie naprężenia pierwotnego 304

17.3. Wyznaczanie składowych naprężenia od obciążeń zewnętrznych 306

17.3.1. Składowa pionowa naprężenia od siły skupionej 306

17.3.2. Składowa pionowa naprężenia od obciążenia ciągłego 307

17.4. Rozkład i wartości składowych naprężenia w podłożu w poziomie posadowienia fundamentów 310

17.5. Rozkład i wartości naprężenia w podłożu poniżej poziomu posadowienia fundamentów 312

17.6. Obliczanie naprężenia pod nasypami 314

17.6.1. Wprowadzenie 314

17.6.2. Rozkład naprężenia od obciążeń pasmowych równomiernych 314

17.6.3. Rozkład naprężenia od obciążeń pasmowych trójkątnych 316

18. Nośność i odkształcalność podłoża gruntowego 318

18.1. Wprowadzenie 318

18.2. Obliczanie nośności podłoża gruntowego według PN-81/B-03020 320

18.2.1. Wiadomości ogólne 320

18.2.2. Obliczenia I stanu granicznego według PN-81/B-03020 320

18.2.3. Obliczenia II stanu granicznego według PN-81/B-03020 325

18.2.4. Obliczenia osiadań fundamentów według PN-81/B-03020 325

18.2.5. Przebieg odkształceń w czasie 327

18.3. Obliczanie nośności fundamentów według PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 332

18.3.1. Wprowadzenie 332

18.3.2. Warunki obliczeniowe stanów granicznych nośności fundamentów bezpośrednich według Eurokodu 7 333

18.4. Sprawozdanie stanów granicznych użytkowalności i obliczanie osiadań fundamentów według PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 339

18.4.1. Stany graniczne użytkowalności 339

18.4.2. Obliczanie osiadań fundamentów 340

19. Stateczność zboczy i skarp 342

19.1. Ruch mas ziemnych i przyczyny jego powstawania 342

19.2. Podział osuwisk 343

19.3. Metody określenia zagrożenia osuwiskami 345

19.3.1. Rozpoznanie geomorfologiczne 345

19.3.2. Rozpoznanie geologiczne 345

19.4. Metody obliczania stateczności skarp i zboczy 346

19.3.3. Rozpoznanie hydrogeologiczne 346

19.4.1. Warunki stateczności zboczy 346

19.4.2. Stateczność skarp w gruntach niespoistych 347

19.4.3. Stateczność skarp w gruntach spoistych 349

19.5. -Ocena stateczności skarp metodą stanu granicznego nośności według PN - EN 1997-1:2008 Eurokod 7 354

19.5.1. Wprowadzenie 354

19.5.2. Stateczność skarp w gruntach niespoistych 355

19.5.3. Stateczność skarp w gruntach spoistych 356

19.6. Zabezpieczenie stateczności zboczy i skarp nasypów 357

19.6.1. Zabezpieczenie stateczności zboczy 357

19.6.2. Zabezpieczenie stateczności skarp nasypów 359

20. Parcie i odpór gruntu 361

20.1. Wprowadzenie 361

20.2. Założenia obliczeniowe według teorii Coulomba 362

20.3. Wyznaczanie parcia czynnego i odporu na ściany oporowe w gruntach niespoistych 363

20.3.1. Wyznaczanie parcia czynnego gruntu 363

20.3.2. Wyznaczanie parcia biernego 364

20.4. Wyznaczanie parcia czynnego i odporu na ściany oporowe w gruntach spoistych 366

20.5. Wyznaczanie parcia spoczynkowego gruntu 367

20.6. Wyznaczanie parć w podłożu uwarstwionym z naziomem obciążonym równomiernie 368

20.7. Zależność parcia czynnego i odporu od przemieszczeń i odkształceń ścian oporowych 368

20.8. Obliczanie parcia gruntu na obudowę wykopów 370

Literatura 371

Normy, instrukcje, wytyczne 375