Metody badań geologiczno -inżynierskich. mgr inż. Sylwia Tchórzewska

Transkrypt

1 WYKŁAD Metody badań geologiczno -inżynierskich mgr inż. Sylwia Tchórzewska

2 BIBLIOGRAFIA 1. Bażyński J., Drągowski A, Frankowski Z., Kaczyński R., Rybicki S., Wysokiński L Zasady sporządzania dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, PIG, Warszawa. 2. Bażyński J., Drągowski A, Frankowski Z., Kaczyński R Instrukcja sporządzania mapy warunków geologiczno-inżynierskich w skali 1: i większej dla potrzeb planowania przestrzennego w gminach. PIG, Warszawa 3. Derski W., Izbicki R., Kisiel I., Mróz Z Mechanika skał i gruntów. PWN, Warszawa. 4. Sanecki L Geotechniczne badania polowe. Wydawnictwa AGH, Kraków. 5. Kłosiński B., Bażyński J., Frankowski Z., Kaczyński R., Wierzbicki S Instrukcja badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych, GDDP, IBDiM, Warszawa. 6. Majcherczyk T., Szaszenko A., Sdwiżkowa E Podstawy geomechaniki. UWND AGH, Kraków. 7. Pilecki Z Wyznaczanie parametrów górotworu na podstawie klasyfikacji geotechnicznych. Wyd. DRUKROL, Kraków. 8. Wiłun Z., Zarys geotechniki, WKiŁ, Warszawa. 9. Sikora Z. 2006, Sondowania statyczne. Metody i zastosowanie w geoinzynierii. Wyd. Naukowo- Techniczne, Warszawa.

3 BIBLIOGRAFIA 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 :2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis 4.PN-EN ISO :2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 2: Zasady klasyfikowania 5.PN-EN :2009 Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne 6.PN-EN :2009 Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznawanie i badanie podłoża gruntowego 7.PN-B-03020:1981 -Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie 8. PN-B-04452: Geotechnika. Badania polowe. 9. PN-EN ISO :2006 -Badania geotechniczne Oznaczanie i klasyfikowanie skał Część 1: Oznaczanie i opis 10. PN-EN ISO :2006-Rozpoznanie i badania geotechniczne Badania polowe Część 2: Sondowanie dynamiczne. 11.PN-EN/ISO :2005-Rozpoznanie i badania geotechniczne Badania polowe Część 3: Sonda cylindryczna SPT. 12. PN-EN/ISO :2009- Rozpoznanie i badania geotechniczne --Badania polowe --Część 12: Badanie sondą stożkową (CPTM) o końcówce mechanicznej

4 GEOLOGIA INŻYNIERSKA Geologia inżynierska jest nauką zajmującą się zastosowaniem geologii do praktyki inżynierskiej. Została wydzielona jako samodzielna nauka w latach 20. XXw. Geologia inżynierska zajmuje się badaniem i oceną aktualnego środowiska geologicznego, jego zmienności i ewolucji dla potrzeb planowania przestrzennego i regionalnego, oraz projektowania, wykonawstwa i eksploatacji obiektów budowlanych.

5 GEOLOGIA INŻYNIERSKA Jest dziedziną międzydyscyplinarną, która w praktyce wiąże takie działy wiedzy jak: -mechanika gruntów, -geotechnika, -hydrogeologia, -gruntoznawstwo, -inżynieria budowlana, -geomorfologia, -geochemia, -geofizyka, - pozostałe dziedziny geologii

6 DZIAŁY GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ Geologia inżynierska: Gruntoznawstwo Mechanika gruntów i mechanika skał Geodynamika inżynierska Regionalna geologia inżynierska Geotechnika- dział nauki ściśle związanych z geologią inżynierską, ale nie jest to jeden z działów geologii inżynierskie. Wiąże się z jednej strony z fundamentowaniem i budownictwem, z drugiej z górnictwem i wiertnictwem. Geotechnika zajmuje się wdrażaniem zagadnień z zakresu gruntoznawstwa i geodynamiki inżynierskiej w życie praktyczne ich wykorzystanie. Jest to jednak nauka równoległa do geologii inżynierskiej. Poza rozpoznawaniem warunków podłoża daje odpowiedzi na temat fundamentowania i innych założeń konstrukcyjnych obiektów budowlanych.

7 DEFINICJE GEOLOGIA INŻYNIERSKA zajmuje się rozpoznaniem podłoża gruntowego i skalnego, pozyskiwaniem prób oraz badaniami właściwości gruntów in situ (w miejscu ich zalegania).ponadto obejmuje zagadnienia związane z projektowaniem budowli ziemnych (skarpy, nasypy) jak też innych obiektów budowlanych. GRUNTOZNAWSTWO dział geologii inżynierskiej zajmujący się badaniem i klasyfikacją gruntów ze względu na ich właściwości fizyko-mechaniczne (budowlane). Przedmiotem badań gruntoznawstwa są fizyczne, mechaniczne oraz fizykochemiczne właściwości gruntów i ocena ich zmienności w zależności od składu mineralnego, chemicznego gruntu, jego struktury, tekstury, MECHANIKA GRUNTÓW zajmuje się badaniem mechanicznych właściwości gruntów dla celów związanych z wykonaniem i eksploatacją budowli ziemnych oraz współpracy z podłożem gruntowym innych obiektów inżynierskich. Badania dotyczą: naprężeń w podłożu, wytrzymałości gruntów, odkształceń i osiadań gruntów, stateczności zboczy i skarp. MECHANIKA SKAŁ - zajmuje się badaniem mechanicznych właściwości skał dla celów prowadzenia działalności inżynierskiej w ośrodku skalnym np. kopalnie podziemne, tunele, zapory itp.. GEOTECHNIKA ŚRODOWISKA zajmuje się zagadnieniami wpływu na środowisko działalności inżynierskiej człowieka. Obejmuje zagadnienia związane z projektowaniem bezpiecznych składowisk odpadów, lokalizacji zakładów chemicznych oraz innych źródeł potencjalnych zanieczyszczeń jak też prognozowaniem ich wpływu na środowisko. Ponadto zajmuje się modyfikacją i poprawianiem właściwości gruntów, ich prawidłowym doborem dla celów inżynierskiej działalności człowieka. Celem wszystkich dyscyplin geologii inżynierskiej jest przetworzenie danych z rozpoznania geologicznego na język zrozumiały dla inżynierów projektujących obiekty inżynierskie. Podstawą do dialogu z inżynierem budowlanym są parametry wytrzymałościowe gruntów podłoża, a zatem umiejętność ich oznaczania stanowi podstawę wszelkich działań w geologii inżynierskiej.

8 GEOTECHNIKA Geotechnika- dział nauki ściśle związanych z geologią inżynierską, ale nie jest to jeden z działów geologii inżynierskie. Wiąże się z jednej strony z fundamentowaniem i budownictwem, z drugiej z górnictwem i wiertnictwem. Geotechnika zajmuje się wdrażaniem zagadnień z zakresu gruntoznawstwa i geodynamiki inżynierskiej w życie praktyczne ich wykorzystanie. Jest to jednak nauka równoległa do geologii inżynierskiej. Poza rozpoznawaniem warunków podłoża daje odpowiedzi na temat fundamentowania i innych założeń konstrukcyjnych obiektów budowlanych. Jest to nauka interdyscyplinarną wykorzystująca geologię inżynierską, mechanikę budowli, gruntoznawstwo, mechanikę gruntów, fundamentowanie, geodynamikę, chemię, fizykę.

9 PODSTAWOWE DEFINICJE STRUKTURA wielkość cząstek tworzących grunt(skałę) TEKSTURA- sposób ułożenia cząstek tworzących grunt(skałę) SKAŁA ośrodek ciągły, o ciągłej budowie, może nią być zdiagenezowany grunt GRUNT - stanowi 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 nie poddany procesom diagenezy. Rozdrobniony, wielofazowy składający się ze zwietrzałych okruchów skalnych, często z domieszką substancji organicznej. Siły oddziaływań międzycząsteczkowych są dużo mniejsze niż wytrzymałość samych cząstek. GLEBA przypowierzchniowa strefa gruntu spulchniona i wzbogacona w cząstki organiczne (próchnicę).

10 PODSTAWOWE DEFINICJE NASYP sztucznie utworzona warstwa gruntu. Jeśli została zaprojektowana i stworzona z zachowaniem zasad budowlanych (miąższość, rodzaj gruntu, zagęszczenie) to może stanowić podłoże budowlane. NASYP NIEKONTROLOWANY sztucznie utworzona warstwa gruntu, zawierająca cząstki organiczne oraz odpady (np. gruz budowlany, odpady przemysłowe i komunalne itp..) Charakteryzuje się dużą zmiennością cech fizyczno mechanicznych. Nie może być wykorzystany jako podłoże budowlane. PODŁOŻE GRUNTOWE strefa, w której właściwości gruntu mają wpływ na projektowanie, wykonanie oraz eksploatację budowli. WARSTWA GEOTECHNICZNA część podłoża gruntowego, w której występuje grunt jednego wieku, genezy, rodzaju i stanu. PAKIET GEOTECHNICZNY zespół kilku warstw geotechnicznych, obejmujący najczęściej grunty jednego wieku, genezy oraz zbliżonego rodzaju, konsystencji lub zagęszczenia. (Mające jednakowe wartości parametrów geotechnicznych.)

11 CEL I ZAKRES BADAŃ CEL rozpoznanie ośrodka gruntowego dla potrzeb inżynierskiej działalności człowieka ZAKRES BADAŃ GEOLOGICZNO INŻYNIERSKICH: 1. Rozpoznanie podłoża -ośrodka gruntowego (podział na warstwy i pakiety geotechniczne) - rodzaj gruntu, litologia - sposób zalegania warstw z uwzględnieniem tektoniki, krasu itp.. -wiek i geneza - badania właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów 2. Rozpoznanie warunków hydrogeologicznych i hydrograficznych - warstwy wodonośne (ilość, głębokość występowania, miąższość, rodzaj) - parametry hydrogeologiczne warstw wodonośnych(wahania zwierciadła, przepuszczalność, kierunek spływu) - zasięg terenów zalewowych 3. Rozpoznanie procesów geodynamicznych i geologiczno-inżynierskich -Wody powierzchniowe i podziemne (erozja i depozycja materiału gruntowego, ługowanie, cementacja, sufozja, kolmatacja, pęcznienia, osiadania zapadowego) - Ruchy masowe gruntów(osuwiska, pełzanie, wypór gruntów) - Procesy termiczne (przemarzanie gruntów, wysadzinowość) - Sztuczne deformacje terenu ( procesy antropogeniczne, obliczania stateczności skarp, nasypów, wykopów) 4. Ustalanie geotechnicznych warunków posadowiania 5.Ocena możliwości posadowień budowli -badania wpływu inwestycji na środowisko, kontrola stanu technicznego budowli ziemnych 6. Projektowanie metod wzmacniania podłoża gruntowego, dobór materiału do budowy zapór ziemnych, wałów, dróg, itp.

12 Ustalanie geotechnicznych warunków posadowiania Ustalenie geotechnicznych warunków posadowienia polega na: - zaliczeniu obiektu budowlanego do odpowiedniej kategorii geotechnicznej; - zaprojektowaniu odwodnień budowlanych; - przygotowaniu oceny przydatności gruntów stosowanych w budowlach ziemnych; - zaprojektowaniu barier lub ekranów uszczelniających; - określeniu nośności, przemieszczeń i ogólnej stateczności podłoża gruntowego; - ustaleniu wzajemnego oddziaływania obiektu budowlanego i podłoża gruntowego w różnych fazach budowy i eksploatacji, a także wzajemnego oddziaływania obiektu budowlanego z obiektami sąsiadującymi; - ocenie stateczności zboczy, skarp wykopów i nasypów; - wyborze metody wzmacniania podłoża gruntowego i stabilizacji zboczy, skarp wykopów i nasypów; - ocenie wzajemnego oddziaływania wód gruntowych i obiektu budowlanego; - ocenie stopnia zanieczyszczenia podłoża gruntowego i doboru metody oczyszczania gruntów.

13 METODY BADAŃ GEOLOGICZNO -INŻYNIERSKICH I. METODY LABORATORYJNE zajęcia z gruntoznawstwa II. METODY TERENOWE 1. Kartowanie geologiczno inżynierskie -sporządzanie map i profili obrazujących morfologię powierzchni terenu, zasięgu zjawisk i procesów geologiczno-inżynierskich i hydrogeologicznych - lokalizacja przeprowadzonych badań geologiczno-inżynierskich 2. Wykonywanie wyrobisk badawczych - wykopy badawcze - szybiki i sztolnie badawcze - odkrywki fundamentowe - otwory badawcze 3. Sondowanie gruntów 4. Próbne obciążenie gruntów 5. Badania geofizyczne

14 POBIERANIE PRÓBEK GRUNTU Celem pobierania próbek gruntu jest otrzymanie próbek do identyfikacji gruntu i badań laboratoryjnych, w których określa się parametry podłoża gruntowego Źródło:

15 RODZAJE POBIERANYCH 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,...

16 RODZAJE POBIERANYCH PRÓBEK GRUNTU Próbka o naruszonej strukturze (NS) jest to próbka w której struktura gruntu, wilgotność i/lub składniki zostały zmienione podczas pobierania 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,...) Próbka przerobiona jest to próbka całkowicie przerobiona, o naturalnej wilgotności

17 KLASA JAKOŚCI PRÓB GRUNTU DO BADAŃ LABORATORYJNYCH I KATEGORIE POBIERANIA PRÓB Klasa jakości próbek 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 :2006 A B C wg PN-EN ISO :2006; PN-B-04452:2002 (zastąpiona przez PN-EN :2009)

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