Badania w geologii inżynierskiej

WYKŁAD
Metody badań
geologiczno - inżynierskich
mgr inż. Sylwia Tchórzewska
BIBLIOGRAFIA
1. Bażyński J., Drągowski A, Frankowski Z., Kaczyński R., Rybicki S., Wysokiński L. 1999. Zasady
sporządzania dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, PIG, Warszawa.
2. Bażyński J., Drągowski A, Frankowski Z., Kaczyński R.. 1999. Instrukcja sporządzania mapy
warunków geologiczno-inżynierskich w skali 1: 10 000 i większej dla potrzeb planowania
przestrzennego w gminach. PIG, Warszawa
3. Derski W., Izbicki R., Kisiel I., Mróz Z. 1982. Mechanika skał i gruntów. PWN, Warszawa.
4. Sanecki L. 2003. Geotechniczne badania polowe. Wydawnictwa AGH, Kraków.
5. Kłosiński B., Bażyński J., Frankowski Z., Kaczyński R., Wierzbicki S.. 1998. Instrukcja badań podłoża
gruntowego budowli drogowych i mostowych, GDDP, IBDiM, Warszawa.
6. Majcherczyk T., Szaszenko A., Sdwiżkowa E. 2006. Podstawy geomechaniki. UWND AGH, Kraków.
7. Pilecki Z. 2002. Wyznaczanie parametrów górotworu na podstawie klasyfikacji geotechnicznych.
Wyd. DRUKROL, Kraków.
8. Wiłun Z. , 2005. Zarys geotechniki, WKiŁ, Warszawa.
9. Sikora Z. 2006, Sondowania statyczne. Metody i zastosowanie w geoinzynierii. Wyd. NaukowoTechniczne , Warszawa.
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 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 1997-1:2009 – Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne
6.PN-EN 1997-2:2009 – 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-04452:2002 - Geotechnika. Badania polowe.
9. PN-EN ISO 14689-1:2006 -Badania geotechniczne – Oznaczanie i klasyfikowanie skał – Część 1:
Oznaczanie i opis
10. PN-EN ISO 22476-2:2006- Rozpoznanie i badania geotechniczne – Badania polowe – Część 2:
Sondowanie dynamiczne.
11. PN-EN/ISO 22476-3:2005- Rozpoznanie i badania geotechniczne – Badania polowe – Część 3:
Sonda cylindryczna SPT.
12. PN-EN/ISO 22476-12:2009- Rozpoznanie i badania geotechniczne -- Badania polowe -- Część 12:
Badanie sondą stożkową (CPTM) o końcówce mechanicznej
GEOLOGIA INŻYNIERSKA
Geologia inżynierska jest nauką zajmującą się zastosowaniem geologii do
praktyki inżynierskiej. Została wydzielona jako samodzielna nauka w latach 20.
XX w.
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.
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
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.
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.
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.
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).
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.)
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.
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.
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
POBIERANIE PRÓBEK GRUNTU
Celem pobierania próbek gruntu
jest otrzymanie próbek do
identyfikacji gruntu i badań
laboratoryjnych, w których
określa się parametry podłoża
gruntowego
Źródło: http://www.tajnikigeotechniki.pl/
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,....
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
KLASA JAKOŚCI PRÓB GRUNTU
DO BADAŃ LABORATORYJNYCH I KATEGORIE POBIERANIA PRÓB
Klasa jakości próbek
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
5
+
A
Kategorie pobierania prób gruntu zgodnie z
PN-EN ISO 22475-1:2006
B
wg PN-EN ISO 22475-1:2006; PN-B-04452:2002 (zastąpiona przez PN-EN 1997-2:2009)
C
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)