Pytania z tego roku:
1. Opisać szczegółowo proces tworzenia wysadzin i przełomów drogowych. Porównać je ze sobą.
-Wysadziny powstają poprzez zwiększanie objętości gruntu pod wpływem przemarzania i podciągania kapilarnego wody. Zwiększając swoją objętość grunt podnosi się ku górze i powoduje rozsadzanie wyżej położonych powierzchni (w okresie zimy masy bitumiczne mają małą wytrzymałość na rozciąganie). Wysadzinowość zależy od własności fizycznych gruntów. Im bardziej dobnoziarnisty jest grunt, tym jest większy podsiąk, a więc lepsze są warunki do tworzenia wydzielonych soczewek i powstawania wysadzin. Wysadziny tworzą się tylko zimą. Wiłun na podstawie uziarnienia gruntu i kapilarności biernej wody podzielił grunty wysadzinowe na 3 grupy:
a. grunty niewysadzinowe o HKB<1,0m. Bezpieczne w każdych warunkach wodnogruntowych i klimatycznych (czyste żwiry, pospółki i piaski)
b. grunty wątpliwe (małowysadzinowe o HKB<1,3m)np. piaski bardzo drobne, pylaste i próchnicze
c. grunty wyasadzinowe o HKB>1,3m (grunty spoiste i namuły organiczne)
Także dzięki obliczeniu współczynnika wysadzinowości można określić czy istnieje niebezpieczeństwo powstania wysadzin:
Ww=Sg*Sh*Sk gdzie:
Ww – współczynnik wysadzinowości
Sg – czynnik uwzględniający skład granulometryczny (wg Wiłuna)
Sh –czynnik hydrogeologiczny
Sk – składowa klimatyczna (odczytywane z mapy klimatycznej rejonizacji wysadzinowości)
Ww=1-5 – nie istnieje niebezpieczeństwo powstawania wysadzin
Ww=5,1-15 – niepewne – jest niebezpieczeństwo, ale można temu zaradzić
Ww=15-24 – niebezpieczne – dojdzie do procesów wysadzinowości
-Przełomy drogowe powstają wiosną, kiedy następuje natychmiastowe ocieplenie (duże nasłonecznienie) – następuje szybsze topienie. Zamarznięta woda nagromadzona w warstwie, która znajduje się pod asfaltem zastaje roztopiona, nie ma gdzie odpływać (ponieważ warstwy pod nią są jeszcze zamarznięte) i powoduje pofałdowanie i spękanie drogi:
1 - spękana nawierzchnia (przełomy)
2 - podłoże odmarznięte
3 - grunt zamarznięty
4 - granica przemarzania
5 - śnieg
2. Opisać szczegółowo konsolidację gruntów i metody jej mierzenia.
Konsolidacja – proces równoczesnego zmniejszania się zawartości wody i objętości porów w gruncie pod wpływem przyrostu naprężeń (przyłożonych obciążeń). Jeżeli pory są całkowicie wypełnione wodą, lecz jej odpływ jest niemożliwy, to cząstki gruntu nie ulegają przesunięciu (nie ma wzrostu naprężenia efektywnego) i nie następuje konsolidacja. Możemy wyróżnić dwa typy gruntów:
-normalnie skonsolidowane – obecnie występujące w gruncie naprężenie efektywne jest największe ze wszystkich, jakie w danym gruncie wystąpiły. Kształt krzywej ściśliwości jest prostoliniowy i nosi nazwę pierwotnej.
-prekonsolidowane – przenosiły już w swojej historii większe naprężenia (np. teren obciążony był lodowcem).
Do wyznaczenia czy grunt jest normalnie skonsolidowany czy też prekonsolidowany służy współczynnik prekonsolidacji (stosunek największej wartości naprężenia efektywnego, które wystąpiło w gruncie w przeszłości, do wartości naprężenia ciężaru własnego występującego obecnie):
, jeżeli OCR=1, to grunt jest normalnie skonsolidowany, a jeżeli OCR=2, to grunt jest prekonsolidowany.
Konsolidację mierzy się w edometrze, który pozwala na określenie współczynnika konsolidacji oraz przewidzieć zakres konsolidacji. Gdy nacisk jest usuwany, grunt w wyniku odprężenia w pewnym stopniu powraca do pierwotnej objętości a gdy nacisk zostanie ponownie przyłożony konsolidacja przebiega według krzywej ponownej konsolidacji określając w ten sposób współczynnik konsolidacji wtórnej. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów czasu i wysokości można wykreślić krzywą konsolidacji, która będzie obrazowała przebieg osiadania gruntu w czasie.
3. Opisać wody występujące w gruncie.
- chemicznie związana – związana z cząstkami szkieletu gruntowego, w których występuje w postaci hydratów typu wodorotlenków. Jej wydzielenie z gruntu wymaga temp.>200oC i powoduje rozpad minerału.
- krystalizacyjna – woda zachowuje swą postać cząsteczkową, wchodzi w skład minerałów uwodnionych (np. gipsu). Wydzielenie tej wody z sieci krystalicznej minerału powoduje zmiany jego właściwości fizyko-chemicznych i może zajść przy temperaturze <100oC
- silnie i słabo związana (higroskopijne i osmotyczne) – wody stowarzyszone z występującym na powierzchni granicznej jonów, cząstek i ziaren szkieletu gruntowego. Posiadają 2x większą gęstość od wody grawitacyjnej. Zamarza w temperaturze od -10 do -194oC (w zależności od rodzaju i struktury minerału, na którym się znajduje).
Warstwa wody związanej składa się z 2 warstw:
· adsorbowana (higroskopijna) - tworzy powłokę - warstwę kationów trwale związanych z powierzchnią cząstki gruntu, na skutek przyciągania molekuł wodnych
· błonkowata – związana słabiej z powierzchnią cząstki. Przesuwa się z 1 cząstki na 2, niezależnie od siły ciężkości do chwili wyrównania granicy wodnej na obu cząstkach.
- kapilarna – woda pośrednia między związaną a grawitacyjną (wolną), przenosi ciśnienie hydrostatyczne. Temperatura zamarzania poniżej 0oC. Kapilarność to wynik: adhezji (przyczepności) i napięcia powierzchniowego wody; może być czynna i bierna. Typy wody kapilarnej:
· woda naroży porów - tworzy się w miejscach styku cząstek w postaci oddzielnych kropli
· woda zawieszona – nie ma bezpośredniej łączności z poziomem wód gruntowych, stąd nie może być przez nie zasilana
· właściwa woda kapilarna – podnosi się w górę od poziomu wód gruntowych
- grawitacyjna – występuje w porach i szczelinach gruntu, podlega przede wszystkim sile grawitacji. Dzieli się na wodę wsiąkową i wodę strumieni podziemnych.
4. Zastosowanie geologii inżynierskiej w „życiu codziennym” itd.
Geologia inżynierska jest dział nauk geologicznych zajmujących się badaniem środowiska geologicznego dla potrzeb planowania, projektowania i wykonania obiektów budowlanych.
Jej strefami zainteresowań są budownictwo, górnictwo i wiertnictwo, zaś do jej działów, czyli tym czym się zajmuje możemy zaliczyć:
-gruntoznawstwo – badanie fizycznych właściwości gruntów, w zależności od ich składu mineralnego, gazowego, chemizmu wód porowych, własności fizyko-chemicznych, magnetycznych oraz rodzaju struktury i tekstury
-mechanikę gruntów – zajmuje się zmianą stanu naprężeń i odkształceń gruntów w podłożu i otoczeniu obiektów budowlanych. Wiąże się z teorią sprężystości, plastyczności, lepko-sprężystości i reologią.
-regionalną geologię inżynierską – zajmuje się kryteriami wydzieleń i oceny jednorodnych pod względem geologiczno-inżynierskim jednostek przestrzennych środowiska
-geodynamikę inżynierską – zajmuje się opisem zmian, które zachodzą w środowisku geologiczno-inżynierskim w czasie (np. ruchy masowe, osiadnia0
-geotechnikę – dział nauki związany ściśle z geologią inżynierską; Zajmuje się wdrażaniem zagadnień z zakresu gruntoznawstwa i geodynamiki inżynierskiej w życie – praktyczne zastosowanie tych nauk.
Wykorzystanie w życiu codziennym:
-budownictwo (przy planowaniu posadowienia budowli, w przeciwnym razie może dojść do katastrof w tym osiadania- krzywa wieża w Pizie)
- dla infrastruktury publicznej takiej jak elektrownie, elektrownie wiatrowe, oczyszczalnie ścieków, ujęcia wód, rurociągi (woda, gaz), tunele, kanały, zapory, linie kolejowe, drogi, mosty, lotniska itp.,
- dla kopalni odkrywkowych z towarzyszącą infrastrukturą,
- dla rezerwatów i programów ochrony środowiska (np. bagniska),
- dla inżynierii wybrzeża, zabezpieczeń stabilności klifów, nabrzeży i portów,
- dla platform wiertniczych, rurociągów podmorskich, kabli podmorskich itp
1. Zastosowanie geologii inżynierskiej w „życiu codziennym” itd. Z jakimi naukami jest powiązana. – odpowiedź powyżej
2. Opisać szczegółowo proces pęcznienia i skurczenia gruntu.
-Skurczliwość – skurczem gruntu nazywa się zmniejszanie jego objętości w wyniku wydzielani wody przy wysychaniu lub przy rozwinięciu procesów fizykochemicznych (osmoza).
Granica skurczalności (określa się ją laboratoryjnie lub ze wzoru):
Ws=WL-1,25WP, gdzie WL to granica płynności, a WP to granica plastyczności
Odkształcenie skurczu:
, gdzie h to zmniejszenie wysokości próbki po suszeniu, a h0 wysokość początkowa próbki.
Kurczenie gruntu powoduje: wysychanie i wietrzenie biologiczne (np. drzewą pobierają wodę z gruntu).
Przykładem skurczu gruntu są np. szczeliny z wysychania.
-Pęcznienie (ekspansywność) – polega na powiększaniu jego objętości przy pochłanianiu wody. Zdolność pęcznienia związana jest z hydrofilnym charakterem minerałów ilastych, wchodzących w skład gruntów spoistych oraz ich dużą powierzchnią właściwą. Pęcznienie prowadzi do rozpadu pod wpływem działania wody powodując rozmakanie gruntu.
Czynniki wpływające na charakter pęcznienia gruntów:
-skład i struktura gruntu
-skład chemiczny i stężenie roztworu wodnego współdziałającego z gruntem
-wzrost obciążenia zewnętrznego
Wilgotność początkowa gruntu
Parametry:
-wskaźnik pęcznienia - iloraz objętości próbki gruntu po maksymalnym pęcznieniu do objętości pierwotnej:
-ciśnienie pęcznienia (Pc) – ciśnienie jakie powstaje wówczas, gdy nie ma możliwości zmian objętościowych w procesie pęcznienia gruntu
-wskaźnik enspansji (EJ) – stosunek różnicy wysokości próbki przed i po nasyceniu wodą (przy stopniu nasycenia 9-51%) do wysokości początkowej próbki (naruszonej, zagęszczonej pod obciążeniem 7 kPa) -
3. Opisać szczegółowo jakie procesy filtracyjne doprowadzają do zmiany struktury gruntów nie kohezyjnych.
Sufozja – usuwanie lub przemieszczanie w obrębie gruntu drobniejszych cząstek lub ziaren szkieletu pod wpływem przepływającej wody przez grunt. Do zjawiska sufozji może dojść kiedy wskaźnik uziarnienia gruntu (U) >2 (grunty muszą być różnoziarniste).
Wyróżniamy 3 typy sufozji:
-mechaniczna – ciśnienie hydrodynamiczne – przepływ drobnych cząstek z wodą; polegająca na wymywaniu przez filtrującą wodę drobnych ziaren i cząstek ilastych spomiędzy grubszych ziaren gruntu
-chemiczna – rozpuszczanie elementów szkieletu mineralnego. Pojawiają się kanały, którymi woda może przepływać i przenosić cząstki
-chemiczno-mechaniczna
Sypkie grunty (nie kohezyjne) mają kierunek przepływu zgodny z grawitacją.
Wyróżniamy dwie strefy sufozji:
-strefa wewnątrzwarstwowa (śródwarstwowa) – w obrębie szkieletu znajdują się większe i mniejsze elementy (warstwa pierwotnie jednorodna), następnie dochodzi do infiltracji i te drobniejsze cząstki gromadzone są w dole (strefa kolmatacji), a na górze powstają wolne przestrzenie
-strefa między warstwowa (kontaktowa) – na skutek przepływu wody dochodzi do przenoszenia drobnych elementów do dolnej warstwy.
4. Co to są wiązania strukturalne? Opisz najsłabsze z nich.
Wiązania strukturalne są to siły łączące elementy struktury (ziarna) gruntu, które powstają w gruntach na skutek złożonych procesów fizyko-chemicznych. Tworzą się pod wpływem procesów:
· kondensacji związków substancji zewnętrznych
· stabilizacji (starzenia)
· krystalizacji
Tworzą się w gruncie nieprzerwanie od rozpoczęcia tworzenia się gruntu poprzez jego historię geologiczną. Wyróżniamy wiązania pierwotne i wtórne. Wytrzymałość i charakter wiązań zależą w każdym konkretnym przypadku od stanu gruntu.
Wyróżniamy krystalizacyjne, cementacyjne, mechaniczne, koagulacyjne i koagulacyjno-skrytopłynne. Najsłabsze z nich są koagulacyjne – siła wiązań uzależniona jest od sił oddziaływania międzycząsteczkowego Van der Waalsa. Cząstki gruntu zlepiają się ze sobą w miejscach, gdzie są najmniej uwodnione, a więc narożami i krawędziami, tworząc nieprzerwany „puszysty” szkielet strukturalny w całej objętości gruntu. Wiązania te występują w gruntach spoistych.
Pytania z 2006 roku. grupa 11) klasyfikacja budowlana – ta z norm budowlanych , rangowa – pytanie nr 7 poniżej2) 3 fizyczne parametry ( Wn, roD, ro)
-Wn- wilgotność naturalna – nazywamy nią wilgotność, jaką ma grunt w stanie naturalnym
--gęstość właściwa gruntu – stosunek masy szkieletu gruntowego do jego objętości:
. Do obliczania stosuje się metodę piknometru (stosowana w gruntach, które nie zawierają soli rozpuszczonych w wodzie oraz dużej zawartości frakcji iłowej) lub metodę kolby Le Chateliera (do badania gruntów ograniczonych i zawierających sole rozpuszczone w wodzie)
-- gęstość objętościowa – jest to stosunek masy próbki gruntu do objętości tej próbki łącznie z porami - . Do obliczania stosuje się metody: pierścienia tnącego, oznaczania gęstości w cylindrze (dla gruntów sypkich), rtęciową lub parafinową.
3) typy wiązań strukturalnych ( krystalizacyjna, koagulacyjne,cementacyjne, mechaniczne i koagulacyjno- skrytopłynne)
-wiązania krystalizacyjne – najtrwalsze wiązania strukturalne; występują w gruntach skalistych (skałach krystalicznych); energia tych wiązań jest porównywalna z wewnątrzkrystaliczną energią wiązań chemicznych poszczególnych atomów i wynosi ok. 0,5 mln Kpa
-wiązania cementacyjne – stosunkowo trwałe wiązania; wyst. W skałach osadowych zdiagenezowanych (wytrzymałość 400 tys. Kpa); W niektórych skałach cement ma większą wytrzymałość niż faza główna tworząca daną skałę. Przykładane natężenia powodują pęknięcia wzdłuż granicy najsłabszych strukturalnie miejsc
-wiązania mechaniczne – występują w gruntach sypkich; elementy utrzymywane są w przestrzeni gruntu siłami tarcia pomiędzy ziarnami. Siła wiązań mechanicznych zależy od: uziarnienia gruntu, kształtu ziaren, obecności w gruncie wody, charakteru naprężeń
-koagulacyjne – siła wiązań uzależniona jest od sił oddziaływania międzycząsteczkowego Van der Waalsa. Cząstki gruntu zlepiają się ze sobą w miejscach, gdzie są najmniej uwodnione, a więc narożami i krawędziami, tworząc nieprzerwany „puszysty” szkielet strukturalny w całej objętości gruntu. Wiązania te występują w gruntach spoistych4) wysadzinowość i przełomy drogowe (co to jest jak powstaje i wszystko naten temat) – opisane wyżej5) upłynnianie (fluidyzacja)Upłynnienie gruntów –możliwość eliminowania ...
a_ziomek