grunty.doc

1. Klasyfikacja robót ziemnych

Technologia robót ziemnych wykonywanych sposobem zmechanizowanym zależy od rodzaju budowli, ich wielkości, warunków lokalnych i czasu wykonania.

Rozróżnia się dwie grupy robót ziemnych, odmienne pod względem technologicznym, tj.:

-          roboty ziemne podstawowe,

-          wykończeniowe, przygotowawcze, porządkowe.

Do robót podstawowych zalicza się: makroniwelację, wykopy szerokoprzestrzenne pod obiekty budowlane, wykopy wąskoprzestrzenne pod rowy i instalacje, wykopy liniowe pod drogi, nasypy, zasypki i podsypki z zagęszczeniem, niwelację i ostateczne kształtowanie terenu.

Roboty ziemne wykończeniowe obejmują: wyrównanie dna wykopów szerokoprzestrzennych, wykopy pod ławy i stopy fundamentowe, profilowanie nasypów i wyrównywanie skarp, zagęszczanie skarp i podłoży, mikroniwelację, kształtowanie małej architektury, układanie ziemi roślinnej lub darni w terenie i na skarpach budowli ziemnej. Roboty ziemne przygotowawcze i porządkowe: usunięcie darniny i ziemi roślinnej, wycinanie starodrzewu, karczowanie pni i krzewów, wytyczanie budowli ziemnych, odprowadzenie wód opadowych, czasowe obniżenie poziomu wód gruntowych, spulchnianie gruntu spoistego, roboty ziemne porządkowe. Roboty ziemne wykończeniowe, przygotowawcze i porządkowe oraz niezmechanizowana część robót podstawowych stanowią ok. 10% ogólnej wielkości robót ziemnych.

2. Grunty budowlane.

Grunty składają się ze szkieletu gruntowego i porów, przy czym pory mogą być wypełnione powietrzem, powietrzem i wodą lub wodą. Grunty mineralne rodzime, z punktu widzenia spójności międzycząsteczkowej, można podzielić na spoiste i sypkie. Grunty spoiste charakteryzują się przyczepnością między cząstkami. Należą do nich grunty pyłowe i iłowe o cząstkach w zasadzie mniejszych od 0.05 mm. Wysychając grunty te powodują silne wzajemne przywieranie cząstek do siebie i utwardnienie. Grunty sypkie (niespoiste) są gruntami nie mającymi spójności między ziarnami zarówno w stanie suchym jak i mokrym, a w stanie małego zawilgocenia spójność występuje tylko w bardzo nieznacznym stopniu. Należą do nich grunty o wymiarach ziaren większych niż 0.05 mm, a więc piaski, żwiry, pospółka. Grunty spoiste po wyschnięciu tworzą zwarte bryły, grunty sypkie zaś rozsypują się na poszczególne ziarna.

a) cechy charakterystyczne: Gęstość właściwa szkieletu gruntowego: qs=ms/Vs, [t/m3], gdzie ms-masa szkieletu gruntowego próbki gruntu wysuszonej, t, Vs- objętość szkieletu gruntowego próbki gruntu, m3. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ma wartość stałą i wynosi średnio ok. 2.65 t/m3. Gęstość objętościowa gruntu: q=mm/V [t/m3], gdzie: mm- masa próbki gruntu z określoną, np. naturalną wilgotnością, t, V- całkowita objętość próbki gruntu, m3. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego: qd=ms/V, [t/m3], gdzie: ms-masa szkieletu gruntowego wysuszonej próbki gruntu, t, V-całkowita objętość próbki gruntu, m3. Porowatość gruntu: jest stosunkiem objętości porów do objętości całego gruntu; podaje się ją w postaci ułamka lub w procentach. Spulchnienie gruntu: polega na tym, że przy odspajaniu powiększa on swoją objętość zależnie od rodzaju gruntu oraz sposobu odspojenia (spulchnienie początkowe); w nasypach spulchnienie początkowe zmniejsza się pod wpływem obciążenia warstw dolnych masą warstw górnych, pod wpływem opadów atmosferycznych oraz pod działaniem maszyn i narzędzi zgęszczających. Proces zmniejszenia spulchnienia początkowego przebiega najszybciej za pomocą narzędzi mechanicznych (ubijaki, walce wibracyjne, zagęszczarki...) W wyniku tych działań spulchnienie początkowe zanika częściowo pozostając w średnich warunkach jako spulchnienie końcowe. Aby określić objętość gruntu spulchnionego Vs, należy uwzględnić współczynnik spulchnienia, wprowadzając go jako mnożnik do obliczonej objętości gruntu rodzimego w wykopie. Wilgotność gruntu: jest to wyrażony w procentach stosunek masy wody zawartej w badanej próbce gruntu do masy jej szkieletu gruntowego. Wilgotność próbki w oblicza się wg.: w=(mm-ms)/ms*100%, [%], gdzie: mm- masa próbki wilgotnej, t, ms- masa próbki wysuszonej, t. Wilgotność gruntów ma duży wpływ na sposób ich odspajania i związaną z tym pracochłonność oraz na efekty zagęszczania; np. grunty gliniaste, które w stanie wilgotnym są łatwiej odspajalne niż w stanie suchym. Kąt stoku naturalnego: Grunty sypkie, jak piasek, żwiry, pospółki przy sypaniu nasypu przyjmują pochylenie skarpy, którego kąt, jaki tworzy ona z poziomem, zwany jest kątem stoku naturalnego. Przy gruntach spoistych (gliny, pyły, iły, lessy) duże znaczenie ma znaczna spójność między cząstkami tych gruntów, której nie mają lub mają w bardzo małym stopniu grunty sypkie. Jednak wartość tej spójności zależy przede wszystkim od stanu ich zawilgocenia. Dlatego też ściany boczne wykopów w tych gruntach w stanie suchym mogą zachowywać zbocza pionowe, natomiast przy stanie zawilgoconym mogą występować niebezpieczne osuwiska. Dlatego określenie kąta skarpy przy gruntach spoistych wymaga specjalnego opracowania.

b) klasyfikacja gruntów: Podstawowym problemem mechaniki gruntów, istotnym dla wykonywania robót ziemnych, jest klasyfikacja gruntów. Klasyfikacja gruntów dotyczyć może różnych ich właściwości. Najbardziej związana z technologią robót ziemnych jest klasyfikacja gruntów pod względem trudności odspojenia. Grunty sklasyfikowano na 16 kategorii. Kategorie I-V odnoszą się do gruntów, które mogą być odspajane różnymi narzędziami oraz maszynami budowlanymi, pozostałe kategorie VI-XVI obejmują grunty począwszy od kredowych zwartych, poprzez średnio twarde skały, aż do skał bardzo twardych, odspajanych wyłącznie za pomocą mat. wybuchowych. Dla ułatwienia ustalania kategorii gruntu z punktu widzenia trudności odspojenia sporządzony został tzw. „Wykaz gruntów z podziałem na kategorie w zależności od trudności odspojenia”. Korzystając z tego wykazu zestawionego alfabetycznie (104 rodzaje gruntu), można niezwłocznie odnaleźć odpowiadające im kategorie z punktu widzenia trudności odspojenia.

3. Obliczanie objętości budowli ziemnych - metody ścisłe i przybliżone.

Obliczenie objętości budowli ziemnych stanowi podstawę zarówno do obliczenia kosztu, jak i opracowania projektu organizacji robót. Obliczanie objętości dużych i skomplikowanych pod względem geometrycznym budowli ziemnych wymaga oprócz stereometrii stosowania skomplikowanych wzorów opartych na wyższej matematyce. Powodem trudności obliczania wszelkich objętości budowli ziemnych jest przede wszystkim nieregularności ukształtowania terenu. Stąd też w praktyce inżynierskiej przyjął się zwyczaj dokonywania tych obliczeń ze ścisłością właściwą dla charakteru danej budowli, jej wielkości i spodziewanych błędów. Rzecz jasna, ze dla budowli małych stosować należy z reguły wzory przybliżone, natomiast dla budowli dużych, o znacznych objętościach wzory bardziej ścisłe. (obliczenie ścisłe to takie którego wyniki nie odbiegają od objętości rzeczywistych więcej niż 2-3%).Jednym z głównych powodów nieścisłości w obliczeniach budowli ziemnych liniowych (budownictwo kolejowe) jest zmienność poprzecznych pochyleń terenu, gdyż ze względu na trudności obliczeniowe nie bierze się pod uwagę poprzecznych pochyleń mniejszych od 1:10. Na większych budowlach ziemnych należy dokonywać obliczeń objętości robót ziemnych metodą geodezyjną.

Przy obliczaniu objętości głębokich wykopów pod budynki, ograniczonych dwoma równoległymi powierzchniami (górną i dolną), przy czterech ścianach bocznych pochyłych najlepiej jest stosować wzór Simpsona: V=(A1+A2+4A0)*(h/6), m3, gdzie: A1- powierzchnia górna wykopu, m2, A2- powierzchnia dolna wykopu, m2, A0- powierzchnia przekroju środkowego równoległego do powierzchni górnej i dolnej, m2, h- głębokość wykopu, m. Obliczanie objętości robót ziemnych przy plantowaniu terenu: mając szczegółowy profil podłużny w osi działki podlegającej niwelacji oraz przekroje poprzeczne, można obliczyć objętości wykopów i nasypów wykorzystując wzory na przybliżona objętość: V=((A1+A2)/2)*l, gdzie: A1, A2- powierzchnie skrajnych pól, l- odległość pomiędzy powierzchniami skrajnych pól. Wzór ten daje wyniki większe od rzeczywistych przeciętnie o ok. 10%.