MaciejRoman_master_thesis

1
Uniwersytet Warszawski
Wydział Geologii
Maciej Roman
256643
WARUNKI GEOLOGICZNO-INŻYNIERSKIE
PODŁOŻA BUDOWLANEGO W REJONIE
PROJRKTOWANEGO TUNELU POD TORAMI PKP
W SIEDLCACH
Praca magisterska
na kierunku: Geologia
w zakresie: Geologia inżynierska
Praca wykonana pod kierunkiem
dr. Radosława Mieszkowskiego
Instytut Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
Zakład Mechaniki ośrodków ciągłych
dr. Sebastiana Kowalczyka
Instytut Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
Zakład Mechaniki ośrodków ciągłych
Warszawa, wrzesień 2011
W
Y
DZIAŁ GEOLO
GII
UNIWER
SYTET WARS
ZAWSKI

2
Oświadczenie kierującego pracą
Oświadczam, że niniejsza praca została przygotowana pod moim kierunkiem i
stwierdzam, że spełnia warunki do przedstawienia jej w postępowaniu o nadanie tytułu
zawodowego.
........................... .............................................................................
Data Podpis kierującego pracą
Oświadczenie autora pracy
Świadom odpowiedzialności prawnej oświadczam, że niniejsza praca dyplomowa
została napisana przeze mnie samodzielnie i nie zawiera treści uzyskanych w sposób
niezgodny z obowiązującymi przepisami.
Oświadczam również, że przedstawiona praca nie była wcześniej przedmiotem procedur
związanych z uzyskaniem tytułu zawodowego w wyższej uczelni.
Oświadczam ponadto, że niniejsza wersja pracy jest identyczna z załączona wersja
elektroniczną.
........................... .............................................................................
Data Podpis autora

3
Streszczenie
W pracy magisterskiej skupiono się na ocenie warunków geologiczno-inżynierskich
w mieście Siedlce w rejonie projektowanego tunelu pod torami PKP. Przedstawiono
charakterystykę środowiska przyrodniczego i zagospodarowania przestrzennego.
Szczegółowo opisano budowę geologiczną oraz warunki hydrogeologiczne.
Przeprowadzono szereg badań terenowych oraz laboratoryjnych w celu ustalenia
rodzajów i parametrów gruntów występujących na omawianym obszarze a także ich
przestrzennych relacji.
Wykonano mapy: dokumentacyjną, geologiczną, hydroizobat, spadków terenu oraz
mapę gruntów budowlanych i dopuszczalnych obciążeń na głębokości 2 metrów. Na ich
podstawie sporządzono mapę warunków geologiczno-inżynierskich.
Dokonano szczegółowego rozpoznania warunków geologiczno-inżynierskich w
podłożu tunelu. Sporządzono przekrój z wydzielonymi warstwami gruntów dla których
wyznaczono parametry. Na ich podstawie wykonano analizę metodą elementów
skończonych (MES).
Słowa kluczowe
warunki geologiczno-inżynierskie, GIS, Siedlce, parametry gruntów, MES
Dziedzina pracy
07 300 Geologia
Temat Pracy w języku angielskim
The conditions of engineering-geological subsoil in the area of planned
tunnel under the railway tracks in Siedlce.

4
Spis treści
str.
1. Wstęp 7
1.1 Cel pracy 7
1.2 Lokalizacja terenu 7
2. Historia badań 9
3. Zakres wykonanych prac 12
4. Charakterystyka środowiska przyrodniczego i zagospodarowania
przestrzennego. 14
4.1 Środowisko przyrodnicze 14
4.2 Zagospodarowanie przestrzenne 16
5. Budowa geologiczna 18
5.1 Utwory przed paleogeńskie 18
5.2 Paleogen 19
5.2.1 Paleocen + Eocen + Oligocen 19
5.3 Neogen 19
5.3.1 Miocen + Pliocen 20
5.4 Czwartorzęd 21
5.4.1 Plejstocen 21
5.4.1a Zlodowacenia najstarsze 21
5.4.1b Zlodowacenia południowopolskie 22
5.4.1c Zlodowacenia środkowopolskie 25
5.4.1d Zlodowacenia północnopolskie 27
5.4.2 Czwartorzęd nierozdzielony 28
5.4.3 Holocen 28
6. Warunki hydrogeologiczne 29
7. Badania laboratoryjne 32
7.1 Analiza areometryczna 34
7.2 Analiza sitowa 35
7.3 Badanie granic Attenberga 37
7.4 Zawartość substancji organicznej 39
7.5 Gęstość właściwa szkieletu gruntowego 40
7.6 Gęstość objętościowa gruntu 40

5
7.7 Badanie wytrzymałości gruntu w aparacie bezpośredniego ścinania 41
7.8 Badanie prędkości rozchodzenia się fal podłużnych i poprzecznych
w gruncie za pomocą piezoelementów (Bender element). 42
8. Warunki geologiczno-inżynierskie podłoża budowlanego 45
8.1 Omówienie metod i narzędzi użytych do wykonania map
i przekrojów 45
8.2 Mapa dokumentacyjna 46
8.3 Mapa hydroizobat poziomów zawieszonych 47
8.4 Mapa spadków 47
8.5 Mapa gruntów budowlanych i dopuszczalnych obciążeń na
głębokości 2 metrów 49
8.6 Mapa warunków geologiczno-inżynierskich 50
8.7 Warunki geologiczno-inżynierskie w rejonie tunelu pod torami PKP 53
8.7.1 Charakterystyka projektowanego tunelu 53
8.7.2 Przekrój geologiczno-inżynierski 54
8.7.3 Metoda elementów skończonych 57
8.7.3a Założenia obliczeniowe i parametry gruntów 57
8.7.3b Metoda elementów skończonych 57
9. Podsumowanie i wnioski 69
10. Literatura 71

6
Spis załączników:
1.1 – 1.15 Karty badań analizy areometrycznej
2.1 – 2.8 Karty badań analizy sitowej
3.1 – 3.4 Karty badań granic konsystencji
4 Karta badania zawartości substancji organicznej
5.1 – 5.2 Karta badań gęstości właściwej szkieletu gruntowego
6 Karta badania gęstości objętościowej
7 Karta badania bezpośredniego ścinania
8 Karta badania prędkości fal
9.1 Fragment Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski arkusz Siedlce
Południe
9.2 Mapa dokumentacyjna skala 1:10 000
9.3 Mapa hydroizobat poziomów zawieszonych skala 1:10 000
9.4 Mapa spadków terenu skala 1:10 000
9.5 Mapa geologiczna powierzchniowa 1:10 000
9.6 Mapa gruntów budowlanych i dopuszczalnych obciążeń podłoża na
głębokości 2 metrów
9.7 Mapa warunków geologiczno-inżynierskich
10.1 Przekrój geologiczny A-A’
10.2 Przekrój geologiczny B-B’
10.3 Przekrój geologiczno-inżynierski C-C’
11.1 – 11.60 Karty otworów badawczych
12.1 – 12.4 Karty sondowań
13.1 – 13.7 Dane z wierceń archiwalnych
14 Oznaczenia do profilów i przekrojów

7
1.Wstęp
1.1 Cel pracy
Celem niniejszej pracy jest ocena warunków geologiczno-inżynierskich w
obrębie projektowanego tunelu, pod torami PKP w Siedlcach. Efektem będzie
przedstawienie na mapie obszarów o zróżnicowanej przydatności dla budownictwa
jednorodzinnego a także bardziej szczegółowe rozpoznanie w rejonie tunelu.
Analiza przemieszczeń i odkształceń gruntu w sąsiedztwie tunelu została
przeprowadzana w programie Plaxis wykonującym obliczenia metodą elementów
skończonych.
Aby osiągnąć zamierzony cel zostały wykonane prace terenowe, badania
laboratoryjne oraz prace kameralne, w skłąd których wchodziło opracowanie wyników
badań oraz wykonanie map i przekrojów.
Mapa warunków geologiczno-inżynierskich wykonana została w wersji
komputerowej opierając się o standardy GIS.
1.2 Lokalizacja terenu
Teren pracy jest położony w województwie mazowieckim, w południowej części
miasta Siedlce i północnej części wsi Garbianów. Opracowaniem został objęty obszar o
powierzchni 4,89 km2 i obwodzie 9,02 km. Północną granicę stanowi ulica 3 Maja,
zachodnią – ulice: Floriańska, Torowa i Łukowska, południową - linia wysokiego
napięcia natomiast od zachodu są to kolejno ulice: Domanicka, Artyleryjska i
Partyzantów. Obszar objęty opracowaniem, został przedstawiony na Mapie punktów
dokumentacyjnych (zał. 9.2) zawierającej wyżej wymienione elementy lokalizacyjne.

8
0 2,5 51,25
km
Ryc.1 Lokalizacja terenu pracy magisterskiej na tle mapy topograficznej w skali 1 :100 000, mapy
powiatów oraz województw, źródło: geoportal.gov.pl, opracowanie własne

9
2. Historia badań
Pierwsze wzmianki dotyczące obszaru pracy magisterskiej związane są z
zagadnieniami z zakresu: geomorfologii, paleogeografii oraz ogólnie pojętej geologii
czwartorzędu. Są to prace z lat 20 i 30 ubiegłego wieku o charakterze regionalnym.
(Zaborski, 1927; Włłosowicz, 1922; Lencewicz, 1927; Lewiński, Samsonowicz, 1918;
Zierhoffer, 1925). Późniejsze prace opisują stratygrafię i budowę podłoża czwartorzędu
na Wysoczyźnie Siedleckiej i obszarach do niej przyległych Nowak (1969, 1972b,
1977), Ruszczyńska-Szenajch(1976), Rühle (1967, 1969, 1970).
Badania w okolicach terenu pracy magisterskiej, miały istotne znaczenie dla
ustalenia maksymalnych zasięgów zlodowaceń i ich chronologii na obszarze
wschodniej Polski oraz korelację z obszarami przyległymi: Baraniecka (1984),
Buraczyński (1986, 1988), Gronkowska i inni (1968) Janczyk-Kopikowa i inni (1980)
Lindner (1988, 1991), Lindner i inni (1985), Mojski (1972, 1984), Różycki (1980),
Rzechowski (1969, 1974).
Szczegółowe badania dotyczące zlodowacenia Warty w okolicach Siedlec
przeprowadził Terpiłowski S. (1992, 1993, 1995) a także Pidek A. I. i Terpiłowski S.
(1995).
Informacje dotyczące „trzeciorzędu” na Niżu Polskim do którego należy
analizowany obszar można znaleźć m. in. w pracach: Ciuka (1970), Kosmowskiej-
Ceranowicz (1979), Odrzywolskiej-Bieńkowej i innych (1979), Baranieckiej (1995),
Piwockiego i Ziembińskiej-Tworzydło (1995) oraz w pracy zbiorowej pod redakcją
Ważyńskiej (1998).
Podłoże starsze zostało opisane w pracach Lendzion i innych (1962), Lendzion
(1966), Arenia (1967), Pożaryskiego (1974), Żelichowskiego (1972, 1979), Stolarczyka
i innych (1997) a także w atlasach pod redakcją naukową Kubickiego i Ryki (1982),
Żelichowskiego i Kozłowskiego (1983), oraz na mapach (Bażyński i in., 1984;
Graniczny i in., 1995).
Pierwsza mapa geologiczna traktująca o omawianym obszarze to Przeglądowa

10
mapa geologiczna Polski w skali 1:300 000 arkusz Biała Podlaska (Zwierz S.,
1949,1954). Kolejnym opracowaniem tego typu była Mapa geologiczna Polski w skali
1:200 000 arkusz Siedlce (Nowak J.,1971, 1972). Natomiast najnowsza publikacja to
Szczegółowa mapa geologiczna Polski w skali 1:50 000 arkusz Siedlce południe (Małek
M., 2002, 2004).
Ważnym opracowaniem ilustrującym występowanie złóż kopalin jest Mapa
geologiczno-gospodarcza Polski wraz z objaśnieniami arkusz Siedlce Południowe
(Wierzbanowski P., 2004).
Zagadnienia dotyczące hydrogeologii na omawianym obszarze są przedstawione
w postaci map i publikacji. Do ważniejszych należą: Mapa hydrogeologiczna Polski w
skali 1:200 000 arkusz Siedlce (Witanowska B., 1979) oraz Mapa hydrogeologiczna
Polski w skali 1:50000 arkusz Siedlce Południe (Madejski C., Madejska E., 2000).
Prace dotyczące hydrogeologii: „Ocena składu chemicznego wód podziemnych w kilku
miejscowościach okolic Siedlec.” (Kluska M., Kroszczyński W., Oprządek K.; 2003),
„Stan zasobów naturalnych i stopień i rozpoznania na obszarze woj. siedleckiego -
część hydrogeologiczna” (Bentkowski A., Markowska Z., 1987), praca magisterska
„Warunki hydrogeologiczne i zagrożenia wód podziemnych w rejonie Siedlec.” ( Siwiec
A., 2006).
Pierwszym opracowaniem dotyczącym regionalizacji warunków geologiczno-
inżynierskich na obszarze pracy magisterskiej jest Przeglądowa mapa geologiczno-
inżynierska Polski arkusz Warszawa w skali 1:300 000 (Watycha L., 1958). Cennym
źródłem informacji z tej dziedziny są też dokumentacje, opracowania i opinie. Do
istotniejszych należą:
- Dokumentacja geotechniczna dla obiektów inżynieryjnych na stacji Siedlce oraz stacji
Łuków realizowana w ramach projektu ''Modernizacja linii kolejowej E 20/CE 20 na
odcinku Siedlce - Terespol, etap II'' (Geopartner, 2006).
- Aneks do dokumentacji hydrogeologicznej z 1979 ustalającej zasoby w kat. „B”
studni Nr 2 na terenie Jednostki Wojskowej 1444 w Siedlcach ul. Dreszera 22
(Falkowska J., 1999).
- Opracowanie ekofizjograficzne dla miasta Siedlce (Rutkowski A., Uziębło A.,
Lasocka M., Bot J.; 2008) zawierające Rejonizację warunków geotechnicznych.
- Dokumentacja geologiczno-inżynierska i hydrogeologiczna uproszczona dla potrzeb

11
projektu stacji paliw na terenie bazy PKS przy ul. Partyzantów w Siedlcach
(Knyszyński F., Kotapski B., Przygoda J.; 2001).
Cennym źródłem danych archiwalnych są karty wierceń zlokalizowanych w
różnych punktach miasta, wykonane przez geologa Dariusza Kisielińskiego i
udostępnione dzięki jego uprzejmości.

12
3. Zakres wykonanych prac
Po przeanalizowaniu danych archiwalnych w celu zagęszczenia ilości punktów
dokumentacyjnych wykonano badania sondą okienkową podczas których
makroskopowo opisano nazwę, barwę, wilgotność oraz stan dla gruntów spoistych.
Liczba wykonanych sondowań to 60 a ich głębokości wahają się od 2,2 metra do 3,2
metra. Podczas badań odnotowano nawiercony i ustalony poziom wody oraz sączenia.
Badania te wykonano w lipcu 2010 oraz w kolejnym etapie w kwietniu 2011.
Elementem pomocnym przy wyznaczeniu stanu gruntów sypkich były
sondowania DPL. Określające stan na podstawie ilości uderzeń potrzebnych do
zagłębienia stożka na 10 cm. Liczba badań - 4. Punkty, w których wykonano badania
przedstawiono na mapie dokumentacyjnej (zał. 9.2).
Parametry gruntów spoistych takie jak spójność i wytrzymałość na ścinanie
wyznaczono w terenie odpowiednio za pomocą penetrometru tłoczkowego i ścinarki
obrotowej oraz w laboratorium w aparacie bezpośredniego ścinania.
Podczas badań terenowych, pobrano również próbki gruntów do badań
laboratoryjnych. Pobrane próbki należą do kategorii 3 1
(NW – Naturalna Wilgotność),
oraz jedna próbka kategorii 1 (NNS - Nie Naruszona Struktura).
Po zakończeniu prac terenowych wykonano prace kameralne. Utworzono bazę
danych zawierająca informacje o wierceniach oraz karty sondowań okienkowych (zał.
11) i dynamicznych (zał. 12)
Pobrane próbki gruntów zbadano w laboratorium. Wykonano:
- 15 analiz areometrycznych,
- 22 analizy sitowe,
- 1 oznaczenie zawartości substancji organicznej metodą strat prażenia,
- 4 badania granic Attenberga (3 metoda stożka, 1 metoda Casagrange'a),
- 1 pełne badanie próbki gruntu w aparacie bezpośredniego ścinania,
- 1 badanie prędkości fal z użyciem piezoelementów,
- 2 badania gęstości właściwej szkieletu gruntowego (metoda piknometru),
- 1 badanie gęstości objętościowej (metoda wyporu hydrostatycznego w parafinie).
1
wg PN-EN 1997-2 Eurokod 7 Projektowanie geotechniczne. Częśc 2: Rozpoznanie i badanie podłoża
gruntowego

13
W kolejnym etapie opracowano analityczne mapy, służące do stworzenia na ich
podstawie mapy warunków geologiczno-inżynierskich. Wykonane mapy to: mapa
spadków, mapa gruntów budowlanych i dopuszczalnych obciążeń, mapa hydroizobat.
Na ich podstawie wydzielono kategorie warunków geologiczno-inżynierskich
zilustrowanych na syntetycznej mapie. W celu lepszego zobrazowania zmienności
warunków geologiczno-inżynierskich stworzono odpowiednie przekroje.
Ostatnim elementem prac było szczegółowe rozpoznanie warunków
geologiczno-inżynierskich na obszarze planowanego tunelu. Obliczenia przemieszczeń i
odkształceń zostały przeprowadzone z użyciem metody elementów skończonych (MES)
w programie Plaxis.

14
4. Charakterystyka środowiska przyrodniczego i zagospodarowania
przestrzennego
4.1 Środowisko przyrodnicze
Według Kondrackiego obszar pracy magisterskiej ze względu na położenie
fizycznogeograficzne można zaliczyć do kolejnych jednostek: Pozaalpejska Europa
Środkowa (3), Niż Środkowoeuropejski (31), Niziny środkowopolskie (318), Nizina
Południowopodlaska (318.9), Wysoczyzna Siedlecka (318.94).
Jest to rozległe spłaszczone wzgórze wykształcone jako morena czołowa
zlodowacenia Warty. Spadki terenu tylko na niewielkich obszarach przekraczają 5 %.
Wysokości bezwzględne zawierają się w granicach 150 m n.p.m. (północno-wschodni
kraniec) 175 m n.p.m. (południowo-zachodni). W południowozachodniej części
występuje sztucznie usypane wzniesienie służące niegdyś jako strzelnica wojskowa o
wysokości 183 m n.p.m. Występują nasypy i wykopy urozmaicające w naturalną rzeźbę
terenu.
Teren pracy magisterskiej znajduje się we wschodniej części środkowej
dzielnicy klimatycznej (VII) wg regionalizacji klimatycznej Polski R. Gumińskiego.
Wpływ na klimat mają stykające się ze sobą masy powietrza kontynentalnego i
oceanicznego.
Opady na omawianym obszarze należą do najniższych w Polsce, średnia roczna
to 537 mm. Najwięcej opadów przypada na czerwiec i lipiec (powyżej 70 mm),
najmniej na styczeń luty i marzec (poniżej 30 mm). Średnia ilość dni z burzami wynosi
20 w ciągu roku, z największą częstotliwością w lipcu i sierpniu. W ciągu roku
przypada 60 dni z mgłą. Miesiące z największą ilością dni z opadami to lipiec (12 dni),
październik (15 dni), listopad (15 dni), marzec (14 dni). Natomiast najmniej dni z
opadami przypada na kwiecień (7 dni), maj (6 dni) i czerwiec (5 dni). Średnia liczba dni
z pokrywą śnieżną zawiera się w granicach 30 - 60 w przeciągu roku.
Dominujący kierunek wiatrów to zachodni (17,7% ogółu). Najrzadziej
występujące to wiatry północno-wschodnie. Średnia prędkość to 3 m/s. Cisza i wiatry o
prędkości do 2 m/s stanowią 35 % wszystkich przypadków.
Średnia roczna temperatura na obszarze Siedlec wynosi 7,3 o
C. Średnia

15
temperatura najcieplejszego miesiąca - lipca, wynosi 17,7 o
C, najzimniejszego -
stycznia to -3,3 o
C. Siedlce są miejscem gdzie w 1940 roku zanotowano Polski rekord
zimna - 41 o
C. Głębokość przemarzania gruntu na tym obszarze wg PN 81/B 03020
wynosi 1 metr. Długość okresu wegetacyjnego waha się w granicach 210 -215 dni.
Średnie roczne usłonecznienie wynosi 1732 godziny z czego najwięcej ponad
230 godzin na miesiąc przypada na maj, czerwiec, lipiec i sierpień. Najmniejsze
usłonecznienie przypada na grudzień średnio 36 godzin.
Tab. 1 Dane dotyczące klimatu, źródło IMGW Stacja Hydrologiczno-Meteorologiczna Siedlce
Parametr,
okres
Temperatura
(o
C)
1949 - 1998
Opady
(mm)
1949 - 1998
Usłonecznienie
(h)
1984 - 1998
Wartość średnia najwyższa najniższa średnia najwyższa najniższa średnia najwyższa najniższa
I -3,3 2,5 -14,2 24,8 59 2 51,5 87 17
II -2,8 4,4 -13,4 23,5 53 1 75 130 52
III 0,9 5,9 -4,9 26 59 5 117,6 169 63
IV 7,3 10,3 3,9 35,5 91 6 167,4 222 121
V 13,1 15,9 9,2 53,1 114 14 248,3 299 173
VI 16,3 19,9 13,9 73,9 194 30 233,2 309 155
VII 17,7 20,7 14,5 71,3 179 18 258,6 396 188
VIII 17,1 20,8 14,9 66,5 195 3 241,3 3000 199
IX 12,7 16,2 10,2 50,5 141 12 135,7 186 72
X 7,7 11 4,8 37,4 180 1 114,7 179 64
XI 2,6 6 -3,4 38,7 88 8 52,6 84 18
XII -1,2 2,7 -8,7 35,1 90 5 35,9 67 16
Rok 7,3 8,9 5,5 536,5 721 364 1731,7 1869 1542
Nie występują tu cieki wodne ani zbiorniki. Najbliższe to oddalona o 1,5 km na
zachód rzeka Muchawka będąca lewym dopływem Liwca oraz zbudowany na niej
sztuczny zbiornik wodny Zalew nad Muchawką. Kolejną rzeką oddaloną o 2 km na
wschód jest Helenka również będąca lewym dopływem Liwca. Wody podziemne na
omawianym obszarze odpływają w kierunku zachodnim.
Na terenie pracy magisterskiej nie występują żadne z podstawowych form
obszarowej ochrony przyrody. Najbliższe to korytarze ekologiczne zlokalizowane
wzdłuż rzek Muchawka i Helenka oraz położony na północ obszar NATURA 2000
Dolina Liwca, od strony południowej i zachodniej w pobliżu znajduje się Siedlecko-
Węgrowski Obszar Chronionego Krajobrazu. W granicach opracowania znajdują się

16
dwa pomniki przyrody: lipa drobnolistna znajdująca się w okolicach ulicy Składowej
oraz wiąz szypułkowy przy ulicy Wiejskiej.
4.2 Zagospodarowanie przestrzenne
W oparciu o „Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania
przestrzennego miasta Siedlce” teren pracy można podzieli na dwie części: północną z
przewagą terenów usługowych i mieszkalnych i południową, gdzie dominują użytki
rolne oraz obszary leśne Las Sekulski w północno-zachodniej części. Przez teren pracy
przebiega linia kolejowa E20 o znaczeniu międzynarodowym łącząca Berlin z
Warszawą i Moskwą oraz linia biegnąca w kierunku północno-wschodnim łącząca
Siedlce z Siemianówką, gdzie znajduje się kolejowe przejście graniczne z Białorusią. W
odległości 0,5 km od południowej granicy opracowania przebiega droga krajowa nr 2
będąca fragmentem europejskiej trasy łączącej Irlandię z Rosją. Na terenie pracy
magisterskiej w północno-zachodniej części znajduje się Jednostka Wojskowa Nr 2523
granicząca od zachodu z obszarem przemysłowym dawnego Zakładu Mechanicznego
im. Nowotki. Widoczny jest trend do rozszerzania obszarów mieszkalnych w kierunku
południowym i przekształcaniu użytków rolnych w działki budowlane. Zdjęcie lotnicze
z zaznaczonym obszarem pracy zawierające opisane wyżej elementy prezentuje rycina
2.

17
Ryc. 2 Lokalizacja terenu pracy magisterskiej na tle ortofotomapy lotniczej, źródło: geoportal.gov.pl

18
5. Budowa geologiczna
Omawiany obszar położony jest na południowo-zachodnim skłonie platformy
wschodnioeuropejskiej. Jest to lubelsko-podlaska część platformy prekambryjskiej z
mocno zredukowaną pokrywą osadową. Utworzona w erze mezozoicznej niecka
mazowiecka na podanym obszarze została wypełniona osadami w okresie
paleogeńskim. Następnie obszar ten został pokryty gruba warstwą osadów neogeńskich
i czwartorzędowych.
Budowa geologiczna utworów czwartorzędu została opisana w oparciu o
objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski (Arkusz Siedlce Południe),
której fragment przedstawiono w załączniku 9.1.
5.1 Utwory przed paleogeńskie
Charakterystykę utworów przedpaleogeńskich, można oprzeć o profil
głębokiego wiercenia znajdujący się na południe od terenu pracy magisterskiej w
miejscowości Rówce (Ryc. 2). Zaczyna się on nieprzewierconymi granitami
proterozoiku znajdującymi się na głębokości ponad 2 km. Na nich zalegają mocno
sfałdowane skały kambryjskie. Należą do nich mułowce, piaskowce oraz iłowce,
miąższość tego kompleksu to 564 metrów. Dalej występuje zredukowana do 30 metrów
warstwa wapieni ordowiku. Wyerodowane skały stanowiły podłoże dla gromadzących
się osadów, z których powstały wapienie pelityczne syluru ludlowu. Na nich występuje
78 metrowa warstwa mułowców wenloku a powyżej miąższy na 341 metrowy
kompleks składający się z mułowców i iłowców. Brak w profilu skał dewońskich. Na
erozyjnej powierzchni zalegają mułowce, iłowce i piaskowce karbonu. Ich strop
również jest granicą erozyjną, powyżej której występują permskie piaskowce
czerwonego spągowca. Kolejno profil przechodzi w perm cechsztyn zbudowany z
dolomitów i iłołupków z graptolitami. Trias w analizowanym profilu to margle i margle
piaszczyste iłołupki z graptolitami i mułowce. Brak jest triasu retyku a górna
powierzchnia stanowi granice erozyjna ze zbudowana z wapieni jurą środkową.
Wapienie oolitowe tworzące jurę górną zalegają zgodnie na jurze środkowej. Profil
utworów przedpaleogeńskich kończą margle, margle piaszczyste i margle z
krzemieniami pierwsze dwa typy skał powstały w kredzie albie a ostatni w kredzie

19
później. Zalegają one na erozyjnej powierzchni jury górnej, ich strop również stanowi
granicę erozyjną z młodszymi utworami.
5.2 Paleogen
Ze względu na brak jednoznacznych przesłanek pozwalających na rozdzielenie
osadów paleogeńskich, utwory eocenu i oligocenu omówione zostaną łącznie. Zarówno
osady paleogeńskie jak i dalej omówione neogeńskie powstawały w we wschodniej
części niecki mazowieckiej. Jest to rozległa łagodnie nachylona struktura o
skomplikowanej budowie wewnętrznej. Na jej powstanie wpływ miały ruchy
tektoniczne związane z orogeneza alpejską.
5.2.1 Paleocen + Eocen + Oligocen
Do najstarszych utworów niecki mazowieckiej na danym obszarze należy
zaliczyć: opoki, wapienie i margle paleocenu. Powstały one podczas regresji morskiej.
Wyżej w profilu występują osady eocenu i oligocenu, na omawianym terenie
stanowią podłoże dla neogenu. Wyjątkiem jest kopalne obniżenie znajdujące się na
zachód od Siedlec, gdzie przykryte są przez czwartorzęd.
W obrębie tych utworów wyróżniono piaski glaukonitowe, mułki glaukonitowe,
mułki ilaste z konkrecjami fosforytów oraz piaski węgliste i węgiel brunatny (nazwy
zapisane kursywą zostały zaczerpnięte z objaśnień do SMGP, arkusz Siedlce Połódnie).
Strop tych osadów został ukształtowany erozyjnie i zalega na zróżnicowanej wysokości,
od około 80 m n.p.m. na południowy wschód od miasta do 34 m n.p.m. w Siedlcach
natomiast najniżej na wschód od miasta w miejscowości Stok Lacki 20 m n.p.m.
5.3 Neogen
Podobieństwo do osadów kończących profil eoceńsko – oligoceński a także brak
dokumentacji paleontologicznych utrudniają dokładne określenie stropu miocenu.
Problematyczne jest również rozdzielenie miocenu i pliocenu, w związku z czym osady
powstałe w tych epokach omówione zostaną razem.

20
5.3.1 Miocen + Pliocen
Utwory miocenu i pliocenu na przeważającym obszarze stanowią podłoże dla
plejstocenu. Środowiskiem sedymentacji dla nich były zbiorniki śródlądowe. Na
omawianym obszarze wydzielono: iły, mułki i piaski kwarcowe z węglem brunatnym
oraz piaski węgliste. Brak ich jedynie na wschód od miasta w kopalnym obniżeniu
przebiegającym przez miejscowość Stok Lacki. Profil neogenu składa się z iłów i
mułków z licznymi przewarstwieniami piasków kwarcowych głównie
drobnoziarnistych o barwach od jasnoszarej do ciemnobrunatnej w zależności od
zawartości pyłu węglowego. Ponadto w utworach tych występuje warstwa węgla
brunatnego o miąższości 0,9 metra. Całkowita miąższość neogenu na omawianym
terenie dochodzi do 47,5 metra.
Ryc. 3 Profil geologiczny utworów starszych od czwartorzędu, źródło: Szczegółowa mapa geologiczna
Polski, Arkusz Siedlce Południe

21
5. 4 Czwartorzęd
Czwartorzęd na analizowanym obszarze są to utwory plejstocenu i holocenu
tworzące ciągłą warstwę o miąższości od 60 do 90 metrów, zalegającą na zróżnicowanej
morfologicznie powierzchni „trzeciorzędowej”. Pod względem genezy można wyróżnić
osady: eoliczne, rzeczne i lodowcowe. Powierzchnia ta pochylona jest w kierunku
północno-zachodnim (Nowak, 1971). Na wschód od terenu pracy magisterskiej
przebiega oś obniżenia powierzchni podczwartorzędowej o kierunku północ-południe,
gdzie miąższość czwartorzędu dochodzi do ponad 118 m (nieprzewiercony profil w
Ujrzanowie) (Małek, 2004). Jest to fragment kopalnej doliny biegnącej od Miedzyrzeca
Podlaskiego przez Łuków i Siedlce (Ruszczyńska-Szejnach, 1976), (Rühle, 1969).
5.4.1 Plejstocen
Osady występujące na danym obszarze należą do kolejnych zlodowaceń: Narwi,
Nidy, Sanu 1, Sanu 2, Odry, Warty i Wisły są one rozdzielone sześcioma
interglacjałami: augustowskim, małopolskim, ferdynandowskim, wielkim, lubelskim
i eemskim.
5.4.1a Zlodowacenia najstarsze
Zlodowacenie Narwi
Osady tego zlodowacenia to piaski i żwiry wodnolodowcowe oraz gliny
zwałowe. W pobliżu terenu pracy magisterskiej wiercenie w Ujrzanowie w
interwale głębokości 41,7–45,2 m n.p.m. natrafiło na gliny zwałowe
zlodowacenia Narwi wykształcone jako szare gliny pyłowe. Wiercenie zostało
zakończone na głębokości 118 metrów nie przewiercając spągu glin.
Interglacjał augustowski (podlaski)
Osady tego interglacjału są reprezentowane jako serie rzeczne, a także
przez mułki i piaski jeziorne.
Pierwsze z nich wykształcone są jako piaski i piaski ze żwirami rzeczne.

22
Na wschód od Siedlec wypełniają kopalną dolinę o przebiegu północ-południe,
wyerodowaną w utworach trzeciorzędowych. W wierceniu Ujrzanów zalegają
one na glinach zlodowacienia Narwi tworząc pełny cykl sedymentacji rzecznej o
miąższości ok. 20 metrów, rozpoczynający się piaskami grubymi ze żwirami a
kończący na piaskach drobnych. Ponadto na północ od miasta wypełniają one
kopalną dolinę tworząc miąższy kompleks o grubości dochodzącej do 70
metrów (0 – 70 m n.p.m.) powstały podczas kilku cykli sedymentacyjnych
(Małek, 2004).
Mułki i piaski jeziorne zostały stwierdzone w obniżeniach podłoża
podczwartorzędowego na zachód i południowy-zachód od miasta. Profil w
Wołyńcach o miąższości ok. 20 metrów (77,1–96,3 m n.p.m.) tworzą piaski
średnioziarniste z detrytusem roślinnym niewielkiej miąższości nad nimi
zalegają piaski pyłowate ze smugami substancji humusowej (ok. 5m), na których
występuje 13 metrowa warstwa mułków ilastych, warstwowanych poziomo, z
przewarstwieniami piasków drobnoziarnistych (Wodyk, 2004). Na podstawie
badań palinologicznych stwierdzono że powstawały one w okresie chłodnym, w
którym dominowała roślinność tundrowa (Pidek, 1998).
5.4.1b Zlodowacenia południowopolskie
Zlodowacenie Nidy
Gliny zwałowe tego zlodowacenia wyróżniono w południowo-zachodniej
części miasta Siedlce oraz dalej w tym kierunku w Żelkowie. Są to osady
stadiału dolnego i górnego rozdzielone cienką warstwą utworów pyłowych,
zapewne zastoiskowych. Osiągają miąższości od 6 do 25 metrów i występują na
rzędnych 74,8–99,7 m n.p.m. W stropie glin zwałowych stadiału górnego na
obszarze Siedlec stwierdzono bruk (Wodyk, 2004). Na zachód od miasta w
wierceniu w Ujrzanowie stwierdzono obecność metrowej warstwy pospółki
powstałej z rozmycia glin zwałowych na wysokości 63,7–64,7 m n.p.m. (Małek,
2004).

23
Interglacjał małopolski
Osady powstałe podczas tego interglacjału reprezentowane są przez:
piaski i żwiry rzeczne oraz piaski i mułki piaszczyste rzeczne (rozlewiskowe).
Akumulacja osadów piaszczysto żwirowych miała charakter wieloetapowy,
kiedy to stopniowo wypełniane były kopalne doliny. Zostały one stwierdzone w
kilku wierceniach zlokalizowanych na terenie miasta a także w wierceniach w
Ujrzanowie gdzie osiągają największe miąższości. Osady rzeczne: 22-23 metry,
osady rzeczne (rozlewiskowe): 12-16 metrów. Spąg omawianych osadów
występuje na wysokości 64,7m n.p.m. (Małek, 2004)
Zlodowacenie Sanu 1
Do zlodowacenia Sanu należą zróżnicowane genetycznie osady
odpowiadające dwóm stadiałom i rozdzielającemu je interstadiałowi.
Profil osadów stadiału dolnego rozpoczynają piaski i żwiry
wodnolodowcowe w rejonie Siedlec osiągające miąższość 5 metrów
wykształcone są jako żwiry i piaski drobnoziarniste. Nie mają one dużego
rozprzestrzenienia, natrafiono na nie jedynie w 2 otworach. Młodsze osady
występujące na terenie miasta, powstały przed nasunięciem się lądolodu stadiału
dolnego zlodowacenia Sanu 1 są to: iły i mułki ilaste zastoiskowe. Osiągają
miąższość 5-7 metrów, ich spąg występuje na wysokości 79–94 m n.p.m. Gliny
zwałowe stadiału dolnego występujące na obszarze miasta to szare gliny
piaszczyste z duża ilością żwirów i otoczaków głównie o miąższości do 6,5
metra, ich spąg znajduje się na wysokości 90-100 m n.p.m. (Małek, 2004).
Gliny stadiału dolnego i górnego rozdzielone są przez piaski ze żwirami i
mułki rzeczne rozlewiskowe powstałe podczas interstadiału. Na analizowanym
obszarze natrafiono na nie w czterech otworach. Wykształcone są jako
piaszczysto-mułkowe osady rzeczne (rozlewiskowe) o miąższości 3,3-12,4 m
(Małek, 2004).
Gliny zwałowe stadiału górnego zlodowacenia Sanu 1 są poziomem
powszechnie występującym na omawianym terenie ich miąższość wynosi około
1 metra poza obszarem miasta 5 i więcej. Strop glin znajduje się na wysokości
97–109 m n.p.m. Na południe od miasta występują piaski i żwiry

24
wodnolodowcowe. Stwierdzono je również w jednym wierceniu na terenie
miasta w 16 metrowym kompleksie piasków różnoziarnistych ze żwirami i
otoczakami, którego strop znajduje się na 99 m n.p.m. (Małek, 2004).
Interglacjał ferdynandowski
Podczas interglacjału na utworach zlodowacenia Sanu 1, w obniżeniach
terenu, następowała akumulacja jeziorna. Zdeponowane zostały szare mułki o
miąższości 9 metrów zaklasyfikowane jako mułki jeziorne i gytie (Małek, 2004).
Zlodowacenie Sanu 2 (Wilgi)
Iły i mułki ilaste zastoiskowe to osady poprzedzające wkroczenie
lądolodu zlodowacenia Sanu 2 (Wilgi) pojawiają się na obszarze Siedlec
lokalnie, tworząc izolowane płaty miąższości 3-5 metrów (Małek, 2004).
Gliny zwałowe zlodowacenia Sanu 2 zostały stwierdzone w większości
wierceń na obszarze miasta i jego okolicach. Spąg glin znajduje się na
wysokości 104-120 m n.p.m. i podnosi się w kierunku wschodnim. Ich
miąższość wynosi około 20 metrów (Małek, 2004).
W okresie recesji lądolodu osadzone zostały piaski i żwiry
wodnolodowcowe. Wypełniają obniżenia wydrążone w glinach zwałowych
zlodowacenia Sanu 2. Ich miąższość to średnio kilka metrów, występują na
wysokości 120–130 m n.p.m. Litologicznie są to szare piaski różnych frakcji,
najczęściej z licznymi żwirami skał północnych. W ich spągu często spotykany
jest bruk złożony ze żwirów i otoczaków (Małek, 2004).
Interglacjał wielki
Na omawianym obszarze miasta Siedlce wyróżniono mułki piaszczyste
jeziorne interglacjału wielkiego. Ich miąższość dochodzi do 18,0 m a strop leży
na wysokości 120–130 m n.p.m. (Małek, 2004). Ponadto na północ od miasta
przebiega kopalna dolina rzeczna wypełniona osadami tego interglacjału
(Albrycht, Pruś, 1998, 2001).

25
5.4.1c Zlodowacenia środkowopolskie
Zlodowacenie Odry
Osady tego zlodowacenia są reprezentowane przez gliny zwałowe.
Obecne są w wierceniach zlokalizowanych po wschodniej stronie miasta na
zachodzie osady te zostały całkowicie zerodowane. W okolicach Ujrzanowa
gliny te osiągają miąższość 16 metrów, a ich spąg leży na wysokości 150–160 m
n.p.m. Litologicznie są to ciemnoszare gliny piaszczyste z dużą ilością żwirów i
otoczaków (Małek, 2004).
Interglacjał lubelski
Piaski rzeczne zdeponowane podczas tego interglacjału wypełniają
niewielkie kopalne obniżenia wyerodowane w utworach interglacjału wielkiego,
zlodowacenia Odry oraz zlodowacenia Sanu 2. Są to piaski drobnoziarniste,
miejscami lekko zailone, sporadycznie ze żwirami, o miąższości do 10,0 m
zalegające na wysokości 130–140 m n.p.m. (Małek, 2004), (Wodyk, 2004).
Zlodowacenie Warty
Utwory zlodowacenia Warty występują powszechnie na powierzchni
obszaru miasta Siedlce. Do najstarszych należy zaliczyć piaski pyłowe ze
żwirami rzeczno – peryglacjalne, osady te nie wykazują dużego
rozprzestrzenienia natrafiona na nie jedynie w dwóch otworach na terenie miasta
(Małek, 2004).
Wyżej w profilu występują mułki piaszczyste i piaski pyłowe
zastoiskowe, stwierdzono je w kilku wierceniach, gdzie ich miąższość waha się
od 3 do 14,4 metrów (Małek, 2004).
Gliny zwałowe mają największe rozprzestrzenienie wśród osadów tego
zlodowacenia. Tworzą one wysoczyznę morenową która przebiega przez teren
miasta Siedlce. Ich spąg zalega na wysokości ok. 145 m n.p.m. a miąższość
dochodzi do 12 metrów. Litologicznie są to brązowe gliny piaszczyste z dużą
ilością żwirów i otoczaków (Małek, 2004).

26
Dosyć duży udział na omawianym terenie mają piaski, gliny i głazy
lodowcowe na glinach zwałowych. W niektórych miejscach tworzą niewielkie
wzniesienia. Jest to materiał powstały bezpośrednio z topniejącego lądolodu,
niewysortowany tylko miejscami noszący znamiona niewielkiego transportu.
Osady te osiągają miąższości do 4 metrów. Litologicznie są to głównie pisaki
drobno- i średnioziarniste ze żwirami, często z wkładkami glin zwałowych
(Małek, 2004).
Na południowy zachód od omawianego terenu występują piaski i żwiry
kemów. Tworzą wydłużone wzgórze o wysokości względnej dochodzącej do 7
metrów. Zbudowane są na ogół z piasków drobno i średnioziarnistych (Małek,
2004).
Pod koniec zlodowacenia wody roztopowe transportowały materiał
piaszczysto żwirowy a następnie akumulowały go na przedpolu lądolodu. W
efekcie zdeponowane zostały piaski i żwiry wodnolodowcowe (Małek, 2004).
Schyłek zlodowacenia związany jest z powstawaniem form
wytopiskowych, wypełniających zagłębienia po bryłach i płatach martwego lodu
są to: piaski, mułki, iły i gliny wytopiskowe. Litologicznie należą do nich różne
osady reprezentowane przez piaski, mułki i iły z przewarstwieniami żwirów i
glin (Małek, 2004).
Interglacjał eemski
Osady interglacjału eemskiego zlokalizowane w pobliżu terenu pracy
magisterskiej to gytie i torfy. Położone są na południe od Siedlec w
miejscowości Białki. Ich profil o miąższości 5,6 metra składa się z gytii
szarobrunatnych z torfami, na nich znajdują się mułki szarobrunatne, także z
torfami oraz torfy czarne dobrze rozłożone (Małek, 2004).

27
5.4.1d Zlodowacenia północnopolskie
Zlodowacenie Wisły
Podczas ostatniego zlodowacenia w obniżeniach gromadziły piaski i
mułki miejscami piaski humusowe i mułki humusowe. Duży udział frakcji
piaszczystej, a nawet żwirów świadczy o przepływowym charakterze tych
obniżeń. Miąższość tych osadów dochodzi do 3 metrów. Stwierdzono je w
pobliżu miasta i w miejscowości położonej na wschód - Stok Lacki (Małek,
2004).
Podczas tego zlodowacenia deponowały się również osady tworzące
tarasy nadzalewowe w dolinie Muchawki. Są to głównie szare piaski drobne o
miąższości do 1,3 do 4 metrów (Małek, 2004).
5.4.2 Czwartorzęd nierozdzielony
Na analizowanym obszarze występują również osady opisane jako czwartorzęd
nierozdzielony. Należą do nich: piaski eoliczne, piaski eoliczne w wydmach, piaski
eoliczne na glinach zwałowych, jak również piaski i gliny deluwialne (Małek, 2004).
Utwory eoliczne na omawianym obszarze występują najczęściej na osadach
wodnolodowcowych zlodowacenia Warty, rzadziej na piaszczysto żwirowych utworach
lodowcowych i glinach zwałowych. Miąższości dochodzą do 1,6 metra a w wydmach
od 2,5 do 9 metrów. Wydmy najczęściej osiągają wysokość względną 4-5 m,
maksymalnie około 7 m. Przybierają formę podłużnych wałów i ciągów o długości
około 1 km o kierunku NW – SE i WNW – ESE (Małek, 2004).
Piaski i gliny deluwialne to najczęściej osady zbudowane z „piasków
pyłowatych” (Małek, 2004) a także glin z laminami, oraz przewarstwieniami piasków i
żwirów. Powstały w wyniku przemieszczania po zboczach utworów różnego wieku,
czasem przy udziale transportu wodnego. Występują w suchych dolinkach
rozcinających stoki wysoczyzny morenowej a ich wynosi do około 2 metrów (Małek,
2004).

28
5.4.3 Holocen
Osady holoceńskie występujące w pobliżu terenu pracy magisterskiej to piaski
humusowe. Wypełniają one różnego rodzaju obniżenia i dna dolinne. Najczęściej są
zbudowane z piasków drobnoziarnistych i „pyłowatych” (Małek, 2004), mułków
piaszczystych oraz mułków z humusem i fragmentami detrytusu roślinnego. Wykazują
jednak dużą zmienność litologiczną. Ich miąższość, często trudna do określenia, z
powodu podobieństwa do osadów leżących pod nimi, wynosi w zależności od typu
zagłębienia od 1,3 do 3 metrów (Małek, 2004).

29
6. Warunki hydrogeologiczne
Według klasyfikacji wynikającej z Ramowej Dyrektywy Wodnej UE, opisanej w
Hydrogeologii regionalnej Polski, obszar pracy należy do prowincji Wisły, regionu
Bugu, subregionu Bugu nizinnego. Podstawowa jednostka gospodarowania zasobami
wód podziemnych, według dyrektywy nazwana JCWPd (Jednolita Część Wód
Podziemnych), dla omawianego terenu ma numer 55 (wg Charakterystyka geologiczna i
hydrogeologiczna zweryfikowanych JCWPd., 2009).
Inna regionalizacja na podstawie Atlasu hydrogeologicznego Polski wygląda w
następujący sposób: makroregion północno-wschodni (a), region mazowiecki (I),
subregion centralny (I), rejon kotliny warszawskiej (I1).
Na obszarze pracy magisterskiej występują dwa Główne Zbiorniki Wód
Podziemnych o numerach: GZWP 215 Subniecka Warszawska (wiek utworów
tworzących zbiornik – „trzeciorzęd”) oraz GZWP 223 Dolina Górnego Liwca
(czwartorzęd). W ich obrębie można wydzieli trzy użytkowe poziomy wodonośne, które
charakteryzują się dużym zróżnicowaniem przestrzennym. Poziom „trzeciorzędowy”
zbudowany jest z utworów piaszczystych miocenu. Poziomy czwartorzędowe występują
w utworach piaszczystych i piaszczysto-żwirowych. Dzieli się je na spągowy i
międzymorenowy. Na przeważającym obszarze spągowy poziom czwartorzędowy jest
połączony z trzeciorzędowym. W rejonie pracy magisterskiej są one częściowo
rozdzielone przez kilku- kilkunastometrową warstwę iłów pliocenu i glin zwałowych. „
… poziomy te nie mają rozprzestrzenienia ciągłego, występują pojedynczo lub łącznie,
lokalnie w pośredniej lub bezpośredniej więzi hydraulicznej, co znalazło
odzwierciedlenie przy wydzielaniu jednostek hydrogeologicznych.” (Paczyński B.,
2000). Poziomy wodonośne występujące na omawianym obszarze zostały
przedstawione na przekroju do MHP arkusz Siedlce południe, którego fragment
zaprezentowano na ryc. 4.
Czwartorzędowy poziom międzymorenowy
„Czwartorzędowy poziom międzymorenowy związany jest z obecnością zespołu
piaszczystych i piaszczysto-żwirowych warstw śródglinowych i lokalnie występujących
dolin kopalnych z okresu interglacjału mazowieckiego, pozostających ze sobą w
kontakcie hydraulicznym. Poziom ten ma ograniczone i nieciągłe rozprzestrzenienie. W

30
rejonach, gdzie występuje uznany został za podrzędny. Występuje na głębokości 20-30
m i cechuje się miąższością ok. 10-20 m. Poziom międzymorenowy odizolowany jest
od powierzchni terenu kompleksem utworów słaboprzepuszczalnych o miąższości ok.
20 m.” (Paczyński B., 2000)
Wody tego poziomu należą do typu HCO3-Ca. Ich jakość jest dobra, ale
nietrwała (klasa Ib) . Nadają się do picia i celów gospodarczych bez konieczności
uzdatniania.
Czwartorzędowy poziom spągowy i poziom „trzeciorzędowy”
„Głębszy czwartorzędowy poziom wodonośny nazywany spągowym budują
fluwioglacjalne i fluwialne osady: zlodowacenia południowopolskiego, interglacjału
podlaskiego oraz zlodowacenia Narwi. Ich miąższość waha się generalnie od kilku do
ok. 30 m. lokalnie w rejonie Ujrzanowa nawet do 50-60 m. Połączony poziom
czwartorzędowo-„trzeciorzędowy” jest poziomem głównym na całym obszarze
występowania. Jego miąższość jest znaczna od ok. 20 do 60 m. Zróżnicowanie
miąższości osadów wodonośnych ma swoje odzwierciedlenie w wielkości
przewodności i wydajności potencjalnej studzien, przybierających najniższe wartości
100-200 m3
/24h i 30-50 m3
/24h i ponad 70 m3
/h prawie na całym pozostałym terenie.
Czwartorzędowy poziom spągowy odizolowany jest od powierzchni terenu
kompleksem utworów słabo przepuszczalnych, którego miąższość wynosi ok. 30 m
lokalnie w rejonie Siedlec do ok. 40-60 m na pozostałej części arkusza, stąd stopień
zagrożenia poziomu określono jako niski i bardzo niski.” (Paczyński B., 2000)
Wody tego poziomu należą do typu HCO3-Ca. Pod względem jakości są to
wody średnie (klasa II). Wpływ na to mają podwyższone zawartości związków żelaza i
manganu. Woda aby nadawać się do picia i celów gospodarczych wymaga prostego
uzdatniania. Poziom ten jest lokalnie ujmowany i stanowi główne źródło zaopatrzenia
miasta w wodę. Łączna ilość składników mineralnych wynosi ok. 380 mg/l, dzięki
czemu można ją zakwalifikować do naturalnych wód źródlanych, nisko
zmineralizowanych, niskosodowych i odżelazionych.

31
Ryc. 4 Fragment przekroju hydrogeologicznego, źródło: Mapa hydrogeologiczna Polski, arkusz Siedlce
Południe

32
7. Badania laboratoryjne
W celu ustalenia nazwy, właściwości oraz parametrów fizycznych gruntów
znajdujących się na terenie pracy magisterskiej, wykonano szereg badań
laboratoryjnych. Na podstawie badań makroskopowych przeprowadzonych w terenie,
próbki zaklasyfikowano do przeprowadzenie odpowiednich analiz.
Większość badań została wykonana w oparciu o polskie normy powszechnie
używane w praktyce geologiczno-inżynierskiej, nie mniej jednak zwrócono również
uwagę na nowe normy europejskie mające na celu ujednolicenie klasyfikacji gruntów.
Dla badań granulometrycznych podano nazwy zgodnie z normami PN-88/B-04481 oraz
PN-EN ISO 14688. W celu umożliwienia określenia nazwy dla obu norm brano pod
uwagę różne wartości granic frakcji klasyfikacyjnycnych. Podczas analizy sitowej
konieczne było użycie dodatkowego sita (poza sitem 0,05 mm) o wielkości 0,063 mm
wynika to z innch dolne granice frakcji piaskowej proponowanych w omawianych
normach. Określanie nazwy gruntu na podstawie norm europejskich jest nieco bardziej
pracochłonne gdyż wykorzyskuje konstrukcję złożoną z trójkata oraz wykresu zamiast
samego trójkąta jak to się dzieje w normie PN-88/B-04481.
Rozmieszczenie punktów poboru próbek do badań zaprezentowano na rycinie 4.
Starano się pobrać próbki odmienne pod względem genetycznym i należące do różnych
wydzieleń z SMGP. W ten sposób zbadano utwory zlodowacenia Warty: gliny zwałowe,
piaski żwiry i głazy na glinach zwałowych, piaski i żwiry wodnolodowcowe oraz utwory
zaklasyfikowane do czwartorzędu jednak nie rozdzielone dokładniej: piaski i gliny
deluwialne oraz piaski eoliczne.
Poniżej krótko opisana zostanie metodyka oraz przedstawione zostaną wyniki
przeprowadzonych badań.

34
7.1 Analiza areometryczna
Badanie to ma na celu określenie składu granulometrycznego gruntu.
Przygotowanie próbki do badania polega na sporządzeniu i zagotowaniu zawiesiny,
składającej się z kilku gramów gruntu, wody destylowanej oraz stabilizatora
(pirofosforanu sodu). Następnie roztwór przelewa się do wysokiego cylindra i za
pomocą areometru dokonuje się pomiarów gęstości cieczy w określonych odstępach
czasu. Przy przeliczaniu wyników z odczytu areometru na procentową zawartość danej
frakcji granulometrycznej gruntu wykorzystuje się prawo Stokesa. Mówi ono, że
prędkość swobodnego opadania cząstek kulistych jest wprost proporcjonalna do ich
średnicy i gęstości właściwej, a także gęstości właściwej i lepkości cieczy, w której
opadają cząstki. Badanie wykonano według PN-88/B-04481 p.4.2, gdzie znajduje się
dokładny opis jego przebiegu.
Analizie areometrycznej poddano 15 próbek gruntów spoistych. Większość z
nich to gliny zwałowe zlodowacenia Warty. Oraz jedna próbka (P12/2,1) to glina
deluwialna zaklasyfikowana wiekowo jako czwartorzęd bez dokładniejszego
rozdzielenia. Wśród glin zwałowych przeważają gliny piaszczyste zwięzłe (6 próbek)
oraz iły (5 próbek). Zawartość frakcji iłowej w tych 5 próbkach zawiera się w granicach
od 31 do 45,4 % a większość z nich są to iły o składzie bardzo podobnym do glin
zwięzłych, gdzie nieznacznie przekroczona jest granica 30% zawartość i frakcji iłowej
powyżej, której grunty uznawane są za iły. Próbka gliny deluwialnej to glina piaszczysta
zwięzła.

35
Tab. 2 Zestawienie wyników analiz areometrycznych, źródło: opracowanie własne
Numer
załącznika
z kartą
badania
Numer
próbki
Nazwa
wg
PN-EN
14688
Nazwa wg
PN-86/B-02480
Procentowa zawartość ziaren o
danej średnicy [mm]
> 2
2 –
0,05
0,05 –
0,002
<
0,002
1.1 P03/2,0 saCl Glina zwięzła 3,9 45,2 22,3 28,6
1.2 25/1,5 saCl Glina piaszczysta zwięzła 0,2 50,8 21,1 28,0
1.3 P12/2,1 saCl Glina piaszczysta zwięzła 0,5 56,7 15,2 27,6
1.4 P20/1,5 saCl Ił 0,2 45,5 23,2 31,0
1.7 P04/0,8 clSa Glina piaszczysta 3,8 70,9 14,8 10,4
1.9 P09/1,2 saCl Ił 0,4 23,9 30,3 45,4
1.10 P14/2,0 saCl Ił 0,8 45,1 15,8 38,4
1.11 P25/2,2 saCl Ił 0,2 47,0 19,0 33,7
1.14 P28/2,0 saCl Ił 0,2 46,9 20,6 32,4
1.15 Kart_3w/3,0 saCl Glina zwięzła 0,9 41,2 28,1 29,8
7.2 Analiza sitowa
Dla określenia składu granulometrycznego gruntów sypkich zastosowano
analizę sitową. Próbki do tego badania przygotowuje się poprzez suszenie ich do
uzyskania stałej masy. Do jej wykonania potrzebnych jest na ogół kilkaset gramów
gruntu. Samo badanie polega na wstrząsaniu przez 10 minut próbki podczas którego
ziarna danej wielkości zatrzymują się na sitach o poszczególnych rozmiarach oczek.
Sita ułożone są w ten sposób, że rozmiar oczek zmniejsza się od góry do dołu.
Następnie waży się grunt który pozostał na każdym z sit uzyskując masę ziaren o
średnicy większej niż rozmiar jego oczek i mniejszej niż rozmiar oczek sita
znajdującego się powyżej. Obliczenia oraz identyfikacje gruntów wykonano według
PN-86/B-02480.
Do analizy wytypowano osiem próbek należących do różnych typów
genetycznych. Piaski i żwiry wodnolodowcowe reprezentowane przez jedną próbkę
(P01) zostały określone jako piasek pylasty żółty. Piaski, żwiry i głazy lodowcowe na
glinach zwałowych to wydzielenie z którego pobrano trzy próbki (P04, P06, 15, P09)
litologicznie są to piaski średnie i drobne żółte. Piaski eoliczne na podstawie jednej

36
próbki pobranej do badania z otworu P11 określone zostały jako piaski drobne
jasnożółte. Należący do tego wydzielenia grunt z otworu P08 określony jako piasek
średni na podstawie późniejszych badań został zaklasyfikowany jako grunt próchniczny.
Dodatkowo używając wzorów empirycznych na podstawie uziarnienia gruntu
obliczono współczynniki filtracji dla danych gruntów. Zastosowano dwa wzory:
amerykański oraz Seelheima. Otrzymane wyniki zostały zaprezentowane w tabeli 3.
Wzory te mają postać:
Amerykański:
3,2
200036,0 dk 
Seelheima:
2
5000357,0 dk 
gdzie:
k - współczynnik filtracji [m/s]
50d - średnica ziaren stanowiących wraz z mniejszymi 50% wagi danej próbki [mm]
10d - średnica ziaren stanowiących wraz z mniejszymi 10% wagi danej próbki [mm]
Tab. 3 Zestawienie wyników analiz sitowych, źródło: opracowanie własne
Numer
załącznika
z kartą
badania
Numer
próbki
Nazwa
wg
PN-EN
14688
Nazwa wg
PN-84/B-02480
Procentowa zawartość
ziaren o danej
średnicy[mm]
Współczynnik filtracji k
[m/s]
> 2 > 0,5 > 0,25
Wg wzoru
amerykańs
-kiego
Wg wzoru
Seelheima
2.1 P01/2,0 Sa Piasek pylasty 0 10 45 1,6 x 10-4
1,8 x10-5
2.2 P08/1,0 Sa Piasek średni 0 13 65 3,4 z 10-4
6,1 x 10-5
2.3 P09/1,5 Sa Piasek drobny 0 0 3 8,0 x 10-5
2,0 x 10-5
2,2 x 10-5
2.5 P04/1,7 Sa Piasek średni 2 25 68 3,7 x 10-4
3,9 x 10-5
1,2 x 10-5
2.7 P22/0,7 Sa Piasek średni 0 18 61 3,2 x 10-4
4,6 x 10-5
2.8 15/2,5 Sa Piasek średni 8 29 69 5,2 x 10-4
6,1 x 10-5

37
7.3 Granice Attenberga
Granice Attenberga, nazywane również granicami konsystencji, określają
wilgotności graniczne przy jakich grunt posiada daną konsystencję – zwartą, plastyczną,
płynną. Konsystencja jest to stopień ruchliwości (stopień spójności) układu cząstek,
zależny od ilości wody i stany fizycznego tych cząstek. (Myślińska, 2006). Na
podstawie danych liczbowych określających wilgotności granic Attenberga, przy użyciu
wzorów określono inne wskaźniki opisujące właściwości gruntu, w zależności od
intensywności ich oddziaływania z wodą. Należą do nich stopień plastyczności,
wskaźnik plastyczności oraz wskaźnik konsystencji.
Podczas badań ustalono wilgotność naturalną, wilgotność granicy płynności i
wilgotność granicy plastyczności.
Wilgotność gruntu to stosunek masy wody znajdującej się w próbce gruntu do
masy próbki wysuszonej do stałej masy w temperaturze 105 o
C. Wilgotność naturalna to
taka jaką posiada grunt w warunkach naturalnych. Badanie tego parametru polega na
zważeniu próbki wilgotnej oraz wysuszonej i porównaniu tych mas. Zostało ono
wykonane wg PN-88/B-04481.
Badanie wilgotności granicy plastyczności przeprowadzono według
PN-88/B-04481. Polega ono na doprowadzeniu gruntu do wilgotności odpowiadającej
wilgotności granicy plastyczności. Robi się to przez kilkukrotne wałeczkowanie kulki
gruntu do momentu spękania wałeczka. Zebrane w naczynku popękane wałeczki gruntu
waży się a następnie suszy do stałej masy. Uzyskane masy służą do obliczenia
wilgotności, która jest wilgotnością granicy plastyczności.
Wilgotność granicy plastyczności określono metodą stożka EL24-0540 (3
próbki) oraz metodą Casagrande’a (1 próbka – Kart_3w/3,0).
Pierwsze badanie wykonano na podstawie BS 1377, 1924-2. Polega ono na
przygotowaniu pasty gruntowej i stopniowym dodawaniu do niej wody. Po
każdorazowym dodaniu wody jednorodną pastę gruntową umieszcza się w pierścieniu
pod stożkiem znajdującym się na określonej wysokości nad powierzchnią gruntu.
Następnie zwalnia się blokadę stożka, który opadając zagłębia się w gruncie.
Parametrem istotnym dla obliczenia granicy plastyczności jest głębokość zanurzenia
stożka w paście gruntowej a także wilgotność, którą należy określać dla pasty przy
kolejnych zagłębieniach stożka.
Metoda Casagrande’a polega na umieszczeniu pasty gruntowej w miseczce i

38
wykonaniu w niej bruzdy za pomocą specjalnego rysika. Następnie uderzaniu miseczką
o podstawę w specjalnym aparacie do momentu zejścia się bruzdy na długości 1 cm i
wysokości 1 mm. Elementami służącymi do obliczenia wilgotności granicy
plastyczności są: ilość uderzeń w momencie zejścia się bruzdy oraz wilgotność pasty w
tym momencie. Badanie zostało wykonane wg PN-88/B-04481.
Porównanie metod wypada na korzyść badania za pomocą stożka. Metoda ta w
mniejszym stopniu zależy od subiektywnej oceny badającego. Sam odczyt głębokości
odbywa się półautomatycznie a elementami badania zależnymi od dokładności
badającego są jedynie przygotowanie i odpowiednie umieszczenie pasty w pierścieniu.
W badaniu metodą Casagrande’a poza przygotowaniem pasty istnieje możliwość
popełnienia błędu jeżeli chodzi o ocenę momentu, kiedy bruzda ulega zejściu. Wymaga
dużego doświadczenia i wnikliwej obserwacji powierzchni pasty.
Na podstawie stopnia plastyczności obliczonego za pomocą wyników granic
konsystencji dla badanych gruntów można określić ich stan. Dla próbki Kart_3w/3,0 –
półzwarty; P12/2,2 i P25/2,2 - twardoplastyczny a dla P10/1,0 - plastyczny. Trzy próbki
gruntów to gliny zwałowe zlodowacenia Warty natomiast jedna (P12/2,2) to glina
deluwialna. Wyniki z uzyskanymi parametrami prezentuje tabela 4.
Wzory na podstawie, których obliczono wskaźniki zawarte w tabeli zaprezentowano
poniżej (objaśnienia symboli zawarte w tabeli 4):
Stopień plastyczności:
PL
Pn
L
ww
ww
I



Wskaźnik plastyczności:
PLP wwI 
Wskaźnik konsystencji:
PL
nP
C
ww
ww
I




39
Tab. 4 Zestawienie wyników badań granic Attenberga, źródło: opracowanie własne
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Nazwa wg
PN-84/B-
02480
wn
[%]
wL
[%]
wP
[%]
IL [-] IP [%] IC [-]
3.1 P12/2,2 Gpz 14,93 29,70 12,04 0,16 17,61 0,84
3.2 P25/2,2 I 17,47 40,7 16,64 0,03 24,02 0,97
3.3 P10/1,0 Gpz 18,59 28,5 14,1 0,32 14,49 0,68
3.4 Kart_3w/3,0 Gz 13,75 26,6 15,18 -0,12 11,43 1,12
Objaśnienia do symboli użytych w tabeli:
wn – wilgotność naturalna [%]
wL – wilgotność granicy płynności [%]
wP – wilgotność granicy plastyczności [%]
IL – stopień plastyczności [-]
IP – wskaźnik plastyczności [%]
IC – wskaźnik konsystencji [-]
7.4 Zawartość substancji organicznej
Zawartość substancji organicznej jest to stosunek masy substancji organicznej do
masy badanej próbki wyrażany w procentach. Parametr ten jest istotnym czynnikiem
mogącym mieć wpływ na warunki geologiczno-inżynierskie podłoża budowlanego.
Podczas określania nazwy gruntu, zawartość powyżej 2 % substancji organicznej
powoduje, że grunt jest klasyfikowany jako organiczny. Grunty organiczne na ogół są
słabonośne.
Badanie zawartości substancji organicznej wykonano metodą strat prażenia wg
ASTM D 2974-87, gdzie temperatura prażenia wynosi 440 o
C i jest ona niższa niż
proponowana w PN-88/B-04481. W celu nadania nazwy badanemu gruntowi założono
że IZ = IOM. Założenie to wydaje się być słuszne ze względu na fakt, iż utlenianie
związków mineralnych w próbce w temperaturze 440 o
C nie jest na tyle duże aby
wpłynąć w znaczący sposób na wynik.
Próbka poddana analizie to piasek średni eoliczny o zawartości substancji
organicznej 4,1 %. Według PN-84/B-02480 nazwa dla takiego gruntu to grunt
próchniczny.
Tab. 5 Zestawienie wyników badania zawartości substancji organicznej, źródło: opracowanie własne
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Nazwa wg
PN-84/B-02480
IZ [%]
4.1 P08/1,0 Grunt próchniczny 4,10

40
7.5 Gęstość właściwa szkieletu gruntowego
Gęstość właściwa szkieletu gruntowego (s) jest to stosunek masy szkieletu
gruntowego do objętości tego szkieletu wyrażany w Mg/m3
.
Badanie tego parametru wykonano dla gliny zwięzłej (Kart_3w) przy użyciu
piknometru gazowego Micrometrisc AccuPyc 1330. Procedurę przeprowadzono według
instrukcji urządzenia zgodnie z PN-88/B-04481. Przygotowanie próbki do badania
polegało na wysuszeniu jej do stałej masy i roztarciu w moździerzu. Następnie próbkę
gruntu numer 1 umieszczono w aparacie, próbkę 2 dodatkowo przesiano przez sito
0,0063 mm. Wyniki badania są nieco zaskakujące, gdyż gęstość próbki nieprzesianej
jest większa niż przesianej. Świadczy to o tym, że na sicie zamiast spodziewanych
ziaren kwarcu o gęstości 2,65 Mg/m3
prawdopodobnie pozostały agregaty minerałów
ciężkich które zawyżyły gęstość. Zdecydowano przyjąć wartość 2,68 Mg/m3
jako
parametr gęstości właściwej dla badanego gruntu, ponieważ jest to wartość bliższa
typowym dla tego rodzaju gruntów.
Tab. 6 Zestawienie wyników badania gęstości właściwej szkieletu gruntowego, źródło: opracowanie
własne.
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Gęstość właściwa szkieletu
gruntowego s [Mg/m3
]
5.1 Kart_3w1/3,0 2,68
5.2 Kart_3w2/3,0 2,66
7.6 Gęstość objętościowa gruntu
Gęstość objętościowa gruntu jest to stosunek masy próbki gruntu do jej objętości
wyrażony w Mg/m3
.
Badanie wykonano przy użyciu wagi przystosowanej do ważenia
hydrostatycznego z programem komputerowym firmy RADWAG. Procedurę
przeprowadzono zgodnie z instrukcją urządzenia według PN-88/B-04481.
Przygotowanie próbek polegało na wycięciu z gruntu, o nienaruszonej strukturze,
kostek o wymiarach ok. 1 cm3
. Następnie umieszczeniu ich w parafinie i dokonaniu
pomiarów.
Dla pięciu próbek gliny otrzymano średnią gęstość objętościową równą 2,12
Mg/m3
. Jest to wynik prawdopodobny dla tego typu gruntu.

41
Tab. 7 Zestawienie wyników badania gęstości objętościowej szkieletu gruntowego, źródło: opracowanie
własne.
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Gęstość objętościowa szkieletu
gruntowego  [Mg/m3
]
6.1 Kart_3w/3,0 2,12
7.7 Badanie wytrzymałości gruntu w aparacie bezpośredniego ścinania
Dzięki badaniu w aparacie bezpośredniego ścinania możemy uzyskać parametry
wytrzymałościowe gruntu, takie jak: spójność, kąt tarcia wewnętrznego a także
wytrzymałość na ścinanie przy danym naprężeniu.
Wytrzymałość gruntu na ścinanie jest to największy (graniczny) opór odniesiony
do jednostki powierzchni, który stawia ośrodek gruntowy naprężeniom ścinającym
występującym w danym punkcie badanego gruntu. Wytrzymałość gruntu na ścinanie
jest składową dwóch elementów: spójności i kąta tarcia wewnętrznego. Spójność
inaczej kohezja, jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany
wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Kąt tarcia wewnętrznego
jest miarą oporu gruntu przeciw poślizgowi dwu części względem siebie. Zależność
pomiędzy tymi parametrami opisana jest wzorem Coulomba:
uunf ctg  
gdzie:
f - wytrzymałość na ścinanie [kPa]
n - naprężenie normalne do płaszczyzny ścinania [kPa]
u - kąt tarcia wewnętrznego [o
]
uc - spójność (kohezja) [kPa]
Próbki do badania muszą mieć nienaruszoną strukturę, przygotowanie ich polega
na wycięciu z monolitu kostek o wymiarach 6 cm x 6 cm x 2 cm. Następnie umieszcza
się je w aparacie w ten sposób, połowa próbki znajduje się w dolnej a połowa w górnej
skrzynce urządzenia. Kolejno prostopadle do największego boku na próbkę zadaje się
odpowiednią siłę. W tym przypadku zastosowano pięć wartości sił odpowiadających
naprężeniom: 78, 100, 150, 200, 300 kPa. Po wykonaniu powyższych czynności
rozpoczyna się badanie. Uruchamia się tłok przemieszczający się z prędkością 0,1 mm
na minutę, który przenosi naprężenia działające w kierunku prostopadłym do
największej płaszczyzny próbki. Podczas badania zapisywane są cztery parametry, jest
to: czas [min], siła pionowa [N], siła pozioma [N] i przesunięcie skrzynki [mm].

42
Odczyty z urządzenia posłużyły do sporządzenia wykresów zależności
wytrzymałości na ścinanie () od czasu (t) (zał. 7.1). Z wykresów tych można
wyznaczyć wartości maksymalnej wytrzymałości na ścinanie (f) przy danym
naprężeniu normalnym. Jako kryterium przyjęto moment, kiedy pomimo upływu czasu
naprężenia nie wzrastają, jest to równoznaczne ze zniszczeniem próbki. Podczas
badania przy naprężeniu normalnym 150 kPa jeden z czujników uległ obluzowaniu w
wyniku czego nie zostały zarejestrowane naprężenia w pierwszej fazie badania.
Wartości wytrzymałości na ścinanie i naprężeń normalnych posłużyły do sporządzenia
wykresu równania opisującego wytrzymałość badanego gruntu. Równanie to ma postać:
6830  o
nf tg . Wykres przedstawiony został w załączniku 7.1.
Na podstawie badania próbka – glina zwałowa zlodowacenia Warty (glina
zwięzła) posiada spójność równą 68 kPa oraz kąt tarcia wewnętrznego 30 o
. Wyniki
zaprezentowano w tabeli 8.
Tab. 8 Zestawienie wyników badania wytrzymałości gruntu w aparacie bezpośredniego ścinania, źródło:
opracowanie własne.
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Nazwa wg
PN-84/B-02480
cu [kPa]  [o
]
7.1 Kart_3w/3,0 Glina zwięzła 68 30
7.8 Badanie prędkości rozchodzenia się fal podłużnych i poprzecznych w gruncie
za pomocą piezoelementów (Bender element).
Badanie prędkości rozchodzenia się fal w gruncie jest badaniem nieniszczącym.
Polega ono na wzbudzeniu fali sprężystej i rejestracji tej fali po przejściu przez próbkę.
Znając czas wysłania i odebrania fali po przeciwnej stornie próbki, a także długość
próbki można obliczyć prędkość fali. Do dalszych obliczeń ważne jest zarejestrowanie
dwóch rodzajów fal: podłużnej i porzecznej. Prędkość rozchodzenia się fali podłużnej
jest większa niż fali poprzecznej. Fale te różnią się także tym, że drgania cząsteczek
gruntu w fali podłużnej są zgodne z kierunkiem rozchodzenia się tej fali, natomiast w
fali poprzecznej drgania są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali.
Przygotowanie próbki do badania polega na wycięciu z bryły gruntu o
nienaruszonej strukturze walca o wymiarach: średnica 10 cm, wysokość 10 cm.
Następnie nakłada się na nią gumowy rękaw, który będzie uniemożliwiał dostawanie się

43
wody do próbki w trakcie badania. Próbkę umieszcza się w postumencie, a od góry
nakłada się na nią przykrywkę. Zarówno w postumencie jak i w przykrywce znajdują
się po dwa piezoelementy (bender elements) ułożone prostopadle względem siebie.
Zadaniem tych elementów jest wywołanie fali sprężystej za pomocą drgania, które jest
wzbudzane przez impuls elektryczny. Podczas gdy piezoelementy na jednej stronie
próbki np. postumencie wzbudzają falę, położone po przeciwnej na wieczku odbierają
ją. Dzieje się to w ten sposób, że piezoelement, do którego dociera fala generuje
napięcie przekazywane do modułu zbierającego dane a dalej do komputera. Prostopadłe
ułożenie odbiorników pozwala na zarejestrowanie zarówno fali podłużnej jak i
poprzecznej. Gdy próbka jest zamontowana wkłada się ją do komory, w której za
pomocą wody będzie na próbkę wywierane ciśnienie. Pierwszy pomiar prędkości
przeprowadzono bez zadawania ciśnienia, natomiast kolejny wykonano po 24
godzinach od zadania ciśnienia 100 kPa. Otrzymane wyniki prędkości fal w próbce
gliny zwięzłęj (Kart_3w) przedstawiono w tabeli 9.
Parametry sprężyste gruntów, poza wyżej wymienioną metodą, można określić
również w inny sposób. Metody te można podzielić na dwie grupy są to: badania
polowe i badania laboratoryjne. Do badań polowych należą: badania geofizyczne
powierzchniowe (SASW, CSWS), geofizyczne otworowe (crosshole, downhole) oraz
sondowania geofizyczne (SCPT, SDMT). Metody laboratoryjne to: konwencjonalne
badanie trójosiowe, badanie piezoelementami oraz badanie w kolumnie rezonansowej.
Tab. 9 Zestawienie wyników badania prędkości rozchodzenia się fal podłużnych i poprzecznych w
gruncie, źródło: opracowanie własne.
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Naprężenia
[kPa]
Prędkość fali [m/s]
podłużnej poprzecznej
8.1 Kart_3w/3,0
0 297 179
100 604 214
Na podstawie wyznaczonych prędkości fal można wyznaczyć szereg
parametrów opisujących odkształcenia sprężyste gruntu. Parametry te są szczególnie
istotne podczas różnego rodzaju obliczeń z użyciem Metody Elementów Skończonych
(MES). Wzory, na podstawie których wyznaczono parametry przedstawiono poniżej
natomiast uzyskane wartości prezentuje tabela 10.

44
Współczynnik Poissona jest to stosunek odkształcenia poprzecznego do
odkształcenia podłużnego przy osiowym naprężeniu. Można go wyznaczyć ze wzoru:
1)(
1)(
2
1
2
2



s
p
s
p
V
V
V
V

Moduł Younga wyraża zależność naprężenia osiowego do względnego
odkształcenia liniowego. Można go wyznaczyć ze wzoru:
)1(*2
2
  sVE
Moduł ścinania jest definiowany jako stosunek naprężenia ścinającego do
odkształceń postaciowego. Można go wyznaczyć za pomocą wzoru:
2
max * sVG 
Współczynnik sprężystości objętościowej według definicji jest to wartość
ciśnienia potrzebna do zmniejszenia objętości próbki o określona wielkość (V*1/e).
Parametr określić można ze wzoru:
)
3
4
(
22
sp VVK  
Objaśnienia do wzorów:
 - współczynnik Poissona [-]
pV - prędkość fali podłużnej [m/s]
sV - prędkość fali poprzecznej [m/s]
E ( 0E , maxE ) - moduł Younga (moduł odkształcenia) [MPa]
 - gęstość objętościowa gruntu [Mg/m3
]
maxG ( 0G ) – moduł ścinania [MPa]
K - współczynnik sprężystości objętościowej [MPa]
Tab.10 Zestawienie obliczonych parametrów opisujących odkształcenia sprężyste w gruncie, źródło:
opracowanie własne.
Numer załącznika
z kartą badania
Numer próbki
Naprężenia
[kPa]

[-]
E
[MPa]
Gmax
[MPa]
K
[MPa]
8.1 Kart_3w/3,0
0 0,21 165,03 67,93 96,43
100 0,43 277,33 97,09 643,96

45
8. Warunki geologiczno-inżynierskie podłoża budowlanego
W celu zobrazowania zmienności warunków geologiczno-inżynierskich na
terenie objętym pracą magisterską wykonano mapy analityczne prezentujące różne
elementy wpływające na ocenę przydatności podłoża gruntowego na potrzeby
budownictwa mieszkalnego. Do czynników tych należą: spadki terenu, głębokość do
zwierciadła wody gruntowej oraz rodzaj gruntu i wyznaczone dla niego dopuszczalne
obciążenia jednostkowe. Dodatkowo wykonano przekrój geologiczno-inżynierski w
rejonie projektowanego tunelu pod torami PKP, na którym wyznaczono warstwy
geologiczno-inżynierskie wraz z parametrami niezbędnymi przy projektowaniu tunelu.
8.1 Omówienie metod i narzędzi użytych do wykonania map i przekrojów
Mapy dołączone do pracy magisterskiej, zostały wykonane przy użyciu
edukacyjnej wersji programu ArcGIS 9.3.1. Jest to narzędzie bazujące na zyskującej
coraz wiersze zastosowanie technologii GIS.
System informacji geograficznej (GIS, Geographic Information System) jest to
system zaprojektowany w celu gromadzenia, zarządzania, analizowania,
modyfikowania oraz prezentowania danych posiadających przypisaną lokalizację.
Innymi słowy jest połączeniem kartografii, technologii bazodanowej oraz analiz
statystycznych. Cechą charakterystyczną jest posiadanie przez każdy typ informacji
zgromadzonej w bazie danych specyficznego atrybutu jakim jest położenie
geograficzne. Użycie tego systemu staje się coraz powszechniejsze i ułatwia pracę w
wielu dziedzinach także w geologii.
Zalety GIS:
- łatwy i szybki dostęp do danych,
- możliwość tworzenia złożonych zapytań opartych o różnorodne kryteria,
- możliwość dodawania nowych informacji do istniejącej już bazy danych,
- możliwość poprawiania i zmieniania informacji zawartych w bazie danych,
- szybka możliwość dostosowania treści mapy do potrzeb użytkownika,
- uporządkowana struktura danych.

46
Zastosowanie GIS w geologii jest bardzo szerokie i daje możliwość lepszego i
szybszego docierania do potrzebnych informacji. Na szczególna uwagę zasługują
geoportal IKAR oraz Centralna Baza Danych Geologicznych. Są to serwisy
prowadzone przez Państwowy Instytut Geologiczny zawierające dane geologiczne,
takie jak: mapy geologiczne, otwory wiertnicze, złoża surowców i wiele innych
związanych z geologią. Dostęp do nich jest możliwy za pośrednictwem przeglądarki
internetowej, a także przez oprogramowanie GIS (ArcGIS, MapInfo) z użyciem
serwerów WMS (Web Map Service). Załącznik 9.1 - Fragment Szczegółowej Mapy
Geologicznej Polski powstał z użyciem wyżej wymienionych geoportali. Zalety
stosowania GIS w geologii są szczególnie widoczne przy różnego rodzaju analizach
przestrzennych, gdzie istotna jest geometria badanego zjawiska. Przykładem mogą być
zastosowania GIS w hydrogeologii przy obliczaniu zasobów wód podziemnych,
wyznaczaniu GZWP, czy też monitorowaniu przemieszczania się zanieczyszczeń.
Kolejnym przykładem jest zastosowanie w geofizyce przy projektowaniu badań i
późniejszej ich interpretacji.
Przekroje geologiczne i geologiczno-inżynierski, a także karty otworów
badawczych wykonano przy użyciu bazodanowego programu GeoStar. Jest to narzędzie
w dużym stopniu współpracujące z technologią GIS. Stworzenie bazy danych z
informacjami dotyczącymi wierceń (m.in. głębokości stropów poszczególnych warstw
litologicznych, głębokość do zwierciadła wód, lokalizację punktów wierceń, rzędną
wiercenia) pozwala na uzyskanie wyskalowanych kart otworów badawczych,
zawierających szrafury dla poszczególnych typów gruntów, a także przekrojów
geologicznych w dowolnej skali i z założonym przewyższeniem. Użycie tego
oprogramowania znacznie skróciło czas potrzebny do wykonania wyżej wymienionych
załączników w porównaniu do metod opierających się na programach graficznych typu
AutoCAD lub CorelDRAW.
8.2 Mapa dokumentacyjna
Mapa dokumentacyjna w skali 1:10 000 (zał. 9.2) składa się z podkładu
topograficznego, naniesionych na niego wierceń badawczych oraz linii przekrojów.
Pierwszy etap tworzenia tej mapy polegał na nadaniu rastrowemu podkładowi

47
topograficznemu współrzędnych geograficznych (georeferencja). Po tym zabiegu każdy
punkt na mapie posiadał odpowiednie współrzędne. Następnie z mapy terenowej
przeniesiono do programu otwory badawcze oraz otwory archiwalne i przeprowadzono
przez nie linie przekrojów.
8.3 Mapa hydroizobat poziomów zawieszonych
Jednym z elementów wpływających na ocenę warunków geologiczno-
inżynierskich jest obecność wody gruntowej. Woda może zmieniać parametry gruntów,
a także utrudniać wykonywanie wykopów jeśli są one prowadzone poniżej zwierciadła.
Pomiary poziomu wody wykonano w lipcu 2010 oraz w maju 2011, a także
korzystano z danych archiwalnych zawierających informację o głębokości do
zwierciadła. Fakt, iż pomiary nie były jednoczasowe ma wpływ na dokładność
wykonanej mapy, niemniej jednak prezentuje ona ogólny zarys warunków wodnych na
danym obszarze. Alternatywą było wybranie jedynie punktów, gdzie pomiary były
wykonane w niewielkim odstępie czasu. Takie rozwiązanie nie pozwoliłoby jednak na
uzyskanie mapy w zalecanej dokładności tj. skali 1:10 000.
Zwierciadło na analizowanym obszarze występuje jako poziomy wód
zawieszonych. Nie wykazują one rozprzestrzenienia na całym terenie pracy
magisterskiej a zalegają jedynie w soczewkach piasków w otoczeniu glin zwałowych.
Występują w centrum na północnym wschodzie i na południu.
W celu zobrazowania warunków wodnych wykonano mapę hydroizobat
poziomów zawieszonych – załącznik 9.3. Ilustruje ona głębokość do zwierciadła wody,
liczoną od powierzchni terenu. Wydzielono trzy kategorie głębokości 0-1 m, 1-2 m oraz
>2 m. Mapę wykonano w programie ArcGIS za pomocą narzędzia spline. Jest to metoda
interpolacji, kreśląca izolinie za pomocą funkcji matematycznej, której założeniami są:
minimalna krzywizna powierzchni oraz przechodzenie izolinii dokładnie przez punkty z
daną wartością.
8.4 Mapa spadków
Kolejnym czynnikiem determinującym warunki geologiczno-inżynierskie są
spadki terenu. Wysokie wartości nachyleń zboczy są potencjalnymi miejscami
występowania osuwisk. W celu dokładniejszego rozpoznania, na takich obszarach

48
przeprowadza się badania stateczności.
Do wykonania mapy spadków niezbędny jest podkład hipsometryczny. Mapę
można sporządzić na dwa sposoby: ręcznie na podkładzie papierowym oraz za pomocą
programów komputerowych z użyciem cyfrowego modelu terenu. Metoda ręczna
polega na kreskowaniu różnymi barwami pola miedzy izoliniami. Istotna tutaj jest
odległość pomiędzy nimi, im większa tym mniejszy spadek terenu. Jest to metoda
bardzo czasochłonna i jej dokładność w dużym stopniu zależy od skrupulatności
wykonującego mapę. Alternatywą dla wykonywania mapy w wyżej opisany sposób jest
metoda komputerowa. Do jej wykonania niezbędny jest cyfrowy model terenu. Dostęp
do takich danych oferuje Główny Urząd Geodezji i Kartografii posiadający numeryczne
modele terenu. Dla omawianego obszaru wykonane są one z użyciem barwnych zdjęć
lotniczych w skali 1 : 26000 oraz danych z aerotriangulacji. Na podstawie zdjęć
wykonano modele stereoskopowe, na których określono wysokość dla wybranych
punktów. Rzeczywista odległość pomiędzy punktami z wyznaczoną wysokością n.p.m.
wynosi 40 metrów, jest to tak zwane oczko siatki pomiarowej. Szkic prezentujący
cyfrowy model terenu z zaznaczonym terenem pracy magisterskiej prezentuje rycina 6.
Ryc. 6 Szkic prezentujący cyfrowy model terenu z zaznaczonym terenem pracy magisterskiej
(przewyższenie 10-krotne), źródło: opracowanie własne

49
Na zakupionym podkładzie wykonano analizę powierzchni terenu przy użyciu
narzędzia 3D Analist. W ten sposób powstała Mapa spadków terenu – załącznik 9.4.
Wydzielono cztery kategorie spadków: <2 %, 2-5 %, 5-12 %, >12%. Większość
omawianego obszaru to zbocza o nachyleniu mniejszym niż 2 %. Często występują
również pola 2-5 %. Sporadycznie zbocza osiągają wartości 5-12%. Natomiast obszary
ze spadkami powyżej 12 % zajmują najmniejszą powierzchnię i są to wyłącznie obszary
przekształcone przez człowieka. Wyraźnie zarysowują się jako nasypy kolejowe na
północy obszaru. Widoczne są również skarpy na zachodzie i w centrum oraz wykop na
wschodzie. Największym obszarem o spadkach powyżej 12% jest strzelnica wojskowa
położona na południowym zachodzie. Na obszarze tym nie stwierdzono osuwisk jest on
porośnięty roślinnością.
8.5 Mapa gruntów budowlanych i dopuszczalnych obciążeń na głębokości 2
metrów.
Mapa gruntów i dopuszczalnych obciążeń na głębokości 2 metrów w skali 1:10
000 (zał. 9.6) zawiera regionalizację dwóch istotnych czynników branych pod uwagę
przy posadawianiu obiektów budowlanych.
Pierwszy z nich to rodzaj gruntów. Na mapie wydzielono cztery grupy gruntów
mineralnych rodzimych: pospółki; piaski grube i średnie; piaski drobne i pylaste; piaski
gliniaste, gliny, pyły, iły oraz grunty nasypowe: nasypy niebudowlane. W grupie
piasków gliniastych, glin i iłów zawierają się również gliny zwięzłe, gliny piaszczyste,
gliny pylaste itd. Grupa nasypów niebudowlanych są to grunty dla których należy
przeprowadzić dokładniejsze badania w celu określenia ich przydatności dla
budownictwa, znajdują się one w zachodniej części mapy. Na analizowanym terenie
największe rozprzestrzenienie wykazują grunty zaliczone do grupy piasków gliniastych,
glin, pyłów i iłów. Pozostałe grupy występują w postaci mniejszych i większych płatów.
Drugi z elementów prezentowanych na mapie to wartości dopuszczalnych
obciążeń podłoża pod fundamentami budowli na głębokości 2 metrów. Dopuszczalne
obciążenie (qdop) jest to obciążenie graniczne gruntu pod fundamentem (qf) podzielone
przez współczynnik pewności (F – przyjmuje się w zależności od pewności
wyznaczonych parametrów gruntu od 2 do 3). Zgodnie z zaleceniami Instrukcji
sporządzania mapy warunków geologiczno inżynierskich skali 1:10 000 i większej dla
potrzeb planowania przestrzennego w gminach. (Barzyński, Drągowski, Frankowski,

50
Kaczyński, Lemieszek, Nałecz, Tarwacki, Zawadzki, 1999) wartości qdop zostały
przyjęte za tabelą 12-2, Zarys geotechniki, Z. Wiłun. Wartości dopuszczalnych obciążeń
w tabeli zostały zróżnicowane ze względu na rodzaj gruntu oraz jego stan. Na mapie
zostały one zaprezentowane w czterech grupach: < 100 kPa, 100-200 kPa, 200-400 kPa,
>400 kPa. Największe rozprzestrzenienie zajmują grunty o dopuszczalnych
obciążeniach 200-400 kPa, drugie w kolejności są grunty 100-200 kPa. Grunty o
dopuszczalnych obciążeniach do 100 kPa oraz powyżej 400 kPa występują w postaci
izolowanych płatów i zajmują najmniejszą powierzchnię z wyżej wymienionych grup.
Mapa została wykonana w programie ArcGIS. Do wyznaczenia przestrzennych
relacji pomiędzy punktami o różniej litologii użyto narzędzia allocation, która
wykorzystuje matematyczną metodę podziału płaszczyzny - Diagram Woronoia. W celu
wygładzenia krawędzi i nadaniu atrakcyjniejszego wyglądu zdecydowano się użyć
funkcji smooth. Korzystając z wiedzy geologicznej skorygowano kształt części z
poligonów.
8.6 Mapa warunków geologiczno-inżynierskich.
Na podstawie wyżej opisanych map sporządzono mapę warunków geologiczno-
inżynierskich, zawierającą klasyfikację opierającą się na elementach takich jak: spadki
terenu, głębokość do zwierciadła pierwszego poziomu wodonośnego, dopuszczalne
obciążenia oraz występowanie procesów geodynamicznych. Wydzielono cztery
kategorie warunków geologiczno-inżynierskich: bardzo złe, złe, średnie i dobre.
1. Warunki geologiczno- inżynierskie bardzo złe:
- spadki terenu powyżej 12 %,
- głębokość do pierwszego zwierciadła wód gruntowych poniżej 1 metra,
- występowanie gruntów organicznych, nasypów niebudowlanych oraz gruntów
budowlanych o dopuszczalnych obciążeniach jednostkowych mniejszych niż
100 kPa,
- obecność czynnych procesów geodynamicznych.
Bardzo duże trudności wykonywania i eksploatacji obiektów budowlanych.

51
2. Warunki geologiczno- inżynierskie złe:
- spadki terenu w granicach 5 - 12 %,
- głębokość do pierwszego zwierciadła wód gruntowych w granicach 1 - 2
metry,
- występowanie gruntów budowlanych o dopuszczalnych obciążeniach
jednostkowych w granicach 100 - 200 kPa,
- obecność czynnych procesów geodynamicznych.
Możliwości wystąpienia trudności wykonywania i eksploatacji obiektów budowlanych.
3. Warunki geologiczno- inżynierskie średnie:
- spadki terenu mniejsze niż 5 %,
- głębokość do pierwszego zwierciadła wód gruntowych w granicach powyżej 2
metrów,
jednostkowych w granicach 200 - 400 kPa,
- możliwa obecność czynnych procesów geodynamicznych.
Przeciętne warunki wykonywania i eksploatacji obiektów budowlanych.
4. Warunki geologiczno- inżynierskie dobre:
- spadki terenu mniejsze niż 5 %,
- głębokość do pierwszego zwierciadła wód gruntowych powyżej 2 metrów,
jednostkowych powyżej 400 kPa,
- brak możliwości wystąpienia czynnych procesów geodynamicznych.
Dobre warunki wykonywania i eksploatacji obiektów budowlanych.
Wykonanie mapy pozwoliło na regionalizację warunków
geologiczno-inżynierskich. Na przeważającym obszarze występują tereny zaliczone do
kategorii 2 tj. warunki geologiczno-inżynierskie złe stanowią one 48% ogółu. Zostały
one tak sklasyfikowane ze względu na wartości dopuszczalnych jednostkowych
obciążeń na głębokości 2 metrów (69%), głębokość do zwierciadła wody gruntowej

52
(35%) oraz wartości spadków (4%). Po zsumowaniu punków procentowych widać że
7% terenów w tej kategorii spełnia więcej niż jeden z wymienionych kryteriów. Kolejna
druga co do rozprzestrzeniania jest kategoria 3 tj. warunki geologiczno-inżynierskie
średnie, stanowi ona 30% ogółu. Tereny zostały zaklasyfikowane do tej kategorii za
względu na wartości dopuszczalnych jednostkowych obciążeń na głębokości 2 metrów.
Kategoria 1 i 4 stanowią po 11% ogółu powierzchni. Procentowy udział czynników
wpływających na zaklasyfikowanie terenów do kategorii 1 prezentuje się następująco:
wartości dopuszczalnych jednostkowych obciążeń na głębokości 2 metrów (55%),
głębokość do zwierciadła wody gruntowej (45%) oraz wartości spadków (3%).
Procentowy rozkład kategorii ilustruje rycina 7.
Ryc 7. Procentowy udział terenów zaklasyfikowanych do danej kategorii warunków geologiczno-
inżynierskich w stosunku do ogółu powierzchni pracy magisterskiej, źródło: opracowanie własne
kategoria 4
11%
kategoria 1
11%
kategoria 3
30%
kategoria 2
48%
Do wykonania mapy użyto programu ArcGIS. Zadanie polegało na nałożeniu na
siebie poszczególnych warstw tematycznych: spadków, obciążeń oraz głębokości do
wody i nadaniu im odpowiedniej klasy warunków geologiczno inżynierskich. Warunki
zostały zaprezentowane na podkładzie topograficznym, z naniesiona mapą gruntów
budowlanych na głębokości dwóch metrów. Podczas wydzielania obszarów o danej
kategorii warunków geologiczno-inżynierskich, zdecydowano się na pominięcie pól o
rozprzestrzenieniu mniejszym niż 10 metrów w terenie, tj. których wielkość na mapie
jest mniejsza niż 1 mm. Skorzystano z narzędzia integrate. Operacja ta spowodowała
uczytelnienie mapy. Usuniętych została część poligonów pochodzących z warstwy
spadki, których obecność na mapie w skali 1:10 000 wydaje się być nie wskazana,

53
ponieważ wprowadza zbyt dużą szczegółowość jednej warstwy przy znacznie mniejszej
dokładności pozostałych warstw (wynika z założeń sporządzania mapy w danej skali).
8.7 Warunki geologiczno-inżynierskie w rejonie tunelu pod torami PKP.
8.7.1 Charakterystyka projektowanego tunelu
Do celów wstępnych opracowań zaproponowano dwa warianty budowy tunelu,
których krótką charakterystykę prezentuje tabela 11.
Tab. 11 Proponowane warianty budowy tunelu, źródło: Raport o oddziaływaniu przedsięwzięcia na
środowisko polegającego na budowie tunelu drogowego wraz z ciągiem pieszym zlokalizowanych na
stacji Siedlce pomiędzy ulicami Kilińskiego i Składową.
Wariant 1 Wariant 2
- długość tunelu – 102 m
- szerokość w świetle – 10 m
- zagłębienie tunelu – do 6 m
- światło pionowe w osi jezdni – 3,6 m
- wyjście z tunelu na perony (2 klatki schodowe)
- długość tunelu 155 m
- szerokość w świetle – 10 m
- zagłębienie tunelu – do 6 m
- światło pionowe w osi jezdni – 3,6 m
- wyjście z tunelu na perony (2 klatki schodowe)
- brak ciągłości ul.Kolejowej (włączenie w
ul.Kilińskiego)
- ul.Kilińskiego, od końca tunelu (km 0,102)
biegnie w murach oporowych,
- koniec tunelu wraz z dojazdami (po stronie
północnej) – 0,435,23 km
- rozwiązanie drogowe po stronie południowej,
takie samo w obu wariantach
- ul.Kolejowa biegnie nad tunelem prowadzonym
w ciągu ul.Kilińskiego, wylot tunelu znajduje się
w pikietażu – 0,261 km,
- koniec tunelu wraz z dojazdami (po stronie
północnej) – 0,435,23 km
- rozwiązanie drogowe po stronie południowej,
takie samo w obu wariantach
Budowa tunelu będzie początkowo prowadzona z poziomu powierzchni ziemi,
przy częściowym wyłączeniu ruchu pociągów jednak bez jego całkowitego
zatrzymania. Budowa będzie przebiegała w kilku etapach gdzie początkowo ruch
pociągów będzie się odbywał na torach, na których nie będą prowadzone prace
następnie przeniesiony zostanie na tory, pod którymi wykonane już zostaną prace
związane z budową tunelu. Metoda zaproponowana do wykonania tunelu to metoda
mediolańska. Polega ona na wykonaniu ścian szczelinowych, na których zostanie
wylany strop, a następnie wybraniu gruntu znajdującego pod wylanym stropem i
pomiędzy ścianami. Etapy powstawania ściany szczelinowej pokazuje rycina 8.
Pierwszy z nich to wykonanie ścianek prowadzących (ryc.8a). Zapobiegają one
obrywaniu się powierzchniowej warstwy gruntu i jego mieszaniu się z zawiesiną
bentonitową, a także stanowią prowadnicę dla maszyny drążącej szczelinę. Kolejny etap
polega na pogłębianiu szczeliny i jednoczesnym wypełnianiu jej zawiesiną bentonitową

54
poprawiającą stateczność ścian wykopu, a także uniemożliwiającą dostawanie się wody
do wykopu (ryc. 8b). Po uzyskaniu odpowiedniej głębokości do wykopu wypełnionego
zawiesiną wprowadza się kosz zbrojeniowy (ryc. 8c) a następnie przeprowadza się
betonowanie podwodne, wprowadzając beton od dna wykopu przez co zawiesina
bentonitowa jest wypychana ku górze (ryc. 8d). Po wykonaniu ścian szczelinowych
następuje etap budowy stropu tunelu, który będzie pełnił rolę rozpory pozwalającej
utrzymać ściany w odpowiednim położeniu. Strop wykonuje się bezpośrednio na
gruncie układając warstwę chudego betonu, na której wykonuje się zbrojenie a
następnie zalewa betonem. Tak przygotowana płyta stropowa wraz ze ścianami
szczelnymi stanowi solidną obudowę tunelu umożliwiająca wykonanie kolejnego etapu,
czyli wybieraniu gruntu z pod płyty. Urobek jest usuwany przez otwory technologiczne
w stropie płyty (w miejscach tych na ogół konieczne jest zastosowanie rozparcia ścian
szczelinowych). Po usunięciu gruntu można przejść do etapu wykonania płyty dennej
tunelu. Po jego ukończeniu tunel posiada pełną obudowę żelbetową i jest gotowy do
wykonywania dalszych prac wykończeniowych. Tunel posadowiony będzie na piaskach
drobnych i pylastych średniozagęszczonych, warstwa (2b).
Ryc. 8 Zasadnicze etapy wykonywania ściany szczelinowej, źródło: Problemy stateczności pionowej
szczeliny w gruncie, Wł. Brząkała, K. Górska
8.7.2 Przekrój geologiczno-inżynierski
W celu szczegółowego rozpoznania warunków geologiczno-inżynierskich w
miejscu projektowanego tunelu pod torami PKP w Siedlcach wykonano przekrój
geologiczno-inżynierski biegnący wzdłuż osi omawianego obiektu. Przekrój powstał na
podstawie 3 wierceń o głębokości 11 metrów oddalonych od siebie o około 50 metrów.
Łączna długość przekroju w terenie to 110 metrów, został on wykonany z dwukrotnym
przewyższeniem w skali pionowej 1:400 i skali poziomej 1:200.

55
Na podstawie zebranych danych stwierdzono prostą budowę geologiczną.
warstwy zalegają poziomo i jednorodnie. Na powierzchni terenu występuje warstwa
nasypów o miąższości około jednego metra, głębiej piaski i żwiry wodnolodowcowe
zlodowacenia Warty o podobnej miąższości. Kolejno gliny zwałowe zlodowacenia
Warty a pod nimi miąższy kompleks piasków zastoiskowych zlodowacenia Warty.
Stosując kryterium genetyczno-stratygraficzne wyróżniono następujące warstwy
geologiczno-inżynierskie:
warstwa 1 – nasypy
warstwa 2a – piaski i żwiry wodnolodowcowe zlodowacenia Warty
warstwa 3 – gliny zwałowe zlodowacenia Warty
warstwy 2b, 2c – piaski zastoiskowe zlodowacenia Warty
Warstwa 1 – nasypu budowlane. Rozdzielono na dwie warstwy 1a – tłuczeń
oraz 1b – pospółka dla warstwy tej zaproponowano ID=0,41
Warstwa 2a – zbudowana jest z piasków i żwirów wodnolodowcowe
zlodowacenia Warty. Litologicznie są to piaski drobne z przewarstwieniami i
domieszkami piasków gliniastych i żwirów oraz piaski drobne na pograniczu piasków
gliniastych. Dla warstwy tej przyjęto ID=0,41.
Warstwa 3 – genetycznie są to gliny zwałowe wykształcone jako gliny
piaszczyste, piaski gliniaste oraz pyły. Na podstawie litologii i stopnia plastyczności
wydzielono trzy podwarstwy. Warstwa 3a to gliny piaszczyste i piaski gliniaste o
konsystencji półzwartej dla której przyjęto stopień plastyczności IL=0 zalegają one
ciągłą warstwa o bardzo podobnej miąższości na całej długości przekroju. Warstwa 3b
to gliny piaszczyste dla których przyjęto IL=0,35. Ostatnia z podwarstw to wstawka
pyłów w piaskach zastoiskowych dla których przyjęto IL=0,35 oznaczono ją jako 3c.
Warstwa 2b i 2c to piaski zastoiskowe zlodowacenia Warty. warstwa 2b to
piaski drobne i piaski pylaste przewarstwione piaskami pylastymi i pyłami
piaszczystymi dla których przyjęto stopień zagęszczenia ID=0,5. występują na całym
analizowanym obszarze. Pod nimi występuje warstwa 2c zbudowana z piasków
i piasków pylastych o większym stopniu zagęszczenia. Przyjęto wartość projektową
ID=0,68

56
Wartości parametrów geologiczno-inżynierskich (tab. 12) wydzielonych warstw
gruntu określono wg. PN-81/B-03020 metoda korelacyjna B w oparciu o wartości cech
wiodących (stany gruntów). Parametry w ten sposób wyznaczone niezbędne do
projektowania obudowy tunelu to: gęstość objętościowa, kąt tarcia wewnętrznego,
spójność, edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej oraz edometryczny moduł
ściśliwości wtórnej.
Tab. 12 Zestawienie wartości parametrów geologiczno-inżynierskich warstw gruntów wydzielonych na
przekroju C-C’ (zał.10.3), źródło: opracowanie własne.
numerwarstwy
Symbolwg.PN88-B02480
rodzaj gruntu
Stan gruntu
Wartości normowe parametrów
geologiczno-inżynierskich
ID IL
Gęstośćobjętościowa
(n)
[Mg/m3
]
Kąttarcia
wewnętrznego
(n)
[o
]
Spójność
cu
(n)
[kPa]
Edometrycznymoduł
ściśliwościpierwotnej
E0[MPa]
Edometrycznymoduł
ściśliwościwtórnej
M0[MPa]
1a Nb (Tł) nasyp budowlany (tłuczeń) Parametrów nie ustalono
1b Nb (Po) Nasyp budowlany (pospółka) 0,41 - 1,75 38 0 60 67
2a
Pd||Pg,
Pd//Pg
Pd+Ż+Pg
piasek drobny przewarstwiony
piaskiem gliniastym,
piasek drobny na pograniczu
piasku gliniastego,
piasek drobny z domieszką
żwiru i piasku gliniastego
0,41 - 1,65 30 0 40 53
2b
Ppi,
Pd,
Pd||Ppi
Ppi||Pip
piasek pylasty,
piasek drobny,
piasek drobny przewarstwiony
piaskiem pylastym,
piasek pylasty przewarstwiony
pyłem piaszczystym,
0,50 - 1,75 30 0 48 62
2c
Pd
Ppi
piasek drobny,
piasek pylasty
0,68 - 1,85 31 0 61 82
3a
Gp
Pg
glina piaszczysta,
piasek gliniasty
- 0 2,20 22 40 50 65
3b Gp glina piaszczysta - 0,35 2,10 15 26 20 26
3c Pi pył - 0,35 2,00 15 26 20 26

57
8.7.3 Analiza naprężeń i odkształceń w obrębie tunelu
8.7.3a Metoda elementów skończonych
Metoda Elementów Skończonych (MES, ang. FEM, finite-element method) jest
to metoda rozwiązywania układów równań różniczkowych, polegająca na podziale
przestrzeni (tzw. dyskretyzacja) na skończone elementy, dla których rozwiązanie jest
przybliżane przez konkretne funkcje. Rzeczywiste obliczenia przeprowadzane są tylko
dla węzłów tego podziału. Metoda ta znajduje zastosowanie w dziedzinach takich jak:
wytrzymałość konstrukcji; symulacja: odkształceń, naprężeń, przemieszczeń; przepływ
ciepła, cieczy.
Metoda elementów skończonych jest alternatywą dla tradycyjnych obliczeń
opierających się o założenia stanów granicznych. W metodzie tej do obliczeń
wykorzystywane są inne parametry gruntów niż w metodzie tradycyjnej. Przy
obliczeniach zakłada się sprężysto-plastyczny model gruntu w oparciu o kryterium
uplastycznienia Columba-Mohra oraz przyjęto nieściśliwość materiałów w plastycznym
zakresie ich pracy. Dużą zaletą tej metody jest możliwość prowadzenia analiz dla
obiektów o nieregularnych kształtach i skomplikowanej geometrii co jest ograniczeniem
metody tradycyjnej.
Obliczenia wykonano za pomocą demonstracyjnej wersji programu Plaxis.
8.7.3b Założenia obliczeniowe i parametry gruntów
W celu ustalenia naprężeń i odkształceń podłoża w bezpośrednim sąsiedztwie
tunelu stworzono model podłoża gruntowego oraz ustalono parametry dla konkretnych
warstw. Obliczenia wykonano dla przekroju poprzecznego przez tunel na wysokości
punktu PKP_klad2 (zał. 10.3). Dokonano uproszczenia budowy geologicznej w
stosunku do zaprezentowanej na przekroju CC’ (zał. 10.3) w wyniku czego,
zdecydowano się na wydzielenie czterech warstw geologiczno-inżynierskich, którą
zaprezentowano na przekroju (ryc. 9). Dla warstw tych ustalono parametry niezbędne
do modelowania. Parametry dla warstwy 3a zostały określone na podstawie badań
laboratoryjnych, dla pozostałych warstw skorzystano z danych zaczerpniętych z

58
literatury. Wartości liczbowe parametrów geologiczno-inżynierskich dla modelowanych
warstw prezentuje tabela 13. Parametry dla ścian szczelonowych przyjęto za
programem Plaxis, dla płyty dennej przyjęto grubość 70 cm. Wymiary tunelu przyjęto
zgodnie z proponowanymi wariantami przedstawionymi w tabeli 10. Obliczenia
wykonano na czterech etapach prowadzenia prac: etap zerowy (warunki naturalne przed
przystąpieniem do prac), etap pierwszy (wykonanie ścian szczelinowych), etap drugi (
wybranie gruntu z przestrzeni ograniczonej przez ściany), etap trzeci (wykonanie płyty
dennej tunelu).
Tab. 13 Zestawienie wartości parametrów geologiczno-inżynierskich warstw gruntów, niezbędnych do
modelowania MES, źródło: opracowanie własne.
Numer warstwy  [-] E [Mpa] [Mg/m3
] cu [kPa] [o
]
2a 0,30 (2)
180 (3)
1,75 (2)
0 31 (3)
3a 0,43 (1)
277 (1)
2,12 (1)
68 (1)
30 (1)
2b 0,30 (2)
180 (3)
1,75 (2)
0 31 (3)
2c 0,30 (2)
310 (3)
1,85 (2)
0 33 (3)
Objaśnienia do tabeli:
(1) - parametry wyznaczone na podstawie odpowiednich badań laboratoryjnych
(metoda A)
(2) - parametry wyznaczone na podstawie cech wiodących wg PN-81/B-03020
(metoda B)
(3) - parametry wyznaczone na podstawie cech wiodących wg Soil mechanics, T. W.
Lambe, R. V. Whitman (metoda B)
Ryc. 9 Przekrój poprzeczny przez tunel i jego otoczenie z oznaczeniem warstw geologiczno-
inżynierskich, źródło: opracowanie własne

59
Etap zerowy - warunki naturalne
Dla etapu tego przeprowadzone zostały obliczenia odkształceń, ciśnienia wody
w porach gruntu, naprężeń całkowitych i naprężeń efektywnych. Odkształcenia zostały
zaprezentowane z użyciem siatki elementów skończonych na rycinie 10, nie występują
żadne odkształcenia ponieważ jest to stan pierwotny który będzie traktowany jako
wyjściowy przy obliczaniu przemieszczeń na kolejnych etapach modelowania.
Ciśnienie wody w porach gruntu ilustruje rycina 11, maksymalna wartość dla tego
przekroju to 89,39 kPa wystepuje ona na głębokości 9 metrów pod powierzchnią lustra
wody (15 metrów pod powierzchnią terenu). Na głębokości 15 metrów maksymalne
naprężenia całkowite wynoszą 216 kPa (ryc.12), natomiast maksymalne naprężenia
efektywne 126 kPa (ryc.13).
Ryc. 10 Deformacje siatki (etap 0), źródło: opracowanie własne

60
Ryc. 11 Ciśnienie porowe (etap 0), źródło: opracowanie własne
Ryc. 12 Naprężenia całkowite (etap 0), źródło: opracowanie własne

61
Ryc. 13 Naprężenia efektywne (etap 0), źródło: opracowanie własne
Etap pierwszy – wykonanie ścian szczelinowych
Etap pierwszy polega na modelowaniu naprężeń i odkształceń po wykonaniu
ścian szczelnych. Odkształcenia w 5000-krotnym przewyższeniu prezentuje rycina 14,
ich maksymalna wartość to 0,3 mm, są to niewielkie wartości wywołane przez osiadanie
gruntu pod ciężarem ściany. Maksymalne naprężenia całkowite i efektywne uległy
nieznacznemu zwiększeniu, wynoszą odpowiednio 220 kPa i 130kPa. Na rycinach
widać wzrost naprężeń pod ścianami szczelnymi. (ryc. 15, ryc. 16).

62

63
Etap drugi – wykonanie wykopu
Kolejny etap wprowadzi już znaczące zmiany stanów naprężeń i odkształceń w
analizowanym przekroju. Przemieszczenia całkowite na tym etapie wywołane są
odprężeniem gruntu po wykonaniu wykopu. Geometrię odkształceń ilustruje rycina 17,
największe odkształcenia widoczne są w dnie wykopu w pobliżu ścian szczelinowych
(wartości w 500-krotnym przewyższeniu). Wartości liczbowe odkształceń widoczne są
na rycinie 18, maksymalna wartość do 3,5 mm. Naprężenia całkowite osiągają
maksymalną wartość w dnie wykopu i wynosi ona 212 kPa widać wyraźny spadek
naprężeń w dnie wykopu (ryc. 19). Maksymalne naprężenia efektywne na tym etapie
występują pod ścianami szczelnymi, w stosunku do poprzedniego etapu w miejscu tym
nastąpił wzrost i wynoszą one 146 kPa, jest to spowodowane faktem, iż grunt
odprężając się natrafia na przeszkodę jaką jest ściana szczelinowa (ryc. 20).

64
Ryc. 18 Przemieszczenia całkowite (etap 2), źródło: opracowanie własne

65

66
Etap trzeci – wykonanie płyty dennej
Ostatni z modelowanych etapów to wykonanie płyty dennej w dnie wykopu. W
wyniku dociążenia wykopu przez płytę maksymalne odkształcenia zmniejszyły się w
stosunku do etapu poprzedniego i wynoszą 3 mm. Widoczny jest również zasięg
deformacji jakie powstały w wyniku prowadzonych prac (ryc. 22) geometria
odkształceń nie zmieniła się w znaczący sposób (ryc. 21). Na etapie tym następuje
nieznaczny wzrost naprężeń w dnie wykopu a także wzrost naprężeń pod ścianami
szczelnymi. Naprężenia efektywne osiągają maksymalne wartości pod ścianami
szczelnymi, wynoszą one 167 kPa (ryc. 24). Maksymalna wartość naprężeń całkowitych
na głębokości 15 metrów to 214 kPa (ryc. 23).

67
Ryc. 22 Przemieszczenia całkowite (etap 3), źródło: opracowanie własne

68

MaciejRoman_master_thesis

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

MaciejRoman_master_thesis