E-book details

O przemarzaniu gruntu w Polsce

O przemarzaniu gruntu w Polsce

Jerzy Antoni Żurański, Tomasz Godlewski

Ebook

W monografii przedstawiono wyniki analizy statystycznej i probabilistycznej głębokości przemarzania gruntu na obszarze Polski, a ściślej mówiąc, głębokości położenia izotermy zerowej, wyznaczonych na podstawie probabilistycznej analizy danych pomiarowych stacji meteorologicznych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego (IMGW-PIB). Omówiono czynniki wpływające na przemarzanie gruntu w zakresie losowo zmiennych zjawisk zewnętrznych (klimatycznych) oraz w zakresie częściowo stałych, a także częściowo losowo zmiennych (pod wpływem warunków zewnętrznych) właściwości gruntu. Na podstawie doświadczeń różnych badaczy oraz własnych zestawień przeanalizowano i wykazano na przykładach wpływ takich czynników, jak temperatura powietrza i wielkość opadów śniegu, tworzącego pokrywę śnieżną na gruncie. Oprócz czynników zewnętrznych, wpływających na głębokość przemarzania, omówiono czynniki związane z podłożem, takie jak rodzaj gruntu, jego struktura i stan, skład, zawartość wody. Przeanalizowano również problem rzeczywistej głębokości przemarzania gruntu w kontekście położenia izotermy zerowej.

W dalszej części pracy omówiono techniki i metody pomiarowe głębokości przemarzania gruntu stosowane w Polsce oraz podano przykładowe wyniki takich pomiarów wraz z opisem metodyki wyznaczania położenia izotermy zerowej w gruncie. Prześledzono dotychczasowy stan normalizacji głębokości przemarzania gruntu, począwszy od prac Dębskiego z okresu dwudziestolecia międzywojennego poprzez propozycję mapy głębokości przemarzania podaną w roku 1955 w polskich normach, aż po ostatnią zmianę wprowadzoną w roku 1974. Omówiono także metody wykorzystane do ich opracowania, w stopniu, w jakim było to obecnie możliwe do ustalenia. W odniesieniu do propozycji z polskich norm omówiono współczesne propozycje zmian mapy przemarzania gruntu w Polsce, wykorzystujące zastosowanie tzw. wskaźnika mrozowego.

Podstawowa część monografii obejmuje analizę probabilistyczną maksymalnych rocznych (zimowych) głębokości położenia izotermy zerowej z 45 stacji meteorologicznych IMGW-PIB z lat 1981/1982 – 2011/2012. Wartości charakterystyczne głębokości przemarzania gruntu, o okresie powrotu 50 lat, oszacowano za pomocą rozkładu prawdopodobieństwa wartości ekstremalnych (zwanego rozkładem Gumbela), którego parametry szacowano metodą największej wiarygodności. Wyniki przedstawiono tabelarycznie oraz graficznie w postaci wykresów. Na tej podstawie uzyskano zbiór danych o temperaturze gruntu, umożliwiający ich analizę probabilistyczną i podanie propozycji zmian na normowej mapie przemarzania gruntu.

Nowe podejście, przedstawione w monografii, polega na wykorzystaniu rzeczywistych danych pomiarowych temperatury gruntu zgromadzonych przez stacje meteorologiczne, zastosowaniu rozkład prawdopodobieństwa Gumbela do wyznaczenia głębokości położenia izotermy zerowej o okresie powrotu 50 lat. Na podstawie oceny warunków gruntowych występujących na stacjach meteorologicznych oraz analiz danych z literatury zaproponowano podział na cztery rodzaje gruntów i współczynniki przeliczeniowe umożliwiające przeliczenie głębokości położenia izotermy zerowej dla gruntu przyjętego jako referencyjny (odniesienia) na pozostałe jego rodzaje. Pozwoliło to na graficzne wyznaczenie map terytorialnego rozkładu w postaci izolinii głębokości położenia izotermy zerowej w gruncie referencyjnym, o okresie powrotu 50 lat i przedstawienie tego jako propozycji Nowej mapy przemarzania gruntu w Polsce. Omówiono metodę ustalania strefowych wartości głębokości przemarzania w poszczególnych obszarach, przedstawiono nowy podział Polski na strefy oraz kierunki dalszych prac, a także wstępną propozycję współczynnika częściowego do wyznaczania wartości obliczeniowych głębokości przemarzania. W pięciu załącznikach podano: 1) lokalizację oraz opisy warunków gruntowych na stacjach meteorologicznych, z których wykorzystano wyniki pomiarów; 2) maksymalne roczne głębokości położenia izotermy zerowej wyznaczone w analizowanych stacjach meteorologicznych; 3) wykresy pomocnicze do ekstrapolacji wyników pomiarów; 4) wyniki obliczeń statystycznych i probabilistycznych; 5) wykresy na siatce probabilistycznej Gumbela wartości głębokości położenia izotermy zerowej w gruncie referencyjnym o okresie powrotu 50 lat odnośnie do 45 analizowanych stacji.

Streszczenie 5

Summary 7

Przedmowa 9

1. Wstęp 11

2. Dotychczasowe badania przemarzania gruntu 13

3. Czynniki klimatyczne i gruntowe wpływające na przemarzanie gruntu 17

3.1. Wprowadzenie 17

3.2. Temperatura powietrza 17

3.3. Pokrywa śnieżna 19

3.4. Struktura i stan gruntu 26

3.5. Głębokość przemarzania gruntu a położenie izotermy zerowej 28

4. Metody oceny głębokości przemarzania gruntu 31

4.1. Wprowadzenie 31

4.2. Wzór Dębskiego 33

4.3. Zmodyfikowany wzór Berggrena 35

4.4. Wytyczne NiTU 36

5. Głębokość przemarzania gruntu w polskich normach 39

6. Dotychczasowe propozycje oceny głębokości przemarzania gruntu w Polsce 53

6.1. Propozycja Gontaszewskiej 53

6.2. Propozycja Ickiewicz 58

7. Dane pomiarowe ze stacji meteorologicznych 59

7.1. Metody i techniki pomiarowe 59

7.2. Ekstrapolacja danych pomiarowych 62

7.3. Daty wystąpienia najgłębszego położenia izotermy zerowej 64

7.4. Wykorzystane dane pomiarowe 65

8. Metoda opracowania danych pomiarowych 67

8.1. Wprowadzenie 67

8.2. Rozkład Gumbela 70

8.3. Metody estymacji parametrów rozkładu Gumbela 71

8.4. Obliczanie prognozowanej wartości położenia izotermy zerowej w gruncie 73

9. Wyniki obliczeń danych pomiarowych 75

10. Zestawienie wyników analizy położenia izotermy zerowej w gruncie 83

10.1. Warunki gruntowe na stacjach meteorologicznych 83

10.2. Współczynniki przeliczeniowe ze względu na warunki gruntowe na stacjach meteorologicznych 83

10.3. Korekta wyników analizy położenia izotermy zerowej w gruncie 84

11. Porównanie otrzymanych wyników z wynikami uzyskanymi metodą stopniodni 91

12. Podsumowanie. Propozycje wykorzystania wyników i dalszych prac 95

Bibliografia 103

Załącznik 1. Lokalizacja stacji meteorologicznych oraz opisy gruntów 109

Załącznik 2. Maksymalne roczne głębokości położenia izotermy zerowej 123

Załącznik 3. Wykresy pomocnicze do ekstrapolacji wyników pomiarów 129

Załącznik 4. Wyniki obliczeń statystycznych i probabilistycznych 143

Załącznik 5. Wykresy na siatce probabilistycznej Gumbela 149

  • Title: O przemarzaniu gruntu w Polsce
  • Author: Jerzy Antoni Żurański, Tomasz Godlewski
  • ISBN: 978-83-249-8490-9, 9788324984909
  • Date of issue: 2021-12-07
  • Format: Ebook
  • Item ID: e_29hl
  • Publisher: Instytut Techniki Budowlanej