O przemarzaniu gruntu w Polsce

O przemarzaniu gruntu w Polsce
Seria: Prace Naukowe Instytutu Techniki Budowlanej - Monografie

rok wydania: 2017
ilość stron: 164
ISBN: 978-83-249-8490-9
format:
oprawa:  

Opis
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.

Spis treści
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