Wie ein Verständnis von Geologie und Geotechnik den Structural Design Report von Oliver Woodruff (CEng MICE) unterstützen kann.
Uganda, ein Land mit einer reichen geologischen Geschichte, befindet sich auf der afrikanischen Techtronic-Platte, die den größten Teil des kontinentalen Afrikas umfasst. In der jüngeren geologischen Geschichte hat es jedoch begonnen, sich mit der Nubischen Platte zu teilen. Der größte Teil des afrikanischen Festlandes und die somalische Platte im Osten weichen von der arabischen Platte im Norden ab.
Erhöhte Erhitzung durch den Erdmantel hat im Laufe der Zeit Wärmeströme freigesetzt, die unter der Erdkruste unter Kenia und Äthiopien zwei große thermische Ausbuchtungen erzeugt haben. Diese Ausbuchtungen sind leicht im Hochland zu erkennen, das sich von der Quelle der Divergenz im Nordosten Äthiopiens bis nach Zentral-Kenia erstreckt.
Wenn diese Federn aufsteigen, erwärmt sich die darüber liegende Kruste und dehnt sich aus, jedoch wie erhitztes Metall, wenn es abkühlt, wird es spröde und reißt beim Versuch, sich zusammenzuziehen, wodurch typische Horst- und Graden-Strukturen entstehen, die für Rift-Täler symbolisch sind.
Traditionell tritt bei der Erzeugung von Rift Valleys durch Wärmeausdehnung die Rissbildung an einem Quellpunkt auf und die zugehörigen geologischen Strukturmerkmale strahlen in einem Winkel von ungefähr 120 Grad aus. Das ostafrikanische Rift System ist keine Ausnahme.
In der Afar-Region von Äthiopien und Dschibuti (siehe Abbildung 2) ist es möglich, den Beginn dieses Prozesses physisch zu sehen. Dieser Ort ist die zentrale Quelle der strahlenden Risse - oder "Triple Junction" - und folgt im Süden dem südostafrikanischen Rift Valley.
Ugandas geologisches Make-up
In weiten Teilen Ugandas befindet sich ein Basiskomplex aus Gesteinen, der allgemein als Erweiterung des 'Tanzanian Shield' bezeichnet wird - eine präkambrische Kristallkappe, die aus Gesteinen der geologischen Zeitachse des Archaikums und des Proterozoikums besteht und eine abwechslungsreiche Mischung aus Gesteinsarten aufweist.
Der Schild oder Kraton in Uganda ist im Allgemeinen sedimentären Ursprungs und besteht aus sehr harten Graniten und Gneisen, die vor Millionen Jahren (Ma) unter starker Metamorphose zwischen 2700 und 2500 entstanden sind.
Der ostafrikanische Grabenbruch begann von Äthiopien aus nach Süden zu wandern. Als er sich jedoch der heutigen Grenze zu Kenia und Uganda näherte, schützte der alte und stabile Kraton diese Region und lenkte aufgrund seiner geologischen Beschaffenheit die Risse an den Rändern ab.
Im Osten setzte sich der Riss nach Süden fort und teilte Kenia in zwei Teile, während im Westen der Lake Albert oder Albertine Rift entstand. Dieses Element der Verwerfung verlief im Norden Ugandas, bevor es sich nach Süden wandte, der ugandisch-kongolesischen Grenze folgend und die in dieser Region gefundenen Großen Seen schuf; einschließlich des Tanganjikasees, dem zweittiefsten Süßwassersee der Welt.
Der Viktoriasee, der Einzugsbereich dieser Region und Quelle des Weißen Nils, befindet sich auf dem Tiefpunkt zwischen diesen beiden Rissen über diesem großen Gebiet aus uraltem metamorphem Gestein. Vor rund 2500 Millionen Jahren, während der Umstellung des Achaean-Proterozoic, wurden drei Systeme geologischer Aktivität mit unterschiedlicher Intensität identifiziert, die für die verschiedenen Gesteine im ganzen Land verantwortlich sind.
Figur 2; Aus der Ferne Triple Junction
Buganda-Toro - Das Buganda-Toro- oder Paläo-Proterozoikum-System wurde zwischen 2500 Ma und 1800 Ma gebildet und befindet sich im Südwesten Ugandas. Dieses Felsband beginnt am Ufer des Viktoriasees und erstreckt sich über den zentralen Süden bis in den Kern der Rwenzori-Bergkette an der kongolesischen Grenze. Dieses Gestein ist eine Verbindung von nicht kalkhaltigen Sedimentgesteinen, die typisch für die höheren Metamorphosen sind, die für diesen Zeitraum gleichbedeutend sind. Typische Gesteinsarten sind Quarze, Schiefer und Gneise, während dieses System für eine Vielzahl von Gold-, Kupfer- und Kobalterzen verantwortlich ist, die in diesem Band vorkommen.
Karagwe-Ankolean - Das mesoproterozoische System befindet sich hauptsächlich im Südwesten Ugandas an der Dreifachgrenze zu Ruanda und Kongo und erstreckt sich bis weit in letzteres hinein und wurde von 1600 - 1300 Ma gegründet. Das System ist Teil des Kibaran-Faltengürtels, der für das Bauen der Berge in dieser Region verantwortlich ist. Obwohl es Gesteine enthält, die dem früheren Buganda-Toro-System ähneln, sind sie weniger metamorph und typische Flachwassersedimente mit Schiefer, Sandsteinen und im zentrum von antiklinen gehören aufdringliche granite zu den vorherrschenden beispielen.
Bukoban & Karasuk - Dieses letzte proterozoische System, das die neoproterozoische und paläozoische (kambrische) Grenze zwischen 1000 und 550 Ma überspannen soll, besteht aus Gesteinen mit sehr geringer Metamorphose oder Verformung. typischerweise Schlammsteine, Sandsteine und Kalksteine. Die Geologie aus dieser Zeit wurde jedoch während der mosambikanischen Orogenese 630 Ma mit dem magmatischen Gebirgsbau überdruckt. Infolgedessen gibt es im Norden und Osten des Landes Lavaströme, Gneise und Marmor.
Das Ende der präkambrischen Geologie sollte den Beginn der Periode einläuten, in der Uganda von vulkanischen und orogenen Aktivitäten betroffen und geprägt war. Angefangen von der oben erwähnten Orogenese in Mosambik über das obere Karbon (~ 300 Ma) und das obere Jura (~ 150 Ma) bis hin zur Kreide (90 Ma), dem Miozän (30 Ma) und dem gesamten Cerenozic schufen die Ereignisse kleine Taschen von unterschiedlicher Geologie entlang der östlichen und westlichen Grenzen des Landes.
Nach der kenianischen Grenze sind die Vulkane im Osten älter als ihre Cousins im Westen. Sie wurden um 50 Ma herum geschaffen und während ihrer Geschichte auf fast die Hälfte ihrer ursprünglichen Höhe erodiert. Dabei verteilten und lagerten sie ihre vulkanischen Überreste über mehrere Teile dieser Region, die häufig als kühne Kalksteinaufschlüsse zu finden sind.
(Sipi Falls bei Mbale zum Beispiel) Andererseits beschränken sich die Schöpfungen der westlichen Vulkane, von denen einige im Kongo noch immer sehr aktiv sind, auf das spätere Pleistozän (0.150 Ma). Die Sedimente 3 und Vulkangesteine aus diesen bedecken jetzt das westliche Rift Valley, oft bis zu einer Tiefe von 4,000m.
Kampalan Geologie im Tragwerksentwurf
Während es nützlich und interessant ist, sich der Entstehung einer Landschaft bewusst zu sein, beschränkt sich das Hauptinteresse der Ingenieure an der Geologie häufig auf ein einzelnes Grundstück in einer kleinen bis mittleren Stadt.
Daher sind die Bodeneigenschaften im oberen Teil der Erdkruste während der Schreibtischstudie für jedes Bauprojekt das, was durch eine Kombination aus Referenzforschung und häufig aufgrund der Begrenzung der verfügbaren geotechnischen Informationen gesucht und gesammelt wird. neue aufdringliche Umfragen. Die ersten geotechnischen Marker während dieser Projektlaufzeit sind in der Regel dreifach.
Bodentyp & Sequenzierung; Boden ist jedes Material, das aus einer Kombination verwitterter Gesteinspartikel gebildet wird, die auf irgendeine Weise verbunden sind und luftgefüllte Hohlräume enthalten und typischerweise in Schichten oder Sequenzen vorliegen.
Diese Verwitterung kann durch Vereisung, zahlreiche Erosionsformen oder durch den Einfrier- und Auftaueffekt verursacht werden. Wenn sich diese erodierten Partikel mit anderen gleichen oder unterschiedlichen Ausgangsgesteinen verbinden, werden sie zu losen, mittleren oder dichten Strukturen verbunden, abhängig von der Art der Bewitterung, Ablagerung und Verdichtung der Partikel, die sich in ihren Eigenschaften und ihrer Eignung für den Bau unterscheiden.
In Kampala ist der typische Bodentyp eine Schicht tonartigen Bodens, die eine tiefere Ansammlung von Schlick überlagert, der auf dem harten Grundgestein liegt. Die Schlammschlämme sind stellvertretender Natur und wurden in der Zeit niedergelegt, in der sich die Ufer des Viktoriasees weiter erstreckten als heute.
Wie bei allen Seesedimenten lagerte sich das Material über Jahrtausende zu feinkörnigen Schlickschichten ab. Der darüber liegende Ton hingegen ist ein eisenreicher Lateritboden (in Ostafrika gemeinhin als Murram bezeichnet), daher die tiefrote Farbe und Aluminium, der durch das Auswaschen des Muttergesteins über eine saure Verwitterung entsteht. Dies ist auf die zyklischen Regen- und Trockenzeiten in den tropischen Breiten zurückzuführen.
Tragfähigkeit; Jeder Bodentyp hat eine individuelle Struktur, die ihm eine charakteristische Festigkeit verleiht und es ihm ermöglicht, einer vertikalen axialen Belastung standzuhalten. Die Größe dieser Belastung wird durch den Bodentyp bestimmt.
Die zulässige Tragfähigkeit eines Bodens ist der berechnete Festigkeitsfaktor dieses Bodens in kN / m2. Solange die Gebäudefundamente diesen Wert nicht überschreiten, können sie andere Faktoren ignorieren und ihre vertikale Belastung in geeigneter Weise auf den Boden verteilen ohne dass der Boden unter ihnen versagt.
Die zulässige Tragfähigkeit ist definiert als „der maximale Druck, der auf den Boden ausgeübt werden darf, so dass das Fundament und die an seiner Errichtung beteiligten Arbeiten keine nachteiligen Auswirkungen auf benachbarte Bauwerke und Dienstleistungen haben dürfen“. 2 Kampala weist, wie zuvor beschrieben, eine ziemlich typische Bodenbeschaffenheit auf. Wenn ein Ingenieur die Durchschnittswerte der zulässigen Tragfähigkeit betrachtet, die aus aufdringlichen Erhebungen in der ganzen Stadt zusammengestellt wurden, kann er ein allgemeines Muster in den Ergebnissen erkennen.
Im Allgemeinen ist die Tragfähigkeit des Bodens in den Grundstücken, die den Viktoriasee umgeben, umso höher, je tiefer wir gehen. Jetzt 2 RF Craig, Bodenmechanik, 4. Ausgabe, Kapitel 8, Chapman und Hall, London 4 Dies ist ziemlich typisch für irgendwo auf der Welt, aber wir kennen den Glimmerboden, der in der Region liegt, bei 5-15m unter dem Oberfläche dies ist nicht immer so eindeutig wie die Zahlen darstellen.
Aufgrund der Beschaffenheit dieses Bodens, der, wie wir beschrieben haben, ein dicht verdichtetes Sedimentmaterial ist, verflüssigt es sich schnell, wenn er Wasser ausgesetzt wird, und die gemessene Festigkeit wird für den Ingenieur veraltet.
Die oberste Schicht muss dann entfernt werden, um die ungestörte trockene Schicht zu finden. Meistens wird dies erst entdeckt, wenn die Ausgrabungen vor Ort beginnen, insbesondere in den Regenmonaten der Regenzeit.
Ein weiterer Grund könnte in dem Anstieg des Grundwassers durch Bodenbelastung durch die Entfernung des darüber liegenden Bodens liegen. In diesem Fall sind die Berechnungen des Ingenieurs möglicherweise unzureichend. Daher ist es wichtig, dass der Füllstand und die Schwankungen des Grundwasserspiegels ermittelt und überwacht werden.
Grundwasserspiegel; Bei Ausgrabungen von Fundamenten kann sich der Grundwasserspiegel häufig in der Nähe der Fundamentbasis befinden. Daher steigt der Grundwasserspiegel während intensiver Regenperioden wie in der Regenzeit auf Kampala zweifellos an und kann möglicherweise in die Ausgrabungen eindringen.
Wie bereits erwähnt, kann sich die zulässige Tragfähigkeit des Bodens erheblich verringern, auch wenn dies an sich kein Problem darstellt, wenn der Bodentyp nicht gut mit Wasser reagiert.
Kampala ist eine Stadt wie Rom, die auf Hügeln erbaut wurde. Diese steilen Hügel verändern die Form und das Profil des Grundwasserspiegels ebenso wie die starken Regenfälle. Abgesehen von saisonalen Schwankungen kann sich dieses Grundwasserprofil durch eine Reihe von Maßnahmen ändern, darunter: Ausgrabungen, Cut & Fill-Prozesse und Erdrutsche, versuchen jedoch normalerweise, der Grenze zwischen durchlässigen und undurchlässigen Boden- und Gesteinsschichten zu folgen.
In Gebieten, in denen es alte, weniger durchlässige Lagerstätten gibt, ist dieses Profil möglicherweise schwerer zu bestimmen und hängt stattdessen eher von der Höhe und Tiefe dieser Lagerstätten als von der Topographie des Landes ab.
Häufig sind auch Grundwasserspiegel, bei denen sich der Grundwasserleiter aufgrund einer Schicht oder Tasche aus undurchlässigem Gestein oder Sediment oberhalb oder innerhalb des durchlässigeren umgebenden Bodens über dem Grundwasserspiegel befindet.
Dieses Formular, das während der Bauarbeiten versehentlich erstellt werden kann, kann häufig zu irreführenden Ergebnissen bei einer Bodenuntersuchung führen. Die Zahlen, die ein höheres Grundwasserniveau aufweisen als bei der ersten Standortuntersuchung angenommen, könnten sich auf die spätere Planung und den Bau auswirken und müssen daher genau untersucht werden.
Abschließende Bemerkungen
Obwohl die aufdringliche Bodenuntersuchung als "versteckte" Kosten angesehen werden kann und nicht unbedingt zu greifbaren Kosten für den Kunden führt, ist es von entscheidender Bedeutung, dass der Ingenieur zu erklären versucht, dass die kurzfristigen Ergebnisse bei der anfänglichen Planung einer Struktur hilfreich sein können, wenn Es geht um die Bestimmung der Höhe, der Gebäudenutzung, aber auch darum, die langfristigen Baukosten zu senken.
Ein besseres und detaillierteres Verständnis des Bodens unter einer Struktur ermöglicht eine effizientere Konstruktion mit möglicherweise reduzierten Fundamenten und Materialeinsparungen. Die Fähigkeit, potenzielle Ursachen für zukünftige Probleme wie eine geringe Tragfähigkeit in der Planungsphase zu finden, könnte es dem Kunden ermöglichen, eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, ob er das Projekt fortsetzen möchte, anstatt sich mit höheren Baukosten während des Programms aufgrund von zu konfrontieren versteckte Überraschungen.
Wählen Sie Glossar
Craton - oder Schild ist ein alter und stabiler Teil eines alten Kontinentalmantels, der häufig im Inneren des Kontinents zu finden ist.
Orogenese - in seiner einfachsten Form; Gebirgsgebäude
Referenzen;
- Vereinfachte Geologie Ugandas, das Mining Journal of Uganda Extract, April 1996
- Ostafrikanisches Great Rift Valley; A Complex Rift System, James Wood und Alex Guth, Michigan Technological University
- Geologischer Überblick über Uganda, Ugandan Department of Geology Survey and Mines
- Geologische Karte von Uganda (circa 1950)
- Bodenmechanik, RFCraig, XNUMX. Auflage, Chapman & Hall, London.
