Wykorzystanie badań in situ do wyznaczania parametrów geotechnicznych gruntów organicznych

Transkrypt

1 OGÓLNOPOLSKIE SEMINARIUM GRUNTY ORGANICZNE JAKO PODŁOŻE BUDOWLANE Wykorzystanie badań in situ do wyznaczania parametrów geotechnicznych gruntów organicznych Zbigniew Młynarek Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Jędrzej Wierzbicki Instytut Geologii, Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu

2 1. Wprowadzenie 2. Metody badań 3. Możliwości identyfikacji podłoża organicznego 4. Parametry geotechniczne 5. Podsumowanie

3 Grunt organiczny występowanie 1 km (SMGP Murowana Goślina -PIG, Sydow 1996) (Wierzbicki 1998) 1. Wprowadzenie

4 Grunt organiczny - klasyfikacje wg PN-86/B grunt próchniczny 2% < I om < 5% namuł 5% < I om < 30% torf 30% < I om wg PN-EN ISO grunt niskoorganiczny 2% < I om < 6% grunt organiczny 6% < I om < 20% grunt wysokoorganiczny 20% < I om 1. Wprowadzenie

5 Grunt organiczny - klasyfikacje wg H. Okruszko utwory torficzne 3% < I om < 20% torfy >20% muły i mursze 3% < I om < 80% ze względu na stopień rozkładu i gatunek skala von Posta klasyfikacje biologiczne klasyfikacje SGGW 1. Wprowadzenie

6 Grunt organiczny - klasyfikacje Gytie 1. Wprowadzenie

7 Grunt organiczny - problem jakości próbki (De Groot 2007) 1. Wprowadzenie

8 Badania in situ szeroki wybór 2. Metody badań (za Mayne 2006)

9 Badania in situ - różnice CPTU DMT 2. Metody badań

10 Badania in situ w gruntach organicznych (za Lunneet al. 1997) 2. Metody badań

11 Badania in situ klasy interpretacyjne I klasa: bezpośrednie rozwiązanie analityczne, oparte na modelu konstytutywnym gruntu z uwzględnieniem warunków brzegowych doświadczenia, ma charakter zamknięty. II klasa: rozwiązanie analityczne uwzględniające rozwiązania cząstkowe, częściowo oparte na modelu konstytutywnym gruntu, ma charakter otwarty. III klasa: przybliżone rozwiązanie analityczne, oparte na uproszczonym mechanizmie zachowania się gruntu, z tego względu poszczególne cechy gruntu analizowane są odrębnie. Wymaga kalibracji. 2. Metody badań IV klasa: rozwiązanie empiryczne, uzyskane poprzez statystyczną analizę korelacji pomiędzy wynikami badania in situ i testu referencyjnego. Wymaga kalibracji. (na podstawie Schnaid 2005)

12 Sondowanie statyczne - CPTU 2. Metody badań

13 Sondowanie statyczne T-bar, Ball penetrometer T-bar Ball penetrometer 10 cm 2. Metody badań

14 P0, P1, P2 [bar] Badanie dylatometrem płaskim - DMT Schemat budowy części pomiarowej 1 2 P0 P1 P2 3 4 głębokość [m] Metody badań 11

15 Badanie krzyżakową sondą obrotową PSO/VT Moment obrotowy M = M v + M h, v = const V Krzyżak H Powierzchnia ścięcia 2. Metody badań

16 Presjometr (Menarda, samowwiercający, stożkopresjometr) Ciśnienie gazu [kpa] Objętość gazu [cm 3 ] 2. Metody badań

17 CPTU (Robertson 2010) 3. Możliwości identyfikacji (Młynarek et al. 2014)

18 CPTU (Schmertmann 1969) I OM [%] (Młynarek et al. 2014) 3. Możliwości identyfikacji

19 CPTU (Robertson 2010) (Młynarek et al. 2008) 3. Możliwości identyfikacji

20 DMT (Marchetti & Craps 1981) (Rabarijoelly 2013) Is = (p 0 u 0 )/p 1 (Młynarek et al. 2014) 3. Możliwości identyfikacji

21 CPTU nn Nm//T Pd 3. Możliwości identyfikacji (Hebo-Poznań 2018)

22 CPTU T T Nm T//Nm T/Nm Pd 3. Możliwości identyfikacji (Hebo-Poznań 2018)

23 CPTU nn T Gy 3. Możliwości identyfikacji (Geoprojekt-Poznań 2016)

24 CPTU F 1 (P, V p, Θ 1, Θ 2 ) = 0 gdzie: P mierzone parametry procesu (np. :q c opór stożka, f s tarcie na pobocznicy), V p prędkość penetracji, Θ 1 właściwości ośrodka, Θ 2 cechy penetrometru (Młynarek 2007) Θ 2 = f(x 1c, X 2c, X 3c ) gdzie: X 1 c zmienne geometryczne (np. wysokość, średnica), X 2 c szorstkośćmateriału,x 3c odkształcalnośćmateriału. (Młynarek and Sanglerat 1983) 4. Parametry

25 DMT F 2 (P d, V d, Θ 1, Θ 2 ) = 0 gdzie: P d mierzone parametry procesu, np.ciśnieniap 0, p 1 lub(p 0 p 1 ), V d prędkość zadawania ciśnienia gazu Θ 1 = f(x 1d, X 2d, X 3d ) gdzie: X 1d zmienne geometryczne (np. średnica, odległość ekspansji membrany), X 2d sztywność membrany, X 3d szorstkość materiału (Młynarek i inni 2008) 4. Parametry

26 Wytrzymałościowe Mayne (2006): Wytrzymałość na ścinanie bez odpływu ale w jakich warunkach geometrycznych? 4. Parametry

27 Wytrzymałościowe Precyzja i dokładność (Młynarek i Sanglerat,1983) gytia torf 4. Parametry

28 Wytrzymałościowe Vane test (VT) / Polowa sonda obrotowa (PSO) s u VT =τ fu max τ fu max =µ τ fv max Wolski (1977) µ=0,55-0,6 (torfy) Młynarek i inni (1979) µ=0,6 (torfy), µ=0,8 (gytie) 4. Parametry (Radaszewski i Wierzbicki 2016)

29 Wytrzymałościowe Sondowanie statyczne (CPTU) q c = N c s u + σ v0 (Lunneet al. 1997) s u = (q t -σ v0 ) / N kt N kt = 7 10 (Lunne1997) Nkt = (Long & Boylan2012) N kt = 1 6 (PN-EN 1997) 4. Parametry

30 Wytrzymałościowe Sondowanie statyczne (CPTU) torf gytja namuł s u = 11.8e 4,11q n s u = 6.5e 4,11q n s u = 7.3e 4,11q n Parametry Młynarek i inni(2015)

31 Wytrzymałościowe Sondowanie statyczne (CPTU) torf gytja namuł s u = 11.8e 4,11q n s u = 6.5e 4,11q n s u = 7.3e 4,11q n max 4. Parametry Młynarek i inni(2015)

32 Wytrzymałościowe Badanie dylatometrem płaskim (DMT) s u = 0,22σ v0 (0,5(p 0 -u 0 )/σ v0 ) 1,25 s u = (p 1 -u 0 )/9 s u = 0,686σ v0 0,075 (p 0 -u 0 ) 0,109 (p 1 -u 0 ) 0,587 (Marchetti 1980) (Larsson 1989) (Rabarijoely 1999) s u [kpa] DMT (Marchetti 1980) 3 DMT (Larsson 1989) DMT (Rabarijoely 1999) 4 VT (maks.) VT (res.) 4. Parametry 5 z [m] Młynarek i inni(2006) CPTU (N kt =18) CPTU (N kt =12)

33 Wytrzymałościowe Lunne i inni (1997): N m = q n /(σ v0 +a) a: (5 >50) kpa (I) jakkolwiek istnieją teoretyczne rozwiązania korelujące wartości φ i c z rezultatami CPTU, to są one obarczone poważnymi niepewnościami, związanymi głównie z dystrybucją ciśnienia wody w porach gruntu wokół stożka. Należy przyjąć, że jakiekolwiek rozwiązanie stosowane w praktyce powinno być potwierdzone badaniami laboratoryjnymi lub wynikać z lokalnego doświadczenia. 4. Parametry

34 Wytrzymałościowe Badanie T-bar, Ball penetrometer T-bar Ball penetrometer 10 cm 4. Parametry

35 Wytrzymałościowe Badanie T-bar, Ball penetrometer 4. Parametry (za Andresen 2006)

36 Wytrzymałościowe Badanie T-bar, Ball penetrometer 4. Parametry CPTU T-Bar (Boylan & Long 2007)

37 Odkształceniowe M 21 ( + ν) ( 1 2ν ) G = E= ( 1+2ν )G G E = 2 ( 1+ν ) 4. Parametry (Mayne 2002)

38 Odkształceniowe G E = 2 ( 1+ν ) 4. Parametry (Masarsch 2004)

39 Odkształceniowe Badanie sejsmiczne (SDMT/SCPTU) 4. Parametry (Młynarek i inni 2012)

40 Odkształceniowe Badanie sejsmiczne (SDMT/SCPTU) (Januzzi i inni 2014) 4. Parametry

41 Odkształceniowe Sondowanie statyczne (CPTU) M 0 (M) CPTU = α q c Sanglerat(1972) α = 0,4-4,0 α = 2,0-8,0 M 0 (M) CPTU = α 1 (q t -σ v0 ) α = 8,25 α = 1,3-1,6 α = 8,5-10,2 Kulhawyi Mayne(1990) Mitchell i Gardner (1975)(NC) Młynarek i inni(2015)(oc) 4. Parametry

42 Odkształceniowe M 0 = 10,2 q n M0= 8,5 qn 4. Parametry Młynarek i inni(2015)

43 Odkształceniowe Badanie dylatometrem płaskim (DMT) M 0 DMT = R M E D Marchetti(1980) M 0 DMT = E D (0,9+0,6 log(i D )) Rabarijoely(1999) M [MPa] M [m] 4. Parametry Młynarek i inni(2006)

44 1. Badania in situ pozwalają na uniknięcie problemów związanych z poborem wysokiej jakości prób, lecz wymagają lokalnej kalibracji, także związanej z historią obciążenia. 2. Z badań in situ (CPTU, DMT) uzyskuje się niemal ciągły obraz zmian parametrów geotechnicznych w profilu (s u, M, G 0 ). Możliwa jest też analiza statystyczna, prowadząca do budowy modeli przestrzennych. W interpretacji bezpośrednich wyników tych badań konieczne jest jednak stosowanie współczynników korekcyjnych (α, R M, N kt ), uwzględniających specyfikę badanego gruntu. 3. Do najważniejszych czynników, które należy brać pod uwagę podczas interpretacji wyników, z uwagi na silną anizotropię ośrodka, należy sposób (kierunek, prędkość, wielkość odkształceń) prowadzenia badania. 5. Podsumowanie

45 4. Ze względu na wspomnianą specyfikę gruntów budujących podłoże organiczne, bardzo wskazane jest wykonywanie badań dwiema metodami, np. CPTU i DMT, CPTU i VT. Pozwoli to na skalibrowanie współczynników korekcyjnych wykorzystywanych podczas wyznaczania wartości parametrów geotechnicznych. 5. W celu wyznaczenia wiarygodnych wartości parametrów mechanicznych podłoża organicznego, niezbędne jest wykonanie testu replikacyjnego, który nie może ograniczać się do np. 2 pomiarów. Dobra estymacja wartości średniej parametru w warstwie wymaga znacznie większej liczby pomiarów, co wpływa wyraźnie na redukcję wartości współczynnika zmienności parametru (cv). 5. Podsumowanie

46 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ