Torfy. Piotr Jermołowicz Inżynieria Środowiska Szczecin

Transkrypt

1 Piotr Jermołowicz Inżynieria Środowiska Szczecin Torfy. Zgodnie z normą PN-86/B wśród gruntów organicznych wyróżnia się torfy ( T ) - grunty powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji części roślin. Torfy cechuje na ogół zawartość części organicznych większa od 30%. Wyróżnia się wśród torfów: - torfy słabo rozłożone (stopień rozkładu torfu wg skali van Posta: H 1 H 3 ), - torfy średnio rozłożone (stopień rozkładu torfu wg skali van Posta: H 4 H 6 ), - torfy silnie rozłożone (stopień rozkładu torfu wg skali van Posta: H 7 H 10 ) i - torfy zamulone. Tab. 1. Podział gruntów organicznych Tab. 2. Zakresy wartości ph dla wybranych typów torfów

2 Tab.3. Skala van Posta Tab. 4. Skala Wallgrena

3 Fot. 1. Próbka torfu na świdrze. Torfy powstają przeważnie w strefie brzegowej jezior lub w zarastających zbiornikach i bagnach. Każdy typ torfów charakteryzuje się odmiennymi właściwościami inżynierskogeologicznymi. Wynika to przede wszystkim z innych warunków sedymentacji, co sprawia, że charakter substancji organicznej oraz ich właściwości strukturalne, chemiczne, fizykochemiczne, mineralne, fizyczne i wynikające z nich mechaniczne są bardzo zróżnicowane. Każdy z gruntów musi być zatem rozpatrywany indywidualnie, zarówno z punktu widzenia oceny ich właściwości, jak i przyczyn ich kształtowania się oraz ze względu na konieczność wyboru optymalnej technologii wzmocnienia i/lub konsolidacji. Natomiast kwasy humusowe związane z procesami zachodzącymi w substancji organicznej mają wpływ na korozyjność w stosunku do konstrukcji budowlanych. Tab. 5. Własności korozyjne gruntu w zależności od składu chemicznego i domieszek organicznych wg normy BN-66/

4 Duża wrażliwość gruntów organicznych w stosunku do wody, znaczna ściśliwość, niska wytrzymałość na ścinanie oraz wysoki skurcz dają podstawy do zaliczenia tych gruntów do słabonośnych. Torfy w torfowiskach mogą występować bez nadkładu lub pod przykryciem warstwy murszu albo gleby - kożucha torfowego. Naturalna sekwencja osadów w torfowiskach jest na ogół następująca: podłoże mineralne, podłoże mineralne wzbogacone w węglan wapnia (kreda jeziorna) i gytia, namuł i torf. Rys. 1. Przekrój podłoża bagiennego z sekwencją osadów. Występowanie torfów na świecie związane jest głównie z obszarami stosunkowo chłodnego i wilgotnego klimatu na półkuli północnej. W Europie najwięcej torfowisk znajduje się w obszarach, które były zlodowacone w plejstocenie. Europa zajmuje pierwsze miejsce na świecie pod względem wielkości torfowisk. Występują one na polodowcowych obszarach nad

5 Bałtykiem, wzdłuż południowo-wschodniego wybrzeża Morza Północnego oraz w północnych i środkowych regionach Rosji. W Ameryce Północnej największe siedliska torfowisk znajdują się w Kanadzie. Obszary torfowisk i gytiowisk z zalegającymi namułami, madami lub najczęściej będących konglomeratami tych utworów, a będących w kręgu zainteresowania inżynierskiego wykorzystania do posadowień różnych obiektów budowlanych wymagają specyficznego podejścia już na etapie wstępnego rozpoznania geotechnicznego. Nie istnieje tym samym jedno kryterium dla gruntów słabonośnych, określające podłoże jako wymagające wzmocnienia. Konieczność wzmocnienia podłoża zależy przede wszystkim od cech podłoża, rodzaju budowli oraz stawianych wymagań. Rys. 2. Zasięg maksymalnego zlodowacenia w Europie (str. www z Internetu)

6 Rys. 3. Ogólna klasyfikacja osadów [1] Ze względu na wrażliwość gruntów organicznych na naruszenie struktury, próbki gruntów do badań laboratoryjnych należy pobierać specjalnym próbnikiem. Próbki o nienaruszonej strukturze (NNS) klasy A1 służą do wykonania wszystkich badań omówionych przy próbkach o naturalnym uziarnieniu i o naturalnej wilgotności oraz do: oznaczenia ciężaru objętościowego, ciężaru objętościowego szkieletu gruntowego, porowatości i wskaźnika porowatości, oznaczenia zagęszczenia, edometrycznego oznaczenia modułu ściśliwości i modułu odprężenia, oznaczenia cech wytrzymałościowych - kohezji i kąta tarcia wewnętrznego współczynników konsolidacji C v, C h parametrów ciśnienia wody porowej i współczynników Ψ, υ. Do pobierania tego typu gruntów, bardzo często będących w stanie miękkoplastycznym lub płynnym stosowane są próbniki rdzeniowe. Konstrukcja wszystkich tego rodzaju przyrządów polega na zamknięciu cylindra od góry zaworem, który uniemożliwia dostęp powietrza do komory znajdującej się nad próbką. Zawór umożliwia odpływ powietrza i wody w czasie wciskania stalowego cylindra w grunt. Utrzymanie próbki gruntu w cylindrze w czasie jego wyciągania z otworu wiertniczego możliwe jest wskutek tarcia gruntu o ścianki cylindra oraz różnicy ciśnień pod i nad próbką.

7 Na próbkę od dołu działa ciśnienie atmosferyczne, nad próbką zaś w komorze aparatu, w razie minimalnego przesunięcia się próbki w dół, powstaje ciśnienie mniejsze od atmosferycznego. Przyrząd i cylindry do pobierania próbek powinny mieć konstrukcję dostatecznie wytrzymałą i nieodkształcalną. Średnica wewnętrzna cylindra powinna wynosić około 100 mm, a wysokość min. 250 mm. Fot. 2. Widok próbnika rdzeniowego Właściwe przechowywanie próbek NW i NNS wymaga spełnienia następujących warunków: temperatura otoczenia nie może być niższa niż 0 C, próbki nie mogą być przechowywane w miejscach nasłonecznionych lub sztucznie nagrzewanych, od daty pobrania próbki do czasu jej zbadania w laboratorium nie powinno upłynąć więcej niż dwa dni. W czasie transportu szczególną uwagę należy zwrócić, aby próbki NW i NNS nie podlegały wstrząsom. Próbki te należy przewozić w pozycji stojącej, najlepiej w skrzyniach wypełnio-

8 nych np. trocinami lub podobnym materiałem zabezpieczającym słoje i cylindry przed przesuwaniem i uderzaniem o siebie. Wobec trudności w pobieraniu próbek dobrej jakości i odtworzeniu ich naturalnej struktury w laboratorium, zaleca się w jak najszerszym zakresie wykonywanie badań gruntów organicznych metodami polowymi. W badaniach terenowych do określania parametrów mechanicznych przydatna jest sonda obrotowa, świder talerzowy, sonda wciskana CPT oraz sonda z pomiarem ciśnienia wody w porach CPTU. Obszary torfowisk i gytiowisk z zalegającymi namułami, madami lub najczęściej będących konglomeratami tych utworów, a będących w kręgu zainteresowania inżynierskiego wykorzystania do posadowień różnych obiektów budowlanych wymagają specyficznego podejścia już na etapie wstępnego rozpoznania geotechnicznego. Nie istnieje tym samym jedno kryterium dla gruntów słabonośnych, określające podłoże jako wymagające wzmocnienia. Konieczność wzmocnienia podłoża lub jego konsolidacji zależy przede wszystkim od cech podłoża, rodzaju budowli oraz stawianych wymagań. Wymóg ulepszenia słabego podłoża, jego wzmocnienia lub modyfikacji przekroju poprzecznego nasypów wraz z technologią ich wznoszenia pojawia się, gdy : w podłożu nawierzchni drogowych grunty nie spełniają określonych kryteriów odnośnie rodzaju gruntów i uziarnienia, wskaźnika zagęszczenia I s, modułu odkształcenia E 2 oraz stosunku modułów E 2 / E 1, w podłożu budowli ziemnych zalegają grunty bardzo ściśliwe, o małej lub nietrwałej wytrzymałości oraz niestabilnej strukturze, grunty o małej wytrzymałości ( c u do 50 kpa ) i bardzo ściśliwe ( moduł do 5 MPa ), przede wszystkim grunty organiczne i nasypowe ( antropogeniczne ) ; grunty o niestabilnej strukturze ( pęczniejące, zapadowe lessowe i ulegające deformacjom filtracyjnym sufozji, podatne na upłynnienie itp. ), tereny osuwiskowe, krasowe i zagrożone deformacjami górniczymi, w podłożu fundamentów budowli zalegają grunty o wytrzymałości i ściśliwości nie zapewniających spełnienia wymagań dotyczących stanów granicznych nośności i użytkowania konstrukcji. Tym samym dokładne określenie parametrów fizyko-mechanicznych gruntów organicznych, szczególnie na próbkach klasy jakości A1 (NNS), wykonanych z pełną świadomością celu okazuje się nieodzowne. Dla torfów, gdy dochodzi dodatkowo reologia i konsolidacja (przyśpieszenie drenażem pionowym), należy wykonać badania: kąta tarcia wewnętrznego i kohezji, wilgotności naturalnej, współczynników filtracji, modułów odkształcenia, wytrzymałości na ścinanie przy braku odpływu, współczynników konsolidacji dla przepływów pionowych i poziomych C v, C h parametrów ciśnienia wody porowej i

9 współczynników Ψ, υ. Dopiero takie zestawienie parametrów daje podstawę do wyboru odpowiedniej technologii uzdatnienia podłoża torfowego i wyboru technologii posadowienia obiektu na etapie projektowania. Jest to też swoisty test na jakość opracowania. Literatura : 1. Myślińska E.: Grunty organiczne i laboratoryjne metody ich badania. Wyd.Naukowe PWN, Warszawa 2001