ZagroŜenia dróg wodami powodziowymi w Polsce

Transkrypt

1 Polski Komitet Geotechniki ZagroŜenia dróg wodami powodziowymi w Polsce Dr hab. inŝ. Krzysztof Parylak prof. ndzw. Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu

2 Czy drogi są zagroŝone wodami powodziowymi? TAK ALE

3 Konstrukcja drogi a poziomy wód woda opadowa poziom wody powodziowej nawierzchnia przesiąkanie wody z rowu problem podciąganie kapilarne z poziomu w.gg

4

5 PRZYCZYNY ZNISZCZEŃ KONSTRUKCJI DROGOWYCH W OKRESACH POWODZI I Osuwiska II Nierównomierne osiadania podłoŝa III Erozje i zamulenia Procesy te zasadniczo zaleŝą od: 1. rodzajów gruntów i ich podatność na zmiany wilgotności 2. stanu zagęszczenia 3. podatności na erozję zewnętrzną 4. podatności gruntów na erozje wewnętrzną 5. charakteru i wielkości obciąŝeń 6. stanu zabezpieczeń i umocnień

6 RODZAJE OSUWISK a ) PO LINII STYKU WARSTW b) W POPRZEK POWIERZCHNI STRUKTURALNYCH c) W GRUTACH JEDNORODNYCH d) SUFOZYJNE e) ZBOCZOWE erozja rzeczna

7 1. Erozja powodowana nurtem płynącej wody tzw. OSUWISKO ZBOCZOWE Mechanizm niszczenia polega na postępujący procesie rozmywania skarpy nasypu, lub naturalnego zbocza na krawędzi którego znajduje się droga.

8 EROZJA RZECZNA PRZYKŁADY

9 Mury oporowe W przypadku umocnień w postaci murów oporowych problem trwałości leŝy przede wszystkim w podatności na rozmywanie podłoŝa pod fundanentem

10 W przypadku konstrukcji z koszy siatkowo - kamiennych ich trwałość zaleŝy od moŝliwości rozmywania podłoŝa, od wewnętrznej stateczności takiej konstrukcji a takŝe od zabezpieczenia erozyjnego pomiędzy gabionami a gruntem

11 Utrata stateczności zboczy to problem właściwej oceny parametrów geotechnicznych

12 OBJAWY POSTĘPUJĄCEGO OSUWISKA Τ = σ n tg φ + c σ n

13 PRZYKŁADY OSUWISK.

14

15 Stateczność Φ kąt tarcia wewnętrznego gruntu C - spójność gruntu

16 Zmienność kąta tarcia wewnętrznego gruntów spoistych w zaleŝności od wilgotności Φ = 16 o Glina pylasta I L = 1,00 I L = 0,70

17 Błędy wynikające z korzystania z parametrów podawanych w normie PN-81/B w świetle badań laboratoryjnych C ( KPa) norma WIŁUN Φ 2b - iły mioceńskie c 1- iły mioceńskie

18 Przykład skutków błędnych nazw gruntów i braku badania wartości I D i I L do potrzeb posadowienia elektrowni wodnej Analizowana przykładowa warstwa 0,3 0,7 m => 40 cm 1. grunt : Pg/Pd zagl. Pd zagl / Pg - nie ma takiego rodzaju 2. prawdopodobne rodzaje to Pg, Pd, lub Pπ 3. stany pl/tpl podano bez badań (w, Lp, Ly) 4. moŝliwa zmienność Φ u wg PN: Φu 33 o 16 o 5. moŝliwa zmienność c u 0 10 kpa (róŝnica 105%) 6. moŝliwa zmienność ρ 17 KN/m 3 20 KN/m 3 7. moŝliwa zmienność q f = cn c +D N d ρ d +BN b ρ b q f = 132 kn/m kn/m 2 moŝliwy błąd 162%.

19 Skutki przebić hydraulicznych

20 Przykłady zniszczeń nasypów ziemnych poddanych naporowi wody

21 Zapadanie się konstrukcji drogi wywołane filtracyjnym wynoszeniem gruntu 0,6 m h/ l > (ρ s ρ w )(1 n) Brak filtra odwrotnego Pd gruz

22 UTRATA STATECZNOŚCI SKARPY WAŁU ROZDZIELCZEGO W GRUNTACH NIESPOISTYCH W WARUNKACH NIEROZPROSZONEGO CIŚNIENIA POROWEGO NAPORU WODY Dla zboczy w których stosunek ciśnienia wody w porach do cięŝaru gruntu zalegającego nad powierzchnią poślizgu jest stały, współczynnik stateczności F zmniejsza się prawie liniowo ze wskaźnikiem r u. Powszechnie przyjęto, Ŝe przeciętna wartość tego stosunku r u =ρ x g x H Jest on najwygodniejszym parametrem wyraŝającym wpływ ciśnienia porowego na stateczność. W nasyconych korpusach ziemnych, w których wartości u zaleŝą zarówno od ssania lub takŝe poziomu zwierciadła wody wielkość ciśnienia porowego wynosi (u 0 + u) gdzie PoniewaŜ napręŝenie σ 1 u = B[ σ 1 +A( σ 1 - σ 3 )] W przypadku sztucznie formowanych nasypów parametr A = 1,0, wówczas u = B σ1 u = u 0 + u +B σ 1 równe jest pionowemu naciskowi gruntu, stąd w warunkach bez odpływu, F = f (r U ) r u = u 0 : ρ x g x H Sklawiszowanie płyt Wnoszenie gruntu

23 Nagłe odwodnienie powoduje wzrost ciśnienia porowego co powoduje destrukcyjne zmiany podłoŝa i osiadania

24 Skutki przenoszenia drgań od pojazdów

25 NAPRĘśENIA I PRZEMIESZCZENIA WYWOŁYWANE DZIAŁANIEM SIŁ DYNAMICZNYCH OD POCIĄGU Oddziaływania parasejmiczne, powstające pod konstrukcjami dróg w postaci fal podłuŝnych i poprzecznych, które wygasają z głębokością Zasięg tych oddziaływań jest duŝy i w miejscach najwyŝszych kumulacji fal moŝe wynosić kilka metrów KN ZaleŜą one od: wielkości energii wzbudzanej w źródle sposobu wzbudzania ciągłości i przebiegu wzbudzania zmian połoŝenia źródła względem odbiornika drgań zmian połoŝenia źródła względem powierzchni gruntu mm m

26 PRZYKŁAD KATASTROFY NAWODNIONEJ SKARPY SPOWODOWNEJ UPŁYNNIENIEM DROBNOZIARNISTYCH PIASKÓW W REJONIE ELEKTROWNI DYCHÓW droga fragmenty osuniętej nawierzchni droga zbiornik strefa poślizgu powierzchnia skarpy przed katastrofą droga W przypadku pojawienia się w nawodnionych piaskach drobnych drgań, cząstki gruntu chwilowo oddalają się od siebie, co powoduje, Ŝe gdy w warunkach statycznych najmniejsze wartości kąta tarcia wewnętrznego Φ = 26 o w czasie wstrząsu spada do 2 o 3 o. Powoduje to utratę stateczności Takie warunki mogą pojawić się w podłoŝach nawodnionych dróg w czasie powodzi

27 Drgania i osiadania namokniętego podłoŝa początkują osuwisko

28 ZASADNICZE PRZYCZYNY DEFORMACJI. 2. Deformacje podłoŝa gruntowego Powodowane są zmiennością cech wytrzymałościowych wynikającą z właściwości gruntów podłoŝa przewaŝnie niedostatecznie i nieprofesjonalnie rozpoznawanego w procesie budowlanym

29 Błędy wynikające z korzystania z parametrów podawanych w normie PN-81/B w świetle badań laboratoryjnych C ( KPa) norma WIŁUN Φ 2b - iły mioceńskie c 1- iły mioceńskie

30 Długotrwale namoknięte podłoŝe powoduje uplastycznienie gruntów spoistych Mo = (σ d h) : h

31 STAN NAPRĘśEŃ W DOWOLNYM PUNKCIE PODŁOśA WYWOŁANYCH OBCIĄśENIEM POWIERZCHNIOWYM

32 Rozkład napręŝeń w gruncie pod konstrukcją drogi s = (q d h) : Mo napręŝenia pierwotne napręŝenia dodatkowe Z max ~ 5,0 m

33 Przykłady rozbieŝności modułów M 0 podawanych w normie PN-81/B z modułami uzyskanymi z badań Mo = (σ d h) : h M 0 z normy M 0 z badań

34 Lp. h m z m s = (q d h) : Mo Obliczenie spodziewanych osiadań obciąŝonego statycznie pyłu piaszczystego jako podłoŝa drogi przy zróŝnicowanych stopniach zagęszczenia z/b η σzd KN/m 2 M 0 I D =0,2 s I D =0,2 mm M 0 I D =0,3 s I D =0,3 mm M 0 I D =0,4 s I D =0,4 mm 1 1,0 0,5 0,08 0,99 12,64 2MPa 6,3 3MPa 4,2 18 0,58 MPa 2 1,0 1,5 0,25 0,90 11,50 5,7 3,8 0,75 3 1,0 2,5 0,42 0,82 10,47 5,2 3,5 0,46 4 1,0 3,5 0,58 0,75 9,58 4,8 3,2 0,43 5 1,0 4,5 0,75 0,68 8,68 4,3 2,8 0,39 6 1,0 5,5 0,92 0,58 7,41 3,7 2,5 0,33 7 1,0 6,5 1,08 0,50 6,38 3,2 2,1 0,30 8 1,0 7,5 1,25 0,45 5,75 2,9 1,9 0,29 9 1,0 8,5 1,21 0,44 5,62 2,8 1,8 0, ,0 9,5 1,35 0,43 5,49 2,7 1,8 0,29 Σ osiadań (mm) 41,6 24,1 3, 8

35 Polski problem profesjonalizmu badań geotechnicznych decydujących o ocenie przydatności podłoŝa do posadowienia

36 Dyscypliny wiedzy i inŝynierii powiązane z geotechniką Geotechnika - to interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki dotycząca badań podłoŝa gruntowego do celów projektowania, wykonywania i kontroli budowli ziemnych i podziemnych, fundamentowania, konstrukcji budowlanych, dróg, linii kolejowych, lotnisk itp.

37 UWARUNKOWANIA PRAWNE

38 Problem kwalifikacji do prowadzenia badań geotechnicznych Niezbędne wykształcenie techniczne mechanika ogólna, mechanika gruntów, wytrzymałość materiałów, mechanika budowli, hydraulika, fundamentowanie, konstrukcje budowlane nowoczesnych technik i technologie geotechniczne związane z fundamentowaniem, budownictwem ziemnym i budownictwem podziemnym. Wykształcenie na wydziałach geologii gruntoznawstwo 60 godz geologia inŝ. 60 godz art. 12 p. 1 Prawa budowlanego, w którym określa się, Ŝe za samodzielna funkcję techniczną w budownictwie jest m. in. działalność związana z koniecznością fachowej oceny zjawisk technicznych 1.Prawa geologicznego z 2009 r. włączyło badania geotechniczne do zakresu robót geologicznych Z Rozporządzenie Ministra Środowiska w w sprawie kategorii prac geologicznych Dz. U. 124 poz. 865 z 2006 roku wynika, Ŝe geotechniczne warunki posadowienia mogą wykonywać osoby, które ukończyły studia na wydziałach geologii, lub geologii i górnictwa i zdały egzamin przed komisją geologiczną

39 SPECJALNOŚCI BUDOWLANE WG DZ.U NR 96 POZ. 817 Z 2005r. Lp. Specjalność Specjalizacja techniczno-budowlana do projektowania lub kierowania robotami budowlanymi 1 konstrukcyjnobudowlana - geotechnika - budowle podziemne - budynki wysokościowe - maszty i kominy przemysłowe - obiekty budowlane na terenach górniczych -śródlądowe budowle hydrotechniczne - morskie budowle hydrotechniczne - obiekty budowlane melioracji wodnych 2 3 mostowa instalacyjna w zakresie sieci, instalacji i rządzeń cieplnych, wentylacyjnych, gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych - drogowe obiekty inŝynierskie sieci, instalacje i urządzenia cieplne i wentylacyjne sieci, instalacje i urządzenia gazowe - sieci, instalacje i urządzenia wodociągowe i kanalizacyjne

40 Rozporządzenia Ministra Środowiska 2005r. w stanowi, Ŝe mgr geologii ustala m. in. : właściwości mechaniczne gruntów, załoŝeń techniczne i konstrukcyjno budowlane obiektu, ocenę stanu istniejących obiektów budowlanych, wskazania dotyczące sposobu racjonalnego posadowienia wskazania posadowienia obiektów na terenach morskich, zalecenia w zakresie monitoringu obiektów budowlanych

41 ROZBIEśNOŚĆI PARAMETRÓW NORMY PN-81/B Z BADANIAMI

42 Powiązanie kosztów i dokładności badań Pomad 90% badań wykonywanych w dokumentacjach geologicznych

43 POWIĄZANIA I WSPÓŁZALEśNOŚCI W BADANIACH GEOTECHNICZNYCH DO POTRZEB FUNDOWANIA OBIEKTÓW WG MAYNE (2006)

44 PARAMETRY STOSOWANE WE WSPÓŁCZESNYCH BADANIACH PODŁOśA E - efektywny moduł ściśliwości trójosiowej M - efektywny moduł ściśliwości edometrycznej G - moduł ścinania Go - moduł ścinania przy małych odkształceniach K, λ - wskaźniki ściśliwości G/Go - moduł redukcji krzywej ścinania D - wskaźnik drgań Φ - efektywny kat tarcia wewnętrznego c - efektywna spójność ψ - kąt dylatancji Cε - współczynnik ściśliwości wtórnej µ - współczynnik Pioissona γ - wskaźnik Poissona

45 KOŃCÓWKI SOND GEOTECHNICZNYCH STOSOWANYCH DO OKREŚLANIA PARAMETRÓW GRUNTÓW

46 Badania i projektowanie geotechniczne wg normy Eurocode 7 S T R A T E G I A P R O J E K T O W A N I A P r o p o n o w a n a b u d o w la G e o l o g ia Is t n ie ją c e d a n e i d oś w ia d c z e n i a S t r a t e g ia p r o j e k t o w a n ia g e o t e c h n i c z n e g o E C 7 C zęśc i 1-2 B A D A N I A G E O T E C H N I C Z N E g e o t e c h n ic z n e p o d ł oŝ a N 3 ) P l a n o w a n i e i w e r y f i k a c j a p r o g r a m u b a d ań E C 7 C zęści 1-2 P R O J E K T O W A N IE P r o p o n o w a n a b u d o w l a G e o l o g i a B a d a n i a p o l o w e P o b ie r a n ie p r ó b i n o r m y d o ty c zą c e b a d ań B a d a n i a l a b o r a t o r y j n e N o r m y la b o r a t o r y jn e D o k u m e n t o w a n i e M o d e l g e o lo g i c z n y W y n i k i b a d ań W y n ik i b a d ań D o k u m e n t a c j a b a d ań p o d łoŝ a O k r eśl e n i e p a r a m e t r ó w g e o t e c h n i c z n y c h i w s p ó ł c z y n n i k ó w E C 7, C zęści 1 i 2 P r o j e k t o w a n i e - g e o t e c h n i c z n e - k o n s t r u k c y j n e S p e c y f i k a c j e M o d e l g e o t e c h n i c z n y P r o j e k t g e o t e c h n i c z n y D o k u m e n t a c j a p r o j e k t o w a ( p r o j e k t k ońco w y ) E C 7 c zęść 1 P r o g r a m k o n t r o li, n a d z o r u i m o n i t o r o w a n i a S k ł a d a n i e o f e r t n a p o d s t a w i e p r o j e k t u W Y K O N A W S T W O R O B Ó T S t u d iu m w y k o n a l n ośc i K o n t r o la, n a d z ó r i m o n i t o r o w a n i e w c z a s i e b u d o w y P r o j e k t w y k o n a w c z y D o k u m e n t a c j a z k o n t r o l i, n a d z o r u i m o n i t o r o w a n i a O d b i ó r b u d o w l i E K S P L O A T A C J A B U D O W L I K o n t r o l a i m o n i t o r o w a n i e z w ią z a n e z u t r z y m a n i e m D o k u m e n t a c j a z k o n t r o li, n a d z o r u i m o n i t o r o w a n i a

47 WADY BADANIE WSKAŹNIKA ZAGĘSZCZENIA ZA POMOCĄ PŁYTY VSS stosunek modułów odkształcenia jest zmienny w zaleŝności o zmiany wilgotności gruntu, przez co badania są zupełnie nieprzydatne w gruntach spoistych (f i > 2%) Współpracujące z płytą podłoŝe jest stoŝkiem o tworzącej pod katem 45 o + Φ/2, co powoduje, Ŝe kształt stoŝka jest inny w gruntach luźnych i zagęszczonych, a przy średnicy płyty 16 cm w podłoŝe wciskany jest wytworzony w gruncie stoŝek o wysokości ok. 20 cm PRZYKŁAD 1. W czasie budowy dwupasmowej obwodnicy Wałbrzycha badaniami sondą VSS określono, Ŝe wskaźniki Is od 0,98 do 1,0. Powstało osuwisko, badania metodą pomiaru gęstości wykazały, Is = 0,90-092

48 GŁĘBOKOŚĆ ROZPOZNANIA GEOTECHNICZNEGO Norma Eurocode 7 określa, Ŝe: 1. w przypadku podłoŝa dróg i lotnisk głębokość rozpoznania podłoŝa (z a ) powinna być nie mniejsza od 2 m poniŝej poziomu warstw konstrukcyjnych drogi, 2. w przypadku wykonywania konstrukcji obciąŝających dna wykopów nie mniejsza niŝ 2 m, ale takŝe nie mniejsza 0,4 wysokości wyŝszej skarpy.

49 ZALEśNOŚĆ WSKAŹNIKA ZAGĘSZCZENIA PIASKÓW DROBNYCH OD DYNAMICZNEGO MODUŁU ODKSZTAŁCENIA E d

50 Czy drogi są zagroŝone wodami powodziowymi? TAK ALE

51 Czy są drogi odporne na powódź? TAK ALE Konstrukcji oporowych umocnień brzegów nie mogą stanowić nietrwałe gabiony, lecz odpowiednio posadowione mury oporowe W celu zabezpieczenia przed osuwiskami naleŝy stosować odpowiednie wzmocnienia geotechniczne i systemy odwadniające W celu zabezpieczenia przed erozja wewnętrzną w podłoŝach dróg naleŝy wykonywać odpowiednio dobrane filtry i systemy odwodnień. Grunty podłoŝe drogi powinno być profesjonalnie rozpoznane i doprowadzone do stanu przewidywalnej trwałości pod nadzorem inŝynierów geotechników bo są to badania geotechniczne, a nie geologiczne Zagęszczenie warstw nasypowych powinno być kontrolowane metodami pomiaru gęstości, a nie płytami uciskowymi