Zarządzanie projektami infrastrukturalnymi w budownictwie kolejowym

Transkrypt

1 Zarządzanie projektami infrastrukturalnymi w budownictwie kolejowym PODTORZA KOLEJOWE - GEOTECHNIKA Regulacje prawne Metody oceny parametrów gruntu Wzmacnianie podłoża gruntowego Projektowanie geotechniczne wybrane zagadnienia Warszawa dr inż. Norbert Kurek

2 Agenda 1. Regulacje prawne dot. podtorza kolejowego - zmiany 2. Metody oceny potrzeby modyfikacji podłoża gruntowego 3. Wzmacnianie podtorza kolejowego - wymagania materiałowe i technologiczne, warunki odbioru robót 4. Projektowanie geotechniczne wybrane zagadnienia 2

3 Cel wykładu? γ=18,5 kn/m 3 p k = 65 kpa 1. Jaka technologia? 2. Jakie badania gruntu? CSa Φ =38 o M 0 = 80 MPa 0.0 m p.p.t 3 m 3. Jakie badania odbiorowe? Or γ=12,5 kn/m 3 Φ =10 o c =10 kpa M 0 = 2 MPa 1,5 m p.p.t 3,5 m p.p.t 3,5 m MSa γ=18,5 kn/m 3 Φ =42 o M 0 = 120 MPa 10 m 3

4 Regulacje prawne 1. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 10 września 1998 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie, Dz. U. Nr 151 poz Id-3 Warunki techniczne utrzymania podtorza kolejowego, PKP PLK S.A., W-wa, Standardy techniczne szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy linii kolejowych o prędkościach V max 200 km/h (dla taboru konwencjonalnego) i 250 km/h (dla taboru z wychylonym pudłem, PKP PLK S.A, W-wa, Decyzja Komisji z dnia 26 kwietnia 2011 r. dotycząca technicznej specyfikacji interoperacyjności podsystemu Infrastruktura transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnych 4a. Wytyczne badań podłoża gruntowego dla potrzeb budowy i modernizacji infrastruktury kolejowej. PKP PLK, W-wa, b. Ustawa z dnia 28 marca 2003 o transporcie kolejowym 4

5 Regulacje prawne 5. PN-EN :2007 (Eurokod 1) Oddziaływania na konstrukcje, Część 2: Obciążenia ruchome mostów. 6. PN-S :1985, Obiekty mostowe - Obciążenia. (Norma wycofana). 7. BN :1988, Podtorze i podłoże kolejowe. Roboty ziemne. Wymagania i badania(norma wycofana). 8. PN-EN :2008 (Eurokod 7) Projektowanie geotechniczne, Część 1: Zasady ogólne. 9. PN-EN :2008 (Eurokod 7) Projektowanie geotechniczne, Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego. 10. Załącznik Krajowy do PN-EN :2008 (Eurokod 7) Projektowanie geotechniczne, Część 1: Zasady ogólne, Inne 5

6 Regulacje prawne WCZORAJ Umowy między narodowe (COTIF, AGC, AGTC, ) Specyfikacje międzynarodowe (UIC, RIV, RIC, EN standards) DZISIAJ TSI Normy europejskie Przepisy krajowe, z wzajemną akceptacją lub bez Przepisy krajowe 6

7 Regulacje prawne Techniczne Specyfikacje Interoperacyjności (ang. Technical Specifications for Interoperability, TSI) szczegółowe wymagania techniczne i funkcjonalne, procedury i metody oceny zgodności z zasadniczymi wymaganiami dotyczącymi interoperacyjności kolei, warunki eksploatacji i utrzymania dotyczące składników interoperacyjności i podsystemów transeuropejskiego systemu kolei dużych prędkości i transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnej, określane i ogłaszane przez Komisję Europejską 7

8 Regulacje prawne Rozmaitość systemów 5 systemów elektryfikacji 21 systemów sterowania (ATP/ATC) 5 szerokości toru 5 kategorii nacisku na oś 6 skrajni krajowe przepisy Cel: poprawa i rozwój międzynarodowego transportu kolejowego osiągnięcie interoperacyjności = zdolności systemu kolejowego do bezpiecznego i niezakłóconego ruchu pociągów z zapewnieniem określonych parametrów na tych liniach stworzenie wspólnego rynku przemysłu kolejowego = wkład w stopniowe stworzenie wewnętrznego rynku produktów i usług dla budowy, modernizacji i eksploatacji kolei we Wspólnocie 8

9 Regulacje prawne MAŁA NOWELIZACJA tj. zmiany do Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 10 września 1998 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie CEL: - stworzenie warunków do szerszego stosowania TSI oraz norm europejskich ZMIANA Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 5 czerwca 2014 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie. Poz

10 Regulacje prawne WAŻNE ZMIANY W ASPEKCIE PODTORZA KOLEJOWEGO 7) w 16 uchyla się ust. 5-7; 8) w 18 uchyla się ust 3 i skreśla się rys. 3.2a-3.2 f; - rezygnacja z modułu odkształcenia podtorza, jako podstawowego parametru weryfikującego nośność /odkształcalność/stateczność projektowanego korpusu budowli ziemnej (otwarcie drogi stosowania do projektowania EC1 i EC7) - rezygnacja z narzuconego przez Ministra przekroju normalnego toru na prostej i łukach (możliwość dostosowania przekroju normalnego do panujących warunków terenowych) 10

11 Regulacje prawne WAŻNE ZMIANY W ASPEKCIE PODTORZA KOLEJOWEGO 4) w 13 w ust. 2 w tabeli 3.1 skreśla się kolumnę 6 Dopuszczalne naciski osi P [kn] ; 5) po 14 dodaje się 14a i 14b w brzmieniu: - gradacja klas obciążeń wg norm - rozróżnienie modeli obciążeń projektowych i uspójnienie współczynników klasyfikacji obciążeń (α) 11

12 PODTORZE KOLEJOWE Podtorze - kolejowa budowla ziemna wraz z urządzeniami ją zabezpieczającymi, ochraniającymi i odwadniającymi, podlegająca oddziaływaniom eksploatacyjnym, wpływom klimatycznym oraz wpływom podłoża gruntowego zalegającego bezpośrednio pod podtorzem i w najbliższym jego otoczeniu (źródło: [2]) Podstawowe zadanie podtorza - przejęcie obciążeń przekazywanych przez podsypkę (podtorze pełni rolę fundamentu toru kolejowego) Elementami podtorza są: 1) nasypy i przekopy wraz ze wzmocnieniami, urządzeniami ochronnymi i zabezpieczającymi, 2) przypory wraz z ich wzmocnieniami i urządzeniami zabezpieczającymi, 3) urządzenia odwadniające. 12

13 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [2] 13

14 PODTORZE KOLEJOWE Podtorze musi być tak zaprojektowane, zbudowane i utrzymywane, aby: było dostatecznie wytrzymałe i trwałe oraz stanowiło stateczną i jednorodną podstawę dla nawierzchni linii kolejowej o określonych parametrach eksploatacyjnych, w występujących warunkach klimatycznych i eksploatacyjnych nie ulegało nadmiernym trwałym i sprężystym odkształceniom, zagrażającym bezpieczeństwu ruchu, bądź stwarzającym potrzebę zbyt częstych napraw nawierzchni, koszty budowy i eksploatacji były możliwie małe, bez pogarszania walorów użytkowych, zapewniona była możliwość łatwego, także zmechanizowanego, prowadzenia robót podtorzowych, nawierzchniowych, trakcyjnych, teletechnicznych itp. 14

15 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [10] 11. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych. 15

16 PODTORZE KOLEJOWE Ustalanie geotechnicznych warunków posadawiania polega na: 1) zaliczeniu obiektu budowlanego do odpowiedniej kategorii geotechnicznej; 2) zaprojektowaniu odwodnień budowlanych; 3) przygotowaniu oceny przydatności gruntów stosowanych w budowlach ziemnych; 4) zaprojektowaniu barier lub ekranów uszczelniających; 5) określeniu nośności,przemieszczeń i ogólnej stateczności podłoża gruntowego; 6) ustaleniu wzajemnego oddziaływania obiektu budowlanego i podłoża gruntowego w różnych fazach budowy i eksploatacji, a także wzajemnego oddziaływania obiektu budowlanego z obiektami sąsiadującymi; 7) ocenie stateczności zboczy, skarp wykopów i nasypów; 8) wyborze metody wzmacniania podłoża gruntowego i stabilizacji zboczy, skarp wykopów i nasypów; 9) ocenie wzajemnego oddziaływania wód gruntowych i obiektu budowlanego; 10) ocenie stopnia zanieczyszczenia podłoża gruntowego i doboru metody oczyszczania gruntów. Źródło: [11] 16

17 PODTORZE KOLEJOWE Kategorię geotechniczną ustala się w opinii geotechnicznej w zależności od stopnia skomplikowania warunków gruntowych oraz konstrukcji obiektu budowlanego, charakteryzujących możliwości przenoszenia odkształceń i drgań, stopnia złożoności oddziaływań, stopnia zagrożenia życia i mienia awarią konstrukcji, jak również od wartości zabytkowej lub technicznej obiektu budowlanego i możliwości znaczącego oddziaływania tego obiektu na środowisko. Źródło: [11] 17

18 PODTORZE KOLEJOWE 2. Warunki gruntowe w zależności od stopnia ich skomplikowania dzieli się na: 1) proste-występujące w przypadku warstw gruntów jednorodnych genetycznie i litologicznie, zalegających poziomo, nieobejmujących mineralnych gruntów słabonośnych, gruntów organicznych i nasypów niekontrolowanych, przy zwierciadle wody poniżej projektowanego poziomu posadowienia oraz braku występowania niekorzystny ch zjawisk geologicznych; 2) złożone występujące w przypadku warstw gruntów niejednorodnych, nieciągłych, zmiennych genetycznie i litologicznie, obejmujących mineralne grunty słabonośne, grunty organiczne i nasypy niekontrolowane, przy zwierciadle wód gruntowych w poziomie projektowanego posadawiania i powyżej tego poziomu oraz przy braku występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych; 3) skomplikowane występujące w przypadku warstw gruntów objętych występowaniem niekorzystnych zjawisk geologicznych, zwłaszcza zjawisk i form krasowych, osuwiskowych, sufozyjnych, kurzawkowych, glacitektonicznych, gruntów ekspansywnych i zapadowych, na obszarach szkód górniczych, przy możliwych nieciągłych deformacjach górotworu, w obszarach dolin i delt rzek oraz na obszarach morskich. Źródło: [11] 18

19 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [11] 19

20 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [11] 20

21 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [11] 21

22 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [11] 22

23 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [11] 23

24 PODTORZE KOLEJOWE Rodzaj konstrukcji Warunki proste Warunki złożone Warunki skomplikow. Niewielkie obiekty budowlane, o statycznie wyznaczalnym schemacie obliczeniowym -1 lub 2 kondygnacyjne budynki, -ściany oporowe i rozparcia wykopów o różnicy poziomów mniejszych niż 2,0m -wykopy o głębokości 1,2m, nasypy budowlane do wysokości 3,0m Pierwsza kategoria geotechniczna Druga kategoria geotechniczna Trzecia kategoria geotechniczna Obiekty budowlane wymagające ilościowej i jakościowej oceny danych geotechnicznych -fundamenty bezpośrednie i głębokie - ściany oporowe lub inne konstrukcje oporowe o różnicy poziomów >2,0m -wykopy o gł. >1,2 m, nasypy budowlane o wysokości >3,0 m, inne budowle ziemne -przyczółki i filary mostowe -kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące Druga kategoria geotechniczna Druga kategoria geotechniczna Trzecia kategoria geotechniczna Nietypowe obiekty budowlane -mosty przez rzeki o świetle ponad 100m, -głębokie wykopy poniżej zwierciadła wody, -fundamenty nietypowe, -konstrukcje narażone na wstrząsy sejsmiczne, -konstrukcje położone na terenach górniczych kat. II i wyższych, -obiekty których nie można zaliczyć do żadnych z dwóch kategorii, Tunele w miękkich skałach i spękanych, obciążonych wodami naporowymi, -wykopy prowadzone w trudnych warunkach wśród zabudowy, -obiekty zaliczane do inwestycji mogących znacząco oddziaływać na środowisko Trzecia kategoria geotechniczna Trzecia kategoria geotechniczna Trzecia kategoria geotechniczna - konieczność sporządzania dokumentacji geologiczno-inżynierskiej - opinia geotechniczna - opinia geotechniczna + dok. badań podłoża + projekt geotechniczny - opinia geotechniczna + dok. badań podłoża + projekt geotechniczny Źródło: [Majer i inni, 2013] 24

25 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [11] 25

26 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [8] 26

27 PODTORZE KOLEJOWE Stany graniczne nośności w projektowaniu geotechnicznym STR i GEO Źródło: [Wysokiński i inni] 27

28 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [10] 28

29 PODTORZE KOLEJOWE DA-2 DA-3 A1+M1+R2 A2+M2+R3 A- oddziaływania M materiały (grunt) R reakcje oporu podłoża Algorytm projektowania wymaga: przyjęcia do projektowania kombinacji wartości obciążeń stałych i zmiennych, ustalenia zapasu bezpieczeństwa współczynniki częściowe, przyjęcie wartości charakterystycznych parametrów gruntowych, określenie współczynnika bezpieczeństwa globalnego Źródło: [10] 29

30 PODTORZE KOLEJOWE Źródło: [10] 30

31 PODTORZE KOLEJOWE Stany graniczne nośności w projektowaniu geotechnicznym E d R d Wartość obliczeniowa efektów oddziaływań: E d = E{γ F F rep ; X k /γ M ; a d } lub E d = γ E E{F rep ; X k /γ M ; a d } Wartość obliczeniowa oporu (nośności): R d = R{γ F F rep ; X k /γ M ; a d } F rep wartość reprezentatywna oddziaływania; γ F częściowy współczynnik dla oddziaływania. STR i GEO γ E częściowy współczynnik dla efektu oddziaływania. X k wartość charakterystyczna właściwości materiału; γ M częściowy współczynnik dla parametru geotechnicznego (współczynnik materiałowy). a d wartość obliczeniowa parametru geometrycznego. lub R d = R{γ F F rep ; X k ; a d }/γ R lub R d = R{γ F F rep ; X k /γ M ; a d }/γ R Źródło: [8] 31

32 PODTORZE KOLEJOWE Podtorze należy projektować przy założeniu trwałości równej 100 lat, przy czym jeśli podtorze ma spełniać funkcje wymagające trwałości większej, np. funkcje hydrotechniczne, to należy to uwzględnić (źródło: [2], [3]). Współczynniki pewności F dot. stateczności podtorza i jego elementów określone na podstawie właściwości gruntów powinny wynosić co najmniej: a) 2,0 - dla podtorza nowobudowanego i dobudowywanego b) 1,5 - w eksploatacji Źródło: [2] c) 1,3 - bezpośrednio po naprawie podtorza Źródło: [3] d) 1,0 Źródło: [8], [10]? 32

33 PODTORZE KOLEJOWE Warunek użytkowalności: a) Eurokod 7 brak wytycznych dot. podtorza kolejowego b) Warunki techniczne Id-3 / Standardy techniczne c) PN-81/B brak danych dot. podtorza kolejowego Źródło: [8], [10] Źródło: [2], [3] Jeśli nie określono innych wymagań, dopuszczalne różnice osiadań torowiska należy przyjmować: równe 4 mm/rok na długości 30 m lub 10 mm/rok na długości 200 m. BRAK WARUNKU OSIADAŃ CAŁKOWITYCH W gruntach częściowo lub w pełni nasyconych wodą zaleca się uwzględniać trzy składniki osiadania: s 0 osiadania natychmiastowe odkształcenia postaciowe przy stałej objętości lub w wyniku zmniejszenia objętości s 1 osiadania wynikające z konsolidacji s 2 osiadania wynikające z pełzania (konsolidacja wtórna) 33

34 PODTORZE KOLEJOWE Eurokod 7 (PN-EN 1997): prawidłowo opracowane parametry geotechniczne i kontrola jakości wykonania robót na budowie ma większe znaczenie dla spełnienia podstawowych wymagań projektu niż dokładność modeli obliczeniowych i wartości współczynników częściowych 34

35 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Wysokiński i inni] Dokumentacja w formie dokumentacji geologicznoinżynierskiej lub geotechnicznej Interpretacja danych Projekt geotechniczny 35

36 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 36

37 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Wartość wyprowadzona to wartość parametru geotechnicznego określona z wyników badań na podstawie teorii, korelacji lub doświadczenia Charakterystyczną wartość parametru geotechnicznego należy wybrać jako ostrożne oszacowanie wartości decydującej o wystąpieniu stanu granicznego Źródło: [12] 37

38 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Wartość charakterystyczna parametru geotechnicznego X k z definicji jest to wartość statystyczna. p Wartość charakterystyczna (X k, R k ), wartość właściwości materiału odpowiadająca prawdopodobieństwu nieprzekroczenia jej w teoretycznie nieograniczonej serii prób. Zwykle odpowiada ona określonemu kwantylowi przyjętego rozkładu statystycznego. W pewnych okolicznościach za wartość charakterystyczną przyjmuje się wartość nominalną. Odnośnie do gruntów ustalono, że przyjmowany zazwyczaj w materiałach konstrukcyjnych (beton, drewno, stal) 5% kwantyl rozkładu wyników, nie ma technicznego uzasadnienia. Wartości ocen 5% są zbyt niskie, niezgodne z obserwacjami. W Polsce norma PN-81/B przyjmowała średnią jako wartość charakterystyczną. 38

39 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Eurokod 7 p (1)P Charakterystyczną wartość parametru geotechnicznego należy wybrać jako ostrożne oszacowanie wartości wpływających na wystąpienie stanu granicznego. p (1)P Wyboru wartości charakterystycznej należy dokonywać na podstawie wartości wyprowadzonych z badań laboratoryjnych i terenowych, uzupełnionych przez ogólnie uznane doświadczenie. Eurokod zaleca stosowanie metod statystycznych do oceny wyników badań i do określania wartości parametrów geotechnicznych. Aby uzyskać obiektywizację ostrożnego oszacowania proponujemy stosować wzór Schneider a, do oceny wartości charakterystycznej z wyników badań w postaci: X k = X sr 0,5σ X sr -wartość średnia σ - odchylenie standardowe 39

40 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Wysokiński i inni] 40

41 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Etapy badań podłoża budowlanego: 1) Etap studium lub koncepcji modernizacji lub budowy nowych odcinków linii kolejowych informacje podstawowe przyjęcie rozwiązań wstępne oszacowanie kosztów inwestycji- ocena jej wpływu na środowisko 2) Etap projektu budowlanego dane dot. podłoża gruntowego niezbędne do oceny war. geol.-inż. i geotech., ustalenie wartości wyprowadzonych, model geologiczny 3) Etap projektu wykonawczego badania uzupełniające lub wynikające z rozwiązań projektowych np. ze względu na przyjętą technologię wzmacniania podłoża 4) Etap realizacji badania kontrolne w zakresie badań odbiorczych 41

42 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [9] 42

43 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO 43

44 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 44

45 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [10] 45

46 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Bagińska, 2009] 46

47 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [9] 47

48 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 48

49 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 49

50 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 50

51 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 51

52 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 52

53 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [4a] 53

54 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO BADANIA POLOWE - SONDOWANIA STATYCZNE CPT, CPTU, SCPTU - SONDOWANIE DYLATOMETRYCZNE DMT - SONDOWANIA PRESJOMETRYCZNE PMT - SONDY KRZYŻAKOWE FVT - SONDOWANIA DYNAMICZNE DPL, DPH, DPSH - SONDY CYLINDRYCZNE SPT - WSKAŹNIKI NOŚNOŚCI CBR - SONDY WKRĘCANE WST - PRÓBNE OBCIAZENIA PŁYTĄ PLT BADANIA LABORATORYJNE - PARAMETRY WYTRZYMAŁOŚCIOWE - kąt tarcia wewnętrznego - kohezja - wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez drenażu - PARAMETRY ODKSZTAŁCENIOWE - edometryczny moduł ściśliwości M (E oed ) [MPa] - wskaźnik ściśliwości C c [-] - wskaźnik odprężenia C s [-] - współczynnik konsolidacji c v ; c h [m 2 /s] - współczynnik pełzania c α [m 2 /s] - naprężenie prekonsolidacji σ p [kpa] - współczynnik Poisson a ν [-] - moduł odkształcenia postaciowego G, G max [MPa] - wskaźnik prekonsolidacji OCR [-] 54

55 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO BADANIA LABORATORYJNE Kąt tarcia wewnętrznego gruntu oraz kohezja: a) PN-81/B parametr całkowity uogólniony b) Eurocod 7 parametry efektywne φ, c σ =σ-u σ naprężenie całkowite σ naprężenie efektywne u ciśnienie wody w porach gruntu 55

56 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO 56

57 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO q c opór stożka f s tarcie tulei u 2 ciśnienie wody w porach gruntu Parametry stożka: kąt - 60⁰, średnica - 35,7 mm powierzchnia - 10 cm2 lub (15 cm2) prędkość sondowania: 2 cm/s (~ 1 m/min) 0 q c [MPa] f s [MPa] u [MPa] 0 0,05 0,1 0,150 0,05 0,1 2 głębokość [m]

58 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO ciągły odczyt danych wraz z głębokością interpretacja wyników badań obejmuje: ocenę jednorodności budowy geologicznej, określenie miąższości i zasięgu występowania poszczególnych warstw identyfikację rodzaju gruntu określenie stanu gruntów niespoistych i spoistych określenie parametrów wytrzymałościowych i odkształceniowych gruntu, ustalenie historii obciążenia Sonda statyczna CPTU jest nowoczesnym narzędziem służącym do badania podłoża gruntowego, pozwalającym na szybkie uzyskanie koniecznych do obliczeń wartości wyprowadzonych parametrów geotechnicznych 58

59 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Badanie dylatometryczne może być prowadzone do głębokości około 30m. Stosowane do określenia: rodzaju i stanu gruntu profilu podłoża gruntowego wartości parametrów geotechnicznych (wsp. parcia K 0, wskaźnik prekonsolidacji OCR, wytrzymałości na ścinanie bez odpływu) 59

60 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO K DMT współczynnik naprężenia poziomego I DMT indeks materiałowy E DMT moduł dylatometryczny E DMT = E, E 0 0 K DMT I DMT E DMT [MPa] p 0 p 1 głębokość [m]

61 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Sondowanie dynamiczne (stożek): zagęszczenie gruntów niespoistych uzupełnienie rozpoznania podłoża pomiędzy otworami ustalenie granic warstw ocena nośności niespoistego podłoża gruntowego Sondowanie dynamiczne (krzyżak): wytrzymałość gruntu na ścianie bez odpływu s u 61

62 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Presjometr Menarda

63 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Presjometr Menarda1960. p l - naprężenie graniczne p f - naprężenie pełzania E M -moduł presjometryczny 63

64 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Kurek, 2013] 64

65 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Kurek, 2013] 65

66 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Mayne, 2001] 66

67 BADANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Źródło: [Head, 1986] 67

68 Wzmacnianie podłoża gruntowego GŁĘBOKIE WYKOPY BADANIA PODŁOŻA GEOTECHNIKA BUDOWLE ZIEMNE - NASYPY FUNDAMENTOWANIE WZMACNIANIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO 68

69 Wzmacnianie podłoża gruntowego Nowoczesne rozwiązania w branży geotechnicznej stanowią oszczędną alternatywę dla tradycyjnego posadowienia pośredniego lub wymiany gruntu T0 hydraulic fill 3 à 5 m T0 hydraulic fill 3 à 5 m T0 hydraulic fill 3 à 5 m T1 sof clay 3 à 4 m T1 sof clay 3 à 4 m T1 sof clay 3 à 4 m T2 dense to very dense sands ~ 17 m T2 dense to very dense sands ~ 17 m T2 dense to very dense sands ~ 17 m T3 clay- ~ 20 m T3 clay- ~ 20 m T3 clay- ~ 20 m T4 dense sand T4 dense sand T4 dense sand 69

70 Wzmacnianie podłoża gruntowego Ogólnym celem wzmacniania podłoża gruntowego jest zapewnienie technicznej możliwości spełnienia wymagań, jakie stawiane są budowli. Wzmacnianie podłoża nawierzchni i budowli jest niezbędnym zabiegiem w przypadku gdy nie spełnia ono ustalonych wymagań, dotyczących warunków nośności, stateczności i przydatności do użytkowania 70

71 Wzmacnianie podłoża czy jest potrzebne Meksyk 1519 r. 71

72 Wzmacnianie podłoża czy jest potrzebne Meksyk 2012 r. 72

73 Wzmacnianie podłoża czy jest potrzebne Meksyk 2012 r. 73

74 Wzmacnianie podłoża czy jest potrzebne Meksyk 2012 r. 74

75 Wzmacnianie podłoża czy jest potrzebne Meksyk 2006 r. Palace of fine arts Mexico City Osiadanie 4,6 m budowa ok r 75

76 Wzmacnianie Podłoża czy jest potrzebne 76

77 Wzmacnianie Podłoża czy jest potrzebne 77

78 Wzmacnianie Podłoża czy jest potrzebne Polska 2014 r. 78

79 Wzmacnianie Podłoża czy jest potrzebne 79

80 Technologie wzmocnienia podłoża gruntowego MSC CFA ISR JG BMC DSM CMC SC MMB VF MCC DC VD MCC DR RIC 80

81 Dostosowanie technologii do rodzaju obiektu OBIEKTY: Metoda Typowy zasięg [m] 81

82 Dostosowanie technologii do warunków gruntowych RODZAJ GRUNTU: Metoda Typowy zasięg [m] 82

83 Klasyfikacja metod wzmacniania podłoża POCHODZENIE MATERIAŁU metody bez użycia dodatkowych materiałów metody z użyciem dodatkowych materiałów metody i technologie zagęszczania gruntów niespoistych metody i technologie przyspieszające proces konsolidacji gruntów spoistych 83

84 Klasyfikacja metod wzmacniania podłoża RODZAJ MATERIAŁU grunty niespoiste: -kamienie -żwir -pospółka -piasek - zaczyn cementowy (iniekt) -wapno -popiół -beton - żelbet (beton zbrojony) inne grunty służące do wymiany: -rodzime - antropogeniczne 84

85 Klasyfikacja metod wzmacniania podłoża RODZAJ WSPÓŁPRACY ELEMENTU WZMACNIAJĄCEGO Z PODŁOŻEM - pale betonowe -pale prefabrykowane - pale żelbetowe - pale jet grouting -palisady - ścianki szczelne - ściany szczelinowe element sztywny - kolumny scementowane - kolumny wymiany dynamicznej - iniekcje rozpychające - wgłębne mieszanie gruntu elementy częściowo podatne - kolumny kamienne - kolumny żwirowe - kolumny piaskowe - grunt zbrojony elementy podatne 85

86 Klasyfikacja metod wzmacniania podłoża SPOSÓB WYKONANIA metody dynamiczne metod statyczne impulsowa wibracyjna iniekcje wiercone przemieszczeniowe mieszanie gruntu 86

87 Klasyfikacja metod wzmacniania podłoża METODY DYNAMICZNE impulsowa wibracyjna wybuchy udary powierzchniowe wgłębne pale wbijane konsolidacja dynamiczna wymiana dynamiczna wibroflotacja wibrowymiana wibrowanie 87

88 Kolumny przemieszczeniowe CMC 88

89 Kolumny BMC (Bi-Modulus Columns) 89

90 Kolumny BMC (Bi-Modulus Columns) Brak głowicy żwirowej pod niskim nasypem Odkształcenia nawierzchni Głowica żwirowa redukcja sił przebicia 90

91 Kolumny podatne MSC 91

92 Kolumny podatne MSC ZASTOSOWANIE: Niskie nasypy drogowe/kolejowe Posadzki Parkingi Płyty fundamentowe Medium nośne trzonu kolumny: - iniekt (cementowy, wapienny, cementowo-wapienny z domieszkami popiołów i ulepszaczy chemicznych lub mieszanka cementowo-piaskowa, cementowo-wapienno-piaskowa - mieszanka betonowa 92

93 Kolumny MSC Efekt wykonanych prac 0 Siła pionowa [kn] zakres osiadań pojedynczej koluny 15 Osiadanie [mm] siła obliczeniowa 90 kn 45 93

94 Kolumny CMC/BMC/MSC WARUNKI GRUNTOWE - GRUNTY ORGANICZNE C u >15kPa - IŁY, GLINY, GLINY PIASZCZYSTE - PYŁY - GRUNTY ANTROPOGENICZNE - PIASKI WARUNKI WODNE - BRAK OGRANICZEŃ UWARUNKOWANIA TERENOWE - BRAK NEGATYWNYCH ODDZIAŁYWAŃ - MOŻLIWOŚCI PROWADZENIA PRAC W BEZPOŚREDNIM SĄSIEDZTWIE BUDYNKÓW - LIKWIDACJA UROBKU Z WIERCENIA ZASIĘG ODDZIAŁYWANIA - MAX 30m TYPOWE ŚREDNICE KOLUMN - 0,27m, 0,32m, 0,36m, 0,4m, 0,6m 94

95 Kolumny CMC/BMC/MSC BADANIA GEOTECHNICZNE NA POTRZEBY PROJEKTOWANIA BADANIA POLOWE - SONDOWANIA STATYCZNE CPT, CPTU, SCPTU - SONDOWANIE DYLATOMETRYCZNE DMT - SONDOWANIA PRESJOMETRYCZNE PMT - SONDY KRZYŻAKOWE FVT - SONDY CYLINDRYCZNE SPT - SONDY WKRĘCANE WST BADANIA LABORATORYJNE - BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE (APARAT TRÓJOSIOWY I SKRZYNKOWY) - BADANIA ODKSZTAŁCENIOWE (EDOMETR, KONSOLIDOMETR) - AGRESYWNOŚĆ WODY 95

96 Kolumny CMC/BMC/MSC Zalety wysoko nośność wysoka wydajność brak urobku przyjazna środowisku uniwersalna wzmocnienie w skali globalnej 96

97 Kolumny CMC/BMC/MSC Koncepcja rozwiązania 97

98 Kolumny CMC/BMC/MSC Idea kolumn betonowych 100% of the load in the piles. No load in the soil Share of the load between column and soil Pale fundamentowe Wzmocnienie CMC/BMCMSC 98

99 Kolumny CMC/BMC/MSC MES 2D - cel: -wyznaczenie przemieszczeń pionowych konstrukcji na wzmocnionym gruncie -wyznaczenie naprężeń i siły osiowej w kolumnach 99

100 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe MES 2D - cel: -wyznaczenie przemieszczeń pionowych nasypu -wyznaczenie przemieszczeń poziomych nasypu -wyznaczenie naprężeń w kolumnach -wyznaczanie siły w siatkach stalowych 100

101 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe Zmiana założeń projektowych w trakcie realizacji to ZAGROŻENIE DLA KONSTRUKCJI!!! Siatka stalowa Geosyntetyk Uwagi Sztywność EA 5x [kn/mb] x [kn/mb] Wytrzymałość na rozciąganie x [kn] x [kn] Odkształcenie x [%] 5,5x [%] EA zależne od czasu Wydłużenie względne geosyntetyku Przemieszczenie kolumny x [cm] x [cm] 5,5x [cm] 5x [cm] Nadmierne przemieszczenia pionowe i poziome nasypu katastrofa budowlana! 101

102 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe Modernizacja E65 - LCS Działdowo 102

103 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe Modernizacja E65 - LCS Działdowo 103

104 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe Modernizacja E65 - LCS Działdowo 104

105 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe Modernizacja E65 - LCS Działdowo 105

106 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK nr 353 Poznań Skandawa / szlak Sątopy Samulewo - Korsze 106

107 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK nr 353 Poznań Skandawa / szlak Sątopy Samulewo - Korsze 107

108 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK nr 353 Poznań Skandawa / szlak Sątopy Samulewo - Korsze 108

109 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK nr 353 Poznań Skandawa / szlak Sątopy Samulewo - Korsze 109

110 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK Warszawa-Gdańsk / odc. Tczew-Pszczółki 110

111 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK Warszawa-Gdańsk / odc. Tczew-Pszczółki 111

112 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK Warszawa-Gdańsk / odc. Tczew-Pszczółki 112

113 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK Warszawa-Łódź / odc. Warszawa Zach.-Miedniewice 113

114 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK Warszawa-Łódź / odc. Warszawa Zach.-Miedniewice 114

115 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty liniowe LK Warszawa-Łódź / odc. Warszawa Zach.-Miedniewice 115

116 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty inżynierskie Wzmocnienie Podłoża Pod Przyczółki Wiaduktu ul. Armii Krajowej, Warszawa Grudzień 2013r. 116

117 Kolumny CMC/BMC/MSC - obiekty inżynierskie Strefa przejściowa na dojeździe do przepustu 117

118 Kolumny CMC/BMC/MSC Próbne obciążenie 118

119 Kolumny CMC/BMC/MSC Metryki kolumn - profil kolumny - głębokość - ilość betonu - ciśnienie w układzie - siła posuwu - moment obrotowy świdra 119

120 Kolumny CMC/BMC/MSC POŁUDNIOWA OBWODNICA GDAŃSKA 120

121 Kolumny MSC i CMC - Galeria Warmińska 121

122 Konsolidacja gruntu - drenaż pionowy VD 122

123 Konsolidacja gruntu - drenaż pionowy VD WARUNKI GRUNTOWE - GRUNTY ORGANICZNE - GLINY, GLINY PIASZCZYSTE - PYŁY WARUNKI WODNE - BRAK OGRANICZEŃ (ŁĄCZENIE WARSTW WODONOŚNYCH) UWARUNKOWANIA TERENOWE - BRAK NEGATYWNYCH ODDZIAŁYWAŃ - KONIECZNOŚĆ PRZECIĄŻENIA min 50-75kPa - KONIECZNOŚC ETAPOWANIA PRAC ZASIĘG INSTALACJI - MAX 40m ROZSTAWU DRENÓW - 0,6mx0,6m 2,0x2,0m PROGNOZOWANE OSIADANIA cm (max 5,0m Wietnam) 123

124 Konsolidacja gruntu - drenaż pionowy VD BADANIA POLOWE - SONDOWANIA STATYCZNE CPT, CPTU, SCPTU - SONDOWANIE DYLATOMETRYCZNE DMT - SONDOWANIA PRESJOMETRYCZNE PMT - SONDY KRZYŻAKOWE FVT - SONDY CYLINDRYCZNE SPT - SONDY WKRĘCANE WST - SONDA BAT - WSPÓŁCZYNNIK FILTRACJI BADANIA LABORATORYJNE - BADANIA ODKSZTAŁCENIOWE (EDOMETR, KONSOLIDOMETR) - WSKAŹNIK ŚCIŚLIWOŚCI - WSPÓŁCZYNNIKI KONSOLIDACJI - WSPÓŁCZYNNIKI PEŁZANIA - WSPÓŁCZYNNIKI FILTRACJI - GĘSTOŚĆ WŁASCIWA - POROWATOŚĆ - WSKAŹNIK PREKONSOLIDACJI 124

125 Konsolidacja gruntu - drenaż pionowy VD Zalety ekonomiczność przyjazna środowisku sprawdzona przewidywalna skala wykonania 125

126 Konsolidacja gruntu - drenaż pionowy VD 126

127 Drenaż pionowy VD Fazowanie wznoszenia nasypu przeciążającego ok. 13,0 m 127

128 Drenaż pionowy VD Consolidation par drains verticaux / Konsolidacja drenami pionowymi Données du problème / Dane problem Graphe de sélection du maillage / Wybór oczek Wykres Paramètres du sol à consolider / Parametry gruntu konsolidowanego Valeur / Wielkość unité/ jednost ka Coefficient consolidation verticale / Współczynnik konsolidacji pionowej Cv 6,3E-08 m²/s Coefficient consolidation radiale / Współczynnik konsoluidacji radialnej Cr 1,3E-07 m²/s Faces drainantes (1 ou 2) / twarz drenów 1 Epaisseur drainée / Miąższośc odwodnienia h 2,20 m Paramètres du drainage / Parametry drenażu Maillage / rozstawa drenów Réseau triangulaire (1,05); carré (1,13) / Sieć trójkątna (1,05); kwadratowa (1,13) Diamètre des drains / Średnica drenów Valeur / Wielkość unité/ jednost ka L { S} 1,2 m 1,13 d 0,05 m 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, temps de chargement (mois) / czas degré de consolidation (%) / stopień konsolidacji consolidation /Konsolidacja n² 3n² 1 D F (n) = ln(n),etkn = n² 1 4n² d T v = U r = consolidation sans drainage /konsolidacja bez drenażu C v * t H ² 1 U v = (1 + 2 T v 1 e ( 3 ) 8 C r * t D ² F ( n ) ) 6 1 Cv t Tv = - współczynnik czasu dla konsolidacji pionowej 2 H Tv Uv = 4 - stopień konsolidacji dla konsolidacji pionowej π Ch t Th = - współczynnik czasu dla konsolidacji poziomej 2 De Th Uh = 1 exp 8 - stopień konsolidacji dla konsolidacji poziomej F( n) U = 1 (1 Uh) (1 Uv) - stopień konsolidacji globalnej Résultats et vérifications / Wyniki i audyty unité/ Ajustement du drainage / Valeur / jednost Zastosowanie drenażu Wielkość ka Temps de chargement / czas mois / t 3,00 obciążania miesiąc consolidation non drainée / Uv 36,08 % Konsolidacja bez drenażu consolidation drainée / Konsolidacja z U 88,37 % drenażem unité/ Objectif de consolidation / Cel Valeur / jednost konsolidacji Wielkość ka degré de consolidation / Stopień konsolidacji U 88 % durée de chargement / Czas trwania obciażenia chargement terrain non drainé / Obciażony grunt bez drenażu t 22 mois chargement terrain drainé / Obciążony grunt z drenażem t 3 mois 1( U ) = 1( Uv )*1( U r) 128