dr Marek Barański PIG-PIB dr inż. Paweł Popielski PW WIŚ

Transkrypt

1 Rola modelu geologicznego w projektowaniu głębokich wykopów; dr Marek Barański PIG-PIB dr inż. Paweł Popielski PW WIŚ

2 Jeśli to o czym mówisz potrafisz zmierzyć i wyrazić w liczbach, to wiesz coś ś o tym. Ale kiedy nie możesz wyrazić tego za pomocą liczb, twoja wiedza jest skromna i niedostateczna. Lord Kelvin

3 Karl Terzaghi Sherlock Holmes Jeśli nie osiągnięcie i i postępów w geologii inżynierskiej, to lepiej trzymajcie się z daleka od robót ziemnych. Ralph Peck dr Watson Żadnej teorii nie można uznać za poprawną, dopóki nie została sprawdzona przez obserwacje.

4 Geologia inżynierska (statut IAEG 1992) Nauka zajmująca się badaniami, studiami i rozwiązaniami inżynierskich i środowiskowych problemów, które mogą powstać jako rezultat wzajemnego oddziaływania pomiędzy środowiskiem geologicznym a działalnością człowieka, jak również przewidywaniem zagrożeń geologicznych oraz rozwojem badań, sposobów i środków do zapobiegania, ograniczania i usuwania ich skutków.

5 Problematyka geologiczno-inżynierska: inżynierska: 1. Ustalenie geomorfologicznych, strukturalnych, stratygraficznych, litologicznych i gruntowo-wodnychwodnych warunków różnych formacji geologicznych. 2. Charakterystykę y ę mineralogicznych, fizyko-geomechanicznych, y chemicznych i hydraulicznych właściwości wszystkich materiałów związanych z obiektem budowlanym, eksploatacją zasobów mineralnych oraz zmianami środowiska. 3. Ocenę mechanicznego i hydrologicznego zachowania się gruntów i masywów skalnych. 4. Przewidywanie i zmian wyżej ż wymienionych i właściwości ł ś ś i w czasie. 5. Wyznaczenie parametrów potrzebnych do analizy stateczności obiektów inżynierskich. 6. Polepszanie i utrzymanie środowiskowych warunków i właściwości terenu.

6 Price (2009) Delft University of Technology Department of Geosciences & Engineering g Geo-engineering

7 Model geologiczny Sullivan (2010)

8 Geologia inżynierska inżynieria geotechniczna Knill (2003) Imperial College London

9 Trójkąt mechaniki gruntów Burlanda Knill (2003), Anonymous (1999)

10 Schemat wyznaczania charakterystyk geomateriałów Hight, Leroueil (2003)

11 Koncepcja oceny podłoża budowlanego Mayne (2006)

12 Zestaw aparatury do badań laboratoryjnych Mayne i inni (2009)

13 Aparatura do badań polowych. Mayne i inni (2009)

14 Price (2009) Delft University of Technology Department of Geosciences & Engineering g Geo-engineering

15 Price (2009) Delft University of Technology Department of Geosciences & Engineering g Geo-engineering

16 Załącznik B wg PN-EN :2009 (Eurokod 7) Etapy badań podłoża podczas projektowania geotechnicznego Geologia MODEL GEOLOGICZNY wartość charakterystyczna wartość obliczeniowa wartość wyprowadzona

17 Imperial College London Department of Civil and Environmental Engineering g Geotechnics

18 P. Popielski, A. Dąbska, 2012: Analiza granicznych odkształceń konstrukcji i przemieszczeń fundamentów według PN-EN :2008 1:2008 w świetle innych norm, Inżynieria i Budownictwo nr 1/2012, Warszawa P. Popielski, 2012: Oddziaływanie głębokich posadowień na otoczenie w środowisku zurbanizowanym, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, seria Środowisko, z. 61, OWPW, Warszawa. P. Popielski, 2013: Metody oceny oddziaływania głębokiego posadowienia na otoczenie, XXVIII Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji - Geotechnika, Wisła 5-8 marca 2013 r

19 Podstawowym kryterium oceny oddziaływań głębokich posadowień (GP) jest poziom gwarancji bezpieczeństwa, zarówno dla realizowanego wykopu (stateczność t obudowy, dna itp.), konstrukcji wykonywanego budynku, jak i obiektów sąsiednich. i

20 Ogólny podział oceny oddziaływania: kryteria dopuszczalnych wartości przemieszczeń i ich ew. lokalizacji, kryteria ekonomiczne i społeczne, tj. dodatkowe, pozainwestycyjne koszty, uciążliwość dla mieszkańców lub współużytkowników terenu, kryteria przyrodnicze i środowiskowe, w kontekście krótkotrwałego i długotrwałego oddziaływania robót budowlanych i gotowego obiektu.

21 Kryteria przemieszczeniowe: zasięgi oddziaływania (określenie zasięgu stref o zróżnicowanej wrażliwości), prognozowane przemieszczenia (wartości liczbowe, przedziały zmienności itp.), wartości przemieszczeń warunkujące bezpieczeństwo obudowy i innych obiektów znajdujących się w zasięgu poszczególnych stref, określone na podstawie indywidualnej id oceny obiektów pozostających w zasięgu oddziaływania, prognoza skutków oddziaływań, ewentualne szkody w obiektach sąsiednich oraz niezbędne działania interwencyjne i ratunkowe, realnie dostępne możliwości ograniczenia zakresu oddziaływań, określenie zasięgu odwodnienia i jego wpływu na podłoże budowlane (zmiana parametrów i przemieszczenia).

22 Kryteria ekonomiczne i społeczne, obejmują: analizę kosztów zabezpieczeń, doboru technologii eliminujących lub ograniczających w niezbędnym ę zakresie negatywne oddziaływania na sąsiednie obiekty, prognozę ę kosztów ewentualnych napraw,, remontów itp., optymalizację ryzyka ekonomicznego określenie uzasadnionego poziomu ryzyka, oszacowanie konsekwencji społecznych (zapewnienie niezbędnego poziomu poczucia bezpieczeństwa mieszkańcom i użytkownikom obiektów sąsiednich) inne koszty społeczne i niezbędne rekompensaty.

23 Kryteria przyrodnicze: wpływ odwodnienia na szatę roślinną, analiza zasięgu odwodnienia z uwzględnieniem warunków hydrogeologicznych h oraz ew. ujęć ć wód podziemnych itp., analiza możliwości ograniczenia negatywnych wpływów odwodnienia na warunki zaspokajania potrzeb innych użytkowników terenu ograniczenie intensywności i zasięgu odwodnienia oraz ewentualnych podtopień po wykonaniu GP, analiza warunków i kosztów niezbędnych ę nawodnień lub odtworzeń szaty roślinnej i innych elementów środowiska przyrodniczego (kompensacji przyrodniczej).

24 W trakcie realizacji GP występują zróżnicowane (co do wartości, ś kierunku k i zwrotu) i zmienne w czasie przemieszczenia ośrodka gruntowego. wykonanie obudowy wykopu, obniżenie zwierciadła wody gruntowej, głębienie wykopu z sukcesywnym podpieraniem ścian (rozpieraniem lub kotwieniem), wykonanie pyy płyty fundamentowej, wykonanie części podziemnej budynku do stanu 0, zakończenie obniżania zwierciadła wody gruntowej, wykonanie części konstrukcyjnej budynku, roboty wykończeniowe i przekazanie obiektu do eksploatacji, okres eksploatacji (użytkowania) obiektu, okres rozbiórki i likwidacji obiektu.

25

26 Do oceny wpływu realizacji GP mogą służyć: kryteria oparte na opracowanych statystycznie wynikach pomiarów, zgromadzonych w różnych rejonach świata, dla różnych warunków geologicznych i gruntowych oraz technologii realizacji (trudne do uogólnienia zależności lokalne), l kryteria miejscowe oparte na opracowanych statystycznie wynikach pomiarów dla różnych gruntów i technologii oraz rodzaju zabudowy sąsiedniej, zależności oparte na opracowaniu wyników modelowania numerycznego, modele numeryczne wykonane dla analizowanej inwestycji.

27 Oszacowanie zakresu oddziaływania ł i w bezpośrednim sąsiedztwie GP obejmuje: zasięg oddziaływania wykopu wyznaczenie stref oddziaływań, przemieszczenia pionowe obudowy i terenu przyległego, przemieszczenia poziome obudowy i terenu przyległego, wpływ odkształceń podłoża gruntowego na stan techniczny zabudowy i infrastruktury sąsiedniej.

28 zasięg strefy oddziaływań wykopu S obszar gruntu wokół wykopu, w obrębie którego wykonanie wykopu może powodować wystąpienie pionowych i poziomych przemieszczeń podłoża gruntowego; zasięg strefy bezpośrednich oddziaływań wykopu S I obszar w bezpośrednim sąsiedztwie wykopu, w którym w szczególnych przypadkach mogą wystąpić przemieszczenia podłoża zagrażające nośności budynków. [Kotlicki W., Wysokiński L.: 2002]

29 Przemieszczenia i pionowe terenu w strefie przylegającej do GP są wynikiem superpozycji przemieszczeń ń z poszczególnych etapów robót

30

31 Lokalizacja wykonanych modeli numerycznych i badań polowych gruntu w śródmieściu Warszawy [tło -

32 [Atkinson J.H. 2000] [Matthews M.C. i inni 2000]

33 Oszacowanie sztywności podłoża metodami sejsmiki powierzchniowej Aparatura i metodyka badawcza - Zastosowanie metod sejsmiki powierzchniowej do oceny sztywności gruntu. [Barański M, Szczepański T. 2007]

34 Współczynniki korekcyjne do wartości E z normy PN-81/B Rodzaj gruntu Żwir, pospółka I D 0,8 0,5 E[MPa] wg PN-81/ B Piaski grube 0, i średnie 0,5 80 Piaski drobne 0,8 75 i pylaste 0,5 50 < 5 m poniżej dna wykopu Współczynniki 5 15 m poniżej dna wykopu > 15 m poniżej dna wykopu 1,0 1,5 2,0 1,5 2,0 3,0 2, , ,0 5,0 50 Gliny zawałowe szare I L < 0 A > 70 3,0 5,0 5,0 6,0 -* Iły plioceńskie 0 D 26 -* 4,0 8,0 8,0 16,0 (max. 22) * - autor nie przeprowadzał weryfikacji modeli numerycznych GPOB, w których dane grunty znajdują się na tak określonych głębokościach [Popielski P. 2012]

35 Czekając na Annę [

36 [

37 Wnioski i spostrzeżenia Wiarygodność wyników obliczeń numerycznych uzależniona jest od dokładności rozpoznania geologicznego modelu geologicznego i poprawności wyznaczania parametrów materiałowych. Podczas projektowania i wykonawstwa obiektów budowlanych w trudnych warunkach (skomplikowana budowa podłoża, sąsiedztwo istniejących budynków, głębokie wykopy itp.) nie można opierać się ę na typowych y oszacowaniach parametrów oraz normowych metodach obliczeń statycznych. Niestandardowe metody obliczeń (modelownie numeryczne) wymuszają rozbudowę sieci monitoringu geodezyjnego i wykorzystanie nowoczesnych badań gruntu. Wykonane obserwacje geodezyjne pozwalają zweryfikować poprawność p modelu MES w stosunku do rzeczywistości.

38 Wnioski i spostrzeżenia cd. Analizując konkretny obiekt należy zidentyfikować najważniejsze oddziaływania i procesy decydujące o rozwoju deformacji i określić granice zasięgu stref ich oddziaływania. Do współpracy z obiektem włączone ł jest podłoże ż gruntowe na znacznej głębokości, często przekraczającej głębokość rozpoznania geologicznego. g g Doświadczenia wskazują, że grunty tego samego rodzaju zalegające głębiej wykazują wyższe wartości parametrów. Parametry gruntu zalegające pod obiektami sąsiednimi mogą być różne od wyznaczonych w rozpoznaniu wykonanym w rejonie głębokiego posadowienia.

39 Wnioski i spostrzeżenia cd. Kolejnym etapem analizy powinny być obliczenia konstrukcji uwzględniająca rozkład zmian temperatury w obiekcie i możliwe zmiany w podłożu spowodowane przez zjawiska filtracyjne. Wszystkie obliczenia powinny być weryfikowane w oparciu o pomiary wykonane na rzeczywistym obiekcie. Celowym jest stworzenie bazy danych dotyczących zrealizo- wanych projektów zawierających parametry materiałowe z dokumentacji geologicznej modelu geologicznego oraz parametry zweryfikowane metodą analizy wstecz na podstawie wyników monitoringu. Wykonanie i weryfikacja modeli numerycznych przy realizacji obiektów w gęstej zabudowie miejskiej wymaga wiedzy i współpracy specjalistów z wielu dziedzin co potwierdza praktyka zagraniczna.

40 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ Tu miał być dobrze znany rysunek satyryczny przedstawiający budowniczych wieży w Pizie debatujących nad projektem. Jeden z nich mówi: Rezygnując z opinii ii geotechnika zaoszczędzimy trochę pieniędzy i trzy tygodnie czasu. dr Marek Barański dr inż. Paweł Popielski