NAWIERZCHNIE DROGOWE 2016 Stabilizacja gruntów spoistych przy użyciu spoiw wapiennych

Transkrypt

1 NAWIERZCHNIE DROGOWE 2016 Stabilizacja gruntów spoistych przy użyciu spoiw wapiennych Dominik Małasiewicz Stowarzyszenie Przemysłu Wapienniczego Kraków,

2 Wapno, ale jakie? wapno niejedno ma imię 2

3 Definicje - PN-EN Wapno Wapno wapniowe Wapno dolomitowe Wapno powietrzne Wapno hydratyzowane Wapno budowlane Wapno suchogaszone Wapno palone 3

4 Cykl życia wapna START 4

5 Produkty 5

6 Otoczeni przez wapno 6

7 Co możemy zrobić z gruntem? Grunt Ustabilizować Czasowo upłynnić 7

8 STABILIZACJA Stabilizacją gruntów nazywamy stosowanie odpowiednich metod trwałego wzmacniania i utrwalania gruntów w celach budowlanych. Proces ma za zadanie podwyższyć parametry no ne podłoża. 8

9 Jaki grunt, jakie spoiwo? Grunt Spoisty (żliny, iły) Wapno Niespoisty (Piaski, pospółki) (wapno palone CaO) Cement Spoiwa Spoiwa 9

10 Rekomendacje do uzyskania wilgotno ci optymalnej - Wopt żęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3] Ca(OH)2 1,79 1,78 1,77 1,76 1,75 1,74 1,73 1,72 1,71 1,70 CaO Reakcja z wodą Wydzielenie ciepła Rozcieńczenie Przesuszony Przewilgocony Wilgotność [%] 10

11 MLECZKO WAPIENNE spoiwo wapienne do ulepszania i stabilizacji gruntów Rekomendacja: grunty spoiste przesuszone 11

12 Wyposażenie do dozowania mleczka wapiennego 12

13 Dozowanie mleczka wapiennego do gruntu 13

14 Rekomendacje do uzyskania wilgotno ci optymalnej - Wopt żęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3] Ca(OH)2 1,79 1,78 1,77 1,76 1,75 1,74 1,73 1,72 1,71 1,70 CaO Reakcja z wodą Wydzielenie ciepła Rozcieńczenie Przesuszony Przewilgocony Wilgotność [%] 14

15 WAPNO PALONE spoiwo wapienne do ulepszania i stabilizacji gruntów Rekomendacja: grunty spoiste przewilgocone 15

16 Jak stabililzować? Rodzaje stabilizacji: 1) klasyczna (in situ, w miejscu) 2) mini stacja 16

17 Jak stabililzować? Rodzaje stabilizacji: 1) klasyczna (in situ, w miejscu) 2) mini stacja 17

18 Szybko ć prowadzenia prac 1 Rozło enie spoiwa 3 - Zagęszczanie 2 - Mieszanie 4 - Profilowanie Krakow 18

19 Recykler gwarantuje szybko ć i dokładno ć Wydajno ć do m2/dzieńś głęboko ć mieszania do 56 cm Exemples de tambours de malaxage. 19

20 WAPNO PALONE NISKO EMISYJNE Idealne rozwiązanie dla terenów gęsto zaludnionych 20

21 Stabilizacja gruntu niskoemisyjnym wapnem Jak to działa? Wiatr Emisja pyłów Dodatek organiczny działa jak klej łączący ze sobą najdrobniejsze cząstki Woda zawarta w gruncie powoduje rozpad aglomeratów. Dlatego wapno Wapno standard wykazuje taką samą reaktywność jak tradycyjne wapna, lecz równocześnie ma pozytywny wpływ na środowisko. 21

22 Idealny produkt dla terenów zurbanizowanych Modernizacja Al. Włókniarzy w Łodzi 22

23 Jak stabililzować? Rodzaje stabilizacji: 1) klasyczna (in situ, w miejscu) 2) mini stacja 23

24 Mini-stacja mieszania w miejscu budowy gruntu ze spoiwem Wapno Grunt Grunt + wapno 24

25 Uzdatnianie gruntu wapnem 25

26 Friant Kern Kanał nawadniający długość km Problem: Osunięcie powiązane z ekspansywnymi wapieniami (IP ~ 23-50) Wybudowany przez Bureau of Reclamation w 1946 r. Irrigation / supply the San Joaquin Valley przepływ: 100 m3/s prędkość: 1,3 m/s Source: A. K. Howard + J. P. Bara, B. Reclam.,

27 Friant Kern Zastosowane rozwiązanie: 6,4 km wybudowano z gruntu uzdatnionego wapnem w latach (4% wapno palone / m3) Sekcje z odbudowane z wapnem i 2012r. lady po zagęszczaniu (walec okołkowany) 35 lat później Odbudowane odcinki wymagają niewiele nakładów na utrzymanie Source: G. Herrier et al., ICSE6,

28 PO CO STABILIZOWAĆ TEN GRUNT JEST DOBRY! CZY ABY NA PEWNO??? 28

29 Często występujące warunki gruntowe w obrębie inwestycji 29

30 Podtorze z gruntu osuszonego popiołami oraz na powietrzu (bez uzdatniania!!!) Woda gruntowa Konsystencja plastycznego gruntu Zwarta Plastyczna Płynna Ilo ć wody 30

31 Zmiana no no ci gruntu Jesień 2011 roku no no ć nasypu 60 MPa Wiosna 2012 roku no no ć nasypu < 15 Mpa Przyczyna utraty no no ci: grunt spoisty, opady deszczu, nieg, roztopy 31

32 EFEKTY UZDATNIANIA I STABILIZACJI WAPNEM PALONYM 32

33 Wapno poprawia urabialno ć gruntu Spadek wilgotno ci gruntu H2O CaO Ca(OH)2 + Ciepło Floculates clays Before lime treatment After lime treatment 33

34 Ulepszanie / uzdatnianie Efekt natychmiastowy - osuszenie gruntu CaO + H2O Ca(OH)2 + ciepło Aeracja gruntu związana z procesem jego mieszania W zale ności od warunków, 1% wapna palonego mo e obni yć wilgotność gruntu 1 do 5% 34

35 Dodatek wapna palonego, a spadek wilgotności gruntu w czasie. Dodatek wapna palonego, a spadek wilgotności gruntu w czasie. 35

36 Wapno poprawia urabialno ć gruntu Decreases moisture content CaO H2O Ca(OH)2 + Heat Zmiana struktury gruntu Grunt rodzimy po uzdatnieniu 36

37 ...reakcja pucolanowa Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ + CSH CAH CASH Grunt rodzimy po uzdatnieniu wapnem 37

38 Porównanie gruntu rodzimego uzdatnionego i rodzimego nieuzdatnionego. Uzdatniony wapnem palonym Sypki Daje się łatwo zagęszczać Du a nośność Grunt rodzimy Plastyczny Nie daje się zagęszczać Słaba nośność 38

39 ... poprawa własno ci mechanicznych stabilny kąt tarcia wewnętrznego (ϕ) wzrost kohezji (c) Kąt tarcia [ϕ] Kohezja [kpa] kondycjonowanie [dni] kondycjonowanie [dni] 700 IP = 12; uzdatniony 3% wapna. Grunt rodzimy - 0 dni kondycjonowania próbki [source: G.Herrier et.al, ICSE 2012] 39

40 ... poprawa własno ci mechanicznych (2) Wytrzymało ć na ciskanie [MPa] Days Days 360 Days % wapna (0,1-0,3 MPa) - IP=7, 3% IP=14, 3% IP=22, 3% IP=7, 7% IP=14, 7% IP=22, 7% 3% wapna 7% wapna Source: D. Little, Stabilization of pavement subgrades and base courses with lime,

41 Odporno ć na działanie wody żlina zwięzła, brązowa żlina pylasta zwięzła, brązowa Pospółka gliniasta, jasnobrązowa wir gliniasty, brązowopopielaty 35,10 2,88x10-6 0,49 1,827 56,3 0,99 0,57 1,738 76,7 0,95 s [-] 2 Wska nik zagęszczenia 18,0 [MPa] 0,99 Moduł Younga 28,5 Pd [g/cm3] 1,906 gruntowego 0,43 e [-] 4,15x10-6 Wska nik porowatości 28,43 Współczynnik filtracji k [ cm/s] 0 wewnętrznego 14,6 źfektywny kąt tarcia Żrakcja iłowa Żrakcja pyłowa 39 Ilość dodatku wapna 40 Rodzaj gruntu Wilgotność naturalna 0 Frakcja piaskowa Żrakcja wirowa i kamienista Uziarnienie [%] żęstość objętościowa szkieletu przykładowe wyniki badań 16,6 6 44,28 8,72x , ,70 3,05x10-7 0,55 1, ,7 0,99 20,8 0 26,81 5,12x10-7 0,68 1,657 23,8 0,99 19,8 2 37,75 4,45x10-7 0,70 1,636 52,4 0,98 20,6 6 38,54 1,05x10-7 0,70 1,644 69,7 1,00 24, ,16 8,05x10-8 0,67 1,658 98,7 1,01 10,8 0 40,13 7,06x10-4 0,31 2,058 50,4 0,98 10,5 2 41,01 6,15x10-4 0,38 1,957 73,4 0,96 13,3 6 43,19 3,74x10-4 0,42 1, ,8 0,95 17, ,89 1,85x10-4 0,47 1, ,0 0,95 11,6 0 41,43 5,72x10-5 0,39 1,958 57,5 0,95 12,0 2 42,37 5,01x10-5 0,40 1,933 92,2 0,96 13,3 6 43,59 4,83x10-5 0,47 1, ,6 0,94 13, ,10 3,97x10-5 0,40 1, ,5 0,98

42 Wyniki badań Rozszerzony test spoisto ci gruntu (ECT) Próba w IFSTTAR 2011 (ex-lcpc) - Grunt rodzimy; IP= 11; czas kondycjonowania próbek - 90 dni Przed testem 5 min 15 min 45 min Grunt uzdatniony wapnem 2 %; IP= 11; czas kondycjonowania próbek - 90 dni Przed testem 5 godzin 15 godzin 45 godzin 42

43 Test na erozję po teście bez wapna c 22 Pa I e 2.6 2% wapna i 3 dni kondycjonowania próbki c 195 Pa przed testem I e 2.9 2% wapna i 7 dni c 267 Pa I e 3.0 2% wapna i 20 dni c 500 Pa (à affiner) 43

44 Test na erozję (MoJET) Test prowadzony w IFSTTAR 2011 (ex-lcpc) Standardowa metoda: przepływ wody 600 ml/min Zmodyfikowana metoda: przepływ wody 2000 ml/min Sucha masa m(t) IP = 11; grunt rodzimy 90 dni kondycjonowania próbki Czas trwania testu - 5 min przed masse cumulée (g) ml/min ml/min R ml/min R2 po Test - 5 min temps (min) Standardowa metoda (600 ml/min) grunt rodzimy 44

45 Test na erozję (MoJET Test) Test prowadzony w IFSTTAR 2011 (ex-lcpc) Zmodyfikowana metoda: przepływ wody 2000 ml/min Grunt uzdatniony - 2% wapna IP = 11; 90 dni kondycjonowania próbki Czas trwania testu - 30 min 30 min 2 l/min 30 min / 2000 ml/min Grunt uzdatniony Water After test 5 min / 600 ml/min Grunt rodzimy 45

46 Potęga stabilizacji!!! 46

47 Fragment gruntu stabilizowanego wapnem po pięciu latach eksploatacji podtorza (przykład z Czech) 47

48 Przekrój próbki przeznaczonej do badań 48

49 Siła stabilizacji!!! Lime Treated Soil. Construction Manual. Lime Stabilization & Lime Modification NLA, January 2004, USA 49

50 Dziękuję za uwagę Wzmacnianie Nawierzchni Kraków,

51 Technologia stabilizacji korzy ci Ulepszanie i stabilizacja gruntów spoistych wapnem palonym Wzrost urabialności Poprawa zagęszczalności Wzrost nośności Poprawa kohezji Wzrost stabilności mechanicznej Technologia powszechnie stosowana przy budowie nasypów oraz platform ziemnych 51

52 Co przekłada się na Stabilna, no na podbudowa pod nawierzchnią kolejową Zmniejszenie grubo ci warstwy ochronnej Skrócenie czasu wykonywania robót ziemnych Zmniejszenie nakładów finansowych na modernizację w porównaniu z wymianą gruntu Ochrona rodowiska (zasoby naturalne, zanieczyszczenie) 52

53 Stabilizacja dzisiaj to: Efektywny sposób na wykorzystanie gruntów spoistych przy budowie m.in. dróg, szlaków kolejowych, platform pod lotniska, hale magazynowe i supermarkety Brak konieczno ci wymiany gruntów spoistych Szybko ć prowadzenia prac Duże korzy ci ekonomiczne dla inwestorów i wykonawców 53