PRZECI ENIE GRUNTU ORGANICZNEGO NASYPEM POD SK ADOWISKO PRZEZNACZONE DO MAGAZYNOWANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Transkrypt

1 ISSN Acta Sci. Pol. Architectura 15 () 2016, PRZECIENIE GRUNTU ORGANICZNEGO NASYPEM POD SKADOWISKO PRZEZNACZONE DO MAGAZYNOWANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH Ryzard Coufal, Magdalena Olzewka Zachodniopomorki Uniwerytet Technologiczny w Szczecinie Strezczenie. W artykule podto prób okrelenia zmiany wartoci moduu ciliwoci konolidowanego gruntu organicznego na podtawie znanego oiadania kocowego oraz napre wywieranych na grunt przez rzeczywity nayp. Prezentowany model bazue na zaadzie uperpozyci w odnieieniu do oddziaywania wzytkich pól obliczeniowych, na akie zota podzielony nayp. Na podtawie teorii Bouineqa okrelono naprenia w powierzchni kontaktowe nayp podoe gruntowe oraz wynikace z nich oiadanie. Na podtawie modelu okrelono moduy ciliwoci gruntu organicznego ponie naypu przeciacego. Sowa kluczowe: modu ciliwoci gruntów organicznych, nayp przeciacy, metoda uperpozyci, fundament wiotki WSTP Grunty organiczne bardzo ciliwe, a przebieg odkztace pod wpywem obcienia et komplikowany i dugotrway. Parametrem okrelacym ciliwo gruntu et modu ciliwoci, który dla gruntów organicznych et bardzo may. Aby okreli modu ciliwoci, wykonue i badanie próbki gruntu w edometrze. Jet to nabardzie popularna metoda. W edometrze próbka znadue i w metalowym piercieniu i et poddawana oiowo cikaniu, bez moliwoci odkztacenia bocznego. Ze wzgldu na odmienne waciwoci zyczne i mechaniczne gruntów organicznych w porównaniu z gruntami mineralnymi okrelenie moduu ciliwoci tym poobem moe by obarczone bdem. Bd moe wynika równie z efektu kali, co et wyranie zaznaczone w pecykaci europekie na temat tego badania: Mae wymiary próbki nie pozwala na pen reprezentac waciwoci wytpucych w gruncie naturalnym [PKN-CEN ISO/TS :2006]. Z tych przyczyn wartoci moduu ciliwoci okrelane w edometrze mog i Adre do korepondenci Correponding author: Ryzard Coufal, Zachodniopomorki Uniwerytet Technologiczny, Wydzia Budownictwa i Architektury, Katedra Geotechniki, Zakad Geologii Inynierkie i Hydrogeologii, al. Piatów 50, Szczecin, coufal@zut.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW, Warzawa 2016

2 94 R. Coufal, M. Olzewka róni od wartoci rzeczywitych, co dla podoa organicznego moe przynie katatrofalne kutki. Z tego powodu podto prób opracowania modelu okrelacego modu ci- liwoci gruntu organicznego w terenie poprzez obcienie go naypem przeciacym [Szymaki 1991, Lechowicz i Szymaki 2002]. METODYKA Opracowano model matematyczny okrelacy modu ciliwoci konolidowanego gruntu organicznego naypem przeciacym, który opiera i na analizie napre w powierzchni kontaktowe nayp podoe na podtawie teorii Bouineqa. Ze wzgldu na charakter gruntów organicznych naprenia od obcienia zewntrznego tae na cae ego powierzchni i w pionie. Obliczenia oiada uwzgldnia tylko pionow kadow napre w gruncie, a wartwa nona gruntu mineralnego pod gruntami organicznymi nie odkztaca i. Modu ciliwoci konolidowanego podoa mona okreli, wykorzytuc zagadnienie odwrotne. Na podtawie wartoci napre, akie oddziau na podoe gruntowe, oraz wartoci oiadania naypu mona wyznaczy zukany parametr [Dobak i Biaobrzeki 201, Bednarek 2014, Olzewka 2015]. Naprenia te mona wyznaczy na podtawie teorii Bouineqa, która okrela rozkad napre od iy kupione, oraz z zaady uperpozyci [Meyer i Chruciewicz 2001, Chruciewicz 200, Bednarek 2014]: z 2 l Qz 5 2 z (1) gdzie: Q ia dziaaca na podoe gruntowe w analizowanym poletku [kn], z gboko rozpatrywanego mieca [m], l odlego iy od analizowanego mieca w pazczynie naypu [m] 0 0 l xx y y (2) gdzie: x, y wpórzdne przyoenia iy w pazczynie naypu [m]. Dla modelu badany nayp naley podzieli na protoktne poletka obliczeniowe. Dla kadego wydzielonego poletka mona wyznaczy i dziaac w analizowanym miecu. Na podtawie zaady uperpozyci na edno analizowane poletko bd oddziaywa wzytkie pozotae [Meyer i Chruciewicz 2001, Chruciewicz 200, Bednarek 2014]. Podzia naypu na poletka zota przedtawiony na ryunku 1. Oiadanie analizowanego poletka et um ego oiada wanych i oiada wynikacych z wpywu pozotaych poletek [Meyer i Chruciewicz 2001, Chruciewicz 200]. Ze wzgldu na brak zaniku napre od obcienia zewntrznego w gruntach organicznych oiadanie wane analizowanego poletka mona wyznaczy wedug zalenoci: Acta Sci. Pol.

3 Przecienie gruntu organicznego naypem pod kadowiko a b Ry. 1. Fig. 1. Podzia naypu na poletka obliczeniowe: a obcienie naypu rozoone na iy kupione dziaace w poletkach obliczeniowych, b chemat przyty do oznaczenia oddziaywania ednego poletka na drugie Diviion of the embankment into calculation plot: a load ditribution of continuou embankment into concentrated force operating in the plot centre, b cheme for the determination of the impact of one eld on another w H T dz H z Tw, () zw, 0 M Mw gdzie: H t,w mizo torfu w miecu analizowanego poletka [m], M wl zukany modu ciliwoci w miecu analizowanego poletka [kpa], zw naprenia od obcienia dziaace bezporednio na analizowane poletko [kpa]. Zgodnie z zaad uperpozyci [Meyer i Chruciewicz 2001, Chruciewicz 200, Bednarek 2014] oiadanie wynikace z oiadania pozotaych poletek mona wyznaczy wedu wzoru: n (4) poza i, i, 1 gdzie: i, oiadanie ednego (innego) wydzielonego poletka naypu poza rozpatrywanym obzarem [m] H Ti,, HTi,, zi,, Qi, z i, 5 0 Mi, 0 M 2 i, 2 li, z dz dz Q 2l H 2M i, 2 i, T, i, i, li, l 2 i, HT, i, (5) Architectura 15 () 2016

4 96 R. Coufal, M. Olzewka Qi, li, HT, i, i, 2M i, li, l 2 i, HT, i, (6) Oiadanie wynikace z wpywu pozotaych poletek mona zapia natpuco: n Qi, li, HT, i, poza i, 2Mi, li, l 2 i, HT, i, (7) gdzie: Q i ia dziaaca na podoe gruntowe w analizowanym poletku [kn], M i zukany modu ciliwoci w miecu poza analizowanym poletkiem obliczeniowym [kpa], l odlego do analizowanego poletka obliczeniowego [m], H T,i, mizo torfu w pionie obliczeniowym w odlegoci l od analizowanego mieca [m]. Oiadanie cakowite analizowanego poletka to uma oiadania wanego oraz oiadania wynikacego z wpywu pozotaych poletek. Mona e wyznaczy wedug wzoru: (8) c w poza c HTw, n Q i, li, H T, i, z, w M w i, 2Mi, li, l 2 i, HT, i, (9) gdzie: c oiadanie cakowite w analizowanym poletku obliczeniowym [m], w oiadanie wane poletka obliczeniowego [m], i oiadanie od dziaania pozotaych poletek obliczeniowych [m]. Nayp zaliczany et do fundamentów wiotkich. Ze wzgldu na ego du powierzchni oraz dowolno podziau na poletka obliczeniowe moduy ciliwoci obliczy mona z ukadu równa, rozwizuc go macierzowo. Dla uprozczenia oblicze wzór (9) mona zapia w potaci: c i, i, i, n AX B X (10) gdzie: A HTw, zw, (11) Acta Sci. Pol.

5 Przecienie gruntu organicznego naypem pod kadowiko B Qi, li, HT, i, i, 2 li, l 2 i, HT, i, (12) X i, 1 (1) M i, Zapiuc wzór (10) macierzowo, uzykano: 1,1 A1,1 B1,2 B1, X1,1 1,2 B1,1 A1,2 B 1, X 1,2 i, B X 1,1 B1,2 A i, i, (14) 1 A 1,1 1,1 B1,2 B1, 1,1 X X 1,2 B1,1 A1,2 B 1, 1,2 Xi, B 1,1 B1,2 A i, i, (15) Obliczony parametr X to odwrotno zukanego moduu ciliwoci: 1 1 M 1,1 X 1,1 X1,1 M1,1 1 1 X 1,2 M 1,2 M 1,2 X1,2 Xi, Mi, 1 1 M X i, i, 1 X 1,1 M1,1 1 M 1,2 X1,2 Mi, 1 X i, (16) (17) Architectura 15 () 2016

6 98 R. Coufal, M. Olzewka WYNIKI BADA Na podtawie przedtawionego modelu okrelono modu ciliwoci gruntu organicznego obcionego rzeczywitym naypem znaducym i na terenie Szczecina (ry. 2a). Nayp wykonano w celu wzmocnienia podoa przed przyz budow placu kadowego dla elementów kontrukcynych. Dla przypiezenia konolidaci gruntu organicznego wykorzytano ytem drenów pionowych utowych (ry. 2b). Zatoowanie drenów powodue krócenie drogi przepywu wody w gruncie, co zwikza prdko przyrotu napre efektywnych, a co za tym idzie zwikza prdko odkztacenia podoa [Szymaki 1991]. a b Ry. 2. Fig. 2. a Nayp przeciacy: a widok z boku, b knot drenu utowego wykonanego w celu przypiezenia konolidaci (fot. M. Olzewka) Overload embankment: a ide view, b wick ute drain made to peed up the conolidation (photo M. Olzewka) b Ry.. Fig.. Schemat naypu przeciacego: a widok z góry z numerac reperów i wymiarami, b widok z góry z zaznaczonymi przekroami Scheme of the overloading embankment: a top view of the numbering of benchmark and dimenion, b top view, marked cro ection Acta Sci. Pol.

7 Przecienie gruntu organicznego naypem pod kadowiko Nayp wykonany zota z piaku redniego rednio zagzczonego, o ciarze obtociowym 17,5 kn m, wyokoci 2 m. Obcienie, akie wywiera na grunt organiczny, to 5 kpa. Pod naypem zalega torf o mizoci 9 m. Na ryunku przedtawiono wymiary naypu wraz z lokalizac i numerac reperów oraz przytym podziaem na poletka obliczeniowe. Przez okre 4 mieicy regularnie odczytywano oiadania i na ich podtawie okrelono oiadanie kocowe naypu wedug Meyera [1994, 2014]. Rozkad i wartoci kocowych oiada przedtawiono na ryunku 4. a b Ry. 4. Fig. 4. Oiadanie naypu: a widok w akonometrii, b widok z góry wraz z wartociami [m] Settlement of the embankment: a axonometric view, b top view with value Dla przedtawionego naypu obliczono moduy ciliwoci w miecach reperów wedug zaprezentowanego modelu. Rozkad i wartoci moduów przedtawiono na ryunku 5. Wartoci na przekroach podunych przedtawiono na ryunkach 6 i 7. a b Ry. 5. Fig. 5. Wyznaczone moduy ciliwoci: a widok w akonometrii, b widok z góry wraz z wartociami [kpa] Determined value of modulu of compreibility: a axonometric view, b top view with value Architectura 15 () 2016

8 100 R. Coufal, M. Olzewka Ry. 6. Fig. 6. Wykre wartoci moduu ciliwoci na przekroach A-A Diagram of modulu of compreibility value in ection A-A Ry.7. Fig. 7. Wykre wartoci moduu ciliwoci na przekroach B-B Diagram of modulu of compreibility value in ection B-B Z przeprowadzonych bada wynika, e modu ciliwoci nie rozkada i równomiernie pod naypem. Zaley to cile od przebiegu oiadania naypu. Analizuc zmiany wartoci moduu na dugoci, naley twierdzi, e namnieze rednie wartoci znadu i blie rodka naypu. Na dugoci naypu mona zauway, e dla nieznaczcych rónic w oiadaniach wartoci dla rednich wartoci moduu ciliwoci prawie równe. Acta Sci. Pol.

9 Przecienie gruntu organicznego naypem pod kadowiko WNIOSKI W artykule przedtawiono model matematyczny okrelacy zmiany wartoci moduu ciliwoci gruntów organicznych konolidowanych naypem. 1. Prezentowany model matematyczny et prób tworzenia alternatywne metody okrelenia moduu ciliwoci gruntów organicznych w terenie. 2. Bazuc na wartociach oiadania kocowego naypu przeciacego, napre, akie wywiera on na podoe gruntowe, oraz mizoci gruntu organicznego, mona okreli rzeczywity modu ciliwoci konolidowanego podoa.. Warto moduu ciliwoci gruntu organicznego pod naypem nie rozkada i równomiernie, w duym topniu zaley od obcienia i oiadania naypu. 4. Przeprowadzone analizy i wnioki uzne w ytuaci, gdy w caym obzarze podoa zachowane zotay warunki teorii prytoci. PIMIENNICTWO Bednarek, R. (2014). Oiadanie powierzchni ograniczone na podou prytym. Inynieria Morka i Geotechnika,, Chruciewicz, S. (200). Wpyw tanu napre w orodku gruntowym na nono ztywnego utrou pytowo-palowego. Praca doktorka. Politechnika Szczecika, Wydzia Budownictwa i Architektury, Szczecin. Dobak, P., Biaobrzeki, T. (201). Ocena charakterytyk konolidaci na podtawie modelowania oiada naypów drogowych Poudniowe Obwodnicy Gdaka. Przegld Geologiczny, 61 (1), Lechowicz, Z., Szymaki, L. (2002). Odkztacenia i tateczno naypów na gruntach organicznych. Cz. I. Metodyka bada. Wydawnictwo SGGW, Warzawa. Meyer, Z. (1994). Empirical model of peat conolidation. Advance in Undertanding and Modelling the Mechanical Behaviour of Peat. Delft, A.A. Balkema Rotterdam Brookeld, Meyer, Z. (2014). Czy moemy poadowi obiekty bezporednio na torfach? XXI Seminarium Naukowe z cyklu Regionalne problemy inynierii rodowika, Szczecin, Meyer, Z., Chruciewicz, S. (2001). Oiadanie duych fundamentów ztywnych. Inynieria Morka i Geotechnika, 5, Olzewka, M. (2015). Koncepca okrelania moduu ciliwoci gruntów organicznych na podtawie badania oiada naypu przeciacego na poletku dowiadczalnym. XXII Seminarium Naukowe z cyklu Regionalne problemy inynierii rodowika : Badania naukowe w zakreie geotechnicznego wpomagania proektowania, Szczecin, PKN-CEN ISO/TS :2006. Badania geotechniczne. Badania laboratoryne gruntów. Cz 5: Badania edometryczne gruntów. Szymaki, A. (1991). Czynniki warunkuce odkztacenia gruntów organicznych obcionych naypem. Wydawnictwo SGGW-AR, Warzawa. Wiun, Z. (2010). Zary geotechniki. WK, Warzawa. Architectura 15 () 2016

10 102 R. Coufal, M. Olzewka OVERLOADING OF ORGANIC SOIL WITH AN EMBANKMENT, UNDER THE LANDFILL DESIGNED FOR THE STORAGE OF STRUCTURAL ELEMENTS Abtract. The article attempt to determine the change in the modulu of compreibility of conolidated organic oil on the bae of the known nal ettlement of the overloaded embankment and the tree that it exert to uboil. The preented model i baed on the principle of uperpoition in relation to the impact of all calculation plot, into which the embankment wa divided. Baing on the theory of Bouineq, the tree at the embankment-uboil contact area, and the reulting ettlement were determined. On the bai of the model, the modul of compreibility for the real overloading embankment were determined. Key word: modulu of compreibility for organic oil, overloading embankment, uperpoition method, exible foundation Zaakceptowano do druku Accepted for print: Cytowanie: Coufal, R., Olzewka, M. (2016). Przecienie gruntu organicznego naypem pod kadowiko przeznaczone do magazynowania elementów kontrukcynych. Acta Sci. Pol. Architectura, 15 (), Acta Sci. Pol.