Dr hab. inż., prof. AGH Henryk Woźniak Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Transkrypt

1 Dr hab. inż., prof. AGH Henryk Woźniak Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Recenzja rozprawy doktorskiej mgr. inż. Kamila Kiełbasińskiego pt. Geologicznoinżynierska i geofizyczna ocena zachowania się gruntów spoistych w przekroju doliny Wisły wzdłuż Trasy Siekierkowskiej w Warszawie pod wpływem obciążeń dynamicznych 1. Podstawa prawna Niniejszą recenzję opracowałem na podstawie pisma Dziekana Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego z dnia r wystosowanego zgodnie z uchwałą Rady Wydziału z dnia r. 2. Analiza rozprawy Recenzowana rozprawa obejmuje 207 stron, na które składa się tekst wraz z 126 figurami, 38 tabelami i 18 załącznikami. W wykazie literatury podano 74 pozycje, z czego 27 stanowią pozycje w języku polskim, a 47 w języku angielskim. Całość rozprawy łącznie ze wstępem i podsumowaniem została podzielona na 12 rozdziałów. We wstępie Autor wprowadza czytelnika w problematykę swojej pracy. Zwraca uwagę na złożoność zależności naprężenie odkształcenie w warunkach obciążeń dynamicznych oraz na kluczową rolę modułu ścinania dla zakresu małych odkształceń w projektowaniu konstrukcji inżynierskich. Wyjaśnia też powody zainteresowania podjętym tematem zamierza wyjść naprzeciw potrzebie stosowania nowych, dokładniejszych modeli konstytutywnych opisujących zachowanie się ośrodka gruntowego poddanego wpływom oddziaływań dynamicznych. Dalej określa cel naukowy swojej pracy i precyzuje zadania prowadzące do jego osiągnięcia. Według Doktoranta celem jest geologiczno-inżynierska oraz geofizyczna ocena zachowania się trzech genetycznych typów gruntów spoistych. Jest to określenie bardzo ogólne, wręcz lapidarne i na pewno nie oddające całej wartości bogato udokumentowanej pracy. Z lektury rozprawy wyłania się wyraźny cel nadrzędny którym zapewne kierował się jej Autor ustalając metodykę i zakres badań. Jest nim dokonanie oceny wpływu obciążeń dynamicznych, w szczególności ich intensywności i częstotliwości, 1

2 na charakterystykę wytrzymałościowo-deformacyjną oraz jakościowe i ilościowe zmiany mikrostrukturalne w badanych gruntach spoistych, co w dalszej kolejności będzie stanowić podstawę do stworzenia modelu zachowania się gruntów w opisanych warunkach. Do swoich badań doktorant wybrał trzy rodzaje gruntów występujących w dolinie Wisły na terenie Warszawy: iły plioceńskie, gliny lodowcowe oraz mady. Jest to wybór trafny i uzasadniony. Wybrane grunty występują powszechnie na terenie Warszawy i stanowią podłoże budowlane istniejących i nowopowstających obiektów budowlanych. Są to równocześnie grunty o odmiennej genezie i historii obciążeń, różniące się składem mineralnym, granulometrycznym i właściwościami fizyczno-mechanicznymi. Badania polowe i pobór próbek do badań laboratoryjnych realizowano na trzech poligonach badawczych: Stegny iły plioceńskie, Kiedacza gliny lodowcowe oraz Bluszczańska Trasa Siekierkowska mady. Budowę geologiczną oraz genezę i warunki geologiczno-inżynierskie utworów na wytypowanych poligonach badawczych Doktorant scharakteryzował w odrębnym rozdziale. Dla oceny geologiczno-inżynierskich i geofizycznych właściwości badanych gruntów Doktorant zastosował szerokie spektrum właściwie dobranych metod badań polowych i laboratoryjnych. W badaniach polowych stosował sondę CPT wyposażoną w stożek elektryczny rozbudowany o system SCPTu firmy Geotech, sejsmiczny dylatometr Marchettiego SDMT, aparaturę do badania parametrów sprężystych metodą CSWS, zestaw do badania oporności gruntu metodą tomografii elektrooporowej oraz uniwersalny zestaw RAMAC GPR do profilowania georadarowego. Szeroki zakres zastosowanych metod badawczych pozwolił Doktorantowi na dokonanie pełnej charakterystyki właściwości wytrzymałościowoodkształceniowych i sejsmicznych badanych gruntów. Interpretacja pomierzonych wartości oporu wciskania sondy CPTu umożliwiła określenie wartości stopnia prekonsolidacji, naprężenia prekonsolidacji, współczynnika parcia bocznego w spoczynku, wytrzymałości na ścinanie bez odpływu oraz modułów odkształcenia i ściśliwości. Zarejestrowane na podstawie sondowań stożkiem sejsmicznym SCPTu prędkości generowanych na powierzchni fal podłużnych i poprzecznych stały się podstawą do wyznaczenia w określonych interwałach profilu głębokościowego charakterystyk deformacji w postaci takich parametrów jak początkowy moduł ścinania oraz moduł ściśliwości edometrycznej. Badanie to zasługuje na szczególne uznanie właśnie ze względu na możliwość otrzymania modułu ścinania dla małych odkształceń, który jest jednym z najbardziej istotnych parametrów odkształcalności gruntów i odgrywa kluczową rolę w ocenie zachowania się gruntów w warunkach obciążeń dynamicznych. Ponadto, jak zaznacza Autor, wyznaczenie tego parametru metodami sejsmicznymi daje bardzo dobre 2

3 rezultaty, a numeryczne modelowanie interakcji grunt obiekt inżynierski przy zastosowaniu tak wyznaczonych parametrów daje wyniki deformacji zbliżone do rzeczywistych. W wyniku zastosowania kolejnej, bardzo popularnej i nieinwazyjnej metody badawczej sejsmiki powierzchniowej realizowanej w wersji CSWS (Continuous Surface Wave System) otrzymano na każdym poligonie badawczym profile sztywności, czyli profile zmian maksymalnego modułu ścinania w funkcji głębokości. Ważne, z poznawczego i praktycznego punktu widzenia, są wyniki pomiarów sejsmicznych drgań ośrodka gruntowego wywołanych ruchem kołowym. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu aparatury sejsmicznej firmy DMT w trzech reprezentatywnych lokalizacjach wybranych ze względu na rodzaj i nasilenie ruchu drogowego. Rejestrowano wpływy przejazdu samochodów ciężkich i lekkich, tramwajów oraz metra. Na podstawie pomiarów określono dominujące częstotliwości oraz prędkości i przyspieszenia drgań cząstek gruntu. Ważną, utylitarną stroną tych badań była możliwość zaimplemntowania pomierzonych, rzeczywistych intensywności drgań w dynamicznych badaniach wytrzymałościowych. Ważnym i wartościowym aspektem pracy, któremu Doktorant poświęca dużo uwagi, jako jednemu z problemów, z którymi spotykamy się w dynamicznych badaniach gruntów, są badania wskaźnika tłumienia drgań. Szczególnie nowatorski charakter miały eksperymentalne badania wskaźnika tłumienia w zakresie małych odkształceń przeprowadzone na utworach madowych. Oryginalność ich polegała na zastosowaniu punktowych źródeł drgań harmonicznych o regulowanej częstotliwości w postaci wibratora systemu CSWS oraz rejestracji amplitudy drgań za pomocą sondy SCPT. Równie wartościowych informacji dostarczyły wyniki obliczeń wskaźnika tłumienia wyznaczone na podstawie analiz pętli histerezy z kolejnych cykli obciążeń dynamicznych próbek w aparacie trójosiowego ściskania. Efektem ich są sporządzone przez Doktoranta, dla wszystkich badanych gruntów, wykresy wskaźnika tłumienia w funkcji odkształcenia postaciowego dla trzech różnych częstotliwości. Analizując otrzymane wyniki Doktorant sformułował wniosek, że wzrost wskaźnika plastyczności zmniejsza wrażliwość gruntów na wpływ obciążeń dynamicznych. Oprócz szerokiego zakresu badań polowych Doktorant wykonał liczne badania laboratoryjne. Do najbardziej wartościowych, z naukowego punktu widzenia, należy niewątpliwie zaliczyć badania parametrów sprężystych, w tym modułu ścinania, metodą BES (Bender element system) oraz badania wytrzymałości na ścinanie w warunkach obciążeń dynamicznych w aparacie trójosiowego ściskania. Badania parametrów sprężystych zostały wykonane na gruntach pobranych ze wszystkich poligonów badawczych na próbkach o 3

4 nienaruszonej strukturze oraz na pastach. Zestawienie wyników otrzymanych z badań laboratoryjnych (BES) z wynikami z badań polowych (CSWS, SCPT, SDMT) w postaci graficznych diagramów posłużyło Doktorantowi do stwierdzenia, że mimo wykorzystania różnych metod badawczych obserwuje się dużą zbieżność prędkości fal sejsmicznych, w szczególności fali poprzecznej, a tym samym maksymalnego modułu sztywności. Przeprowadzone badania wytrzymałościowe w wyspecjalizowanym, wysokiej klasy aparacie trójosiowego ściskania pozwoliły na przedstawienie charakterystycznych zachowań gruntów spoistych w warunkach obciążeń dynamicznych, w tym określenia stopnia degradacji modułu sztywności oraz zmian wskaźnika tłumienia. Dzięki odpowiednio dobranej metodyce Doktorant dokonał szerokiej charakterystyki testowanych gruntów z uwzględnieniem krytycznych wartości współczynników cyklicznego obciążenia, spadku wskaźnika degradacji modułu sztywności, kumulacji ciśnienia porowego oraz częstotliwości zmian naprężenia. Analiza całości wyników upoważniła z kolei do sformułowania kilku istotnych wniosków odnośnie odporności gruntów na wpływ obciążeń dynamicznych, w tym szczególnie wpływu stopnia przekonsolidowania, wskaźnika plastyczności oraz częstotliwości naprężenia. Oryginalnym osiągnięciem Autora jest również sformułowanie dla badanych gruntów o nienaruszonej strukturze równań krzywej degradacji modułu ścinania w funkcji odkształceń w zależności od częstotliwości zadawanego obciążenia. 3. Ocena rozprawy Rozprawa mgr. inż. Kamila Kiełbasińskiego stanowi oryginalną, logicznie skonstruowaną pracę naukową o jasno skonkretyzowanym celu i sprecyzowanym sposobie jego rozwiązania. Oparta jest na wynikach własnych badań polowych i laboratoryjnych Autora, umiejętnej i wnikliwej ich interpretacji, umiejętnej syntezie wyników uzyskiwanych z różnych metod badawczych i logicznym wnioskowaniu. Tematyka pracy jest aktualna pod względem poznawczym. Całkowicie oryginalne wyniki dostarczają nowego spojrzenia i rzucają nowe światło na stosunkowo mało dotychczas znane i raczej nie podejmowane przez badaczy zagadnienie kompleksowej oceny zachowania się wybranych gruntów spoistych w warunkach obciążeń dynamicznych w oparciu o wyniki standardowych i nowoczesnych badań geologiczno-inżynierskich i geofizycznych. W tej dziedzinie omawiana rozprawa znacznie poszerza dotychczasowy stan wiedzy i zawiera szereg elementów stanowiących oryginalny dorobek Autora. Zawiera szereg elementów o charakterze poznawczym i aplikacyjnym. Wysoka wartość merytoryczna kwalifikuje ją do opublikowania. 4

5 Oceniając całość pracy należy stwierdzić, że Doktorant osiągnął zamierzony cel naukowy. Wykazał się bardzo dobrą znajomością przedmiotowego zagadnienia, wysokim poziomem wiedzy teoretycznej, umiejętnością prowadzenia prac badawczych oraz pogłębioną znajomością metod interpretacyjnych. Doktorant nie jest przy tym osobą bezkrytycznie podchodzącą do uzyskiwanych rezultatów badań. Ma świadomość niedoskonałości sprzętu badawczego i ograniczoności stosowanych metod badawczych, a także możliwej przypadkowości niektórych wyników badań wynikających z niejednorodności i zmienności ośrodka gruntowego. Prezentuje podejście zgodne z wymaganiami Eurokodu kładąc nacisk na określanie parametrów bezpośrednio z badań terenowych lub laboratoryjnych. Stąd też prezentuje krytyczne podejście do niektórych zależności empirycznych, które z reguły ustalane są na podstawie lokalnych związków korelacyjnych. Praca napisana jest poprawnie pod względem stylistycznym. Autor używa języka prostego i zwartego, a zarazem przejrzystego i zrozumiałego. Figury autorstwa Doktoranta wykonane są bardzo starannie i czytelnie. Chciałbym zaznaczyć, że w zasadzie nie wnoszę do rozprawy zastrzeżeń o charakterze merytorycznym. W odniesieniu do całości pracy można jedynie wysunąć kilka uwag o charakterze dyskusyjnym lub wymagających dodatkowych objaśnień, co może też posłużyć lepszemu jej przygotowaniu do publikacji: 1) W kilku przypadkach można odczuć pewien niedosyt z powodu braku komentarza, czy chociażby prób wyjaśnienia zaobserwowanych rozbieżności w otrzymywanych wynikach, np. dlaczego naprężenia prekonsolidacyjne i stopnie prekonsolidacji z badań polowych są wyższe od wartości z badań laboratoryjnych?, czym wytłumaczyć znaczne różnice w wartościach modułu ścinania z badań sondą SCPTu oraz BES? 2) Zarówno z badań polowych (sonda CPT) jak też laboratoryjnych (odpowiednio str. 72 i 112) wynika, że stopień prekonsolidacji mad jest większy od 1. W obu przypadkach Doktorant stwierdza, że z punktu widzenia genezy nie są to grunty prekonsolidowane, z tym, że na str. 72 efekt ten przypisuje, moim zdaniem słusznie, prekonsolidacji pozornej, a na str.112 wskaźnikowemu charakterowi stopnia prekonsolidacji wyznaczanego sondą CPT. Pomijając fakt podważania stosowalności sondy CPT do oznaczania stopnia prekonsolidacji, może słuszniejsze byłoby stwierdzenie, że wartości OCR > 1 otrzymane z badań sondą CPT są istotnie wynikiem prekonsolidacji pozornej, a nie wynikiem przeciążenia. 5

6 3) Z badań metodą BES dla niektórych gruntów uzyskano bardzo wysokie wartości współczynnika Poissona, nawet wartości równe 0,49 co praktycznie odpowiada ciałom absolutnie nieściśliwym. Badane grunty do takich zaliczyć nie można. Błąd prawdopodobnie wynika z trudności precyzyjnego wyznaczenia prędkości przejścia fali podłużnej i poprzecznej. Nie mniej konieczny byłby tutaj odpowiedni komentarz Autora. 4) W spisie literatury brak jest niektórych pozycji, na które Autor powołuje się w pracy. Autor nie ustrzegł się również pewnych usterek językowych, redakcyjnych oraz pomyłek w nazwach, symbolach i znakach. Dość liczne są tzw. literówki. Zauważone usterki dotyczą jednak szczegółów, a nie istoty zagadnienia i w niczym nie umniejszają merytorycznej wartości pracy. 4. Wniosek końcowy W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzam, że: rozprawa stanowi istotny wkład Autora w rozpoznanie właściwości badanych gruntów spoistych, w tym szczególnie ich zachowania się w warunkach obciążeń dynamicznych, stanowi samodzielne rozwiązania podjętego przez Autora problemu, Autor wykazał pogłębioną wiedzę teoretyczną w swej dyscyplinie naukowej oraz umiejętność swobodnego posługiwania się aparatem badawczym. Wobec powyższego stwierdzam, że rozprawa doktorska mgr. inż. Kamila Kiełbasińskiego pt. Geologiczno-inżynierska i geofizyczna ocena zachowania się gruntów spoistych w przekroju doliny Wisły wzdłuż Trasy Siekierkowskiej w Warszawie pod wpływem obciążeń dynamicznych spełnia wszystkie wymagania stawiane pracom doktorskim zgodnie z przepisami ustawy z dnia 14 marca 2003 (Dz.U. Nr 65. Poz. 595 z późn. zm.) stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki i wnoszę o jej dopuszczenie do publicznej obrony. Kraków, styczeń,