CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (74) 2015, s

CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (74) 2015, s. 53-66 53 Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego zapory obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych (OUOW) Żelazny Most na podstawie sondowań statycznych CPTU Irena Bagińska 1), Anna Mysakowska 2) 1) Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Katedra Geotechniki, Hydrotechniki, Budownictwa Podziemnego i Wodnego, Wrocław irena.baginska@pwr.edu.pl 2) studentka Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej Streszczenie W artykule poddano analizie interpretacyjnej pomiary sondy statycznej CPTU, wykonane z poziomu korony zapory OUOW Żelazny Most. Budulcem zapory jest grunt antropogeniczny, będący materiałem poflotacyjnym składowanym w zbiorniku. Sprawdzono przydatność powszechnie stosowanych klasyfikacji SBT do oceny rodzaju gruntu antropogenicznego. Przeanalizowano klasyfikację Robertsona 1986, Robertsona 1990, normową PN-B-04452:2002, oraz klasyfikację zaproponowaną przez Tschuschke 2006, wskazując różnice interpretacyjne. Wyniki analizy interpretacyjnej zaprezentowano na nomogramach klasyfikacyjnych oraz przekrojach geologicznych w odniesieniu do wyników wierceń. Wykazano przydatność zastosowanych metod interpretacyjnych do analiz podłoża w skomplikowanych warunkach geotechnicznych. Słowa kluczowe: sondowania statyczne CPTU, grunt antropogeniczny, OUOW Żelazny Most The analysis of the assessment of anthropogenic soil in Tailings Storage Facility Zelazny Most based on CPTU data Abstract This paper provides details of the Cone Penetration Test (CPTU) carried out in the Tailings Storage Facility (TSF) Zelazny Most dam as well as an interpretation of the results. The dam construction material is an anthropogenic soil being a post flotation material collected in the reservoir. Usefulness of commonly used classification Soil Behavior Type (SBT) in anthropogenic soil were verified. The paper presents differences between Robertson 1986 classification, Robertson 1990 classification, PN-B-04452:2002 and classification proposed by Tschuschke 2006. Results of CPTU data analysis were presented at classifications nomograms and geological cross-sections in relation to geological data. Appropriateness of applied interpretation methods that had been used to analyze soil in complex geotechnical condition were proved. Key words: Cone Penetration Test (CPTU), anthropogenic soil, Tailings Storage Facility Zelazny Most dam

54 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Wstęp Sondowania statyczne CPTU są obecnie jedną z podstawowych metod rozpoznania podłoża gruntowego. Do zalet tej metody należy ciągłość pomiaru oraz możliwość wykonania nawet w trudnych warunkach gruntowych. Stosunkowo prosta procedura przeprowadzania pomiaru, powtarzalność wyników czy niewielki stopień oddziaływania badania na podłoże sprawiają, że podejmowane są próby stosowania jej w coraz większym zakresie również w gruntach antropogenicznych. Aby jednak dobrze wykorzystać zalety tej metody, trzeba być świadomym jej ograniczeń, związanych np. ze złą kalibracją sprzętu czy nieumiejętną lub błędną interpretacją wyników pomiarów [11]. W trakcie pomiaru CPTU wraz z głębokością co 2 cm rejestrowane są trzy podstawowe wielkości (q c, f s i u 2 ). Szczegółowy pomiar pozwala na analizę podłoża gruntowego w pełnym przekroju z precyzyjnym określeniem miejsc, w których dochodzi do zmian parametrów. Może to oznaczać występowanie w podłożu np. przewarstwień z innego gruntu lub jego osłabienie (wzmocnienie). Jest to duża zaleta szczególnie w gruntach charakteryzujących się dużą zmiennością uziarnienia czy gęstości, takich jak odpady poflotacyjne deponowane na OUOW Żelazny Most []. Podstawę opracowania stanowią dane sondowań statycznych CPTU, udostępnione przez spółkę KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hydrotechniczny w Rudnej [12] do pracy dyplomowej magisterskiej realizowanej w roku akademickim 2013/2014 [4]. 1. Charakterystyka i metodyka badania CPTU Procedury badania sondą statyczną zależą od realizowanego rodzaju testu. Zgodnie z [8] można wyróżnić dwa typy testów: test TE1 z pomiarem oporu na stożku q c i tarcia na tulei ciernej f s, inaczej CPT; test TE2 z dodatkowym pomiarem ciśnienia wody w porach gruntu u 2, inaczej CPTU. Wybór metody badawczej oraz zakresu badań powinien uwzględniać zarówno wyniki analizy materiałów archiwalnych, wizji terenowych, jak i rodzaj, genezę i budowę geologiczną podłoża oraz jego uwarstwienie i warunki wodne [6]. W rozpatrywanym przypadku zrealizowane zostały sondowania statyczne CPTU. Badania terenowe wykonano na przełomie lutego i marca 2011 roku dla potrzeb projektowych w sekcji W-5 zapory zachodniej OUOW Żelazny Most. Wykonawcą badań był KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hydrotechniczny w Rudnej, mający sondę statyczną HYSON 200 kn, wyprodukowaną przez A.P. van den Berg Machinefabriek. Sonda ta zalicza się do I kategorii penetrometrów, według instrukcji International Test Procedure for Cone Penetration Test CPT, CPTU, opracowanej przez Komitet Techniczny TC-16 ISSMGE w 1999 roku [12]. Badania terenowe realizowano piezostożkami wzmocnionymi o poszerzonej średnicy, których konstrukcja spełnia wymagania standardu testu CPTU. Geometria piezostożka jest następująca: powierzchnia podstawy stożka A c = 15 cm 2, powierzchnia tulei ciernej A s = 225 cm 2, współczynnik powierzchni stożka netto a = 0,72, kąt wierzchołkowy stożka 60, filtr wbudowany bezpośrednio za ostrzem stożka wg standardu lokalizacja pomiaru u 2. Sondowania prowadzono ze stałą prędkością penetracji, wynoszącą 2 cm/s [12].

I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Bezpośrednio w trakcie wykonywania badania CPTU piezostożkiem rejestrowane są wartości: oporu na stożku q c, tarcia na tulei ciernej f s, ciśnienia wody w porach gruntu u 2. W ramach bieżącego opracowania przeanalizowano dane bezpośrednie z testu CPTU, oznaczonego numerem 312/170, zlokalizowanego w przekroju nr XIIW; na kilometrażu obwałowań 4 + 468. Głębokość pomiarów wynosiła 49,14 m. Sondowania przeprowadzono bez podwiertu z poziomu półki zapory na wysokości 169,90 m n.p.m. po stronie odpowietrznej. Na podstawie danych q c, f s i u 2 z pomiaru in situ wyznaczono, stosując korelacje i zależności empiryczne zaczerpnięte z literatury, szereg parametrów gruntu w całym profilu pomiaru [3, 9]. W niniejszej pracy skupiono się na parametrach skorygowanych, koniecznych do oceny rodzaju gruntu, takich jak: całkowity skorygowany opór stożka q t, 55 q t c ( 1 a) u2 = q + (1) skorygowany opór tarcia na tulei ciernej z uwzględnieniem ciśnienia porowego f t, który w przypadku braku pomiaru u 3 równy jest f s, ( u A u A ) 2 sb s 3 st ft = fs (2) A współczynnik tarcia R f, znormalizowany opór na stożku Q t, fs Rf = 0% qt Qt ( qt σvo) (3) = (4) σ vo gdzie: σ vo składowa pionowa naprężenia pierwotnego całkowitego, σ vo składowa pionowa naprężenia pierwotnego efektywnego, znormalizowany współczynnik tarcia F r, fs Fr = 0% qt σvo znormalizowany współczynnik ciśnienia wody w porach B q B q ( u2 uo) ( qt -σvo) gdzie: u o ciśnienie porowe wody w gruncie z pomiaru dyssypacji. (5) = (6)

56 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Na podstawie parametrów znormalizowanych w oparciu o klasyfikacje gruntów można nie tylko określić budowę geologiczną podłoża i sporządzić jego profil geotechniczny, ale również wyprowadzić parametry podłoża (np. stopień zagęszczenia I D, stopień plastyczności I L ). 2. Charakterystyka obszaru badań Sondowania statyczne CPTU wykonane zostały przez KGHM Oddział Zakład Hydrotechniczny w ramach aktualizacji rozpoznania warunków geologiczno-inżynierskich podłoża i osadów OUOW Żelazny Most dla potrzeb realizacji projektu formowania zapór zbiornika do rzędnej korony 175,0 m n.p.m.[12] Urobek poflotacyjny gromadzony w obrębie zbiornika (plaży i stawu wody nadosadowej), nazywany jest osadem poflotacyjnym. Urobek poflotacyjny jest dostarczany na składowisko metodą hydrotransportu. Technika ta oraz namywanie odpadów na plaże, prowadzą do zjawiska zwanego sedymentacyjną, czyli segregacją ziaren. Proces ten ma duży wpływ na niejednorodność osadów (wraz z lokalizacją osadów zmienia się ich uziarnienie), co ma istotny wpływ na budowę korpusu zapory. Osady poflotacyjne deponowane na plaży zbiornika w następnych etapach nadbudowy obwałowań są wbudowywane w zaporę, dlatego konieczna jest geotechniczna charakterystyka osadów. Służą temu zarówno badania laboratoryjne, terenowe, jak i ciągła kontrola oraz monitoring obiektu. Na rys. 1 zaprezentowano zarejestrowane podczas badania CPTU nr 312/170 wielkości pomiarowe q c, f s i u 2 oraz parametry skorygowane q t, R f, Q t, F r i B q ustalone zgodnie z wzorami przytoczonymi w rozdziale 1. Rys. 1. Wartości pomiarowe q c, f s i u 2 dla pomiaru CPTU nr 312/170 oraz parametry skorygowane q t, R f, Q t, F r i B q

I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego 3. Ocena rodzaju ośrodka gruntowego Na podstawie sondowań CPTU można rozpoznać podłoże gruntowe i sklasyfikować grunty. W niniejszej pracy wykorzystano trzy powszechnie stosowane systemy klasyfikacyjne, ustalające rodzaj gruntu naturalnego (rodzimego): system Robertsona i innych z 1986 roku [3], system Robertsona z 1990 roku [3], klasyfikację normową z PN-B 04452: 2002 [5]. Diagramy klasyfikacyjne, które mogą być stosowane do określenia rodzaju i stanu gruntów, posługują się kombinacjami odpowiednich parametrów skorygowanych, wyznaczonych na podstawie wartości mierzonych w sondowaniu. Powierzchnie monogramów składają się z wydzielonych ponumerowanych obszarów tzw. SBT (Soil Behaviour Type). Dla lepszego zobrazowania różnic w obrębie poszczególnych obszarów gruntów (SBT) dla wszystkich trzech stosowanych klasyfikacjach w tabelach 1 i 2 zestawiono numery obszarów SBT klasyfikacji Robertsona 1986, SBTn Robertsona 1990 i PN B-04452:2002. Odniesiono je do nazewnictwa stosowanego w Polsce zgodnie z PN-EN ISO 14688-2:2006 [7]. Obszar SBT (Soil Behaviour Type) Tabela 1. Zestawienie obszarów SBT dla klasyfikacji Robertsona z 1986 roku oraz PN B-04452:2002 [1] Klasyfikacja Robertsona i in. 1986 (nazewnictwo oryginalne) Klasyfikacja Robertsona i in. 1986 (po polsku) Klasyfikacja PN B-04452:2002 57 Rodzaj gruntu zgodnie z PN EN Wrażliwe/miękkie Wrażliwe 1 Sensitive fine grained - drobnoziarniste drobnoziarniste 2 Organic material Organiczne Organiczne Or Iły 3 Clay Iły Cl Gliny pylaste zwięzłe przez iły pylaste do iłów 4 Silty clay to clay Iły pylaste do iłów Gliny pylaste zwięzłe do iłów pylastych sicl Cl 5 Clayey silt to silty clay 6 Sandy silt to clayey silt 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand Pyły ilaste do iłów pylastych Pyły piaszczyste do pyłów ilastych Piaski pylaste do pyłów piaszczystych Piaski do piasków pylastych 9 Sand Piaski Gravelly sand to sand 11* Very stiff fine grained* Piaski żwirowe do piasków Bardzo zwięzłe drobnoziarniste* Piaski do 12* Sand to clayey sand* piasków ilastych* * overconsolidated or cemented (prekonsolidowane lub scementowane) Gliny piaszczyste do glin pylastych Piaski średnie do piasków pylastych Pospółki do piasków drobnych Żwiry Półzwarte drobnoziarniste (mało spoiste) Piaski do piasków gliniastych clsi sicl sasi clsi sisa sasi Sa sisa Sa grsa Sa Gr Sa clsa

58 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Jak widać z tabeli 2, w klasyfikacji Robertsona 1990 niektóre obszary SBT z wcześniejszej klasyfikacji z 1986 r. zostały scalone. Dwanaście obszarów SBT klasyfikacji z 1986 r. zostało zastąpionych dziewięcioma obszarami SBTn w klasyfikacji z 1990 r. Tabela 2. Zestawienie obszarów SBTn dla klasyfikacji Robertsona z 1990 r. [1] Obszar SBTn Robertson 1990 Klasyfikacja Robertsona 1990 (oryginalna) Klasyfikacja Robertsona 1990 (po polsku) Rodzaj gruntu zgodnie z PN EN Obszar SBT Robertson 1986 1 Sensitive fine grained Wrażliwe drobnoziarniste 1 2 Organic soils; peats Organiczne; torfy Or 2 3 Clays clay to silty Ilaste iły do iłów pylastych Cl sicl 3 i 4 clay 4 Silt mixtures; clayey Pylaste; pyły ilaste clsi sicl 5 i 6 silt to silty clay do iłów pylastych 5 Sand mixtures; silty Piaszczyste; piaski pylaste sisa 6 i 7 sand to sandy silt do pyłów piaszczystych sasi 6 Sands; clean sands Piaski; piaski do Sa sisa 8 i 9 to silty sands piasków pylastych 7 Gravelly sand to sand Piaski żwirowe do piasków grsa Sa 8* Very stiff sand Bardzo zwięzłe piaski Sa clsa 12* to clayey sand* do piasków ilastych* 9* Very stiff fine grained* Bardzo zwięzłe drobnoziarniste* 11* * overconsolidated or cemented (prekonsolidowane lub scementowane) W badanym miejscu (CPTU 312/170) korpus zapory można podzielić na dwie strefy. Pierwszą od góry stanowią mechanicznie formowane i zagęszczane warstwy korpusu, wykonywane pod pełną kontrolą z osadu poflotacyjnego poddawanego procesowi sedymentacji na tzw. plażach. Poniżej korpus składa się z warstw sedymentacyjnych, będących pierwotnie plażami. Biorąc pod uwagę technologię wykonywania zapory oraz wyniki wierceń, profil sondowań podzielono z głębokością na trzy części, co znalazło odzwierciedlenie na rys. 2 i 3. Kolorem zielonym zaznaczono na nomogramach wyniki pomiarów CPTU odpowiadające początkowej fazie testu, nazwanej w profilu wierceń nasypem budowlanym. Sięga on do głębokości 6,60 m p.p.t. i stanowi mechanicznie budowany korpus zapory z kontrolowanym podczas wykonawstwa stanem zagęszczenia wbudowywanego osadu poflotacyjnego. Kolorem czarnym zaznaczono punkty pomiarowe w warstwie namytych osadów. Kolor pomarańczowy pokazuje punkty pomiarowe odpowiadające najgłębiej położonym warstwom gruntów rodzimych poniżej korpusu zapory.

I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego 59 0 Klasyfikacja Robertsona 1986 0 Klasyfikacja normowa PN-B-04452:2002 Skorygowany opór na stożku, qt [MPa] 1 9 8 7 12 6 5 4 3 11 0 6,60m 6,60 38,70m 38,70 49,14m 37,00 39,00m Skorygowany opór na stożku, qt [MPa] 1 9 8 7 11 5 6 4 0 6,60m 6,60 38,70m 38,70 49,14m 37,00 39,00m 3 1 2 1 2 0.1 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Współczynnik tarcia, Rf [%] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Współczynnik tarcia, Rf [%] Rys. 2. Rozmieszczenie wartości pomiarowych na nomogramie klasyfikacyjnym Robertsona 1986 i normowym PN B 04452:2002 00 Klasyfikacja Robertsona 1990 Znormalizowany opór na stożku, Qt [ ] 0 7 6 GRUNTY NORMALNIE SKONSOLIDOWANE 5 4 8 9 7 6 5 4 0 6,60m 6,60 38,70m 38,70 49,14m 37,00 39,00m 3 1 3 2 2 1 1 0.1 1 Znormalizowany współczynnik tarcia, Fr [%] -0.6-0.2 0.2 0.6 1 1.4-0.4 0 0.4 0.8 1.2 Znormalizowany współczynnik ciśnienia wody w porach, B q [ ] Rys. 3. Rozmieszczenie wartości pomiarowych na nomogramie klasyfikacyjnym Robertsona 1990. Zgodnie z rys. 2, klasyfikacja Robertsona 1986 i normowa PN B 04452:2002 dla mechanicznie budowanego korpusu (kolor zielony) wykazała rodzaj gruntu zgodny z SBT 8 i 9, czyli piaski pylaste, drobne do pospółek (Sa; sisa; fsa; grsa). Pozostała część korpusu (kolor czarny) w większości to SBT 8, 9,, czyli piaski pylaste, drobne, pospółki i żwiry (sisa, fsa, Sa, grsa, Gr). Rozpoznanie to pod względem granulometrycznym odpowiada składowi osadu poflotacyjnego. Grunt rodzimy zaznaczony kolorem pomarańczowym to SPT 6 i 7, czyli gliny piaszczyste do glin pylastych oraz piaski średnie do pylastych (clsi sicl, sasi clsi, sisa sasi). Z wierceń [12] w tym obszarze wyznaczono glinę zwięzłą, glinę pylastą i piaski średnie, co potwierdza powyższe rozpoznanie.

60 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Zgodnie z klasyfikacją Robertsona 1990 (rys. 3) uzyskano bardzo podobne rozpoznanie. W płytszych warstwach korpusu SBTn 6 i 7, czyli piaski pylaste do żwirów (Sa; sisa; grsa), natomiast głębiej SBTn 5 i 6, czyli od pyłów piaszczystych do piasków, piasków pylastych (sasi; Sa; sisa). W podstawie grunt rodzimy to SBTn 3, czyli iły do iłów pylastych (Cl; sicl). Dla oceny przebiegu zmienności rodzaju gruntu z głębokością na rys. 4 przedstawiono przekrój geologiczny z wierceń archiwalnych oraz profile z klasyfikacji Robertsona 1986, 1990, 1990b i klasyfikacji normowej PN B 04452:2002. W korpusie nie ma dużej zmienności rodzaju gruntu SBT, SBTn. Nieliczne przewarstwienia są małej miąższości i mogą wynikać ze zmiennego stanu lub zmienności frakcji osadu poflotacyjnego. Rys. 4. Profil geologiczny z wierceń oraz profile wykonane zgodnie z poszczególnymi klasyfikacjami na podstawie CPTU [4] Dodatkowo, dla ściślejszej interpretacji badania CPTU nr 312/170, wyniki pomiarowe umieszczono na nomogramie klasyfikacyjnym 2006 [], który został w sposób szczególny rekomendowany przez Tschuschke do oceny osadów poflotacyjnych poddanych badaniom CPTU (rys. 5).

I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego 61 15 I II qc [MPa] III 5 IV 0 V 0 20 30 40 50 60 70 fs [kpa] Rys. 5. Nomogram klasyfikacyjny Tschuschke 2006 osadów poflotacyjnych [] Tschuschke wyróżnia na nomogramie liniami ciągłymi pięć grup osadów poflotacyjnych rud miedzi ze względu na kryterium uziarnienia oraz stan i wytrzymałość osadów (rys. 5): grupa I to piaski drobne; grupa II to piaski pylaste; grupa III to pyły piaszczyste; grupa IV to pyły; grupa V to gliny piaszczyste iły pylaste. Osady zostały wydzielone pod względem zróżnicowania uziarnienia dla poszczególnych grup osadów na podstawie parametrów oporu na stożku q c oraz tarcia na tulei ciernej f s. Grupa I i II odpowiadają uziarnieniem gruntom niespoistym, grupa IV i V mają właściwości charakterystyczne dla gruntów spoistych, grupa III to tzw. grupa gruntów przejściowych. Największą skuteczność wydzieleń autor klasyfikacji wskazuje dla obszarów skrajnych (grupy I oraz V) []. Na nomogramie (rys. 5) liniami ciągłymi rozgraniczone są poszczególne grupy rodzaju gruntu, natomiast przerywanymi obszary łagodnej zmienności cech sąsiednich grup []. 25 20 0 6,60 m 6,60 38,70 m 38,70 49,14 m 37,00 39,00 m II qc [MPa] 15 I III 5 IV 0 V 0 20 40 60 80 0 120 140 160 180 fs [kpa] Rys. 6. Nomogram klasyfikacyjny osadów poflotacyjnych wraz z punktami pomiarowymi

62 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Punkty pomiaru 312/170 przedstawione na rys. 6 częściowo nie mieszczą się w zakresie nomogramu klasyfikacyjnego Tschuschke 2006 dla osadów poflotacyjnych (rys. 5). Dopiero wydłużenie krzywych rozgraniczających grupy gruntów pozwala na skuteczne sklasyfikowanie danych pomiarowych. Większość punktów pomiarowych CPTU z korpusu zapory (kolor zielony i czarny) mieści się w grupie gruntu II i III, czyli wg tej klasyfikacji są to piaski pylaste i pyły piaszczyste. W przypadku ogólnej oceny gruntu rodzimego (kolor pomarańczowy) punkty pomiarowe mieszczą się na granicy obszaru IV i V, czyli gruntów w postaci pyłu, gliny piaszczystej i iłu pylastego. Na nomogramie klasyfikacyjnym Robertsona 1990 (rys. 3) widoczne są w obrębie korpusu zapory (kolor zielony) bardzo charakterystyczne pętle powstałe z kolejno zarejestrowanych wyników pomiaru CPTU. W sposób szczegółowy zaprezentowano to na rys. 7. 00 Znormalizowany opór na stozku Q t [ ] 0 0 1,0m 1,0 2,0m 2,0 3,0m 3,0 4,0m 5,0 6,0m 6,0 7,0m 7,0 8,0m 8,0 9,0m 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 Znormalizowany wspolczynnik tarcia F r [%] Rys. 7. Znormalizowane wartości Q t i F r dla pierwszych 9 m pomiaru CPTU nr 312/170 Uporządkowanie występujących po sobie punktów pomiarowych, tworzących charakterystyczne spirale, jest cechą wyjątkową i niespotykaną dla gruntów naturalnych. Powstaje pytanie, jaka jest tego przyczyna? Czy przyczyną jest zmienność stopnia zagęszczenia w korpusie zapory (rys. 8)? A może wynika to ze zmienność naprzemiennie frakcji osadu związanej z procesem namywania i sedymentacji w trakcie hydrotransportu i deponowania? Z pewnością jest to cecha charakterystyczna gruntu antropogenicznego, jakim jest osad poflotacyjny.

I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego 63 4. Ocena stanu gruntu antropogenicznego Z przeprowadzonej analizy pomiarów CPTU wynika, że z kilku parametrów mierzonych w badaniu, na podstawie korelacji, można uzyskać wiele informacji o parametrach wyprowadzonych. Mają one podstawowe znaczenie przy opisie podłoża. Obserwując charakterystyczne trendy w ocenie tych parametrów, dokonano oceny stopnia zagęszczenia i plastyczności gruntu. Przy ocenie za ostateczny profil gruntu przyjęto rozpoznanie z klasyfikacji Robertsona 1986 (rys. 2, 4). Do oceny stopnia plastyczności I L gruntu na podstawie badania CPTU wykorzystano następujące korelacje, zaproponowane w normie PN-B-04452 [5]: I I I L L L = 0,242 0,427 log (1,3 qc) zawartość frakcji iłowej > 30% (7) = 0,518 0,653 log (1,3 qc) % < zawartość frakcji iłowej < 30% (8) = 0,729 0,736 log (1,3 qc) zawartość frakcji iłowej < % (9) Stopień zagęszczenia gruntu, obliczono z zależności normowej [5]: I D = 0,709 log (1,3 qc) 0,165 () Przebieg zmienności z głębokością wartości stopnia plastyczności I L i stopnia zagęszczenia I D zaprezentowano na rys. 8. Z otrzymanych wyników, na podstawie normy PN-EN ISO 14688-1, można ustalić wskaźnik konsystencji I C, co pozwala na określenie stanu gruntów drobnoziarnistych (spoistych) jako twardoplastyczny (0,25>I L >0; 1,0>I C >0,75). Podobnie dzięki zmienności I D można poddać ocenie stan gruntów gruboziarnistych (sypkich). Na wykresie (rys. 8) widoczna jest bardzo duża cykliczność wartości I D. Mniejsze wartości I D są co około 2,5 m i odpowiadają prawdopodobnie miąższościom namywań lub nadbudowy korpusu zapory. W większości jednak wartości stopnia zagęszczenia są powyżej wartości 0,65, czyli grunt jest w stanie zagęszczonym.

64 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Rys. 8. Profil geologiczny, ocena stanu zagęszczenia i plastyczności [4] 5. Analiza szczegółowa Na podstawie klasyfikacji gruntów można ustalić rodzaj gruntu i stworzyć profil geologiczny podłoża. Ponieważ poszczególne nomogramy klasyfikacyjne kładą nacisk na różne grupy gruntów (jedne na szersze rozróżnienie gruntów drobnoziarnistych, inne dają obszerniejszą charakterystykę gruntów gruboziarnistych), ich znajomość oraz świadomość różnic między nimi daje możliwość wyboru takiej klasyfikacji, która jest adekwatna do badanego podłoża. Zastosowanie nomogramów klasyfikacyjnych pozwoliło na określenie specyfiki osadów w miejscu realizacji pomiarów CPTU. Zauważono pewne trendy dla nich charakterystyczne. Te trendy to uwarstwienie korpusu zapory warstwami o niedużej miąższości (rys. 4), niejednorodność stanu gruntu (rys. 8) oraz charakterystyczne pętle pomiarowe (rys. 3, 7). Zgodnie z rys. 7, gdzie pokazano wyniki pomiarów CPTU od 0 m do 9,0 m, charakterystyczne pętle powstają nie tylko w strefie korpusu formowanego mechanicznie, ale również głębiej w osadach namywanych, będących pierwotnie plażami.

I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego Charakterystyczne pętle (widoczne na rys. 3, 7) pokrywają się ze zmiennościami stopnia zagęszczenia (widocznymi na rys. 8). Dodatkowo charakterystyczną powtarzalną zmienność pomiaru CPTU można uzasadnić zmiennością frakcyjną materiału zapory, czyli osadu poflotacyjnego zdeponowanego w zbiorniku. W analizowanym przekroju najniższe wartości I D występują na głębokości około 38 m p.p.t. Jest to miejsce, będące granicą pomiędzy gruntem rodzimym drobnoziarnistym w stanie twardoplastycznym i osadem z pierwszych namywów w stanie luźnym. W strefie tej prawdopodobnie są bardzo drobne frakcje osadu, który podczas hydronamywu jako najdrobniejszy, dotarł sedymentując najdalej od pierwszych obwałowań zapory. Dla szczegółowej analizy tego obszaru wyniki pomiarów dla przedziału głębokości od 37 do 39 m p.p.t. otoczono niebieskimi elipsami na wszystkich klasyfikacjach (rys. 2, 3, 6). Klasyfikacja Robertsona 1986 i normowa PN-B- -04452:2002 oceniła ten grunt jako sypki i wtedy można mówić, że jest on w stanie luźnym. Inaczej będzie, jeśli weźmiemy pod uwagę klasyfikację Robertsona 1990, która przy ocenie rodzaju gruntu uwzględnia skorygowane wielkości oporu nie tylko o wartości ciśnień porowych, ale również o wartości naprężeń pierwotnych efektywnych i całkowitych. Można to osiągnąć, mając równocześnie pomiary u 2 oraz testy dyssypacji ciśnienia porowego wody. W tym przypadku były one wykonywane i miały zasadniczy wpływ na uznanie, że w omawianej strefie będzie zdeponowany drobny osad o cechach zbliżonych gruntowi drobnoziarnistemu (spoistemu) w stanie twardoplastycznym, a nie określenie go jako gruboziarnisty (sypki) w stanie luźnym. Potwierdza to rozpoznanie na klasyfikacji Tschuschke 2006 (rys. 6), gdzie otoczone elipsą punkty badawcze znalazły się w grupie IV jako pył. Problemy interpretacyjne rodzaju ośrodka gruntowego mogą również wynikać z pozostałości chemicznych z procesu flotacji osadzone na powierzchni ziaren/cząstek osadu poflotacyjnego. Modyfikują one właściwości szczególnie gruntów drobnoziarnistych, dlatego podczas interpretacji gruntów antropogenicznych trzeba brać pod uwagę również specyfikę jego powstawania. 65 Wnioski Osady poflotacyjne jako specyficzne podłoże gruntowe (grunty antropogeniczne) wymagają szczególnego rozpoznania i indywidualnej oceny jego cech. Osady te cechują się dużą niejednorodnością rodzaju i stanu gruntu, co wynika z procesu ich deponowania. W niniejszej pracy wykazano, że możliwe jest zastosowanie do jego oceny powszechnie stosowanych klasyfikacji. Na podstawie uzyskanych rezultatów dokonano wyboru klasyfikacji Robertsona 1990 oraz klasyfikacji zaproponowanej przez Tschuschke 2006, jako tych, dzięki którym można uzyskać najwięcej informacji dla specyficznej grupy gruntów, jaką są osady poflotacyjne. Bibliografia [1] Bagińska I., 2012, Analiza oceny rodzaju gruntu ustalonego na podstawie badań CPTU, Geoinżynieria, drogi, mosty, tunele, 2(37), s. 38-45. [2] Bagińska I., 2009, Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego metodami polowymi w ujęciu Eurokodu 7, Górnictwo i Geoinżynieria, 33 (1), s. 39-46.

66 I. Bagińska, A. Mysakowska, Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego [3] Lunne T., Robertson P.K., Powell J.J.M., 1997, Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice, Blackie Academic & Professional, London. [4] Mysakowska A., 2014, Interpretacja badań CPTU według Eurokodu 7, Praca dyplomowa magisterska PWr, WBLiW. [5] PN-B-04452:2002, Geotechnika, badania polowe. [6] PN-EN 1997-2:2009, Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznawanie i badanie podłoża gruntowego. [7] PN-EN ISO 14688-2:2006, Badania geotechniczne Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów, Część 2: Zasady klasyfikowania. [8] PN-EN ISO 22476-1:2013-03E, Rozpoznanie i badania geotechniczne. Badania polowe. Część 1: Badanie sondą statyczną ze stożkiem elektrycznym lub stożkiem piezoelektrycznym. [9] Sikora Z., 2006, Sondowanie statyczne metody i zastosowanie w geoinżynierii, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa. [] Tschuschke W., 2006, Sondowania statyczne w odpadach poflotacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice. [11] Wysokiński L., 2009, Projektowanie geotechniczne. Od klasyfikacji gruntów do monitoringu obiektu według norm europejskich, Geoinżynieria, drogi, mosty, tunele, 2(21), s. 26-46. [12] Materiały udostępnione Annie Mysakowskiej przez firmę KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hydrotechniczny na potrzeby pracy dyplomowej. Temat pracy: Interpretacja badań CPTU według Eurokodu 7.