ZASADY KONTROLI NASYPÓW Z GR. SPOISTYCH I NIESPOISTYCH- Rodzaje kontroli zagęszczenia. Badania zagęszczenia prowadzi się: 1)na bieżąco (kontrola bieżąca) - celem kontroli jest sprawdzenie czy osiągnięto wymagane zagęszczenie danej warstwy warunkujące dopuszczenia do układania następnej, 2)po wykonaniu całej budowli lub jej części (kontrola powykonawcza) - gdy potrzebne są dane o zagęszczeniu gruntów w całej budowli lub w jej częściach, wykrycie miejsc słabych, kawern (pustek) lub innych miejsc zagrażających bezpieczeństwu, 3)w toku użytkowania istniejących budowli (kontrola eksploatacyjna) - przeważnie gdy powstają obawy o ich bezpieczeństwo lub trwałość, które wiązać można z niedostatecznym zagęszczeniem gruntu. Kontrola zagęszczenia prowadzić powinna do wyznaczenia stopnia zagęszczenia (Id) lub wskaźnika zagęszczenia (Is) badanych warstw we wznoszonej budowli. Badania w Aparacie Proctora- Wskaźnik zagęszczenia Is= (ρd/ρdmax)>0,95- gdy warunek jest spełniony warstwę uznaje się za dobrze zagęszczoną i możemy przystąpić do układania kolejnej warstwy. W gruntach niespoistych nie możemy pobrać próbki bo c=0, Możemy za to pobrać grunt, ustalić jego masę, objętość za pomocą piasku kalibrowanego. Określamy Q= m/V. Badanie w Aparacie widełkowym- określa stopień zagęszczenia Id = (emax - e)/(emax - emin); e = (ρs/ρd) : emax =(ρs/ρdmin), Id=0-0,15 gr. Bardzo luźny, b. słabo zagęszczony 0,16-0,35 słabo zagęszczony, 0,36-0,65 średnio zagęszczony, 0,65-0,85 zagęszczony, >0,85 b.dobrze zagęszczony. Możemy prowadzić badania „in situ” (sądy statyczne i dynamiczne) lub metodą izotopową. METODY BIERNEJ?? KONTROLI NASYPÓW Z GRUNTÓW SPOISTYCH- Dziennik zagęszczenia: jakość gruntu, grubość warstwy, użyty sprzęt, liczba przejazdów, wynik badań, wskaźnik zagęszczenia Id i stopień wilgotności próbki. Sposób wykonania kontroli: *szybkie wyznaczenie miejsca wątpliwego zagęszczenia za pomocą przejazdu ciężkiego sprzętu *badania laboratoryjne *badania makroskopowego (wałeczkowanie) *za pomocą sondy *badania radiometryczne i izotopowe *próbne obciążenia. METODY BUDOWY NASYPÓW NA GRUNTACH ORG. (SŁABYCH)- 1) Metoda obciążenia do nośności (*wykonywanie korpusy nasypu z gruntu lekkiego np. z torfu lub mieszanki piaszczysto torfowej lub innych lekkich materiałów, *wykonywanie nasypu o kształcie dostosowanego do warunków nośności podłoża) 2) Wymiana gruntu w podłożu (*częściowe lub całkowite usunięcie z podłoża gruntu słabego i zastąpienie go gruntem nośnym, *przeciążenie podłoża, *wybuchy) 3) Wzmacnianie podłoża (*budowa etapowa z przerwami umożliwiającymi konsolidacje, dodatkowe zastosowanie drenażu *ułożenie na styku podłoża z nasypem warstwy geowłókniny ⇒ równomierny rozkład naprężeń). ZASADY WYKONYWANIA NASYPÓW- a) powinny być wykonywane warstwami o stałej grubości b) dobre odwodnienie powierzchniowe od wód opadowych, wtedy gdy zostanie zapewnione nachylenie warstwy do 10% w kierunku podłużnym i 5% w kierunku poprzecznym do osi nasypu c) wyższa warstwa może być układana dopiero po zagęszczeniu poprzedniej d) grubość warstw (w zależności od rodzaju gruntu i maszyn zagęszczających) określa się na podstawie próbnego zagęszczenia np. walec wibracyjny gładki : grunty niespoiste 0,4-0,7 m po 4-8 przejazdach e) kształt nasypu powinien uwzględniać poprawki na osiadanie podłoża korpusu f) grunty w nasypie powinny być rozmieszczone zgodnie z projektem. Wykonanie nasypów z różnych gruntów gdy projekt o tym nie mówi dopuszczalne tylko w 3 i 4 klasie. Warunki: 1) grunty mniej przepuszczalne powinny być układane w środkowej części nasypu, a grunty bardziej przepuszczalne bliżej skarp, 2) grunty w nasypie nie powinny tworzyć soczewek lub warstw ułatwiających filtrację lub poślizg, 3) w sąsiadujących ze sobą częściach nasypu grunty powinny mieć takie uziarnienie, aby na skutek działania filtracji nie powstały odkształcenia w postaci kawern czy też rozmyć NASYPY- PRZYGOTOWANIE PODŁOŻA OBEJMUJE: 1) usunięcie darniny i ziemi roślinn, usunięcie i wymianę gruntów słabych, np. torfy, namuły organiczne itp. Kształt podłoża powinien uwzględnić przewidywane projektem budowle umieszczone w nasypie, np. drenaże, ubezpieczenia topy itp., 2) zagęszczenie wierzchniej warstwy podłoża do osiągnięcia wymagań jak dla nasypu, a następnie powierzchniowe (5-10 cm) spulchnienie (np. zbronowanie) w celu lepszego związania z nasypem,3) jeśli podłoże znajduje się na zboczu o nachyleniu większym niż 1:5, wykonanie stopni o szerokości 1-3 m nachylonych zgodnie z kierunkiem nachylenia zbocza; 4) gdy w podłożu występują grunty wysadzinowe, które mogą przemarzać a projekt nie przewiduje pokrycia ich warstwą zabezpieczającą należy je usunąć na głębokość przemarzania, 5) w przypadku przejść nasypu przez starorzecze szczegółowy sposób przygotowania podłoża powinien określać projekt. METODY BUDOWY NASYPÓW- A) Metoda warstwowa: wykonujemy ją wzdłuż linii nasypu, układając poziome warstwy o jednakowej grubości w zależności od zastosowanego gruntu. Grubość warstw dla gruntów sypkich 0,3-1 m dla spoistych 0,15-0,3 m. Zagęszczamy je sprzętem zagęszczającym, który w zależności od sposobu zagęszczenia dzielimy na: a) ubijający- płyty wolnospadowe, ubijaki mechaniczne b) ugniatający- walce gładkie, okołkowe, pneumatyczne c) zagęszczający- wibrujące walce płyty B) M. czołowa- tworzenie nasypu poprzez usypywanie pochyłych warstw gruntu do góry. Nasyp wykonuje się do przodu w kierunku osi podłużnej nasypu. Metodę tę stosujemy do nasypów krótkich. Jej wadą jest nierównomierne zagęszczenie, długie osiadanie co może być przyczyną deformacji. W przypadku wód gruntowych (starorzecza) wykonujemy korpus nasypu powyżej zwierciadła wody. C) M. boczna- polega na bocznym usypywaniu masy gruntu, stosujemy ją w przypadku poszerzenia nasypów lub budowy nasypów na zboczu. Wady: nierównomierne osiadanie, możliwość powstania osuwisk. D) M. hydromechaniczna- polega na wykorzystaniu energii strumienia do odspojenia gruntu , przeniesienia urobku i wybudowania nasypu, do tego służą hydromonitory NIEKORZYSTNE ZJAWISKA WYWOŁANE FILTRACJĄ- Sufozja- polega na unoszeniu przez filtrującą wodę drobnych cząstek gruntu. Cząstki te mogą być przesunięte do innego miejsca szkieletu gruntowego lub wyniesione poza obręb gruntu. W przypadku intensywnej filtracji może wystąpić zjawisko Kurzawki- może wystąpić w przypadku intensywnej filtracji. Powstaje gdy występuje spadek krytyczny, następuje upłynnienie niespoistych gruntów drobnoziarnistych (piaski) i gruntów mało spoistych. Cząstki gruntu nie wspierają się o siebie, lecz jakby pływają w wodzie. Grunt traci cechy ciała stałego i przechodzi W stan płynny. Wtedy można zaobserwować ruchy i wznoszenia się cząstek piasku do góry. Wyparcie gruntu - zjawisko polegające na przesunięciu pewnej objętości gruntu często wraz z obciążającymi je elementami ubezpieczeń. Wyparta masa powiększa swoją objętość, a więc i porowatość. Przebicie hydrauliczne - nazywa się zjawisko tworzenia kanałów (przewodów) w masie gruntowej, wypełnionego gruntem o naruszonej strukturze, łączące miejsca o mniejszym i większym ciśnieniu wody w porach. Na powierzchni widoczne jest źródło. FILTR ODWROTNY - Bardzo ważny element budowli wodnych, tam gdzie występuje ruch wody gruntowej v=k * i; k - współczynnik filtracji, i - gradient hydrauliczny, i' = ΔH/1. Warunki: Vn=Vp=Vż, 1) kn < kp < kż 2) Musi być zapewniona stabilność warstwy (zmniejszenie gradientu i ciśnienia spływowego). Celem filtrów odwrotnych jest zmniejszenie ciśnienia w gruncie. Im mniejszy spadek hydrauliczny „i" tym mniejsze ciśnienie spływowe i mniejsze oddziaływanie na grunt. Wg kryterium Tercagiego D15/d85 <= 4-5 - warunek stateczności;D15/d85 > 4 - warunek filtracji. Kryterium Sherarda: piasek Dl5 (0,2-0,8); pospółka Dl5 (0,3-1). Obciążenia uwzględniane przy obliczaniu stateczności: * ciężar gruntu w korpusie zapory, nasypu, wykopu * ciężar gruntu w podłożu * ciężar naziomu (gdy wartość obciążenia jest duża w stosunku do ciężaru własnego gruntu) * obciążenie filtrujące, przez korpus zapory, nasypu * ciśnienie wody w porach * bezpośrednie parcie wody na element uszczelniany * inne obciążenie (śnieg, wiatr, lód). Sprawdzanie stateczności skarpy Metoda Szwedzka (Obszar Sokolskiego, Grunty spoiste, stan plastyczny): Schemat oznaczenie: R - promień krzywizny, Q - ciężar paska, u - ciśnienie wody w porach, c - spójność, φ -kąt tarcia wew, b - szer paska, α - kąt nachylenia do poziomu stycznej do krzywej poślizgu, L - długość podstawy paska. Założenia: 1) Powierzchnia poślizgu jest cylindryczna 2) Bryła gruntu zawarta pomiędzy powierzchnią cylindryczną a skarpą jest nieodkształcona 3) definicja współczynnika bezpieczeństwa - jako stosunek momentów sil utrzymujących do zsuwających F = ΣMu/ΣMz= RT'/RT, 4) Siły utrzymujące wynikają z wytrzymałości gruntu na ściskanie: Tc = Cu + σ⋅tgφu - naprężenia całkowite, Tef = C' + (σ+u) + tgφ-naprężenia 5) Brak oddziaływania miedzy paskami. Siły utrzymujące N = Q * cosa ; T = Q * cosa * tg(js + C* L*l ; 1 = b/cosα. Współczynnik bezpieczeństwa: * Naprężenia całkowite F = (RΣ(Q*cosα* tgφ)+Σc*L*l))/ (RΣ(Q*sinα)) ;* Naprężenia efektywne F = (RΣ((Qcosα-u*L*l)*tgφ'+Σc'*L*l)/ (RΣ(Q*sinα)) ; * Jeśli, w obliczeniach uwzględnimy wodę to; wystąpi siła filtracji: F = (RΣ(Q'*cosα* tgφ+Σc*L*l))/ (RΣ(Q' *sinα+ ΣJ+(rj/R))); J =γw*Ei*w*b gdzie: J - siła filtracji, i - gradient hydrauliczny, w - powierzchnia poszczególnych pól siatki, b - grubość wycinka korpusu. (W metodzie obliczeniowej F = tgφ/tgα, tgα = l/n) Sprawdzacie stateczności skarpy Metoda Bishopa (uproszczona - nie uwzględnia się składowej pionowej oddziaływania pasków); Podobnie jak w metodzie szwedzkiej przyjmuje się momenty zsuwające i utrzymujące. Zasadnicza różnica polega na sposobie określania reakcji na podstawie poszczególnych pasków. Naprężenie normalne można wyznaczyć z równania rzutów na oś pionową. ∂ = tgφ* c'*σ'; σ' = (Qn/b) - u - τ*tgα -(ΔV/b) gdzie: σ' - efektywne naprężenie normalne na powierzchni poślizgu; Qn - ciężar gruntu wraz z ciężarem wody w porach poniżej zwierciadła wody, τ- naprężenie ścinające wzdłuż pow poślizgu. ΔV - przyrost sil ściskających na pionowych bokach pasków. F = (Σ( (Qn-b*u) tgφ'+c' b)/ (ΣQn*sinα). W metodzie bishopa możliwe jest również uwzględnienie pozostałych sposobów wyznaczania filtracji. Przy określonym wektorze sil filtracji należy w ostatecznym wzorze ciśnienie wody w porach i przyjąć ciężar gruntu z uwzględnieniem wyporu, a w mianowniku dodać wyraz I*(e/r) Inne metody to: tangensów i Mongestema - Preissa. Metoda dużych brył - jest uproszczoną metodą graficzną, w której powierzchnia poślizgu składa się z 2 lub 3 przecinających się płaszczyzn. Powierzchnia z 2 płaszczyzn przyjmowana jest zwykle wówczas, gdy zapora podsadowiona jest na wytrzymałym podłożu, na którym niemożliwe jest wytworzenie płaszczyzny ścięcia. Gdy nie ma wody sprawdzenie stateczności dokonuje się metodą graficzną, z tym, że zamiast pasków rozpatruje się całe bryły. Najczęściej przyjmuje się, że siły wzajemnego oddziaływania brył A i B są równoległe do skarpy, a bryły B i C poziome. Spotykane są również przypadki, gdy siły wewnętrzne na obu rozdzielających płaszczyznach przyjmowane są w kierunku poziomym. Obliczenia najczęściej wykonujemy metodą kolejnych prób, przy założeniu równowagi granicznej. Często podawane rozwiązania oparte na równowadze tylko bryły B, co eliminuję metodę kolejnych prób i warunek równowagi granicznej. Obliczenia powinno się wykonywać przy uwzględnieniu stanów granicznych, co zwiększa pracochłonność, ale daje bardzo ścisłe wyniki. Metoda dużych brył wprowadza znaczne uproszczenia obliczeniowe, przede wszystkim ze względu na ograniczoną liczbę pasków, oszczędność czasu, co jest szczególnie ważne przy wstępnych fazach projektowania. Kierunki sił parcia i odporu przyjmuje się najczęściej poziome. F = (Q+w*tgφ+d)/P (P u góry poziomo w prawo, O u dołu poziomo w prawo, w pionowo na środku) Różnice miedzy metodami: 1) W metodzie Szwedzkiej reakcje wyznacza się tylko na podstawie ciężaru paska, a w Bishopa uwzględnia się dodatkowo boczne oddziaływanie pasków 2) Między Szwedzką a dużych brył; Szwedzka: analityczna, oparta na met pasków; Dużych brył: oparta na met graficznej, brak cylindrycznej pow poślizgu. Zasady doboru geowłókniny na filtry - O15/d15 = 2-3; O15 - krytyczna średnica otworu w geowłókninie. Geowłóknina powinna spełniać warunki: 1) powinna być dobrze przepuszczalna (pełni rolę filtru) 2) pewnie zapobiegać sufozji 3) nie powinna ulegać zasklepieniu przez wymywane ziarna. Zadania: jako filtr, separacja materiałów gruntowych, jako wzmocnienie, drenaż, zabezpieczenie stromych zboczy.Zbrojenie gruntu - Zbrojenie polega na umieszczeniu w gruncie wkładek o dużej wytrzymałości. Wkładki z geowłókniny - stosowanie materiałów z włókien chemicznych. Sprawdza się wytrzymałość wkładek na rozerwanie oraz tarcie pomiędzy gruntem a geowłókniną zapobiegające wyschnięciu. Geosiatka - geowłóknina zbrojona stalową siatką. Gwoździowanie - wprowadzanie w skarpę prętów stalowych , oraz pali żelbetowych. Drenowanie pionowe - w formie kolumn piaskowych. Obliczanie stanu równowagi lokalnej w gruncie zbrojonym: Tmax <= Tfl= (1/γs)* Re*gr*δ; Poślizg zbrojenia: Trmax <= Tf = m1*2b*μ* Σδ*L. Dla ścian oporowych z gruntu zbrojonego wyróżniamy: wyparcie podłoża, poślizg między nasypem z gruntu zbrojonego oraz podłożem, statyczność uskoku naziomu, możliwość urwania zbrojenia, poślizg zbrojenia w gruncie, osiadanie Stateczność skarp, nasypów i wykopów - Obliczanie stateczności wykonujemy wówczas, gdy w projekcie budowli ziemnych znajduje się skarpa wykop, nasyp czy zbocze naturalne, zostanie obciążona nowym, mniej korzystnym układem sił. Każde obliczenie geotechniczne opiera się na pewnym schemacie, odwzorowującym pracę gruntu pod obciążeniem. Schemat przyjęty do obliczeń wynika z obserwacji przebiegu odkształceń skarpy i podłoża (zsuwów) w którym nastąpiło przekroczenie równowagi granicznej. Obliczenia stateczności jest porównaniem sił działających zsuwająco na skarpę i podłoże z siłami dążącymi do zachowania skarpy i podłożą w równowadze (siły utrzymujące). Siły zsuwające są funkcją obciążeń działających na skarpę (ciężar właściwy grunt, obciążenie filtrujące wodą, obciążenie naziomu). Siły utrzymujące wynikają z wytrzymałości gruntu na ściskanie. W jakich warunkach może nastąpić upłynnienie - Upłynnienie gruntu może nastąpić w gruntach niespoistych luźnych (niezagęszczonych) w warunkach pełnego nasycenia ich wodą (aby mogła wytworzyć się nadwyżka ciśnienia wody w porach u), przy cyklicznym, dynamicznym lub monotonnym obciążeniu gruntu. Upłynnienie -zjawisko gdzie masa gruntu traci swoją wytrzymałość na ściskanie pod wpływem obciążeń przy stałej objętości gruntu w warunkach bez odpływu. Grunt dąży do stałego stanu deformacji - tj stanu stałego odkształcenia: 1) przy stałej wartości naprężenia ścinającego 2) przy stałej prędkości naprężenia ścinającego 3) przy stałej objętości gruntu 4) przy stałej wartości naprężenia efektywnego. Kryterium doboru uziarnienia: Wskaźnik różnoziarnistości U = d60/dl0, wskaźnik krzywizny c = (d30^2)/(dl0*d60); U<5 - grunt równoziarnisty, 5-20 różnoziarnisty, >20 b różno... c =1-3 gr dobrze uziarniony. c inne gr nieodpowiedni; Wg kryterium Tercagiego D15/d85 <= 4-5 - warunek stateczności; D15/d85 > 4 -warunek filtracji. Stopień i wskaźnik zagęszczenia: Stopień zag.. — stosunek zagęszczenia istniejącego w naturze do możliwości największego zagęszczenia danego gruntu niespoistego. Tylko do gruntów niespoistych. Id = (emax - e)/(emax - emin); e = (ρs/ρd) : emax =(ρs/ρdmin), Id= [γdmax(γd=γdmin)]/[γd(γdmax-γdmin)]; Wskaźnik zag... Is = γd/γds= eds/ed -stosowany jedynie do gruntów sztucznie zagęszczonych. Metody wyznaczania ID i Is: sonda statyczna CPT, sonda dynamiczna SL, S.C., SPT, aparat widełkowy, aparat Proctora, sondy skrętne, sondy obrotowe.