Z akład G eotechniki
W ydział B udow nictw a i Inżynierii Środow iska Politechnika Białostocka
R ECEN ZJA PRACY DO K TO RSK IEJ m gr inż. A leksandry Siódm ok
nt. „Stabilizacja gruntów spoistych techniką katalityczno-fizyczną”
1. W STĘP
Recenzja została opracow ana na zlecenie dr hab. inż. Joanny Bzówki, prof. nzw. - Dziekan W ydziału B udow nictw a Politechniki Śląskiej w G liw icach (pism o RB-0/4020/16/17 z dnia 23 listopada 2016 r.), zgodnie z uchw ałą Rady W ydziału z dnia 16 listopada 2016 r. Praca doktorska została w ykonana w Politechnice Śląskiej w G liw icach pod kierunkiem dr. hab. inż. Jerzego Sękow skiego, profesora nadzw yczajnego w Politechnice Śląskiej.
2. O G Ó LN A C H A R A K T E R Y ST Y K A PR A CY
Problem atyka pracy doktorskiej zaw iera się w obszarze dyscypliny budow nictw o i specjalności geotechnika. Rozpraw a składa się z części podstaw ow ej, pięciu załączników i streszczenia w języ k u polskim i angielskim . Z asadnicza część pracy została zaw arta na 140 stronach form atu B5. Praca je s t niezw ykle bogato zilustrow ana - zaw iera 12 tabel oraz aż 104 rysunki. W spisie literatury A utorka przytacza 70 pozycji literatury, głów nie artykułów i referatów dotyczących m etod ulepszania podłoża gruntow ego - przede w szystkim stabilizacji pow ierzchniow ej, 10 norm, 21 innych pozycji (w tym , specyfikacji technicznych, aprobat, kart charakterystyk) oraz 9 stron internetow ych. W ykorzystane źródła literaturowe zostały napisane w zdecydow anej w iększości w języ ku polskim (ponad 80% ). Załączniki stanow ią 5 stron. W załącznikach zam ieszczono w ykresy tem peratury pow ietrza i opadów w określonym czasie, sporządzone na podstaw ie serw isu w eatheronline.pl, niezbędne do w nioskow ania w pracy.
Rozdział 1 je s t w stępem do pracy. A utorka definiuje pojęcie „słabego podłoża” i „słabych gruntów ” . Przedstaw ia w ybrane m etody w zm acniania słabego podłoża, kładąc szczególny nacisk na stabilizację pow ierzchniow ą i technikę katalityczno-fizyczną, w której dzięki agregacji cząstek i ich hydrofibizacji, uzyskuje się lepsze zagęszczenie gruntu i jego w ytrzym ałość. W punkcie 1.4 przedstaw iono cel pracy i om ów iono jej układ. Tezy pracy nie
sform ułow ano. Celem pracy było: „przeprow adzenie badań efektyw ności w zm ocnienia w ybranego gruntu spoistego w technologii katalityczno-fizycznej, obejm ujących ocenę zmian jeg o składu m ineralnego i uziarnienia po w zm ocnieniu oraz zm ian param etrów odkształceniow o-w ytrzym ałościow ych i sztyw ności gruntu w zm ocnionego w funkcji czasu, a także odporności na zam rażanie i nasiąkanie” . Zakres pracy w ynika bezpośrednio z celu i om ów ionych rozdziałów pracy doktorskiej.
N asuw a się tu drobna uwaga odnosząca się przeglądu literatury przedm iotu. A utorka przytacza za literaturą podział spoiw m ineralnych m. in. na hydrauliczne (np. cem enty: portlandzki, glinow y, hutniczy) oraz pow ietrzne (np. w apno, glina, gips). Przytoczone w yliczenie je s t m ało dokładne. W apno palone czy hydratyzow ane je s t spoiw em w iążącym i tw ardniejącym w pow ietrzu, natom iast wapno hydrauliczne je s t spoiw em hydraulicznym . N ieprecyzyjne je s t rów nież pow tórzenie za tą sam ą pozycją literatury, że popioły lotne m ało aktyw ne i nieaktyw ne stanow ią dodatek do innego spoiw a, przez co w zbudza się ich aktyw ność pucolanow ą. W przypadku popiołów z w ęgla kam iennego popioły odm iany „b” m ogą nie w ykazyw ać w łaściw ości pucolanow ych i są jed yn ie dodatkiem doziarniającym . Podczas om aw iania dom ieszek doziarniających A utorka grupuje rzeczyw iste dom ieszki doziam iające, celem zastosow ania których je st uzyskanie lepszych param etrów zagęszczenia, z częściow ą w ym ianą gruntu w celu odciążenia podłoża poddanego obciążeniu budow lą ziem ną, czy też ze w zm acnianiem gruntu i podłoża gruntow ego.
Rozdział 2. w całości pośw ięcono technice katalityczno-fizycznej. A utorka opisuje m echanizm w ym iany kationów podczas stabilizacji chem icznej, kom ponenty stosow ane w w ykorzystyw anej m etodzie oraz przeprow adzenie stabilizacji w w arunkach laboratoryjnych i in situ. Podaje rów nież przykłady zastosow ań z terenu Polski i zagranicznych (głów nie w klim acie zw rotnikow ym i podzw rotnikow ym ).
Badania w łasne podzielono na badania w stępne, zasadnicze, m odelow e i polowe. Część pracy pośw ięconą badaniom w łasnym należy ocenić bardzo wysoko. Przeprow adzono zróżnicow ane badania nad stabilizacją gruntu m etodą katalityczno-fizyczną w skali laboratoryjnej, m odelowej i rzeczyw istej.
W rozdziale 3. zaprezentow ano wyniki badań w stępnych, których celem była charakterystyka zm ian strukturalnych czterech w ybranych gruntów po ich m odyfikacji ww. m etodą. W ykonano podstaw ow e oznaczenia param etrów fizycznych badanych gruntów , granic A tterberga nie określono w przypadku piasku gliniastego. W dalszej kolejności przeanalizow ano efektyw ność w zm ocnienia na podstaw ie param etrów odkształceniow ych i w ytrzym ałościow ych, co było podstaw ą do w ytypow ania rodzaju gruntu do dalszych badań.
W ykonano badania uziarnienia stabilizow anych gruntów po przeprow adzeniu badań cech m echanicznych.
Rozdział 4. przedstaw ia opis w ykonanych badań zw anych zasadniczym i, które polegały na oznaczeniu param etrów fizycznych gruntu w ytypow anego do dalszych badań, określeniu jeg o składu granulom etrycznego i m ineralnego oraz zm ian składu po stabilizacji, charakterystyce odkształcenia i w ytrzym ałości na ścinanie gruntu naturalnego i stabilizow anego oraz określeniu zm ian param etrów m echanicznych w czasie, a także oznaczenie m rozoodporności i rozm akania w w odzie. D odatkow e uwagi do tego rozdziału opisano w U w agach krytycznych i dyskusyjnych.
Rozdział 5. został pośw ięcony badaniom m odelow ym w skrzyni o długości 250 cm oraz szerokości i w ysokości równej 62,5 cm, podzielonej na dwie rów ne części. W każdej części skrzyni zagęszczono dynam icznie grunt spoisty w stanie naturalnym i grunt stabilizow any, podścielone w arstw ą gruntu niespoistego o takich sam ych param etrach. W ykonano badania m odułów odkształcenia za pom ocą obciążenia płytą bezpośrednio po zagęszczaniu oraz po 5, 50, 70 i 100 dniach, a także po dogęszczeniu i naw odnieniu podłoża.
W rozdziale 6. om ów iono wyniki badań polow ych w ykonanych na drodze leśnej w woj. podkarpackim oraz placach składow ych usytuow anych w zdłuż drogi, których naw ierzchnie w ykonano ja k o gruntow e ulepszone. W czasie 2,5 lat w ykonano 5 serii badań za pom ocą płyty dynam icznej w rożnych punktach pom iarow ych.
Pracę kończy rozdział 7. W nioski, będące raczej podsum ow aniem istotnych spostrzeżeń obejm ujących w szystkie osiągnięcia pracy. Podsum ow anie rezultatów badań zaw arto także na zakończenie rozdziałów 3, 4 i 5.
3. O C EN A PR A CY
M gr inż. A. Siódm ok w ykazała się um iejętnością zdefiniow ania tem atu i posługiw ania się m etodą naukow ą przy je g o realizacji. Cel pracy został spełniony. A utorka przeprow adziła kom pleksow e badania w łasne w pływ u stabilizacji gruntów m etodą katalityczno-fizyczną, określając zm iany param etrów fizycznych i m echanicznych gruntów po stabilizacji i ich zachow anie w czasie. Do głów nych osiągnięć pracy należy zaliczyć:
1. U stalenie w pływ u badanego środka stabilizującego na zm ianę składu granulom etrycznego gruntów i ich cech m echanicznych, co pozw oliło na stw ierdzenie, że popraw a param etrów m echanicznych gruntu za pom ocą m etody katalityczno-fizycznej je s t najbardziej w idoczna w przypadku ilu z pyłem i piaskiem (gliny).
2. U stalenie w pływ u różnych procentow ych zaw artości kom ponentów system u na zm ianę uziarnienia iłu z pyłem i piaskiem (gliny) i je g o skład m ineralny.
3. O znaczenie w pływ u czasu pielęgnacji stabilizow anych próbek iłu z pyłem i piaskiem na ściśliw ość i w ytrzym ałość na ścinanie gruntu.
4. Próbę określenie nasiąkliw ości i m rozoodporności iłu z pyłem i piaskiem stabilizow anego m etodą katalityczno-fizyczną.
5. O kreślenie m odułów odkształcenia iłu z pyłem i piaskiem przed i po stabilizacji oraz ich zm ian w czasie. O znaczenie w pływ u dogęszczenia i naw odnienia podłoża.
6. O cenę zachow ania się w czasie 2,5 lat naw ierzchni nieulepszonej z gruntu spoistego stabilizow anego m etodą katalityczno-fizyczną, poddanej obciążeniu od taboru sam ochodow ego i w pływ ow i w arunków atm osferycznych.
4. UW A GI K R Y TY C ZN E I D Y SK U SY JN E
Uwagi krytyczne:
Uwagi krytyczne odnoszą się do badań dośw iadczalnych opisanych w rozdziałach 3-5, ale nie m ają w pływ u na ich w ysoką ocenę.
1. A utorka w pkt 3.3, 4.1 i 5.1 podaje nazw y badanych gruntów w edług PN-EN ISO 14688:2006. W roku 2012 PKN zatw ierdził popraw kę PN-EN ISO 14688- 2:2006/A p2:2012, która zm ieniła zasady nazew nictw a gruntów , przez co nazw y określone w pracy są nieaktualne, i tak w tabeli 3-1: pył ilasty pow inien być nazw any pyłem z iłem, glina ilasta - iłem z pyłem i piaskiem . W tabeli 3-4 zam iast pyłu piaszczystego powinien być pył z piaskiem . Do badań zasadniczych i m odelow ych w ykorzystano ił z pyłem i piaskiem , a nie glinę ilastą.
2. W pkt 3.4 podano błędnie w yliczone w artości m odułów ściśliw ości Mo, np. w przypadku obciążenia 400-800 ka na rys. 3.9 w artość M /tlO, a na rys. 3.11 - wartości M/tO i M /tlO. 3. W pkt 4.4 opisano badania m rozoodporności iłu z pyłem i piaskiem przed i po stabilizacji,
gdzie stw ierdzono, że procedurę badań m rozoodporności przeprow adzono w edług PN-S- 96012:1997. Badanie m rozoodporności je s t jedn ak niezgodne z deklarow aną procedurą. Badanie pow inno być w ykonane na próbkach w alcow ych d=h=8 cm, pielęgnow anych przez 13 dni w tem peraturze pokojow ej, a następnie po zanurzeniu w wodzie przez 1 dobę, podane 14 cyklom zam rażania w tem peraturze -2 3 ° C i odm rażaniu w wodzie. W yniki badań m rozoodporności nie m ogą być uznane za m iarodajne przede wszystkim ze w zględu na m niejsze w ym iary badanych próbek. Dodatkowo, na wyniki
m rozoodporności i nasiąkliw ości m ogła m ieć w pływ zaw artość części organicznych, określona ja k o 3,3% (brak podania m etody badania). G runt spoisty określony w edług PN- EN ISO 14688-2:2006 jak o sasiCl je s t gruntem „niskoorganicznym ”, który zostałby w edług PN -86/B -02480 sklasyfikow any jak o nam uł gliniasty.
Uwagi krytyczne natury edycyjnej:
Praca została starannie zredagow ana. W treści pracy przyw ołano rysunki i tabele zam ieszczone w rozpraw ie. Spis literatury został sporządzony skrupulatnie. N ie uniknięto jed n a k kilku niedociągnięć.
1. Pozycje literaturow e w zdecydow anej w iększości popraw nie cytow ano w pracy. N a 110 pozycji pom inięto jed n a k w tekście trzy pozycje: [52], [58] i [83], D yskusyjna je s t też kolejność cytow ania, np. na stronie 6. A utorka w ym ienia 6 pozycji literaturow ych, w ym ieniając nazw iska autorów , gdzie pozycji nie uszeregow ano, ani pod w zględem przyporządkow anego im num eru, ani roku wydania.
2. W tabeli 2-1 podano w w ierszu 4-tym m iała zostać podana tem peratura krzepnięcia/topnienia, natom iast podano zakres tem peratury bez określenia, którego param etru dotyczy.
3. N a str. 57 A utorka stw ierdza, że do dalszych badań w ybrano grunt o strukturze sasiCl, pow inno być o uziam ieniu sasiCl.
4. W rozdziale 4. przy om aw ianiu składników m ineralnych w ystępujących w badanych m ateriałach należało podać źródło literaturow e w ykorzystane do przyporządkow ania długości fali w 10_l° m poszczególnym m inerałom .
5. A utorka w kilku przypadkach używ a nietechnicznych lub naw et żargonow ych określeń, co nie przystoi pracy doktorskiej, np. kolor zam iast barwa, próbki zagęszczano energią proctorow ską, itd. W pkt 2.3 przy om aw ianiu przykładow ych realizacji znalazły się zdania z ulotki propagandow ej.
Uwagi dyskusyjne to:
1. M etoda katalityczno-fizyczna je s t m etodą jonow ym ienną, czy zatem w stępne badania w łasne nie pow inny być uzupełnione o oznaczenie pojem ności sorpcyjną badanych gruntów ? Proszę o kom entarz w czasie publicznej obrony.
2. W rozdziale 6. A utorka charakteryzuje drogę leśną, na której w ykonano badania polowe, w ykonanej ja k o droga gruntow a ulepszona, ale „w ykazującej cechy naw ierzchni twardej nieulepszonej” . D roga tw arda w edług ustaw y z dnia 20 czerw ca 1997 r. Prawo o ruchu drogow ym (D z.U . 2017 poz. 128) je st drogą z jezd nią o naw ierzchni bitum icznej,
betonow ej, kostkow ej, klinkierow ej lub brukowcowej oraz z płyt betonow ych lub kam ienno-betonow ych. N aw ierzchnia tw arda nieulepszona je s t naw ierzchnią nieprzystosow aną do szybkiego ruchu sam ochodow ego ze w zględu na pylenie, duże nierów ności i ograniczony kom fort jaz d y (w ibracje i hałas). Droga, na której przeprow adzono badania polow e je st drogą gruntow ą o naw ierzchni wykonanej z gruntu ulepszonego (stabilizow anego) m echanicznie lub chem icznie.
3. A utorka w pkt 6.6 pisze, że na jezd n i poddanej obciążeniom od przejeżdżających pojazdów odnotow ano w yższe w artości m odułów dynam icznych niż w przypadku punktu pom iarow ego na placu składow ym . N asuw a się tu pytanie czy konstrukcja nawierzchni była taka sam a w obu w ypadkach (grubość w arstw y stabilizow anej, jej zagęszczenie, rodzaj i stan podłoża)?
4. A utorka stw ierdza w rozdziale 7., że korzystne zm iany strukturalne po stabilizacji gruntów uw arunkow ane są uziarnieniem gruntu o stosunku frakcji piaskow ej, pyłowej i iłowej 1:1:1, podczas gdy żaden z badanych gruntów nie spełniał tego warunku, a osiągnięte rezultaty były zadow alające. W arunek w ystępow ał w specyfikacji technicznej produktu. Proszę o kom entarz.
5. W N IO SEK
Z pełnym przekonaniem stwierdzam, że praca doktorska m gr inż. A leksandry Siódm ok pt. „Stabilizacja gruntów spoistych techniką katalityczno-fizyczną” spełnia w ym agania określone w ustaw ie z dnia 14 m arca 2003 r. o stopniach naukow ych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. 2003 N r 65 poz. 595 z późn. zm .).
R ozpraw a doktorska stanow i oryginalne rozw iązanie problem u naukow ego, w ykazuje ogólną w iedzę teoretyczną kandydata w dyscyplinie naukowej budow nictw o, a także um iejętność sam odzielnego prow adzenia pracy naukow ej. Z ałożony cel pracy został osiągnięty. Zrealizow ana praca doktorska m a oprócz aspektu poznaw czego także bardzo duży w alor aplikacyjny. M gr inż. A leksandry Siódm ok przeprow adziła szereg badań w łasnych gruntu spoistego stabilizow anego m etodą katalityczno-fizyczną w skali laboratoryjnej, m odelow ej i polow ej, których w yniki badań wnoszą istotny wkład do oceny metody wzm ocnienia powierzchniowego podłoża gruntowego.