Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego zapory obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych (OUOW) Żelazny Most na podstawie sondowań statycznych CPTU

Analiza oceny rodzaju gruntu antropogenicznego

zapory obiektu unieszkodliwiania odpadów

wydobywczych (OUOW)

Ż

elazny Most na podstawie

sondowa

ń

statycznych CPTU

Irena Bagi

ń

ska

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 po-wszechnie stosowanych klasyfikacji SBT do oceny rodzaju gruntu antropogenicznego. Przea-nalizowano 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 prze-krojach geologicznych w odniesieniu do wyników wierceń. Wykazano przydatność zastoso-wanych metod interpretacyjnych do analiz podłoża w skomplikowanych warunkach geotech-nicznych.

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 anthropo-genic soil were verified. The paper presents differences between Robertson 1986 classifica-tion, Robertson 1990 classificaclassifica-tion, 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

Wst

ę

p

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 oddziały-wania 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, zwią -zanych np. ze złą kalibracją sprzętu czy nieumiejętną lub błędną interpretacją wyni-ków pomiarów [11].

W trakcie pomiaru CPTU wraz z głębokością co 2 cm rejestrowane są trzy pod-stawowe wielkości (qc, fs i u2). Szczegółowy pomiar pozwala na analizę podłoża

gruntowego w pełnym przekroju z precyzyjnym określeniem miejsc, w których do-chodzi do zmian parametrów. Może to oznaczać występowanie w podłożu np. prze-warstwień 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 [10]. 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 qc i tarcia na tulei ciernej fs, inaczej

CPT;

− test TE2 z dodatkowym pomiarem ciśnienia wody w porach gruntu u2,

ina-czej CPTU.

Wybór metody badawczej oraz zakresu badań powinien uwzględniać zarówno wyniki analizy materiałów archiwalnych, wizji terenowych, jak i rodzaj, genezę i bu-dowę 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 Ac = 15 cm

2

, po-wierzchnia tulei ciernej As = 225 cm

2

, współczynnik powierzchni stożka netto a = 0,72, kąt wierzchołkowy stożka 60°, filtr wbudowany bezpośrednio za ostrzem stożka – wg standardu lokalizacja pomiaru u2. Sondowania prowadzono ze stałą

Bezpośrednio w trakcie wykonywania badania CPTU piezostożkiem rejestrowa-ne są wartości:

− oporu na stożku qc, − tarcia na tulei ciernej fs,

− ciśnienia wody w porach gruntu u2.

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. Sondowa-nia przeprowadzono bez podwiertu z poziomu półki zapory na wysokości 169,90 m n.p.m. po stronie odpowietrznej.

Na podstawie danych qc, fs i u2 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 sko-rygowanych, koniecznych do oceny rodzaju gruntu, takich jak:

− całkowity skorygowany opór stożka qt,

( )

2 c

t q 1 a u

q = + − ⋅ (1)

− skorygowany opór tarcia na tulei ciernej z uwzględnieniem ciśnienia poro-wego ft, który w przypadku braku pomiaru u3 równy jest fs,

(

)

s st 3 sb 2 A A u A u f f_t = _s− ⋅ − ⋅ (2) − współczynnik tarcia Rf, 100% q f R t s f=



⋅











(3)

− znormalizowany opór na stożku Qt,

(

)

vo vo t t σ σ q Q ′ − = (4) gdzie:

σvo – składowa pionowa naprężenia pierwotnego całkowitego, σ’vo – składowa pionowa naprężenia pierwotnego efektywnego,

− znormalizowany współczynnik tarcia Fr,

100% σ q f F vo t s r ⋅ − =













(5)

− znormalizowany współczynnik ciśnienia wody w porach Bq

(

)

(

t vo

)

o 2 q σ -q u u B = − (6) gdzie:

Na podstawie parametrów znormalizowanych w oparciu o klasyfikacje gruntów można nie tylko określić budowę geologiczną podłoża i sporządzić jego profil geo-techniczny, ale również wyprowadzić parametry podłoża (np. stopień zagęszczenia ID,

stopień plastyczności IL).

2. Charakterystyka obszaru bada

ń

Sondowania statyczne CPTU wykonane zostały przez KGHM Oddział Zakład Hydro-techniczny 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 nad-osadowej), nazywany jest osadem poflotacyjnym. Urobek poflotacyjny jest dostar-czany na składowisko metodą hydrotransportu. Technika ta oraz namywanie odpa-dów 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 zapo-ry. Osady poflotacyjne deponowane na plaży zbiornika w następnych etapach nad-budowy obwałowań są wbudowywane w zaporę, dlatego konieczna jest geotech-niczna charakterystyka osadów. Służą temu zarówno badania laboratoryjne, tere-nowe, jak i ciągła kontrola oraz monitoring obiektu.

Na rys. 1 zaprezentowano zarejestrowane podczas badania CPTU nr 312/170 wielkości pomiarowe qc, fs i u2 oraz parametry skorygowane qt, Rf, Qt, Fr i Bq ustalone

zgodnie z wzorami przytoczonymi w rozdziale 1.

Rys. 1. Wartości pomiarowe qc, fs i u2 dla pomiaru CPTU nr 312/170 oraz parametry skorygowane qt, Rf, Qt, Fr i Bq

3. Ocena rodzaju o

ś

rodka gruntowego

Na podstawie sondowań CPTU można rozpoznać podłoże gruntowe i sklasyfikować grunty. W niniejszej pracy wykorzystano trzy powszechnie stosowane systemy kla-syfikacyjne, 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 sta-nu 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 tabe-lach 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].

Tabela 1. Zestawienie obszarów SBT dla klasyfikacji Robertsona z 1986 roku oraz PN B-04452:2002 [1] Obszar SBT (Soil Behaviour Type) Klasyfikacja Robertsona i in. 1986 (nazewnictwo oryginalne) Klasyfikacja Robertsona i in. 1986 (po polsku) Klasyfikacja PN B-04452:2002 Rodzaj gruntu zgodnie z PN EN

1 Sensitive fine grained Wra_{drobnoziarniste} żliwe/miękkie _{drobnoziarniste} Wrażliwe -

2 Organic material Organiczne Organiczne Or

3 Clay Iły

Iły

Cl

Gliny pylaste zwięzłe

przez iły pylaste do iłów

4 Silty clay to clay Iły pylaste do iłów _{Gliny pylaste zwięzłe} siCl – Cl

do iłów pylastych

5 Clayey silt to silty clay Pyły ilaste do

iłów pylastych Gliny piaszczyste

do glin pylastych

clSi – siCl

6 Sandy silt to clayey silt Pyły piaszczyste

do pyłów ilastych

saSi – clSi

7 Silty sand to sandy silt Piaski pylaste do

pyłów piaszczystych Piaski średnie do

piasków pylastych

siSa – saSi

8 Sand to silty sand Piaski do

piasków pylastych

Sa – siSa

9 Sand Piaski Pospółki do

piasków drobnych Sa

10 Gravelly sand to sand Piaski żwirowe

do piasków Żwiry

grSa – Sa Gr

11* Very stiff fine grained* Bardzo zwięzłe

drobnoziarniste*

Półzwarte drobnoziarniste

(mało spoiste)

–

12* Sand to clayey sand* _{piasków ilastych*} Piaski do _{piasków gliniastych} Piaski do Sa – _clSa

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 klasyfi-kacji 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

clay

Ilaste – iły do iłów pylastych Cl – siCl 3 i 4

4 Silt mixtures; clayey

silt to silty clay

Pylaste; pyły ilaste do iłów pylastych

clSi – siCl 5 i 6

5 Sand mixtures; silty

sand to sandy silt

Piaszczyste; piaski pylaste do pyłów piaszczystych

siSa – saSi

6 i 7

6 Sands; clean sands

to silty sands

Piaski; piaski do piasków pylastych

Sa – siSa 8 i 9

7 Gravelly sand to sand Piaski żwirowe do piasków grSa – Sa 10

8* Very stiff sand

to clayey sand*

Bardzo zwięzłe piaski

do piasków ilastych*

Sa – clSa 12*

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 sedy-mentacyjnych, będących pierwotnie plażami. Biorąc pod uwagę technologię wyko-nywania zapory oraz wyniki wierceń, profil sondowań podzielono z głębokością na trzy części, co znalazło odzwierciedlenie na rys. 2 i 3. Kolorem zielonym zaznaczo-no na zaznaczo-nomogramach wyniki pomiarów CPTU odpowiadające początkowej fazie te-stu, 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 poflotacyjne-go. Kolorem czarnym zaznaczono punkty pomiarowe w warstwie namytych osadów. Kolor pomarańczowy pokazuje punkty pomiarowe odpowiadające najgłębiej położ o-nym warstwom gruntów rodzimych poniżej korpusu zapory.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 Współczynnik tarcia, Rf [%] 0.1 1 10 100 S k o ry g o w a n y o p ó r n a s to ż k u , qt [M P a ] Klasyfikacja Robertsona 1986 1 ₂ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0÷6,60m 6,60÷38,70m 38,70÷49,14m 37,00÷39,00m 0 1 2 3Współczynnik tarcia, Rf [%]4 5 6 7 8 9 10 0.1 1 10 100 S k o ry g o w a n y o p ó r n a s to ż k u , qt [M P a ] Klasyfikacja normowa PN-B-04452:2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0÷6,60m 6,60÷38,70m 38,70÷49,14m 37,00÷39,00m

Rys. 2. Rozmieszczenie wartości pomiarowych na nomogramie klasyfikacyjnym Robertsona 1986 i normowym PN B 04452:2002

0.1 1 10

Znormalizowany współczynnik tarcia, Fr [%]

1 10 100 1000 Z n o rm a liz o w a n y o p ó r n a s to ż k u , Qt [ ] -0.4 0 0.4 0.8 1.2 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1 1.4

Znormalizowany współczynnik ciśnienia wody w porach, Bq [ ]

0÷6,60m 6,60÷38,70m 38,70÷49,14m 37,00÷39,00m Klasyfikacja Robertsona 1990 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 G R U N T_{Y N} O R M A L_N IE S_K O N S_O LID_O W A N E

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, 10, czyli piaski pylaste, drobne, pospółki i żwiry (siSa, fSa, Sa, grSa, Gr). Rozpoznanie to pod względem granulometrycznym odpowiada składowi osadu poflotacyjnego. Grunt rodzimy za-znaczony kolorem pomarańczowym to SPT 6 i 7, czyli gliny piaszczyste do glin py-lastych 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.

Zgodnie z klasyfikacją Robertsona 1990 (rys. 3) uzyskano bardzo podobne roz-poznanie. 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 pia-sków, 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 przed-stawiono przekrój geologiczny z wierceń archiwalnych oraz profile z klasyfikacji Ro-bertsona 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 pomia-rowe umieszczono na nomogramie klasyfikacyjnym 2006 [10], który został w sposób szczególny rekomendowany przez Tschuschke do oceny osadów poflotacyjnych poddanych badaniom CPTU (rys. 5).

0 10 20 30 40 50 60 70 fs [kPa] 0 5 10 15 q c [ M P a ] II I III IV V

Rys. 5. Nomogram klasyfikacyjny Tschuschke 2006 osadów poflotacyjnych [10] Tschuschke wyróżnia na nomogramie liniami ciągłymi pięć grup osadów poflota-cyjnych 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 po-szczególnych grup osadów na podstawie parametrów oporu na stożku qc oraz tarcia

na tulei ciernej fs. 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) [10].

Na nomogramie (rys. 5) liniami ciągłymi rozgraniczone są poszczególne grupy rodzaju gruntu, natomiast przerywanymi obszary łagodnej zmienności cech są sied-nich grup [10]. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 fs [kPa] 0 5 10 15 20 25 q c [ M P a ] 0÷6,60 m 6,60÷38,70 m 38,70÷49,14 m 37,00÷39,00 m I II III IV V

Punkty pomiaru 312/170 przedstawione na rys. 6 częściowo nie mieszczą się w zakresie nomogramu klasyfikacyjnego Tschuschke 2006 dla osadów poflotacyj-nych (rys. 5). Dopiero wydłużenie krzywych rozgraniczających grupy gruntów po-zwala na skuteczne sklasyfikowanie danych pomiarowych. Większość punktów po-miarowych CPTU z korpusu zapory (kolor zielony i czarny) mieści się w grupie grun-tu 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 obrę -bie korpusu zapory (kolor zielony) bardzo charakterystyczne pętle powstałe z kolej-no zarejestrowanych wyników pomiaru CPTU. W sposób szczegółowy zaprezento-wano to na rys. 7.

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 Fr [%]

100 1000 Z n o rm a liz o w a n y o p ó r n a s to z k u Q t [ ] 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

Rys. 7. Znormalizowane wartości Qt i Fr 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 natural-nych. 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 charaktery-styczna gruntu antropogenicznego, jakim jest osad poflotacyjny.

4. Ocena stanu gruntu antropogenicznego

Z przeprowadzonej analizy pomiarów CPTU wynika, że z kilku parametrów mierzo-nych w badaniu, na podstawie korelacji, można uzyskać wiele informacji o parame-trach wyprowadzonych. Mają one podstawowe znaczenie przy opisie podłoża. Ob-serwując 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 IL gruntu na podstawie badania CPTU

wykorzy-stano następujące korelacje, zaproponowane w normie PN-B-04452 [5]: ) q (1,3 log 0,427 0,242

IL= − ⋅ ₁₀ ⋅ c zawartość frakcji iłowej > 30% (7)

) q (1,3 log 0,653 0,518

IL= − ⋅ ₁₀ ⋅ c 10% < zawartość frakcji iłowej < 30% (8) ) q (1,3 log 0,736 0,729

IL= − ⋅ ₁₀ ⋅ c zawartość frakcji iłowej < 10% (9)

Stopień zagęszczenia gruntu, obliczono z zależności normowej [5]: 0,165 ) q (1,3 log 0,709 ID= ⋅ ₁₀ ⋅ c − (10)

Przebieg zmienności z głębokością wartości stopnia plastyczności IL i stopnia

zagęszczenia ID zaprezentowano na rys. 8. Z otrzymanych wyników, na podstawie

normy PN-EN ISO 14688-1, można ustalić wskaźnik konsystencji IC, co pozwala na

określenie stanu gruntów drobnoziarnistych (spoistych) jako twardoplastyczny (0,25>IL>0; 1,0>IC>0,75). Podobnie dzięki zmienności ID można poddać ocenie stan

gruntów gruboziarnistych (sypkich). Na wykresie (rys. 8) widoczna jest bardzo duża cykliczność wartości ID. Mniejsze wartości ID są co około 2,5 m i odpowiadają

praw-dopodobnie miąższościom namywań lub nadbudowy korpusu zapory. W większości jednak wartości stopnia zagęszczenia są powyżej wartości 0,65, czyli grunt jest w stanie zagęszczonym.

Rys. 8. Profil geologiczny, ocena stanu zagęszczenia i plastyczności [4]

5. Analiza szczegółowa

Na podstawie klasyfikacji gruntów można ustalić rodzaj gruntu i stworzyć profil geo-logiczny 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, cha-rakterystyczne pętle powstają nie tylko w strefie korpusu formowanego mechanicz-nie, ale również głębiej w osadach namywanych, będących pierwotnie plażami.

Charakterystyczne pętle (widoczne na rys. 3, 7) pokrywają się ze zmiennościami stopnia zagęszczenia (widocznymi na rys. 8). Dodatkowo charakterystyczną powta-rzalną zmienność pomiaru CPTU można uzasadnić zmiennością frakcyjną materiału zapory, czyli osadu poflotacyjnego zdeponowanego w zbiorniku.

W analizowanym przekroju najniższe wartości ID występują na głębokości około

38 m p.p.t. Jest to miejsce, będące granicą pomiędzy gruntem rodzimym drobno-ziarnistym w stanie twardoplastycznym i osadem z pierwszych namywów w stanie luźnym. W strefie tej prawdopodobnie są bardzo drobne frakcje osadu, który pod-czas 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 wszyst-kich 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 efektyw-nych i całkowitych. Można to osiągnąć, mając równocześnie pomiary u2 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 zia-ren/cząstek osadu poflotacyjnego. Modyfikują one właściwości szczególnie gruntów drobnoziarnistych, dlatego podczas interpretacji gruntów antropogenicznych trzeba brać pod uwagę również specyfikę jego powstawania.

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 po-wszechnie stosowanych klasyfikacji. Na podstawie uzyskanych rezultatów dokonano wyboru klasyfikacji Robertsona 1990 oraz klasyfikacji zaproponowanej przez Tschu-schke 2006, jako tych, dzięki którym można uzyskać najwięcej informacji dla specy-ficznej 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.

[3] Lunne T., Robertson P.K., Powell J.J.M., 1997, Cone Penetration Testing in Geotech-nical Practice, Blackie Academic & Professional, London.

[4] Mysakowska A., 2014, Interpretacja badań CPTU według Eurokodu 7, Praca dyplomo-wa magisterska PWr, WBLiW.

[5] PN-B-04452:2002, Geotechnika, badania polowe.

[6] PN-EN 1997-2:2009, Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznawa-nie i badaRozpoznawa-nie podłoża gruntowego.

[7] PN-EN ISO 14688-2:2006, Badania geotechniczne Oznaczanie i klasyfikowanie grun-tów, 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 piezo-elektrycznym.

[9] Sikora Z., 2006, Sondowanie statyczne – metody i zastosowanie w geoinżynierii, Wy-dawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa.

[10] Tschuschke W., 2006, Sondowania statyczne w odpadach poflotacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.

[11] Wysokiński L., 2009, Projektowanie geotechniczne. Od klasyfikacji gruntów do monito-ringu 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: Interpre-tacja badań CPTU według Eurokodu 7.