Acta Sci. Pol. Architectura 15 (3) 2016, 17–30
OCENA PARAMETRÓW ODKSZTAàCENIOWYCH GYTII NA PODSTAWIE BADAē TERENOWYCH
I LABORATORYJNYCH
Marek Bajda, Edyta E. Malinowska
Szkoáa Gáówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Streszczenie. W artykule podjĊta zostaáa tematyka sáabonoĞnych gruntów organicznych, gytii, zlokalizowanych gáównie w dolinach jezior i rzek oraz stanowiących podáoĪe budow- lane w aglomeracjach miejskich. Grunty te ze wzglĊdu na duĪą ĞciĞliwoĞü, maáą wytrzy- maáoĞü na Ğcinanie oraz trudną do oceny przepuszczalnoĞü w porównaniu z gruntami mine- ralnymi stwarzają problemy podczas projektowania posadowieĔ konstrukcji inĪynierskich.
Zachowanie siĊ gytii pod obciąĪeniem jest trudne do przewidzenia z uwagi na duĪą nieli- niowoĞü charakterystyk odksztaáceniowych i zmiennoĞü parametrów wytrzymaáoĞciowych.
Dlatego niezwykle istotna jest wáaĞciwa ocena parametrów odksztaáceniowych gruntów organicznych oraz ich wery¿ kacja z wynikami badaĔ in situ. W pracy przedstawiono wyni- ki uzyskane z badaĔ laboratoryjnych próbek typu A gytii oraz wyniki uzyskane z sondowaĔ dylatometrem Marchettiego. Moduáy ĞciĞliwoĞci uzyskane z badaĔ laboratoryjnych zostaáy zwery¿ kowane wynikami badaĔ terenowych. Ocena parametrów odksztaáceniowych gytii pozwoli na prognozĊ odksztaáceĔ i zapewnienie bezpiecznej, bezawaryjnej pracy projekto- wanej konstrukcji inĪynierskiej.
Sáowa kluczowe: grunty organiczne, moduá ĞciĞliwoĞci, SDMT, edometr
WSTĉP
Grunty organiczne charakteryzują siĊ duĪym zróĪnicowaniem wáaĞciwoĞci w zaleĪ- noĞci od rodzaju i zawartoĞci poszczególnych skáadników czĊĞci mineralnych i organicz- nych. Grunty te ze wzglĊdu na duĪą ĞciĞliwoĞü, maáą wytrzymaáoĞü na Ğcinanie oraz trudną do oceny przepuszczalnoĞü w porównaniu z gruntami mineralnymi stwarzają dodatkowe problemy podczas projektowania posadowieĔ konstrukcji inĪynierskich. Zachowanie siĊ
Adres do korespondencji – Corresponding author: Marek Bajda, Szkoáa Gáówna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydziaá Budownictwa i InĪynierii ĝrodowiska, Katedra GeoinĪynierii,
ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa, e-mail: marek_bajda@sggw.pl
© Copyright by Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2016
tych gruntów pod obciąĪeniem jest trudne do przewidzenia z uwagi na duĪą nieliniowoĞü charakterystyk odksztaáceniowych i zmiennoĞü parametrów wytrzymaáoĞciowych.
WáaĞciwoĞci geotechniczne gruntów organicznych są nadal w niedostatecznym stop- niu rozpoznane. Najlepiej rozpoznane są wáaĞciwoĞci Ğrednio rozáoĪonych i rozáoĪonych torfów, natomiast istnieje maáo informacji na temat parametrów geotechnicznych gytii i namuáów.
Gytie zaliczane są do wĊglanowych osadów organicznych, które doĞü powszechnie wystĊpują w póánocnej Polsce, na Pojezierzu ĝrodkowym i na Mazurach. Z kaĪdym ro- kiem wzrasta zainteresowanie problematyką gruntów organicznych ze wzglĊdu na ich przydatnoĞü w róĪnych dziedzinach gospodarki. Istniejące gytowiska oraz torfowiska dziĊki róĪnym technikom wzmacniania gruntów sáabonoĞnych mogą byü wykorzysty- wane pod budowĊ obiektów inĪynierskich. NajczĊĞciej dotyczy to lokalizowania nasy- pów komunikacyjnych lub obwaáowaĔ przeciwpowodziowych. Niemniej jednak coraz czĊĞciej organiczne grunty sáabonoĞne „odkrywane są” jako przewarstwienia w centrach aglomeracji miejskich, co moĪe stanowiü duĪe utrudnienie dla posadawianej konstrukcji lub do niej przylegáych. Powszechnie kiedyĞ stosowana technika caákowitej wymiany gruntu na noĞny materiaá gruntowy powinna byü zastĊpowana innymi rozwiązaniami, niejednokrotnie korzystniejszymi ekonomicznie. PodjĊcie racjonalnej decyzji co do sposobu posadowienia obiektu inĪynierskiego, szczególnie w centrum miasta, wymaga znajomoĞci parametrów odksztaáceniowych i ¿ ltracyjnych w celu prognozy odksztaáceĔ konsolidacyjnych pod obciąĪeniem. W praktyce inĪynierskiej coraz czĊĞciej wykorzy- stywane są róĪne techniki wzmacniania podáoĪa organicznego. Ostatnio przeprowadzone badania na gruntach organicznych potwierdzają, Īe znaczący wpáyw na wartoĞü parame- trów odksztaáceniowych ma metoda etapowej budowy nasypów, a nie na przykáad me- toda przeciąĪeniowa lub dáugoterminowa konsolidacja z zastosowaniem lub bez drenów pionowych [Hsi i in. 2015].
Brak praktycznej informacji dotyczącej zachowania siĊ sáabonoĞnego podáoĪa orga- nicznego niejednokrotnie zniechĊca inwestorów do zastosowania innych rozwiązaĔ tech- nicznych. Dlatego niezwykle istotne jest peáne i dokáadne rozpoznanie terenu oraz analiza parametrów geotechnicznych gruntów znajdujących siĊ w obrĊbie budowli inĪynierskiej, szczególnie w centrum aglomeracji miejskiej.
W artykule podjĊto tematykĊ analizy parametrów odksztaáceniowych gytii wystĊ- pującej w rynnie Īoliborskiej, uzyskanych z badaĔ laboratoryjnych zwery¿ kowanych wynikami badaĔ terenowych. Przedstawiono wyniki uzyskane z badaĔ laboratoryjnych próbek typu A gytii oraz wyniki uzyskane z sondowaĔ dylatometrem Marchettiego. Wy- niki badaĔ laboratoryjnych, tj. krzywa konsolidacji, wspóáczynnik konsolidacji pionowej i moduáy ĞciĞliwoĞci, zostaną zwery¿ kowane wynikami badaĔ terenowych.
CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU
Teren objĊty badaniami poáoĪony jest w obrĊbie zdenudowanej wysoczyzny polo- dowcowej, wzniesionej okoáo 36 m nad poziom „0” Wisáy. Pod wzglĊdem geologicznym teren badaĔ znajduje siĊ w obrĊbie jednostki tektonicznej zwanej niecką warszawską.
Formują ją osady górnej kredy, wyksztaácone jako margle i iáy margliste, których strop wystĊpuje na gáĊbokoĞci okoáo 250 m p.p.t.
NieckĊ kredową wypeániają osady oligoceĔskie i plioceĔskie. Utwory plioceĔskie nadbudowuje kompleks osadów czwartorzĊdowych. W rejonie badaĔ utwory czwarto- rzĊdowe dzielą siĊ na preglacjalne, plejstoceĔskie i najmáodsze (zastoiskowo-rzeczne) holoceĔskie.
Do specy¿ cznych gruntów zalegających w analizowanym rejonie naleĪą grunty orga- niczne wystĊpujące w tzw. rynnie Īoliborskiej. O wáaĞciwoĞci tych gruntów decyduje przede wszystkim geneza ich powstania, o czym Ğwiadczą charakterystyki wytrzymaáoĞciowo- -odksztaáceniowe zaleĪne równieĪ od wilgotnoĞci naturalnej gruntów danej warstwy.
Utwory organiczne wypeániające rynnĊ Īoliborską w miejscu objĊtym badaniami to gáównie gytie oraz torfy i namuáy. Strop tych gruntów ukáada siĊ na gáĊbokoĞci od okoáo 6,0 do 8,5 m p.p.t. MiąĪszoĞü warstwy gruntów organicznych w analizowanym podáoĪu zawiera siĊ w przedziale od 2 do 17,5 m. Podstawowe parametry ¿ zyczne analizowanej gy- tii, uzyskane z badaĔ laboratoryjnych pobranych próbek gruntu, przedstawiono w tabeli 1.
W artykule przedstawiono wyniki wybranych badaĔ i sondowaĔ geotechnicznych wykona- nych w rejonie objĊtym badaniami. LokalizacjĊ terenu badaĔ przedstawiono na rysunku 1.
Tabela 1. WáaĞciwoĞci ¿ zyczne gytii na analizowanym terenie Table 1. Index properties of gyttja at the test site
WáaĞciwoĞci ¿ zyczne – Physical properties Skierniewicka-Wolska
WilgotnoĞü – Water content [%] 98
GĊstoĞü wáaĞciwa – Density of soild particles [kN·m–3] 2,25
GĊstoĞü objĊtoĞciowa – Bulk density [kN·m–3] 1,38
GĊstoĞü objĊtoĞciowa szkieletu – Dry density [kN·m–3] 0,7 ZawartoĞü substancji organicznej – Organic matter content [%] 20 Początkowy wskaĨnik porowatoĞci – Initial void ratio [–] 2,22
PorowatoĞü – Porosity [–] 0,7
*\WLD
*\WWMD 1DPXá 0XG
7RUI 3HDW
3\á 6LOW
]>P@
REV]DUREMĊW\ EDGDQLDPL WHVWVLWH
:DUV]DZD
Rys. 1. Lokalizacja terenu badaĔ i schemat budowy geologicznej podáoĪa Fig. 1. Location and typical cross-section of the test site
METODYKA BADAē TERENOWYCH I LABORATORYJNYCH
Badania terenowe na analizowanym terenie przeprowadzono dylatometrem sejsmicz- nym SDMT. Dylatometr sejsmiczny SDMT jest poáączeniem standardowego dylatometru zaprezentowanego przez Marchettiego [1980] oraz moduáu sejsmicznego [Marchetti i in.
2008a, Amoroso i in. 2012]. Moduá ten skáada siĊ z dwóch geofonów w rozstawie 0,5 m, zainstalowanych w Īerdzi umieszczanej za áopatką dylatometru (rys. 2). Pomiar prĊdkoĞci fali poprzecznej polegaá na pomiarze czasu, w jakim generowana na powierzchni terenu fala docieraáa od górnego do dolnego geofonu. Znajdując 't z analizy dwóch ksztaátów fal Ğcinających oraz odlegáoĞci (L) miĊdzy dwoma geofonami, okreĞlono prĊdkoĞü fali poprzecznej za pomocą równania:
' (1)
Dylatometr sejsmiczny w swojej obecnej wersji zyskaá juĪ spore grono zwolenni- ków i istnieje obszerna literatura omawiająca zastosowanie badaĔ SDMT do interpretacji wyników sondowaĔ dylatometrycznych, okreĞlania rodzaju gruntu i oceny parametrów geotechnicznych oraz projektowania konstrukcji geotechnicznych [Bihs i in. 2010, Car- roll i in. 2012, Cavallaro i in. 2006, 2015, Drevininkas i in. 2012, Máynarek i in. 2012a, b, Vargas i Coto 2012, Galas 2013].
Badania DMT przeprowadzono wedáug standardowej procedury, tj. wykonując co 0,20 m odczyty A i B. WartoĞci odczytów A i B skorygowano ze wzglĊdu na wpáyw oporu bezwáadnoĞci membrany (ǻA, ¨B), przez co uzyskano wartoĞci ciĞnienia p0 i p1 obliczo- ne wedáug wzorów:
p0 = 1,05(A – ZM – ǻA) – 0,05(B – ZM – ¨B) (2)
p1 = B – ZM – ¨B (3)
Rys. 2. WyposaĪenie dylatometru sejsmicznego [Marchetti i in. 2008b]
Fig. 2. Seismic dilatometer equipment [Marchetti et al. 2008b]
gdzie: ǻA, ¨B – poprawki do odczytów A i B, ZM – początkowy odczyt.
CiĞnienia p0 i p1 z obliczoną wartoĞcią efektywnego naprĊĪenia pionowego (ı’vo) i wartoĞcią ciĞnienia wody w porach (u0)oszacowanego w warunkach in situ posáuĪyáy do wyznaczenia nastĊpujących wskaĨników dylatometru [Marchetti 1980]:
wskaĨnika materiaáowego (ID)
(4)
wskaĨnika skáadowej poziomej naprĊĪenia (KD) V
c
R R '
YR
S X
. (5)
moduáu dylatometrycznego (ED)
ED = 34,7(p1 – po) (6)
Moduá dylatometryczny (ED) charakteryzuje zaleĪnoĞü miĊdzy naprĊĪeniem dziaáa- jącym na membranĊ a jej wymuszonym przemieszczeniem i odzwierciedla sztywnoĞü gruntu. W gruntach sáabo przepuszczalnych pomierzona dylatometrem sztywnoĞü grun- tu odpowiada warunkom bez odpáywu, a w piaskach otrzymaną miarĊ sztywnoĞci na- leĪy odnieĞü do warunków peánego odpáywu. Parametrem geotechnicznym opisującym sztywnoĞü gruntu, a jednoczeĞnie najlepiej korelującym z moduáem dylatometrycznym (ED) jest moduá ĞciĞliwoĞci (M), który okreĞla siĊ z zaleĪnoĞci:
M = RM · ED (7)
ID < 0,6 RM = 0,14 + 2,36 log KD (8) ID < 3 RM = 0,5 + 2 log KD (9) 0,6 < ID < 3 RM = RM,O + (2,5 – RM,O) log KD (10) gdzie: RM = 0,14 + 0,36[ID – 0,6)/2,4], jeĪeli RM < 0,85, to naleĪy przyjąü, Īe RM = 0,85.
Badanie sejsmicznym dylatometrem pozwala uzyskaü moduá odksztaácenia postacio- wego G0 (Gmax), który zgodnie z teorią sprĊĪystoĞci moĪna okreĞliü ze wzoru wykorzy- stującego prĊdkoĞü fali poprzecznej (VS):
U V
* 9 (11)
gdzie: ȡ – gĊstoĞü objĊtoĞciowa gruntu, VS – prĊdkoĞü fali poprzecznej.
Badania laboratoryjne zostaáy wykonane na próbkach gruntu organicznego, gytii, typ A. Wykonano seriĊ badaĔ ĞciĞliwoĞci na próbkach gruntu o początkowej wysokoĞci 20 mm, Ğrednicy 50 mm i wilgotnoĞci 98%. Badania odksztaácalnoĞci gruntu przepro- wadzono w ACONS, tj. automatycznym systemie konsolidacji, przedstawionym na ry-
–
–
–
sunku 3. Metodyka badaĔ laboratoryjnych jest odzwierciedleniem badaĔ w standardo- wych edometrach. Niemniej jednak system ACONS posiada wiele zalet (skrócenie czasu wykonywanych badaĔ dziĊki pneumatycznemu, automatycznemu zadawaniu obciąĪeĔ i odciąĪeĔ; automatyczny dobór warunków zadawania i zdejmowania obciąĪeĔ; ciągáa rejestracja i moĪliwoĞü zmiany warunków badania).
WYNIKI BADAē TERENOWYCH I LABORATORYJNYCH
W zaleĪnoĞci od stopnia skomplikowania i waĪnoĞci rozpatrywanego zadania geo- technicznego rozpoznanie warunków geotechnicznych opiera siĊ zazwyczaj na analizie wyników wierceĔ badawczych uzupeánionych wynikami badaĔ laboratoryjnych parame- trów ¿ zykomechanicznych i badaĔ geotechnicznych in situ. TrudnoĞci związane z po- braniem reprezentatywnych próbek o nienaruszonej strukturze do badaĔ laboratoryjnych w poáączeniu z dynamicznym rozwojem nowoczesnych technik badawczych i urządzeĔ pomiarowych do badaĔ terenowych powodują zwrócenie wiĊkszej uwagi na moĪliwoĞü wykorzystania tych badaĔ (gáównie sondowaĔ CPT i DMT) do oceny parametrów sáabo- noĞnego podáoĪa. Zaletą badaĔ in situ jest fakt, Īe są one prowadzone w rzeczywistych warunkach gruntowych (stanu i naprĊĪenia) oraz pozwalają na stosunkowo szybke uzy- skanie poszukiwanych parametrów.
Wyniki badaĔ SDMT przedstawiono na rysunku 4 w formie wykresów wskaĨnika materiaáowego (ID), moduáu ĞciĞliwoĞci (M), wytrzymaáoĞci na Ğcinanie bez odpáywu (Cu), wskaĨnika skáadowej poziomej naprĊĪenia (KD) oraz prĊdkoĞci fali poprzecznej (VS) w pro¿ lu gáĊbokoĞci.
W celu identy¿ kacji rodzaju gruntu na podstawie sondowaĔ SDMT wyniki dla war- stwy gytii, która wystĊpuje na gáĊbokoĞci od 2 do 8,6 m (z przewarstwieniami pylasto- Rys. 3. Stanowisko do edometrycznych badaĔ laboratoryjnych ACONS: 1 – system rejestacji
z programem ClispStudio, 2 – miniscanner, 3 – trzy niezaleĪnie pracujące automatyczne edometry
Fig . 3. Automatic Consolidation System: 1 – registration system with ClispStudio Programm, 2 – miniscanner, 3 – three independent working ACONS
-piaszczystymi na gáĊbokoĞci od 4 do 6 m), przedstawiono na nomogramie klasy¿ kacyj- nym [Marchetti i Craps 1981] (rys. 5). W przypadku badanych gruntów uzyskane wyniki nie potwierdzają wyników oceny makroskopowej oraz wyników badaĔ laboratoryjnych analizowanej gytii, które na nomogramie znajdują siĊ w stre¿ e gruntów mineralnych.
Rys. 4. Wyniki badaĔ SDMT
Fig. 4. Pro¿ le of data from SDMT test
,'
('>03D@
08'3($7
Rys. 5. Nomogram klasy¿ kacyjny [Marchetti i Crapps 1981]
Fig. 5. Classi¿ cation chart [Marchetti and Crapps 1981]
Wykorzystując wartoĞci uzyskane z sondowania SDMT, oszacowano parametry odksztaáceniowe, takie jak moduá ĞciĞliwoĞci (M) i moduá odksztaácenia postaciowego (G0).
Moduá ĞciĞliwoĞci okreĞlono na podstawie klasycznego wzoru Marchettiego (7) oraz mody¿ kacji wzoru na RM dla gytii [Lechowicz 1996] w postaci:
RM = 0,12 + 2,1 · log KD (12)
Początkowy moduá Ğcinania (G0) moĪna okreĞliü na podstawie badaĔ sejsmicznych, mierząc prĊdkoĞü fali poprzecznej, a nastĊpnie korzystając z równania (11).
W obu przypadkach obliczenia przeprowadzono dla gĊstoĞci (ȡ) gytii okreĞlonej na podstawie nomogramu (zawyĪonej) oraz uzyskanej z badaĔ laboratoryjnych. OkreĞlone na podstawie powyĪszych wzorów wartoĞci moduáu ĞciĞliwoĞci M i G0 w pro¿ lu gáĊbo- koĞci przedstawiono na rysunku 6.
Badania laboratoryjne pozwalają na modelowanie zachowania siĊ obciąĪanego pod- áoĪa konstrukcji inĪynierskiej w warunkach, które niejednokrotnie są trudne do progno- zowania w terenie. Wyniki badaĔ laboratoryjnych potwierdzają, Īe wáaĞciwoĞci inĪynier- skie gruntów organicznych wykazują duĪą zmiennoĞü zaleĪną od rodzaju i iloĞci czĊĞci organicznych. Wpáyw zawartoĞci czĊĞci organicznych w porównaniu z wáaĞciwoĞciami gruntów mineralnych wyraĪa siĊ wiĊkszą przepuszczalnoĞcią i wzrastającą tendencją do peázania, co jest niedopuszczalne ze wzglĊdów inĪynierskich. JuĪ w latach 80. XX wie- ku Dhowian i Edil [1980], opisując zachowanie siĊ torfów, zwrócili uwagĊ, Īe ksztaát krzywej konsolidacji jest inny niĪ w gruntach mineralnych. ZaleĪnoĞü prĊdkoĞci krzywej
*\WLD
*\WWMD 1DPXá 0XG
7RUI 3HDW
3\á 6LOW
]>P@
Rys. 6. WartoĞci moduáu odksztaácenia i Ğcinania otrzymane z badaĔ Fig. 6. Values of oedometric and shear modulus obtained from test
ĞciĞliwoĞci w czasie nie jest staáa, tylko roĞnie po przekroczeniu „czasu krytycznego”, osiągając tzw. konsolidacjĊ trzeciorzĊdową.
Zarówno wtórną, jak i trzeciorzĊdową konsolidacjĊ charakteryzuje tzw. constant rate (staáa szybkoĞü odksztaácenia), która zaleĪy od zmiany wspóáczynnika porowatoĞci [Dhowan i Edil 1980]. OkreĞlenie odrĊbnej/innej krzywej konsolidacji dla gruntów orga- nicznych wykazujących trzeciorzĊdową konsolidacjĊ jest podstawą do zmian w analizie wyników badaĔ tych gruntów. Ostatnie prace naukowe równieĪ potwierdzają wystĊpo- wanie tzw. peázania gruntu organicznego, którego początek na krzywej konsolidacji jest trudny do okreĞlenia [Karabatakis i Hatzigogos 2002, Fatahi i in. 2013, Yin i in. 2013, Hsi i in. 2015]. Ponadto wieloletnia analiza zachowania siĊ gruntów organicznych pod obciąĪeniem wskazuje na nieliniowe zaleĪnoĞci pomiĊdzy odksztaáceniem a naprĊĪeniem oraz w opisie charakterystyk przepáywu [Malinowska i SzymaĔski 2009, Malinowska i in. 2011].
W celu analizy wáaĞciwoĞci odksztaáceniowych gytii z podáoĪa wykonano edome- tryczne badania laboratoryjne, na podstawie których otrzymano nastĊpujące parametry:
moduá ĞciĞliwoĞci, odksztaácenie jednostkowe, naprĊĪenie prekonsolidacji. Przykáadowe wyniki charakterystyk osiadania gruntu w czasie, w zaleĪnoĞci od zadanego obciąĪenia, przedstawiono na rysunkach 7 i 8.
Badania laboratoryjne pozwoliáy na wykonanie analizy odksztaácenia sáabonoĞnego podáoĪa gruntowego z wydzieleniem rekonsolidacji, odciąĪenia i ponownej konsolidacji gruntu (rys. 9). MoĪliwe teĪ byáo wyznaczenie naprĊĪenia prekonsolidacji (rys. 10).
Wyniki badaĔ laboratoryjnych moduáu ĞciĞliwoĞci zestawione zostaáy w tabeli 2.
Potwierdzają one wnioski przedstawione w pracy Pietrzykowskiego [2011], tzn. wyniki badaĔ moduáu ĞciĞliwoĞci z terenu są zawyĪone w stosunku do wyników badaĔ otrzyma- nych z laboratorium.
Rys. 7. Osiadanie w czasie dla obciąĪenia 15 kPa z zaznaczeniem etapów odksztaácenia gruntu:
Si – osiadanie natychmiastowe, Sc – osiadanie konsolidacyjne, Ss/St – osiadanie wtórne oraz trzeciorzĊdowe
Fig. 7. Settlement in log time for 15 kPa loading: Si – immidiate settlement, Sc – consolidation settlement, Ss/St – secondary and tertiary settlement
Rys. 8. Osiadanie w czasie dla obciąĪenia 50 kPa z zaznaczeniem etapów odksztaácenia gruntu:
Si – osiadanie natychmiastowe, Sc – osiadanie konsolidacyjne, Ss/St – osiadanie wtórne oraz trzeciorzĊdowe
Fig. 8. Settlement in log time for 50 kPa loading: Si – immidiate settlement, Sc – consolidation settlement, Ss/St – secondary and tertiary settlement
Rys. 9. Osiadanie gruntu w zaleĪnoĞci od naprĊĪenia Fig. 9. Stress-settlement characteristic
Rys. 10. ZaleĪnoĞü wskaĨnika porowatoĞci od naprĊĪenia Fig. 10. Void ratio vs. stress
Tabela 2. WartoĞci moduáu ĞciĞliwoĞci okreĞlone z badaĔ laboratoryjnych Table 2. Oedometric modulus obtained from laboratory tests
Zakres naprĊĪeĔ Stress V [kPa]
Moduá ĞciĞliwoĞci pierwotnej Primary oedometric modulus
Mo [kPa]
Moduá ĞciĞliwoĞci wtórnej Secondary oedometric modulus
M [kPa]
0–5 2000
5–10 340
10–25 530
25–50 838
50–5 1064
5–10 518
10–25 898
25–50 1567
50–75 1592
75–100 1319
100–125 1695
125–150 2033
150–200 3279
200–250 2688
250–300 3497
300–350 3195
350–400 4950
400–450 3861
450–500 4386
PODSUMOWANIE
Gytie eemskie wystĊpujące w rynnie Īoliborskiej w Warszawie wykazują róĪną od innych organicznych gytii z terenów póánocnej Polski charakterystykĊ. Charakteryzują siĊ one bardziej „skupioną/mocną” teksturą, zupeánie odbiegającą od sáabonoĞnych grun- tów organicznych. Niemniej jednak parametry odksztaáceniowe analizowanego podáoĪa gruntowego nie wskazują, Īe są to grunty spoiste „mocne”, jak równieĪ znacząco odbie- gają od wyników badaĔ gruntów organicznych, jakim jest na przykáad torf.
Badania laboratoryjne potwierdziáy stosunkowo duĪą odksztaácalnoĞü gytii z rynny Īoliborskiej, jednakĪe mniejszą od innych gruntów organicznych uznanych za sáabo- noĞne. Ponadto krzywe konsolidacji wykazaáy silną tendencjĊ tych gruntów do procesu peázania, co potwierdza wczeĞniejsze wieloletnie obserwacje i badania prowadzone na gruntach organicznych w Katedrze GeoinĪynierii SGGW w Warszawie.
Dodatkowo wartoĞü naprĊĪenia prekonsolidacji jest bardzo zbliĪona do wartoĞci na- prĊĪenia prekonsolidacji dla gruntów organicznych, czyli znacząco maáa w stosunku do gruntów mineralnych. WartoĞü moduáu ĞciĞliwoĞci okreĞlona z badaĔ laboratoryjnych jest zbliĪona do wartoĞci moduáów okreĞlonych ze wzoru (12) dla wartoĞci gĊstoĞci z badaĔ laboratoryjnych i terenowych oraz ze wzoru (7) uwzglĊdniającego gĊstoĞü objĊtoĞcio- wą z badaĔ laboratoryjnych, tj. ȡ= 1,38 kNm–3. JednakĪe moduá ĞciĞliwoĞci okreĞlony z badaĔ terenowych z zastosowaniem wzoru (7), który uwzglĊdnia gĊstoĞü objĊtoĞciową z nomogramu, tj. ȡ #1,7 kNm–3, jest dwa razy wiĊkszy niĪ Ğrednia wartoĞü moduáu Ğci- ĞliwoĞci z badaĔ laboratoryjnych (M0 = 2,6 MPa).
Pomiar prĊdkoĞci fali poprzecznej, a w konsekwencji rozkáad w pro¿ lu gáĊbokoĞci moduáu Ğcinania (G0) pozwoliá na wydzielenie w warstwie gytii eemskich dwóch stref sztywnoĞci na gáĊbokoĞciach od 2 do 4 m i na gáĊbokoĞci od 6 do 8 m. W pierwszej stre¿ e wartoĞü moduáu ĞciĞliwoĞci zawiera siĊ w przedziale 5–25 MPa, w drugiej moduá zawiera siĊ w przedziale 66–79 MPa. ĝwiadczy to o róĪnym stopniu skonsolidowania warstwy gytii.
PIĝMIENNICTWO
Amoroso, S., Monaco, P., Marchetti S. (2012). Use of the Seismic Dilatometer (SDMT) to estimate in situ G-Ȗ decay curves in various soil types. Incontro Annuale dei Ricercatori di Geo- tecnica, IARG, Padova, 2–4 luglio.
Bihs, A., Long, M., Marchetti, D., Ward, D. (2010). Interpretation of CPTU and SDMT in organic Irish soil. 2nd International Symposium on Cone Penetration Testing. Huntington Beach, 2, 257–264.
Carroll, R., Long, M., Ward, D. (2012). Use of CPTU and SDMT to characterize silty soil. Geotech- nical and Geophysical Site Characterization, I, Porto de Galinhas, Brazil, 214–249.
Cavallaro, A., Grasso, S., Maugeri, M. (2006). Clay soil characterization by the New Seismic Di- latometer Marchetti Test (SDMT). 2nd International Conference on the Flat Dilatometer.
Washington, 261–268.
Cavallarro, A., Capilleri, P., Maugeri, M. (2015). Soil Characterization of Catania Harbour by the Seismic Dilatometer Marchetti Test (SDMT). 3rd International Conference on the Flat Dilatometer. Rome, 14–16 June (dokument elektroniczny).
Dhowan, A.W., Edil, T.B. (1980). Consolidation behavior of peats. Geotechnical Testing Journal, 9, 105–114.
Drevininkas, A., Creer, G., Nkemitag, M. (2012). Comparison of estimated settlements from CPTU and SDMT in organic soils. Geotechnical and Geophysical Site Characterization, II. Por- to de Galinhas, Brazil, 1839–1846.
Fatahi, B., Le, T.M., Le, M., Khabbaz, H. (2013). Soil creep effects on ground lateral deformation and pore water pressure under embankments. Geomechanics and Geoengineering, 06, 8(2),107–124.
Galas, P. (2013). Wyznaczanie wytrzymaáoĞci na Ğcinanie gruntów spoistych na podstawie badaĔ dylatometrycznych SDMT. Praca doktorska. SGGW, Warszawa.
Hsi, J., Gunasekara, Ch., Nguyen, V. (2015). Chapter 25. Characteristics of Soft Peats, Organic Soils, and Clays, Colombo Katunayake Expressway in Sri Lanka. Ground Improvement Case Histories Embankments with Special Reference to Consolidation and Other Physi- cal Methods, 705–750.
Karabatakis, D.A., Hatzigogos, T.N. (2002). Analysis of creep behavior using interface elements.
Computers and Geotechnic, 29, 257–277.
Lechowicz, Z. (1996). Wspóáczesne kierunki badaĔ gruntów organicznych. Wykáad wprowadzają- cy na seminarium „Wspóáczesne problemy geoinĪynierii w rejonie szczeciĔskim”. Szcze- cin.
Malinowska, E., SzymaĔski, A. (2009). Analiza zmian gradientu hydraulicznego w charakterysty- kach przepáywu sáabonoĞnego podáoĪa. Przegląd Naukowy InĪynieria i Ksztaátowanie ĝrodowiska, 4 (46), 35–47.
Malinowska, E.E., Szymanski, A., Sas, W. (2011). Estimation of À ow characteristics in peat. ASTM Inter. Geotechnical Testing Journal, 34, 3, 250–254.
Marchetti, S. (1980). In Situ Tests by Flat Dilatometer. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 106, GT3, Proc. Paper 15290, 299–321.
Marchetti, S., Craps, D.K. (1981). Flat Dilatometer Manual. Internal Report of G.P.E. Inc.
Marchetti, S., Monaco, P., Totani, G., Marchetti, D. (2008a). In Situ Tests by Seismic Dilatom- eter (SDMT). ASCE Geot. Special Publication GSP 170 honoring Dr. J.H. Schmertmann.
New Orleans, March, 9–12.
Marchetti, D., Marchetti, S., Monaco, P. (2008b). Short Course on Seismic Flat Dilatometer (SDMT): SDMT: Equipment and Test Execution. The 3rd International Conference on Site Characterization. Taipei, April, 1–4.
Máynarek, Z., Gogolik, S., GryczmaĔski, M., Ulniarz, R. (2012a). Settlement analysis of a cylindri- cal tank based on CPTU and SDMT results. Geotechnical and Geophysical Site Charac- terization, II. Porto de Galinhas, Brazil, 1585–1590.
Máynarek, Z., Wierzbicki, J., Stefaniak, K. (2012b). Deformation characteristics of overconsoli- dated subsoil from CPTU and SDMT tests. Geotechnical and Geophysical Site Charac- terization, II. Porto de Galinhas, Brazil, 1189–1593.
Pietrzykowski, P. (2011). Eemskie gytie i kreda jeziorna z Warszawy jako przykáad „mocnych”
gruntów organicznych. Biuletyn PaĔstwowego Instytutu Geologicznego, 446, 385–396.
Vargas, L.A., Coto, M. (2012). Experiences in the use of DMT – SDMT in Costa Rica, Central America. Geotechnical and Geophysical Site Characterization, I. Porto de Galinhas, Bra- zil, 375–382.
Yin, D., Li Y., Wu H., Duan, X.M. (2013). Fractional description of mechanical property evolution of soft soils during creep. Water Science and Engineering, 6(4), 446–455.
DETERMINATION DEFORMATION PARAMETERS OF GYTTJA ON THE BASIS OF IN SITU AND LABORATORY TESTS
Abstract. In this paper deformation parameters of organic soil gyttja, were taken into the consideration. The organic soils are usually located in the river valleys and as a subsoil under engineering constructions, e.g. in the city. Gyttja’s, because of their large compress- ibility, small shear strength and dif¿ cult to evaluate permeability create a problem during calculating and modeling the foundation of the engineering construction. The stress-strain relationship in gyttja is hard to predict, because of the non-linear deformation parameters and variability of strength parameters. Therefore, it is very important to properly determine deformation parameters of organic soils on the basis of in situ and laboratory tests. In this paper, the laboratory test results, obtained on soil samples type A, and in situ dilatometer Marchetti test are presented. Oedometric modulus obtained from laboratory tests is veri¿ ed with the in situ results. Determination of deformation parameters of gyttja, based on in situ and laboratory tests, lets to predict stress-strain characteristics for safety and failure-free work of the designed engineering construction.
Key words: soft soils, oedometric modulus, SDMT, oedometer
Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 26.07.2016
Cytowanie: Bajda, M., Malinowska, E.E. (2016). Ocena parametrów odksztaáceniowych gytii na podstawie badaĔ terenowych i laboratoryjnych. Acta Sci. Pol. Architectura, 15 (3), 17–30.
