Sprawozdanie z uczelnianego konkursu na projekty finansowane z dotacji celowej na prowadzenie badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi

związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich finansowanych w wydziałowym trybie konkursowym

Karolina KośStudium Doktoranckie (IV rok)Wydział Inżynierii Środowiska i GeodezjiKatedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

UNIWERSYTET ROLNICZYim. H. KOŁŁĄTAJA W KRAKOWIE

Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji

Określenie wpływu dodatku bentonitu na polepszenie właściwości geotechnicznych osadów dennych Zbiornika

Rzeszowskiego.

Próbki osadów dennych Zbiornika Rzeszowskiego zostały pobrane w czerwcu 2010 roku (próby 1,2,3,4) oraz w grudniu 2011 roku (próby 5,6,7,8), czerpakiem z łodzi.

Fot. 1. Widoczne wyspy na Zbiorniku Rzeszowskim powstałe w wyniku procesu zamulania (fot. K.Koś)

Pobór prób osadów dennych

Rys.1. Lokalizacja poboru próbek osadów [www.rzeszow.pl]

Metodyka badań• Oznaczenie parametrów mieszanek

gruntowo bentonitowych wykonano zgodnie z obowiązującymi normami geotechnicznymi.

• Granice płynności oznaczono w penetrometrze stożkowym, a granice plastyczności metodą wałeczkowania.

• Wilgotność optymalną i maksymalną gęstość objętościowąszkieletu określono w aparacie Proctora przy energii zagęszczenia 0,59 Jcm-3.

• Współczynnik filtracji oznaczono w edometrach na próbkach o średnicy d=7,5 cm i wysokości h= 1,9 cm, przy wilgotności optymalnej i wskaźniku zagęszczenia Is≈1,00, przy obciążeniu 12,5 kPa, w dwóch powtórzeniach.

• Powierzchnię właściwą oznaczono metodą sorpcji błękitu metylowego, zgodnie z normą PN-B-04481:1988.

• W badaniach zastosowano bentonit Hekobent, firmy Hekobentonity, o zawartości montmorylonitu >65%.

Tabela 1. Parametry geotechniczne próbek osadów dennych Zbiornika Rzeszowskiego

Wyniki badań

Parametr WartośćZawartość frakcji piaszczystej, Sa 2-0,063 mm 8,5Zawartość frakcji pyłowej, Si 0,063 – 0,002 mm 83,0Zawartość frakcji iłowej, Cl <0,002 mm 8,5Nazwa gruntu wg PN-EN ISO 14688-2:2004 SiWskaźnik różnoziarnistości, Cu 13,3Gęstość właściwa, ρs 2,530 g·cm-3

Kapilarność bierna, Hkb `137,1 cmPowierzchnia właściwa, St 52,44 m2·g-1

Zawartość części organicznych, Iom 3,33 %Granica płynności, wL 40,6 %Granica plastyczności, wp 26,8 %Wskaźnik plastyczności, Ip 13,8 %Wilgotność optymalna, wopt 24,8 %Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu oznaczona w aparacie Proctora, ρds

1,455 g·cm-3

Współczynnik filtracji przy:- Is=0,90- Is=1,00

1,05 · 10-8 m·s-1

1,12 · 10-9 m·s-1

Tabela 2. Skład granulometryczny oraz parametry geotechniczne materiału uśrednionego Zbiornika Rzeszowskiego (powstałego ze zmieszania wszystkich prób)

Wyniki badań

Tabela 3. Parametry mechaniczne materiału uśrednionego Zbiornika Rzeszowskiego

Parametr WartośćKąt tarcia wewnętrznegoIs= 0.90Is= 0.95Is= 1.00Is= 0.95 – próba nawodniona

23,1°22,3°33,5°24,3°

KohezjaIs= 0.90Is= 0.95Is= 1.00Is= 0.95 – próba nawodniona

33,1 kPa42,7 kPa35,8 kPa17,3 kPa

Moduł ściśliwości pierwotnej 3,44 MPaModuł ściśliwości wtórnej 14,08 MPaWskaźnik nośności po 4 dobach nasiąkliwości

2,5%

Pęcznienie w cylindrze CBR 1,93%

Wyniki badań

Rys. 2. Wpływ zagęszczenia na wytrzymałość na ścinanie osadów

Rys. 3. Krzywe ściśliwości osadów

Obciążenie [kPa]

• Osady denne Zbiornika Rzeszowskiego sklasyfikowano jako grunty pylaste, kilkufrakcyjne, w stanie płynnym. Zawartość części organicznych w badanych osadach przekraczała 2%, przez co zaliczają się one do gruntów organicznych.

• Materiał uśredniony, powstały przez zmieszanie wszystkich próbek, sklasyfikowano jako pył kilkufrakcyjny, słabo przepuszczalny, o podwyższonej zawartości części organicznych oraz stosunkowo wysokich wartościach parametrów charakteryzujących wytrzymałość na ścinanie.

• Przeprowadzona ocena przydatności przedmiotowych osadów do formowania przesłon uszczelniających w składowiskach odpadów komunalnych wykazała, że osady można wstępnie uznać za przydatne.

• Zastrzeżenia dotyczyły głównie kryterium szczelności – dopiero przy zagęszczeniu odpowiadającym wartości wskaźnika zagęszczenia 1,00 uzyskano wartośćwspółczynnika filtracji 1,1210-9 ms-1, która jest na granicy wartości dopuszczalnej.

• Dodatkowo materiał uśredniony cechował się zbyt niską zawartością frakcji iłowej, przez co nie spełnia również kryterium mineralogicznego, które zaleca aby stosowaćgrunty o odpowiedniej ilości minerałów ilastych.

• Polepszenie właściwości geotechnicznych omawianych osadów dennych można osiągnąć przez dodatek substancji stabilizujących – na przykład bentonitu.

Ocena przydatności osadów do uszczelnień

Parametr JednostkaDodatek bentonitu

0 3 6 12

Maksymalna gęstośćobjętościowa szkieletu

g·cm-3 1,455 1,483 1,487 1,431

Wilgotność optymalna

%

24,8 22,6 24,5 27,7

Granica plastyczności 26,8 25,9 22,9 24,8

Granica płynności 40,6 43,4 40,6 45,0

Wskaźnik plastyczności 13,8 17,5 17,7 20,2

Powierzchnia właściwa, St m2·g-1 52,44 53,74 67,71 70,86

Współczynnik filtracji, k10 przy Is=1,00

m·s-1 1,12∙10-9 6,78∙10-9 3,80∙10-10 3,49∙10-11

Tabela nr 3. Parametry mieszanek osadów z bentonitem

Wyniki badań

Wyniki badań

Rys. 4. Krzywe zagęszczalności czystych osadów oraz mieszanek gruntowo - bentonitowych

Wilgotność [%]

K1

Slajd 9

K1 Dodaj tu pisy osi Koś; 2013-01-30

Wyniki badań

Wymagana wartość współczynnika filtracji

Rys. 5. Wpływ dodatku bentonitu na współczynnik filtracji mieszanek

Dodatek bentonitu [%]

Analiza wyników• Dodatek 3% bentonitu spowodował obniżenie wartości wilgotności optymalnej z

prawie 25% do ponad 22%. Dla samych mieszanek wilgotność optymalna rosła wraz z dodatkiem bentonitu od ponad 22% dla mieszanki 3% do prawie 28% dla mieszanki 12%.

• Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego dla osadów wyniosła ponad 1,45 g·cm-3,wraz z dodatkiem bentonitu zwiększała się aż do prawie 1,49 g·cm-3 dla mieszanki z dodatkiem 6%. Natomiast dla mieszanki z dodatkiem 12% bentonitu uzyskano znacznie niższą wartość – około 1,43 g·cm-3.

• Wartość wskaźnika plastyczności rosła wraz z dodatkiem bentonitu, od 13,8 % dla czystych osadów do 20,2 dla mieszanki z 12 % dodatku bentonitu.

• Uzyskane wartości powierzchni właściwej rosły wraz z dodatkiem bentonitu, od około 53 m2·g-1 dla czystych osadów, aż do ponad 70 m2·g-1 dla mieszanki z dodatkiem 12%.

• Dodatek 3% bentonitu nie wpłynął na zmianę wartości współczynnika filtracji, dla czystych osadów oraz mieszanki 3% uzyskano porównywalne wartości. Dla mieszanki z dodatkiem 6% bentonitu uzyskano niższą wartość tego parametru - 3,8·10-10 m/s, natomiast dodatek 12% bentonitu spowodował obniżenie współczynnika filtracji aż do wartości 3,5·10-11 m/s.

Wnioski• Osady denne Zbiornika Rzeszowskiego wykazały niewystarczające właściwości

uszczelniające w stosunku do wartości wymaganych. Poprawę tych właściwości osiągnięto wskutek dodatku bentonitu.

• Wytypowano zawartość 6% dodatku bentonitu do ewentualnych badań na poletku doświadczalnym. Przy dodatku 3% nie uzyskano wymaganej wartości współczynnika filtracji, natomiast przy dodatku 12% mogłyby wystąpić problemy w trakcie urabiania mieszanki i zagęszczania przesłony.

• Biorąc pod uwagę parametry geotechniczne mieszanki z dodatkiem 6% bentonitu liczba punktów uzyskana w ocenie przydatności wynosi 52, spełniony jest równieżwarunek przepuszczalności (k<1,0∙10-9 m/s) (rys. 6). Powierzchnia właściwa mieszanki wzrosła w stosunku do czystych osadów o ponad 22%, dzięki czemu będzie cechować się lepszą zdolnością do zatrzymywania zanieczyszczeń.

K2

Slajd 12

K2 Nie dałam tu literatury, czyli skad jest ta klasyfikacja, punkty i diagram - dać??Koś; 2013-01-30

Rys. 6. Nomogram do oceny przydatności gruntów [Majer i in. 2007 Zasady oceny przydatności gruntów spoistych Polski do budowy mineralnych barier izolacyjnych.]

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że osady denne Zbiornika Rzeszowskiego z dodatkiem 6% bentonitu mogą stanowić materiał do formowania warstw uszczelniających w składowiskach odpadów komunalnych.

Wnioski