WYBRANE ZAGADNIENIAWYBRANE ZAGADNIENIAKONSOLIDACJIKONSOLIDACJI

Osiadanie budynku 10 MIT w Bostonie w okresie 1915-1965

1910 19501930 1970

0

12.7

25.4

Osi

adan

ie [c

m]

Lokalizacja punktów pomiarowych

Wykresy osiadania punktów pomiarowych

Analogia: sprężyna z tłoczkiem – grunt drobnoziarnisty

Wykres obciążenia i osiadania PKiN w Warszawie

Q

woda

tłok

sprężyna

czas

Ciśnienie wody u=Q/F

u [Pa]s [Pa]

Naprężenie sprężyny s=0

czas

Naprężenie sprężyny

Ciśnienie wody

to tk

u=Q/F s=Qu [Pa]s [Pa]

Qotwór

2 3 5 2 3 5 2 3 5 2 3 51 10 100 1000 10000Czas [m in]

18.2

18.4

18.6

18.8

19.2

19.4

19.6

19.8

18 .0

19.0

20.0

Wys

okoś

ć pr

óbki

[mm

]

KR ZYW A KO N SO LID AC JI50 - 100 kPa

Przebieg procesu konsolidacji dla piasku i gliny

korona zapory

Grunty ściśliwe

Osiadanie podłoża gruntowego pod zaporą ziemną

Grunt ściśliwy

Piasek

Piasek z

0

u

T=T1

T=Tk

T=T2

T=To=0

z

A

B

C

Schemat obciążenia gruntu

Rozkład nadciśnieniaporowego

Przebieg procesu konsolidacji warstwy otwartej

Grunt ściśliwy

Piasek

Warstwa nieprzepuszczalna z

0

u

T=T1

T=Tk

T=T2

T=To=0

z

A

B

C

Schemat obciążenia gruntu

Rozkład nadciśnieniaporowego

Przebieg procesu konsolidacji w warstwie półotwartej

Czas

[miesiące]

Ciśnienie porowe wody[kPa]

Naprężenie efektywne

[kPa]

Osiadanie

[mm]

Stopień konsolidacji

[-]

T = T0

0 < T < Tk

T = Tk

Zmienność parametrów charakteryzujących proces konsolidacji w czasie

Czas

[miesiące]

Ciśnienie porowe wody[kPa]

Naprężenie efektywne

[kPa]

Osiadanie

[mm]

Stopień konsolidacji

[-]

T = T0 u = σ

0 < T < Tk 0 < u <σ

T = Tk u = 0

Zmienność parametrów charakteryzujących proces konsolidacji w czasie

Czas

[miesiące]

Ciśnienie porowe wody[kPa]

Naprężenie efektywne

[kPa]

Osiadanie

[mm]

Stopień konsolidacji

[-]

T = T0 u = σ σ’ = 0

0 < T < Tk 0 < u <σ 0 < σ’ < σ

T = Tk u = 0 σ’ = σ

Zmienność parametrów charakteryzujących proces konsolidacji w czasie

Czas

[miesiące]

Ciśnienie porowe wody[kPa]

Naprężenie efektywne

[kPa]

Osiadanie

[mm]

Stopień konsolidacji

[-]

T = T0 u = σ σ’ = 0 St = 0

0 < T < Tk 0 < u <σ 0 < σ’ < σ 0 < St < Sc

T = Tk u = 0 σ’ = σ St = Sc

Zmienność parametrów charakteryzujących proces konsolidacji w czasie

Czas

[miesiące]

Ciśnienie porowe wody[kPa]

Naprężenie efektywne

[kPa]

Osiadanie

[mm]

Stopień konsolidacji

[-]

T = T0 u = σ σ’ = 0 St = 0 Sk = 0

0 < T < Tk 0 < u <σ 0 < σ’ < σ 0 < St < Sc 0 < Sk < 1

T = Tk u = 0 σ’ = σ St = Sc Sk = 1

Zmienność parametrów charakteryzujących proces konsolidacji w czasie

Założenia teorii konsolidacji jednoosiowej Terzaghiego (1925):

Grunt jest jednorodny i całkowicie nasycony wodą.

Szkielet gruntowy oraz woda są całkowicie nieściśliwe.

Ruch wody odbywa się zgodnie z prawem Darcy.

Współczynnik filtracji oraz moduł ściśliwości gruntu jest stały w ciągu całego procesu konsolidacji.

Warstwa gruntu podlegająca konsolidacji posiada nieograniczoną rozciągłość, przepływ wody odbywa się w kierunku prostopadłym do warstwy.

Powodem powolnego przebiegu procesu konsolidacji jest wyłącznie mała wodoprzepuszczalność gruntu, a nie inne opory.

Równanie konsolidacji jednoosiowej:

2

2

zuc

tu

v

nqqn

n

w

vn

w

v

w

ovv ee

ekaekMkc

11

Rozwiązania równania konsolidacji jednoosiowej:

)exp(21 2

02 v

mkv TM

MS

)exp(sin21 2

0v

mkv TM

HMz

MS

22

1Ht

aek

HtcT n

w

vvv

)12(

2 mM

Zależność stopnia konsolidacji i nadciśnień porowych od stosunku z/h i od Tv

z = 0

z = h

warstwa

ściśliwa

Podłoże nieprzepuszczalne

Zależność stopnia konsolidacji S kod czynnika czasowego Tv, dla odpływu wody w kierunku pionowym

Wyznaczenie czasów konsolidacji dla różnych stopni konsolidacji próbki edometrycznej

2 3 5 2 3 5 2 3 5 2 3 51 10 100 1000 10000Czas [m in]

18.2

18.4

18.6

18.8

19.2

19.4

19.6

19.8

18.0

19.0

20.0

Wys

okoœ

æ pr

óbki

[mm

]KR ZYW A KO N SO LIDAC JI

50 - 100 kPa

Sk=0.1

Sk=0.2

Sk=0.3

Sk=0.6

Sk=0.7

Sk=0.8

Sk=0.9

Sk=0.4

Sk=0.5

tk=54 mint90=14 min

2 3 5 2 3 5 2 3 5 2 3 51 10 100 1000 10000Czas [m in]

18.2

18.4

18.6

18.8

19.2

19.4

19.6

19.8

18.0

19.0

20.0

Wys

okoœ

æ pr

óbki

[mm

]KR ZYW A KO N SO LIDAC JI

50 - 100 kPa

Sk=0.1

Sk=0.2

Sk=0.3

Sk=0.6

Sk=0.7

Sk=0.8

Sk=0.9

Sk=0.4

Sk=0.5

tk=54 mint90=14 min

Sk=0.1

Sk=0.2

Sk=0.3

Sk=0.6

Sk=0.7

Sk=0.8

Sk=0.9

Sk=0.4

Sk=0.5

tk=54 mint90=14 min

dnihhtte

wew 608min875000

250014

2

2

2

2

Ded

D

D

dDe

D

Siatka kwadratowa

De = 1.128DSiatka trójkątna (równoboczna)

De = 1.05D

Przykłady układu drenów pionowych (widok w planie)

Konsolidacja trójosiowa gruntu pod nasypem

Warstwa filtracyjna

Warstwa ściśliwa

Dreny piaskowe

Nasyp statyczny

Nomogram do wymiarowania drenażu pionowego

Nomogram do wymiarowania drenażu pionowego, dla Sk = 0.9

Przykład zastosowania drenażu pionowego do konsolidacji warstwy gruntów ściśliwych w Kalkucie

Namuły

wn = 0.4 – 0.7

τ = 10 – 20 kPa

0,01,8

10,0

Plan fundamentów i rozstawa sączków pionowych

Budowa geologiczna podłoża

Wyniki próbnego obciążenia podłoża zdrenowanego i nie zdrenowanego

B i C - punkty pomiaru osiadań podłoża, qC i qD - przebieg obciążeń podłoża, SB i SC - krzywe osiadań podłoża zdrenowanego, SD – krzywa osiadania podłoża nie zdrenowanego6 – płyty kamienne, 7 – nasyp konsolidujący z piasku

Przykład zastosowania drenażu pionowego do konsolidacji warstwy gruntów ściśliwych w Kalkucie