BŁĘDY SYSTEMATYCZNE W ROZPOZNANIU GEOTECHNICZNYM I ICH WPŁYW NA PROJEKTOWANIE BUDOWLANE.pdf

Prof. dr hab. in. Lech WYSOKISKI

Instytut Techniki Budowlanej

BŁ DY SYSTEMATYCZNE W ROZPOZNANIU GEOTECHNICZNYM

I ICH WPŁYW NA PROJEKTOWANIE BUDOWLANE

SYSTEMATIC ERRORS IN GEOTECHNICAL INVESTIGATIONS AND THEIR EFFECT ON

BUILDING DESIGN

Streszczenie Podano przykłady niektórych błdów, które s popełniane w toku dokumentowania

geotechnicznego, które maj wpływ na warto podawanych parametrów geotechnicznych. Przykłady te dotycz

głównie dotychczasowej polskiej praktyki stosowania norm z lat 80 [1][2][3] oraz moliwoci eliminacji tych

błdów przy stosowaniu nowych zasad Eurokodu 7 [4] i nowych norm europejskich.

Podano przykłady złej praktyki oceny parametrów geotechnicznych, niektóre powtarzane w wielu

dokumentacjach. Mog z nich wynika błdne decyzje projektowe zmieniajce dobre none grunty w słabe

wymagajce wzmacniania lub wykonywania pali.

Abstract Some examples of errors committed during geotechnical design that have an influence on

geotechnical parameter values have been presented in this paper. The choice of examples has been taken from

Polish practise based on Polish standards from 1980s. The article pays attention on possibilities of some errors

elimination by new European standards and Eurocode 7 [4] implementation.

The given examples of wrong practical estimation of geotechnical parameters are systematically repeated in

many geotechnical work-outs. These errors may cause wrong designing by changing good soil conditions into

weak. Such wrong estimation of soil conditions causes unnecessary soil stabilization or piling designing.

1. Wst p

Grunt, w odrónieniu od innych materiałów budowlanych, z którymi mamy do czynienia w

budownictwie, nie jest wykonany w wytwórni, nie podlega procesom kontroli jakoci, a jego

właciwoci zmieniaj si w szerokich granicach. Nastpnym kłopotem jest fakt, e przed

wykonaniem wykopów nie widzimy powierzchni, na której bdziemy budowa, a podłoe

współpracujce z budow pod dnem wykopu zbadane jest na ogół siatk wierce odległych

od siebie o ok. 30 m. Opisane fakty powoduj, e w odrónieniu od innych materiałów

budowlanych – betonu, stali, nawet muru czy drewna – opis właciwoci

wytrzymałociowych i odkształceniowych gruntu jest inny, cho stosujemy do niego te same

zasady stanów granicznych.

Dotychczasowa wiedza geotechniczna, któr wykorzystuje midzy innymi Eurokod 7 (PN-

EN 1997.1 [4]) wskazuje, e poprawne uzyskanie charakterystyk właciwoci

wytrzymałociowych i odkształceniowych gruntu wymaga spełnienia nie jednej, a szeregu

procedur, które w rezultacie prowadz do okrelonych oszacowa warunków w podłou. Aby

zobaczy rónic w ocenach najłatwiej jest porównywa kocowe rezultaty, tj. podawane do

527

projektowania wartoci modułów ciliwoci wartoci któw tarcia i spójnoci okrelane w

trakcie dokumentowania przez róne osoby.

Tu mona by przytacza cały szereg przykładów, gdy podawane wartoci róniły si od

siebie nie o kilka procent, ale kilkakrotnie. Spektakularny jest przykład katastrofy obudowy

wykopu Europlexu w Warszawie. Przykład warty jest przypomnienia, bo ukazał si artykuł

[9], który próbuje zmieni prawd, broni osob odpowiedzialn za katastrof, a był nim

jeden człowiek, austriacki specjalista geotechnik, który podpisał złe parametry do

projektowania.

2. Przykład

Przypomnijmy tamt histori. Katastrofa obudowy głbokiego 14-metrowego wykopu,

która uległa zniszczeniu (złamaniu) miała miejsce w marcu 1998 r. (rys. 1). ciana

szczelinowa o gruboci 60 cm uległa złamaniu na długim odcinku ok. 100 m wschodniej

ciany wykopu.

Rys. 1.

Przyczyn katastrofy było podanie nieprawidłowych wartoci parametrów

geotechnicznych przez specjalist z Wiednia, (który nota bene nie był przedtem w

Warszawie) austriackiemu projektantowi cian szczelinowych. Dokumentacj geotechniczn

wykonywał Geoprojekt Warszawa, a parametry ustalała Politechnika Warszawska [8].

Jak przy kadej katastrofie szczegóły s nadzwyczaj wane. Zestawienie wszystkich bada

łcznie z wykonanymi po katastrofie pokazuje rys. 2. Wynika z niego, e specjalista

geotechnik austriacki oparł si na skrajnych wynikach Politechniki (i pewnie na swoim

dowiadczeniu z innymi iłami) i podał konstruktorowi warto kta tarcia j = 10 ° i spójno

c = 100 kPa.

Wracajc do moliwoci ustalenia parametrów geotechnicznych dla analizowanego

problemu z wyników bada wykonanych przez Politechnik Warszawsk widzimy, e cały

zbiór wyników Politechniki Warszawskiej dla iłów wykazał bardzo duy rozrzut, tak e nawet

biorc cały zbiór kt j był ujemny (co nie moe fizycznie zachodzi), a dopiero usunicie 3

528

najniszych wyników doprowadziło do okrelenia wartoci j = 9° i c = 47,1 kPa. Zabieg ten,

dokonany przez autorów ekspertyzy, moe by dyskusyjny, ale zmniejszył rozrzut wyników i

pozwolił okreli kt dodatni. Po szczegółowej analizie autorzy bada z Politechniki

Warszawskiej podali do projektowania cian szczelinowych warto j = 5 ° i c = 17 kPa .

D ITB

• PW (badania)

liniowy (ITB)

liniowy (PW badania)

liniowy (PW interpr.)

liniowy (austriackie)

Rys. 2. Porównanie wyników bada i przyjtych parametrów dla iłów

Połczenie wyników Politechniki Warszawskiej i Instytutu Techniki Budowlanej zawarte

w opracowaniu ITB [8] j = 3,2°; c = 57,1 kPa pozwala ustali metod najmniejszych

kwadratów przy liniowej zalenoci wykres (rys. 2), który pokazuje porównanie parametrów

przyjtych przez specjalist austriackiego na tle wszystkich wyników.

Biorc wszystkie wyniki razem mona wyprowadzi z tego zbioru wartoci j = 9 ° i

c = 30 kPa , co daje warto blisk wyznaczonej ju po katastrofie metod „back analysis” –

od koca. Wynosi ona j = 10 ° i c = 37 kPa . Wstawiajc tak warto uzyskujemy

zniszczenie ciany.

ciany szczelinowe zastosowane w projekcie wykonawczym wobec przyj cia

nieprawidłowej wartoci j = 10 ° i c = 100 kPa zostały obliczone przy uwzgldnieniu

nieprawidłowych sił parcia. W opinii wstpnej dotyczcej przyczyn katastrofy wykazałem, e

siły przyjte w projekcie wykonawczym były ponad 3 razy mniejsze ni wynikajce z

projektu budowlanego.

wychylenie w stron

wykopu 25 cm

9,30

przypora ziemna

suma

spód ciany 20,7

R ys. 3 Porównanie obcieciany

(bez uwzgldnienia wyporu i parcia wody)

529

Zaprojektowane na niewłaciwe (3x mniejsze) obcienie ciany szczelinowe miały zbyt

mało zbrojenia, były za krótkie i ze wzgldu na przyjty schemat statyczny rozparcia

(wsporniki) miały zbrojenie rozło one głównie od strony gruntu. Stwarzało to bardzo trudn

sytuacj przy wykonywaniu dodatkowych rozpór od wykopu podczas likwidowania skutków

katastrofy na odcinkach, które nie uległy złamaniu (zmiana schematu statycznego).

Sygnały o zagroeniu deformacji cian pojawiły si właciwie od momentu dogłbiania

wykopu do rzdnych bliskich dna. Odkształcenia poziome wierzchu cian dochodziły do

25 cm (!)

3. Co nam niesie Eurokod 7

Kady inynier w swojej praktyce spotkał, moe nie tak drastyczne jak przedstawiony, ale

wystarczajco zastanawiajce przykłady rónych oszacowa tych samych warunków

gruntowych. Czsto, i to jest poprawne. Naley wykona dodatkowe dokładniejsze badania,

które pozwalaj ucili wyniki poprzednich bada i zmieni podane uprzednio wartoci.

Mówic o tym naley jeszcze koniecznie uwzgldni dwa fakty – pierwszy to, e w

zalenoci od typu obiektu, wartoci obcie, szybkoci ich narastania mamy rón

odpowied gruntu, a zatem nale y poda inne wartoci charakterystyk gruntowych przy

rónych obcieniach, bo róna jest reakcja gruntu. Jest to zapisane w postanowieniach EC-7

[4] np. 2.4.3 (3)P Naley uwzgldnia rónice midzy właciwociami podłoa, które

decyduj o zachowaniu konstrukcji, a parametrami geotechnicznymi otrzymanymi z wyników

bada. Naley to czyta, e wynik bada laboratoryjnych czy polowych otrzymamy nawet

przy maksymalnie spełnionych podczas bada zasadach podobiestwa modelowego nie jest

parametrem do projektowania. Do przekształcenia wyników bada laboratoryjnych i

polowych na wartoci, które bd charakteryzowały zachowanie gruntów i skał w danym

stanie obcienia (stanu granicznego), take do uwzgldnienia zalenoci korelacyjnych, z

których wyznacza si te wartoci, naley stosowa współczynniki kalibracyjne efektu skali.

Nie ma wic jednoznacznoci w okrelaniu wartoci charakterystycznych gruntu do

projektowania. Strefa współpracujca z konstrukcj jest zwykle duo wiksza ni badana

próbka, czy te strefa podłoa objta badaniami „in situ”. W konsekwencji miarodajna

warto parametru jest redni wartoci z duej powierzchni i objtoci podłoa. Na przykład,

budynek posadowiony na stopach nie jest zdolny przeciwstawi si punktowym

odkształceniom i wartoci parametrów naley ustala właciwie dla kadej stopy.

Gdy fundament jest wystarczajco sztywny mona urednia parametry gruntów dla całej

strefy współpracujcego podłoa pod obiektem. Jeeli do opracowania wyników stosowane s

metody statystyczne, to [4] zaleca wyznacza warto charakterystyczn parametrów jako 5%

kwantyl wartoci redniej. Warto ta przy małych zbiorach (a zwykle s takie) jak wykazali

[6] [7] daje karykaturalne wartoci. Pokazali oni, e przy 4 seriach bada trójosiowych dla

glin zwałowych, dla których geotechnicy uczestniczcy w analizie (było ich 90) na podstawie

bada i dowiadczenia okrelali j od 25 ° do 35 ° i c od 0 do 27 kPa – najczciej podawane

były j = 27° i c = 10 kPa – 5% kwantyl wynosi j = 23 ° i c = 1 kPa .

Zaprojektowane na podstawie podanych przez 90 geotechników fundamenty bezporednie

miały wymiary od 0,90 do 2 m, przy czym najczstszym wynikiem było 1,5 m, a 60%

wyników mieciło si w przedziale midzy 1,3 a 1,6 m . Fundament przy przyjciu

parametrów zgodnych z 5% kwantylem miał szeroko 2,7 m (!) .

Powstaje pytanie, które parametry s „dobre”. Najwikszy fundament (2,7 m) ma bowiem

4 razy wiksz powierzchni od „redniego”. Jeli załoymy, e aden z podanych nie traci

nonoci, to osignite poziomy bezpieczestwa róni si bardzo znacznie.

530

Przy konstruowaniu nowych zharmonizowanych z EC-7 zalenoci i metod okrelania

wartoci charakterystycznych dla gruntów, które prowadzi ITB od kilkunastu lat, uzyskano

ju duy zbiór danych, który pozwala pokaza błdy systematyczne, które powstaj przy

ocenie gruntów i projektowaniu fundamentów. Badania nasze ukierunkowane s na

opracowanie „nowego" systemu projektowania opartego na EC-7.

Naley podkreli, e ju obecnie, i w najbliszej przyszłoci kilku lat, dokumentowanie

geotechniczne, opiera si b dzie o dane ilo ciowe . S to głównie wyniki rónych

sondowa w podłou.

Sondowania podaj cigłe profile oporu gruntu podczas penetracji. Jest to informacja

zdecydowanie o wikszej wadze i cisłoci ni wyniki wierce i opis wydobywanych z

nich próbek gruntu.

Rys. 4 Wyniki uzyskane na podstawie sondowa

Tablica 1. Interpretacja wyników wg stosowanych w praktyce metod – wartoci modułów odkształcenia dla

podanych wyej sondowa

Mod uły odkształcenia wg rónych metod

Głbokoci

[m]

Geofizyka

(CSW)

E max [MPa]

DMT

M [MPa]

PMT

E p [MPa]

CPTU

M [MPa]

Konsolidometr

M 0 [MPa]

M [MPa]

150

11,8

130

260

21,8

11,3

175

106,9

120

250

140

75,7

302

318

44,8

375

531

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: