Mechanika hornin. Přednáška 4. Geotechnický průzkum

Transkript

1 Mechanika hornin Přednáška 4 Geotechnický průzkum Mechanika hornin - přednáška 4 1

2 Hlavní úkoly geotechnického průzkumu Zjištění inženýrsko-geologických poměrů v zájmovém území Zjištění fyzikálních, fyzikálněmechanických a technologických vlastností horninového masivu a hornin Stanovení podkladů pro návrh technologie výstavby Podklady pro posouzení stability území v okolí díla Deformace a stabilita území nad podzemním dílem Hydrogeologické posouzení území Posouzení agresivity prostředí Mechanika hornin - přednáška 4 2

3 Geotechnický průzkum zahrnuje: Inženýrsko-geologický průzkum informace o horninovém masivu Hydrogeologický průzkum informace o podzemní vodě Korozní průzkum informace o agresivitě prostředí z hlediska korozních vlivů (bludné proudy) Mechanika hornin - přednáška 4 3

4 Geotechnické kategorie 1. geotechnická kategorie: Objekty s málo náročnou konstrukcí v jednoduchých geologických podmínkách. 2. geotechnická kategorie: Objekty s málo náročnou konstrukcí ve složitých geologických podmínkách nebo objekty s náročnou konstrukcí ve jednoduchých geologických podmínkách. 3. geotechnická kategorie: Objekty s náročnou konstrukcí ve složitých geologických podmínkách. Používáno ve starších normách, vliv na rozsah průzkumu. Mechanika hornin - přednáška 4 4

5 Základní etapy geotechnického průzkumu Mechanika hornin - přednáška 4 5

6 Etapovost průzkumných prací Orientační průzkum Urbanistická studie Studie souboru staveb Předběžný průzkum Projektový úkol Podrobný průzkum Úvodní projekt Doplňkový podrobný průzkum Prováděcí projekt Inženýrskogeologické sledování výstavby Mechanika hornin - přednáška 4 6

7 1. etapa orientační průzkum Podklad pro alternativní studie (v úrovni studie např. výběr trasy podzemního díla) Vytipování nevhodných lokalit (území se svahovými pohyby, poddolovaná území, výsypky, zvodnělé lokality, seismická území) Metody průzkumu: Zpracovává se na podkladě zhodnocení archivních materiálů (Geofond výsledky předchozích průzkumných prací) Mapování přirozených (např. skalní útvary) a umělých odkryvů (např. zářezy) Někdy vhodné využít geofyzikální metody (při vyšší míře nejistoty) Mechanika hornin - přednáška 4 7

8 2. etapa předběžný průzkum Pro potřeby projektového úkolu (v úrovni DÚR dokumentace pro územní rozhodnutí) Ověřují předpoklady získané orientačním průzkumem Metody průzkumu: Studium archivních materiálů Dokumentace odkryvů Vrtné práce (svislé vrty) Karotážní měření Laboratorní zkoušky na jádrech Geofyzikální metody Mechanika hornin - přednáška 4 8

9 2. etapa předběžný průzkum Cíle: IG a hydrogeologické poměry Korozní průzkum (opatření pro omezení bludných proudů) Stupeň agresivity prostředí Rozpojitelnost, těžitelnost a vrtatelnost horninového masivu Použitelnost vytěženého materiálu Parametry pro statické výpočty Upřesnění způsobu výstavby (např. způsob zajištění stavebních jam) Posouzení vlivu výstavby na režim podzemních vod (snížení HPV, kontaminace, atd.) Mechanika hornin - přednáška 4 9

10 3. etapa podrobný průzkum * Podklad pro zpracování úvodního projektu (v úrovni DSP dokumentace pro stavební povolení) Upřesňuje geologické, hydrogeologické a geotechnické informace Metody průzkumu: Vrtné práce (snaha získat dostatek vzorků pro laboratorní zkoušky) Laboratorní zkoušky na jádrech Četnost a orientace puklin (např. na jádrech) Presiometrická měření ve vrtech Zkoušky in-situ Průzkumné štoly a šachty Mechanika hornin - přednáška 4 10

11 3. etapa podrobný průzkum Cíle: Podrobné geotechnické výpočty Podrobné posouzení stability Strukturní analýza horninového masivu Přítoky podzemní vody Vliv výstavby na kvalitu a vydatnost vodních zdrojů Charakter působení podzemní vody na konstrukci Posouzení ovlivněných konstrukcí Detailníopatření pro omezení bludných proudů Mechanika hornin - přednáška 4 11

12 4. etapa doplňující průzkum * Podklad pro prováděcí projekt (pro doplnění předchozích etap pro DSP a DZS dokumentace zadání stavby) Zpravidla iniciuje zpracovatel DSP Obdobné metody jako u podrobného průzkumu (vyšší četnost, přesnější poloha vůči budovanému dílu) Mechanika hornin - přednáška 4 12

13 5. etapa provozní průzkum * Řeší problémy vznikající během výstavby (např. během ražby tunelu) U rozsáhlých staveb je zřízen trvalý inženýrskogeologický dozor (např. geologické mapování čeleb u tunelů) Mechanika hornin - přednáška 4 13

14 5. etapa provozní průzkum Cíle: Ověření původních předpokladů Podklad pro ocenění (např. rozpojitelnost, vrtatelnost) Úprava postupu u observačních metod Ověřuje správnou funkci zajišťujících prostředků Mechanika hornin - přednáška 4 14

15 5. etapa provozní průzkum Metody: Vizuální kontrola Dokumentace nevystrojeného výrubu (mapování čeleb) Dokumentace nadvýlomů Geotechnický monitoring sedání povrchu 3D posuny konvergenční měření inklinometrická měření extenzometrická měření tlakové buňky Piezometry přítoky vody atd. Mechanika hornin - přednáška 4 15

16 Dokumentace nevystrojeného výrubu (mapování čelby): Mechanika hornin - přednáška 4 16

17 Dokumentace nevystrojeného výrubu (mapování čelby): Mechanika hornin - přednáška 4 17

18 Metody průzkumu archivníšetření využití výsledků základního výzkumu mapovací práce geofyzikální metody odkryvné práce laboratorní zkoušky polní zkoušky hydrologické a korozní šetření inženýrskogeologické sledování průběhu výstavby stanovení a vyhodnocení přímo neměřitelných geotechnických veličin průzkumná díla Mechanika hornin - přednáška 4 18

19 Geofyzikální průzkum Zpravidla nenáročné a levné metody průzkumu využívající přirozených a umělých polí fyzikální podstaty. Rozdělení: Gravimetrické metody Geoelektrické metody Magnetometrické metody Radiometrické metody Seismické metody Geotermické metody Mechanika hornin - přednáška 4 19

20 Gravimetrické metody Studují změny tíhového zrychlení způsobené hustotními nehomogenitami horninového masivu. Přesnost měření je dána rozměrem nehomogenit, poměrem od vzdálenosti měření a hustotním kontrastem vůči okolí. Mikrogravimetrická měření vysoká hustota bodů pole. Lokalizace dutin (prázdných a vyplněných) krasové útvary, poddolovaná území. Mechanika hornin - přednáška 4 20

21 Magnetometrické metody Využívá magnetické vlastnosti hornin (obsah feromagnetických minerálů např.magnetit) Litologické mapování vyvřelých a metamorfovaných hornin Lokalizace kovových předmětů (např. stará munice, potrubí, atd.) Používáno také při archeologickém průzkumu Mechanika hornin - přednáška 4 21

22 Radiometrické metody Využívápřirozené radioaktivity a interakce jaderného záření s horninami. Přirozená radioaktivita je dána obsahem přirozených radionuklidů (např. uran, thorium, atd.). Atmogeochemické metody Lokalizují zdroje, které se projevují plynnými aureolami. Umožňuje detekovat anorganické kovové, anorganické nekovové i organické látky. Mechanika hornin - přednáška 4 22

23 Geoelektrické metody Potenciálové metody (měření elektrických potenciálů) Odporové metody stejnosměrné (využívají rozdílů v charakteristických hodnotách měrného odporu různých typů hornin viz. tabulka) Mechanika hornin - přednáška 4 23

24 Měření odporovou metodou Mechanika hornin - přednáška 4 24

25 Seismické metody Založeny na rozdílných rychlostech šíření vlnění v horninách Rychlost šíření vlnění je závislá na: E (modul pružnosti) ρ (hustota) ν (Poissonovo číslo) Mechanika hornin - přednáška 4 25

26 Měření hloubky skalního podloží Mechanika hornin - přednáška 4 26

27 Výsledek geofyzikálního průzkumu podélný profil trasy tunelu Mechanika hornin - přednáška 4 27

28 Odkryvné práce Vertikální vrty Kopané sondy Šikmé vrty z povrchu Horizontální vrty Ražené směrové předstihové štoly Mechanika hornin - přednáška 4 28

29 Vertikální vrty Co nejblíže podzemnímu dílu Snaha dosáhnout pod niveletu díla Pouze bodový údaj, nutná interpolace mezi vrty Informace vyhodnocením jádra (v poruchových pásmech je výnosnost jádra nízká) Průzkum vrtů pomocí videokamery spojené s geologickým kompasem Často nutné pažení vrtu Vrty zpravidla maloprůměrové ( mm). Mechanika hornin - přednáška 4 29

30 Ruční vrtání Používané nástroje Lžícový vrták Mechanika hornin - přednáška 4 30

31 Strojní vrtání Nárazovo-točivé Rotační jádrové Jádrovnice s korunkou Odvrtané jádro vynáší výplach Mechanika hornin - přednáška 4 31

32 Princip jádrového vrtání 1. jádro 2. korunka 3. jádrovnice 4. trojsponík 5. kalovka (usazovací trubka) 6. prostor pro hrubší drť a úlomky 7. soutyčí 8. výplach 9. výpažnice 10. botka Mechanika hornin - přednáška 4 32

33 Výnos vrtného jádra Mechanika hornin - přednáška 4 33

34 Dokumentace vrtu Mechanika hornin - přednáška 4 34

35 Průzkumné vrty do čelby tunelu Mechanika hornin - přednáška 4 35

36 Kopané sondy - pracné a nákladné -možnost přímého pozorování Pažení: -Příložné - Zátažné (obr.) - Hnané Mechanika hornin - přednáška 4 36

37 Průzkumné štoly Zpravidla raženy v ose budoucího tunelu. Vzhledem k menšímu profilu je jejich ražba jednodušší a bezpečnější oproti ražbě tunelu. Zpravidla využívány pro průzkum problematických částí (např. tektonické poruchy), někdy však raženy na celou délku tunelu Ve štolách lze provádět měření in-situ (boční rozrážky) Ostění průzkumných děl je zpravidla zbouráno při ražbě tunelu Využití paralelních štol pro nouzový únik při provozu. Vliv na cenu (obecně znamená dražší, ale bezpečnější ražbu). Mechanika hornin - přednáška 4 37

38 Průzkumné štoly (podkovový tvar) Mechanika hornin - přednáška 4 38

39 Průzkumné štoly (soudkový tvar) Mechanika hornin - přednáška 4 39

40 Zatěžovací zkouška deskou v průzkumné štole Mechanika hornin - přednáška 4 40

41 Zkoušky hornin Laboratorní zkoušky Popisné fyzikální vlastnosti základní Mechanické vlastnosti Složitější fyzikální vlastnosti Technologické vlastnosti Polní zkoušky Pevnostní charakteristiky horninového masivu Přetvárné charakteristiky horninového masivu Měření odlehčené oblasti kolem výrubu Měření oblasti zvýšených napětí Zjišťování stavu napjatosti Mechanika hornin - přednáška 4 41

42 Polní zkoušky Statická penetrace Dynamická penetrace Presiometrické zkoušky Vrtulková zkouška Zatěžovací zkouška deskou Zkouška plochým lisem Smykové zkoušky na blocích Čerpací a vsakovací zkoušky atd. Mechanika hornin - přednáška 4 42

43 Statická penetrace Rovnoměrným zatlačováním penetračního hrotu vyvolá usmyknutí zeminy pod hrotem Statické penetrační soustavy měříbuď celkový penetrační odpor nebo jeho složky odpor na špičce a na plášti penetračního hrotu. Schéma porušení zeminy pod penetračním hrotem Mechanika hornin - přednáška 4 43

44 Statická penetrace Penetrační hrot Ruční souprava firmy Tecnotest Mechanika hornin - přednáška 4 44

45 Dynamická penetrace Beraněním se vhání do zeminy kuželový hrot (kuželová zkouška) nebo vzorkovač (standardní penetrační zkouška SPT). Zkouška je prováděna v různých úrovních vrtu. Měříse počet úderů potřebný pro zaražení hrotu o určitou hloubku (cca 10 cm) Mechanika hornin - přednáška 4 45

46 Dynamická penetrace Zařízení pro standardní penetrační zkoušku SPT Mechanika hornin - přednáška 4 46

47 Dynamická penetrace Zápis dynamické penetrační zkoušky Mechanika hornin - přednáška 4 47

48 Presiometrické zkoušky 1. měřící buňka 2. vrt 3. koaxiální spojovací hadice 4. měřící přístroj 5. pumpa vyvozující tlak Schéma presiometru Mechanika hornin - přednáška 4 48

49 Presiometrické zkoušky Při této zkoušce se jedná o zatěžovací zkoušku prováděnou ve vrtu, který je zatěžován radiálním tlakem při současném měření deformace (objemových změn). Naměřené hodnoty dovolují stanovit pevnost horniny a její přetvárné vlastnosti Mechanika hornin - přednáška 4 49

50 Vrtulková zkouška Používá se v soudržných zeminách Je založena na měření odporu zeminy proti kruhovému usmyknutí. Zkušebním nástrojem je vrtulka se čtyřmi lopatkami, která se celá zatlačí do zeminy v požadované hloubce. Po zatlačení vrtulky se při jejím otáčení měří kroutící moment a úhel pootočení. Znaměřených hodnot se určuje: smyková pevnost zeminy (popř. soudržnost a úhel vnitřního tření) stlačitelnost zeminy strukturní pevnost jílovitých zemin Mechanika hornin - přednáška 4 50

51 Vrtulková zkouška Přístroj na vrtulkovou zkoušku Mechanika hornin - přednáška 4 51

52 Hydrogeologický a korozní průzkum Určení polohy a změn hladiny podzemní vody (HPV) přítoky do tunelu, nebezpečí sedání povrchu díky poklesu HPV, nebezpečí vysychání studní Určení proudění vody Stojatá voda Proudící voda Propustnost masivu Tlakové zkoušky Čerpací zkoušky Vsakovací zkoušky Mechanika hornin - přednáška 4 52

53 Hydrogeologický a korozní průzkum Zkoušky propustnosti ČERPACÍ VRT POZOROVACÍ VRTY POKLES HPV POVRCH HPV Mechanika hornin - přednáška 4 53

54 Hydrogeologický a korozní průzkum Agresivita vody Stavebně nezávadná voda Stavebně závadná voda Agresivní voda Síranová (rozpouští cement) Uhličitanová (řídnutí betonu) Bludné proudy vliv elektrifikovaných sítí (žel. a tram. tratě, kabely vysokého napětí, atd.), které zvyšují korozní úbytky výztuže. Důležité zejména ve městech. Opatření pro omezení vlivu bludných proudů (výztuž). Mechanika hornin - přednáška 4 54