Nowy tydzień - stary problem

Nowy tydzień - stary problem

Od pewnego czasu borykam się z pewnym zagadnieniem, które nie wiadomo z której strony ugryźć i wogóle czy da się to zjeść. Dlatego też od tygodnia nic nie napisałem, choć pisałem że będę pisał - no ale tak już jest że jak się chce to się nie da. A więc dziś podzielę się z Wami przemyśleniami o zastosowaniu  geofizyki w budownictwie inżynierskim czyli coś co lubię najbardziej ;) Ok, to do rzeczy:

Miejsce : wschodnia część podkarpacia, a dokładniej obiekt mostowy zlokalizowany w około 620 km projektowanej autostrady A4.

Badany obiekt.

Trochę o obiekcie:

Konstrukcję obiektu zaprojektowano jako jednoprzęsłową ramę o konstrukcji belkowo zespolonej. Posadowienie obiektu przewidziano jako bezpośrednie na podłożu wzmocnionym kolumnami cementowo-gruntowymi DSM.  

A więc w czym problem ?? Problem jest duży, bo duży jest wiadukt który nie wiadomo dlaczego osiada. Obiekt osiadł na tyle dużo że przekroczył wszystkie możliwe normy - a nawet nie został jeszcze skończony.. Nasuwa się kilka pytań ,czy to wina źle zrobionej geologi czy może wina leży po stronie projektanta, albo jeszcze : czy da się teraz coś zrobić ?? Te pytania na razie pozostają bez odpowiedzi, a ja nie będę nawet próbował na nie odpowiedzieć. 

A więc jak może pomóc tu geofizyka ?? Obiektowi nie przywrócimy jego poziomu ale postaram się za pomocą metod geofizycznych określić wymiary kolumn DSM i jeżeli to możliwe wskazać osłabienia wewnątrz kolumny (o ile takie występują).

Jeżeli chodzi o DSM :

DSM (Deep Soil Mixing) polega na formowaniu kolumny cementowo gruntowej poprzez mechaniczne zmieszanie materiału gruntowego z zatłaczanym zaczynem cementowym.

W podłoże wprowadzane jest specjalne mieszadło, składające się z żerdzi wiertniczej, belek poprzecznych i końcówki świdra z koronką. Wiercenie odbywa się bez wstrząsów i jest wspomagane wypływem zaczynu cementowego z tzw. monitora, znajdującego się na końcu żerdzi wiertniczej. Po osiągnięciu głębokości założonej w projekcie, następuje faza formowania kolumn DSM, których średnica, w przypadku naszego obiektu, wynosi 0,8 m. W tym czasie obracane i podciągane do góry mieszadło zapewnia wymieszanie zaczynu z gruntem. Głębokość pogrążania końcówki mieszającej oraz ilość wpompowanego zaczynu jest na bieżąco rejestrowana.

Technologia DSM pozwala na stworzenie warstwy nośnej, wzmocnionej kolumnami cementowo gruntowymi. Metoda formowania kolumn nie zapewnia jednak jednorodnej budowy poszczególnych kolumn, co wynika bezpośrednio z technologii DSM. Skutkiem jest niejednorodność parametrów wytrzymałościowych kolumn. 

Wracając do geofizyki,
po pierwsze należy wybrać metody które sprostają temu zadaniu - w moim przypadku nie mam co wybierać gdyż dysponuje tylko dwoma co trochę ogranicza pole do popisu. Pisząc tego posta jestem już po pomiarach geoelektrycznych o których dokończę jutro bo godzina 16 wybija ;).

Jeśli ktoś ma pomysł na zaplanowanie badań w celu określenia ilościowej i jakościowej charakterystyki DSM - czekam na uwagi ;)

Z mojej szuflady

 Skoro postanowiłem pisać, to piszę, a raczej nie napiszę  tylko wkleję coś co kiedyś napisałem. 

Może jutro, może w przyszłym tygodniu postaram się trochę napisać o aktualnych projektach i problemach z nimi związanymi. A tym czasem enjoy ;)

Wykorzystanie metod geofizyki inżynierskiej do ilościowej i jakościowej oceny złóż surowców skalnych.

Wstęp

Rozwój gospodarki, a w szczególności infrastruktury drogowej, kolejowej i mieszkaniowej, powoduje, że zapotrzebowanie na kruszywa naturalne i materiały budowlane nieustannie rośnie. Rozwijający się rynek wymusza poszukiwania nowych źródeł zaopatrzenia - nowych złóż. W świetle obowiązujących przepisów jest to proces skomplikowany i czasochłonny, związany ze znacznymi nakładami finansowymi.

Zastosowanie nowoczesnych metod prospekcji może okazać się kluczem do efektywniejszego  wykorzystania czasu i środków finansowych przeznaczonych  na przygotowanie nowych złóż do eksploatacji.

 

Grupa metod geofizycznych, o której traktuje niniejszy artykuł, dzięki niezwykle szybkiemu postępowi  technologicznemu znajduje bardzo szeroką aplikację w procesie rozpoznania złóż i ich przygotowania do wydobycia. Dotyczy to zarówno złóż kruszyw naturalnych jak również surowców skalnych , surowców do produkcji ceramiki budowlane, surowców chemicznych itd. 

Dostępne technologie pomiarowe,, nieporównywalna z ostatnimi laty moc obliczeniowa komputerów  i coraz doskonalsze oprogramowanie, uczyniły z urządzeń geofizycznych niezwykle precyzyjne, efektywne i stosunkowo tanie narzędzie dla geologa, górnika, a przede wszystkim Przedsiębiorcy działającego w przemyśle materiałów budowlanych. Metody geofizyki inżynierskiej znajdują również szerokie zastosowanie przy opracowaniach dotyczących  zagadnień kształtowania i ochrony środowiska, hydrogeologii, archeologii.

Metody geofizyczne są atrakcyjnym uzupełnieniem tradycyjnych metod badawczych , takich jak kosztowne wiercenia rdzeniowe,  wykopy itp. Są przy tym nieporównywalnie szybsze, a pozyskiwana informacja ma charakter przestrzenny, a nie skupiony do jednego punktu rozpoznania.

Stosowanie poszczególnych metod(  jak sejsmika inżynierska : refrakcja, refleksja, MASW oraz badania elektrooporowe: tomografia elektrooporowa ERT) w sposób usystematyzowany i planowy, pozwala na bardzo precyzyjne określenie zasobów złoża, określenie zagrożeń projektowanej eksploatacji, określenie metod udostępnienia złoża.

 W łatwy i skuteczny sposób można wyznaczyć zarówno geometryczne parametry  warstw złożowych, nadkładu, przewarstwień itd.,  jak również przeprowadzić pierwszą, wstępną, ale często decydującą o opłacalności przedsięwzięcia, analizę parametrów jakościowych kopaliny.

Wybrane przykłady zastosowań:

Poniżej zostaną przedstawione przykłady zastosowań powierzchownych badań geofizycznych, zrealizowanych w celu rozpoznania złóż, a w szczególności określenia geometrii  zalegania stropu warstwy złożowej, jej stanu fizycznego i ewentualnych zagrożeń.

Okolice Opatowa

            Badania prowadzone były na przyległych do kopalni terenach leśnych i rolnych. Ukształtowanie oraz użytkowanie terenu, jak i brak w rejonie badań infrastruktury drogowej oraz zabudowań z punktu prowadzenia badań geofizycznych ocenić należy jako sprzyjające.

Celem badań geofizycznych, wykonywanych metodą tomografii elektrooporowej było określenie głębokości zalegania stropu starszego podłoża wykształconego w rejonie badań jako  wapienie i dolomity dewońskie.

Wynik tomografii elektrooporowej -ERT

Rysunek 1. Wynik tomografii elektrooporowej ERT

Wybór metody pomiarowej dla realizacji powyższego zadania podyktowany był:

1)  koniecznością osiągnięcia głębokości penetracji rzędu powyżej 50 m,                                    2) koniecznością uzyskania odpowiedniej do skali prac rozdzielczości pionowej i poziomej.   3) korzystnym z punktu widzenia prowadzenia prac geoelektrycznych kontrastem opornościowym pomiędzy wysokooporowymi skałami podłoża  a niskooporowym nadkładem.

Pomiary wykonano układami pomiarowymi Wenner oraz dipol-dipol. Do końcowej interpretacji wykorzystano dane zarejestrowane układem Wennera jako charakteryzujące się najlepszą w tym przypadku rozdzielczością poziomą i pionową. Pomiary wykonano z krokiem bazowym elektrod pomiarowych równym 4m, 5m oraz 7m. Zmiany kroku pomiarowego podyktowane były uzyskaniem odpowiedniej głębokości penetracji układu pomiarowego. Jako metodę uzupełniającą zastosowano metodykę badań sejsmicznych w wariancie badań MASW (wielokanałowa analiza fal powierzchniowych). 

Wynik MASW

Przy interpretacji geologicznej otrzymanych wyników przetwarzania danych pomiarowych przyjęto następujące założenia dotyczące wartości oporności elektrycznej dla utworów występujących na terenie badań.

- warstwa gruntów przypowierzchniowych – około 30 ohmm i mniej. Oporności te identyfikowane są z gruntami gliniastymi spotykanymi w rejonie badań. 

- warstwa przypowierzchniowych utworów gliniastych oraz piaszczystych – zakres rejestrowanych oporności na poziomie 30-70 ohmm (najprawdopodobniej są to gliny piaszczyste, przy wyższych opornościach przechodzące piaski gliniaste, paski)

 -  skała spękana - od 100 do 300 ohmm (skała o różnym stopniu spękania, przy czym wzrost wartości oporności odpowiada spadkowi stopnia spękania)

     - skała lita  - od 400 ohmm do 1000 ohmm (identyfikowana z twardymi niespękanymi skałami podłoża dolomitami oraz wapieniami)

Zgromadzone dane geoelektryczne poddane zostały procesowi przetwarzania celem otrzymania rozkładu rzeczywistych wartości oporności. W procesie tym otrzymano wyniki obarczone błędem inwersji na poziomie około 3  procent(Rysunek 1). Wynik taki należy uznać za bardzo dobry, pozwalający uznać wyniki interpretacji danych pomiarowych za wiarygodne.

Wynikiem przeprowadzonych badań sejsmicznych jest profil MASW (Rysunek 2). Przedstawia on rozkład prędkości fali poprzecznej V_S w badanym ośrodku. Zakres prędkości do 400m/s odpowiada glebie, 400-1200m/s zwietrzelinie a prędkości powyżej 1200 m/s identyfikowane są ze skałą litą wykształconą jako wapienie dewońskie.  Dzięki zastosowaniu metod sejsmicznych otrzymujemy szereg informacji o strefach uskokowych, spękaniach, urabialności skał do celów eksploatacji, parametrów geomechanicznych ośrodka skalnego a także wstępną informację o klasach górotworu (KFG, RMR) oraz modułów sprężystości i współczynnika Poissona.

Uzyskane dane pomiarowe umożliwiły inwestorowi analizę ekonomiczną opłacalności udostępnienia i eksploatacji złoża.

Kopalnia Serpentynitów

Celem badań było rozpoznanie geofizyczne ośrodka skalnego pod katem występowania skały serpentynitowej, oraz określenie lokalizacji ewentualnych stref spękań, stref nawodnionych w obrębie skały macierzystej.

Prace terenowe w kopalni odkrywkowej.

Wyraźny kontrast opornościowy pomiędzy skałą litą a strefami występowania skały spękanej (rysunek 4), skały o różnym stopniu zwietrzenia jest korzystny z punktu widzenia prowadzenia prac geoelektrycznych. Umożliwia na podstawie zarejestrowanego rozkładu oporności ocenę jakości skały budującej złoże.

Oporności skały litej i skały mało spękanej osiągają wartości na poziomie kilkuset do kilku tysięcy ohmm, natomiast skała spękana, również rumosz skalny, charakteryzuje się znacznie niższymi opornościami na poziomie kilkudziesięciu do 100 ohmm. Dodatkowo obecność wody w obrębie skały spękanej powoduje znaczne obniżenie obserwowanych wartości oporności znacząco wpływając na  poprawę kontrastu opornościowego.

Wynik tomografii elektrooporowej ERT.

Uzyskane wyniki badań elektrooporowych pozwalają na określenie obszarów, stref, w których jakość skały z uwagi na stopień spękania, wietrzenia jest niższa (strefy niskich oporności), oraz strefy występowania skały litej, mało spękanej ( strefy wysokooporowe)

Podsumowanie

W artykule przedstawione zostały niektóre aspekty wykorzystania badań geofizycznych w problematyce poszukiwań i eksploatacji złóż. Zaprezentowane metody, dzięki:

-ograniczeniu kosztów i czasu prac,

-wykonywaniu pomiarów bez ingerencji w środowisko przyrodnicze,

- zastosowaniu technologii „3D”

są atrakcyjną alternatywą, a  co najmniej koniecznym uzupełnieniem, czasochłonnych i kosztownych badań metodami tradycyjnymi opartymi głównie o wiercenia rdzeniowe.           

Na dzień dobry słit focia

Zboczenie zawodowe - coś dla miłośników piękna w skale. Zdjęcie zrobione gdzieś na trasie po bałkanach przesłane przez znajomego.

Coś tu się pokrzywiło ;) Dr Szewczyk miała by tu pole do popisu.

Początki bloga tego

I stało się !!!!! Mam bloga, trochę ubogiego w szatę graficzna ale to moje początki z "blogowaniem" więc dam sobie trochę czasu na dopracowanie detali.
Blog powstaje z myślą o dzieleniu się z Wami  moją wiedzą i doświadczeniem w zakresie geofizyki inżynierskiej , środowiskowej oraz geotechniki. Postaram się na bieżąco uzupełniać wpisami ciekawymi, lub po prostu będę pisał co mi ślina na język przyniesie ;)