NAWIERZCHNIE DROGOWE 2016

Stabilizacja gruntów spoistych przy

użyciu spoiw wapiennych

Dominik Małasiewicz

Stowarzyszenie Przemysłu Wapienniczego

Kraków, 25-11-2016

Wapno, ale jakie ?

… wapno niejedno ma imię …

2

Definicje - PN-EN 459-1

3

Wapno wapniowe

Wapno hydratyzowane

Wapno dolomitowe

Wapno suchogaszone

Wapno palone

Wapno budowlane

Wapno

Wapno powietrzne

Cykl „życia” wapna

4

START

Produkty

5

Otoczeni przez wapno…

6

Co możemy zrobić z gruntem?

7

Grunt

Ustabilizować Czasowo upłynnić

STABILIZACJA…

Stabilizacją gruntów nazywamy stosowanie

odpowiednich metod trwałego wzmacniania

i utrwalania gruntów w celach budowlanych.

Proces ma za zadanie podwyższyć

parametry no ne podłoża.

8

Jaki grunt, jakie spoiwo ?

9

Grunt

Spoisty (żliny, iły)

Niespoisty (Piaski, pospółki)

Wapno (wapno palone CaO)

Spoiwa

Cement

Spoiwa

10

Rekomendacje do uzyskania

wilgotno ci optymalnej - Wopt

żęs

tość

obj

ętoś

ciow

a sz

kiel

etu

grun

tow

ego

9 11 8 10 12

1,71

1,73

1,75

1,77

1,79

1,70

1,72

1,74

1,76

1,78

13

Wilgotność [%]

[g/cm3] Ca(OH)2 CaO

Reakcja z wodą

Wydzielenie ciepła

Rozcieńczenie

Przewilgocony Przesuszony

MLECZKO WAPIENNE

spoiwo wapienne do ulepszania i stabilizacji gruntów

11

Rekomendacja: grunty spoiste przesuszone

Wyposażenie do dozowania mleczka wapiennego

12

Dozowanie mleczka wapiennego

do gruntu

13

14

Rekomendacje do uzyskania

wilgotno ci optymalnej - Wopt

żęs

tość

obj

ętoś

ciow

a sz

kiel

etu

grun

tow

ego

9 11 8 10 12

1,71

1,73

1,75

1,77

1,79

1,70

1,72

1,74

1,76

1,78

13

Wilgotność [%]

[g/cm3] Ca(OH)2 CaO

Reakcja z wodą

Wydzielenie ciepła

Rozcieńczenie

Przewilgocony Przesuszony

WAPNO PALONE

spoiwo wapienne do ulepszania i stabilizacji gruntów

15

Rekomendacja: grunty spoiste przewilgocone

Jak stabililzować … ?

Rodzaje stabilizacji:

1) klasyczna (in situ, w miejscu)

2) mini stacja

16

Jak stabililzować … ?

Rodzaje stabilizacji:

1) klasyczna (in situ, w miejscu)

2) mini stacja

17

Krakow 18

1 – Rozło enie spoiwa 2 - Mieszanie

4 - Profilowanie 3 - Zagęszczanie

Szybko ć prowadzenia prac

Exemples de tambours de malaxage.

19

Recykler gwarantuje – szybko ć i dokładno ć

Wydajno ć – do 15000 m2/dzieńś głęboko ć mieszania do 56 cm

WAPNO PALONE

NISKO EMISYJNE

Idealne rozwiązanie dla terenów gęsto zaludnionych

20

21

Wapno standard

Jak to działa?

Stabilizacja gruntu niskoemisyjnym wapnem

Dodatek organiczny działa jak klej

łączący ze sobą najdrobniejsze

cząstki

Woda zawarta w gruncie powoduje

rozpad aglomeratów. Dlatego wapno

wykazuje taką samą reaktywność jak

tradycyjne wapna, lecz równocześnie

ma pozytywny wpływ na środowisko.

Emisja

pyłów

Wiatr

Idealny produkt dla terenów

zurbanizowanych

22

Modernizacja Al. Włókniarzy w Łodzi

Jak stabililzować … ?

Rodzaje stabilizacji:

1) klasyczna (in situ, w miejscu)

2) mini stacja

23

24

Mini-stacja mieszania w miejscu budowy gruntu ze spoiwem

Wapno

Grunt Grunt + wapno

Uzdatnianie gruntu wapnem

25

Friant Kern

Kanał nawadniający

długość - 240 km

– Wybudowany przez

Bureau of Reclamation

w 1946 r.

– Irrigation / supply the San

Joaquin Valley

• przepływ: 100 m3/s

• prędkość: 1,3 m/s

Problem: Osunięcie powiązane z ekspansywnymi wapieniami

(IP ~ 23-50)

Source: A. K. Howard + J. P. Bara, B. Reclam., 1976 26

Friant Kern

Zastosowane rozwiązanie:

6,4 km wybudowano z gruntu uzdatnionego wapnem w latach 1972-77

(4% wapno palone / 330 000 m3)

Source: G. Herrier et al., ICSE6, 2012

lady po zagęszczaniu

(walec okołkowany)

35 lat później

Odbudowane odcinki wymagają niewiele nakładów na utrzymanie

Sekcje z odbudowane z wapnem - 2007 i 2012r.

27

PO CO STABILIZOWAĆ

… TEN GRUNT JEST DOBRY !

CZY ABY NA PEWNO ???

28

Często występujące warunki gruntowe w obrębie inwestycji

29

Podtorze z gruntu osuszonego popiołami oraz na powietrzu (bez uzdatniania !!!)

30

Woda gruntowa

Zwarta Plastyczna Płynna

Ilo ć wody

Konsystencja

plastycznego

gruntu

Zmiana no no ci gruntu

Jesień 2011 roku

no no ć nasypu 60 MPa

Wiosna 2012 roku

no no ć nasypu < 15 Mpa

Przyczyna utraty no no ci:

grunt spoisty, opady deszczu, nieg, roztopy

31

EFEKTY

UZDATNIANIA I STABILIZACJI

WAPNEM PALONYM

32

H2O CaO Ca(OH)2 + Ciepło

Wapno poprawia urabialno ć gruntu

Spadek

wilgotno ci

gruntu

Floculates clays

Before lime treatment After lime treatment

33

34

Ulepszanie / uzdatnianie

W zale ności od warunków, 1% wapna palonego mo e obni yć wilgotność gruntu 1 do 5%

● CaO + H2O Ca(OH)2 + ciepło

● Aeracja gruntu związana z procesem jego mieszania

Efekt natychmiastowy - osuszenie gruntu

35

Dodatek wapna palonego,

a spadek wilgotności gruntu w czasie.

Dodatek wapna palonego,

a spadek wilgotności gruntu w czasie.

H2O CaO Ca(OH)2 + Heat

Decreases

moisture content

Zmiana struktury

gruntu

Grunt rodzimy po uzdatnieniu

36

Wapno poprawia urabialno ć gruntu

Ca2+

+

CSH

CAH

CASH Ca2+

Ca2+

Ca2+

...reakcja pucolanowa

Grunt rodzimy po uzdatnieniu wapnem 37

Porównanie gruntu rodzimego uzdatnionego

i rodzimego nieuzdatnionego.

38

Uzdatniony wapnem palonym

• Sypki

• Daje się łatwo zagęszczać

• Du a nośność

Grunt rodzimy

• Plastyczny

• Nie daje się zagęszczać

• Słaba nośność

0

20

40

60

80

100

120

140

160

12 65 100 300 700

Ko

he

zja

[k

Pa

]

kondycjonowanie [dni]

... poprawa własno ci mechanicznych

wzrost kohezji (c) stabilny kąt tarcia wewnętrznego (ϕ)

IP = 12; uzdatniony 3% wapna.

Grunt rodzimy - 0 dni kondycjonowania próbki

[source: G.Herrier et.al, ICSE 2012]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

12 65 100 300 700

Kąt

tarc

ia [

ϕ]

kondycjonowanie [dni]

39

... poprawa własno ci mechanicznych (2)

-

2

4

6

8

10

12

IP=7, 3% IP=14, 3% IP=22, 3% IP=7, 7% IP=14, 7% IP=22, 7%Wyt

rzym

ało

ć na

ci

skan

ie [

MP

a]

28 Days

180 Days

360 Days

3%

wapna

7%

wapna

0% wapna

(0,1-0,3 MPa)

Source: D. Little, Stabilization of pavement subgrades and base courses with lime, 1995 40

Odporno ć na działanie wody

przykładowe wyniki badań

Uziarnienie [%]

Rodzaj gruntu

Wilg

otno

ść n

atur

alna

Ilość

dod

atku

wap

na

źfek

tywn

y kąt

tarc

ia

wew

nętrz

nego

Wsp

ółcz

ynni

k filtr

acji

k [ cm

/s]

Wsk

ani

k po

row

atoś

ci e [-

]

żęs

tość

obj

ętoś

ciow

a sz

kiele

tu

gru

nto

we

go

Pd [g

/cm

3]

Mod

uł Y

oung

a [M

Pa

]

Wsk

ani

k za

gęsz

czen

ia

s [-]

Żrak

cja w

irowa

i kam

ieni

sta

Fra

kcja

pia

skow

a

Żrak

cja p

yłow

a

Żrak

cja iło

wa

0 40 39 21 żlina zwięzła, brązowa

14,6 0 28,43 4,15x10-6 0,43 1,906 28,5 0,99

18,0 2 35,10 2,88x10-6 0,49 1,827 56,3 0,99

16,6 6 44,28 8,72x10-7 0,57 1,738 76,7 0,95

18,8 10 37,70 3,05x10-7 0,55 1,742 102,7 0,99

0 12 60 28 żlina pylasta zwięzła,

brązowa

20,8 0 26,81 5,12x10-7 0,68 1,657 23,8 0,99

19,8 2 37,75 4,45x10-7 0,70 1,636 52,4 0,98

20,6 6 38,54 1,05x10-7 0,70 1,644 69,7 1,00

24,6 10 37,16 8,05x10-8 0,67 1,658 98,7 1,01

49 37 6 8 Pospółka gliniasta,

jasnobrązowa

10,8 0 40,13 7,06x10-4 0,31 2,058 50,4 0,98

10,5 2 41,01 6,15x10-4 0,38 1,957 73,4 0,96

13,3 6 43,19 3,74x10-4 0,42 1,910 110,8 0,95

17,2 10 43,89 1,85x10-4 0,47 1,839 143,0 0,95

57 30 9 4 wir gliniasty, brązowo-

popielaty

11,6 0 41,43 5,72x10-5 0,39 1,958 57,5 0,95

12,0 2 42,37 5,01x10-5 0,40 1,933 92,2 0,96

13,3 6 43,59 4,83x10-5 0,47 1,843 125,6 0,94

13,1 10 44,10 3,97x10-5 0,40 1,936 167,5 0,98

42

Przed testem 5 min 15 min 45 min

Wyniki badań

Rozszerzony test spoisto ci gruntu (ECT)

Próba w IFSTTAR 2011 (ex-LCPC)

- Grunt rodzimy; IP= 11; czas kondycjonowania próbek - 90 dni

Przed testem 15 godzin 45 godzin 5 godzin

Grunt uzdatniony wapnem 2 %; IP= 11; czas kondycjonowania próbek - 90 dni

Test na erozję

bez wapna

2% wapna i 3 dni kondycjonowania próbki

2% wapna i 7 dni

2% wapna i 20 dni

przed testem

po teście

195 Pa

2.9

c

eI

22 Pa

2.6

c

eI

267 Pa

3.0

c

eI

500 Pa (à affiner)c

43

Test na erozję

(MoJET)

• Test prowadzony w IFSTTAR 2011 (ex-LCPC) –

• Standardowa metoda: przepływ wody – 600 ml/min

• Zmodyfikowana metoda: przepływ wody – 2000 ml/min

IP = 11; grunt rodzimy– 90 dni kondycjonowania próbki

Czas trwania testu - 5 min

Sucha masa

m(t)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 2 4 6 8 10 12 14

temps (min)

masse c

um

ulé

e (

g)

2000 ml/min

600 ml/min R1

600 ml/min R2

przed po Test - 5 min

Standardowa metoda (600 ml/min)

grunt rodzimy 44

Water

After test

30 min

2 l/min

5 min / 600 ml/min

Grunt uzdatniony

Test na erozję (MoJET Test)

Grunt rodzimy

Test prowadzony w IFSTTAR 2011 (ex-LCPC)

Zmodyfikowana metoda: przepływ wody – 2000 ml/min

Grunt uzdatniony - 2% wapna

IP = 11; 90 dni kondycjonowania próbki

Czas trwania testu - 30 min

45

30 min / 2000 ml/min

Potęga

stabilizacji ! ! !

46

Fragment gruntu stabilizowanego wapnem po pięciu latach eksploatacji podtorza (przykład z Czech)

47

Przekrój próbki przeznaczonej

do badań

48

Siła stabilizacji ! ! !

49

Lime Treated Soil. Construction Manual. Lime Stabilization & Lime Modification – NLA, January 2004, USA

Dziękuję za uwagę

Wzmacnianie

Nawierzchni

Kraków, 2014

50

Technologia stabilizacji -

korzy ci

Ulepszanie i stabilizacja gruntów spoistych

wapnem palonym

Wzrost urabialności

Poprawa zagęszczalności

Wzrost nośności

Poprawa kohezji

Wzrost stabilności mechanicznej

Technologia powszechnie stosowana przy budowie

nasypów oraz platform ziemnych

51

Co przekłada się na …

Stabilna, no na podbudowa

pod nawierzchnią kolejową

Zmniejszenie grubo ci warstwy ochronnej

Skrócenie czasu

wykonywania robót ziemnych

Zmniejszenie nakładów finansowych

na modernizację w porównaniu z wymianą gruntu

Ochrona rodowiska

(zasoby naturalne, zanieczyszczenie)

52

Stabilizacja dzisiaj to:

• Efektywny sposób na wykorzystanie gruntów spoistych

przy budowie m.in. dróg, szlaków kolejowych,

platform pod lotniska, hale magazynowe i supermarkety

• Brak konieczno ci wymiany gruntów spoistych

• Szybko ć prowadzenia prac

• Duże korzy ci ekonomiczne dla inwestorów

i wykonawców

53