1

Geoinżynieria

Marek Cała

Katedra Katedra GeomechanikiGeomechaniki, Budownictwa i Geotechniki AGH , Budownictwa i Geotechniki AGH

GEOINŻYNIERIA• Geotechnical engineering (np. N. Morgenstern: „Common Ground”,

2000),

• Geotechnika (nazwa od 1920 i 1930r; wg. Z.Wiłuna „Geotechnika jest nauką o pracy i badaniach ośrodka gruntowego dla celów projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych i podziemnych oraz fundamentów budowli i nawierzchni drogowych ......Naukąpodstawową w geotechnice jest mechanika gruntów – nauka o fizycznych właściwościach ośrodka gruntowego oraz o stanach naprężenia i odkształcenia podłoża gruntowego pod wpływem działających obciążeń”. Mechanika gruntów zajmuje się głównie zagadnieniami trójfazowych ośrodków rozdrobnionych np. Braja M. Das, Renatto Lancellotta)

• Geoengineering (geoinżynieria) ( np. Sterling R., Godard J.P., 2000).

2

GEOINŻYNIERIA – nowe wyzwaniaGeonika - nauka zajmującą się rozwiązywaniem zagadnieńzwiązanych z przestrzenią podziemną.

Mechanika gruntów zupełnie pomija zagadnienia związane z ośrodkiem skalnym, z którym spotykamy się bardzo często budownictwie podziemnym ale również budownictwie naziemnym (np. budowle wykonywane w lub na fliszu karpackim - sztolnie w ŚwinnejPorębie, zapora i tunel hydrotechniczny w Niedzicy, tunel w Lalikach, również we fliszu karpackim; tunel pod wzgórzem Św.Bronisławy –wapień).

Inżynieria skalna (rock engineering) („Inżynieria skalna - nauka o pracy i badaniach ośrodka skalnego dla celów projektowania i wykonywania budowli ziemnych i podziemnych”. Nauką podstawowąinżynierii skalnej jest mechanika skał (rock mechanics) - nauka o fizycznych własnościach ośrodka skalnego oraz o stanach naprężenia i odkształcenia masywu skalnego pod wpływem działających obciążeń.

GEOINŻYNIERIA – nowe wyzwaniaGeoinżynieria, wykorzystuje wiedzę z zakresu mechaniki gruntów, mechaniki skał, geologii inżynierskiej i innych pokrewnych dyscyplin do projektowania i wykonywania budowli naziemnych i podziemnych, w przemyśle wydobywczym oraz inżynierii i ochronie środowiska. W uproszczony sposób nageoinżynierię składają się: geotechnika i inżynieria skalna.

GeotechnikaGeotechnical Engineering

Inżynieria SkalnaRock Engineering

GeoinżynieriaGeoengineering

Mechanika GruntówSoil Mechanics

Mechanika SkałRock Mechanics

GeomechanikaGeomechanics

3

GeoinżynieriaMe c ha n ika s kał

Ge ofizyka

Me cha nika oś rodków ciągłych

Mecha nika gruntówi funda me ntowa nie

Pra wo górnicze ,geologicznei budowla ne

Ge ologia i geologia inżynie rska

Geo che mia i g ospoda rkaodpa da mi

Wie rtnic twoHydrome cha nika , hydrogeologiai hydrologia

Me tody nume ryczne(MES, MEB, MRS,me tody hybrydowe )

Za rządzan ieryzykie m

Ruchy skorupy z ie ms kie j(trzę s ienia Ziemi, ws trzą sygórnicze, tąpania)

GEOINŻYNIERIA

Budownictwo p odziemne(komuna lne , hydrotechniczne )

Bu downictwo górnicze(s zyby, szybiki, sztolnie przekopy)

Inżynie ria ś rod owiska(podziemne i n adziemne składowiska o dpa dów)

Budownictwo komunikacyjne(nawierzchnie drogowe, kole jowe ,lotniska, na sypy i wykopy, tune le)

Górnictwo odkrywkowe(g łębokie wykopy i wysokie na sypy, za gadnie nia s tatecznościi deforma c ji pod łoża )

Powie rzchniowe kons trukcje ziemne(za pory zie mne , ta my, na sypy),

Funda me ntowa nie

Wzma cnia nie gruntów i ska ł

Mechanika zniszczenia

Wytrzyma łośćma teria łów

Materia ły budowlanei ge osynte tyki

Gruntoznawstwoinżynierskie

Badania polowe(wiercenia , son dowania,badania geofizyczne)

GEOINŻYNIERIA

• Międzynarodowe Stowarzyszenie Mechaniki Gruntów i Inżynierów Geomechaniki (International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering – ISSMGE),

• Międzynarodowe Towarzystwo Mechaniki Skał(International Society for Rock Mechanics – ISRM),

• Międzynarodowe Towarzystwo Geologii Inżynierskiej i Środowiska (International Association of Engineering Geology and the Environment – IAEG)

4

GEOINŻYNIERIA

• Międzynarodowe Stowarzyszenie Geosyntetyków (International Geosynthetics Society – IGS)

• Międzynarodowe Towarzystwo Tunelowania (International Tunneling Association – ITA)

• Międzynarodowe Towarzystwo Hydrogeologów (International Association of Hydrogeologists – IAH)

• Międzynarodowa Komisja dla Dużych Zapór (International Commission on Large Dams – ICOLD)

• Międzynarodowe Towarzystwo Metod Komputerowych i Zastosowań w Geomechanice (International Association for Computer Method and Advances in Geomechanics – IACMAG)

Geoinżynieria

5

• for land use and location reasons (subway, car parks, public facilities)

• for isolation considerations (climate, natural disasters, earthquakes)

• for environmental preservation (aesthetics, ecology)• for topographic reasons (tunnels beneath mountains,

rivers etc.)• for societal reasons (water and waste water

transportation, transportation)

We have to go underground to stay on the top!(Charles Fairhurst)

Go Underground

• Underground medium is a space that can provide the setting for activities or infrastructures that are difficult, impossible, environmentally undesirable or less profitable to install above ground.

• Underground space offers a natural protection to whatever is placed underground

• The containment created by undergound structures protects the surface environment from the risks / disturbances inherents in certain types of activities

• Underground space is opaque : an underground structure is only visible at the point(s) where it connects to the surface.

Fundamental characteristics of underground space

6

GEOINŻYNIERIA – nowe wyzwania

W środkach masowego przekazu informuje się o ogromnych osuwiskach, potokach błota, trzęsieniach ziemi, powodziach, zagrożeniach ekologicznych i innych naturalnych zagrożeniach z dziesiątkami wypadków śmiertelnych i wielu tysiącami ludzi nimi dotkniętych. Głównym powodem są zmiany klimatyczne i rosnące przeludnienie Ziemi. Nauka i praktyka muszą byćprzygotowane na nadchodzące wyzwania.

Historia magistra vitae !

Dodatkowo, rezygnując z opinii geotechnika, zyskujemy 2 miesiące i oszczędzamy ponad 700 lirów...

Piza, XII wiek

7

Tunele wykonane w starożytności

Tunel króla Ezechiasza – 701 p.n.e.

Tunele wykonane w starożytności

8

Tunel Świętego Gotharda Szwajcaria (druga połowa XIX wieku)

Tarcze wiertnicze - TBM

9

Mikrotuneling – technologia bezwykopowa

Mikrotuneling – technologia bezwykopowa

10

Tarcze wiertnicze - TBM

Tarcze wiertnicze - TBM

11

Sieć tuneli łączących kontynenty

Oresund – most – tunel

12

Oresund – most – tunel

Wlot tuneluWlot tunelu

Przekrój przez tunel Przekrój przez tunel Segment tunelu

Segment tunelu

Panorama – most – wyspaPanorama – most – wyspa

Oresund – most – tunel

Fabryka segmentów tunelu Fabryka segmentów tunelu

Transport segmentu tuneluTransport segmentu tunelu

Segment tunelu pod wodąSegment tunelu pod wodą

13

Eurotunnel - Chunnel

Eurotunnel - Chunnel

14

Eurotunnel - Chunnel

Tunel łączący Europę z Afryką

Widok od południa

Widok od zachodu

15

Tunel łączący Europę z Afryką

Tunel Japonia – Korea

16

Tunel Japonia – Korea

68 47 17

Tunel pod cieśniną Beringa - Strunnel

17

Tunel Seikan

• 168 tys. Ton stali

• 6330000 m3 urobku

• 1740000 m3 betonu

• 13800000 ludzi

Tunel pod Zatoką Tokijską

18

Tunel pod Zatoką Tokijską

4.4 km9,5 km

Tunel Paijanne – najdłuższy tunel świata

19

The Lesotho Highlands Water Project

Tama Katse 1950 mil. m3 Tunel transferowy

45 km

Tama Muela 6 mil. m3

The Lesotho Highlands Water Project

Tunele dostarczające („delivery”) północny i południowy - 37 km

Tama Mohale 947 mil. m3

20

The Lesotho Highlands Water Project

Tunel łączący („interconnecting”) 32 km długości, 4.5 m średnicy

Tunel Matsoku, 6.4 km

Tunele na świecie

Finlandia – Zielony most nad autostradą

Szwajcaria – wlot tunelu Mont Russelin

Amsterdam, tunel Noord

21

Gothard Base Tunnel

Tunel Wisłostrady w Warszawie

Przekrój poprzeczny

22

Tunel Wisłostrady w Warszawie

Projektowanie obudowy tuneli

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

13-May-02 16:06 step 143 -9.561E+00 <x< 1.682E+01 -4.279E+01 <y< -1.640E+01

Boundary plot

0 5E 0

Plasticity Indicator Marked GridpointsGrid plot

0 5E 0

-4.000

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

(*10^1)

-0.500 0.000 0.500 1.000 1.500(*10^1)

JOB TITLE : .

Marek Cala Katedra Geomechaniki

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

13-May-02 16:07 step 2682 -9.561E+00 <x< 1.682E+01 -4.279E+01 <y< -1.640E+01

Boundary plot

0 5E 0

Displacement vectorsScaled to Max = 1.000E-02Max Vector = 6.804E-03

0 2E -2

Plasticity Indicator* at yield in shear or vol.X elastic, at yield in pastBeam Plot#10 (Beam ) 7.309E+05Cable PlotAxial Force onStructure Max. Value# 1 (Cable) -2.057E+04

-4.000

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

(*10^1)

-0.500 0.000 0.500 1.000 1.500(*10^1)

JOB TITLE : .

Marek Cala Katedra Geomechaniki

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

13-May-02 16:07 step 6300 -9.561E+00 <x< 1.682E+01 -4.279E+01 <y< -1.640E+01

Boundary plot

0 5E 0

Displacement vectorsScaled to Max = 4.000E-02Max Vector = 2.279E-02

0 1E -1

Plasticity Indicator* at yield in shear or vol.X elastic, at yield in pastBeam Plot#10 (Beam ) 1.067E+06#11 (Beam ) 7.984E+04#16 (Beam ) 7.895E+05Cable PlotAxial Force on

-4.000

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

(*10^1)

-0.500 0.000 0.500 1.000 1.500(*10^1)

JOB TITLE : .

Marek Cala Katedra Geomechaniki

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

13-May-02 16:08 step 8274 -9.561E+00 <x< 1.682E+01 -4.279E+01 <y< -1.640E+01

Boundary plot

0 5E 0

Displacement vectorsScaled to Max = 4.000E-02Max Vector = 2.299E-02

0 1E -1

Plasticity Indicator* at yield in shear or vol.X elastic, at yield in pastBeam Plot#10 (Beam ) 1.042E+06#15 (Beam ) 7.897E+05#16 (Beam ) 3.092E+05Cable PlotAxial Force on

-4.000

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

(*10^1)

-0.500 0.000 0.500 1.000 1.500(*10^1)

JOB TITLE : .

Marek Cala Katedra Geomechaniki

23

Podziemia miast polskich

• Chełmskie Podziemia Kredowe. Wyrobiska po eksploatacji kredy piszącej.

• Lochy Sandomierza. Zespół piwnic kupieckich od XV wieku.

• Podziemna trasa w Jarosławiu. Zespół piwnic i składów kupieckich pochodzących z XV-XVII w.

• Podziemia Opatowskie. Wielokondygnacyjny zespół piwnic kupieckich z XII-XIV wieku.

• Podziemia Kłodzkie. Sieć korytarzy i komór o charakterze gospodarczym i militarnym.

•Piwnice Rzeszowskie. Zespół 34 piwnic pod kamienicami i płytą Rynku z XV-XX w.

•Podziemia Twierdzy Kłodzkiej. Zespół fortyfikacyjny.

•Podziemia Przemyśla. Zespół piwnic kupieckich od XV wieku.

•Podziemna trasa w Bystrzycy Kłodzkiej. Zespółpołączonych korytarzami piwnic kupieckich od XV wieku.

Podziemia miast polskich

24

Podziemia miast

polskich

Podziemia miast polskich - Chełm

Chełmskie Podziemia Kredowe

Komora odkrywców

Komora księcia DanielaKomora pod rynkiem

„Szyja murowana”

25

Podziemia miast polskich - Opatów

Podziemia miast polskich - Sandomierz

26

Podziemia miast polskich - Sandomierz

Podziemia miast polskich - Jarosław

27

Podziemia miast polskich - Przemyśl

Podziemia miast polskich – Bystrzyca Kłodzka

28

Podziemia miast polskich –Kłodzko

Podziemia miast polskich – twierdza Kłodzko

29

Podziemia miast polskich – Rzeszów

Podziemia miast polskich – Wieliczka

30

Podziemia miast polskich – Bochnia

Krzemionki Opatowskie

31

Realizacja zabezpieczeń

skrzydła zachodniego

Zamku Średniego w Malborku

Muzeum Zamkowe w Malborku POMNIK

HISTORII od 1998 r. na liście

Światowego Dziedzictwa

Kulturalnego i Naturalnego UNESCO

Realizacja zabezpieczeń

skrzydła zachodniego

Zamku Średniego w Malborku

32

Podziemia miast polskich - Kraków

Podziemia Kościoła Św. Kazimierza przy ulicy Reformackiej

Podziemia miast polskich - Kraków

33

Podziemia miast polskich - Kraków