Badania geotechniczne i monitoring środowiska wodno

Stanisław Rymar
Doc. dr inż.
Instytut Politechniczny
PWSZ Krosno
Badania geotechniczne i monitoring środowiska wodnogruntowego nieodzownym elementem w planowaniu rozwoju
terenów poprzemysłowych
(zagadnienia techniczne i edukacyjne)
Artykuł dyskusyjny
Wstęp – eksploatacja i przeróbka surowców mineralnych jest zawsze naruszeniem
równowagi w środowisku przyrodniczym. Czynniki eksploatacyjne powodują
przekształcenia typu geochemicznego, fizyko-mechanicznego, czy termicznego. Naukową
prognozę zmian środowiska przyrodniczego w Polsce przedstawiono stosunkowo późno
(S.Jastrzębski-1976 Rozwój zagrożeń zależy przede wszystkim od charakteru górnictwa
(podziemne, odkrywkowe lub otworowe)Zagadnienia wpływu górnictwa odkrywkowego na
środowisko były opracowane znacznie wcześniej –1968 r(J.Pilawska). Problem był jednakże
w tym ,ze były prawie całkowicie pomijane przy projektowaniu i uruchamianiu nowych
odkrywek. Rodzaj zmian spowodowanych w środowisku wskutek eksploatacji
odkrywkowej(w tym surowców skalnych) został kompleksowo omówiony dopiero na I-szym
Krajowym Sympozjum pt. ”Wpływ eksploatacji surowców skalnych na środowisko
geologiczne”. Wtedy też sformułowane zostały rodzaje czynników powodujących zmiany
środowiskowe. Zaliczono do nich:
-
rodzaj surowca ,oraz budowę geologiczną złoża
-
warunki hydro-geologiczne
-
warunki inżyniersko-geologiczne
-
rodzaj wyrobiska
-
sposób urabiania i zwałowania
-
cel eksploatacji i sposób przeróbki
-
rozmiary eksploatacji
-
sposób zakończenia i rekultywacji.
Jednym z bardziej istotnych zagadnień jest określenie zasięgu wpływu projektowanej
eksploatacji i przeróbki na środowisko przyrodnicze. Najszerszy zasięg oddziaływania mają:
warunki hydrogeologiczne (osuszanie terenu, zanieczyszczenie wód powierzchniowych lub
wgłębnych oraz warunki atmosferyczne (zanieczyszczenia powietrza związane z przeróbką
surowców). Wśród w.w czynników powodujących zmiany środowiskowe najbardziej trudne i
kłopotliwe do wykonania jest ustalenie warunków geologiczno-inżynierskich, oraz
wykonanie projektu, a także samo zakończenie eksploatacji i rekultywacja terenu. Ogólnie
można przyjąć, że rekultywację terenów pogórniczych można prowadzić wg schematu:
(Schemat Nr 1)
Rekultywacja terenów pogórniczych
Schemat nr 1
Potrzeba ochrony powierzchni ziemi wynika z wielkości obszarów zajmowanych przez
górnictwo odkrywkowe. Szacunkowo można przyjąć ,że powierzchnia terenów w Polsce
zajmowana przez górnictwo odkrywkowe wynosi około 100 000 ha, w tym grupy kopalin:
węgiel brunatny 8500 piaski podsadzkowe 4500,siarka 2100(dane 1980 r) odkrywki w rejonie
kieleckim 4000 ha. Pozostałe to drobne żwirownie i kamieniołomy czynne okresowo. Część
dawnych wyrobisk górniczych przeznaczona została na składowiska odpadów komunalnych,
część została zrekultywowana, chociaż zasady rekultywacji dotyczące terenów pogórniczych
zostały sprecyzowane stosunkowo późno, bo dopiero Rozporządzeniem Rady Ministrów nr
303 z1972 r. Bardziej złożone procesy zagrożenia środowiska przyrodniczego związane są z
przemysłem przetwórczym, rozwijającym się wokół wyrobisk górniczych. Są to zakłady
stosujące flotację lub metody chemiczne. Wiele stosowanych technologii jest szczególnie
uciążliwa dla środowiska. Dotychczas problematyka złożowa była w zbyt małym stopniu
uwzględniana w trakcie opracowywania planów przestrzennego zagospodarowania. Jakie
przeszkody powodowały ten stan rzeczy?
Problemy planowania i monitoringu środowiska w rozwoju terenów poprzemysłowych.
W 1999 r zostaje opracowana przez Ministerstwo Środowiska „Instrukcja sporządzania mapy
warunków geologiczno-inżynierskich dla potrzeb planowania przestrzennego w gminach” Wwa 1999 r.
Data ta zbiega się zupełnie przypadkowo z datą powołania Państwowych Wyższych Szkół
Zawodowych (szczególnie na Podkarpaciu ich ilość jest znaczna) W swoich założeniach
mają przygotowywać kadry dla potrzeb Regionu. Uczelnie te jak również istniejące ośrodki
akademickie tworzą dość dynamicznie specjalności a później kierunki studiów o profilu
ochrona środowiska lub inżynieria środowiska, które w ówczesnym czasie cieszą się
znacznym zainteresowaniem. Bardzo szybko przychodzi jednakże refleksja: okazuje się ,że
nawet najbardziej ambitne plany i standardy studiów czy znakomita kadra naukowa nie
zastąpią bazy badawczej, laboratoryjnej, nie rozwiążą problemów projektowania bez oparcia
o aktualne (a więc nowoczesne technologie informatyczne). Część uczelni wybiera kierunek
„ochrona środowiska” część postanawia realizować typową inżynierię środowiska(w tej
drugiej grupie jest PWSZ Krosno) Pojawiają się nowe problemy. Od 2006 r zaczyna być
obowiązkowa nowa norma europejska dotycząca badań geotechnicznych i ustalająca nowe
kategorie geotechniczne. Zostają ustalone zasady doboru metod badań polowych podłoża
budowlanego ENV 1997 .3.ENV 1972.
Zestawienie metod badań polowych i laboratoryjnych gruntów .
Podstawowe wyposażenie laboratorium to już nie jak dotychczas młotek geologiczny, mapa,
lupa, notatnik, czy zbiory minerałów i skał. To są już rekwizyty. W celu obiektywizacji ocen
podłoża podstawową sprawą jest stosowanie w całej Europie jednakowych procedur w
badaniach polowych i laboratoryjnych. Jest oczywiste, że metoda wykonania badania ma
istotne znaczenie dla wartości uzyskanego wyniku. Podane wyżej normy badań są obszernekażda liczy ok.100 stron. W skrócie opracowana na ich podstawie metodyka badań wygląda
następująco (Schemat Nr 2)
Schemat Nr 2. Zestawienie metod badań polowych i laboratoryjnych gruntów
Przegląd wybranej aparatury badawczej laboratorium geotechniki i geologii
inżynierskiej Instytutu Politechnicznego PWSZ w Krośnie.
1. Płyta do badań dynamicznych - stosowana do badań nośności rozpatrywanej warstwy
podłoża. W praktyce używana w badaniach nasypów wykonanych w budownictwie
drogowym, kolejowym ,wałów przeciw powodziowych. Zalecana do rozpatrywania nośności
gruntów obciążanych dynamicznie w sposób niecykliczny.
Lekka płyta do badań właściwości dynamicznych
podłoża gruntowego typu HMP LFG ze
wskaźnikiem osiadania wraz z drukarką.
2. Sonda lekka typ SL- pozwala na określenie parametrów podłoża przez wbijanie.
Stosowana do wyznaczania stopnia zagęszczania gruntów niespoistych bez pobierania prób
do badań laboratoryjnych
Sonda lekka typ SL
3. Wiertnica i zestaw świdrów do wierceń otworów piezometrycznych i poboru prób
gruntu .Wiercenia badawcze są podstawowym rodzajem rozpoznania warunków gruntowowodnych w celu dokumentowania geologiczno-inżynierskiego Standardowe wyposażenie
laboratoryjne stanowi sprzęt :
Zestaw świdrów do wierceń otworów piezometrycznych i poboru prób gruntu
4. Edometr do badań odkształceń podłoża gruntowego w stanie jednoosiowego stanu
naprężeń ,oraz aparat AT-II do badań w trójosiowym stanie naprężeń
Edometr i aparat AT II
5. Wstrząsarka z kpl sit do oznaczeń stopnia granulacji gruntu
Wstrząsarka
6.Przyrząd do oznaczania kapilarności biernej – pozwala określać wysokość podnoszenia
wody włoskowatej w gruncie.
Przyrząd do oznaczania kapilarności biernej
7.Aparat Casagrande, a i Stożek Wasiliewa do oznaczania granicy płynności gruntu do oznaczania stopnai uplastycznienia gruntów.
Stożek Wasiliewa
8. Georadar – istotą badania georadarowego jest prześwietlanie gruntu wiązką fal
elektromagnetycznych o różnej częstotliwości, które odbijając się od wszelkich materiałów
dają obraz rur i kabli granic między warstwami, zawodnień, pustek oraz wszelkich
niejednorodności badanego ośrodka.
Georadar
Wykres interpretacyjny
Do tego należy dodać współczesne metody geodezyjne oparte o pomiary satelitarne, systemy
informacji przestrzennej GIS, GPS, to mamy obraz ogromu wiedzy jaką musi zdobyć
absolwent studiów inżynierskich, aby móc projektować i kształtować środowisko. W tym
miejscu, powinienem właściwie zakończyć. Pozostaje jednakże jeden bardzo ważny aspekt,
który korzystając z tak zacnego grona zgromadzonych chciałbym poruszyć – kształcenie
praktyczne popularnie określane jako praktyki. Nie można projektować, jeśli się nie wykona
własnych badań, obserwacji środowiskowych własnego monitoringu, jeśli się nie ma
minimum doświadczenia praktycznego. W tym obszarze występują znaczne trudności ale
również ogromne możliwości. Z tego względu cenne są każde inicjatywy. Sam zanim
zmierzyłem się z problemami edukacji odbyłem długą drogę emigranta poprzez spalarnie w
Chicago, londyńskie składowiska odpadów lokalizowane w starych wyrobiskach
pocegielnianych czy wreszcie spalarnie odpadów w Wiedniu projektowane nie tylko przez
inżynierów ale we współpracy z artystami (mówię tu o malarzu Fritzu Hundertwaserze).
Uważam, ze nasza młodzież (również ta wykształcona) wybierze pracę w Unii Europejskiej i
powinniśmy ją (każdy wg swoich możliwości ) do tego przygotować.