Foundation systems for sustainable revitalisation of spoil dump areas

• Autorzy: Kantesaria Naman , Cui Ge , Garala Thejesh Kumar , Doan Nhat-Phi , Halder Koushik , Heron Charles M. , Marshall Alec M.

Warianty tytułu

PL

Systemy fundamentowania w zrównoważonej rewitalizacji terenów zwałowisk pogórniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The design of foundations systems is well established in the literature and codes of practice. However, these are generally applicable to well characterised, homogenous ground conditions. Spoil materials represent a significant challenge when implementing these design procedures due to their time-dependent characteristics, their spatial variability , and the likelihood that they will consist of low strength/stiffness materials. As such, careful consideration is required when designing foundation systems on spoil materials, especially for sensitive structures such as wind turbines. Physical modelling experiments using a geotechnical centrifuge were conducted to study the spoil-foundation system interaction. In these tests, an equivalent spoil was used that provided satisfactory reproduction of key physical and mechanical characteristics of a real spoil material. Three types of foundation systems were considered in the centrifuge tests: (1) raft foundation, (2) pile-group foundation, and (3) pile-raft foundation. The long-term cyclic loading of 87kN, 171kN and 460kN maximum cyclic load were used for the raft foundation. A higher cyclic load of 501kN was applied to the pile-group and pile-raft foundations. To evaluate the effect of climatic condition variations on spoil-foundation interactions, the centrifuge tests were carried out at different water table levels within the spoil material. The experimental results were analysed in terms of foundation rotation and foundation vertical settlement. The raft foundation rotated around 0.1-0.2 degrees and vertically displaced by 5-10 mm, whereas the pile-group rotated about 0.6-0.8 degrees and vertically displaced by 20-30 mm due to long-term cyclic loading. The pile-raft foundation displayed better response as compared to pile-group foundation.

PL

Projektowanie systemów fundamentowych jest dobrze ugruntowane w literaturze i w praktyce. Systemy te mają jednak zastosowanie do dobrze scharakteryzowanych, jednorodnych warunków gruntowych. Materiały zwałowe stanowią poważne wyzwanie przy wdrażaniu procedur projektowych ze względu na ich charakterystykę zależną od czasu, ich zmienność przestrzenną oraz duże prawdopodobieństwo, że będą się składać z materiałów o niskiej wytrzymałości/sztywności. W związku z tym, projektowanie systemów fundamentowych na zwałowiskach, szczególnie w przypadku wrażliwych konstrukcji, takich jak turbiny wiatrowe, wymaga starannego podejścia. W celu zbadania interakcji pomiędzy materiałem zwałowym a systemem fundamentowym przeprowadzono eksperymenty modelowania fizycznego z wykorzystaniem wirówki geotechnicznej. W badaniach tych zastosowano materiał równoważny, który zapewniał zadowalające odzwierciedlenie kluczowych cech fizycznych i mechanicznych rzeczywistego materiału. W badaniach wirówkowych rozpatrywano trzy rodzaje systemów fundamentowych: (1) fundamenty płytowe, (2) fundamenty wielopalowe oraz (3) fundamenty palowo-płytowe. Dla fundamentów płytowych zastosowano długotrwałe obciążenie cykliczne o maksymalnej wartości 87kN, 171kN i 460kN. Dla fundamentów wielopalowych i palowo-płytowych zastosowano większe obciążenie cykliczne - 501kN. W celu oceny wpływu zmienności warunków klimatycznych na interakcje zwałowisko-fundamenty, przeprowadzono badania wirówkowe przy różnych poziomach zwierciadła wody w obrębie zwałowiska. Wyniki eksperymentów analizowano pod kątem rotacji fundamentu i jego osiadania pionowego. W wyniku długotrwałego obciążenia cyklicznego fundament płytowy obrócił się o około 0,1-0,2 stopnia i przesunął w pionie o 5-10 mm, natomiast fundament wielopalowy obrócił się o około 0,6-0,8 stopnia i przesunął w pionie o 20-30 mm. Fundamenty palowo-płytowe odznaczały się lepszą reakcją w porównaniu do fundamentu wielopalowego.

Słowa kluczowe

EN

physical modelling; centrifuge test; spoil material; foundation system; pile foundation; raft foundation

PL

modelowanie fizyczne; badanie wirówkowe; materiał zwałowy; system fundamentowy; fundament palowy; fundament płytowy

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 63, nr 4
• Strony: 10--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz.

Twórcy

autor

Kantesaria Naman

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

autor

Cui Ge

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

autor

Garala Thejesh Kumar

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

autor

Doan Nhat-Phi

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

autor

Halder Koushik

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

autor

Heron Charles M.

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

autor

Marshall Alec M.

• Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom

Bibliografia

• [1] Bhattacharya, S., Gaudin, C., Bienen, B., Cox, J. A., O’Loughlin, C. D., & Cassidy, M. (2014). Centrifuge study on the cyclic performance of caissons in sand. International Journal of Physical Modelling in Geotechnics, 14(4), 99-115.
• [2] Dobry, R., and Vucetic, M. (1987). State-of-the-art report: Dynamic properties and response of soft clay deposits. Proc., Int. Symp. on Geotechnical Engineering of Soft Soils, M. J. Mendoza and L. Montanez, Sociedad Mexicana de Mecanica de Suelos, Mexico City, 51-87.
• [3] Garala T. K., Cui G., Kantesaria N., Heron C., and Marshall A. (2022). Uniform compacted models for centrifuge testing of plastic fine-grained soils. 10th International Conference on Physical Modelling in Geotechnics, Daejeon, Korea, September 19-23, 2022.
• [4] McMahon, B.T., Bolton, M.D. (2014). Centrifuge experiments on the settlement of circular foundations on clay. Canadian Geotechnical Journal, 51 (6): 610-620.
• [5] Zevgolis, I. E., Theocharis, A. I., Deliveris, A. V., Koukouzas, N. C., Roumpos, C., & Marshall, A. M. (2021). Geotechnical characterization of fine-grained spoil material from surface coal mines. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 147 (7).

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).