Segmentowe mury oporowe - Piotr Jermołowicz | Inżynieria

Transkrypt

Segmentowe mury oporowe.
Zasady projektowania.
Opracował: Piotr Jermołowicz
tel. 501 293 746
e-mail : [email protected]
Szczecin, 12 kwietnia 2011 r.
Koszalin, 13 kwietnia 2011 r.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
1.! Wstęp.
Ściany oporowe według PN-83/B-03010 to budowle utrzymujące w stanie statecznym
uskok naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych albo innych materiałów rozdrobnionych,
które można scharakteryzować parametrami geotechnicznymi !, Ø, c, oraz E0 i v.
Wszelkiego rodzaju konstrukcje oporowe przeznaczone są do przejmowania i przekazywania
w podłoże bocznego parcia gruntu.
Obecnie kierunkiem rozwoju konstrukcji oporowych jest dążenie do rozwiązań
wymagających możliwie małego zużycia materiałów: drewna, stali i betonu poprzez:
•" dokładniejsze poznawanie i racjonalniejsze wykorzystywanie zjawisk występujących
w gruncie, w szczególności parcia i odporu gruntu,
•" doskonalenie ukształtowania konstrukcji,
•" włączanie gruntu do współpracy z konstrukcjami przenoszącymi siły boczne,
•" stosowanie środków zmniejszających boczne parcie gruntu,
•" budowę ścian szczelinowych,
•" kotwy gruntowe i
•" stosowanie gruntu zbrojonego ze wszelkiego rodzaju okładzinami.
Rys. 1. Przykłady konstrukcji oporowych.
2.! Podstawowe określenia.
Projektowanie konstrukcji oporowej składa się z następujących czynności :
1." Uzyskanie danych niezbędnych do opracowania projektu.
2." Wybranie rodzaju i przyjęcie wstępnych wymiarów konstrukcji.
3." Obliczenie parcia gruntu i innych obciążeń konstrukcji.
4." Sprawdzenie stateczności konstrukcji.
5." Analiza stateczności fundamentu.
6." Zaprojektowanie elementów konstrukcyjnych.
7." Rozwiązanie drenażu zasypki.
8." Oszacowanie osiadań i innych przemieszczeń konstrukcji.
Rys.2. Elementy projektowania geotechnicznego wg. EC 7.
Danymi niezbędnymi do projektu są:
•" założenia konstrukcyjne i użytkowe oraz
•" szczegółowe informacje o warunkach gruntowych, wodnych i terenowych w
miejscu zamierzonej budowy.
Założenia powinny określić warunki użytkowania konstrukcji oporowej, w tym obciążenie
zewnętrzne.
Rys. 3. Schemat sił działających na konstrukcję oporową. 1-ciężar konstrukcji, 2-obciążenie naziomu,
3- parcie gruntu (czynne lub geostatyczne), 4-odpór gruntu (parcie bierne lub geostatyczne),
5-tarcie między gruntem, a powierzchnią konstrukcji, 6-skladowa normalna oddziaływania podłoża,
7-składowa styczna oddziaływania podłoża (opór na stopnie fundamentu)
Głównym obciążeniem konstrukcji oporowej jest boczny nacisk gruntu tj. jego parcie i odpór.
Wartość, rozkład i kierunek bocznego nacisku gruntu zależą od:
•" cech gruntu (kąta tarcia wewnętrznego Ø, spójności c, ciężaru objętościowego !),
•" wysokości i kształtu konstrukcji,
•" współczynnika tarcia gruntu o konstrukcję oraz
•" wartości i kierunku działania obciążeń zewnętrznych,
•" a także w dużym stopniu, od podatności konstrukcji oporowej.
Dlatego przy projektowaniu podstawowe znaczenie ma określenie odkształceń i
przemieszczeń konstrukcji oporowej.
W przypadku konstrukcji nieodkształcalnej i nieulegającej przemieszczeniom podparty przez
nią grunt wywiera na konstrukcję nacisk boczny nazywany parciem spoczynkowym lub
geostatycznym.
Gdy konstrukcja oporowa odkształca się lub przemieszcza w kierunku działania parcia, to już
przy przesunięciu wynoszącym ułamek procentu wysokości konstrukcji nacisk boczny gruntu
maleje w porównaniu do parcia spoczynkowego. Minimalna wartość bocznego nacisku gruntu
jest nazywana parciem czynnym. przesunięcie powodujące wystąpienie parcia czynnego
może być wywołane nawet przez nieznaczne odkształcenie podłoża fundamentu konstrukcji.
Zwykle przyjmuje się, że parcie czynne występuje przy przesunięciu wynoszącym 0,5 %
wysokości konstrukcji. Gdy natomiast jej przesunięcie jest mniejsze niż wywołujące parcie
czynne, wtedy wartość bocznego nacisku gruntu jest większa niż parcie czynne, a mniejsza
niż parcie spoczynkowe. Ten nacisk gruntu nazwano parciem czynnym zwiększonym lub
pośrednim. W przypadku przesuwania się konstrukcji w kierunku gruntu jego opór jest
większy niż parcie spoczynkowe. Opór ten nazwano odporem gruntu. Przy zwiększaniu
przesunięcia konstrukcji w kierunku gruntu opór rośnie do wartości granicznej nazwanej
parciem biernym. badania modelowe wskazują, że ten rodzaj parcia występuje przy
przesunięciu od 2 do 10 % wysokości konstrukcji. Ruch gruntu towarzyszący parciu
czynnemu ma zasięg znacznie mniejszy niż przy odporze.
Tak więc projektowanie geotechniczne i wytrzymałościowe ścian oporowych jest bardzo
złożone ze względu na problemy związane z oceną parametrów geotechnicznych do
projektowania i modeli obliczeniowych. Grunt jest zarazem elementem nośnym jak, i
obciążeniem konstrukcji (które ponadto zależy od przemieszczeń konstrukcji).
W obliczeniach dotyczących stanów granicznych wyróżnia się parcia charakterystyczne i
obliczeniowe. Parcia charakterystyczne wyznacza się w oparciu o charakterystyczne wartości
parametrów geotechnicznych. Parcia obliczeniowe wyznacza się z uwzględnieniem
cząstkowych współczynników bezpieczeństwa.
3.! Badania podłoża. Rozpoznanie właściwości fizyko-mechanicznych
gruntów zalegających w podłożu.
Zgodnie z Rozporządzeniem MSWiA nr 839 w sprawie ustalenia geotechnicznych
warunków posadawiania obiektów budowlanych ściany oporowe ( z wyjątkiem tych, gdzie
uskok terenu jest mniejszy od 2 m) zaliczane są do Drugiej Kategorii Geotechnicznej
obiektów budowlanych. Wynikają z tego określone wymagania dotyczące ilościowej oceny
danych geotechnicznych i ich analizy. Szczegółowe zalecenia dotyczące metod określania
parametrów geotechnicznych oraz zakres i metody obliczeń można znaleźć w normie.
Badania podłoża powinny być wykonane 2 – 3 etapowo:
etap 0 – wstępne w fazie studiów do wyboru lokalizacji trasy lub budowli i oceny
wykonalności ( w tej fazie często można uniknąć sytuowania obiektów na słabych
gruntach lub ograniczyć ich wpływ),
etap I – podstawowe do uzyskania decyzji lokalizacyjnej albo do projektu budowlanego służą one do zaprojektowania konstrukcji oraz do wstępnego wyboru metod
budowy,
etap II – uzupełniające lub kontrolne w fazie projektowania lub budowy obiektu,
uściślające zakres terenowy lub przedmiotowy badań, m.in. właściwości słabych
warstw pod kątem ich wzmocnienia oraz gruntów przydatnych do użycia jako
materiału do robót ziemnych.
Ogólnie zakres badań powinien umożliwiać określenie na ich podstawie warstw
geotechnicznych z dokładnością odpowiadającą wymaganiom obliczeń nośności i
stateczności budowli. Podłoże powinno być rozpoznane do głębokości strefy aktywnej
oddziaływania budowli i zakończyć się w warstwie gruntów nośnych.
Cechy podłoża należy ustalić na podstawie wierceń lub wykopów badawczych, sondowań i
innych badań polowych, badań makroskopowych oraz szczegółowych badań laboratoryjnych.
W każdym przypadku należy zwrócić uwagę na :
•" budowę geologiczną i właściwości geotechniczne podłoża, a szczególnie miąższość i
rodzaj warstw słabych oraz poziom stropu podłoża nośnego,
•" niejednorodności budowy podłoża i występowanie lokalnych gniazd lub soczewek
słabych gruntów,
•" rodzaj i uziarnienie gruntów, parametry geotechniczne, szczególnie słabych warstw
wymagających wzmocnienia lub ulepszenia,
•" prognozowane zmiany właściwości gruntów w wyniku ich wzmocnienia,
•" warunki hydrologiczne: poziomy wód gruntowych, nawierconych i ustabilizowanych,
kierunek ich przepływu, prognoza zmian stanów wód,
•" właściwości chemiczne, zanieczyszczenia gruntu i wód gruntowych oraz ich
agresywność,
•" przeszkody w podłożu mogące utrudnić roboty.
Zbadanie warunków gruntowych powinien zapewnić inwestor. Pełne wyniki badań powinny
być dostępne dla projektanta i wykonawcy przed sfinalizowaniem warunków kontraktu.
Jednak regułą jest, że dane te są dalece niewystarczające – tak do projektu, jak i do
przygotowania inwestycji.
Tab.1. Przykład niekompletnego zestawienia właściwości fizyko-mechanicznych gruntów.
Główny cel badań
Zalecane rodzaje badań
układ i rodzaj słabych warstw -wiercenia, pobranie i badania próbek, uziarnienia itp.;
orientacyjnie : sondowania, zwł. statyczne CPT
warunki wodne
- wiercenia, pomiary w piezometrach, sonda CPT-U
rodzaj gruntu, uziarnienie
- badania próbek gruntu, uziarnienia, części organiczne
ściśliwość słabego podłoża
- presjometr, próbne obciążenie płytą 0,5 – 1 m2,
wielkowymiarowe 4 – 10 m2, M, M0
wytrzymałość na ścinanie
- ścinanie obrotowe VT, sonda CPT, presjometr, Ø, C
stan zagęszczenia
- sondy statyczne CPT, dynamiczne SD
przepuszczalność gruntu
- pomiar współczynnika frakcji k10, próbne
pompowania
czas konsolidacji
- współczynnik filtracji k10, współczynnik konsolidacji,
- próbne obciążenie
wytrzymałość i trwałość - próbne mieszania (laboratoryjne, terenowe), badania
mieszanek
próbek, sondowania kolumn, próbne obciążenia
- sondy CPT, SD, presjometr
Tab. 2. Zalecane metody badań podłoża i określenia parametrów gruntu
Eurokod 7-1 wprowadza podział dokumentacji badań podłoża na raport badań ( zawierający
fakty: wyniki badań, opis stosowanych procedur) sporządzony w ramach dokumentacji
geologiczno-inżynierskiej lub geotechnicznej, oraz część interpretacyjną z wnioskami
realizacyjnymi („ocenę geotechnicznych warunków posadowienia” lub projekt geologiczno –
konstrukcyjny) wykonywaną przez inżyniera-geotechnika lub konstruktora. Ta druga część
podaje charakterystyczne parametry warstw podłoża. Eurokod określa je ogólnie jako
„ostrożne oszacowanie wartości wpływających na wystąpienie rozpatrywanego stanu
granicznego”. Wartość „wprowadzona” nie jest więc wartością średnią lub wyznaczoną z
określonym prawdopodobieństwem metodami analizy statycznej, lecz wartością ekspercką.
Wybór wartości jest elementem „sztuki budowlanej”; zależy on w dużym stopniu od
doświadczenia i wiedzy projektanta. Tak wyznaczone parametry służą do określenia wartości
obliczeniowych do projektowania budowli. Procedura wyznaczania parametrów według
Eurokodu 7-1 wprowadza ogólnie większe zapasy bezpieczeństwa niż obecne normy.
Eurokod 7-2 zawiera m.in. dane do interpretacji wyników różnych badań (polowych,
laboratoryjnych) i przykładowe sposoby wyznaczania parametrów potrzebnych do
projektowania. Wymagają one kalibrowania korelacji w warunkach polskich,
Tych wszystkich norm trzeba się będzie wkrótce nauczyć !
4.! Nowoczesne konstrukcje oporowe.
Konstrukcje oporowe stanowią niezbędny element każdego projektu w dziedzinie
drogownictwa. Stosowane są nie tylko w przyczółkach mostów i skrzydłach przyczółków, ale
również do stabilizacji skarp oraz w celu ograniczania zajęcia pasa drogowego przez nasypy.
Przez wiele lat konstrukcje oporowe wykonywano właściwie wyłącznie z betonu zbrojonego,
w postaci ścian masywnych lub wspornikowych, które są w zasadzie sztywnymi
konstrukcjami i nie są w stanie wytrzymać bardzo nierównomiernego osiadania, chyba że
zostaną posadowione na głębokich fundamentach. Wraz ze wzrostem wysokości masywu
gruntowego, który ma zostać utrzymany przez ścianę oraz w trudnych warunkach gruntowych
gwałtownie rośnie koszt budowy ścian oporowych z betonu zbrojonego.
Ściany oporowe z gruntem zbrojonym oraz skarpy z gruntu zbrojonego to niedrogie
konstrukcje oporowe, które znoszą osiadanie o wiele lepiej niż ściany z betonu zbrojonego.
Kładąc w gruncie rozciągliwe elementy zbrojeniowe (materiały wzmacniające), możemy
znacznie zwiększyć wytrzymałość gruntu, dzięki czemu pionowe lico układu grunt/zbrojenie
jest zasadniczo samonośne. Zastosowanie oblicowania, aby zapobiec wydostawaniu się
gruntu spomiędzy elementów zbrojeniowych umożliwia bezpieczną budowę bardzo stromych
skarp i pionowych ścian. W pewnych przypadkach materiały wzmacniające mogą również
wytrzymać zginanie wskutek działania naprężeń ścinających, zwiększając dodatkowo
stateczność systemu.
Pionierem współczesnych metod zbrojenia gruntów do budowy ścian oporowych był
francuski architekt i inżynier Henri Vidal na początku lat 60 XX w. Jego badania
doprowadziły do wynalazku i rozwoju systemu Reinforced Earth®, w którym do zbrojenia
stosuje się taśmy stalowe.
Obecnie większość patentów dotyczących budowli lub elementów systemów z gruntem
zbrojonym już wygasła, dzięki czemu dostępnych jest wiele systemów lub elementów, które
wykonawca może zakupić i wybudować samodzielnie. Niewygasłe patenty dotyczą głównie
metod łączenia zbrojenia z licem konstrukcji.
Konstrukcje oporowe z gruntu zbrojonego geosyntetykami to konstrukcje, w których
naprężenia rozciągające przejmowane są przez odpowiednio dobrane i rozmieszczone
wkładki polimerowe.
!"#$%&'($')*+#,- .'
!"#$%&'($'
Rys. 4. Konstrukcja oporowa z gruntu zbrojonego.
Oblicowanie w konstrukcjach ścian oporowych w zależności od charakteru pracy dzieli się na
systemy :
•" aktywne, tj. gdy lico ściany oporowej jest elementem bloku z gruntu zbrojonego,
•" bierne, tj. gdy lico pełni funkcję estetyczną i jest traktowane jako element
wykończeniowy zamkniętych konstrukcji gruntu zbrojonego.
a)"
b)
!"#$%&"
'()*+,-"(.-#/"
Rys.5. Konstrukcja oporowa z oblicowaniem (segmentowy mur oporowy)
a)" system aktywny, b) system bierny
Pomimo upływu ponad 25 lat od pierwszych zastosowań gruntu zbrojonego brak jest
jakichkolwiek polskich wytycznych pozwalających projektantowi na swobodne
projektowanie konstrukcji z gruntu zbrojonego geosyntetykami. Norma PN-83/B-03010
„Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie", będąca najbardziej
rozpowszechnionym dokumentem odniesienia, właściwie nie uwzględnia możliwości
zastosowań geosyntetyków. Załącznik 5 wspomnianej normy wprowadza wprawdzie pojęcie
ścian oporowych z gruntu zbrojonego, w praktyce jednak zawęża obszar zastosowań do
zbrojenia stalą. W efekcie projektant chcący dokonać obliczeń zgodnie z ww. normą dla
zbrojenia geosyntetykami nie znajduje kompletu wartości będących podstawą obliczeń.
Sytuacja opisana powyżej wynika przede wszystkim z faktu gwałtownego rozwoju tej
dziedziny, lecz, co trzeba podkreślić, Polska nie jest tu przypadkiem odosobnionym. W
większości krajów europejskich nie opracowano lokalnych, krajowych wytycznych
projektowania. Większość konstrukcji jest projektowana w oparciu o jedną z dwóch
odmiennych w założeniach metod, mających jednak wiele cech wspólnych. Praktycznie w
Europie wykorzystuje się dwie metody projektowe:
•"metodę brytyjską w oparciu o BS 8006 [1],
•"metodę niemiecką opracowaną przez Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej (Deutsches
Insitut fur Bautechnik), uwzględniającą normy DIN 1054 i DIN 4017.
Obie metody projektowania rozgraniczają analizę stateczności układu na dwie części, tj.
analizę stateczności zewnętrznej oraz analizę stateczności wewnętrznej. W ramach analizy
stateczności zewnętrznej należy sprawdzić 4 podstawowe warunki :
•"stateczność na przesunięcie,
•"stateczność na zawalenie,
•"nośność podłoża pod konstrukcją,
•"stateczność ogólną.
Wynikiem analizy stateczności zewnętrznej jest określenie wymaganej minimalnej długości
zbrojenia konstrukcji. Ostatnie z wymienionych, sprawdzenie stateczności ogólnej, jest
wymagane szczególnie w przypadku występowania niekorzystnego układu geologicznego.
Dla analizy stateczności ogólnej należy zastosować jedną z tradycyjnych metod,
uwzględniając potencjalne powierzchnie poślizgu o kształcie cylindrycznym lub łamanym.
Sprawdzenie stateczności zewnętrznej prowadzone jest więc w analogiczny sposób jak w
przypadku projektowania tradycyjnych konstrukcji oporowych.
Rys. 6. Warunki sprawdzane w analizie stateczności „wewnętrznej”.
Przy analizowaniu stateczności wewnętrznej należy sprawdzić, czy w trakcie całego
projektowanego czasu eksploatacji konstrukcji nie dojdzie do:
•" wyciągnięcia zbrojenia z konstrukcji (ang. pull-out).
•" zerwania zbrojenia w wyniku wystąpienia siły niszczącej T większej od jego
wytrzymałości.
Rys.7. Stan graniczny utraty stateczności.
Analizę układu sił niszczących i utrzymujących przeprowadza się dla poszczególnych klinów
odłamu. Wytrzymałość zbrojenia w każdym przypadku i w każdej warstwie musi być
większa od najbardziej niekorzystnego układu sil rozciągających pochodzących od obciążeń
stałych i zmiennych. Co istotne, warunek ten powinien być również spełniony w całym
okresie eksploatacji konstrukcji oporowej i przy uwzględnieniu wpływu wszystkich
czynników zmniejszających parametry wytrzymałościowe zbrojenia w czasie.
Wynikiem końcowym obliczeń stateczności wewnętrznej jest ilości warstw zbrojenia, jego
rozstawu oraz. określenie jego minimalnej wytrzymałości projektowej.
4.1.Wartość charakterystyczna wytrzymałości długotrwałej zbrojenia FK.
Wartość charakterystyczną wytrzymałości długotrwałej wyznacza się z zależności [1] :
FK =
F0
____________________
A 1 . A2 . A3 . A4
gdzie :
A1 – współczynnik uwzględniający spadek wytrzymałości na skutek pełzania w
projektowym okresie użytkowania konstrukcji,
A2 - współczynnik uwzględniający spadek wytrzymałości zbrojenia na skutek uszkodzeń w
transporcie i przy wbudowaniu,
A3 - współczynnik uwzględniający spadek wytrzymałości zbrojenia na skutek połączeń,
A4 - współczynnik uwzględniający spadek wytrzymałości zbrojenia na skutek działania
czynników środowiskowych.
Współczynniki A1 ÷ A4 mogą być określane według następujących zaleceń znajdujących się
w [ 1 ], [ 7], [ 11 ]
•" A1 ( wpływ pełzania ) :
- dla PE, PP
5,0
- dla PA, PES, AR - 2,5
•" A2 ( wpływ uszkodzenia podczas transportu, przy zabudowywaniu i przy zagęszczaniu):
- grunt drobnoziarnisty
1,4
- grunt gruboziarnisty
1,7
- grunt drobnoziarnisty z domieszką kruszywa łamanego 2,0
•" A3 ( wpływ połączeń zbrojenia i przyłączeń do innych elementów budowlanych ) :
- na podstawie badań przez porównanie z wytrzymałością krótkotrwałą na rozciąganie,
- przy braku połączeń A3 = 1,0
•" A4 ( wpływ środowiska )
- dla zwykłych warunków A4 = 1,0
Instalacyjny współczynnik redukcyjny
3 < pH ≤ 5
5 < pH < 8
8 ≤ pH < 9
Produkt
1
Geotkaniny
2,0
1,6
2,0
2
Geosiatki powlekane
1,3
1,15
1,3
Tab.3. Zalecane współczynniki redukcyjne wytrzymałości geosyntetyków.
Typ 1 zasypka:
Typ 2 zasypka:
max. ziarno 100 mm max. ziarno 20 mm
d50 ok. 30 mm
d50 ok. 0,7 mm
Geosyntetyk
Typ 3 zasypka:
max. ziarno 20mm
0,1mm< d50 <0,5 mm
1 HDPE geosiatka jednokierunkowa
1,20 – 1,45
1,10 – 1,20
1,05 – 1,15
2 PP geosiatka dwukierunkowa
1,20 – 1,45
1,10 – 1,20
1,05-1,15
3 PVCotulina PET geosiatka
1,30 – 1,85
1,10 – 1,30
1,05 – 1,20
4 Acryl otulina PET geosiatka
1,30 – 2,05
1,20 – 1,40
1,15 – 1,30
5 Geotkanina (PP i PET )
1,40 – 2,20
1,10 – 1,40
1,05 – 1,20
6 Geowłóknina ( PP i PET )
1,40 – 2,50
1,10 – 1,40
1,05 – 1,20
7 Geotkanina tasiemkowa
1,60 – 3,00
1,10 – 2,00
1,10 – 1,75
Tab.4. Zalecane współczynniki redukcyjne wytrzymałości geosyntetyków.
5.! Systemy licowania.
Estetyka poszczególnych systemów ścian z gruntu zbrojonego zależy od zastosowanego
systemu licowania, który stanowi jedyną widoczną część gotowej budowli. Elementy
licowania mogą mieć najróżniejsze faktury i barwy. Ponadto oblicowanie chroni zasypkę
przed osuwaniem się i erozją, a w pewnych przypadkach stanowi również drogę odpływu
wody. Tolerancja osiadania zależy od typu oblicowania. Do najważniejszych rodzajów
należą:
•"Segmentowe prefabrykowane płyty betonowe mają grubość co najmniej 140 mm i
mogą mieć kształt krzyża, kwadratu, prostokąta, rombu lub sześciokąta. Konieczne
jest zbrojenie chroniące przez zmianami temperatury i rozciąganiem, zależy ono
jednak od wielkości płyty. Płyty stykające się ze sobą w pionie są zazwyczaj łączone
kołkami.
Rys.9. Klasyczny grunt zbrojony ze ścianą czołową z elementów betonowych.
•" Bloczki segmentowe wykonywane w technologii dry cast. Są to stosunkowo
niewielkie bloczki betonowe, projektowane i produkowane specjalnie do zastosowania
w budowie ścian oporowych. Masa tych bloczków wynosi zazwyczaj od 15 do 50 kg.
W drogownictwie stosuje się rutynowo bloczki o masie od 35 do 50 kg. Wysokość
bloczków oferowanych przez różnych producentów wynosi zazwyczaj od 100 do 200
mm. Ich długość na odsłoniętym odcinku wynosi od 200 do 450 mm. Szerokość
nominalna (wymiar prostopadły do lica ściany) mieści się zazwyczaj pomiędzy 200 a
600 mm. Mogą to być bloczki pełne lub pustaki. Pustki na całej wysokości bloczka
wypełnia się podczas budowy kruszywem. Zazwyczaj kładzie się je na sucho (tzn. bez
zaprawy), „w cegiełkę”. Bloczki stykające się ze sobą w pionie mogą być połączone
kołkami, zamkami lub wpustami.
Rys.10. Schematy wybranych bloczków z elementami połączeniowymi.
Rys.11. Przykłady betonowych bloczków do budowy segmentowych ścian oporowych. [ 7 ]
6.! Podstawowe kryteria projektowe.
Na etapie projektu wstępnego, inżynier powinien zastanowić się nad każdym z zagadnień
przedstawionych w tym rozdziale oraz ustalić odpowiednie elementy i kryteria
eksploatacyjne.
Na ten proces składają się następujące etapy:
•"rozważenie wszystkich możliwych alternatyw,
•" wybór systemu (ściana oporowa z gruntu zbrojonego lub skarpa z gruntu zbrojonego),
•" rozważenie możliwości oblicowania,
•" opracowanie kryteriów eksploatacyjnych (obciążenia, projektowane wysokości, głębokość
posadowienia, tolerancje osiadania, nośność podłoża, wpływ na sąsiednie obiekty itp.),
•" uwzględnienie wpływu warunków otoczenia na korozję/degradację zbrojenia.
Kryteria eksploatacyjne - zalecane minimalne współczynniki
poszczególnych form zniszczenia wyglądają następująco:
bezpieczeństwa
dla
Stateczność zewnętrzna
Poślizg
: F.S. ≥ 1,5 (ściany); 1,3 (skarpy)
Mimośród e, u podstawy
: ≤ L/6 w gruncie, L/4 w skale
Nośność
: F.S. ≥ 2,5
Stateczność po głębokiej linii zniszczenia
: F.S. ≥ 1,3
Stateczność złożona
: F.S. ≥ 1,3
Stateczność dla warunków sejsmicznych
: F.S. ≥ 75% statycznego F.S. (wszystkie
formy zniszczeń)
Stateczność wewnętrzna
Wytrzymałość na wyrywanie
: F.S. ≥ 1,5 (ściany i skarpy)
Stateczność wewnętrzna skarp
: F.S. ≥ 1,3
Dopuszczalna wytrzymałość na rozciąganie
dla zbrojenia w postaci taśm stalowych
: 0,55 Fy
dla zbrojenia z krat stalowych
: 0,48 Fy (połączonych z bloczkami lub płytami
betonowymi)
dla zbrojenia geosyntetycznego: Ta – patrz projektowany okres eksploatacji (poniżej).
Dzięki elastyczności ścian oporowych z gruntu zbrojonego wywrócenie konstrukcji będzie
mało prawdopodobne. Jednak kryteria wywrócenia (maksymalny dopuszczalny mimośród)
pomagają kontrolować odkształcenia poprzeczne ograniczając przechył konstrukcji, dlatego
powinny być zawsze spełnione.
+,&-('./01,$/2
!"#$%
&'"()($*
+',-./0$-01$2&-(3#
456178936:
!"#$%
&'"()($*
!"#$%
&'"()($*
Rys.12. Najczęściej stosowane schematy obliczeniowe dla ścian pionowych.
234$5 6,-$ ,&-)#$ "%7
20"1
.,"(/- 0, 0/1
.," (/ - 0, 0/1
.,"(/- 0, 0/1
!"#$ "%&'"() *"+ $,- $)
!" #$ "%&'" () * "+ $,- $)
!"#$ "%&'"() *"+ $,- $)
Rys.13. Najczęściej stosowane schematy obliczeniowe dla ścian pochyłych.
Przebieg obliczeń konstrukcji segmentowych murów oporowych można przedstawić według
poniższego schematu:
Określić geometrię ściany i właściwości
gruntu
Dobrać kryteria
eksploatacyjne
Wstępne określenie
wymiarów
Ocenić statyczną stateczność
zewnętrzną
Poślizg
Wywrócenie
(mimośrodow
ość)
Nośność
Ogólna
stateczność
skarpy
Określenie długości zbrojenia
Ocena stateczności
sejsmicznej
Osiadanie /
odkształc.
poziome
Warunki kształtowania zbrojenia w ścianach oporowych według normy BS 8006 [ 1] i
Instrukcji ... ITB 429/2007 [8 ]
Rys. 14. Minimalne zalecane wartości przyjmowane dla zbrojenia w ścianach oporowych.[1], [8]
Tab.5. Minimalne zalecane głębokości posadowienia konstrukcji oporowych.[ 1], [8]
Rys.15. Schematy stosowanych połączeń zbrojenia z konstrukcją osłonową „sztywną”
i „odkształcalną”.[8]
Rys.16. Warunki kształtowania warstwy fundamentowej [8]
a-dla konstrukcji osłonowej „elastycznej”, b- dla konstrukcji osłonowej „odkształcalnej”,
c – dla konstrukcji osłonowej „sztywnej”.
hf ≥ 0,5 m
hf ≥ hz - dla gruntów wysadzinowych
0,2 m ≤ a ≤ 0,7 m
a – grubość warstwy fundamentowej
Typowe zestawienie sił i geometrii do celów analizy stateczności jednowarstwowych ścian oporowych z segmentowych bloczków stosowane w większości dostępnych programów inżynierskich (opis
programów w p.7):
δ
współczynnik parcia czynnego
δi = 2/3 Øi
ɷ < δi
δi – kąt tarcia międzyfazowego
ɷ - kąt wychylenia lica od pionu
W przypadku, gdy ściana jest pionowa i nie występuje nachylenie skarpy naziomu (tj. β = 0 i
ω = 0) i pomijamy tarcie międzyfazowe (tj. δi = 0), współczynnik parcia czynnego gruntu
uprości się do postaci:
Łączną poziomą siłę parcia czynnego gruntu Pa oblicza się całkując wyrażenie oznaczające
parcie gruntu względem wysokości ściany H. W rezultacie otrzymujemy:
gdzie Ps wynika z ciężaru własnego gruntu i wyraża się wzorem:
a Pq wynika z równomiernego obciążenia naziomu rozciągającego się nad powierzchnią
zasypki, wyrażonego wzorem:
Zakłada się, że otrzymane siły Ps i Pq działają w odległości Ys i Yq nad przednią dolną
krawędzią najniżej położonego bloczka segmentowego:
Pomija się odpór gruntu przed ścianą oporową.
Przykład obliczeniowy – 1.
Zaprojektować segmentowy mur oporowy o wys. 7 m zbrojony geosiatką
jednokierunkową, w którym odległości pomiędzy warstwami zbrojenia wynoszą 1 m,
ponieważ lico ściany jest wykonane z betonu prefabrykowanego o strukturze odpowiadającej
właśnie takim wymiarom. Wskaźnik pokrycia wynosi 0,8 (tj. geosiatki nie pokrywają całej
powierzchni gruntu na każdym poziomie, są między nimi niewielkie odstępy). Stosunek
długości zbrojonej ściany do jej wysokości powinien wynosić co najmniej 0,7 (tj. L ≥ 4,9 m).
Dodatkowe informacje potrzebne do rozwiązania zadania, w tym dane dotyczące gruntu i
geosiatki, są przedstawione na poniższym rysunku.
F0 = 160kN/m
A1·A.2·A3= 4,0
FK =4 0 kN/m
FS = 1,4
Fr = 28,6 kN/m
Ci = 0,75
Nośność = 600 kN/m2
(a) Stateczność zewnętrzna
Poślizg
Przewrócenie
Nośność
(b) Stateczność wewnętrzna
Odległości
Długość zakotwienia
Wytrzymałośćmiejsca
połączenia
Rys.17.Elementy projektowania ścian zbrojonych geosyntetykami. [11]
Rozwiązanie:
(a)!Obliczamy stateczność zewnętrzną, co jest pokazane na kolejnym rysunku.
Przyjmujemy L=4,9 m. Współczynnik parcia czynnego gruntu zasypki za strefą
zbrojenia wynosi:
Kab = tan2(45 – φb/2) = tan2(45 – 30/2) = 0,33
A zatem
P1 = 0,5 x γb x H2 x Kab = 0,5 x 17 x (7)2 x 0,33 = 137 kN/m
P2 = qKab x H = 15 x 0,33 x 7 = 34,7 kN/m
Parcie gruntu
Parcie naziomu
Odpór podłoża
(rozkład Meyerhofa)
Suma sił wynosi P = 137 + 34,7 = 172 kN/m.
1. Najpierw obliczamy stateczność na poślizg
F = siła utrzymująca = W x µ
= γr x H x L x tan δ (dla ostrożności pomijamy naziom)
= 18 x 7 x 4,9 x tan 25° = 288 kN/m
FSS = współczynnik bezpieczeństwa dla poślizgu
= F/P = 288/172 = 1,67 > 1,5, co jest dopuszczalne
2.! Stateczność na przewrócenie rzadko bywa problemem. Tego rodzaju ściany
zbrojone mechanicznie nie przewracają się, ponieważ nie dochodzi w nich do ugięcia
ze względu na ich nieodłączną sprężystość. Poniższe obliczenia ilustrują
zachowawczy aspekt tego mechanizmu.
Ms = moment stabilizujący = W x L/2 = (18 x 7 x 4,9) x (4,9/2)
= 1513 kN/m
Mov = moment przewracający = P1 x 7/3 + P2 x 7/2
= (137 x 7/3) + (34,7 x 7/2) = 441 kN/m
FSov = współczynnik bezpieczeństwa dla przewrócenia
= 1513/441 = 3,43 > 2,0, co jest dopuszczalne
3.! Na koniec obliczamy naprężenia działające na podłoże budowlane
e = mimośród = Mov/(W + q x L)
= 441/(18 x 7 x 4,9 + 15 x 4,9) = 0,64 m
Mimośród nie może się znajdować poza środkową jedną trzecią podstawy
fundamentowej, to jest:
e < L/6 = 4,9/6 = 0,82
0,64 < 0,82
Pod podstawą fundamentową nie ma zatem naprężenia
Ponadto długość czynna (rozkład Meyerhofa) wynosi:
= L – 2 x e = 4,9 – 2 x 0,64 = 3,62 m
Co daje opór podłoża = [(18 x 7) + 15] x (4,9/3,62) = 191 kPa
FSb = współczynnik bezpieczeństwa względem utraty nośności
= 600/191 = 3,14 > 2,0, co jest dopuszczalne
(b)!Obliczamy stateczność wewnętrzną jak na poniższym rysunku.
Parcie gruntu
Parcie naziomu
σh = σhs + σhq
= γzKar + qKar
Kar = tan2(45 – φr/2) = 0,31
σh = (18 x z x 0,31) + (15 x 0,31)
= 5,58 z + 4,65
1.! Dla odległości między warstwami geosiatki w pionie
Fr = svσh/Cr (gdzie Cr to wskaźnik pokrycia)
28,6 = sv(5,58 z + 4,65)/0,8
sv =
22,9
5,58 z + 4,65
Maksymalna głębokość dla sv = 1 m
1,0 =
22,9
⇒ z = 3,27 m
5,58 z + 4,65
Maksymalna głębokość dla sv = 0,5 m
0,5 =
22,9
⇒ z = 7,37 m
5,58 z + 4,65
Następnie na podstawie obliczonych powyżej maksymalnych odległości pomiędzy warstwami
zbrojenia oraz rodzaju i wymiarów paneli oblicowania można opracować rozkład geosiatki.
Warstwy uzbrojenia przy trzech górnych panelach muszą być oddalone od siebie o 1 m, a
przy pozostałych czterech panelach o 0,5 m. Na poniższym rysunku szczegóły te są
przedstawione po lewej stronie. Zakłada się symetrię połączeń geosiatki z panelami, co
oznacza, że na żaden z paneli nie działa mimośród obciążenia. W przypadku górnych paneli
tworzących lico ściany, gdzie odległości między warstwami zbrojenia muszą wynosić 1 m,
potrzebne są krótkie odcinki geosiatki. Należy również zauważyć, że w przypadku
przekrojów w miejscu bezpośrednio sąsiadującym ze zilustrowanym przekrojem
projektowym, górny i dolny panel będzie miał połowę wysokości, ale należy zachować takie
same odległości między warstwami zbrojenia (zob. po prawej stronie poniższego rysunku).
2.! Aby uzyskać całkowitą długość, uwzględniamy długość kotwienia oraz długość w
strefie biernej wg Rankine’a ( odległość pomiędzy licem ściany a płaszczyzną
zniszczenia).
Długość kotwienia w strefie czynnej:
sv x σh x FSpullout = 2 x Le x Ci x σv tanφ’ x Cr
sv (5,58 z + 4,65)1,5 = 2Le(0,75)(18z)(tan 32)(0,8)
Le =
sv (5,58 z + 4,65)1,5
(2)(0,75)(18 z )(tan 32)(0,8)
(0,62 z + 0,516) sv
Le =
z
Długość w strefie biernej wg Rankine’a:
LR = (H – z) tan (45 – φ/2)
= (7 – z) tan (45 – 32/2)
LR = 3,88 – 0,554 z
Przykład obliczeniowy – 2.
Ka = tg2( 45- Ø/2 ) = współczynnik parcia czynnego
σhs = Ka . γ . z
σhq = Ka . q
S v . σh . F s
L = LE + LR
LE =
_____________________________
2( ca + γ .z . tg δ )
LR = ( H-z) tg( 45- ø/2 )
Lo = ½ LE
.
.
FK = σh Sv FS
σh = Ka . γ . z + Ka . q - całkowite parcie gruntu na ścianę
Współczynniki redukcyjne = 4,0
F o = FK . 4
W przypadku oblicowania ściany czołowej bloczkami betonowymi obliczeniu podlegają
wkładki geosyntetyczne jako cięgna utrzymujące pionową konstrukcję ściany.
Rozmieszczenie pionowe wkładek zbrojących powinno uwzględnić moduł wysokości bloczka
oraz możliwości zagęszczenia grubości warstw gruntu. Ilość wkładek w przekroju
poprzecznym wynika z przyjętej wytrzymałości na zerwanie poszczególnych geosyntetyków.
Rys. 18. Konstrukcja segmentowego muru oporowego [18]
Rys.19. Wyniki obliczeń i analiz na podstawie programu komputerowego. [18]
6.2. Metody łączenia bloczków segmentowych.
BLOCZKI Z WBUDOWANYM
POŁĄCZENIEM MECHANICZNYM
(BETONOWYM)
BLOCZKI O PŁASKIEJ POWIERZCHNI
STYKU
#$%#&'"
()*&+#&"
#+&*(,"
Rys.20. Przykłady łączenia bloczków segmentowych.[7]
6.3. Systemy projektowe drenażu segmentowych ścian oporowych.
Materiały drenażowe to zazwyczaj różnoziarniste kruszywa (np. grube piaski i żwiry).
W wielu przypadkach wypełnienie drenażowe oddziela się od zasypki geotekstyliami i
wprowadza się rurę drenażową, która odprowadza zebraną wodę z budowli. Prawidłowo
zaprojektowany system drenażu pełni następujące funkcje:
Zapobiega narastaniu ciśnienia hydrostatycznego w masywie gruntu rodzimego oraz w
podłożu gruntowym w pobliżu stóp ściany.
Zapobiega wypłukiwaniu gruntu rodzimego przez lico ściany.
Zapewnia sztywny fundament, który podtrzymuje kolumnę bloczków segmentowych i
stanowi powierzchnię roboczą podczas budowy.
!" #$%&'( )*+# ,
!" #$%&'( )*+# ,
-'+# ."/( 0()
!4 &)$3'&5+&+ #)( )
1)2,3/)
!4 &)$3'&5+&+ #)( )
!4 &)$3'&5+&+ #)( )
!" #$%&'( )*+# ,
-'+# ."/( 0()
!4 &)$3'&5+&+ #)( )
1)2,3/)
Rys.21. Podstawowe schematy odwodnienia w konstrukcjach z segmentowych bloczków. [11]
!"#$%&'()(*
!"#'#+,#-./
01234"#/'*()(*
5)0/6*7.8(*
!"#' #+,#-./
01234" #/'*()(*
5)0/6*7 .8(*
9*:.,'*
Rys.22. Podstawowe schematy odwodnienia z zastosowaniem geokompozytów. [7]
Materiały do wypełnienia drenażowego należy dobierać w taki sposób, aby zapewnić:
•" wystarczającą wodoprzepuszczalność i powierzchnię przekroju, by odprowadzić
oczekiwaną wielkość przepływu.
•" filtrowanie gruntów drobnoziarnistych, tak aby nie dopuścić do zatkania kruszywa
drenażowego w przypadku, gdy nie zastosowano filtra geotekstylnego.
Wydatek drenu wykonanego z kruszywa można oszacować z wzoru Darcy'ego: Q = kiA gdzie
Q to wydatek (m3/s), k to wodoprzepuszczalność kruszywa (m/s); i to gradient hydrauliczny (m/m), a
A to minimalna powierzchnia przekroju (m2) drenu prostopadła do kierunku przepływu.
Projektowany wydatek nie zostanie osiągnięty, jeżeli drobno uziarniony grunt z otoczenia
zacznie się mieszać z materiałem drenażowym. Do projektowania systemów drenażu
naturalnego (z kruszyw) zaleca się stosowanie następujących kryteriów filtracji Terzaghi’ego :
D15 kruszywa
<5
D85 gruntu
4<
D15 kruszywa
< 20
D15 gruntu
D50 kruszywa
< 25
D50 gruntu
Dla ochrony naturalnego materiału drenażowego (kruszywa) przed zatykaniem stosuje się
filtry geotekstylne. Aby wybrać odpowiedni materiał geotekstylny, zaleca się zastosowanie
następujących kryteriów, opracowanych w oparciu o bieżącą, konwencjonalną praktykę
budowlaną:
AOS geotekstyliów
<3
D85 gruntu
AOS geotekstyliów
>3
D15 gruntu
k geotekstyliów ≥ 10(k gruntu )
Wartość AOS oznacza charakterystyczną wielkość porów proponowanego materiału
geotekstylnego ustaloną na podstawie metody badawczej. Wielkość kgeotekstyliów to
wodoprzepuszczalność normalna geotekstyliów.
Ponadto niedopuszczalne jest zatykanie samych geotekstyliów drobnym materiałem
niesionym przez wodę przedostającą się do kruszywa. Można to sprawdzić badając
współczynnik przepuszczalności hydraulicznej lub stosunek gradientów dla gruntów
właściwych dla miejsca budowy. Z praktyki zaleca się jednak, aby charakterystyczna
wielkość porów dla geotkanin przekraczała 4%, a porowatość geowłóknin przekraczała 30%.
6.4. Fundament
Zarówno w przypadku ścian oporowych konwencjonalnych, jak i ścian z gruntem
zbrojonym, zaleca się wykonanie fundamentu z zagęszczonego kruszywa (rys.16).
Fundament ten umożliwia rozłożenie ciężaru kładzionych na sucho bloczków betonowych na
większym obszarze podłoża, ograniczając w ten sposób powstawanie nadmiernych naprężeń
w podłożu gruntowym. Zagęszczony fundament stanowi sztywną lecz giętką warstwę,
umożliwiającą rozłożenie naprężeń i złagodzenie naprężeń spowodowanych
nierównomiernym osiadaniem, ograniczającą koncentrację naprężeń w przypadku wyższych
ścian, a także pękanie i odpryskiwanie bloczków. Fundament pełni również funkcję
drenażową i stanowi obszar roboczy podczas budowy.
6.5. Zagęszczanie gruntów za konstrukcją segmentową.
W przypadku gruntów niespoistych, tj. składających się głównie ze żwirów i piasków,
najbardziej skuteczną metodą jest zagęszczanie wibracyjne. Zagęszczarki wibracyjne to
walce i płyty stalowe, które oscylują z wysoką częstotliwością, ubijając kolejne warstwy
gruntu. Rozkład uziarnienia i kształt cząstek mają ogromny wpływ na możliwą do uzyskania
gęstość gruntu.
Do zagęszczania gruntów spoistych, tj. pyłów i glin, a także mieszanek piasków i pyłów lub
piasków i glin najlepiej nadają się urządzenia typu statycznego, wykorzystujące walce
okołkowane lub ogumione. Dla dobrego zagęszczenia gruntu spoistego jest potrzebna
odpowiednia wilgotność (optymalna) gruntu podczas budowy. Podczas pracy tych maszyn
należy uważać, aby ograniczyć do minimum lub wyeliminować ewentualne uszkodzenia
zbrojenia geosyntetycznego.
Ciężki sprzęt nie może podjeżdżać do lica ściany na odległość mniejszą niż 1,5 m.
Bezpośrednio przy ścianie należy stosować płyty zagęszczające.
6.6. Osiadanie.
Ściana masywna wywiera zazwyczaj nacisk na podłoże gruntowe przekraczający
warunki sprzed posadowienia budowli i prowadzący do osiadania materiału podłoża. W
przypadku gruntów niespoistych (tj. żwirów i piasków), osiadanie jest zazwyczaj niewielkie i
występuje głównie podczas budowy. Natomiast nasycone grunty spoiste mogą ulegać sporym
odkształceniom w miarę upływu czasu. Dla większości rutynowo wykonywanych budowli,
wystarczy oszacować możliwość osiadania w oparciu o konwencjonalną teorię
jednowymiarowej konsolidacji omawianą w większości podręczników do geotechniki.
Obliczenie osiadania całkowitego i nierównomiernego ze względu na obciążenie gruntu
fundamentami jest złożonym problemem i wymaga szczegółowej wiedzy o właściwościach
konsolidacyjnych gruntu na placu budowy.
Przy budowie ścian oporowych z bloczków metodą bezzaprawową, na sucho, na fundamencie
z kruszywa, otrzymuje się elastyczną konstrukcję masywną, która wytrzymuje duże osiadanie
całkowite i umiarkowane osiadanie nierównomierne. W przypadku większości standardowych
bloczków segmentowych (powierzchnia lica poniżej 0,18 m2), dopuszczalne jest osiadanie
nierównomierne na poziomie do 1%. W sytuacji, gdy można się spodziewać sporego
osiadania i/lub osiadania nierównomiernego przekraczającego 1%, należy przedsięwziąć w
projekcie szczególne środki ostrożności i wzmocnić podłoże pod fundamentem.
!"# $%
,-./-0+ *'+
! &'( )(*'+
Rys.23. Schemat osiadania konstrukcji. [1], [7]
Niekorzystne warunki podłoża na projektowanej rzędnej posadowienia ściany można
poprawić stosując następujące metody:
•"
wymiana gruntu,
zwiększyć szerokość i grubość fundamentu z kruszywa,
•"
wzmocnić zagęszczony fundament z kruszywa geosyntetykiem (np. „poduszka”),
•"
zmniejszyć naprężenie podłoża dzieląc ścianę na odcinki,
•"
wstępnie obciążyć teren przed budową ściany,
•"
•"
wstępnie obciążyć ścianę przed położeniem nawierzchni lub budową obiektu nad
ścianą,
•" zastosować inne technologie wzmocnienia gruntów: zagęszczanie wibracyjne,
kolumny żwirowo- kamienne, zagęszczanie dynamiczne itp.
6.7. Poślizg wzdłuż podstawy.
Schemat poślizgu niszczącego tradycyjną jednowarstwową ścianę z bloczków został
przedstawiony poniżej.
!"#$%&'()*($+,-#(-.$
!-/0(#1
,-.()2#3
40-*#56.(
Rys.24. Schemat poślizgu pomiędzy bloczkami. [1], [7]
Odporność na poślizg wzdłuż podstawy obliczamy w następujący sposób:
Ciężar bloczka segmentowego WW obliczamy ze wzoru :
Wu – szerokość pojedynczego bloczka
Parametry wytrzymałościowe gruntu c i Φ należy dobierać do rodzaju gruntu, na którym
ściana zostanie posadowiona. Zazwyczaj jest to fundament z kruszywa. W przypadku
niektórych projektów ściana może być posadowiona bezpośrednio na podłożu gruntowym. W
obu przypadkach nominalną odporność na poślizg należy zmniejszyć o współczynnik
redukcyjny ze względu na tarcie o bloczki segmentowe µb nakładany na współczynnik tarcia
gruntu znajdującego się pod spodem tanΦ oraz c. Ten współczynnik uwzględnia zmniejszenie
odporności na ścinanie ze względu na poślizg stosunkowo gładkiego bloczka względem
gruntu, co zostało dowiedzione w testach na dużą skalę. W projekcie należy zastosować
prawdziwe wyniki badań dla konkretnego typu gruntu i bloczka segmentowego. Jeżeli nie
posiadamy konkretnych wyników badań, można przyjąć wartość µb z tabeli 6.
Współczynnik redukcyjny dla tarcia o bloczki segmentowe µb
Rodzaj gruntu
Φ gruntu (°)
Współczynnik redukcyjny dla
tarcia o bloczki segmentowe
Żwiry
Żwiry pylaste i piaski
Żwiry gliniaste i piaski pylaste
Pyły, piaski gliniaste
37-42
33-40
28-35
25-32
0,7
0,65
0,6
0,55
Tab.6. Współczynniki redukcyjne. [7]
7.! Programy komputerowe.
Programy komputerowe są aktualnie jednymi z najczęściej wykorzystywanych narzędzi
przy projektowaniu zbrojonych geosyntetykami konstrukcji ziemnych między innymi
murów oporowych i skarp ze znacznym kątem nachylenia dochodzącym do 90°
posadawianych na gruntach słabonośnych z możliwością indywidualnego doboru
konkretnych geosyntetyków o określonych parametrach wytrzymałościowych spełniających
kryteria projektowe.
Wykorzystując proste metody równowagi sił, za pomocą których program przeprowadza
analizy stateczności: wewnętrznej, poprzecznej, ogólnej stateczności po głębokiej
powierzchni cylindrycznej poślizgu oraz określa geometrię nasypu bądź skarpy zapewniającą
wymagany długotrwały współczynnik bezpieczeństwa obliczany według metody Bishop'a.
Do prawidłowego przeprowadzenia wyżej wymienionych analiz potrzebne jest dokładne
określenie parametrów technicznych projektowanej konstrukcji ziemnej:
-" wysokość - H,
-" nachylenie - „i" oraz „beta",
-" szerokość naziomów A i B,
-" obciążenia Q1,Q2, Q3.
Rys. 25. Parametry określające geometrię projektowanej konstrukcji wsporczej. [18 ]
Ważne jest również precyzyjne określenie właściwości fizyko - mechanicznych gruntu
podłoża jak i materiału nasypowego poprzez podanie wartości kąta tarcia wewnętrznego
( ф ), kohezji ( c ), i ciężaru objętościowego ( γ ).
Przy wysokim poziomie lustra wody gruntowej dodatkowo określane są parametry ciśnienia
wody porowej lub współrzędne geometryczne położenia krzywej depresji (XY).
W przypadku występowania szkód górniczych lub ruchów sejsmicznych podawane są
również współczynniki sejsmiczne: poziomy (Kh ) i pionowy (Kv).
Projektant ma możliwość doboru długości ułożenia poszczególnych warstw zbrojenia dla
danej konstrukcji ziemnej. Długość geosyntetyków może być:
-" jednakowa ( stała ) dla wszystkich warstw,
-" z liniową interpolacją pomiędzy podstawą a szczytem konstrukcji lub
-" analizowana indywidualnie dla każdej warstwy zbrojenia.
Ponadto projektant określa projektową wytrzymałość geosyntetyków w kN/m, maksymalną i
minimalną dopuszczalną odległość między warstwami oraz wysokość ułożenia najniższej
warstwy. Przyjęcie wymaganych wartości współczynników bezpieczeństwa pozwala ustalić
obliczeniowe obciążenie dopuszczalne wyrażające wpływ uszkodzeń mechanicznych i
środowiska na projektowane zbrojenie konstrukcji ziemnej. Są to między innymi
współczynniki:
- materiałowy ze względu na pełzanie,
- uszkodzeń spowodowanych robotami w trakcie instalacji,
- wpływu środowiska,
- oddziaływania chemicznego i bakteriologicznego,
- ogólny współczynnik bezpieczeństwa.
Po wpisaniu wszystkich wymaganych parametrów technicznych program komputerowy
przeprowadza analizy stateczności wewnętrznej, poprzecznej oraz ogólnej stateczności po
głębokiej powierzchni cylindrycznej poślizgu w wyniku, których otrzymujemy
przedstawione bardzo czytelnie w formie rysunku przekroju poprzecznego rozmieszczenie
warstw zbrojenia z geosyntetyków dla projektowanej konstrukcji nasypu bądź skarpy.
Szczegółowo opisywana jest każda warstwa zbrojenia z podaniem: kolejnego numeru
warstwy, jej długości i wysokości ułożenia oraz wymaganych i osiąganych parametrów
wytrzymałościowych materiału tekstylnego, rodzaju przeprowadzonej analizy i aktualnego
współczynnika bezpieczeństwa. Wszelkie nieprawidłowości dotyczące parametrów
wytrzymałościowych zaproponowanych geosyntetyków są sygnalizowane kolorem
czerwonym i pulsowaniem obrazu na monitorze. Program umożliwia zmianę danych w
każdym momencie pracy w celu dostosowania ich do aktualnych warunków. Wyniki
końcowe poszczególnych analiz stateczności zebrane są w formie tabel.
Żmudne obliczenia poszczególnych stanów granicznych nośności i użytkowania można
przyspieszyć posługując się programami komputerowymi, m.in.:
MSEW, Slope/W, Plaxis, SEEP/W, SIGMA/W i TEMP/W.
Wybór konkretnego programu zależy od rozpatrywanego problemu technicznego i wymaga
dobrej znajomości tematu od projektanta.
8.! Podsumowanie.
Przedstawione zagadnienia pokazują szerokie możliwości zastosowania segmentowych
murów oporowych i geosyntetyków w budownictwie m.in. przy budowie i zabezpieczaniu
nabrzeży, brzegów rzek, stromych skarp, murów oporowych, przy umacnianiu koryt
rzecznych i przyczółków oraz skrzydeł mostów i wiaduktów. Pomimo swojej różnorodności
materiały i technologie opisane wyżej charakteryzują się kilkoma wspólnymi cechami do
których zaliczyć można :
•" łatwość i szybkość wykonania,
•" trwałość i bezawaryjność eksploatacji konstrukcji,
•" brak konieczności tworzenia wielkich placów budów
przy założeniu jednak, że bloczki i geosyntetyki zostaną prawidłowo zwymiarowane i będą
odpowiednio dobrane do istniejących, czy też prognozowanych warunków obciążenia i
długotrwałej eksploatacji.
Przedstawione w opracowaniu zagadnienia mogą wspomóc pracę projektantów w
budownictwie ziemnym zwłaszcza drogowym i kolejowym, wykorzystujących różnego
rodzaju materiały syntetyczne celem zwiększania wytrzymałości gruntów. Problematyka
projektowania i budowy wszelkich konstrukcji wsporczych wymaga stosowania bardzo
dobrych jakościowo materiałów jak również przygotowania merytorycznego projektantów i
wykonawców robót.
Literatura.
1." BS 8006:1995 Code of practise for strengthned/reinforced soil and oter fills
2." PN-EN 13251:2000 Geotekstylia i wyroby pokrewne. Właściwości wymagane przy
stosowaniu w robotach ziemnych, fundamentowych i konstrukcjach oporowych
3." PN-ES-02205:1998Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymagania i badania
4." PN-81/B-03020 Posadowienia bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i
projektowanie
5." PN-83/B-03010 Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie
6." Colbond Workshop: Design Concepts of Reinforced Walls, Slopes and Embankments.
W-wa 2007
7." Elias V. [i in.] : Mechanically stabilized earth walls and reinforced soil slopes.
FHWA-NHI-00-043. 2001
8." ITB. Instrukcje, wytyczne, poradniki Nr 429/2007
9." Jermołowicz P.: Geosyntetyki w drogownictwie. BTE 1997, nr 2. s. 20 – 21
10."Koerner R.M.,Welsh J.:Construction and geotechnical engineering using synthetic
fabrics. J.Wiley and Sons, New York 1980
11. Koerner R.M. Designing with geosynthetics, (Fifth edition) Prentice Hall 2005
12. Materiały z XVI z Konferencji: Warsztat pracy projektanta konstrukcji. Ustroń 2001
13. Materiały z konferencji Naukowo-Technicznej: Geosyntetyki i tworzywa sztuczne w
geotechnice i budownictwie inżynieryjnym. Częstochowa 2006
14.Materiały z Seminarium IBDIM i PZWFS ; Wzmacnianie podłoża gruntowego i
fundamentów budowli. W-wa 2007
15."Materiały z Seminarium IGS: Geosyntetyki podstawą współczesnej geoinżynierii Wwa 2007
16."Materiały z Seminarium IBDiM i PSG : Skarpy drogowe. W-wa 2010
17."Pisarczyk S.: Geoinżynieria. Metody modyfikacji podłoża gruntowego P.W. 2005
18."Podręczniki do projektowania dla programów Sigma W, ReSSa, Plaxis v.7,0, Slope
W, MSEW, Slide v.5.0
19."Poradnik wzmocnienia podłoża gruntowego dróg kolejowych. Pod red.
Z.Biedrowskiego. Poznań 1986
20."Rolla S.: Geotekstylia w budownictwie drogowym WKŁ 1988
21."Rozporządzenie Min.Transp.i Gosp. Morskiej w sprawie warunków technicznych,
jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 43/1999 )
22."Rozporządzenie MSWiA w sprawie ustalania geotechnicznych warunków
posadawiania obiektów budowlanych (Dz.U. Nr 126/1998 )
23."Wesolowski A. [i in.]: Geosyntetyki w konstrukcjach inżynierskich. Wyd. SGGW.
W-wa 2000
24."Wiłun Z.: Zarys Geotechniki. WKŁ 1982
25."Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego w budownictwie drogowym. IBDiM,
W-wa 2002

Segmentowe mury oporowe - Piotr Jermołowicz | Inżynieria

Transkrypt

Podobne dokumenty

JAK BEZPIECZNIE KUPIĆ DZIAŁKĘ POD BUDOWĘ DOMU? Zakup

Ceny za typowe usługi w zakresie szacowania nieruchomości

Czynność łatwa i prosta - tylko z pozoru

wniosek - zbycie nieruchomosci stanowiacej wlasnosc gminy

ZARZADZENIE Nr4/} /10

wniosek o nabycie działki w trybie bezprzetargowym

badanie w aparacie bezpośredniego ścinania

Ocena nośności i stateczności podłoża

Zaproszenie do składania ofert na dzierżawę gruntu

Przykład: rysowanie gruntu w przekroju