Geokomórki-25 lat doświadczeń

GEOKOMÓRKI 25 - LAT DOŚWIADCZEŃ
W BUDOWNICTWIE ZIEMNYM.
PODSTAWOWE OBLICZENIA STATYCZNE.
!
Opracował: Piotr Jermołowicz
tel. 501 293 746
e-mail : [email protected]
Szczecin, 16 czerwca 2010 r.
Koszalin, 17 czerwca 2010 r.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
1.! Rys historyczny.
Nie od dziś wiadomo, że większość wynalazków i przedmiotów codziennego użytku
bierze swój początek w ośrodkach badawczych i laboratoriach pracujących na rzecz szeroko
pojętej branży militarnej.
W każdej cywilizacji dużą rolę odgrywały wynalazki służące tzw. obronności.
Tak też było w tym przypadku. Stalowe maty i siatki w okresie II wojny światowej były
niezastąpionymi materiałami na obu frontach. Przy ich użyciu budowano prowizoryczne
lotniska, stosowano również do przepraw wojska w terenach bagnistych.
W latach 60 – 70 ubiegłego wieku armia amerykańska prowadziła intensywne badania nad
ulepszeniem materiałów do szybkiego i skutecznego wzmocnienia terenów w warunkach
bojowych. Pierwsze sukcesy osiągnięto pod koniec lat siedemdziesiątych. Wylansowana
nowa koncepcja polegająca na zmianie wzajemnego oddziaływania geosyntetyków z
gruntem doprowadziła do powstania nowego wyrobu z konstrukcją przestrzenną otaczającą
grunt.
Idea „kapsuły” w ogromnym stopniu zwiększa wytrzymałość na ścinanie gruntów
niespoistych, czego dowodzą wszystkie trójosiowe próby ścinania.
Zwiększona, w ten sposób, wytrzymałość gruntu na ścinanie zapewnia podniesienie nośności
podłoża.
Badania z systemami „kapsuł” rozpoczęto od krótkich fragmentów rur z tworzywa sztucznego
wypełnionych piaskiem i postawionych pionowo. W następnym okresie wykorzystywano
sześciokątne formy komórek tworzonych z blach aluminiowych lub geowłóknin zgrzewanych
typu thermo – bonded, a skończywszy na prefabrykowanych systemach polimerowych
nazywanych „geocell” – czyli geokomórkami.
We wczesnych badaniach rozpatrywano również możliwości zastosowania materacy z opon
staroużytecznych wzajemnie ze sobą powiązanych. Jednak ze względu na słabe tempo robót
związanych z układaniem tego typu materacy i trudnościami logistycznymi z przewozem
tysięcy opon, zaniechano tej technologii. Materace z opon znalazły jednak zastosowanie jako
konstrukcje podtrzymujące opsypkę na skarpach wysypisk odpadów oraz jako ochrona przed
uszkodzeniem geomembrany przez kompaktory lub spychacze.
2.! Geokomórki trójwymiarowe.
Geokomórki obecnie stosowane zazwyczaj wykonywane są najczęściej z taśm HDPE o
szerokościach 7,5- ,10-, 15- i 20 cm oraz grubości taśmy ok. 1,2 mm.
Połączenia poszczególnych taśm ułożonych jedna na drugiej wykonuje się zgrzewarkami
ultradźwiękowymi w odstępach ok. 300 mm, w zależności od przyjętego pola powierzchni
pojedynczej komórki. Bazując na wytycznych US Army Corps powierzchnie nominalne
pojedynczych komórek zatwierdzono dla celów normalizacji systemów badań i obliczeń w
trzech kategoriach :
•! małe – 289 cm2,
•! średnie – 460 cm2,
•! duże – 1,20 m2.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Dostawy geokomórek na plac budowy realizowane są w postaci złożonej :
Rys.1. Geokomórki w postaci złożonej [7]
Na budowie układa się je bezpośrednio na wyrównanym podłożu, pokrytym geosyntetykiem
separacyjnym rozkładając jak harmonijkę za pomocą różnego rodzaju ram, form lub
naciągów. Poszczególne sekcje rozciąga się pokrywając duże powierzchnie setkami komórek
jednocześnie, z których każda posiada stały wymiar średnicy lub przekątnej.
Po rozłożeniu, komórki wypełniane są materiałem ziarnistym i zagęszczane. Stosowanie
gruntów spoistych do zasypek mija się z celem, gdyż występują problemy z odpowiednim ich
zagęszczeniem.
Użycie systemu geokomórkowego pozwala na wykonanie nawierzchni placów i dróg
przeznaczonych do ruchu ciężkich pojazdów kołowych na słabych gruntach przy redukcji
kosztów i czasu prowadzenia prac. Ulepszanie właściwości materiałów zamkniętych w
komórkach jest wynikiem zjawiska „pozornej kohezji ”. W przypadku, gdy wywierane są
obciążenia, trójwymiarowa struktura systemu przyczynia się do korzystnego rozkładu
naprężeń ścinających oraz zapobiega bocznym przesunięciom w wypełnieniu. Wynika to z
wytrzymałości obwodowej komórek, biernej odporności sąsiednich komórek oraz
wytworzonego tarcia między ściankami i materiałem wypełniającym. System tworzy
podbudowę o wysokiej wytrzymałości, działa jak półsztywna płyta rozkładająca pionowe
obciążenia na boczne naprężenia oraz redukuje ciśnienia kontaktowe w podłożu gruntowym,
uniemożliwia boczne przesunięcia, redukuje ugięcia pionowe, ogranicza osiadanie nawet na
ściśliwych gruntach. System umożliwia redukcję grubości tradycyjnych konstrukcji o ponad
50 % . Do wypełnienia można stosować różne materiały ziarniste ( piaski, pospółki, żwiry )
lub inne pochodzenia miejscowego. Zwykle grunt z wykopów może być użyty do
wypełnienia systemu z zagęszczeniem wewnątrz komórek tworząc sztywną płytę i
zapobiegając osiadaniu.
System komórkowy wymyślony pierwotnie w drodze optymalizacji poszczególnych
pomysłów i rozwiązań dotyczył konieczności rozwiązania problemu budowy dróg
gruntowych dla działań taktycznych wojska, dojazdów do mostów pontonowych, przepraw
przez bagna i przecinki leśne, a obecnie stosowany jest także do poprawy nośności dróg o
nawierzchniach ulepszonych i autostrad.
Różne wyroby należące obecnie do kategorii geokomórek znacznie różnią się od standardów
przyjętych w 1977 r. i wytwarzane są przez licznych producentów.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Geokomórki generalnie produkowane są z taśm HDPE jak również z geowłóknin
zgrzewanych ( typu thermo-bonded) .
Informacje na temat oferty i danych technicznych geokomórek można uzyskać bezpośrednio
od producentów lub w internecie.
3.! Wyznaczanie stref naprężeń.
W przypadku nasypów zbrojonych posadowionych na słabych gruntach zastosowanie
geosyntetyków jako zbrojenia służyło zwiększeniu nośności podłoża gruntowego. Stateczność
całej konstrukcji jest najbardziej istotna w końcowym etapie budowy lub tuż po jej
zakończeniu, gdy gwałtownie wzrasta obciążenie użytkowe w stosunku do czasu konsolidacji.
Podłoże słabonośne konsoliduje się i zwiększa swoją wytrzymałość na ścinanie oraz nośność
dopiero po pewnym określonym czasie. Aby zwiększyć nośność dodajemy z reguły zbrojenie
w podstawie nasypu. Innymi słowy , zbrojenie jest potrzebne po to , by utrzymać
współczynnik bezpieczeństwa wzmocnionego nasypu powyżej jedności w całym okresie
budowy i użytkowania.
Korzystając z rozwiązań Prandtla można zaproponować następujące schematy mechanizmów
utraty stateczności w podłożu w warunkach granicznego stanu naprężenia :
Rys.2. Strefy naprężeń granicznych w podłożu wg Prandtla.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
4.! Nośność podłoży z systemami geokomórkowymi.
Przygotowany materiał dotyczy wyłącznie zastosowania geokomórek do budowy
nasypów drogowych, kolejowych i wałów ppow. na słabych podłożach.
We wszystkich zastosowaniach ogromną rolę odgrywają właściwości fizyko – mechaniczne
elementu geokomórkowego oraz zasypki jako wypełnienia komórek.
W trakcie projektowania systemy geokomórkowe stwarzają wiele problemów co do trafności
przyjętego schematu statycznego. W większości istniejących metod obliczeniowych
zaadoptowany jest tradycyjny mechanizm równowagi granicznej w stanie sprężysto –
plastycznym stosowany dla obliczenia nośności płytkich fundamentów pod obciążeniem
statycznym, np. według Prandtla.
W takich przypadkach zastosowany system geokomórkowy przeciwdziała powstaniu w
podłożu przewidzianej formy zniszczenia.
Rys.3. Mechanizmy utraty nośności podłoża piaszczystego bez systemu geokomórek
i z systemem geokomórek [7].
Aby wystąpiło takie zniszczenie, zasypka z danej komórki musi przeciwstawić się tarciu
bocznemu, następnie zostać wypchnięta z komórki i przemieścić się pod matą. Przy
założeniu, że geokomórki są podścielone dodatkowo geosyntetykiem separacyjnym lub np.
konstrukcją zamkniętej poduszki, to wyżej opisane zjawisko nie może zaistnieć.
Podstawowe wzory dla układu :
•! bez maty
!
p = cN c ζ c + qN q ζ q + 0,5γBN γ ζ γ
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! z matą
p = 2τ + cN cζ c + qN q ζ q + 0,5γBN γ ζ γ
gdzie:
p
= maksymalne naprężenie zapewniające zachowanie nośności (≈ ciśnienie w oponach
przejeżdżających pojazdów)
c
= kohezja
q
= obciążenie naziomem (= γqDq)
= ciężar objętościowy gruntu w geokomórce
γq
= głębokość geokomórki
Dq
B
= szerokość przyłożonego nacisku
γ
= ciężar objętościowy gruntu w strefie zniszczenia
Nc, Nq, Nγ
= współczynniki nośności, będące funkcją φ (gdzie φ = kąt
tarcia wewnętrznego gruntu
= współczynniki kształtu
ζc, ζq, ζγ
τ
= wytrzymałość na ścinanie pomiędzy ścianką geokomórki a gruntem znajdującym się
w geokomórce, należy zauważyć, że τ = σh tanδ (dla gruntów ziarnistych), gdzie
= przeciętna siła pozioma w obrębie geokomórki (≈ pKa)
σh
p
= działający nacisk pionowy
= współczynnik parcia czynnego gruntu Ka = tan2(45 – φ/2), z teorii Rankine’a
Ka
δ
= kąt tarcia pomiędzy gruntem a materiałem,z którego zbudowana jest ścianka
geokomórki (≈ od 10 do 30º pomiędzy piaskiem a geomembranami gładkimi lub
uszorstnionymi oraz ≈ od 20 do 30º pomiędzy piaskiem a geotekstyliami).
Przykład 1 [wg 7] :
Należy obliczyć nośność graniczną podłoża piaszczystego
(a) bez geokomórki,
(b) z geokomórką o wysokości 200 mm i kącie tarcia piasku o ściany geokomórki
wynoszącym 180, w warunkach przedstawionych poniżej.
!
!
"#$!%#&'&()*'+!
,!%#&'&()*'-!
!
!
!
!
!
!
!
a)! bez geokomórki
!
p = cN c ζ c + qN q ζ q + 0,5γBN γ ζ γ
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
ponieważ c = 0 i q = 0:
!!!!
p = 0 + 0 + (0,5)(15)(0,30)(5,39)(0,60) = 7,3 kPa
b)!
z geokomórką
tylko c = 0
!
!
!
p = 2τ + cN cζ c + qN q ζ q + 0,5γBN γ ζ γ
!
= 2(20) tan 18° + 0 + (0,2)(16)(13,2)(1,51) + 0,5(16)(0,30)(14,47 )(0,60)
= 13,0 + 0 + 63,8 + 20,8
!
= 97,6 kPa, czyli13 x wiecej niż bez geokomórek
5.! Czynniki wpływające na prawidłową pracę ograniczających
systemów geokomórkowych.
5.1.! Funkcja zamknięcia obsypki.
Z analizy badań laboratoryjnych i pomiarów dokonanych na obiektach w skali 1 : 1
wynika, że geokomórki utrzymują obsypkę, gdy wysokość komórki jest równa jej średnicy
lub większa od niej. Po obciążeniu takiego materaca, materiał ziarnisty znajdujący się
wewnątrz komórek zachowuje się podobnie jak w przypadku zamkniętych poduszek.
Przemieszczanie się obsypki w kierunku prostopadłym do obciążenia jest ograniczone
wytrzymałością materiału budującego pionowe ściany komórek i wytrzymałością spoin
pomiędzy taśmami. Powstaje wówczas naprężenie radialne, które zwiększa wytrzymałość
ziarnistego wypełnienia ( obsypki ). Zjawisko to wykorzystuje model koła Mohra.
Rys.4. Złożona obwiednia kół Mohra dla gruntu zbrojonego [10]
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Powstałe naprężenie σ’r to nic innego jak naprężenie poprzeczne przejmowane przez
zbrojenie. Ograniczone w ten sposób naprężenie poziome wywołuje w wypełnieniu kohezję
pozorną. Zamknięcie obsypki ziarnistej komórką sprawia, że grunt niespoisty nabiera cech
wytrzymałościowych wynikających z istnienia sił kohezji pozornej, która ma pierwszorzędne
znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania całego systemu geokomórkowego. Wartość
powstałej w ten sposób kohezji pozornej zależy od sztywności ścian geokomórki oraz jej
zdolności do utrzymywania wypełnienia w środku, czyli sił tarcia gruntu o ścianki pionowe.
Ten model kohezji pozornej wykorzystuje się z powodzeniem dla wszystkich form zbrojenia
gruntu, m.in. poduszek geotkaninowych.
Rola kohezji pozornej jest więc nie do przecenienia we wszystkich zastosowaniach
drogowych i można ją przedstawić za pomocą konwencjonalnej analizy nośności.
Nośność graniczna, Qgr gruntu charakteryzującego się zarówno wytrzymałością wynikającą z
sił kohezji, jak i wytrzymałością wynikającą z sił tarcia przy zastosowaniu obciążenia
równomiernie rozłożonego wyraża się następująco :
Qgr = 1,3 cNc + 0,6ɤR· Nɤ
c – kohezja gruntu
ɤ - ciężar objętościowy
R – promień obciążenia od nacisku oporu ( lub mniejsza wartość z elipsy dotyku )
Nc, Nɤ - współczynnik nośności
W przedstawionym równaniu pierwsza połowa związana jest z kohezją, druga natomiast
stanowi o nośności w funkcji sił tarcia w podłożu.
Przykład 2 :
Należy określić nośność podłoża z zastosowaniem geokomórek HDPE o grubości ścianek
1,27 mm dla obciążenia ruchem kołowym. Zbadana w laboratorium spójność pozorna dla
piasku grubego/pospółki wynosi c = 140 kPa.
Dla piasku przyjęto Ø = 300, ɤ = 16 kN/m3
Qgr = 1,3 ·140 · 30 + 0,6 · 16 ·0,6 · 9 ≈ 5500 kPa
Na podstawie otrzymanej wartości można stwierdzić, że geokomórki umożliwiają ponad 100
– krotnie zwiększyć nośność podłoża w porównaniu z warstwą piaszczystą bez wzmocnienia.
Musimy jednak zwrócić uwagę, że grubość zbrojonej warstwy zasypki piaszczystej założono
większą niż promień przyłożonego obciążenia kołowego. Z drugiej strony, przy braku
wyników badań dla konkretnych geokomórek oraz współoddziaływania wypełnień
ziarnistych z płaszczyznami pionowymi komórek należy zachować ostrożność co do
przyjmowanych wielkości kohezji pozornej i kąta tarcia międzyfazowego r = δ/Ø.
O znacznym zwiększeniu nośności podłoża świadczą również wykonywane na szeroką skalę
badania modelowe w różnych laboratoriach na świecie. Poniżej przedstawiono wyniki badań
dla różnych rodzajów wzmocnień podłoża torfowego.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.5. Zestawienie wyników badań wzmocnionej warstwy żwiru leżącej na warstwie torfu o grubości 1 m. [ 10 ]
5.2.!
Sztywność geokomórek.
Przeprowadzone w latach 80 ubiegłego wieku badania ilościowe w niezależnych ośrodkach
naukowych w USA i Kanadzie dowodzą, że geokomórki w kształcie giętkiego „plastra
miodu” wyprodukowane ze spawanych pasków HDPE odkształcają się w znacznie
mniejszym stopniu niż niezbrojony piasek lub żwir na słabym podłożu gliniastym ( CBR < 2).
Udowodniono, że sztywność systemu z tworzywa sztucznego jest bardzo istotna z punktu
widzenia nośności podłoża.
Wybierając matę geokomórkową należy pamiętać o tym, że bardzo istotnym parametrem jest
sztywność systemu „plastra miodu” z tworzywa sztucznego. Ściany boczne wielu dostępnych
na rynku mat geokomórkowych są perforowane, co zmniejsza procentowo ich powierzchnię.
Takie perforacje znacznie zmniejszają sztywność struktury “plastra miodu”. Aby zilustrować
ten wzrost giętkości, „belki” płaskich geokomórek w takiej postaci, w jakiej są przywożone
na miejsce budowy, poddano działaniu centralnego obciążenia punktowego. W tabeli 1
przedstawiono zmniejszenie się sztywności zginania takich belek. W przypadku zastosowań w
drogownictwie nie widzę żadnych korzyści z wykorzystania geokomórek perforowanych czy
uszorstnionych, ponieważ w znacznym stopniu ogranicza to sztywność “plastra miodu”.
Drenaż, który umożliwia perforacje, w drogownictwie, w poziomym ułożeniu mat po prostu
nie jest potrzebny.
Ciekawa metoda analityczna oceny nośności w oparciu o sztywność komórek polega na
oszacowaniu wielkości naprężenia pionowego, która zostaje przeniesiona na matę
geokomórkową o strukturze „plastra miodu”. Zakłada się, że obciążenie jest przenoszone na
strukturę komórek poprzecznie, nie wpływając miejscowo na nośność. Ta metoda wymaga
badań, takich jak to przeprowadzone przez Barthursta i Jarretta, w celu potwierdzenia, że
struktura komórek jest na tyle sztywna, by wytrzymać przenoszone na nią obciążenie.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Naprężenie pionowe u góry i u dołu pojedynczej komórki można oszacować dla
jednorodnych obciążeń liniowych i kołowych, których środek znajduje się nad tą
geokomórką, przy użyciu następujących wzorów [wg 10] :
•!
obciążenie liniowe
σz =
•!
P
π
(α + sin α )
obciążenie kołowe
3
 
 2
1
σ z = P 1 − 
 
 1 + (a / z )2  


Zmienne z tych równań pokazano na rys. 6. Obciążenie liniowe jest typowym dla przejazdu
pojazdów gąsienicowych (czołgów lub buldożerów), natomiast obciążenie kołowe odpowiada
gumowym oponom. Należy również zauważyć, że te równania nie uwzględniają obecności
geokomórkowego „plastra miodu”, a zatem stanowią raczej wartości przybliżone.
Po obliczeniu naprężeń pionowych σz działających na geokomórkę, naprężenia poziome σh
przyjmuje się po prostu jako iloczyn σz i współczynnika parcia czynnego gruntu Ka.
Współczynnik parcia czynnego gruntu jest związany z kątem tarcia wewnętrznego Φ
ziarnistego wypełnienia:
Ka = tan2(45°-(Φ)/2)
Na rys. 6 pokazano zakładane warunki naprężenia działającego na pojedynczą badaną
komórkę. Przyjmuje się, że średnie naprężenie poziome działające wewnątrz komórki,
stanowi po prostu średnią naprężeń poziomych występujących u góry i na dole komórki.
./0#1/!23!4$5678&9:!%#&'&()*#'3
;6*)0!%#&'&()*'&76
4$5678&9:!$%+8/8+/< =>!?!@AB(CD
GeoProducts - 3" gładka
450
GeoProducts - 4" gładka
400
GeoProducts - 4" gładka
297
Presto - 3" uszorstniona
165
Presto - 4" uszorstniona i perforowana
235
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.6. Schemat warunków naprężenia dla pojedynczej komórki.[10]
Przyjmuje się, że dopuszczalne naprężenie materiału geotekstylnego leżącego pod
geokomórką wynosi 2,8-krotności wytrzymałości kohezyjnej c podłoża. To założenie przyjęto
na podstawie zaleceń wydanych na podstawie licznych doświadczeń z badań laboratoryjnych
i terenowych przez amerykańską służbę leśną dla dróg tymczasowych wzmocnionych
geosyntetykami służących do przewozu drewna, o dużym natężeniu ruchu i z powstającymi
niewielkimi koleinami. Jeżeli skorygowane naprężenie pionowe działające na geosyntetyki,
(σz), wynosi więcej niż 2,8 c, wówczas należy zwiększyć grubość okrywy z ziarnistego
materiału nad geokomórką i ponownie przeprowadzić ocenę.
Wielkość siły przenoszonej na system geokomórkowy zależy od tarcia na powierzchni styku
ziarnistego wypełnienia i ścian geokomórki wykonanych z HDPE. Często przedstawia się to
jako zależność r pomiędzy kątem tarcia międzyfazowego a kątem tarcia wewnętrznego
gruntu wypełniającego geokomórki.
./0#1/!C3!@/'E6(/186!7EF)GH$688+'!'-5/!5/*H+/!(+IJ$6K/$&7#%&!!3!
@/5#*+/G!$+/*8+E56
LH+/8/!%#&'&()*'+
MFN01+'&7/8#O!7/*5&9H+!
*!P!QBR
S*N0&$+/*8+E56!F+/E#'!B!
SG/J'/!
U<V2!
T7+*!
!
WE$&*E58+&8/!
U<XX!
!
SG/J'/!F#*K&*&7/8/!
!
WE$&*E58+&8/!F#*K&*&7/8/!
U<[U!
\+/E#'!'*$#(+&8'&76!]^U! SG/J'/!
U<VX!
!
WE$&*E58+&8/!
U<[U!
!
SG/J'/!F#*K&*&7/8/!
_
!
WE$&*E58+&8/!F#*K&*&7/8/!
U<[U!
`*NE$67&!'/(+#88#!
SG/J'/!
U<VC!
!
WE$&*E58+&8/!
U<VC!
!
SG/J'/!F#*K&*&7/8/!
a!
!
WE$&*E58+&8/!F#*K&*&7/8/!
U<XY!
,(+#*$&8#OO!7/*5&9H+!*!P!QBR
U<V2!
U<XY!
U<XZ!
U<X[!
U<_X!
U<XV!
U<XV!
U<[Y!
!
!
!
!
OPb/NE#(/88!2[V_3!OO!P!45#7/*J!1977.!
./0#1/!Y3!@+8+(/18#!76(/%/8+/!7!$/'*#E+#!765*$6(/G&9H+!EF&+8!%#&'&()*#'3?2UD<!?22D
"#$#%&'$!()'$*)%#+,-./,()
;65*$6(/G&9:!EF&+86!7!'*)5'+(!
&'*#E+#!
;65*$6(/G&9:!EF&+86!7!JGN%+(!
&'*#E+#!
0+12,3,-4!5&,3,%6$3/
7)'$*)%#+,-4!89,/:)!:#!,;$)(#:/&
VZ!((!
2U_U!A!
2UU!((!
2^CU!A!
2ZU!((!
C2YU!A!
!cCUU!((!
CX^U!A!
;65*$6(/G&9:!EF&+86!$!0/J/8+/!8/!$/7+#E$/8+#!1N0!7!J*&J$#!&01+H$#d!F*$6!
$/E5&E&7/8+N!&JF&7+#J8+He!7EF)GH$688+')7!'&*#'H6f86He3!
!
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Na sztywność geokomórkowego „plastra miodu” mają wpływ następujące czynniki :
•! wytrzymałość spoiny,
•! stosunek wysokości do średnicy komórki,
•! grubość panelu i
•! perforacja arkusza
Czynnikiem zmniejszającym sztywność jest m.in. tworzenia uszorstnienia na powierzchni
pasków. Zazwyczaj wyobrażamy sobie , przez analogię do geomembran, że uszorstnienie
nakłada się na materiał. Tym czasem produkcja pasków uszorstnionych dla potrzeb
geokomórek polega na wytłaczaniu określonego wzoru na arkuszu.
Wskutek tego grubość nominalna paska zmniejsza się z 1,27 mm do ok. 0,8 mm. W tabeli 1
wyraźnie jest to przedstawione. W tym układzie projektowanie zakładające grubość 1,27
paska komórki jest ponad 1/3 przewymiarowane na niekorzyść układu.
Następnym czynnikiem zmniejszającym sztywność paska jest perforacja.
Perforacja pasków została wdrożona w celu umożliwienia drenażu bocznego i zmniejszenia
sił zsuwających przy układaniu geokomórek na skarpach. Prawdopodobnie z braku
zrozumienia idei perforowania i ustawienia maszyn w określonym cyklu, tego typu
geokomórki stosowane są również we wszelkiego rodzaju wzmocnieniach podłoży w
układzie poziomym.
W przypadku zastosowań w drogownictwie, drenaż boczny jest zbędnym elementem, a
dodatkowo znacznie obniżającym sztywność pasm. W tabeli 2 zestawiono współczynniki
tarcia międzyfazowego pomiędzy ścianami geokomórek a ziarnistym wypełnieniem.
Analizując zestawione poszczególne wielkości
można zauważyć, że za wyjątkiem
geokomórek wypełnionych grubym kruszywem połączenie uszorstnienia z perforacjami pasm
nie ma większego sensu. Przeprowadzone badania przez Bathursta i Jarretta [2] wykazały
silną korelację pomiędzy ilością perforacji, zwiększeniem tarcia międzyfazowego oraz
sztywnością systemu „plastra miodu”. Ze względu na ograniczone możliwości czasowe tego
typu szkoleń nie zamieściłem w treści wyników wielu badań.
Dla każdego zainteresowanego tą tematyką przedstawiłem w wyborze literatury wykaz
publikacji do których można sięgnąć w celu pogłębienia wiedzy.
5.3.! Specyfikacje geokomórek.
Na podstawie omówionych koncepcji obliczeniowych i czynników wpływających na
prawidłową pracę systemów geokomórkowych we wszelkich zastosowaniach dotyczących
podniesienia nośności podłoża w drogownictwie można zestawić najważniejsze warunki do
spełnienia, tj. :
•! sztywność układu musi gwarantować poprzeczne przenoszenie przyłożonych obciążeń
przez strukturę „plastra miodu”,
•! pomiędzy komórką, a jej wypełnieniem musi występować tarcie, które zapewni
zamknięcie lub przeniesienie obciążeń,
•! uszorstnienie pasm i perforacja w zastosowaniach poziomych musi być ściśle
skorelowana i obliczona na maksymalny efekt,
•! mata musi posiadać odpowiednią wytrzymałość, tak aby tworzywo HDPE, z którego
wykonane są geokomórki przetrwało w warunkach instalacji i eksploatacji,
•! współczynniki redukcyjne dla tworzywa HDPE należy przyjmować analogicznie jak
dla geomembran HDPE
•! sposób montażu do podłoża i wzajemne połączenia poszczególnych sekcji
geokomórek nie mogą stanowić dowolności i powinny podlegać rygorom
obliczeniowym.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
6.! Podsumowanie.
Z mojego 25. letniego doświadczenia w stosowaniu systemów geokomórkowych
mogę potwierdzić ogromną poprawę nośności podłoży z ich udziałem.
W przypadku podłoży z piasku, popiołów lotnych lub słabej gliny sprawdzają się
doskonale. We wszelkich posadowieniach obiektów inżynierskich na gruntach
organicznych, nawet o dużych miąższościach, połączenie konstrukcji zamkniętych
poduszek i ułożonych płaszczyznowo geokomórek osiągnięto nadzwyczajne efekty,
niejednokrotnie w sposób niezamierzony.
Rys. 7. Schemat posadowienia nasypu kolejowego na gruntach organicznych z zastosowaniem poduszek
geotkaninowych i geokomórek ( z P.W.- Rozbudowa infrastruktury Portu w Szczecinie – 2007 r.)
Największy chrzest bojowy geokomórki przeszły podczas pierwszej operacji „Pustynna
burza” umożliwiając przemieszczanie się ciężkiego sprzętu po piaskach pustyni.
Na szczęście również dobrze sprawdzają się w czasach pokoju.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Literatura :
1.! BS 8006:1995 Code of practise for strengthned/reinforced soil and oter fills
2.! Bathurst R.J., Jarrett P.M.: Large-scale model tests of geocomposite matresses over
peat subgrades. TRR 1188. Washington 1981
3.! Colbond Workshop: Design Concepts of Reinforced Walls, Slopes and Embankments.
W-wa 2007
4.! ITB. Instrukcje, wytyczne, poradniki Nr 429/2007
5.! Jermołowicz P.: Geosyntetyki w drogownictwie. BTE 1997, nr 2. s. 20 – 21
6.! Koerner R.M.,Welsh J.:Construction and geotechnical engineering using synthetic
fabrics. J.Wiley and Sons, New York 1980
7. Koerner R.M. Designing with geosynthetics, (Fifth edition) Prentice Hall 2005
8. Pisarczyk S.: Geoinżynieria. Metody modyfikacji podłoża gruntowego P.W. 2005
9. Podręczniki do projektowania dla programów Sigma W, ReSSa, Plaxis v.7,0, Slope W,
MSEW, Slide v.5.0
10. Richardson G.N.: Geocells: a perspective in roadway applications.GFR p.14-19
11. Richardson G.N.: Lost in history:"Geo-Airdromes". Geosynthetics 2006
12. Shepard K.: Erosion control and effective drainage. Geosynthetics 2006
13. Wesolowski A. [i in.]: Geosyntetyki w konstrukcjach inżynierskich. Wyd. SGGW. Wwa 2000
!
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl