Projektowanie geokomórkowych konstrukcji oporowych

Projektowanie konstrukcji oporowych w technologii geokomórkowego systemu ograniczającego (KSO) podlega ogólnym zasadom projektowania klasycznych konstrukcji oporowych. Przy czym, z uwagi na rodzaj stosowanego materiału, trzeba uwzględnić dodatkowo aspekty projektowania konstrukcji oporowych w technologii gruntu zbrojonego.

Ogólne wytyczne postępowania przy wymiarowaniu konstrukcji poddanych oddziaływaniom parcia gruntu (zebranie danych wyjściowych, wybór rodzaju konstrukcji, zestawienie obciążeń, itd.) można znaleźć np. w pracach (Jarominiak 2000; Ashmawy 2006; Look 2007).

Projektowaniu stricte konstrukcji z gruntu zbrojonego poświęcona jest monografia EBGEO (German Geotechnical Society 2012) oraz norma (BS 8006-1:2010), a także np. wytyczne (FHWA-NHI-10-025). Trzeba dodać, że na ten moment nie ma wspólnej normy europejskiej ani też polskiej, poświęconej projektowaniu konstrukcji z gruntu zbrojonego. Jednocześnie nie ma jakichkolwiek znormalizowanych wytycznych poświęconych zasadom wymiarowania konstrukcji oporowych z geokraty komórkowej. Pojawiają się tu jedynie zasady projektowania podawane przez niektórych producentów GK, jak np. firmę PRESTO GEOSYSTEMS (w13), gdzie na tle innych firm dość szczegółowo opisano to zagadnienie.

Inni producenci skupiają się raczej na aspektach technologicznych wykonywania samych konstrukcji, a zasady ich wymiarowania podają w sposób lakoniczny, zwracając jedynie uwagę, że należy sprawdzić stateczność zewnętrzną, wewnętrzną, a obciążenia parciem

wyznacza się wg klasycznej teorii parcia Coulomba, co zresztą przywołują za pracą (Bathurst i Crowe 1992).

Mając na uwadze cechy materiału stanowiącego zbrojenie tych konstrukcji (geosyntetyk), trzeba wziąć pod uwagę jego właściwości reologiczne, opisane w pkt. 3.1.3, a także wrażliwość na UV. Cechę reologiczną, jaką jest pełzanie geosyntetyku, uwzględnia się poprzez stosowanie tzw. współczynnika częściowego A1 (RFCR)⁸ redukującego krótkotrwałą wytrzymałość geosyntetyku; podejście takie jest prezentowane w powołanych powyżej wytycznych i normach. W zależności od rodzaju polimeru wartości tego współczynnika, deklarowane (zbadane) przez producentów geosyntetyków i zestawione w instrukcji EBGEO, wynoszą od 1,5 do 4,0 (przy czym np. dla PE jest to 2,0 ÷ 3,5, a dla PA 1,5 ÷ 2,5). Na rys.

3.23 pokazano jak zmiany wytrzymałości geosyntetyku na rozciąganie ze względu na czas użytkowania uwzględnia się przy projektowaniu wymaganej jego wytrzymałości w trakcie eksploatacji zbrojonej konstrukcji geotechnicznej.

Rys. 3.23. Zmiany wytrzymałości geosyntetyku na rozciąganie ze względu na czas użytkowania (IBDiM Temat TN/TG-221)

Należy tu nadmienić, że autorowi nie udało się w literaturze trafić na ślad badań i analiz zachowania się konstrukcji oporowych z geokraty komórkowej w czasie. Nieliczne prace, gdzie poruszono problem pełzania geokraty w konstrukcji, dotyczyły tylko zbrojenia nawierzchni drogowych, np. (Thakur, Han et al. 2013) lub zawierały jedynie ogólną informację, że proces ten należy brać pod uwagę (Kłosek 2012). Jaki wpływ to zjawisko

8 Symbol oznaczenia współczynnika częściowego różni się od kraju. W polskiej literaturze przyjęło się go oznaczać symbolem A1, a w literaturze anglosaskiej RFCR.

może mieć na wytrzymałość połączeń taśm, a w konsekwencji na stabilność/stateczność konstrukcji oporowej, pozostaje zagadnieniem otwartym.

Badania i analiza zjawisk pełzania i relaksacji w materiałach geosyntetycznych używanych do budowy konstrukcji oporowych z geokraty komórkowej, nie wchodziły w ustalony wcześniej zakres niniejszej pracy. Realizowane w pracy badania oporów tarcia w strefie kontaktowej prowadzą do uzyskania charakterystyk krótkotrwałych mogących stanowić podstawy do szacowania wytrzymałości długotrwałej. Zdaniem Autora, badania procesów reologicznych w odniesieniu do konstrukcji oporowych z geokraty komórkowej, są celowe w skali 1:1, na rzeczywistych obiektach, w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.

Sprawdzanie stateczności konstrukcji oporowych

Każdy rodzaj konstrukcji wykonanej w systemie komórkowym, będzie wymagał innego, indywidualnego zakresu obliczeń projektowych w zakresie stanu granicznego nośności ULS (Ultimate Limit States). Sprawdzenie tego stanu granicznego jest obligatoryjne.

Traktując konstrukcję oporową z geokraty (KOG) jako monolityczną, obliczenia ULS obejmują:

• sprawdzenie nośności podłoża pod konstrukcją na skutek wypierania gruntu z podłoża (rys. 3.24a), stan GEO,

• sprawdzenie stateczności całej konstrukcji na obrót (rys. 3.24b), stan EQU,

• sprawdzenie stateczności całej konstrukcji na przesunięcie (rys. 3.24c), stan GEO,

Rys. 3.24. Stateczność całej konstrukcji oporowej; a) – utrata nośności podłoża pod konstrukcją na skutek wypierania gruntu, b) – utrata stateczności całej konstrukcji na obrót, c) – utrata stateczności całej konstrukcji na przesunięcie

• oraz sprawdzenie tzw. stateczności globalnej całego układu.

Z uwagi na to, że KOG nie są monolityczne i składają się z warstw, należy także rozpatrzyć ULS w zakresie stateczności wewnętrznej, co zostało już wspomniane w pkt. 1.2 i pokazane na rys. 1.5. W ramach stateczności wewnętrznej sprawdza się:

• stateczność na przesuw między warstwami konstrukcyjnymi,

• stateczność na obrót poszczególnych elementów konstrukcji.

Sprawdzanie stateczności wewnętrznej można odnieść do wymogów stawianych innym konstrukcjom oporowym z gruntu zbrojonego, np. ze sztywnym licem, gdzie normy i wytyczne zalecają sprawdzenie poślizgu na wszystkich poziomach zbrojenia (najczęściej po geosiatce) oraz obrót części konstrukcji powyżej tych poziomów. W przypadku KOG poziomami sprawdzania stateczności wewnętrznej są kontakty warstw konstrukcyjnych.

Parametry geometryczne grawitacyjnej konstrukcji oporowej

Do parametrów geometrycznych grawitacyjnej konstrukcji oporowej zaliczono:

Rys. 3.25. Parametry geometryczne grawitacyjnej konstrukcji oporowej w KSO: a) schemat konstrukcji, b) schemat obliczeniowy do wyznaczania parcia gruntu na konstrukcję

• wysokość konstrukcji oporowej H,

• głębokość posadowienia konstrukcji D,

• wysokość całkowita konstrukcji Hc, (wysokość oddziaływania parcia),

• szerokość podstawy konstrukcji B,

• szerokość i-tej warstwy konstrukcyjnej ściany oporowej bwi,

• nachylenie naziomu za konstrukcją ε,

• nachylenie ściany od strony parcia gruntu β,

• nachylenie lica ściany ω.

Obciążenia konstrukcji oporowej Do obciążeń konstrukcji zaliczamy;

• obciążenie od ciężaru własnego zasypki,

• obciążenie naziomu q,

• obciążenie od parcia gruntu za konstrukcją Ea,

Parametry materiałowe konstrukcji oporowej

Do parametrów materiałowych konstrukcji oporowych zaliczono:

• parametry geokraty komórkowej:

◦ wysokość geokraty h,

◦ wielkość pojedynczej komórki, np. definiowaną rozstawem zgrzewów r,

◦ rodzaj i wytrzymałość taśm oraz zgrzewów,

• parametry materiału zasypowego:

◦ ciężar objętościowy γz,

◦ kąt tarcia wewnętrznego zasypki φz oraz kąty tarcia w płaszczyźnie kontaktu warstw konstrukcyjnych φk lub warstw konstrukcyjnych powiązanych φk;p,

◦ spójność materiału zasypowego cz oraz spójności pozorne/zastępcze w strefie kontaktowej warstw konstrukcyjnych ck lub warstw konstrukcyjnych powiązanych ck;p; oczywiście dla zasypek niespoistych cz = 0 kPa, natomiast wartości ck i ck;p

mogą być większe od 0.

• parametry przewiązek (wytrzymałość na rozciąganie)

Inne parametry konstrukcji oporowej

• parametry gruntów przed i za konstrukcją oporową (decydujące o rozkładzie parcia i ewentualnie odporu gruntu):

◦ ciężar objętościowy γ,

◦ kąt tarcia wewnętrznego φ,

◦ spójność gruntu c.

W niniejszej pracy będą badane następujące parametry materiałowe konstrukcji oporowej:

• kąt tarcia wewnętrznego zasypki φz oraz kąty tarcia: w płaszczyźnie kontaktu warstw konstrukcyjnych φk oraz (dla wybranych zasypek) w płaszczyźnie kontaktu warstw konstrukcyjnych powiązanych φk;p,

• spójność materiału zasypowego cz oraz spójności pozorne/zastępcze: w strefie kontaktowej warstw konstrukcyjnych ck oraz (dla wybranych zasypek) w strefie kontaktowej warstw konstrukcyjnych powiązanych ck;p.

4. Badania tworzywa konstrukcji oporowej z geokraty komórkowej wypełnionej