Index of /rozprawy2/10983

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Katedra Geodezji Inżynieryjnej i Budownictwa. Rozprawa doktorska. BEZKONTAKTOWE METODY WYZNACZANIA PRZEMIESZCZEŃ I DEFORMACJI ŚCIAN OPOROWYCH. mgr inż. Olga Kuras. Promotor: dr hab. inż. Edward Preweda, prof. AGH Promotor pomocniczy: dr inż. Elżbieta Jasińska. Kraków 2015.

(2) Pragnę w szczególny sposób podziękować Panu Profesorowi Edwardowi Prewedzie, opiekunowi niniejszej rozprawy, który wspierał mnie merytorycznie w realizacji tej pracy niczym mur oporowy wzmacniający grunt. Dziękuję również Pani Doktor Elżbiecie Jasińskiej za pomoc i praktyczne uwagi. Dziękuję Pani Profesor Alinie Wróbel oraz Panu Profesorowi Janowi Gocałowi, moim wcześniejszym opiekunom, za pomoc, zaufanie i stworzenie podwalin pracy naukowej. Serdecznie dziękuję Panu Krzysztofowi Langemu, Zastępcy Kierownika Wydziału ds. Budowy Autostrady A4, Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, Oddziału w Krakowie, za życzliwość i ubogacenie tej pracy swoim wieloletnim doświadczeniem.. Autorka niniejszej pracy była stypendystką projektu „Doctus – Małopolski fundusz stypendialny dla doktorantów”, współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.. 1.

(3) SPIS TREŚCI. 1. Cel, zakres i teza pracy ................................................................................................ 5. 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych .......... 2.1. Zapobieganie osuwiskom .................................................................................. 2.2. Osuwiska w ustawodawstwie i projektach rządowych ..................................... 2.3. Rodzaje ścian oporowych .................................................................................. 2.4. Oddziaływania na ściany oporowe .................................................................... 2.5. Kategorie geotechniczne ................................................................................... 2.6. Monitorowanie ścian oporowych według prawa i norm ................................... 2.7. Awarie i zniszczenia ścian oporowych .............................................................. 8 8 11 12 17 19 20 22. 3. Współczesne techniki pomiarów dla potrzeb wyznaczania przemieszczeń ............... 3.1. Pomiary kontrolne jako element monitoringu przemieszczeń .......................... 3.2. Klasyfikacja przemieszczeń i metody ich wyznaczania ................................... 3.3. Naziemne skanowanie laserowe ........................................................................ 3.3.1. Podstawy skanowania laserowego ….................................................... 3.3.2. Wpływ intensywności odbicia i kąta padania wiązki dalmierczej ....... 3.3.3. Aspekty praktyczne pomiarów skanerowych ....................................... 3.3.4. Skanowanie w wyznaczaniu przemieszczeń ........................................ 3.4. Naziemna interferometria radarowa .................................................................. 3.4.1. Elementy technik radarowych .............................................................. 3.4.2. Podstawy działania systemu IBIS ......................................................... 3.4.3. Charakterystyka sygnału i anten systemu IBIS .................................... 3.4.4. System IBIS w wyznaczaniu przemieszczeń ........................................ 3.4. Pomiary ścian oporowych w literaturze ............................................................. 28 28 30 32 32 34 35 37 40 40 42 44 46 48. 4. Pomiar klasyczny ścian oporowych ............................................................................ 4.1. Obiekt testowy ................................................................................................... 4.1.1. Opis obiektu .......................................................................................... 4.1.2. Przebieg pomiaru .................................................................................. 4.1.3. Przemieszczenia punktów mierzonych klasycznie ............................... 4.1.4. Wyznaczenie przemieszczeń i obrotów bloków ................................... 4.1.5. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej .................................................. 4.2. Obiekt wdrożeniowy ......................................................................................... 4.2.1. Opis obiektu .......................................................................................... 4.2.2. Przebieg pomiaru .................................................................................. 4.2.3. Pomiar i badanie stałości punktów sieci ............................................... 4.2.4. Przemieszczenia punktów mierzonych klasycznie ............................... 4.2.5. Wyznaczenie przemieszczeń i obrotów bloków ................................... 4.2.6. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej ................................................... 51 51 51 52 56 61 63 65 65 68 72 78 84 87. 5. Zastosowanie skanowania laserowego do pomiaru ścian oporowych ........................ 5.1. Przebieg pomiaru ............................................................................................... 5.2. Łączenie chmur punktów .................................................................................. 5.3. Analiza dokładności naziemnego skanowania laserowego ............................... 5.4. Porównanie chmur punktów .............................................................................. 5.4.1. Podstawy teoretyczne ............................................................................ 89 89 91 92 95 95 2.

(4) 5.4.2. Dobór rozmiaru siatki grid ................................................................... 5.4.3. Porównanie chmur obiektu testowego .................................................. 5.4.4. Porównanie chmur obiektu wdrożeniowego ........................................ 5.5. Znaczenie gęstego skanowania i zmiany koloru powierzchni .......................... 5.6. Analiza tworzenia siatki TIN w programach Cyclone i CloudCompare …...... 5.7. Przekroje przez obiekt ....................................................................................... 5.7.1. Zastosowanie średniej kroczącej .......................................................... 5.7.2. Przekroje przez obiekt testowy ............................................................. 5.7.3. Przekroje przez obiekt wdrożeniowy ..................................................... 97 99 102 107 108 111 111 112 114. 6. Zastosowanie systemu IBIS-L do pomiaru ścian oporowych ……............................. 6.1 Dobór stanowiska obserwacyjnego ................................................................... 6.2. Precyzyjne odtworzenie stanowiska radaru ...................................................... 6.3. Wykonanie obserwacji radarowych .................................................................. 6.4. Selekcja pikseli .................................................................................................. 6.5. Analiza składowych obserwowanego przemieszczenia .................................... 6.6. Wyznaczenie przemieszczeń ściany .................................................................. 6.7. Ograniczenie liczby pikseli ................................................................................ 116 116 119 120 124 126 127 130. 7. Podsumowanie i wnioski ............................................................................................. 132. Bibliografia ........................................................................................................................ 138 Spis rysunków .................................................................................................................... 145. Spis tabel ............................................................................................................................ 149. Spis załączników ................................................................................................................ 149. Załączniki ........................................................................................................................... 150. 3.

(5) WYKAZ AKRONIMÓW ALS ATR CDoT CW DFT D-InSAR ETSI FFT GBSAR GLAS GNSS GPR GPS HPBW IBIS ICESat IDFT InSAR ITB ISOK LiDAR LVDT MTLS MSE NMT PIG-PIB OTPBW PN SAR SFCW SNR SOPO SLS STLS TIN TLS TOF UAS. Airborne Laser Scanning, lotnicze skanowanie laserowe automatic target recognition, system automatycznego celowania na reflektor California Department of Transportation continuous wave, fala ciągła discrete Fourier transform, dyskretna transformata Fouriera differential InSAR, różnicowy InSAR European Telecommunications Standards Institute, Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych fast Fourier transform, szybka transformata Fouriera ground-based SAR, naziemny SAR Geoscience Laser Altimeter System (nazwa systemu) Global Navigation Satellite System, Globalny Sateliarny System Nawigacyjny ground penetrating radar, radar do sondowań podpowierzchniowych Global Positioning System, Globalny System Pozycjonowania half power beam width, kąt połowy mocy Image by Interferometric Survey (nazwa systemu) Ice, Cloud and Land Elevation (nazwa systemu) inverse DFT, odwrotna DFT (IfSAR) interferometric SAR, interferometria SAR Instytut Techniki Budowlanej Informatyczny System Osłony Kraju Light Detection and Ranging, pozycjonowanie za pomocą światła widzialnego linear variable differential transformer, transforamtorowy czujnik przemieszczeń liniowych Mobile Terrestrial Laser Scanning, mobilne naziemne skanowanie laserowe Mechanically Stabilized Earth, grunt stbilizowany mechanicznie Numeryczny Model Terenu Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy one-tenth half power beam width, kąt 10% mocy Polska Norma synthetic aperture radar, radar z aperturą syntetyzowaną stepped frequency continuous wave, fala ciągła o skokowo modulowanej częstotliwości signal-to-noise power ratio, stosunek mocy sygnału do szumu System Osłony Przeciwosuwiskowej Satellite Laser Scanning, satelitarne skanowanie laserwe Stationary Terrestrial Laser Scanning, stacjonarne naziemne skanowanie laserowe Triangulated Irregular Network Terrestrial Laser Scanning, naziemne skanowanie laserowe time of flight, czas przebiegu Unmanned Aerial Systems, bezzałogowy system latający. 4.

(6) 1 Cel, zakres i teza pracy. Konstrukcje oporowe zapewniają bezpieczeństwo ludzi i mają kluczowe znaczenie w zapewnieniu stabilności gruntu. Szczególnie na południu Polski, gdzie teren górzysty z niekorzystnymi formacjami geologicznymi, np. fliszem karpackim, sprzyja powstawaniu osuwisk ziemnych, są one wyjątkowo istotne. Ściany oporowe stosowane są najczęściej w dwóch sytuacjach. Pierwszą z nich jest zabezpieczenie użytkowników dróg, zwłaszcza krajowych, przed osunięciem się ziemi znad lub spod jezdni. Drugą jest ochrona przed osunięciem budynków posadowionych na zabudowanych zboczach. Akty prawne, normy techniczne oraz przykłady awarii i katastrof ścian oporowych, jakie miały miejsce w przeszłości, wskazują na konieczność pomiaru i kontroli tych obiektów. Kształt i wielkość konstrukcji oporowych oraz ich lokalizacja w pobliżu często ruchliwych dróg, sprawiają, że ich pomiar klasycznymi metodami geodezyjnymi jest trudny i czasochłonny. Niekorzystna geometria sieci obserwacyjnej, wymuszona trudnymi warunkami terenowymi, negatywnie wpływa na dokładność pomiarów. Ponadto dyskretny charakter obserwacji klasycznych ogranicza informacje o zachowaniu obiektu oraz o powstawaniu lokalnych odkształceń. Pozyskanie większej ilości danych wymaga większej liczby mierzonych punktów, co znacząco wydłuża czas pomiaru klasycznego. Wobec powyższego postanowiono poszukać nowych rozwiązań pomiarowych, dostępnych dzięki rozwojowi nowoczesnych technologii. Naziemne skanowanie laserowe jest dynamicznie rozwijaną techniką pomiarową, znajdującą coraz szersze zastosowanie również w badaniach przemieszczeń. Według producentów sprzętu pomiarowego, dzięki wykorzystaniu najlepszych dalmierzy bezreflektorowych, możliwy jest pomiar współrzędnych chmur punktów z niepewnością rzędu 2÷3 mm. Duża liczba punktów umożliwia dokładną aproksymację skanowanych powierzchni, a powtarzanie pomiarów pozwala analizować zmiany w ich kształcie oraz położeniu. Natomiast naziemna interferometria radarowa jest nowoczesną techniką pomiarową, która została wykorzystana np. w urządzeniu IBIS-L produkcji włoskiej firmy IDS. Głównym przeznaczeniem tej wersji systemu IBIS jest pomiar przemieszczeń obiektów wielkopowierzchniowych, takich jak osuwiska skalne czy zapory wodne. Niepewność wyznaczenia przemieszczeń, określona na poziomie 0,1 mm, umożliwia wychwycenie niewielkich ruchów obserwowanych powierzchni. Można powiedzieć, że geodezja jest sztuką – sztuką wyboru odpowiedniej metody pomiarowej, właściwego sprzętu oraz odpowiedzialnego zespołu, który zrealizuje prace pomiarowe i ich opracowanie z należytą starannością. Celem niniejszej rozprawy jest sprawdzenie użyteczności nowoczesnych, bezinwazyjnych technik pomiarowych w kontroli geometrii konstrukcji oporowych. Nowoczesne techniki, takie jak naziemne skanowanie laserowe oraz naziemna interferometria radarowa, umożliwiają wykonanie stosunkowo szybkiego pomiaru z wysoką dokładnością. Cel niniejszej rozprawy został zrealizowany poprzez zweryfikowanie dokładności wspomnianych technik na drodze porównania wyników pomiarów konstrukcji oporowych, otrzymanych przy użyciu nowoczesnych instrumentów, z wynikami precyzyjnych pomiarów geodezyjnych.. 5.

(7) 1. Cel, zakres i teza pracy. Praca składa się z siedmiu rozdziałów. Pierwszy z nich stanowi wprowadzenie definiujące cel, zakres i tezę pracy. Rozdział drugi niniejszej pracy jest poświęcony znaczeniu ścian oporowych oraz pomiarom przemieszczeń w kontroli ich geometrii. Mury oporowe stanowią mechaniczne wzmocnienie zboczy i zapobiegają powstawaniu osuwisk albo unieruchamiają osuwiska będące w ruchu. Skutki aktywności osuwisk mają duże znaczenie dla gospodarki kraju, dlatego ich zabezpieczanie jest istotnym zagadnieniem. Różne rodzaje ścian oporowych stosuje się odpowiednio do warunków geologicznych. Wprowadzane w Polsce normy europejskie, szczególnie Eurokod 7, a także polskie ustawodawstwo wskazują na istotną rolę pomiarów przemieszczeń w kontroli ścian oporowych. Również uszkodzenia i awarie tych obiektów pokazują, że powinny być one monitorowane w trakcie budowy i eksploatacji. Tematem trzeciego rozdziału są współczesne techniki pomiarów przemieszczeń. W rozdziale zdefiniowano pojęcie pomiarów przemieszczeń, a także przemieszczeń względnych i bezwzględnych. Przedstawiono różnice pomiędzy pomiarami kontrolnymi a monitoringiem oraz omówiono zagadnienie monitoringu geotechnicznego i metrologicznego. Ponadto zaprezentowano przykłady pomiarów ścian oporowych znane z literatury. Istotną część rozdziału poświęcono omówieniu metod pomiarowych, które zostały zastosowane w badaniach, z wyróżnieniem metody naziemnego skanowania laserowego oraz naziemnej interferometrii radarowej. Opisano sprzęt użyty w pracach terenowych: precyzyjne instrumenty geodezyjne, skaner laserowy oraz naziemny radar interferometryczny, ze zwróceniem uwagi na ich możliwości istotne z punktu widzenia obserwacji ścian oporowych. Rozdział czwarty opisuje klasyczny pomiar geodezyjny ścian oporowych wykonany w ramach badań. Pomiarami objęto dwa mury oporowe. Pierwszy z nich (Mce), niewielka ściana oporowa, był obiektem testowym. Drugi to zespół ścian oporowych (Lub), na którym wdrażano opracowaną metodykę pomiarową. Pomiary klasyczne obu obiektów wykonano metodą wcięć kątowych w przód. Na potrzeby pomiaru, dla każdego obiektu założono lokalną sieć pomiarową, której punkty stanowiły bazy do wcięć. Oprócz tego wykonano niwelację reperów znajdujących się na obiektach. Na podstawie wyników pomiarów wyznaczono przemieszczenia pionowe i poziome punktów w kolejnych epokach pomiarowych. W rozdziale piątym opisano wykonane w ramach pracy pomiary z wykorzystaniem naziemnego skanera laserowego oraz opracowanie wyników pozyskanych tą techniką. Zwrócono uwagę na odpowiednie planowanie stanowisk skanera oraz geometrię rozmieszczenia tarcz służących do łączenia chmur punktów z różnych stanowisk, istotne dla uzyskania jak najwyższej dokładności położenia punktów. Kluczową część piątego rozdziału stanowi empiryczna ocena dokładności danych pozyskanych naziemnym skanerem laserowym. Analizę wykonano wyznaczając odległości punktów pomierzonych klasycznie od płaszczyzn wpasowanych w odpowiadające im fragmenty chmur punktów ze skanowania. W rozdziale przedstawiono również możliwość porównania chmur punktów z różnych pomiarów tego samego obiektu. Przedstawiono zalety zastosowania obiektów typu grid w opracowaniu danych z naziemnego skanowania laserowego oraz problematykę tworzenia wiarygodnych przekrojów. Możliwość wykorzystania naziemnej interferometrii radarowej do pomiaru ścian oporowych przedstawiono w rozdziale szóstym. Ze względu na przeznaczenie systemu IBIS-L do pomiaru przemieszczeń obiektów wielkopowierzchniowych z wysoką dokładnością, sprawdzono wykorzystanie tego urządzenia w pomiarach ścian oporowych obiektu Lub. Z powodu ukształtowania terenu oraz lokalizacji ścian w pasie drogowym trwała stabilizacja stanowiska radaru była niemożliwa. Dlatego w pomiarze powtórnym zastosowano przybliżone ustawienie radaru względem lokalizacji pierwotnego stanowiska. Wykorzystując metody geodezyjne wyznaczono przemieszczenie stanowiska radaru, które uwzględniono w obliczeniach. W roz6.

(8) 1. Cel, zakres i teza pracy. dziale opisano metodykę wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych przy użyciu systemu IBIS-L oraz opracowanie wyników pomiarów z uwzględnieniem niestałości stanowiska radaru. Rozdział siódmy stanowi zbiorcze podsumowanie wyników pomiarów przemieszczeń obiektów Mce i Lub, a także wnioski, wyciągnięte na podstawie badań doświadczalnych i ich opracowania, ze wskazaniem zalet i wad zastosowanych technik pomiarowych i ich ograniczeń, występujących podczas obserwacji ścian oporowych. Badania przedstawione w niniejszej pracy oraz analiza wyników mają na celu uzasadnienie następujących tez badawczych: Techniki naziemnego skanowania laserowego i naziemnej interferometrii radarowej, dzięki wysokiej dokładności i rozdzielczości pomiaru, pozwalają na pozyskanie istotnych danych do badania przemieszczeń i odkształceń ścian oporowych. Dla uzyskania wiarygodnych wyników wartości przemieszczeń i odkształceń ścian oporowych, pozyskanych technikami skanowania laserowego i interferometrii radarowej, niezbędne jest precyzyjne wyznaczenie położenia stanowisk obserwacyjnych przy zastosowaniu klasycznych metod geodezyjnych.. 7.

(9) 2 Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. 2.1. ZAPOBIEGANIE OSUWISKOM Warunkiem bezpiecznej eksploatacji każdego obiektu inżynierskiego jest stabilność podłoża gruntowego. Niewielkie przemieszczenia są zagrożeniem dla konstrukcji, a kilkucentymetrowe mogą spowodować katastrofę. Dlatego „osuwiska należą do najniebezpieczniejszych zjawisk geotechnicznych. Zagadnienie osuwisk jest związane ze statecznością zboczy, skarp i konstrukcji geotechnicznych” (Wolski, 2001). Osuwiska, a szczególnie skutki ich aktywności, mają duże znaczenie dla gospodarki, budownictwa i użytkowania obszaru naszego kraju. Powodują szkody w drzewostanie, rolnictwie, na liniach komunikacyjnych i mogą zagrażać zbiornikom wodnym (Bzówka i in., 2012). Jednym z głównych rejonów osuwiskowych naszego kraju jest rejon karpacki. Budowa Karpat fliszowych (naprzemianległość skał piaskowcowych i łupkowych) stwarza sprzyjające warunki do powstawania osuwisk. Praktycznie każda budowla liniowa w Karpatach przechodzi przez tereny osuwiskowe (Kleczkowski, 1955; Książkiewicz, 1959). Osuwiska należą do zjawisk ruchu mas skalnych. Kleczkowski (1955) wyróżnia cztery zasadnicze grupy tych ruchów:  ruchy tektoniczne,  trzęsienia ziemi,  osuwiska,  osiadania. W literaturze geologicznej można znaleźć inne podziały powyższych zjawisk, w których np. osuwiska i osiadania tworzą jedną grupę ruchów. Przytoczenie powyższego podziału jest uzasadnione ze względu na jego przejrzystość dla specjalistów z innych dziedzin niż geologia. Drugim atutem tego podziału jest rozróżnienie osuwisk i osiadań jako różnych od siebie zjawisk, co jest znaczące dla specjalistów z zakresu geodezji inżynieryjno-przemysłowej. Termin osuwisko ma szerokie znaczenie i obejmuje zróżnicowane ruchy mas skalnych na terenie zboczy, stoków i skarp. W terminologii geotechnicznej zbocza to powierzchnie nachylone pod pewnym kątem do poziomu, wymodelowane przez procesy geomorfologiczne. Te same powierzchnie w terminologii geologicznej określa się stokami (Glazer i Malinowski, 1991). Skarpy natomiast to powierzchnie nachylone będące wynikiem pracy człowieka. W danym momencie zbocze może być nieruchome albo poruszać się ku dołowi. Aby było ono nieruchome, musi się znajdować w stanie naprężeń. Wtedy wypadkowa sił przeciwdziałających ruchowi jest większa niż wypadkowa sił, które mogłyby wywołać ruch masy tworzącej zbocze (Kowalski, 1988). Ocena stateczności zbocza w danym momencie i w danych warunkach wymaga określenia wszystkich sił, które mogą wywołać ruch oraz wszystkich sił, które mogą przeciwdziałać temu ruchowi. Aby móc je wyznaczyć, należy podczas badań inżyniersko-geologicznych oznaczyć: 8.

(10) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych.  kąt nachylenia zbocza (lub kąty każdej z płaszczyzn, jeśli zbocze jest załamane),  ciężar objętościowy gruntu tworzącego zbocze,  spadek hydrauliczny oraz ciężar właściwy wody, jeśli grunty znajdują się pod powierzchnią przepływającej wody gruntowej,  kąt tarcia wewnętrznego gruntu,  spójność gruntu w możliwej powierzchni ścięcia i poślizgu,  istnienie możliwych stref lub powierzchni o osłabionej wytrzymałości. Obliczanie wiarygodnych warunków granicznej stateczności zbocza wymaga uwzględnienia rzeczywistej budowy zbocza – jego geologii, morfologii, występowania procesów geodynamicznych i inżyniersko-geologicznych. Zaniedbanie powyższych czynników często prowadzi do wyników, które znacząco różnią się od zjawisk obserwowanych w rzeczywistości i przewidywanych w przyszłości (Kowalski, 1988). Na podstawie obserwacji terenowych oraz licznych badań powstało wiele klasyfikacji osuwisk – w większości bardzo rozbudowanych. Uwzględniają one m.in. rodzaj ruchu, jego prędkość, przemieszczany materiał, wilgotność czy zasięg. Jednak dla potrzeb geotechnicznych wystarczająca jest klasyfikacja Kleczkowskiego (1955) – powszechnie stosowana w Polsce (Glazer i Malinowski, 1991). Opracowana przez Kleczkowskiego (1955) klasyfikacja osuwisk wyróżnia:  spływy,  zsuwy,  obrywy. Obszar, w którym występują osuwiska lub w którym panują warunki sprzyjające ich powstawaniu, to obszar osuwiskowy. Osuwiska są zjawiskami złożonymi ze względu na swoją genezę oraz ze względu na przebieg ruchu i jego zmiany. Rzadko występują czyste typy osuwisk. Najczęściej osuwiska rozpoczynają się jako jeden typ ruchu, a następnie przebiegają w innej formie (Kleczkowski, 1955). Aby skutecznie zapobiegać osuwiskom oraz opanowywać je w ruchu, konieczne jest poznanie ich przyczyn. Wiele klasyfikacji osuwisk opiera się na przyczynach powstawania ruchu. Kleczkowski (1955) wyróżnił dwie główne grupy czynników wywołujących osuwiska: podstawowe i aktywne. Do czynników (warunków) podstawowych należą:  budowa geologiczna (materiał skalny, jego ułożenie, wody gruntowe, źródła),  ukształtowanie terenu (głównie kąt nachylenia zboczy),  warunki klimatyczne (opady, wietrzenie, mróz, temperatura, nasłonecznienie). Warunki podstawowe to te, w których osuwiska powstają i w których mogą zadziałać czynniki wpływające na ruch, czyli aktywne. Do czynników (warunków) aktywnych (bezpośrednich) należą:  woda (opadowa, powierzchniowa – płynąca i stojąca, podziemna),  zmiany temperatury, nasłonecznienia i inne czynniki klimatyczne wpływające na wietrzenie i budowę wewnętrzną skał,  użytkowanie gruntu (rolnicze, leśne, budowlane, szata roślinna),  zmiany nachylenia i wysokości zbocza (naturalne lub sztuczne),  obciążenia zbocza (dodatkowe obciążenia statyczne – naturalne i sztuczne),  wstrząsy (naprężenia dynamiczne – naturalne i sztuczne). Warunki podstawowe wykazują dużą stałość, niezmienność w czasie i swoim zasięgiem obejmują duży obszar. Czynniki aktywne są bardziej zmienne i mają charakter lokalny.. 9.

(11) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. W ostatecznym efekcie suma sił wywołujących ruch przewyższa sumę sił oporu w zboczu i zostaje naruszona jego stateczność (Kleczkowski, 1955). Jak wynika z powyższej klasyfikacji, na powstawanie osuwisk składa się zespół różnorodnych czynników, często powiązanych ze sobą. Aby zapobiegać ich powstawaniu albo unieruchamiać osuwiska będące w ruchu, należy przeciwdziałać przyczynom, uniemożliwiając ich działanie, dlatego metody zapobiegania osuwiskom wiążą się z przyczynami ich powstawania. Kleczkowski (1955) wyróżnia kilka grup sposobów przeciwdziałania osuwiskom. Po pierwsze osuwiskom można zapobiegać przez odpowiednie użytkowanie powierzchni oraz eliminację dodatkowych czynników mogących wywołać ruch zbocza. Gdzie osuwiskom może zapobiegać las, tam należy stosować zalesienie, gdzie pomocne będą uprawy odpowiednich roślin utrzymujących materiał zbocza, tam należy zasadzić odpowiednią szatę roślinną. Jak podaje Glinicki (1990) na osłabionych zboczach należy w pierwszej kolejności posadzić trawę, następnie krzewy o szerokim i głębokim zakorzenieniu, a na końcu drzewa liściaste. Zgodnie z pierwszą grupą zapobiegania osuwiskom, na terenach osuwiskowych należy unikać dodatkowego obciążenia stoku robotami inżynierskimi. Druga grupa metod zabezpieczania osuwisk odnosi się do wody. Nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie oddziaływania wody na zbocze. Jednak poprzez odpowiednie uszczelnienie powierzchni zbocza oraz ujęcie wód opadowych i powierzchniowych za pomocą ścieków, sączków czy drenaży, możliwe jest jej szybkie odprowadzenie i zminimalizowanie jej wnikania w głąb zbocza. Podobne zabiegi ujęcia źródeł lub obniżenie poziomu wód gruntowych zapobiegają osuwiskom. Gdy zbocza są podcinane przez wody powierzchniowe należy zastosować zabezpieczenia oraz umocnienia brzegów i ich regulacje. Trzecią grupę stanowi mechaniczne wzmacnianie zboczy przez budowę murów oporowych, palowanie i inne techniki budowlane (Kleczkowski, 1955). Czwartą grupę stanowią czynności poprawiające własności mechaniczne skał tworzących zbocze takie jak np. osuszanie, bitumizacja, cementacja, elektropetryfikacja czy mrożenie. W literaturze można znaleźć inne podziały metod zapobiegania osuwiskom jak np. u Kowalskiego (1988), który wyróżnia tylko dwie grupy: bierną i czynną, oraz w Instrukcji Instytutu Techniki Budowlanej (ITB) nr 424/2011, która wyróżnia trzy rodzaje zabezpieczeń: naturalne, konstrukcyjne (m.in. konstrukcje oporowe masywne i ażurowe, mury kamienne, kaszyce, palościanki, kotwie, gwoździe i gabiony) i geosyntetyczne. Osuwiska stanowią skomplikowane zagadnienie geologiczne. Skuteczne zapobieganie im wymaga dokładnego zbadania gruntów i odpowiedniego zabezpieczenia zbocza, wynikającego z rodzaju czynnika, który wywołuje zagrożenie osuwiskowe (Bzówka i in., 2012). Zabezpieczanie osuwiska jest kompleksową budowlą geotechniczną, która naprawia skutki i eliminuje przyczyny (Kessler i Trzpis, 2009). Obejmuje ono konstrukcje oporowe oraz przypory, kotwienia, iniekcje, odwodnienia, zabezpieczenia antykorozyjne itp. Według Wiłuna (2010) osuwiska towarzyszące procesom budowlanym oraz eksploatacji budowli są najtrudniejszymi zagadnieniami geotechnicznymi. Ze względu na budowę geologiczną Polski, szczególnie regionu karpackiego, znaczna część infrastruktury komunikacyjnej jest zagrożona osuwiskami i ich skutkami. Według Instrukcji ITB nr 424/2011 90% osuwisk zaobserwowanych w Polsce występuje na tym obszarze. W rejonie Karpat fliszowych występuje ponad 9000 osuwisk, a 300 z nich zagraża bezpośrednio obiektom budowlanym – drogom, liniom kolejowym, budynkom (Bzówka i in., 2012). Przywołując dane podane przez Grzywacza (2009), na terenie samej Małopolski było zarejestrowanych 91 osuwisk lub zjawisk podobnych. Na liczbę tę składało się: 39 osuwisk aktywnych o corocznych zmianach, 24 osuwiska o małej aktywności (co kilka lat) oraz 28 osuwisk ustabilizowanych naturalnie lub sztucznie. Jedną z najniebezpieczniejszych dróg pod 10.

(12) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. względem osuwiskowym jest droga krajowa nr 7 (Jędrzejów – Kraków – Rabka – Chyżne – Granica Państwa), gdzie według przywołanych danych jest zarejestrowanych 20 osuwisk, w tym 5 aktywnych i 5 mało aktywnych. Ze względu na skalę osuwisk, która dotyka infrastruktury komunikacyjnej, geotechnika komunikacyjna zapewnia znaczną część zabezpieczeń terenów osuwiskowych. Drugą znaczącą grupę stanowią zabezpieczenia zboczy zabudowanych.. 2.2. OSUWISKA W USTAWODAWSTWIE I PROJEKTACH RZĄDOWYCH W 2002 roku, wskutek katastrofalnych powodzi, opadów i uaktywnienia się osuwisk z lat 1997, 2000 i 2001, wprowadzono liczne zmiany w ustawach dotyczących m.in. ochrony i zarządzania środowiskiem (Grabowski i in., 2009). Według ustawy z dnia 18 kwietnia 2002 r. o stanie klęski żywiołowej osuwiska są katastrofami naturalnymi, czyli zdarzeniami związanymi z działaniem sił natury. Ich skutki mogą być powodem wprowadzenia stanu klęski żywiołowej. Ustawa z dnia 27 marca 2003 r. o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym oraz ustawa z dnia 3 lutego 1995 r. o ochronie gruntów rolnych i leśnych wskazują na konieczność rozpoznania i wskazania obszarów osuwiskowych. O metodach, zakresie oraz częstotliwości prowadzenia obserwacji terenów, na których występują ruchy masowe oraz terenów nimi zagrożonych, mówi rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie informacji dotyczących ruchów masowych ziemi. Na terenach osuwiskowych, na których ruchy mas ziemnych mogą spowodować albo powodują bezpośrednie zagrożenie dla życia ludzi, infrastruktury komunikacyjnej lub technicznej, należy prowadzić regularne obserwacje powierzchniowe osuwiska i, w uzasadnionych przypadkach, obserwacje wgłębne. Rozporządzenie określa powyższe obserwacje jako monitoring, który powinien być prowadzony ze szczególnym wykorzystaniem metod geodezyjnych. Według rozporządzenia monitoring należy prowadzić dwa razy w roku: na wiosnę (marzec-kwiecień) oraz na jesień (wrzesień-październik), oraz dodatkowo po wystąpieniu ekstremalnych zjawisk przyrodniczych, które mogą wywołać ruchy masowe. Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska czyni starostów odpowiedzialnymi za prowadzenie rejestrów obszarów osuwiskowych. Starostowie są jednym z odbiorców wyników projektu SOPO (System Osłony Przeciwosuwiskowej). W 2004 roku, w ramach umowy finansowej z Europejskim Bankiem Inwestycyjnym powstał projekt, który finansował likwidację skutków osuwisk i zapobieganie ich występowania – Osłona Przeciwosuwiskowa. Projekt składa się z dwóch komponentów:  komponentu A obejmującego działania z zakresu likwidacji skutków osuwisk,  komponentu B obejmującego opracowanie map osuwisk oraz założenie systemu monitoringu na wybranych osuwiskach (Grabowski i in., 2009). SOPO jest projektem ogólnokrajowym, którego realizacja jest planowana w trzech etapach. Ostatni etap ma się zakończyć w 2022 roku. Poszczególne etapy obejmują prace od lokalizacji osuwisk, poprzez ich kartowanie i monitorowanie. Duża część projektu SOPO jest nastawiona na obszar karpacki jako szczególnie narażony na osuwiska [I1]. Podstawowym celem projektu SOPO jest opracowanie najbardziej skutecznej metodyki zarządzania zagrożeniami związanymi z ruchami masowymi w Polsce. Ma on być osiągnięty przez rozpoznanie i udokumentowanie osuwisk oraz terenów potencjalnie osuwiskowych oraz założenie na wybranych osuwiskach monitoringu wgłębnego i powierzchniowego. Zbierane i przetwarzane dane są następnie udostępnianie administracji publicznej. Projekt SOPO jest 11.

(13) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. obecnie jednym z najważniejszych projektów geologicznych realizowanych w Ministerstwie Środowiska, a jego wyniki mają ograniczyć szkody i zniszczenia wywołane rozwojem osuwisk. Dane dotyczące Projektu SOPO znajdują się w witrynie internetowej prowadzonej przez PIG-PIB (Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy) [I2]. W ramach Projektu SOPO została wydana „Instrukcja opracowania Mapy osuwisk i terenów zagrożonych ruchami masowymi w skali 1:10 000”. W instrukcji jest mowa m.in. o monitoringu osuwisk, który jest integralną częścią SOPO. Przyjęty w instrukcji monitoring prowadzi się wybranymi metodami z częstotliwością i w zakresie dostosowanymi indywidualnie do wybranego osuwiska, ale zgodnie z rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie informacji dotyczących ruchów masowych ziemi. Obserwacje wykonuje się również na osuwiskach, które objęto pracami stabilizacyjnymi i zabezpieczającymi w celu sprawdzenia ich skuteczności. Wraz z rozwojem technologii dopuszcza się użycie innych metod pomiaru niż te proponowane w instrukcji pod warunkiem, że ich koszt będzie porównywalny. W ramach monitoringu powierzchniowego instrukcja proponuje pomiar siatki punktów klasycznymi metodami geodezyjnymi lub techniką statyczną GPS. Projekt pomiaru może również przewidywać stabilizację punktów na elementach konstrukcji geoinżynierskich, jeśli monitorowany obiekt jest już zabezpieczony. Instrukcja sugeruje, aby pomiary w ramach monitoringu powierzchniowego były wykonywane trzy razy do roku. Monitoring wgłębny powinien obejmować pomiary inklinometryczne wykonywane nie rzadziej niż dwa razy w roku. Na uwagę zasługuje również prowadzony na szeroką skalę projekt ISOK – Informatyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami [I1, I3]. Zostanie on omówiony w rozdziale 5 niniejszej pracy, przy tematyce skanowania laserowego.. 2.3. RODZAJE ŚCIAN OPOROWYCH Zgodnie z normą PN-B-03010:1983 ściany oporowe to „budowle utrzymujące w stanie statecznym uskok naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych albo innych materiałów rozdrobnionych, które można scharakteryzować parametrami geotechnicznymi (γ – ciężar objętościowy gruntu, Φ – kąt tarcia wewnętrznego gruntu, c – spójność gruntu)”. Można powiedzieć, że zadaniem ścian oporowych jest podtrzymywanie znajdującego się za nimi gruntu lub innego materiału oraz zapewnienie jego równowagi (Dembicki i in., 1988). Pojęcia ściany oporowej i muru oporowego są stosowanie zamiennie. Mury oporowe zabezpieczają stateczność skarp i stoków. Stosuje się je również do budowy: przyczółków mostowych i kolejowych, ścian składów materiałów sypkich, ścian śluz oraz nabrzeży zbiorników wodnych (Pisarczyk, 2012). Przykład zabezpieczenia stateczności stoku za pomocą ściany oporowej jest przedstawiony na rysunku 2.1. W literaturze występuje wiele podziałów ścian oporowych. Jako przykładowy można podać podział Pisarczyka (2012) ze względu na jego aktualność i jasne kryteria podziału. Zgodnie z nim, ze względu na konstrukcję wyróżnia się mury:  masywne (ciężkie),  lekkie (kątowe),  płytowo-kątowe,  płytowo-żebrowe,  z gruntu zbrojonego,  z gabionów. 12.

(14) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. 1 – dawna masa osuwiska, 2 – powierzchnia poślizgu, 3 – grunt nienaruszony, 4 – wypełnienie pachwiny gruntem filtrującym, 5 – drenaż, 6 – warstw nieprzepuszczalna, 7 – usunięty grunt dawnego osuwiska, 8 – wylot drenażowy Rys. 2.1. Zabezpieczenie podstawy stoku za pomocą muru oporowego (Pisarczyk, 2012). Rossiński i in. (1976) oraz Dembicki i in. (1988) dokonują podziału ścian oporowych, zależnego od konstrukcji, na dwie grupy:  ściany masywne: kamienne, betonowe, blokowe, skrzyniowe,  ściany lekkie: wspornikowe, kątowe z płytami kotwiącymi, oczepowe kotwione za pomocą ściągów, łupinowe, palisadowe, kaszycowe, płytowe itp. Ci sami autorzy ścianki szczelne i szczelinowe charakteryzują jako, co prawda odrębny, ale jednak jeden z rodzajów ścian oporowych. Dlatego przyjmując ich nomenklaturę, w niniejszej pracy termin ścian oporowych obejmuje również ścianki szczelne i szczelinowe. Masywne mury oporowe to ściany o dużej szerokości przekroju poprzecznego, które przeciwstawiają się parciu gruntu (lub innego materiału) swoim ciężarem i tarciem podstawy muru o podłoże (Pisarczyk, 2012). Ściany oporowe masywne są wykonywane przeważnie z betonu lub z kamienia (naturalnego lub sztucznego) na zaprawie cementowej albo cementowowapiennej (Cios i Garwacka-Piórkowska, 2008). Przykładowe przekroje ścian oporowych masywnych przedstawiono na rysunku 2.2.. Rys. 2.2. Przykłady typowych murów oporowych masywnych (Pisarczyk, 2012). W przypadku gdy wysoka ściana muru jest bardzo obciążona parciem gruntu, konieczne może być zastosowanie wspornika lub płyt (jednej lub więcej) odciążających (rys. 2.3). Płyta odciążająca zwiększa stateczność muru oraz wywołuje dodatkową siłę skupiającą i odwrotnie skierowany moment zginający w ścianie, powiększając w ten sposób naprężenia ściskające na krawędzi od strony gruntu (Pisarczyk, 2012).. Rys. 2.3. Przykłady murów oporowych masywnych z elementami odciążającymi (Pisarczyk, 2012). Ściany oporowe płytowo-kątowe mają dwa zasadnicze elementy: ścianę pionową (czasami odchyloną od pionu) i płytę fundamentową poziomą lub nachyloną (rys. 2.4). Oba elementy są połączone ze sobą sztywno na kształt litery L. Mury płytowo-kątowe są wykonywane jako 13.

(15) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. elementy żelbetowe monolityczne lub prefabrykowane (Pisarczyk, 2012; Rossiński i in., 1976).. Rys. 2.4. Przykłady murów oporowych płytowo-kątowych. (Pisarczyk, 2012). Istotnym czynnikiem wpływającym na stateczność muru płytowo-kątowego jest ciężar muru i ciężar gruntu leżącego na płycie poziomej (lub nachylonej). Zgodnie z rysunkiem 2.6 przekroje pionowe ścian kątowo-płytowych są różnorodne. Płyta fundamentowa, pozioma lub pochylona, może być wysunięta przed lico ściany pionowej, co polepsza stateczność muru na obrót. Dzięki pochyleniu płyty i zastosowaniu pod nią ostróg (zaczepów) zmniejsza się możliwość przesunięcia muru. Mury płytowo-żebrowe, zwane też ścianami zastrzałowymi, są odmianą murów kątowych. Oprócz ściany pionowej i płyty fundamentowej mają żebra usztywniające (zastrzały usztywniające). Pionowe żebra usztywniające mają kształt trójkątny i są umieszczone od tyłu ściany pionowej, łącząc ją dodatkowo z płytą fundamentową w sztywną całość (Pisarczyk, 2012). Mury płytowo-żebrowe charakteryzują się większą sztywnością niż ściany płytowokątowe i są mniej odkształcalne. Mogą również mieć większą wysokość (powyżej 6 m). Ściany zastrzałowe wykonuje się z żelbetu i mogą być monolityczne lub prefabrykowane (Pisarczyk, 2012; Rossiński i in., 1976). Ściana oporowa z gruntu zbrojonego to masyw utworzony przez połączenie gruntu i warstw zbrojenia przenoszących siły rozciągające. Aktualnie obowiązująca norma PN-EN 14475:2006 szczegółowo omawia grunt zbrojony. Stalowe, żebrowane, ocynkowane taśmy zbrojeniowe są umieszczone wewnątrz nasypu (lub zasypki) w regularnych odstępach. Tak zbrojony nasyp, dzięki sprężeniu gruntu, staje się konstrukcją samonośną. W gruncie zbrojonym współpraca materiału nasypowego i zbrojenia zapewnia gruntowi wytrzymałość na rozciąganie, a budowli ziemnej – odporność na nierównomierne osiadania, które mają szczególne znaczenie dla budowli liniowych (Instrukcja ITB nr 424/2011). Klasyczny grunt zbrojony przedstawiono na rysunku 2.5. Wykończenie całego bloku zbrojeniowego stanowi lekka okładzina z kształtowników metalowych lub prefabrykowanych elementów betonowych (Pisarczyk, 2012).. Rys. 2.5. Klasyczny grunt zbrojony (Pisarczyk, 2012). Jednym z typów ścian oporowych są mury oporowe z gabionów, czyli prostopadłościennych koszy, wykonanych z podwójnie skręconej siatki napełnionej kamieniami lub tłuczniem 14.

(16) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. (rys. 2.6). Gabiony wykonuje się z siatki stalowej ocynkowanej lub ocynkowanej i dodatkowo pokrytej PCW. Często gabiony mają pośrednie ścianki działowe, które wzmacniają konstrukcje i ułatwiają montaż. Mury wykonane z gabionów są samoodwadniające i zazieleniane (Pisarczyk, 2012). Zaletą konstrukcji gabionowych jest duża podatność na odkształcenia (Instrukcja ITB nr 424/2011). Mają one zdolność przenoszenia nierównomiernych osiadań (rzędu kilku centymetrów) bez widocznych oznak uszkodzeń lub spękań.. Rys. 2.6. Ustawianie gabionów przy skarpie (Pisarczyk, 2012). Według PN-EN 12063:2001 ścianki szczelne to ścianki ciągłe składające się z brusów (podłużnych elementów). Elementy ścianek szczelnych pracują jako płyty pionowe poddawane głównie siłom poziomym – parciu gruntu i wody – oraz rzadziej siłom pionowym (Rossiński i in., 1976; Dembicki i in., 1988; Pisarczyk, 2012). Rolę ścianek szczelnych tłumaczy ich nazwa. Najczęściej stosuje się je jako ogrodzenia, które mają zabezpieczyć odpowiednią przestrzeń przed przedostaniem się do niej wody (lub innej substancji). Taka rola wymaga wodoszczelności, którą osiąga się poprzez łączenie poszczególnych elementów na zamki. Często też ścianki szczelne podtrzymują grunt, wówczas ich wodoszczelność ma mniejsze znaczenie. Ścianki szczelne ze względu na przeznaczenie mogą być:  prowizoryczne, gdy są elementami pomocniczymi przy wykonywaniu wykopów i robót fundamentowych, po których są usuwane,  stałe, gdy stanowią część konstrukcyjną fundamentu albo element stałej budowli (Pisarczyk, 2012). Ściany szczelinowe to betonowe i żelbetowe konstrukcje oporowe lub elementy konstrukcyjne posadowienia, wykonywane w głębokich, wąskich wykopach (szczelinach) głębionych pod osłoną cieczy stabilizujących – zawiesin bentonitowych, roztworów polimerowych, zawiesin twardniejących. Ściany szczelinowe dzieli się na monolityczne, prefabrykowane i mieszane. Ściany szczelinowe szczegółowo omawia norma PN-EN 1538:2010. Grubość ścian szczelinowych jest mała, więc ich sztywność jest nieduża, dlatego często konieczne jest wprowadzanie dodatkowych elementów zapewniających stateczność ścian. Szczególnie ma to znaczenie w trakcie wykonywania wykopu, kiedy grunt napiera już na ścianę, a nie ma jeszcze gotowej stałej konstrukcji. Aby zapewnić stateczność ściany, można zastosować zastrzały z bali drewnianych (Dembicki, 1988). Nowe możliwości stosowania ścian szczelinowych jako podziemnych ścian konstrukcyjnych dało wynalezienie kotew gruntowych (iniekcyjnych). Specjalnym rodzajem ścian szczelinowych są ściany szczelinowe oporowe o zwiększonym wskaźniku wytrzymałości. Według PN-EN 1537:2013 kotwa gruntowa to konstrukcja przekazująca siły rozciągające na nośną warstwę gruntu. Pierwszy raz kotwy gruntowe zostały zastosowane w latach 50. XX wieku. Obecnie ta technika jest powszechnie stosowana i udoskonalana. Kotwy gruntowe. 15.

(17) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. stosuje się do zabezpieczania stateczności: fundamentów, budowli, zapór betonowych, murów oporowych, ścian wykopów, stromych skarp i zboczy (Pisarczyk, 2012). Ze względu na czas użytkowania kotwy mogą być tymczasowe (do 2 lat) lub trwałe (powyżej 2 lat). Mogą działać w kierunku poziomym lub ukośnym. Ze względu na konstrukcję wyróżnia się cięgna składające się z pojedynczego pręta lub wielu prętów (lub splotów lin) oraz buławy rozciąganej lub ściskanej. W kotwie z buławą rozciąganą cięgno przekazuje na nią siły poprzez przyczepność do betonu wzdłuż buławy. Powstałe w ten sposób naprężenia rozciągające wywołują poprzeczne spękania zaczynu, co może wywołać korozję cięgna (Pisarczyk, 2012). W kotwach z buławą ściskaną siła jest przekazywana z cięgna na buławę od jej końca przez płytę lub rurę. Materiał buławy ulega ściskaniu, dzięki czemu nie występują spękania i nie ma ryzyka korozji cięgna. Istotny jest podział kotew ze względu na ich pracę. Rozróżnia się kotwy czynne (wstępnie sprężone) oraz kotwy bierne (bez wstępnego naprężenia). Kotwy bierne są nazywane również gwoździami gruntowymi lub mikropalami. Kotwy gruntowe czynne szczegółowo omawia norma PN-EN 1537:2013, a gwoździe gruntowe – norma PN-EN 14490:2010.. 1 – konstrukcja oporowa współpracująca z kotwą 2 – otwór kotwy wykonany w gruncie 3 – cięgno 4 – zabezpieczenie antykorozyjne cięgna, 5 – głowica kotwiąca cięgno w konstrukcji oporowej 6 – zakończenie (głowica) kotwy biernej 7 – zespolenie kotwy z gruntem. Rys. 2.7. Schematy kotew gruntowych iniekcyjnych: a) kotwa czynna, b) kotwa bierna (Pisarczyk, 2012). Kotwy gruntowe iniekcyjne czynne (rys. 2.7a) stosuje się w warunkach przenoszenia dużych sił powodowanych parciem gruntu i wyporem wody. Ten rodzaj kotew nadaje się szczególnie do umocnień w terenach zabudowanych, ze względu na możliwość formowania ich pod budynkami oraz mało uciążliwe wykonawstwo dla otoczenia. Kotwa gruntowa czynna składa się z:  buławy zespolonej stwardniałym zaczynem z gruntem – na jej długości obciążenie jest przekazywane na otaczające podłoże,  cięgna,  głowicy,  płyty – podpierającej głowicę kotwy na konstrukcji oporowej lub elemencie rozkładającym siłę na powierzchnię zbocza, skarpy, ściany wykopu,  zabezpieczenia antykorozyjnego. Kotwy czynne naprężają specjalne naciągarki. Gwoździe gruntowe są zespolone z gruntem na całej ich długości i pracują wskutek tarcia gruntu na długości ich pobocznicy (PN-EN 14490:2010). Kotwy gruntowe iniekcyjne bierne (rys. 2.7b) stosuje się przeważnie do zabezpieczania skarp i zboczy. Są szczególnie użyteczne w gruntach niespoistych, charakteryzujących się dużym kątem tarcia wewnętrznego. 16.

(18) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Kotwy bierne można wykonywać różnymi metodami. Powszechnie stosowaną techniką są kotwy samowwiercające. Zostały opracowane w latach 80. XX wieku. Przykładowym systemem kotew samowwiercających jest TITAN (rys. 2.8). W tym rozwiązaniu jako przewód iniekcyjny jest wykorzystywana żerdź wiertnicza (rys. 2.8b) w formie rury gwintowanej na całej długości, zakończonej odpowiednią końcówką wiertniczą. Wywiercony otwór wypełnia się iniektem, a żerdź pozostaje w środku pełniąc rolę kotwy (gwoździa). Na gwoździowaną konstrukcję składają się 3 podstawowe elementy [I7]:  istniejący ośrodek gruntowy lub skalny,  samowwiercające gwoździe iniekcyjne TITAN,  wykończenie gwoździowanej powierzchni. Na skuteczność gwoździowania wpływa efektywność zespolenia gwoździ z gruntem. W systemie TITAN wiercenie odbywa się bez rur osłonowych, a iniekcja jest prowadzona od początku wiercenia (rys. 2.8a), co umożliwia głęboką penetrację iniektu w grunt i zwiększenie nośności gwoździa [I7]. Technologia wykonywania pozwala związać strefę bierną i aktywną form osuwiskowych oraz zapewnić wgłębne wzmocnienie iniekcyjne ośrodka (Mrozik i Sierant, 2009).. Rys. 2.8. Technika umacniania gruntu gwoździami TITAN: a) wiercenie i iniekcja, b) żerdź wiertnicza [I7, I8]. 2.4. ODDZIAŁYWANIA NA ŚCIANY OPOROWE Niezawodność konstrukcji budowlanej jest pojęciem obejmującym trwałość konstrukcji oraz bezpieczeństwo i użytkowalność, które wiążą się ze stanami granicznymi. Według PNISO 8930:1997 bezpieczeństwo to „zdolność konstrukcji do przenoszenia wszelkich oddziaływań i innych określonych zjawisk wyjątkowych, którym może podlegać w czasie budowy i w przewidywanym czasie użytkowania”. Eurokod PN-EN 1990:2004 przy projektowaniu konstrukcji rozróżnia stany graniczne nośności i użytkowalności. Stan graniczny to stan, którego przekroczenie skutkuje niespełnianiem przez konstrukcję stawianych jej kryteriów projektowych. Stan graniczny nośności to stan związany z katastrofą lub inną podobną postacią zniszczenia konstrukcji. Stany graniczne dotyczące bezpieczeństwa ludzi i/lub bezpieczeństwa konstrukcji oraz poprzedzające katastrofę konstrukcji są stanami granicznymi nośności. Stan graniczny użytkowalności to stan, po przekroczeniu którego konstrukcja lub jej element przestają spełniać stawiane im wymagania użytkowe. Stany graniczne dotyczące funkcji konstrukcji (lub jej elementu) w warunkach zwykłego użytkowania, komfortu użytkowników oraz wyglądu obiektu budowlanego (duże ugięcia, intensywne rysy) są stanami granicznymi użytkowalności. W kontekście ścian oporowych stan graniczny nośności obejmuje nośność podłoża pod podstawą fundamentu i stateczność całej ściany, uskoku naziomu lub zbocza łącznie ze ścianą 17.

(19) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. oporową (Pisarczyk, 2012; PN-B-03010:1983). W pierwszym przypadku rozważa się trojaki ruch ściany:  obrót ściany wokół punktu poniżej lub powyżej podstawy ściany,  przemieszczenie ściany od naziomu,  równoczesne przemieszczenie i obrót (Dembicki i in., 1988). Stany graniczne użytkowalności ściany oporowej obejmują (Glinicki, 1990; PN-B03010:1983):  osiadanie całkowite ściany oporowej,  różnicę osiadań wywołującą przechylenie ściany oporowej (całości lub części wydzielonej dylatacjami),  przemieszczenia poziome ściany oporowej. Podział oddziaływań na ściany oporowe ze względu na zmienność w czasie obejmuje (Dembicki i in., 1988; PN-EN 1990:2004):  obciążenia stałe działające na ściany oporowe lub w zasięgu bryły odłamu,  obciążenia zmienne uwzględniane przy wyznaczaniu stanu naprężenia w gruncie w poziomie posadowienia fundamentu oraz przy wyznaczaniu naprężenia w ścianie oporowej,  obciążenia wyjątkowe będące wynikiem m.in. nagłego osiadania gruntu, parcia gruntów pęczniejących, działania lawin, rumowisk, lodu, parcia wody w trakcie powodzi, szkód górniczych i obciążeń pojazdami. Inne oddziaływania na konstrukcje wyróżnione w normie PN-EN 1990:2004 to oddziaływania:  bezpośrednie lub pośrednie – podział ze względu na pochodzenie,  umiejscowione lub nieumiejscowione – podział ze względu na zmienność w przestrzeni,  statyczne lub dynamiczne – podział ze względu na charakter. Głównym czynnikiem oddziałującym na ściany oporowe jest grunt. Glinicki (1990) podaje trzy rodzaje parcia gruntu (rys. 2.9): parcie spoczynkowe (geostatyczne), parcie czynne i parcie bierne (odpór graniczny).. Ea EI E0 EII Ep Es. – – – – – –. parcie graniczne gruntu (parcie czynne) parcie pośrednie gruntu parcie spoczynkowe gruntu odpór pośredni gruntu odpór graniczny gruntu (parcie bierne) parcie silosowe gruntu. Rys. 2.9. Rodzaje parcia gruntu (PN-B-03010:1983). Parciem spoczynkowym gruntu (E0) nazywamy siłę, jaką grunt wywiera na nieruchomą i pozostającą z nim w równowadze ścianę konstrukcji, z którą się styka (Rossiński i in., 1976). Parcie to występuje, gdy sztywna ściana nie ulega odkształceniom pod wpływem obciążenia gruntem, równocześnie nie wykazując żadnego przesunięcia (Glinicki, 1990).. 18.

(20) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Parcie czynne gruntu to siła wywierana przez grunt na ścianę poddającą się jego naciskowi i odsuwającą się w stronę od gruntu. Jego wartość stopniowo maleje, od wartości równej parciu spoczynkowemu (E0 – na początku ruchu ściany) do wartości minimalnej, zwanej parciem granicznym (Ea), występującej w chwili, gdy ściana przesunie się o tzw. przemieszczenie graniczne (Rossiński i in., 1976). Parcie czynne gruntu ujawnia się, gdy ściana oporowa ulegnie niewielkiemu odchyleniu lub odsunięciu w kierunku od naziomu (Glinicki, 1990). W momencie poddania się konstrukcji parcie zaczyna się zmniejszać do pewnego minimum, występującego wówczas, gdy w gruncie wytworzy się powierzchnia odłamu i część masy gruntu, zwana klinem odłamu, uważana za element sztywny, zacznie się zsuwać po tej powierzchni i naciskać jednocześnie na ścianę. To parcie minimalne nazywamy granicznym parciem czynnym. Jego wartość zależy głównie od kształtu i położenia powierzchni odłamu (Rossiński i in., 1976). Norma PN-B-03010:1983 definiuje parcie pośrednie gruntu (EI) jako siłę działającą od strony ośrodka gruntowego spowodowaną przemieszczeniem konstrukcji mniejszym od przemieszczenia powodującego wystąpienie parcia granicznego (Ea). Odpór gruntu (parcie bierne) (Ep) to reakcja gruntu na nacisk ściany, która przesuwa się ku gruntowi. Ulega on stopniowej zmianie, od wartości równej parciu spoczynkowemu do wartości równej odporowi granicznemu, odpowiadającemu tzw. granicznemu przemieszczeniu ściany ρp (Rossiński i in., 1976). Parcie bierne występuje w sytuacji, gdy na ścianę oporową działa zewnętrzna siła, która powoduje jej przesunięcie lub obrót w kierunku do gruntu (Glinicki, 1990). W sytuacji, gdy konstrukcja lub jej element ulegnie przemieszczeniu w kierunku ośrodka gruntowego, jednak nieprzekraczającemu przemieszczenia powodującego odpór graniczny, występuje odpór pośredni gruntu (EII). Odpór jest reakcją, będzie więc tak duży, jak to umożliwią wartość i położenie sił czynnych. Można powiedzieć, że w miarę przemieszczania się ściany ku gruntowi występuje stopniowa „mobilizacja” odporu, która towarzyszy zmianom strukturalnym w gruncie. Maksymalny odpór graniczny występuje przy przesunięciu granicznym ściany, kiedy to tworzy się powierzchnia odłamu. Przy przemieszczeniu większym niż przesunięcie graniczne rozpoczyna się ruch bryły odłamu ku górze (Rossiński i in., 1976). Norma PN-B-03010:1983 wyróżnia jeszcze parcie silosowe gruntu (Es). Jest to siła działająca od strony gruntu na ścianę oporową w sytuacji, gdy strefa klina odłamu jest ograniczona blisko zalegającą przeszkodą (ścianą skalną lub palisadą w nabrzeżach płytowych). Oprócz gruntu istotnym czynnikiem powodującym parcie na ścianę oporową jest woda. Dlatego ważne jest zapewnienie odpowiedniego odwodnienia ściany oporowej, umożliwiające należyty odpływ wody. Parcie wody, które nie było uwzględnione w obliczeniach, może prowadzić do zachwiania równowagi ściany, wychylenia się lub nawet zawalenia (Rossiński i in., 1976). Siły oddziałujące na mury oporowe mają poziomy lub nieznacznie nachylony względem poziomu kierunek działania (Pisarczyk, 2012). Aby nie zagrażać stateczności ściany siły te powinny być przeniesione na grunt. W przeciwnym razie może nastąpić przemieszczenie lub przewrócenie muru, a także zniszczenie elementów konstrukcyjnych muru.. 2.5. KATEGORIE GEOTECHNICZNE Ściany oporowe jako konstrukcje budowlane podlegają przyporządkowaniu do kategorii geotechnicznych. Według PN-B-02481:1998 „kategoria geotechniczna to kategoria zagrożenia bezpieczeństwa, wynikająca ze stopnia skomplikowania projektowanej konstrukcji, jej fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych, mających wpływ na zapro-. 19.

(21) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. gramowanie rodzaju i zakresu badań geotechnicznych, obliczeń projektowych i kontroli konstrukcji”. Zgodnie z PN-EN 1997-1:2008 istnieją trzy kategorie geotechniczne. Wstępne zaklasyfikowanie obiektu do odpowiedniej kategorii wykonuje się przed badaniami geotechnicznymi. Na podstawie kategorii geotechnicznej dobiera się metodę obliczeniową oraz zakres rozpoznania geotechnicznego. W trakcie projektowania oraz wykonywania obiektu kategoria geotechniczna jest sprawdzana, a w razie konieczności zmieniana. Pierwsza kategoria geotechniczna wymieniona w PN-EN 1997-1:2008 obejmuje małe i względnie proste konstrukcje, dla których ryzyko związane z przemieszczeniami i utratą stateczności podłoża jest pomijalne dla życia i mienia. Tę kategorię można stosować w przypadkach zwykłych konstrukcji, gdy występują proste warunki gruntowe. Druga kategoria geotechniczna obejmuje typowe, niestwarzające szczególnego ryzyka rodzaje konstrukcji i fundamentów, posadowione w prostych lub złożonych warunkach gruntowych oraz niepodlegające trudnym warunkom obciążeniowym. Do tej kategorii zalicza się m.in.:  ściany oporowe i inne konstrukcje oporowe utrzymujące grunt albo wodę,  nasypy i budowle ziemne,  kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące,  filary i przyczółki mostowe. Trzecia kategoria geotechniczna obejmuje konstrukcje lub ich części, które nie zaliczają się do pierwszej lub drugiej kategorii. Obejmuje ona konstrukcje:  bardzo duże lub nietypowe,  narażone na nadzwyczajne ryzyko, w nietypowych albo wyjątkowo trudnych warunkach gruntowych lub obciążeniowych,  na obszarach, gdzie jest duże prawdopodobieństwo wystąpienia niestateczności terenu lub długotrwałe ruchy podłoża,  na obszarach sejsmicznych. Przyporządkowanie obiektu do właściwej kategorii geotechnicznej pociąga za sobą odpowiednie obliczenia i założenia projektowe mające na celu m.in. nieprzekroczenie stanów granicznych.. 2.6. MONITOROWANIE ŚCIAN OPOROWYCH WEDŁUG PRAWA I NORM Projektowanie geotechniczne na podstawie obliczeń przedstawione w Eurokodzie 7 (PNEN 1997-1:2008) uwzględnia m.in. oddziaływania, które mogą być zadanymi przemieszczeniami (np. spowodowanymi ruchami podłoża), dane geometryczne oraz graniczne wartości odkształceń, rozwarcia rys itp. Jak podają Rossiński i in. (1976) na przykładzie wysokich ścian wspornikowych, które mają tendencję do znacznych ugięć, mimo że konstrukcje są zaprojektowane poprawnie, mogą pojawiać się znaczne ugięcia tych ścian. Dlatego należy sprawdzać występujące ugięcia, a w razie przekroczenia wartości dopuszczalnych podjąć odpowiednie działania. Według Eurokodu 7, jeśli to możliwe, ściany oporowe zaleca się projektować w taki sposób, żeby przed zniszczeniem występowały widoczne sygnały ostrzeżenia o zbliżaniu się stanu granicznego nośności. Zaleca się również, aby projekt zabezpieczał przed wystąpieniem kruchego zniszczenia, np. nagłego zawalenia, bez wyraźnych poprzedzających je deformacji. W projekcie geotechnicznym, w odniesieniu do nadzoru i monitorowania, zaleca się podanie m.in. części konstrukcji, które mają być monitorowane, stanowisk, na których mają być prowadzone obserwacje, i okresu, przez który monitorowanie powinno być prowadzone po zakończeniu budowy. 20.

(22) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Zgodnie z PN-EN 1997-1:2008, aby zapewnić bezpieczeństwo i jakość budowli, należy w zależności od potrzeb wykonywać obserwacje i pomiary zachowania obiektu oraz jego otoczenia w czasie i po zakończeniu budowy, w celu oceny długotrwałego zachowania obiektu. Monitorowanie ma na celu również sprawdzenie słuszności poczynionych podczas projektowania założeń co do zachowania konstrukcji (m.in. przemieszczeń). Monitorowana konstrukcja może zostać objęta pomiarami przemieszczeń pionowych lub poziomych, obrotów i odkształceń postaciowych w elementach konstrukcji. Inne pomiary, jakie można wykonywać, to pomiary odkształceń podłoża gruntowego, ciśnienia wody w porach lub wartości naprężeń kontaktowych między podłożem gruntowym a konstrukcją. Eurokod 7 zaleca, aby program monitorowania budowli ziemnych zawierał m.in. pomiary przemieszczeń poziomych i pomiary osiadań całego nasypu (lub jego części) oraz konstrukcji będących pod jego wpływem. Długość okresu monitorowania po zakończeniu budowy dla obiektów które mogą niekorzystnie wpływać na znaczne obszary otaczającego środowiska lub których awaria może stanowić duże ryzyko dla życia lub mienia, wynosi 10 lat od zakończenia budowy lub nawet przez cały okres użytkowania konstrukcji (PN-EN 1997-1:2008). Eurokod 7 uzależnia podstawę oceny zachowania się konstrukcji od kategorii geotechnicznej. W przypadku drugiej kategorii geotechnicznej ocena zachowania konstrukcji może być oparta na pomiarach przemieszczeń wybranych punktów konstrukcji. W przypadku trzeciej kategorii geotechnicznej pomiary przemieszczeń i ich analiza uwzględniająca kolejność robót budowlanych są zwykle zalecane jako podstawa oceny zachowania konstrukcji. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych omówione w szeregu norm obowiązujących w Polsce również mówi o konieczności wykonywania pomiarów kontrolnych konstrukcji oporowych. Zgodnie z normą PN-EN 12063:2001, poświęconą ściankom szczelnym, zaleca się wykonywanie okresowych pomiarów przemieszczeń poziomych punktów na koronie ścianki szczelnej. Jeśli ścianka jest zlokalizowana w pobliżu budynków lub instalacji podatnych na uszkodzenia, należy dodatkowo uwzględnić m.in. pomiary przemieszczeń na wybranej głębokości. Norma PN-EN 14490:2010 wskazuje na konieczność pomiarów konstrukcji z gwoździ gruntowych zgodnie z zasadami podanymi w Eurokodzie 7. Monitoring powinien obejmować przemieszczenia poziome oraz pionowe konstrukcji i powinien zależeć od kategorii geotechnicznej. Kotwy gruntowe omówione w normie PN-EN 1537:2013 również podlegają pomiarom. W tym celu mogą być zainstalowane urządzenia do ciągłego monitoringu zachowania się kotew. W razie potrzeby zachowanie się konstrukcji należy monitorować przez cały okres jej eksploatacji. Zgodnie z ustawą z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji jedną z zasad normalizacji krajowej jest zgodność z zasadami normalizacji międzynarodowej i europejskiej, ale „stosowanie Polskich Norm jest dobrowolne”. Jeżeli jednak pojawi się rozporządzenie, które wprowadza obowiązek stosowania norm, to ich stosowanie jest obligatoryjne. Konieczność stosowania Polskich Norm w przypadku finansowania inwestycji ze środków publicznych wynika z ustawy z dnia 29 stycznia 2004 r. Prawo zamówień publicznych. Ustawa narzuca opis zamówienia w zgodzie z Polskimi Normami. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie mówi m.in. o powinności stosowania Polskich Norm w sprawdzaniu ogólnej stateczności skarp, zboczy oraz ścian oporowych, a także o stosowaniu Polskich Norm w obliczeniach 21.

(23) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. pochylenia i konstrukcji urządzeń wzmacniających skarpy nasypów i wykopów dróg m.in. na terenach osuwiskowych. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie „konstrukcje oporowe, w tym przyczółki i ściany boczne, powinny spełniać wymagania Polskich Norm odnoszących się do ścian oporowych”. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 21 lutego 1995 r. w sprawie rodzaju i zakresu opracowań geodezyjno-kartograficznych oraz czynności geodezyjnych obowiązujących w budownictwie mówi, że aby zapewnić bezpieczeństwo budowy obiektu budowlanego oraz jego utrzymania, należy wykonać czynności geodezyjne związane z wyznaczaniem przemieszczeń i odkształceń obiektu. Natomiast po zakończeniu budowy, a przed oddaniem obiektu do użytkowania, powinno się wykonać pomiar stanu wyjściowego obiektu, który w trakcie eksploatacji wymaga okresowego wyznaczania przemieszczeń i odkształceń. Wspomniane pomiary wykonuje się, jeżeli przewiduje je projekt budowlany lub na wniosek zainteresowanego podmiotu. „Instrukcja opracowania Mapy osuwiska i terenów zagrożonych ruchami masowymi w skali 1:10 000” opracowana w ramach SOPO, wskazuje również na możliwość zakładania punktów kontrolowanych na elementach konstrukcji geoinżynierskich stabilizujących osuwiska i objęcia ich pomiarem. Do odpowiedniego utrzymania obiektu budowlanego zobowiązuje ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane. Prawo budowlane zobowiązuje właściciela (lub zarządcę) obiektu budowlanego do utrzymywania i użytkowania obiekt zgodnie z jego przeznaczeniem, utrzymywania go w należytym stanie technicznym, zapewnienia bezpiecznego użytkowania obiektu w przypadku wystąpienia czynników zewnętrznych, które oddziałują na obiekt. Obiekty budowlane w czasie ich użytkowania powinny być poddawane przez właściciela (lub zarządcę) kontroli m.in. stanu technicznego.. 2.7. AWARIE I ZNISZCZENIA ŚCIAN OPOROWYCH „Prawidłowo zaprojektowane i wykonane ściany oporowe z drenażem pracują bez zarzutu do momentu jego zatkania, którego następstwem może być zniszczenie przeciążonej ściany oporowej, zwłaszcza gdy wykonana jest niezgodnie z prawidłami sztuki budowlanej” (Kwiecień i in., 2011). Na rysunkach 2.10÷2.13 przedstawiono przykłady awarii i zniszczenia ścian oporowych.. Rys. 2.10. Przykłady utraty ogólnej stateczności konstrukcji oporowych (PN-EN 1997-1:2008). Rys. 2.11. Przykład utraty stateczności pionowej ściany zagłębionej (PN-EN 1997-1:2008). 22.

(24) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Rys. 2.12. Przykłady zniszczenia ścian oporowych (PN-EN 1997-1:2008). Rys. 2.13. Przykłady awarii ścian oporowych (Pisarczyk, 2012). Oprócz teoretycznych przykładów zniszczenia i awarii ścian oporowych podawanych w literaturze istnieją również realne przykłady takich sytuacji, które przedstawiono poniżej. Niewielka ściana oporowa znajdująca się w Małopolsce (rys. 2.14), stanowiąca zabezpieczenie zabudowy jednorodzinnej na zboczu, utrzymywała grunt nasypowy wyrównujący teren. Wysokość ściany dochodzi do 4,5 m ponad poziomem gruntu. Po gwałtownych ulewach w maju 2010 roku wystąpiły bardzo duże deformacje ściany, przesunięcie lica muru z pierwotnej płaszczyzny o ponad 150 cm oraz dwa przełomy o szerokości 7 i 21 cm wypełnione mokrym gruntem (Kwiecień i in., 2011).. Rys. 2.14. Sposoby wzmacniania uszkodzonego muru oporowego (Kwiecień i in., 2011). Na rysunku 2.15 przedstawiono przykład ściany umacniającej zabudowania mieszkalne i gospodarcze, na której widoczne są liczne pęknięcia. Mur jest zlokalizowany przy drodze wojewódzkiej nr 967 w Małopolsce.. Rys. 2.15. Mur oporowy przy drodze z widocznymi pęknięciami. 23.

(25) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Tragicznym w skutkach był wypadek zawalenia się muru oporowego na autostradzie w pobliżu Innsbrucka [I27, I13]. W marcu 2012 roku mur oporowy zawalił się na drogę, a gruz zasypał ciężarówkę (rys. 2.16). Kierowca zginął na miejscu.. Rys. 2.16. Ciężarówka przygnieciona przez mur oporowy i gruz na autostradzie w pobliżu Innsbrucka [I27]. „Zdaniem geologów przyczyną osunięcia był gigantyczny nacisk mokrej od topniejącego śniegu ziemi na mur. Inżynierowie z kolei wskazują na niedopatrzenia ekspertów, którzy po raz ostatni sprawdzali stan muru w listopadzie 2011 roku. Eksperci uważają, że konstrukcja wybudowana w 1980 roku miała wiele nieprawidłowości w swojej strukturze nośnej” [I27]. Kolejnym przykładem jest mur oporowy przy kościele św. Stanisława Biskupa i Męczennika w Czeladzi (rys. 2.17). W lipcu 2012 r. po intensywnych opadach deszczu mur został podmyty. Ściana częściowo się zawaliła, powstała wyrwa miała kilkadziesiąt metrów szerokości [I25, I26]. Fragmenty muru przygniotły budynki gospodarcze oraz dwa samochody dostawcze. W marcu 2013 r. wydano kartę osuwiska. Zespół pod kierownictwem M. Krobickiego orzekł, że możliwe jest ponownego osunięcie się ziemi i dalsza destrukcja muru.. Rys. 2.17. Zawalony mur oporowy przy zabytkowym kościele w Czeladzi (fot. Krzysztof Paliga) [I24]. W maju 2005 roku na Górnym Manhattanie (USA) zawalił się 23-metrowej wysokości mur [I17, I39]. Został zbudowany ponad 100 lat temu w celu utworzenia tarasu do zabudowy. Duża część muru zawaliła się w dwóch chwilach odległych od siebie o 5÷10 minut. Według raportów inżynierskich od wielu lat występowały symptomy awarii muru. W 1980 roku podjęto prace naprawcze, jednak w ostatnich latach pojawiły się pęknięcia (przemieszczenia) i przesiąkania muru. Po zawaleniu się muru (rys. 2.18) specjalna komisja sporządziła raport dotyczący katastrofy ściany oporowej na Manhattanie (NYC Buildings, 2007). Według niego najprawdopodobniejszą przyczyną zawalenia się ściany było zwiększenie ciśnienia za ścianą wynikające z nagromadzenia wód gruntowych przez lata. W okresie przed katastrofą wykryto ruch prawie 18 cm na 8 miesięcy, i prawie 23 cm w ostatnim miesiącu przed katastrofą. Wcześniejsze raporty wskazywały na zły stan ściany – przemieszczenia, przesiąkania, zły stan zaprawy, luźne kamienie. 24.

(26) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Rys. 2.18. Zawalony mur na Górnym Manhattanie, który umacniał zabudowany taras (NYC Buildings, 2007). Od 2002 roku ściana była monitorowana. Do kontroli przemieszczeń wykorzystano czujniki laserowe. Założono 6 linii pomiarowych: cztery linie wykazywały brak lub nieznaczny ruch, a dwie (zlokalizowane tam, gdzie mur ostatecznie runął) wykazały ruch około 60 cm w okresie monitorowania. W kwietniu i maju (bezpośrednio przed katastrofą) ruch ściany się nasilił (NYC Buildings, 2007). Pomiary były wtedy wykonywane raz na kilka dni. Ostatecznie do momentu zawalenia się ściany stwierdzono łączny ruch – górnej części ściany na poziomie 60 cm i dolnej części ściany na poziomie 27 cm (rys. 2.19).. Rys. 2.19. Przemieszczenia ściany na Manhattanie w okresie monitorowania (NYC Buildings, 2007). W źródłach internetowych można znaleźć liczne doniesienia o awariach i zniszczeniach ścian oporowych. Spośród nich przedstawiono kilka różnych przypadków:  pęknięcie muru powyżej otworu spustowego (rys. 2.20),  zawalenie muru oporowego po tajfunie Sanba w Korei Południowej (rys. 2.21),  awaria muru oporowego i osunięcie ziemi w San Antonio (USA), które spowodowało uszkodzenie kilku domów (rys. 2.22),  problemy osuwiskowe i uszkodzenie muru wywołane prawdopodobnie przez pobliskie roboty budowlane, które spowodowały zamknięcie hotelu w mieście Shimla (Indie) (rys. 2.23),  zawalenie muru w Kuala Lumpur (Malezja), które zniszczyło jeden dom i zagroziło ponad 100 innym (rys. 2.24),  zawalenie w odstępie kilku dni dwóch niezależnych ścian oporowych w Londonerry (Wielka Brytania) na skutek ulewnych opadów deszczu (rys. 2.25), 25.

(27) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych.  zawalenie muru w North Salt Lake City w USA (rys. 2.26),  zawalenie muru w Ellicott City (USA), który zabezpieczał zabytkowy kościół (rys. 2.27),  zawalenie muru oporowego nad kanałem Macclesfield w Wielkiej Brytanii (rys. 2.28),  częściowe zawalenie 11,5-metrowego muru w Zanesville w USA (rys. 2.29),  zniszczenie ściany oporowej, jezdni i ścieżki rowerowej w Renton (USA), spowodowane wylaniem rzeki Cedar, podmyciem ściany i wypłukaniem gruntu (rys. 2.30),  zniszczenie i upadek do oceanu 12-metrowego fragmentu drogi i umocnień, wywołane kilkudniowymi opadami deszczu, które spowodowało zamknięcie Californian Highway 1 (USA) na odcinku ponad 30 km (rys. 2.31).. Rys. 2.20. Mur pękający powyżej otworu spustowego [I23]. Rys. 2.21. Zawalony mur oporowy po tajfunie Sanba w Korei Południowej [I18]. Rys. 2.22. Awaria muru oporowego i osunięcie ziemi w San Antonio [I14]. Rys. 2.23. Uszkodzenie muru w mieście Shimla spowodowane prawdopodobnie przez roboty budowlane [I16, I30]. Rys. 2.24. Zawalony mur oporowy w Kuala Lumpur [I28, I15, I29]. 26.

(28) 2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych. Rys. 2.25. Zawalone dwie ściany oporowe w Londonerry [I20, I21, I22]. Rys. 2.26. Zawalony mur oporowy w North Salt Lake City [I30, I31]. Rys. 2.28. Zawalony mur oporowy nad kanałem Macclesfield [I35]. Rys. 2.27. Zawalony mur zabezpieczający kościół w Ellicott City [I33, I34]. Rys. 2.29. Częściowe zawalenie muru w Zanesville [I36]. Rys. 2.30. Zniszczenie infrastruktury drogowej w Renton [I37]. Rys. 2.31. Zniszczenie fragmentu drogi Californian Highway 1 [I38, I19]. 27.