Warstwa transmisyjna. - Piotr Jermołowicz | Inżynieria ... · Warstwa transmisyjna. ... α’2 -...

Źródło: http://www.inzynieriasrodowiska.com.pl

Piotr Jermołowicz - Inżynieria Ś

Warstwę transmisyjną lub przesklepiajzapadliskowych. Grunt zapada się zazwyczaj wskutek zapadniTakie pustki powstają wskutekkrasowych) lub antropogenicznych (np. pobór wód podziemnych, odwodnienia wgłsufozja lub górnictwo).

Konsekwencje zapadania się gruntów pod budowlami mogużytku po całkowite zawalenie budowli.Nasypy, zasypki i nawierzchnie to z zasady konstrukcje podatne. Dlatego techniki majcelu ograniczenie do minimum szkód spowodowanych zapadaniem siograniczenie pionowych nierównomiernych przemieszczetolerowanych wartości. Z tej perspektywy skuteczne okazuje sitechnik zbrojenia gruntu w postaci przesklepiegeotkaninowymi. Aby ograniczyć odkształcenia powierzchni spowodowane zapadaniem siwykonać zbrojenie w postaci poziomo uło

Rys. 1. Koncepcja funkcji zbrojenia w ograniczaniu odkształce


żynieria Środowiska Szczecin

Warstwa transmisyjna.

ą lub przesklepiającą projektuje się przeważ

zazwyczaj wskutek zapadnięcia się pustej przestrzeni pod jego powierzchnią wskutek procesów naturalnych (np. erozja gruntu na terenach

krasowych) lub antropogenicznych (np. pobór wód podziemnych, odwodnienia wgł

Konsekwencje zapadania się gruntów pod budowlami mogą być różne, od niezdatnokowite zawalenie budowli.

Nasypy, zasypki i nawierzchnie to z zasady konstrukcje podatne. Dlatego techniki majcelu ograniczenie do minimum szkód spowodowanych zapadaniem sięograniczenie pionowych nierównomiernych przemieszczeń w obrębie budowli do okre

Z tej perspektywy skuteczne okazuje się zastosowanie sztywnych płyt fundamentowych lub technik zbrojenia gruntu w postaci przesklepień materacami lub zamknię

odkształcenia powierzchni spowodowane zapadaniem si zbrojenie w postaci poziomo ułożonej warstwy lub warstw geosyntetyków.

Rys. 1. Koncepcja funkcji zbrojenia w ograniczaniu odkształceń powierzchni pod wpływem zapadlisk [1]

ę przeważnie na terenach

pustej przestrzeni pod jego powierzchnią. procesów naturalnych (np. erozja gruntu na terenach

krasowych) lub antropogenicznych (np. pobór wód podziemnych, odwodnienia wgłębne,

ć żne, od niezdatności do

Nasypy, zasypki i nawierzchnie to z zasady konstrukcje podatne. Dlatego techniki mające na celu ograniczenie do minimum szkód spowodowanych zapadaniem się gruntu obejmują

ębie budowli do określonych

zastosowanie sztywnych płyt fundamentowych lub materacami lub zamkniętymi „poduszkami”

odkształcenia powierzchni spowodowane zapadaniem się gruntu, można onej warstwy lub warstw geosyntetyków.

powierzchni pod wpływem zapadlisk [1]


Pustą przestrzeń powstałą pod nasypem zbrojonym po jego wybudowaniu momasą iniekcyjną, wówczas zbrojenie ma charakter tymczasowy. Jewypełniona, zbrojenie będzie potrzebne przez cały pozostały okres eksploatacji budowliPowszechną praktyką jest wypełnianie pustek pod konstrukcjami strategicznymi (np. nasypami autostradowymi), natomiast w przypadku tradycyjnych budowli (np. odcinków dróg lokalnych, chodników), koszt wypełnienia pustki mo

Zbrojenie może być wykorzystywane na dwa ró - jako zbrojenie wewnętrzne w obr - zbrojenie podstawy nasypu. W przypadku zbrojenia wewnęzbrojenia. Zadaniem zbrojenia jest utrzymanie warunków ustanu granicznego nośności (zawalenia budowli). Dlatego obecnostanu granicznego użytkowania dla całej konstrukcji nasypu.

Maksymalne obciążenie rozciąwytrzymać zbrojenie podstawy nasypu, to warto

Maksymalne obciążenie działająpowinno wynosić:

gdzie:

TD - to wytrzymałość obliczeniowa zbrojenia,

fn - to współczynnik cz

Pomimo, że zbrojenie geosyntetyczne chroni przed wystużytkowania w całym nasypie, podczas projektowania zbrojenia nalezarówno stan graniczny użytkowania, jak i stan graniczny no


ą pod nasypem zbrojonym po jego wybudowaniu mo, wówczas zbrojenie ma charakter tymczasowy. Jeżeli pustka nie zostanie

ędzie potrzebne przez cały pozostały okres eksploatacji budowlią jest wypełnianie pustek pod konstrukcjami strategicznymi (np. nasypami

autostradowymi), natomiast w przypadku tradycyjnych budowli (np. odcinków dróg lokalnych, chodników), koszt wypełnienia pustki może być nie uzasadniony ekonomiczn

wykorzystywane na dwa różne sposoby:

ętrzne w obrębie konstrukcji nasypu oraz zbrojenie podstawy nasypu.

W przypadku zbrojenia wewnętrznego, zazwyczaj w nasypie wykonuje si

Zadaniem zbrojenia jest utrzymanie warunków użytkowania i niedopuszczenie do wystś ści (zawalenia budowli). Dlatego obecność zbrojenia spełnia kryteria żytkowania dla całej konstrukcji nasypu.

ążenie rozciągające w stanie granicznym Tr, którego działanie musi zbrojenie podstawy nasypu, to wartość Trs określana na podstawie wzoru [1]:

enie działające na zbrojenie przy rozważaniu stanu granicznego no

ść obliczeniowa zbrojenia,

to współczynnik cząstkowy zniszczenia.

e zbrojenie geosyntetyczne chroni przed wystąpieniem ytkowania w całym nasypie, podczas projektowania zbrojenia należy jednak uwzgl

żytkowania, jak i stan graniczny nośności zbrojenia.

pod nasypem zbrojonym po jego wybudowaniu można wypełnić żeli pustka nie zostanie

dzie potrzebne przez cały pozostały okres eksploatacji budowli. jest wypełnianie pustek pod konstrukcjami strategicznymi (np. nasypami

autostradowymi), natomiast w przypadku tradycyjnych budowli (np. odcinków dróg lokalnych, nie uzasadniony ekonomicznie.

trznego, zazwyczaj w nasypie wykonuje się szereg warstw

ytkowania i niedopuszczenie do wystąpienia ść zbrojenia spełnia kryteria

, którego działanie musi lana na podstawie wzoru [1]:

aniu stanu granicznego nośności

ąpieniem stanu granicznego ży jednak uwzględnić

ci zbrojenia.


Ogólna procedura projektowania w zakresie oceny wymaganej obejmuje:

a) określenie maksymalnych dopuszczalnych warto chodnika lub nasypu;

b) ustalenie odpowiedniej warto

c) określenie maksymaln spełnione jest kryterium a);

d) określenie właściwości zbrojenia przy rozci

Dopuszczalne odkształcenia powierzchniW przypadku dróg krajowych, z wyjnierównomierne odkształcenie powierzchni (czyli praktycznie tyle ile wynosi wydłui plastycznego. W przypadku dróg niebwynosić 2% [1].

Dla dróg szybkiego ruchu i autostrad konieczne moodkształceń.

Obliczeniowa średnica pustkiOdpowiednią wartość obliczeniowzdobytego w podobnych warunkach, na podstawie badaprobabilistycznymi. Należy przyjdalszego zapadania się gruntu oraz zwi


Ogólna procedura projektowania w zakresie oceny wymaganej charakterystyki zbrojenia

lenie maksymalnych dopuszczalnych wartości odkształcenia powierzchni

ustalenie odpowiedniej wartości obliczeniowej średnicy pustki D, (Rys. 2)

Rys. 2. Schemat zapadliska

lenie maksymalnego dopuszczalnego odkształcenia zbrojenia, przy którym spełnione jest kryterium a);

ś ści zbrojenia przy rozciąganiu, potrzebnych do projektowania.

Dopuszczalne odkształcenia powierzchni W przypadku dróg krajowych, z wyjątkiem dróg szybkiego ruchu i autostrad, maksymalne nierównomierne odkształcenie powierzchni (ds/Ds) ( rys. 2), powinno sięczyli praktycznie tyle ile wynosi wydłużenie na granicy pracy układu spri plastycznego. W przypadku dróg niebędących drogami krajowymi ograniczenie powinno

Dla dróg szybkiego ruchu i autostrad konieczne może być wprowadzenie innych wielko

rednica pustki ść obliczeniową średnicy pustki określa się zazwyczaj

zdobytego w podobnych warunkach, na podstawie badań geologicznych lub metodami ży przyjąć zachowawczą wartość, ze względu na niepewno

ę gruntu oraz związane z nim ryzyko.

charakterystyki zbrojenia

ci odkształcenia powierzchni

, (Rys. 2)

ego dopuszczalnego odkształcenia zbrojenia, przy którym

ganiu, potrzebnych do projektowania.

kiego ruchu i autostrad, maksymalne ) ( rys. 2), powinno się ograniczać do 1% ,

enie na granicy pracy układu sprężystego drogami krajowymi ograniczenie powinno

wprowadzenie innych wielkości

ę zazwyczaj z doświadczenia geologicznych lub metodami

ędu na niepewność co do


Maksymalne dopuszczalne odkształcenie wzglKształt ugiętego zbrojenia przebiegajjako parabolę. Maksymalne dopuszczalne odkształcenie wzgl

- w płaskim stanie odkształcenia

- w warunkach osiowo-symetrycznych (tj. pustki okr

gdzie:

εmax - to maksymalne dopuszczalne odkształcenie wzglds/Ds - to maksymalne dopuszczalne nierównomierne odkształcenie przy

powierzchni nasypu lub chodnika,

D - to średnica obliczeniowa pustki,

H - to wysokość

θd - to kąt osypywania zasypki, mniej wi

tarcia wew. gruntu, (rys. 2)

Przebieg rozciągania zbrojeniaW przypadku zbrojeń rozciązbrojenia wyraża wzór wg [1], [2]:

gdzie:

Trs - obciążenie rozcią

λ - współczynnik, którego warto

obciążenia w jedną

γ - ciężar objętościowy zasypki;

H - wysokość nasypu;

ws - obciążenie naziomu nasypu;

D - średnica obliczeniowa pustki,

ε - odkształcenie wzgl

ffs - współczynnik czą

fq - cząstkowy współczynnik obci


puszczalne odkształcenie względne zbrojenia tego zbrojenia przebiegającego nad pustą przestrzenią można opisa

. Maksymalne dopuszczalne odkształcenie względne zbrojenia wynosi:

w płaskim stanie odkształcenia (tj. pustki podłużne):

symetrycznych (tj. pustki okrągłe):

to maksymalne dopuszczalne odkształcenie względne zbrojenia;to maksymalne dopuszczalne nierównomierne odkształcenie przy

powierzchni nasypu lub chodnika,

średnica obliczeniowa pustki,

to wysokość nasypu;

ąt osypywania zasypki, mniej więcej równy szczytowej warto

tarcia wew. gruntu, (rys. 2)

gania zbrojenia ń rozciągliwych (np. polimerowych) siła rozciągaj

a wzór wg [1], [2]:

ążenie rozciągające zbrojenie [kN/m];

współczynnik, którego wartość zależy od tego, czy zbrojenie ma przenosi

jedną stronę czy w obie strony;

ę ściowy zasypki;

ść nasypu;

enie naziomu nasypu;

rednica obliczeniowa pustki,

odkształcenie względne zbrojenia, nie większe niż εmax,

współczynnik cząstkowy dla ciężaru objętościowego gruntu wg tab.1 [1]

stkowy współczynnik obciążeniowy dla obciążeń zewnętrznych wg tab.1

ą żna opisać w przybliżeniu dne zbrojenia wynosi:

ędne zbrojenia; to maksymalne dopuszczalne nierównomierne odkształcenie przy

cej równy szczytowej wartości kąta

gliwych (np. polimerowych) siła rozciągająca Trs ugiętego

y od tego, czy zbrojenie ma przenosić

ciowego gruntu wg tab.1 [1]

ń ętrznych wg tab.1 [1]


Tabela 1. Zestawienie współczynników cz Współczynniki cząstkowe

Współczynniki obciążeniowe

Masa jednostki gruntu, np. zasypki w nasypie

Zewnętrzne obciliniowe lub punktowe

Zewnętrzne obcikołowe

Współczynniki materiałowe dla gruntu

dla tan φ’ cv dla c’ dla cu

Współczynnik materiałowy dla zbrojenia

zmniejszajązbrojenia

Współczynniki współoddziaływania pomiędzy gruntem a zbrojeniem

Poślizg po powierzchni zbrojenia

Opór wyrywania zbrojenia

Uwaga : Dla pustek okrągłych lub prostoknatomiast dla podłużnych (przenoszenie obci

Wartość odkształcenia podstawiona do powyodkształceniu zbrojenia, tj. przed uwzgl

Powyższy wzór obowiązuje dwytrzymałość zbrojenia należy ocenia

Długość zakotwienia zbrojeniaAby w zbrojeniu mogła powstagruncie. Minimalną długość zakotwienia zbrojenia przedstawia wzór:

gdzie:

fn - współczynnik czą

fp - współczynnik czą

h - średnia wysokość

γ - ciężar objętości

α’1 - współczynnik współoddziaływania grunt/wzmocnienie z k

gruntu i zbrojenia tan

α’2 - współczynnik współoddziaływania grunt/wzmocnienie z k

gruntu i zbrojenia tan

fms - cząstkowy współczynnik materiałowy nakładany na


Tabela 1. Zestawienie współczynników cząstkowych [1]

Stan graniczny nośności

Masa jednostki gruntu, np. zasypki w nasypie ffs = 1,3 ętrzne obciążenia stałe, np. obciążenia

liniowe lub punktowe ff = 1,2

ętrzne obciążenia ruchome, np. obciążenia fq = 1,3

fms = 1,0 fms = 1,6 fms = 1,0

zmniejszający wytrzymałość nominalną Wartość fm rodzajowi stosowanego zbrojenia oraz okresowi eksploatacji, w jakim bono potrzebne i załącznik A.

ślizg po powierzchni zbrojenia fs= 1,3 Opór wyrywania zbrojenia fp= 1,3

głych lub prostokątnych (przenoszenie obciążenia w dwie strony) nych (przenoszenie obciążenia w jedną stronę) λ = 1,0.

odkształcenia podstawiona do powyższego wzoru powinna być równa poczodkształceniu zbrojenia, tj. przed uwzględnieniem pełzania.

ązuje dla zbrojeń rozciągliwych. Dla zbrojeń sztywnych zalecan zbrojenia należy oceniać innymi metodami.

zakotwienia zbrojenia Aby w zbrojeniu mogła powstać siła rozciągająca Trs, musi ono być dobrze zakotwione w

ć zakotwienia zbrojenia Lb potrzebną, by wytrzyma

współczynnik cząstkowy dla konsekwencji ekonomicznych zniszczenia,

współczynnik cząstkowy dla oporu wyrywania zbrojenia wg tab. 1,

rednia wysokość zasypki nad długością zakotwienia zbrojenia;

ę ściowy zasypki;

współczynnik współoddziaływania grunt/wzmocnienie z kątem przyczepno

gruntu i zbrojenia tan φcv1 po jednej stronie zbrojenia;

współczynnik współoddziaływania grunt/wzmocnienie z kątem przyczepno

zbrojenia tan φcv2 po drugiej stronie zbrojenia;

stkowy współczynnik materiałowy nakładany na φcv wg tab. 1.

Stan graniczny Stan graniczny użytkowalności fs = 1,0 ff = 1,0

fq = 1,0

fms = 1,0 fms = 1,0 fms = 1,0

powinna odpowiadać rodzajowi stosowanego zbrojenia oraz okresowi eksploatacji, w jakim będzie ono potrzebne — zob. punkt 5.3.3

fs= 1,0 fp= 1,0

enia w dwie strony) λ = 0,67, = 1,0.

ć równa początkowemu

ń sztywnych zalecaną

ć dobrze zakotwione w , by wytrzymać obciążenie Trs

stkowy dla konsekwencji ekonomicznych zniszczenia,

stkowy dla oporu wyrywania zbrojenia wg tab. 1,

zakotwienia zbrojenia;

współczynnik współoddziaływania grunt/wzmocnienie z kątem przyczepności

ątem przyczepności

wg tab. 1.


Praktyczne znaczenie wyznaczania potrzebnych wartości sił rozciągających w zbrojeniu geosyntetycznym występuje w trakcie projektowania nasypów posadowionych na palach żelbetowych i wszelkiego rodzaju kolumnach ( FSS, DMS, żwirowych, kamiennych itp.). Nasyp zbrojony posadowiony na słabonośnym podłożu uzdatnionym, np. kolumnami wymaga dobrania odpowiednio wytrzymałej geotkaniny, która jest bardzo ważnym elementem konstrukcyjnym wieńczącym głowice kolumn i pośredniczącym w przekazywaniu obciążeń z nasypu na kolumny oraz otaczający je grunt. Warstwa geotkaniny lub innego geosyntetyku pełni funkcję przesklepienia przestrzeni lub warstwy transmisyjnej pomiędzy sztywnymi głowicami kolumn lub pali. Obliczenia potrzebnej wytrzymałości geotkaniny wykonuje się przy założeniu, że pasmo geosyntetyku wsparte będzie na sztywnych kolumnach, a przylegający do nich ściśliwy grunt poprzez wymuszone osiadanie tworzyć będzie lokalne zagłębienia lub zapadliska.

Rys. 3. Stany graniczne użytkowania dla nasypów ze zbrojeniem w podstawie posadowionych na palach lub kolumnach.


Niepożądanym efektom z powstawania takich zapadlisk zapobiegnie odpowiednia o wystarczająco wysokiej wytrzymało

Rys. 4. Przykład posadowienia nasypu na kolumnach FSS

Rys. 5. Przykład posadowienia nasypu na kolumnach z warstw


danym efektom z powstawania takich zapadlisk zapobiegnie odpowiednia co wysokiej wytrzymałości na zerwanie.

Rys. 4. Przykład posadowienia nasypu na kolumnach FSS

Rys. 5. Przykład posadowienia nasypu na kolumnach z warstwą transmisyjną w postaci zamkni

geotkaninowej

danym efektom z powstawania takich zapadlisk zapobiegnie odpowiednia geotkanina

w postaci zamkniętej „poduszki”


W trakcie projektowania wykorzystuje si

FB - wytrzymałość długoterminowa geosyntetyku Przykład obliczeniowy: Dla podłoża wzmocnionego kolumnami nalez geotkaniny. Układ graficzny jak na rys. 5. Dla pustek okrągłych pomiędzy kolumnami przyjRozwartość szczelin pomiędzy kolumnami Obciążenie od nasypu i od ruchuDopuszczalne wydłużenie w zbrojeniu geosyntetycznym

Przy uwzględnieniu współczynników czcharakterystyczną wytrzymałośćwarstwy: F0 = 60 · ( 1,48 · 1,4 · 1 · 1 · 1,4 ) = 60 · 2,90 = 174 kN/m Stosując jednak często konstrukcjtransmisyjnej osiągamy zwiększenie sztywnojak płyta półsztywna. W tym jedynym przypadku możobliczonej potrzebnej wytrzymało

przechodząc do wytrzymałości geosyntetyku jak dla „poduszki” (


akcie projektowania wykorzystuje się przeważnie prostszą formę wzoru :

długoterminowa geosyntetyku.

a wzmocnionego kolumnami należy zaprojektować warstwy jak na rys. 5.

ędzy kolumnami przyjęto λ = 0,67 ędzy kolumnami D = 1,55 m

enie od nasypu i od ruchu q = 55,0 kPa żenie w zbrojeniu geosyntetycznym ε = 5 %

dnieniu współczynników cząstkowych A1, A2, A3, A wytrzymałość na zerwanie dla geosyntetyku w układzie pojedynczej

= 60 · ( 1,48 · 1,4 · 1 · 1 · 1,4 ) = 60 · 2,90 = 174 kN/m

ęsto konstrukcję zamkniętej „poduszki” geotkaninowej jako warstwy gamy zwiększenie sztywności całego układu, gdyż forma zamkni

W tym jedynym przypadku możemy zastosować współczynnik zmniejszająbnej wytrzymałości pasma geosyntetyku w układzie pojedynczym

ści geosyntetyku jak dla „poduszki” ( ��, otrzymuj

ę wzoru :

ć warstwę transmisyjną

, A4 otrzymujemy na zerwanie dla geosyntetyku w układzie pojedynczej

= 60 · ( 1,48 · 1,4 · 1 · 1 · 1,4 ) = 60 · 2,90 = 174 kN/m

j „poduszki” geotkaninowej jako warstwy ż forma zamknięta pracuje

współczynnik zmniejszający ( f = 0,85) dla ci pasma geosyntetyku w układzie pojedynczym

, otrzymując :


Rys. 6. Konstrukcja zamkni

Fenomen „poduszki” geotkaninowej polega

- może być ona rozpatrywana jako płyta półsztywna,- wewnątrz takiej „poduszki” zostaje zahamowany rozkład napr- ograniczając możliwoś osiadań, - w trakcie obliczeń osią pasma geosyntetyku w stosunku do układu pojedynczego pasma (bez zamkni przekroju) o ok. 30 % !!!


Rys. 6. Konstrukcja zamkniętej „poduszki” jako płyta półsztywna

Fenomen „poduszki” geotkaninowej polega na tym, że :

ona rozpatrywana jako płyta półsztywna, trz takiej „poduszki” zostaje zahamowany rozkład naprężeńą żliwości wyparcia gruntu na boki, osiąga się znaczą

osiąga się optymalne zmniejszenie potrzebnej wytrzymałopasma geosyntetyku w stosunku do układu pojedynczego pasma (bez zamkni

ok. 30 % !!!

tej „poduszki” jako płyta półsztywna

ężeń , ę znaczące zmniejszenie

optymalne zmniejszenie potrzebnej wytrzymałości pasma geosyntetyku w stosunku do układu pojedynczego pasma (bez zamknięcia


Rys. 7. Przykład przesklepienia kolumn Lepszym rozwiązaniem byłoby zamkni zawinięć o ok. 1,5m każdy i poł Literatura: 1. BS 8006:1995 Code of practice for strengthened/reinforced soil and other fills.2. EBGEO. DGGT, Ernst and Sohn, Berlin 2010


Rys. 7. Przykład przesklepienia kolumn żwirowych geotkaniną bez zamknięcia w formie „poduszki”.zaniem byłoby zamknięcie górnego pasma geotkaniny poprzez wydłu

żdy i połączenie na zakład z klamrowaniem (wg rys.6)

BS 8006:1995 Code of practice for strengthened/reinforced soil and other fills.EBGEO. DGGT, Ernst and Sohn, Berlin 2010

formie „poduszki”. cie górnego pasma geotkaniny poprzez wydłużenie obu

BS 8006:1995 Code of practice for strengthened/reinforced soil and other fills.

Warstwa transmisyjna. - Piotr Jermołowicz | Inżynieria ... · Warstwa transmisyjna. ... α’2 -...

Documents

Transcript of Warstwa transmisyjna. - Piotr Jermołowicz | Inżynieria ... · Warstwa transmisyjna. ... α’2 -...