Projektowanie z geosyntetykami-Mozliwe zagrozenia dla projektantow, Geosyntetyki

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Reprint z: „Magazyn Autostrady” nr 5/2004 i nr 6/2004
mgr in¿. Jacek Ajdukiewicz
Dwutysiêczny czwarty rok to czas du-
¿ych zmian zwi¹zanych z nasz¹ akcesj¹
do Unii Europejskiej. Zmiany te powoli
zaczynaj¹ byæ równie¿ w sferze inwesty-
cji drogowych. Dotyczy to zarówno spo-
sobu przeprowadzania przetargów, jak
i samej realizacji inwestycji. Procedury
przetargowe zwi¹zane z inwestycjami
wspó³finansowanymi przez UE i Bank
Œwiatowy wymuszaj¹ jakoœæ, jednak¿e
w pozosta³ych przypadkach bywa ró¿nie.
O jakoœci wykonywanych robót pisaliœmy
ju¿ sporo na ³amach „Magazynu Autostra-
dy” i – jak s¹dzimy – temat ten szybko siê
nie wyczerpie.
Powodzenie ca³ego procesu inwestycyj-
nego zale¿y, podobnie jak w przypadku
samych dróg, od jakoœci jego najs³absze-
go ogniwa. B³êdy mog¹ zostaæ pope³nione
praktycznie na ka¿dym etapie realizacji
– pocz¹wszy od projektu, który mo¿e opie-
raæ siê na niedostatecznie sprawdzonych
i niepe³nych badaniach lub – co gorsza
– mo¿e zawieraæ usterki wynikaj¹ce z fa³-
szywie pojêtej oszczêdnoœci.
Ze wzglêdu na nasze inklinacje do popada-
nia w tzw. „zespó³ lekarza specjalisty” zwy-
kle diagnoza danej choroby oscyluje wokó³
reprezentowanej specjalizacji (u kardiologa
najczêœciej dowiadujemy siê, ¿e mamy chore
serce, choæ przyczyna mo¿e tkwiæ zupe³nie
gdzie indziej.) Dlatego te¿ realizacja tak
skomplikowanego obiektu, jakim jest dro-
ga, pracuj¹ca czêsto przez ca³y swój ¿ywot
pod ogromnymi obci¹¿eniami, wymaga
interdyscyplinarnej wiedzy popartej du¿ym
doœwiadczeniem. Zachowuj¹c w³aœciwy dy-
stans wobec ró¿nych opinii, postanowiliœmy
zaj¹æ stanowisko, które stoi na stra¿y kanonów
in¿ynierii drogowej. Wiedza ta – odpowied-
nio wykorzystana, uzupe³niana o najnowsze
badania i technologie – powoduje, ¿e efekty
pracy wielu specjalistów w po³¹czeniu z solid-
nym wykonawstwem opieraj¹ siê skutecznie
zêbowi czasu.
Oto jeden z g³osów – poparty ogrom-
nym doœwiadczeniem – w sprawie
poprawy jakoœci wykonania obiektów
drogowych. Zapraszamy do dyskusji.
(Red.)
z geosyntetykami
– mo¿liwe zagro¿enia dla projektantów – cz. I
Publikacja zawiera zarówno omówienie podstawowych zasad obliczania parametrów wy-
trzyma³oœciowych geosyntetyków przewidzianych do zabudowy w konstrukcjach z gruntów
zbrojonych, jak i typowe b³êdy w projektowaniu, zakupach i aplikacjach tych wyrobów.
Jednym z podstawowych problemów
we wprowadzaniu GEOSYNTETYKÓW
– GEOSIATEK I GEOTKANIN – do pro-
cesu projektowania [1] i do nastêpuj¹cej po
nim fizycznej realizacji ich aplikacji (pracuj¹-
cych w wyniku tego przez okres wielu dzie-
si¹tków lat w re¿imie wytrzyma³oœciowym)
jest doϾ powszechne niezrozumienie fak-
tu, i¿ po ich zabudowaniu w dany obiekt
oraz po poddaniu obci¹¿eniu statycznemu
(a bardzo czêsto i dynamicznemu) wyroby
te PRACUJ¥ i podlegaj¹ bez przerwy od-
dzia³ywaniu tych obci¹¿eñ. Powstaj¹c¹ sy-
tuacjê mo¿na zatem porównaæ np. do pracy
liny stalowej, podtrzymuj¹cej konstrukcjê
in¿yniersk¹.
Stosunkowo du¿a liczba osób, z którymi
mam okazjê spotykaæ siê i rozmawiaæ na
temat geosyntetyków, nie odró¿nia pojêæ
wytrzyma³oœci indeksowej (normatywnej,
chwilowej, doraŸnej – badanej i okreœlanej
w momencie produkcji danego wyrobu
geosyntetycznego) i wytrzyma³oœci d³ugo-
terminowej, jak te¿ znaczenia parametrów
wyd³u¿enia (modu³ sztywnoœci na rozci¹ga-
nie w zale¿noœci od charakteru i historii ob-
ci¹¿enia) przy zerwaniu pasma geosyntetyku
na trwa³oœæ i foremnoœæ konstrukcji obiektu,
np. komunikacyjnego. Tê doraŸn¹, inaczej
chwilow¹, wytrzyma³oœæ na zrywanie okre-
œla siê jako UTS (
Ultimate Tensile Strength
)
i jako taka wartoϾ ta definiuje jedynie wy-
trzyma³oœæ (poziom ufnoœci 95%) na zerwa-
nie pasma o szerokoœci 20 cm ci¹gnionego
z prêdkoœci¹ wyd³u¿enia 20%/min (PN-EN
ISO 10319), lecz w ¿aden sposób nie œwiad-
czy o tzw. d³ugookresowej wytrzyma³oœci na
poddanie pasma geosyntetyku sta³emu obci¹-
¿eniu – np.: w podstawie nasypu – przeciwko
jego rozpe³zywaniu siê; nad palami, wzglêdnie
kolumnami – na oddzia³ywanie masy nasypu
i zarówno statycznych, jak i dynamicznych
sk³adowych obci¹¿enia nawierzchni na nasy-
pie ruchem drogowym etc., etc.
A zatem – nie jest ona (UTS) miernikiem
zmian reologicznych, zachodz¹cych na ogó³
przez wiele dziesi¹tków lat w materiale kon-
strukcyjnym, z których wykonany zosta³ za-
stosowany w danym projekcie geosyntetyk.
Dla zobrazowania zainteresowanym
znaczenia w³aœciwego doboru materia³ów
geosyntetycznych do zaprojektowania kon-
strukcji in¿ynierskiej (a takimi konstrukcja-
mi s¹ wszelkiego typu wzmocnienia poziome
pod podbudowami i nasypami, jak równie¿
konstrukcje z tzw. gruntów zbrojonych)
– proponujê zapoznanie siê z zamieszczony-
mi poni¿ej kilkoma rysunkami.
WYDŁUŻENIE PRZY PEŁZANIU GEOSYNTETYKÓW
W ZALEŻNOŚCI OD UŻYTYCH
DO ICH PRODUKCJI POLIMERÓW
LOGARYTM CZASU [sec]
Rys. 1. Wyd³u¿enie przy pe³zaniu np. geosyntetyków, w zale¿noœci
od u¿ytych do ich produkcji polimerów. [2]
Reprint z: „Magazyn Autostrady” nr 5/2004 i nr 6/2004
1
Projektowanie
 TECHNOLOGIE
Rysunek 1 przedstawia sposób zachowania
siê poszczególnych polimerów, stosowanych
do produkcji/konstrukcji wytrzyma³oœcio-
wych geosyntetyków (geosiatek i/lub geot-
kanin) w uk³adzie wspó³rzêdnych: wielkoœæ
bezwzglêdnego wyd³u¿enia (%) v/v czas (w
naniesionej skali logarytmicznej) dla dane-
go stopnia wytrzyma³oœci UTS. Na uwagê
zas³uguje zarówno zró¿nicowana wielkoœæ
wyd³u¿enia dla poszczególnych przedstawio-
nych na tym wykresie polimerów, jak te¿,
co w praktyce in¿ynierskiej jest niezmiernie
wa¿ne – fakt nadmiernego „p³yniêcia” wy-
robów wytrzyma³oœciowych, wykonanych
z surowców takich, jak: polipropylen (PP)
oraz polietylen o wysokiej gêstoœci (HDPE)
ju¿ dla stopnia wykorzystania na poziomie 30-
36%! Proszê zauwa¿yæ, ¿e polimery takie, jak:
PA, PET, PVA czy Aramid, wykazuj¹ bardzo
ma³e pe³zanie, pomimo dwa razy wiêkszego
stopnia wykorzystania zbrojenia (50-67%).
Zatem, w odniesieniu np. do konstrukcji
oporowych i nasypów zbrojonych, szczegól-
nie na pod³o¿ach s³abonoœnych, nale¿a³oby
wyroby wykonane z PP i PEHD wykluczaæ.
Rysunek 2 obrazuje zachowanie siê
GEOSIATEK KWALIFIKOWANYCH
typu FORTRAC
®
, lecz ich odmian wypro-
dukowanych z ró¿nych polimerów i w dodat-
ku z zastosowaniem okreœlonych, patentowa-
nych sposobów tworzenia (komponowania)
w procesie produkcyjnym zarówno pasm
w³ókien, jak i wzajemnych wi¹zañ i spleceñ
tych pasm ze sob¹. W sposób wyraŸny i prze-
konywuj¹cy wynika z niego, w jaki sposób
konstruktor obiektu in¿ynierskiego mo¿e za-
pewniæ, obliczyæ i dobraæ w³aœciwy wyrób
geosyntetyczny do uzyskania zamierzonego
efektu, np. ograniczonej do 3, 4 czy te¿ maks.
5% wielkoœci rozpe³zywania siê np. nasypu
w okresie jego faktycznej eksploatacji
– 50, 60, 100 czy nawet 120 lat.
UWAGA: Podane obok symboli poszczegól-
nych surowców wartoœci w nawiasach oznaczaj¹
stopieñ wykorzystania wytrzyma³oœci w stosun-
ku do wyjœciowej wartoœci UTS [%], gdzie,
z ang.: UTS (
Ultimate Tensile Strength
) – oznacza
doraŸn¹ wytrzyma³oœæ na zerwanie bezpoœred-
nio po zakoñczeniu procesu produkcyjnego.
Rysunek 3 przedstawia charakterystykê jed-
nego tylko typu siatek i przebieg krzywych
wyd³u¿enia w czasie pod sta³ym obci¹¿eniem
dla ró¿nych czasów oddzia³ywania obci¹¿enia.
Wykres ten jest – w przypadku jego dostarcze-
nia przez producentów – dowodem na rzeczy-
wiste parametry danego, konkretnego wyrobu
geosyntetycznego.
Rysunki 4.1 i 4.2 (s. 3, 4) przedstawiaj¹
wielkoœci graniczne rozpe³zywania siê nasypu
o szerokoœci pocz¹tkowej (w stanie budowla-
nym) ka¿dorazowo 50 metrów w momencie
zerwania siê geosyntetycznego wzmocnienia
podstawy nasypu, nastêpuj¹cego w przypad-
ku b³êdnego wyznaczenia wytrzyma³oœci
wieloletniej poddawanego re¿imowi wytrzy-
ma³oœciowemu geosyntetyku, tj. takiego, dla
którego np. projektant pope³ni³ pomy³kê
Wydłużenie, %
handlowych i innych tego typu obiektów,
gdzie zastosowano tanie i NIEKWALIFI-
KOWANE wyroby geosyntetyczne. To
samo odnosi siê do „tanich” napraw, które
t¹ metod¹ generuj¹ nastêpne naprawy.
Jest to wiêc i dla projektanta dylemat!
Jak wiêc, w sposób prawid³owy, powinien
postêpowaæ projektant w doborze zbrojenia
geosyntetycznego?
W ka¿dym projekcie, przewiduj¹-
cym zastosowanie geosiatek (wzgl.
geotkanin) jako zbrojenia, oblicza siê
tzw. wartoœæ dopuszczaln¹ wytrzyma-
³oœci d³ugoterminowej geosyntetyku
– F
d
. Wartoœæ tê ustala siê metod¹ kolejnych
przybli¿eñ, tak aby ogólny wspó³czynnik sta-
tecznoœci konstrukcji na poœlizg w gruncie
lub w czêœci zbrojonej spe³nia³ nastêpuj¹cy
warunek: 
p
>
1,50 (wg polskiego prawa bu-
dowlanego), zaœ w przypadku stosowania
norm np. niemieckich [3]; [4]; [9]: 
n
>
1,40
w odniesieniu do: stanu podstawowego
obci¹¿enia i dla prognozy dla ca³ego okresu
sprawnoœci technicznej budowanego obiek-
tu – np. przez 60, 80, 100 czy te¿ 120 lat.
Poniewa¿ brak Polskiej Normy dla obli-
czania konstrukcji z gruntów zbrojonych geo-
syntetykami, [9] zezwala siê na stosowanie
zasad niemieckich, wzglêdnie brytyjskich
[8]. W niniejszym opracowaniu przedsta-
wiono zasady postêpowania wed³ug norm
i standardów niemieckich.
Zbiorczy rysunek budowli z zaznaczeniem
najniebezpieczniejszego miejsca przebiegu
ko³owej p³aszczyzny poœlizgu oraz podaniem dla
tej w³aœnie p³aszczyzny wielkoœci OBLICZO-
NEGO OGÓLNEGO WSPÓ£CZYNNIKA
STATECZNOŒCI pokazano na rys. 5 (s. 4).
Podstawowym wzorem do okreœlenia
wytrzyma³oœci d³ugoterminowej wyrobu
geosyntetycznego, wzglêdnie konstrukcji
z kilku materia³ów geosyntetycznych pracu-
j¹cych pod sta³ym obci¹¿eniem konstrukcji
budowli, np. komunikacyjnej, i ze strony
ruchu np. drogowego, jest wzór:
Rys. 2. Wykres relacji: si³a rozci¹gania – wyd³u¿enie, dla czterech
gatunków geosiatek FORTRAC
®
. (PN ISO 10319) FORTRAC – z PES
wysokiej jakoœci; FORTRAC T – z PES wysokomodu³owego; FOR-
TRAC M – z PVA (poliwinyloalkohol); FORTRAC A – z Aramidu.
Izochrony wyrównane
wielomianem 6. Stopnia
UTS-ultimate tensile
strength (wytrzymałość
nominalna w/g DIN EN ISO
10 319)
obszar
użytkowania
i wymiarowania
Wydłużenie jednostkowe, %
Wydłużenie vs. Czas vs. Obciążenie
.
Rys. 3. Izochrony: wyd³u¿enie vs. czas vs. obci¹¿enie, dla geosia-
tek FORTRAC
®
z PET (PES) ustalone w wyniku szczegó³owych,
wieloletnich badañ certyfikacyjnych upowa¿nionych do tego typu
badañ laboratoriach europejskich (BBA – Wielka Brytania) i ame-
rykañskich. Zaznaczono obszar, w obrêbie którego s¹ stosowane
w konstrukcjach in¿ynierskich.
i uto¿sami³ wytrzyma³oœæ nominaln¹ (UTS)
z wytrzyma³oœci¹ d³ugoterminow¹ (
Long Term
Strength –
LTS), np. po pewnym okresie eks-
ploatacji, wynikaj¹cym z rysunku 1. Prawa
strona rysunku (rys. 4.1) odnosi siê do wy-
robów geosyntetycznych, zobrazowanych
na rys. 2; lewa zaœ pokazuje zachowanie siê
innych, wystêpuj¹cych na terenie naszego
kraju wyrobów geosyntetycznych o charak-
terze geosiatek. Nale¿y mieæ nadziejê, ¿e
projektanci zechc¹ wyci¹gn¹æ z zawartoœci
tych rysunków stosowne wnioski.
Zobrazowany na opisanych czterech rysun-
kach problem mo¿na zaliczyæ do grupy tzw.
problemów pierwszorzêdnych.
Mamy bowiem w chwili obecnej do czynie-
nia z jednej strony z bardzo populistycznym
has³em: „Musimy oszczêdzaæ, mamy ma³o
pieniêdzy na budowê szlaków drogowych
(kolejowych) – nale¿y wiêc stosowaæ
najtañsze technologie, materia³y i rozwi¹za-
nia konstrukcyjne”; z drugiej zaœ lawinowo
rosn¹ potrzeby w zakresie remontów dróg
i linii kolejowych. Co gorsze – rosn¹ te¿
koszty napraw i remontów, szczególnie
w odniesieniu do dopiero co zakoñczonych
inwestycji drogowych, parkingów, obiektów
F
d
=
F
k
A
1
·
A
2
·
A
3
·
A
4
·
A
5
·
A
6
·

[1]
gdzie:
F
k
– doraŸna wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie,
ustalona w badaniu PN-EN ISO 10 319
dla poziomu ufnoœci 95% [te wartoœci
podawane s¹ przez producentów w Apro-
batach Technicznych IBDiM i ITB
w pozycji „Wytrzyma³oœæ na rozci¹ga-
nie” i musz¹ byæ traktowane jedynie
jako parametr bazowy, zaopatrzeniowy
(kontrolny)]. W obliczeniach statycznych
stanowi¹ one wy³¹cznie bazê wyjœciow¹,
w oparciu o któr¹ ustala siê wytrzyma³oœci
d³ugoterminowe – poprzez ich redukcjê
przy pomocy tzw. „wspó³czynników ma-
teria³owych”. S¹ nimi:
A
1
– materia³owy wspó³czynnik pe³zania,
okreœlany indywidualnie dla danego
konkretnego produktu, typu i odmiany
– ustalany w oparciu o PN-EN ISO 13 431.
2
Reprint z: „Magazyn Autostrady” nr 5/2004 i nr 6/2004
(wytrzymałość
.
Wydłużenie
  TECHNOLOGIE
Rys. 4.1. Odkszta³cenia w momencie zerwania zbrojenia stopy nasypu, jakie mog¹ wyst¹piæ w nasypach z gruntów zbrojonych NIEKWALIFIKOWA-
NYMI i KWALIFIKOWANYMI geosiatkami wykonanymi z ró¿nych polimerów i w ró¿nych technologiach, dostêpnymi na polskim rynku.
(minimum cztery serie) pomiarów wy-
trzyma³oœci na rozci¹ganie dla czasu
faktycznego rozci¹gania 10.000 godzin
(417 dób obci¹¿enia).
Podawane przez niektórych producen-
tów ekstrapolacje wyników dla badañ
wykonanych po np. 8 czy nawet 1.000
godzin nie upowa¿niaj¹ do dokonywania
przez projektanta obliczeñ wg wartoœci
A
1
okreœlanych ekstrapolacyjnie z wy-
ników uzyskiwanych po tak krótkich
czasach dla takich warunków.
A
2
– wspó³czynnik materia³owy uwzglêdnia-
j¹cy uszkodzenia mechaniczne powsta³e
w trakcie transportu, instalacji geosynte-
tyku oraz wbudowania materia³u zasypo-
wego. Wartoœæ tego wspó³czynnika zale¿y
od indywidualnego charakteru i od typu
danego produktu, polimeru, rodzaju kru-
szywa, materia³ów pod³o¿a i materia³u
nasypowego oraz zastosowanej techniki
zagêszczania. Producenci posiadaj¹ wyni-
ki badañ wskaŸnikowych, uzyskane dla
danego wyrobu geosyntetycznego i dla
ró¿nego rodzaju kruszyw przez odpo-
wiednio do wykonywania takich badañ
wyspecjalizowane jednostki badawcze.
O ile producent nie przedk³ada wyników
takich badañ, nale¿y wg EBGEO-1997
[3] przyjmowaæ do obliczeñ nastêpuj¹ce
wartoœci A
2
:
– piaski i pospó³ki: 1,5;
– ¿wiry i otoczaki: 2,0.
W przypadku zastosowania kruszywa
³amanego zaleca siê ka¿dorazowo kontro-
lê przyjêtej w obliczeniach statycznych
wartoœci A
2
(na próbkach pobranych po
wbudowaniu). Oczywiœcie i te wartoœci
nie s¹ ujête dot¹d w jakiejkolwiek Apro-
bacie Technicznej IBDiM czy te¿ ITB.
A
3
– wspó³czynnik materia³owy, uwzglêdnia-
j¹cy straty na po³¹czeniach (np. poprzez
wykonywanie szwów). Na ogó³ w projek-
cie nie dopuszcza siê wykonawstwa po³¹-
czeñ lub szwów, a zatem przewa¿nie A
3
=
1,0. Przy kontroli obliczeniowej projektu
zbrojenia geosyntetycznego sprawdza
siê w uzasadnionych przypadkach, czy
zak³adka zosta³a zwymiarowana tak, ¿e
si³a rozci¹gaj¹ca na zak³adce ca³kowicie
przenoszona jest przez tarcie.
A
4
– wspó³czynnik materia³owy, uwzglêd-
niaj¹cy wp³yw œrodowiska gruntowego
(chemia + biologia + temperatura). W tym
przypadku mo¿na wyjœæ z nastêpuj¹cych
za³o¿eñ:
W œrodowisku gruntowym o 4<pH<9 ta-
kie polimery (lecz ¿adne produkty z recy-
klingu!), jak:
– polipropylen PP,
– poliamid PA,
– poliester PES/PET,
– poliwinyloalkohol PVA,
– polietylen PE/HDPE,
– aramid A
wykazuj¹ wystarczaj¹c¹ odpornoœæ che-
miczn¹ i odpornoœæ na mikrobiologiczne
¯adna Aprobata Techniczna wydana przez
IBDiM lub ITB nie definiuje wartoœci A
1
.
Wartoœæ tego wspó³czynnika zale¿y od ro-
dzaju polimeru i stosowanego procesu
produkcji. O ile producent nie przed³o¿y
wiarygodnego protoko³u z takich badañ,
i to z badañ w czasie co najmniej 10.000
godzin lub z ustaleñ dokonanych metod¹
SIM, nale¿y przyjmowaæ wg EBGEO
– 1997 [3] nastêpuj¹ce wartoœci wspó³-
czynnika materia³owego A
1
:
– polipropylen i polietylen wysokiej gê-
stoœci: A
1
= 5,0;
– poliamid i poliester: A
1
= 2,5.
Podkreœliæ nale¿y, ¿e dla przewidywa-
nej pracy zbrojenia geosyntetycznego pod
obci¹¿eniem ze strony obiektu budowlane-
go przez okres d³u¿szy, jak 20 lat (tj. 25,
40, 60, 80, 100 czy te¿ 120 lat [np. auto-
strady]) nie wolno ekstrapolowaæ war-
toœci wspó³czynników materia³owych
A
1
, je¿eli nie zostanie zachowana pe³na
procedura postêpowania, przewidziana
norm¹ PN-EN ISO 13431 „Geoteksty-
lia i wyroby pokrewne. Wyznaczanie
pe³zania podczas rozci¹gania i zniszcze-
nia przy pe³zaniu”, w ramach której to
procedury musi byæ wykonany szereg
Reprint z: „Magazyn Autostrady” nr 5/2004 i nr 6/2004
3
 TECHNOLOGIE
Trzeba pamiêtaæ, ¿e inne s¹ wartoœci wspó³-
czynników materia³owych i wspó³czynnika bez-
pieczeñstwa materia³owego „
b
” dla obliczeñ
przeprowadzonych metod¹ stanów granicz-
nych. Projektant musi konsekwentnie trzy-
maæ siê jednej wybranej metody i stosowaæ
odpowiednie dla niej wspó³czynniki materia-
³owe i wspó³czynniki bezpieczeñstwa. £¹cze-
nie tych metod by³oby niedopuszczalnym,
bardzo powa¿nym b³êdem!!!
B
ŁÊDNE I NIEBEZPIECZNE
UPROSZCZENIA ZAGADNIENIA
Na samym pocz¹tku stosowania geosynte-
tyków w budownictwie obiektów, w po³owie
lat 80. XX wieku [8], ustalony zosta³ bardzo
uproszczony sposób okreœlenia wytrzyma-
³oœci d³ugoterminowej, który w Polsce do
dnia dzisiejszego (niestety) wystêpuje na-
wet w du¿ych projektach i specyfikacjach
w postaci wzoru:
Z =
R
r
1,7
[2]
gdzie:
Z – d³ugotrwa³a wytrzyma³oœæ na rozci¹ga-
nie;
R
r
– krótkotrwa³a wytrzyma³oœæ na rozci¹ga-
nie;
1,7– wspó³czynnik bezpieczeñstwa.
Rozpatruj¹c zagadnienie poprawnoœci
sposobu ustalania d³ugoterminowej wytrzy-
ma³oœci, mo¿na stwierdziæ, ¿e wzór [2] nie
obejmuje pe³zania, uszkodzeñ wyrobu w trak-
cie transportu, zabudowy etc., wykonawstwa
po³¹czeñ, jak równie¿ oddzia³ywania chemicz-
nego i biologicznego œrodowiska, w którym
nastêpuje zabudowa. Równie¿ sam wspó³-
czynnik bezpieczeñstwa (1,70), co prawda
o innym znaczeniu, jak u¿yty we wzorze [1]
(1,75), jest w przypadku wzoru [2] mniejszy
liczbowo o 0,05 od wspó³czynnika bezpie-
czeñstwa materia³owego ze wzoru [1]!
Obydwa te wzory dzieli dystans 25 lat badañ,
wiele awarii, katastrof budowlanych, jednym
s³owem – okres rozkwitu zagadnienia i wy-
ci¹gania wniosków z pope³nionych b³êdów!
Jest spraw¹ oczywist¹, ¿e dobrane na pod-
stawie wzoru [2] wyroby geosyntetyczne
bêd¹ charakteryzowa³y siê nawet kilkakrot-
nie mniejsz¹ wytrzyma³oœci¹ ni¿ wyliczone
wed³ug obecnie obowi¹zuj¹cych zasad,
a zatem bêd¹ niew¹tpliwie tañsze! Zap³aci
wszak¿e za tê pozorn¹ „tanioœæ” spo³eczeñ-
stwo, gdy¿ na ogó³ ju¿ w momencie zabudo-
wy tego typu materia³ów bêd¹ one zmuszone
do „p³yniêcia” pod wp³ywem reologii, gro¿¹c
nastêpnie wyst¹pieniem katastrofy budowla-
nej, niestety – na ogó³ nie natychmiastowej,
lecz zaistnia³ej po okresie najwy¿ej kilku
lat od momentu zabudowy tak dobranego
geosyntetyku.
W interesie spo³eczeñstwa zatem nale¿y
têpiæ tego rodzaju praktyki in¿ynierskie i nie
dopuszczaæ do dalszej aktywnoœci zawodowej
„niedouczonych” projektantów.
Rys. 4.2. Odkszta³cenia w momencie zerwania zbrojenia stopy nasypu, jakie mog¹ wyst¹piæ w nasypach z gruntów zbrojonych NIEKWA-
LIFIKOWANYMI i KWALIFIKOWANYMI geotkaninami wykonanymi z ró¿nych polimerów i w ró¿nych technologiach, dostêpnymi na
polskim rynku.
oddzia³ywania i grzyby, tak ¿e mo¿na
stosowaæ wielkoœci A
4
= 1,0÷1,05. W œro-
dowiskach silnie alkalicznych i silnie kwa-
œnych, a wiêc poza wymienionym zakre-
sem pH, nale¿y stosowaæ jako surowiec
PVA lub dla innych u¿ytych do produkcji
surowców przyjmowaæ na podstawie ba-
dañ odpowiedni¹ wartoœæ A
4
> 1,05.
A
5
– wspó³czynnik materia³owy, uwzglêdnia-
j¹cy wp³yw oddzia³ywañ dynamicznych
(trzêsienia ziemi, „t¹pniêcia” górnicze,
dynamiczne oddzia³ywanie ruchu pojaz-
dów).
A
6
– wspó³czynnik materia³owy, uwzglêd-
niaj¹cy specyficzne warunki posadowie-
nia budowli. Za warunki takie mo¿na
uznaæ lokalizacjê obiektów na obszarach
aktywnych górniczo, o deformacjach nie-
ci¹g³ych. Wartoœæ tego wspó³czynnika
wymaga ka¿dorazowo indywidualnych
ustaleñ. W chwili obecnej jedynie dla
obiektu „Drogi dojazdowe do wiaduk-
tu w ci¹gu Drogi Wojewódzkiej nr 933
(ul. Pszczyñska) w Jastrzêbiu Zdroju”
(projekt rozwi¹zania problemu i rozwi¹-
zania in¿ynierskie wykona³o PR INORA
Sp. z o.o.), zlokalizowanego na terenie IV
kategorii oddzia³ywañ górniczych, gdzie,
jak wynika z prowadzonego póŸniej mo-
nitoringu, 2,5-krotnie zosta³ przekroczony
parametr V kategorii, dr in¿. Kowalczyk
z G³ównego Instytutu Górnictwa obliczy³
i ustali³ go na poziomie A6=1,18 [14].
 – okreœla tzw. wspó³czynnik bezpieczeñ-
stwa materia³owego. W metodzie naprê-
¿eñ dopuszczalnych, zwanej te¿ metod¹
globalnego wspó³czynnika bezpieczeñ-
stwa (DIN 4084 [4], [7], [9]) wymaga siê
przyjmowania go w wysokoœci  = 1,75.
Rys. 5. Wprowadzenie do zasad obliczania konstrukcji z gruntów
zbrojonych geosyntetykami.
4
Reprint z: „Magazyn Autostrady” nr 5/2004 i nr 6/2004
TECHNOLOGIE
Dla zobrazowania rzeczywistych wymagañ
aktualnego stanu techniki dla materia³ów
geosyntetycznych pracuj¹cych w re¿imie wy-
trzyma³oœciowym na rysunku 6 (str. 5) przedsta-
wiono wystêpowanie rzeczywistych naprê¿eñ
w paœmie w³aœciwie obliczonego i dobranego
GPwRW, w stosunku do jego wytrzyma³oœci
znamionowej (UTS, normatywnej, chwilowej)
w czasie od zejœcia materia³u z linii produkcyj-
nej a¿ do fizycznej utraty posiadanych w³asnoœci
wytrzyma³oœciowych.
Z wykresu tego wynika, i¿ na koñcu projek-
towanego okresu u¿ytkowania wytrzyma³oœæ
d³ugoterminowa materia³u geosyntetycznego
musi posiadaæ zapas bezpieczeñstwa wynika-
j¹cy m.in. z w³aœciwego przyjêcia wielkoœci
wspó³czynnika bezpieczeñstwa materia³owe-
go =1,75 dla metody globalnego wspó³czyn-
nika statecznoœci.
drogowa, dla której opracowane
„Wytycz-
ne wzmacniania pod³o¿a gruntowego
w budownictwie drogowym”
, zgodnie
z zarz¹dzeniem nr 8 Generalnego Dyrekto-
ra Dróg Publicznych z dnia 25 lutego 2002
r. wesz³y w ¿ycie z dniem 1 maja 2002 r.
[10]. Zasady obliczeñ dla innych bran¿ s¹
opracowywane przez Instytut Techniki
Budowlanej i zostan¹ w najbli¿szym czasie
wydane, normalizuj¹c tym samym m.in. kra-
jowy system obliczeniowy.
Obliczenia zostan¹ wykonane dla przypad-
ków:
i po przyjêciu wspó³czynników dla ma-
teria³ów nieposiadaj¹cych miarodajnych
wyników badañ, w wysokoœci okreœlonej
w „Empfehlungen fur Bewehrungen aus
Genkuststoffen – EBGEO” [3]:
A
1
= 2,50 – dla tkaniny wykonanej z polie-
stru;
A
2
= 1,50 – dla materia³u mineralnego (pia-
sek i pospó³ka);
A
3
= 1,00 – zak³adaj¹c w projekcie, ¿e wszyst-
kie elementy zbrojenia zostan¹
wykonane z nie³¹czonych ze sob¹
pasm wyrobu geosyntetycznego;
A
4
– ze wzglêdu na brak gwarancji co do od-
pornoœci chemicznej, biologicznej musi
byæ przyjête w wysokoœci:
A
4
= 1,05
Przy obliczeniach wykonywanych metod¹
globalnego wspó³czynnika bezpieczeñstwa
wspó³czynnik bezpieczeñstwa materia³owe-
go musi wynosiæ:
I. zastosowania wzoru z podrêcznika „Le
Manuel Des Geotextiles” [6] z roku
1988 (!!!), wydanego przez SVG, Szwaj-
caria (wzór [2]);
II. geotkaniny poliestrowej, co do której
producent nie mo¿e projektantowi
przedstawiæ dowodnych danych w zakre-
sie wspó³czynników materia³owych lub
dane te nie spe³niaj¹ wymagañ normy
PN-EN ISO 13431 i innych norm z ni¹
zwi¹zanych;
III. geotkaniny poliestrowej, co do której
producent (dostawca) przed jej dostaw¹
mo¿e projektantowi pe³ni¹cemu nadzór
autorski, wzglêdnie autorowi projektu,
przedstawiæ dowody w formie wyników
pe³nych badañ niezale¿nej
jednostki badawczej, uprawnionej do ustalania
wielkoœci wspó³czynników materia³owych.
W
ARTOŒCI OBLICZENIOWE
ORAZ ZAGADNIENIE GEOSYNTETYCZNYCH
WYROBÓW KWALIFIKOWANYCH
I NIEKWALIFIKOWANYCH
Pos³uguj¹c siê wzorami [1] i [2] oraz typo-
wymi danymi do konstrukcji wzmocnionej
GPwRW, na poni¿szych przyk³adach wyka-
zane zostan¹ zasadnicze ró¿nice pomiêdzy
uprzednim a aktualnie obowi¹zuj¹cymi
systemami obliczeniowymi.
Za³ó¿my, ¿e z obliczeñ si³y rozrywaj¹cej,
dzia³aj¹cej na geosyntetyk, wynika koniecz-
noœæ zapewnienia d³ugotrwa³ej wytrzyma-
³oœci na dzia³anie si³y o wielkoœci F
d
= 80,8
kN/m przez okres: 60 lub 120 lat, ¿e u¿yty zo-
stanie materia³ mineralny w gatunku: niesort
0÷32 mm lub 0÷63 mm oraz ¿e zastosowanym
w konstrukcji materia³em geosyntetycznym
bêdzie geotkanina poliestrowa. Zak³ada siê
równie¿, ¿e zarówno grunt pod³o¿a konstruk-
cji, jak i materia³ mineralny u¿yte w konstruk-
cji obiektu in¿ynierskiego, charakteryzuj¹ siê
wskaŸnikiem pH w granicach: 4,0 < pH < 9,0,
nie podlegaj¹ odzia³ywaniom dynamicznym
ani nie s¹ zlokalizowane na obszarach aktyw-
nych górniczo (A
5
=1, A
6
=1).
Pierwsz¹ bran¿¹ w kraju, dla której znala-
z³y zastosowanie normatywne zasady wyko-
nywania obliczeñ in¿ynierskich w oparciu
o wspó³czesny stan wiedzy, jest bran¿a
 = 1,75.
Po podstawieniu tych wspó³czynników
oraz wymaganej wielkoœci wytrzyma³oœci
d³ugoterminowej F
d
= 80,8 kN/m do wzoru
[1] Рotrzymujemy wartoϾ dla geotkaniny
niekwalifikowanej F
kN
:
III.
Geotkanina kwalifikowana
– poprawna metoda obliczeñ.
Pos³uguj¹c siê konkretnymi wynikami
badañ i wspó³czynnikami ustalonymi przez
niezale¿ne uprawnione laboratorium badaw-
cze dla wyrobu kwalifikowanego, a zatem
posiadaj¹cego wszystkie badania wykonane
zgodnie z obowi¹zuj¹cymi normami, mo¿na
okreœliæ, ¿e dla tego przypadku wspó³czynniki
materia³owe przedstawiaæ siê bêd¹ nastêpuj¹-
co (przyjêto dane z konkretnych protoko³ów
badawczych dla konkretnego typu geotkaniny
poliestrowej produkowanej w Europie):
A
1
– dla okresu eksploatacji obiektu 60 lat
dla tej konkretnej geotkaniny wspó³czyn-
nik ten ma wartoϾ: A
1;60
= 1,50, zaœ dla
okresu 120 lat: A
1;120
= 1,52,
A
2
– dla wspó³pracuj¹cego z t¹ geotkanin¹
materia³u mineralnego o uziarnieniu 0÷63
mm, nak³adanego na geosyntetyk: A
2
=
1,35, a dla materia³u mineralnego o uziar-
nieniu mniejszym, 0÷32 mm: A
2
= 1,25,
A
4
– przyjêto wartoœæ œredni¹ pomiêdzy 1,00
a 1,05 – ze wzglêdu na niepewnoœæ, czy
œrodowisko bakteryjne na terenie Polski
jest identyczne, jak œrodowisko bakteryj-
ne wystêpuj¹ce w trakcie badañ przepro-
wadzonych w Europie Zachodniej, dla
którego udowodniono A
4
= 1,01.
Przyjêto: A
4
= 1,03
st¹d wytrzyma³oœæ krótkotrwa³a (indeksowa,
znamionowa, UTS etc.) jednego z najlep-
szych w Europie materia³ów geosyntetycz-
nych wyniesie:
Obliczenia:
I.
Geotkanina nieokreœlona
– absolutnie b³êdne podejœcie projekto-
we i metoda obliczeñ.
Korzystaj¹c ze wzoru [2], stosowanego w la-
tach 80. i na pocz¹tku lat 90. ubieg³ego wie-
ku, niezbêdna krótkotrwa³a wytrzyma³oœæ
geosyntetyku na rozci¹ganie wynosi³aby
(zapisano oryginalne oznaczenia stosowane
przez niektórych polskich projektantów):
[kN/m],
co w przypadku przyjêtych bezpoœrednio
za³o¿eñ da³oby wartoœæ:
[kN/m],
II.
Geotkanina niekwalifikowa-
na
– poprawna metoda obliczeñ.
Zgodnie ze wspó³czeœnie obowi¹-
zuj¹cymi zasadami i dla przyjêtych
w za³o¿eniach warunków maj¹cych
wp³yw na obliczeniow¹ wielkoœæ wy-
trzyma³oœci d³ugotrwa³ej zak³adanej
geotkaniny – wielkoœæ wytrzyma³oœci
krótkotrwa³ej wyliczona by³aby ze wzo-
ru [1] metod¹ globalnego wspó³czynni-
ka bezpieczeñstwa, po przekszta³ceniu
wzoru do formy:
Rys. 6. W³asnoœci wytrzyma³oœciowe geosyntetycznego materia³u zbroj¹cego
i rzeczywiste ich wykorzystanie w konstrukcji in¿ynierskiej – w uk³adzie cza-
sowym, wieloletnim.
Reprint z: „Magazyn Autostrady” nr 5/2004 i nr 6/2004
5
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]