Dr inż. Jacek KAWALEC
Politechnika Śląska, Gliwice

Mgr inż. Michał GOŁOS
Drotest Sp. z o.o., Gdańsk

BUDOWA PRZYCZÓŁKÓW MOSTOWYCH Z GRUNTU

ZBROJONEGO W TECHNOLOGII TENSAR

TENSAR REINFORCED SOIL STRUCTURE TECHNOLOGY FOR

BRIDGE ABUTMENT CONSTRUCTION

Streszczenie
Artykuł przedstawia opis systemu budowy konstrukcji oporowych z gruntu zbrojonego
Tensar TW1 dla zastosowań budownictwa mostowego. Omówiono elementy składowe
systemu oraz metodykę projektowania. W drugiej części referatu przedstawiono dwa ciekawe
przykłady zastosowania technologii Tensar dla budownictwa mostowego zrealizowane w
ostatnich latach.

Summary

Tensar reinforcement soil structure technology with TW1 system for bridge construction
applications is presented in the paper. Components of the system and design methodology
were discussed. In second part of the paper two interesting applications of Tensar Technology
for bridge construction executed in last few years were described.

211

1. Wstęp
Stosowanie w inżynierii lądowej konstrukcji z gruntu zbrojonego georusztami staje się od
wielu lat dość powszechną alternatywą dla tradycyjnych rozwiązań konstrukcyjnych. Od
momentu ich wdrożenia w Polsce oraz przez ostatnie 25 lat w Europie Zachodniej stają się
one coraz częściej alternatywą dla tradycyjnych żelbetowych konstrukcji [4, 13]. Czynnikami
decydującymi o wyborze typu konstrukcji są często parametry ekonomiczne. Doświadczenia
pokazują, iż w przypadku porównania kosztów budowy konstrukcji z gruntu zbrojonego
georusztami z tradycyjnymi ścianami oporowymi oszczędności ekonomiczne osiągają w
zastosowaniach nawet 50% [8]. Kolejnym elementem, który daje przewagę tego typu
rozwiązaniom nad klasycznymi konstrukcjami oporowymi jest estetyczny wygląd wykonanej
konstrukcji, której zadaniem jest często wpisanie się w istniejące otoczenie [3]. Do zalet
konstrukcji z gruntu zbrojonego należy też szybkość i łatwość instalacji. Systemy te
pozwalają na bardzo sprawne konstruowanie murów oporowych bez konieczności
wykorzystania ciężkiego sprzętu.
Powyższe aspekty zostały uwzględnione i zawarte przy opracowywaniu i wdrożeniu do
realizacji systemu budowy konstrukcji z gruntu zbrojonego o nazwie TW1, czyli technologii
budowy ścian oporowych z gruntu zbrojonego georusztami z oblicowaniem w postaci
bloczków betonowych w systemie Tensar Wall typ I. System został opracowany w Anglii
przez Producenta georusztów Tensar i od kilku lat stosowany jest już na świecie, w tym
również w krajach europejskich, takich jak Wielka Brytania, Niemcy czy Hiszpania [12].
Obecnie kończą się prace nad certyfikacją systemu w Polsce.
Konstrukcje z gruntu zbrojonego georusztami w systemie TW1 znalazły w ostatnich latach
także zastosowanie w budownictwie mostowym, do budowy przyczółków mostowych. W
przypadku wykonywania przyczółków mostowych z gruntu zbrojonego mamy do czynienie
albo ze zbrojeniem zasypki za ścianą i skrzydełkami przyczółka mostowego (przeniesienie
poziomych sił od parcia gruntu na konstrukcję ściany), albo z pełnym przekazaniem
wszystkich sił i układów obciążeń na przyczółek z gruntu zbrojonego (przyczółki wykonane
w całości w technologii gruntu zbrojonego).

2. System Tensar Wall typ I (TW1)
System konstrukcji z gruntu zbrojonego TW1 posiada certyfikat brytyjskiej jednostki
badawczej British Board of Agreement, Certificate No 00/R122 obejmujący zarówno
materiały do budowy konstrukcji, jak również proces projektowania oraz parametry
projektowe zbrojenia [1].
W skład systemu TW1 wchodzą następujące elementy składowe:

• Betonowe bloczki modułowe jako element licujący
• Jednokierunkowe georuszty Tensar typu RE lub SR jako element zbrojący

• Łączniki polimerowe

• Zasypka jako element zbrojony

2.1. Elementy składowe systemu

2.1.1. Oblicowanie: bloczki betonowe
Elementy licujące systemu są produkowane w postaci specjalnie zaprojektowanych bloczków
betonowych, wykonywanych na prasie wibracyjnej. Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje
bloczków do budowy systemu TW1: bloczki typu TW1 Base (układane w podstawie muru)
oraz bloczki typu TW1 Standard (do wykonywania zasadniczej konstrukcji ściany). Schematy
powyższych bloczków oraz ich typowe wymiary pokazano na rysunku 1.
Jak widać na poniższych rysunkach, bloczki posiadają specjalnie wykonane w górnej części
wpusty, w których układane są łączniki polimerowe. W celu dokładnego wpasowania bloczka

212

górnej warstwy muru w bloczek dolnej warstwy oraz lepszej współpracy elementów całego
systemu, każdy bloczek (oprócz elementów układanych w podstawie - TW1 Base),
wyposażony jest dodatkowo w specjalną stopkę (ang. downstand) umieszczoną w podstawie
(Rys. 2). Boczne ścianki bloczków nie są prostopadłe do powierzchni licowej, co daje
możliwość kształtowania murów także w łuku.

Rys. 1 Schemat bloczków TW1 Base i Standard wraz z wymiarami

Bloczkom betonowym, jako elementom pełniącym wyłącznie funkcję oblicowania,
postawione są pewne minimalne wymagania (Tablica 1).

Tablica 1

Wymagania dla bloczków betonowych w systemie TW1

Lp. Parametr

Wymagana

wartość Norma

badawcza

1. Wytrzymałość blokowa na

ściskanie osiągnięta po 28
dniach

średnia

≥30 MPa

minimalna

≥24 MPa

PN –B-19306:1999

2. Klasa

wytrzymałości C20/30

PN-EN

12390-3:2002

3. Nasiąkliwość

≤ 6%

PN-EN 1339:2005

4. Mrozoodporność

Min 150 cykli zamrażania i
odmrażania

PN-88/B-06250

5. Minimalna

gęstość

2100 kg/m3

BS 6073-2:1981, Zał. C

6. Wymiary

[mm]

400 x 220 x 150

PN-B-19306:1999

213

Rys.2 Schemat połączenia bloczka
z georusztem z zastosowaniem
łącznika

Rys. 3 Wygląd i wymiary typowego
łącznika typu blue conector

2.1.2. Łączniki polimerowe typu blue conector
W celu połączenia elementu zbrojącego-geosiatki z oblicowaniem-bloczek, stosuje się
specjalne elementy wykonane z polietylenu (ten sam polimer, z którego wykonany jest
georuszt), które noszą nazwę blue conectors (z racji swojej charakterystycznej niebieskiej
barwy). Wygląd, kształt i podstawowe wymiary łącznika pokazano na rysunku 3. W celu
wykonania połączenia o pełnej wytrzymałości pasmo georusztu musi być połączone z
bloczkiem na całej swojej szerokości. Efektywna szerokość łącznika wynosi 20 cm.

2.1.3. Zbrojenie: Georuszt Tensar typu RE
Elementem zbrojącym zastosowanym w ramach systemu TW1 są jednokierunkowe geosiatki
Tensar typu RE. Są to materiały charakteryzujące się sztywną strukturą, która jest efektem
unikatowego procesu produkcji, polegającego na perforacji ciągłego arkusza wysokiej
gęstości polietylenu i wyciąganiu go w jednym kierunku przy założonej kombinacji
odpowiednio wysokiej temperatury i prędkości wyciągania. Powstały w ten sposób materiał
charakteryzuje się wysokim stopniem ukierunkowania molekuł polimeru w kierunku pracy
zbrojenia. Integralne połączenie żeber podłużnych z poprzecznymi, które pełnią funkcję
minikotew dla ziaren zasypki gruntowej, decyduje o przyjęciu dla tego typu materiałów
zbrojących nazwy georuszt (ang. geogrid), w odróżnieniu od nazwy geosiatka (ang. geonet,
geomesh).
Podstawowym parametrem georusztu Tensar RE przyjmowanym w projektowaniu jest
parametr długoterminowej wytrzymałości projektowej (P

Dgrid

), określanej w temperaturze

pracy zbrojenia w konstrukcji (1). Wytrzymałość ta jest z kolei zależna proporcjonalnie od
tzw. wytrzymałości długoterminowej georusztu (P

c

).

Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na fakt, że najczęściej stosowaną i powszechnie
publikowaną wartością wytrzymałości na rozciąganie dostępnych na rynku geosyntetyków
jest wartość wytrzymałości krótkoterminowej lub doraźnej. Jest ona określana na podstawie

214

normy ISO 10319 w ramach kontroli jakości, jakiej poddawane są wszystkie wyroby
geosyntetyczne w laboratoriach producenta. Wytrzymałości doraźnej nie można absolutnie
utożsamiać z wytrzymałością długoterminową (P

c

) geosyntetyku. Taki sposób przyjmowania

parametru do projektowania powoduje, że konstrukcja z gruntu zbrojonego jest w dużym
stopniu niedowymiarowana i może grozić poważną awarią.
Wszystkie polimery są materiałami lepkosprężystymi i związku z tym podlegają procesowi
pełzania, czyli przyrostu odkształceń pod przyłożonym stałym obciążeniem w czasie.
Georuszty Tensar RE, jako element zbrojenia konstrukcji w systemie TW1, podlegają
specjalistycznym badaniom w laboratoryjnych komorach badawczych do określania pełzania
w czasie minimum 10.000 godzin (ponad 1 rok). Ponieważ metoda projektowa opracowana w
oparciu o normę BS8006 [2] zakłada projektowanie konstrukcji z uwzględnieniem jej
trwałości w okresie do 120 lat (ponad 1.000.000 godzin), dlatego też badania są prowadzone
w długim okresie czasu (nawet do 100.000 godzin), w komorach badawczych o różnych
temperaturach. Wiarygodne obliczenie końcowej wytrzymałości na rozciąganie (P

c

) jest

określane na podstawie wyników otrzymywanych w funkcji różnych temperatur i
zmieniającego się czasu oddziaływania obciążenia.
W przypadku projektowania konstrukcji w systemie TW1 w celu określenia globalnej
wytrzymałości projektowej konstrukcji, wymagane jest określenie i porównanie zarówno
wytrzymałości projektowej georusztu (P

Dgrid

), jak i wytrzymałości projektowej połączenia

(P

Dconn

) (2) [5]. Mniejsza z tych dwóch wytrzymałości jest przyjmowana jako miarodajna w

procesie projektowania.
Wymagana wytrzymałość projektowa georusztu (P

Dgrid

) musi być obliczona dla stanu

granicznego nośności oraz użytkowania, zgodnie ze wzorem:

P

Dgrid

= P

C

/f

m

x f

d

x f

e

(1)

gdzie:
P

Dgrid

: długoterminowa wytrzymałość projektowa georusztu w odpowiedniej temperaturze

pracy konstrukcji;
P

C

: długoterminowa wytrzymałość na zerwanie georusztu z uwzględnieniem procesu

pełzania;
f

m

, f

d

, f

e

: cząstkowe współczynniki materiałowe uwzględniające m.in.: sposób produkcji,

ekstrapolację wyników, uszkodzenia w trakcie wbudowywania i zagęszczania zasypki,
oddziaływania środowiskowe na zbrojenie.
Dokładną procedurę obliczeniową, parametry wytrzymałości długoterminowej oraz wartości
współczynników materiałowych podano w certyfikacie BBA No 99/R108 [1], BBA No
99/R109 [1] oraz opisano w [10, 11].
Wytrzymałość projektowa połączenia (P

Dconn

) na podstawie stanu granicznego nośności jest

obliczana na podstawie wzoru:

P

Dconn

= P

conn

/f

m

x f

n

(2)

gdzie:
P

Dconn

: długoterminowa wytrzymałość projektowa połączenia w odpowiedniej temperaturze

pracy konstrukcji;
P

conn

: długoterminowa wytrzymałość połączenia z uwzględnieniem procesu pełzania,

przyjmowana zgodnie z tablicą 2 [1];
f

m

: cząstkowy współczynnik materiałowy uwzględniający m.in.: sposób produkcji,

ekstrapolację wyników, uszkodzenia w trakcie wbudowywania i zagęszczania zasypki,
oddziaływania środowiskowe na zbrojenie, przyjmujący wartość 1,0 lub 1,05 (zgodnie z
tablicą 3 [1]);
f

n

: cząstkowy współczynnik materiałowy uwzględniający ekonomiczne konsekwencje

zniszczenia, przyjmujący wartość 1,1

215

2.2. Projektowanie
Autorom artykułu nie są znane jakiekolwiek metody projektowe czy wytyczne do
projektowania konstrukcji z gruntu zbrojonego geosyntetykami opublikowane do chwili
obecnej w Polsce. Dlatego konstrukcje te są projektowane głównie w oparciu o dwie
powszechnie znane metody projektowe [7]:

1. metodę brytyjską na podstawie normy BS 8006
2. metodę niemiecką na podstawie procedury projektowej Deutsches Institut fűr

Bautechnik w oparciu o normy DIN 4017 i DIN 1054.

Metody te, choć oparte o odmienne założenia, zakładają przeprowadzenie analizy stateczności
konstrukcji w dwóch etapach: etap analizy stateczności zewnętrznej (ang. external stability)
oraz etap analizy stateczności wewnętrznej (ang. internal stability).

Wynikiem analizy stateczności globalnej (zewnętrznej), wykonanej w oparciu o sprawdzenie
warunków na przesunięcie (1), na obrót (2), nośność podłoża pod konstrukcją (3) oraz
stateczności ogólnej na poślizg (4), jest określenie minimalnej długości efektywnej zbrojenia
konstrukcji [9].
Wyznaczenie stateczności wewnętrznej polega na analizie kompletnego układu sił
utrzymujących konstrukcję oraz sił niszczących, działających w konstrukcji w całym okresie
jej eksploatacji (maksymalnie 120 lat). Układ sił jest wyznaczany i każdorazowo analizowany
dla poszczególnych tzw. klinów odłamu, czyli półprostych wyprowadzanych z podstawy
konstrukcji (lub z miejsc, w których następuje zmiana typu zbrojenia, jego rozstawu bądź
długości lub zmiana warunków gruntowo-wodnych konstrukcji) i nachylonych do podstawy
konstrukcji pod zmieniającym się co każde 3

° kątem

θ

. Wytrzymałość projektowa zbrojenia

(z uwzględnieniem procesu pełzania i wpływu pełnej kombinacji współczynników
cząstkowych) w trakcie całej analizy musi być większa od kombinacji układu sił niszczących,
pochodzących od obciążeń stałych i zmiennych.
W trakcie analizy stateczności wewnętrznej sprawdza się czy w całym projektowanym
okresie pracy konstrukcji nie nastąpi wyciągniecie zbrojenia z gruntu zasypki (ang. pull-out)
lub nie nastąpi zerwanie zbrojenia poprzez wypadkową siłę niszczącą, większą od
wytrzymałości projektowej zbrojenia.
Analogicznie wynikiem analizy stateczności wewnętrznej jest określenie trzech dodatkowych
elementów konstrukcji z gruntu zbrojonego:

1. typu zbrojenia na podstawie jego przyjętej minimalnej wytrzymałości projektowej
2. rozstawu pionowego zbrojenia
3. ilości warstw zbrojenia w przekroju poprzecznym konstrukcji

3. Przykłady zastosowania konstrukcji z gruntu zbrojonego do budowy przyczółków

mostowych

Jak zaznaczono na wstępie obecnie kończą się prace nad certyfikacją systemu w Polsce.
Dotychczasowe rozwiązania w konstrukcjach mostowych w Polsce i krajach sąsiednich
oparte wykorzystywały inne elementy oblicowując. Z tego względu przedstawione poniżej
przykłady zastosowań nie dotyczą bloczków TW1 jako oblicowania, choć wszystkie
realizowane były według technologii Tensar.

3.1. Zbrojenie zasypki za ścianą i skrzydełkami przyczółków mostowych. Autostrada A4

odcinek Sośnica-Wirek

W ramach realizacji odcinka autostrady A-4 na Śląsku na obszarze szkód górniczych zaszła
konieczność zaprojektowania i wykonania zbrojenia zasypki gruntowej za przyczółkami dla

216

redukcji lub całkowitego zdjęcia zwiększonego parcia wywołanego wpływami górniczymi.
Na 14-tu przyczółkach zrealizowanych w ramach tej Inwestycji zastosowano rozwiązania wg
technologii Tensar [6]. W odległości 30 cm od ścian przyczółka lub skrzydełka grunt zasypki
nie był zagęszczany, ze względu na kompensowanie potencjalnych odkształceń zbrojonego
bloku gruntu. W jednym przypadku zaprojektowano wywijanie geosiatek przy licu ściany
(ang. wraparound system), ze względu na konieczność całkowitego przejęcia podwojonego
parcia, przy wysokości obiektu ponad 7 metrów. W pozostałych przypadkach pasma
geosiatek były układane bez wywijania.
Przykładowy przekrój przez konstrukcję wraz z rozmieszczeniem zbrojenia georusztami
przedstawia rysunek 4.

Rys.4. Przykładowy układ zbrojenia gruntu za przyczółkiem georusztami [6]

3.2. Przyczółki z gruntu zbrojonego w technologii Tensar. Autostrada D-47 w Ostrawie

(Czechy)

Przykładem bardzo ciekawego zastosowania technologii jest realizacja obiektu mostowego w
ciągu realizowanej autostrady D-47 w Czechach. Autostrada ta jest elementem szlaku
komunikacyjnego łączącego Czechy z południową granicą Polski i dalej autostradą A-1 w
Polsce. Obiekt mostowy zlokalizowany w mieście Ostrawa przekracza ulicę Polaneckou, staw
Rojek oraz szereg torów kolejowych szlaku Prerov-Detmarovice i Ostrawa Svinov- Odra.
Podpory mostu z obu stron zostały zaprojektowane jako kaskadowe konstrukcje z gruntu
zbrojonego (murki) w technologii Tensar z wykorzystaniem jako oblicowania
małogabarytowych bloczków betonowych. Przekrój przez konstrukcję przedstawia rys. 5. Ze
względu na bardzo skomplikowany układ gruntów budujących podłoże pod konstrukcją
zaprojektowano i wykonano również wzmocnienie geosyntetyczne pod całą podporą w
postaci 5-ciu warstw geotkaniny Basetex 800/100. Takie rozwiązanie, przy wyliczeniu czasu
niezbędnego dla konsolidacji pozwoliło na rezygnację z konieczności wgłębnego
wzmacniania podłoża. Widok obiektu z okresu konsolidacji nasypu oraz obciążania
przyczółka przęsłem przedstawiają fot. nr 1 i 2

217

Fot. 1. Widok przyczółka w trakcie
konsolidacji

Fot. 2. Widok

przyczółka w fazie

obciążania przęsłem

Poniżej przedstawiono przykładowy przekrój przez jeden z przyczółków [14]

Rys. 5 przekrój przez konstrukcję przyczółka

4. Podsumowanie

Jak zaznaczono na wstępie technologia gruntu zbrojonego staje się coraz częściej alternatywą
dla tradycyjnych żelbetowych konstrukcji. Również Polskie doświadczenia potwierdzają tą
tendencję. Ograniczenie w możliwościach zastosowania wynika w dużej mierze z braku
jednoznacznych i równocześnie poprawnych przepisów i wytycznych dla projektowania i
stosowania geosyntetyków w różnych aplikacjach inżynierskich w Polsce. Drugim „słabym”
punktem jest skromna ilość rozwiązań systemowych pozwalających nie tylko na
zaprojektowanie oraz dostawę geosyntetyku, ale również wykonanie konstrukcji wraz ze
wszystkimi elementami dodatkowymi, jak np. oblicowanie czy detale wykończeniowe
(balustrady i poręcze). Autorzy referatu mają nadzieję, że opisany system budowy konstrukcji
oporowych Tensar TW1 jest krokiem w kierunku spełniania oczekiwań całej branży

218

inżynierów budowlanych. Będąc równocześnie uczestnikami procesu projektowego kilku
obiektów w Polsce, mają nadzieje na rychłą ich realizację z wykorzystaniem tego systemu w
najbliższym czasie.

Bibliografia:
[1] BBA Certificates No 99/R113, 99/R109, 99/R108, 00/R122;
[2] BS 8006:1995 British Standard code of practice for Srengthened/reinforced soils and other

fills, BSI, 1995;

[3] Gołos M., Kawalec J., Różnorodność oblicowań konstrukcji z gruntu zbrojonego

georusztami jako czynnik determinujący ich walory estetyczne, Estetyka i Ochrona
Środowiska w Drogownictwie, Nałęczów, 2005;

[4] Jarominiak A., Lekkie konstrukcje oporowe, Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa,

1982;

[5] Jenner C. G., Naciri O., Müller-Rochholz, J, Recker C., Influence of the efficiency of

different connection details on the calculation of a reinforced soil system, Proc of
Geosynthetics Conference EUROGEO-3, Munich, 2004;

[6] Judycki J., Alenowicz J., Gołos M., Urbański P., Przejęcie parcia przez zasypkę z gruntu

zbrojonego geosiatkami tensar na przykładzie obiektów inżynierskich na szkodach
górniczych w ciągu autostrady A4, II Problemowa konferencja geotechniki, Białystok-
Białowieża, 2004;

[7] Kawalec J., Projektowanie konstrukcji oporowych z zastosowaniem geosyntetyków XX

Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Wisła - Ustroń,
2005;

[8]

Korner J., Song T.Y., Korner R.M.: Earth retaining wall costs in the USA. Geosynthetics

Research Institute, Philadelphia1988;

[9] Sawicki A:, Statyka konstrukcji z gruntu zbrojonego, IBW PAN, Biblioteka Naukowa

Hydrotechnika nr 20, 1995;

[10] Tensar International: Guidelines for the Design of Reinforced Soil Walls, Bridge

Abutments, Slopes and Embankments, Issue 2, 2003;

[11] Tensar International: Właściwości materiałowe i eksploatacyjne jednokierunkowych

geosiatek Tensar, 2002;

[12] Tensar TW1 Wall System, Issue 6, 2006;
[13]

Wills

P., The history and development of incremental block wall systems utilising geogrid

reinforcement”. Proceedings of the Second European Geosynthetics Conference
EUROGEO 2000, Bologna, 2000;

[14] Prezentacja pt. Aplikace opěrných konstrukcí, ŽELEZNIČNÍ MOSTY A TUNELY 2005

oraz zdjęcia i rysunki uzyskane od przedstawicieli firmy Geomat s.r.o.- Brno, Republika
Czeska.

219