Geosiatki, konstrukcje drogowe
Jacek KAWALEC *
Michał GOA
OS **
Piotr URBAC
SKI**
SZTYWNE GEOSIATKI ZBROJENIOWE W DROGOWYCH
KONSTRUKCJACH INŻYNIERSKICH NA PRZYKA
ADZIE
NAJNOWSZYCH ZASTOSOWAC
W POLSCE
Niniejszy artykuł prezentuje możliwości zastosowania sztywnych geosiatek w budownictwie
drogowym na podstawie trzech ciekawych projektów zrealizowanych w ostatnich kilkunastu
miesiącach. Opisano problematykę zadania projektowego oraz podano pewne szczegóły dotyczące
zastosowanych rozwiązań. Dodatkowo podano zalecenia dotyczące poprawnej instalacji zbrojenia
w warstwach asfaltowych
1. Wstęp
Stosowanie geosyntetyków w budownictwie inżynieryjnym i w geotechnice drogowej jest jednym
z najpowszechniejszych ich użyć. Mniej więcej od połowy lat 90-tych ubiegłego wieku, ilość tego typu
zastosowań w Polsce rośnie w ogromnym tempie i obecnie nie ma już chyba ani nowobudowanych, ani
remontowanych inwestycji z dziedziny budownictwa inżynieryjnego, gdzie geosyntetyki nie byłyby
stosowane.
Niemniej jednak dziedzina ta wciąż się rozwija, a wiedza Inżynierów odpowiedzialnych za
projektowanie, doradztwo czy nadzór nad obiektami inżynierskimi jest coraz większa. Poszerzaniu tej
wiedzy służą na pewno realizacje dużych projektów i nowatorskich wdrożeń. Ciągłe zainteresowanie
Inżynierów wzbudzają nadal nie tylko powszechnie nieznane i rzadko stosowane konstrukcje
wykonywane na bazie geosyntetyków, ale również obiekty charakteryzujące się dużymi rozmiarami
konstrukcji  np. wysokością konstrukcji inżynierskich albo też wielkością obszaru, na którym zostały
zainstalowane.
W niniejszym referacie autorzy próbują zaprezentować ciekawe i spektakularne wdrożenia
geosyntetyków. Referat opisuje trzy duże inwestycje realizowane w Polsce w latach 2004-2005, gdzie
geosyntetyki pełniły wyłącznie funkcję zbrojeniową, w każdym jednak przypadku wzmacniające inny
rodzaj konstrukcji: nasyp drogowy w warunkach bardzo słabego podłoża gruntowego w ciągu budowanej
obwodnicy miejscowości Grodziec Śląski (DK S-1), pionową ściana oporową o wysokości dochodzącej
do 8 m, wykonywaną w ramach konstrukcji z gruntu zbrojonego (łącznice węzła drogowego  Auchan w
m. Bielsko-Biała w ciągu DK S-1), a także warstwy asfaltowe remontowanej nawierzchni drogowej DK nr
1 w całym jej przekroju poprzecznym na odcinku ok. 20 km pomiędzy m. Krośniewice i A
ęczyca.
*
dr inż. Tensar International, Blackburn, Anglia
**
mgr inż. Drotest Sp. z o.o., ul. Uphagena 27, Gdańsk
103
2. Budowa materaca Tensar Geocell na Obwodowej Grodz
ca Śląskiego w ciągu S1
Nowa dwujezdniowa droga ekspresowa w ciągu Obwodnicy Grodz
ca jest jednym
z czterech etapów projektu "Budowy drogi ekspresowej S1 Bielsko Biała - Skoczów - Cieszyn".
Kontrakt na wykonanie tego 4,5-kilometrowego odcinka podpisano w listopadzie 2004 roku
z firmą SKANSKA S.A. Głównym projektantem była firma PROFIL z Warszawy.
Projektantem części drogowej była firma Transprojekt Warszawa oraz Biuro Inżynierii
Drogowej DROTEST. Firma Drotest opracowała w formie projektu technologię zabezpieczenia
stateczności wysokich nasypów [4]. Prace rozpoczęły się jesienią roku 2005 i są aktualnie
kontynuowane.
Omawiana inwestycja leży w Beskidzie Żywieckim - bardzo trudnym pod względem
warunków gruntowo  wodnych terenie. Podłoże tworzą głównie gliny pylaste oraz inne grunty
spoiste, często w stanie plastycznym. Na kilku odcinkach występowały również tzw. tereny
z
ródliskowe. Dodatkowym problemem były znaczne pochylenia terenu i to zarówno podłużne,
jak i poprzeczne oraz znaczne wysokości nasypów, miejscami dochodzące nawet do 15m.
Inwestor postawił również warunek wykorzystania jak największej ilości gruntów
pochodzących z wykopów, ponieważ grunty piaszczyste w tym rejonie są bardzo trudne do
uzyskania. Wszystkie wymienione uwarunkowania postawiły przed projektantami z firmy
Drotest wiele trudnych problemów do rozwiązania.
Nasypy zostały zaprojektowane w technologii  sandwich embankment , czyli miejscowe
grunty nieprzydatne do budowy nasypów zostały wbudowane w naprzemiennych warstwach
z piaskiem średnim. Dzięki tej metodzie zostały w znacznym stopniu wykorzystane grunty
miejscowe z wykopów, dzięki czemu nie było konieczne dowożenie z dużej odległości tak
wielkich ilości gruntów niespoistych. Aby poprawić stateczność wysokich nasypów do ich
zbrojenia wykorzystano geotkaniny o wysokiej wytrzymałości oraz geosiatki jednokierunkowe
o sztywnych węzłach Tensar.
Na jednym z trudniejszych odcinków w km 17+ 531 do km 17+ 625 ze względu na
bardzo małą nośność podłoża konieczne było zastosowanie specjalnego rodzaju wzmocnienia
podłoża. Zdecydowano się wykorzystać w tym celu technologię Tensar pozwalającą na
formowanie nasypów na słabym podłożu bez konieczności wymiany słabonośnych gruntów [1].
Obliczenia wykonano dla konstrukcji wzmocnienia w postaci materaca geokomórkowego typu
Tensar Geocell. Standardowe zbrojenie nasypu geotkanianami i geosiatkami w miejscu, gdzie
w podłożu znajdują się grunty plastyczne o bardzo dużej miąższości, a nasyp dochodzi do 12 m
okazało się niewystarczające.
Do zastosowania tego typu zbrojenia podstawy nasypu zachęciły projektantów bardzo
pozytywne rekomendacje rozwiązania stosowanego w podobnych warunkach w innych krajach
Unii Europejskiej. Rozwiązanie zostało sprawdzone obliczeniowo przez projektantów z firmy
Tensar International w Anglii.
Materac typu Tensar Geocell zbudowany jest z geosiatek jednokierunkowych, w tym
przypadku Tensar 120 RE, ustawianych pionowo i splecionych w taki sposób, że tworzą
komórki, które następnie wypełnia się kruszywem o odpowiedniej frakcji (Rys. 1). W
podstawie materaca znajduje się geosiatka dwukierunkowa Tensar SS 30LA. Całość tworzy
przesztywnioną platformę w podstawie nasypu o bardzo dużej wytrzymałości i nośności. Dzięki
temu możliwe jest budowanie bardzo wysokich nasypów w trudnych warunkach bez
konieczności wymiany gruntu czy gęstego palowania.
104
Rys.1. Wykonywanie materaca Tensar geocell
Nasyp będzie wykonywany w trzech etapach. Po każdym etapie wystąpi przerwa,
podczas której nastąpi konsolidacja gruntu, konieczna do rozpoczęcia kolejnego etapu. Stopień
konsolidacji będzie określony na podstawie odczytów z umieszczonych w gruncie pod nasypem
piezometrów (Rys. 2). Dodatkowo analizowane będą również osiadania za pomocą reperów
geodezyjnych.
Rys. 2. Instalacja piezometrów
W chwili obecnej wykonano około 90% materaca z czego 70% zasypane jest już
kruszywem. Wczesną wiosną 2006 zaczną się prace związane z dokończeniem budowy
materaca oraz rozpoczęciem budowy nasypu w tym miejscu.
105
3. Budowa murów oporowych na łącznicach węzła Auchan w Bielsku  Białej (DK S-1)
Realizacja odcinka drogi S-1 łączącej miasta Bielsko-Biała i Cieszyn (granica RP)
wymusiła modernizację układu komunikacyjnego w rejonie dojazdu do strefy handlowej
zlokalizowanej przy wschodnim wylocie trasy S-1 z Bielska (węzeł Auchan). Pierwotnie
funkcjonujące w tym miejscu skrzyżowanie jednopoziomowe z sygnalizacją świetlną zostało
przeprojektowane. Jako docelowa forma komunikacyjna narzucony został bezkolizyjny układ
drogowy, w skład którego wchodzą: obiekt mostowy nad jezdnią główną, łącznice dojazdowe
i zjazdowe oraz rondo usytuowane na odmiennym od trasy głównej poziomie.
Rys. 3. Widok ułożonego zbrojenia w pierwszej fazie budowy
Ze względu na znaczną różnicę wysokości, dochodzącą do 8,0 m, pomiędzy poziomem
trasy głównej a niweletą na obiekcie mostowym i przy równoczesnym braku miejsca dla
formowania tradycyjnego nasypu drogowego zaszła konieczność zaprojektowania i wykonania
konstrukcji oporowych wzdłuż łącznic dojazdowych i zjazdowych w rejonie obiektu.
Projekt wykonany przez Profil sp. z o. o. z Warszawy [7] założył wykonanie konstrukcji
oporowych jako konstrukcji gruntu zbrojonego w technologii Tensar z wykorzystaniem jako
oblicowania małogabarytowych elementów betonowych typu Dermat będących elementem
składowym całego systemu. Rozwiązanie projektowe, oparte na unikalnych właściwościach
zbrojeniowych geosiatek Tensar poparte zostało obliczeniami statycznymi wykonanymi przy
wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania WinWall.
W efekcie zaprojektowanych zostało 6 murów oporowych o zmiennej wysokości.
Ciekawostką był fakt, iż wybrana technologia pozwoliła na wykonanie konstrukcji w łukach
w rzucie [4], a oblicowanie z małych elementów betonowych zdecydowanie poprawiło estetykę
konstrukcji [2].
Technologia Tensar budowy murów z gruntu zbrojonego z oblicowaniem z bloczków
betonowych zakłada wykorzystanie 4-ch elementów niezbędnych dla realizacji:
" Materiału zasypowego o znanych właściwościach fizyko-mechanicznych
" Geosiatek jednokierunkowych typu Tensar RE pełniących rolę zbrojenia
" Bloczków betonowych pełniących rolę oblicowania
" Specjalistycznego łącznika umożliwiającego właściwą współpracę zbrojenia
z oblicowaniem [5]
106
W opisywanym rozwiązaniu projekt przewidział wykorzystanie następujących materiałów:
" Grunt zasypki  pospółka
" Zbrojenie Geosiatki Tensar 80RE i 120RE
" Oblicowanie  elementy betonowe DERMAT typ B i C
" Konektor Tensar
Do budowy murów przy węz
le Auchan w Bielsku wykorzystano ponad 20000 m2
zbrojenia, około 3300 m2 oblicowania oraz prawie 5000 mb konektorów. Główne prace
prowadzone były w okresie czerwiec-listopad 2005 [3], a wiosną 2006 planowane są roboty
wykończeniowe i przekazanie Inwestorowi całego układu komunikacyjnego. Ruch pojazdów na
łącznicach dojazdowych oraz konstrukcji mostowej odbywa się od grudnia 2005 [5].
Rys. 4. Widok muru oporowego formowanego w łuku
Rys. 5. Widok konstrukcji w zimie 2006
107
4. Zbrojenie warstw asfaltowych remontowanej nawierzchni DK nr 1 na odcinku
Krośniewice-A
ęczyca
Droga krajowa nr 1 należy do najbardziej obciążonych szlaków komunikacyjnych
w kraju. Przeznaczony do remontu odcinek pomiędzy Krośniewicami (km 290+261) a A
ęczycą
(309+161) posiadał przekrój jednojezdniowy bez utwardzonego pobocza. Odcinek był
generalnie w bardzo złym stanie, jedynie na krótkich fragmentach były lokalnie wykonywane
zabiegi powierzchniowe. Warstwy asfaltowe na omawianym odcinku charakteryzowały się
występowaniem licznych spękań poprzecznych, będących efektem odbicia i przekazania się
spękań skurczowych od podbudowy betonowej. Występowały także koleiny warstw
asfaltowych oraz wykruszenia i wypchnięcia nawierzchni widoczne wzdłuż krawędzi jezdni.
Stara konstrukcja nawierzchni na tym odcinku wyglądała w następujący sposób: warstwy
asfaltowe o zmiennej grubości (od 8 cm do 20 cm), podbudowa z betonu cementowego
(grubości ok. 18-20 cm), ułożona na warstwie stabilizacji cementem (grubości 8-15 cm) i
podłożu gruntowym z piasku drobnego i pylastego, lokalnie przemieszanego z gliną i piaskiem
gliniastym. Prognozowane obciążenie ruchem tego odcinka zakładało przyjęcie wielkości
ponad 16 mln osi 100 kN w okresie 20 lat eksploatacji, a zatem ruchu drogowego z kategorii
KR6.
Na podstawie wykonanych badań terenowych, laboratoryjnych i przeprowadzonej
dokładnej wizji lokalnej, Projektanci - firma DROMOS z A
odzi oraz firma B.I.D DROTEST
z Gdańska - zaproponowali technologię remontu [3], której celem było:
" usunięcie starych, zniszczonych, skoleinowanych i spękanych warstw asfaltowych
poprzez ich frezowanie;
" usunięcie przyczyny spękań poprzecznych, czyli sztywnej podbudowy betonowej
poprzez pokruszenie jej ciężkim kafarem w odległości co ok. 50-60 cm w spękane
płyty, tzw. technologia odprężenia w technologii crack&seat;
" zawałowanie ciężkimi walcami, w celu osadzenia pokruszonych fragmentów płyt
w sposób stabilny na podłożu gruntowym (ewentualne doziarnienie kruszywem
łamanym stabilizowanym mechanicznie);
" wykonanie konstrukcji nowego pobocza (warstwa stabilizacji cementem Rm=2,5 MPa:
20cm; kruszywo łamane stabilizowane mechanicznie: 20cm; podbudowa asfaltowa
z BA: 8cm);
" wykonanie na całości przekroju warstwy wyrównawczej z betonu asfaltowego
asfaltowego grubości min 4 cm;
" ułożenie na całej szerokości nowego przekroju nawierzchni (istniejąca jezdnia oraz
pobocze) warstwy przeciwspękaniowej w postaci kompozytu siatki Tensar o
sztywnych węzłach na podkładzie z włókniny  kompozyt Tensar ARG;
" ułożenie pakietu trzech nowych warstw asfaltowych o łącznej grubości 18 cm
w układzie: podbudowa asfaltowa z BA (8 cm), warstwa wiążąca z BA (6 cm) oraz
warstwa ścieralna z SMA (4 cm).
Powyższa technologia została przyjęta prze Inwestora  GDDKiA Oddział w A
odzi
i wykonana przez Wykonawcę inwestycji  konsorcjum firm ERBEDIM Sp. z o.o. z Piotrkowa
Trybunalskiego i PRD z Kutna na znacznej części analizowanego odcinka, o długości ponad 17
km, tzn. od km 290+261 do km 307+413. Roboty były prowadzone w okresie od jesieni 2004
do lata 2005. W efekcie zastosowanej technologii wbudowano ok. 190.000 m2 kompozytu.
Schemat konstrukcji nawierzchni na tym odcinku przedstawiono na rysunku 6.
Kompozyt Tensar ARG zbroi warstwy nawierzchni asfaltowej jako sztywny ruszt,
którego zadaniem jest zaklinowanie szkieletu grysowego mieszanki mineralno-asfaltowej
108
w swoich oczkach (wymiar oczek rusztu 65x65 mm). Usztywnienie i unieruchomienie ziaren
grysowych, a tym samym również całej mieszanki mineralno-asfaltowej układanej
bezpośrednio na kompozycie, skutkuje powstawaniem mniejszego odkształcenia rozciągającego
na spodzie zbrojonej warstwy asfaltowej (odkształcenie poziome rozciągające �r,
odpowiedzialne za powstanie spękań zmęczeniowych). W efekcie następuje znaczne
wydłużenie czasu propagacji spękania zmęczeniowego (lub poprzecznego) inicjującego się pod
warstwą kompozytu do warstw wyżej leżących, a ostatecznie do wierzchu warstwy ścieralnej
[6].
Rys.6. Schemat konstrukcji wzmocnienia istniejącej nawierzchni i nowego pobocza w ciągu
DK nr 1 na odcinku od km 290+261 do km 307+413
Celem zastosowania geosyntetycznej warstwy w postaci kompozytu Tensar ARG na
odcinku DK nr 1 było:
" uniknięcie ewentualnego przenoszenia się dalszych spękań od przekruszonych na
mniejsze fragmenty płyt do nowych warstw asfaltowych (spękania odbite);
" zwiększenie trwałości zmęczeniowej nowych warstw asfaltowych poprzez zbrojenie
spodu podbudowy asfaltowej (kryterium spękań zmęczeniowych według
mechanistycznej metody projektowania nawierzchni podatnych Instytutu Asfaltowego
(USA);
" uciąglenie pracy nowych warstw asfaltowych w obrębie połączenia podłużnego
pomiędzy istniejącą jezdnią a nowym poboczem.
Na rysunkach 7�9 przedstawiono proces instalacji kompozytu Tensar ARG na
omawianym odcinku wzmocnienia nawierzchni. Poniżej przedstawiono najważniejsze elementy
procesu instalacji, których zachowanie jest gwarantem poprawnego wbudowania materiału
w warstwy asfaltowe nawierzchni:
1. Podłoże, na którym ma być ułożony kompozyt (w tym przypadku warstwa wyrównawcza
z betonu asfaltowego), musi być suche, czyste i równe.
2. Na przygotowanym podłożu należy wykonać skropienie emulsją asfaltową. Dla
kompozytów Tensar ARG stosuje się szybkorozpadową emulsję o dużej zawartości asfaltu.
109
Ilość emulsji dobiera się tak, aby po jej rozpadzie i odparowaniu wody uzyskać około 1,0
litra asfaltu na 1 m2 podłoża. Użyta ilość emulsji musi zapewnić całkowite przytwierdzenie
kompozytu do warstwy niżej leżącej. Powierzchnia skropiona emulsją powinna być o ok.
100 mm szersza z każdej strony niż szerokość układnego pasma kompozytu.
3. Należy zwracać szczególną uwagę na równomierność pokrycia powierzchni emulsją.
Należy unikać nadmiernej ilości skropienia asfaltem, gdyż może to spowodować
zawyżenie zawartości asfaltu w mieszance mineralno-asfaltowej, układanej na
kompozycie. Zbyt mała ilość naniesionej warstwy sczepnej może powodować z kolei
rozwarstwienie pomiędzy warstwami asfaltowymi.
4. Bezpośrednio po skropieniu emulsją, przed jej rozpadem, należy rozłożyć warstwę
kompozytu, włókniną do dołu, aby nastąpiła natychmiastowa i maksymalna absorpcja
asfaltu przez włókninę. Kompozyt należy lekko naciągnąć w celu uniknięcia tworzenia się
fałd i nierówności, równocześnie szczotkując go przy pomocy sztywnych szczotek.
Wszelkie nierówności i fałdy powinny być usunięte poprzez szczotkowanie w czasie
rozwijania kompozytu.
5. Siatka powinna maksymalnie przylegać do podłoża. W prawidłowo rozłożonym materiale
włóknina powinna nabrać ciemniejszej barwy po rozpadzie emulsji i zaabsorbowaniu
asfaltu.
6. Bezpośrednio na rozłożonej, suchej warstwie kompozytu, po odczekaniu czasu
niezbędnego do uzyskania pełnej sczepności siatki z podłożem (całkowite odparowanie
wody z emulsji), można układać warstwy asfaltowe przy użyciu konwencjonalnego
sprzętu.
7. Maksymalna temperatura mieszanki mineralno-asfaltowej układanej na warstwie
kompozytu nie powinna przekraczać 160 0C.
8. Nie dopuszcza się ruchu samochodów bezpośrednio po ułożonej warstwie siatki za
wyjątkiem samochodów dowożących mieszankę mineralno-asfaltową. Powinny one
jez
dzić powoli, unikając gwałtownych skrętów, hamowań i przyspieszeń.
Rys.7. Wykonywanie warstwy czepnej w postaci emulsji asfaltowej
110
Rys.8. Rozwijanie kompozytu z rolki na wykonanej warstwie sczepnej
Rys.9. Widok rozłożonego i zaszczotkowanego kompozytu bezpośrednio przed rozkładaniem
mieszanki mineralno-asfaltowej
5. Podsumowanie
Zastosowania geosyntetyków w budownictwie komunikacyjnym opisane w niniejszym artykule
stanowią tylko wyselekcjonowany zakres możliwości ich zastosowania. Kilkunastoletnie
doświadczenia krajowe oraz pond 25-letnie doświadczenia zagraniczne pozwalają na
projektowanie i realizację coraz bardziej zaawansowanych technologicznie konstrukcji.
Autorzy mają nadzieje na udaną realizację konstrukcji przyczółków mostowych w technologii
Tensar w najbliższych miesiącach.
Literatura:
[1] Basal Reinforcement. Constructing embankments over weak ground. Tensar International
Limited, Issue 6, June 2005.
[2] GOA
OS M., KAWALEC J., Różnorodność oblicowań konstrukcji z gruntu zbrojonego
georusztami jako czynnik determinujący ich walory estetyczne, Krajowa konferencja
Naukowo Techniczna: Estetyka i ochrona środowiska w drogownictwie, Nałęczów 2005, s.
66-76.
111
[3] JUDYCKI J., DOA
ŻYCKI B., Projekt wzmocnienia konstrukcji nawierzchni remontowanej
drogi krajowej nr 1, odcinek granica województwa - Krośniewice - A
ęczyca - Ozorków.
2000, Gdańsk.
[4] JUDYCKI J., URBAC
SKI P., HRYNIEWICKI A., GOA
OS M., Obliczenia stateczności
skarp i określenie technologii wzmocnienia i wykonania nasypów, Budowa drogi
ekspresowej S-1 na odcinku Bielsko Biała-Cieszyn. 2004.
[5] KAWALEC J., Projektowanie konstrukcji oporowych z zastosowaniem geosyntetyków, XX
Ogólnopolska Konferencja warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Wisła-Ustroń 2005, s.
261-268.
[6] MAZUROWSKI P., Zastosowanie geokompozytów Tensar AR do wzmacniania warstw
asfaltowych nawierzchni, Medzinarodna Konferencia, Zilinska Univerzita, Stavebna
Fakulta Tectum Geosynthetic s.r.o., Zilina, 2005, s. 60-67.
[7] Projekt architektoniczno-budowlany. Budowa drogi ekspresowej S-1 Bielsko-Biała 
Skoczów  Cieszyn. Modernizacja układu drogowego umożliwiająca docelowe
podłączenie Centrum Handlowo-Usługowego Auchan do drogi ekspresowej Cieszyn-
Bielsko w Bielsku Białej, Profil sp. z o.o., Warszawa, 2003
STIFF GEOGRIDS FOR ROAD ENGINEERING STRUCTURES USED IN
THE LATEST APPLICATIONS IN POLAND
Summary
Article is presenting possibilities for stiff geogrids to be used in road engineering based on three
examples of projects executed in last dozen or so months. Issues of task for design are described
and some details are presented as well. In addition some guideline for installations in asphalts are
described.
112