WPROWADZENIE DO ANALIZY STATECZNOŚCI SKARP I ZBOCZY

1. Elementy geometryczne skarp

2. Podział skarp i zboczy

2.1 Ze względu na kształt

- płaskie (prostoliniowe)

- łamane (złożone z kilku płaszyczyzn o zróżnicowanym nachyleniu)

- wklęsłe

- wypukłe

2.2 Ze względu na budowę geologiczną

- jednorodne

- niejednorodne (zbudowane z różnych gruntów o różnych właściwościach)

2.3 Ze względu na pochodzenie gruntów je formujących

- skarpy zbudowane z gruntów niespoistych (sypkich lub okruchowych)

- skarpy zbudowane z gruntów spoistych

- zbocza skalne

- zbocza zwietrzelinowe (na podłożu skalnym)

2.4 Ze względu na nawodnienie skarpy

- nienawodnione („suche” - tj. z wodą zawartą tylko w porach gruntu)

- nawodnione bez ruchu wody gruntowej poziome zwierciadło wód gruntowych

- nawodnione z ruchem wody w przypadku nachylonego zwierciadła wód gruntowych

3. Obciążenia i czynniki destabilizujące

Przed rozpoczęciem obliczeń stateczności należy rozważyć wszystkie potencjalne obciążenia oraz czynniki destabilizujące, które mogą działać na klin odłamu (osuwu) skarpy.

4. Kategorie geotechniczne

Zgodnie z Eurokodem 7 dla oceny trudności problemu geotechnicznego wprowadzono trzy kategorie. Kwalifikowanie zadania inżynierskiego do odpowiedniej kategorii odbywa się przed rozpoczęciem innych prac. Kategoria geotechniczna decyduje o sposobie i zakresie rozpoznania geotechnicznego podłoża oraz przyjęciu metody obliczeniowej.

Kategoria I obejmuje najprostsze typowe zagadnienia:

- skarpy wykopów do 1,5 m uformowane w gruncie nienawodnionym,

- skarpy nasypów do 3,0 m,

- zbocza z gruntów sypkich bądź spoistych o wysokości do 6 m, niezabudowane, bez zauważalnych śladów procesów osuwiskowych.

W ramach I kategorii określa się nachylenie skarp posługując się metodami tabelarycznymi lub nomogramami.

Kategoria II obejmuje typowe trudniejsze zagadnienia

- skarpy wykopów do 4,5 m uformowane w gruntach nienawodnionych,

- skarpy wykopów do 2,5 m z występującym zwierciadłem wody gruntowej,

- skarpy nasypów do 8 m,

- zbocza uformowane z gruntów sypkich bądź spoistych do kilkunastu metrów wysokości, niezabudowane, bez zauważalnych śladów procesów osuwiskowych,

- zbocza skalne i zwietrzelinowe niezależnie od wysokości przy nachyleniu do 15°, bez śladów osuwisk, przeznaczone do zagospodarowania.

W ramach kategorii II określa się wskaźnik stateczności skarpy w oparciu o metody tabelaryczne lub uproszczone metody obliczeniowe, np. wielkich brył. Wartości parametrów geotechnicznych określić można w sposób przybliżony.

Kategoria III obejmuje najbardziej złożone zagadnienia

- głębokie wykopy,

- nasypy ponad 8 m,

- zbocza przeznaczone pod zabudowę przy nachyleniu przekraczającym 15°.

W ramach III kategorii metodę obliczeniową należy dobrać na podstawie analizy indywidualnych warunków geotechnicznych oraz schematów obciążeń. Wartości parametrów geotechnicznych należy określić na podstawie badań polowych bądź laboratoryjnych

5. Typy osuwisk

- obryw - rumowisko powstałe w wyniku swobodnego oberwania się zwięzłych fragmentów skarpy zbudowanej z gruntów spoistych lub skalistych.

- osyp - powstaje z osypanego materiału sypkiego, który powstaje głównie w wyniku wietrzenia skał

- osuwisko - powstaje w wyniku przemieszczenia się wraz z obrotem części masywu gruntowego skarpy wzdłuż krzywoliniowej (cylindrycznej) powierzchni poślizgu

- zsuw - grunt osuwiska przemiesza po istniejącej w masywie skarpy powierzchni osłabienia, którą może stanowić: kontakt warstw geotechnicznych, granica zwietrzelina/skała, istniejące szczeliny oraz osłabienia typu tektonicznego.

- pełzanie - przemieszczenie mas gruntowych odbywa się bez określonej powierzchni poślizgu i w bardzo długim czasie

- spływ - przemieszczanie się nasyconych wodą utworów zboczowych głównie na skutek intensywnych opadów, często ze znaczną prędkością (tzw. potoki błota).

6. Kryteria oceny stateczności

a) wskaźnik stateczności

Podstawowym kryterium oceny stateczności skarp i zboczy jest wskaźnik stateczności (pewności), który w sposób najogólniejszy definiuje się następująco:

Estab - suma wszystkich oddziaływań przeciwdziałających osunięciu się skarpy

Edest - suma wszystkich oddziaływań destabilizujących skarpę

b) definicje wskaźnika

Konkretna postać wskaźnika stateczności zależy od przyjętej metody obliczeniowej. Najczęściej występuje w następujących postaciach:

stosunek tangensa kąta tarcia wewnętrznego gruntu do kąta nachylenia skarpy (tylko w przypadku skarp z gruntów niespoistych)

stosunek sumy rzutu na płaszczyznę poślizgu sił utrzymujących do sumy sił zsuwających

stosunek momentu sił utrzymujących do momentu sił obracających klin odłamy skarpy

stosunek wartości rzeczywistych parametrów wytrzymałości do wartości zmobilizowanych w skarpie

stosunek parcia czynnego do parcia biernego

c) interpretacja wskaźnika

jeżeli F >1 to skarpa jest stateczna

jeżeli F =1 to skarpa jest w stanie równowagi granicznej

jeżeli F <1 to skarpa jest niestateczna.

d) ocena stateczności skarp w oparciu o wskaźnik F

W przypadku niektórych obiektów i konstrukcji ziemnych jak np. budowle hydrotechniczne (zapory ziemne, wały przeciwpowodziowe itd.) dopuszczalne wartości wskaźników stateczności ustala się w oparciu o rozporządzenia ministerialne opublikowane w Dziennikach Ustaw.

W pozostałych przypadkach ocenę możliwości wystąpienia osuwiska można określić jako:

- bardzo mało prawdopodobne, gdy F > 1,5

- mało prawdopodobne, gdy 1,3 < F < 1,5

- prawdopodobne, gdy 1,0 < F < 1,3

- bardzo prawdopodobne, gdy F < 1

Jako wartość dopuszczalną Fdop wskaźnika stateczności w przypadku przyjęcia średnich wartości parametrów geotechnicznych przyjmować należy Fdop=1,3.

Jako wartość dopuszczalną Fdop wskaźnika stateczności w przypadku obiektów (skarp) zakwalifikowanych do II kategorii geotechnicznej przyjmować należy Fdop=1,5.

Obliczona, minimalna wartość wskaźnika stateczności musi spełniać warunek Fmin > Fdop

---