plik


Dr in|. Jacek KAWALEC Politechnika Zlska, Gliwice Mgr in|. MichaB GOAOS Drotest Sp. z o.o., GdaDsk BUDOWA PRZYCZAKW MOSTOWYCH Z GRUNTU ZBROJONEGO W TECHNOLOGII TENSAR TENSAR REINFORCED SOIL STRUCTURE TECHNOLOGY FOR BRIDGE ABUTMENT CONSTRUCTION Streszczenie ArtykuB przedstawia opis systemu budowy konstrukcji oporowych z gruntu zbrojonego Tensar TW1 dla zastosowaD budownictwa mostowego. Omwiono elementy skBadowe systemu oraz metodyk projektowania. W drugiej cz[ci referatu przedstawiono dwa ciekawe przykBady 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. Wstp Stosowanie w in|ynierii ldowej konstrukcji z gruntu zbrojonego georusztami staje si od wielu lat do[ powszechn alternatyw dla tradycyjnych rozwizaD konstrukcyjnych. Od momentu ich wdro|enia w Polsce oraz przez ostatnie 25 lat w Europie Zachodniej staj si one coraz cz[ciej alternatyw dla tradycyjnych |elbetowych konstrukcji [4, 13]. Czynnikami decydujcymi o wyborze typu konstrukcji s czsto parametry ekonomiczne. Do[wiadczenia pokazuj, i| w przypadku porwnania kosztw budowy konstrukcji z gruntu zbrojonego georusztami z tradycyjnymi [cianami oporowymi oszczdno[ci ekonomiczne osigaj w zastosowaniach nawet 50% [8]. Kolejnym elementem, ktry daje przewag tego typu rozwizaniom nad klasycznymi konstrukcjami oporowymi jest estetyczny wygld wykonanej konstrukcji, ktrej zadaniem jest czsto wpisanie si w istniejce otoczenie [3]. Do zalet konstrukcji z gruntu zbrojonego nale|y te| szybko[ i Batwo[ instalacji. Systemy te pozwalaj na bardzo sprawne konstruowanie murw oporowych bez konieczno[ci wykorzystania ci|kiego sprztu. Powy|sze aspekty zostaBy uwzgldnione i zawarte przy opracowywaniu i wdro|eniu do realizacji systemu budowy konstrukcji z gruntu zbrojonego o nazwie TW1, czyli technologii budowy [cian oporowych z gruntu zbrojonego georusztami z oblicowaniem w postaci bloczkw betonowych w systemie Tensar Wall typ I. System zostaB opracowany w Anglii przez Producenta georusztw Tensar i od kilku lat stosowany jest ju| na [wiecie, w tym rwnie| w krajach europejskich, takich jak Wielka Brytania, Niemcy czy Hiszpania [12]. Obecnie koDcz si prace nad certyfikacj systemu w Polsce. Konstrukcje z gruntu zbrojonego georusztami w systemie TW1 znalazBy w ostatnich latach tak|e zastosowanie w budownictwie mostowym, do budowy przyczBkw mostowych. W przypadku wykonywania przyczBkw mostowych z gruntu zbrojonego mamy do czynienie albo ze zbrojeniem zasypki za [cian i skrzydeBkami przyczBka mostowego (przeniesienie poziomych siB od parcia gruntu na konstrukcj [ciany), albo z peBnym przekazaniem wszystkich siB i ukBadw obci|eD na przyczBek z gruntu zbrojonego (przyczBki wykonane w caBo[ci 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 obejmujcy zarwno materiaBy do budowy konstrukcji, jak rwnie| proces projektowania oraz parametry projektowe zbrojenia [1]. W skBad systemu TW1 wchodz nastpujce elementy skBadowe: " Betonowe bloczki moduBowe jako element licujcy " Jednokierunkowe georuszty Tensar typu RE lub SR jako element zbrojcy " Aczniki polimerowe " Zasypka jako element zbrojony 2.1. Elementy skBadowe systemu 2.1.1. Oblicowanie: bloczki betonowe Elementy licujce systemu s produkowane w postaci specjalnie zaprojektowanych bloczkw betonowych, wykonywanych na prasie wibracyjnej. Wyr|nia si dwa podstawowe rodzaje bloczkw do budowy systemu TW1: bloczki typu TW1 Base (ukBadane w podstawie muru) oraz bloczki typu TW1 Standard (do wykonywania zasadniczej konstrukcji [ciany). Schematy powy|szych bloczkw oraz ich typowe wymiary pokazano na rysunku 1. Jak wida na poni|szych rysunkach, bloczki posiadaj specjalnie wykonane w grnej cz[ci wpusty, w ktrych ukBadane s Bczniki polimerowe. W celu dokBadnego wpasowania bloczka 212 grnej warstwy muru w bloczek dolnej warstwy oraz lepszej wspBpracy elementw caBego systemu, ka|dy bloczek (oprcz elementw ukBadanych w podstawie - TW1 Base), wyposa|ony jest dodatkowo w specjaln stopk (ang. downstand) umieszczon w podstawie (Rys. 2). Boczne [cianki bloczkw nie s prostopadBe do powierzchni licowej, co daje mo|liwo[ ksztaBtowania murw tak|e w Buku. Rys. 1 Schemat bloczkw TW1 Base i Standard wraz z wymiarami Bloczkom betonowym, jako elementom peBnicym wyBcznie funkcj oblicowania, postawione s pewne minimalne wymagania (Tablica 1). Tablica 1 Wymagania dla bloczkw betonowych w systemie TW1 Lp. Parametr Wymagana warto[ Norma badawcza 1. WytrzymaBo[ blokowa na PN  B-19306:1999 [rednia e"30 MPa [ciskanie osignita po 28 minimalnae"24 MPa dniach 2. Klasa wytrzymaBo[ci C20/30 PN-EN 12390-3:2002 3. Nasikliwo[ PN-EN 1339:2005 d" 6% 4. Mrozoodporno[ Min 150 cykli zamra|ania i PN-88/B-06250 odmra|ania 5. Minimalna gsto[ 2100 kg/m3 BS 6073-2:1981, ZaB. C 6. Wymiary [mm] 400 x 220 x 150 PN-B-19306:1999 213 Rys.2 Schemat poBczenia bloczka Rys. 3 Wygld i wymiary typowego z georusztem z zastosowaniem Bcznika typu blue conector Bcznika 2.1.2. Aczniki polimerowe typu blue conector W celu poBczenia elementu zbrojcego-geosiatki z oblicowaniem-bloczek, stosuje si specjalne elementy wykonane z polietylenu (ten sam polimer, z ktrego wykonany jest georuszt), ktre nosz nazw blue conectors (z racji swojej charakterystycznej niebieskiej barwy). Wygld, ksztaBt i podstawowe wymiary Bcznika pokazano na rysunku 3. W celu wykonania poBczenia o peBnej wytrzymaBo[ci pasmo georusztu musi by poBczone z bloczkiem na caBej swojej szeroko[ci. Efektywna szeroko[ Bcznika wynosi 20 cm. 2.1.3. Zbrojenie: Georuszt Tensar typu RE Elementem zbrojcym zastosowanym w ramach systemu TW1 s jednokierunkowe geosiatki Tensar typu RE. S to materiaBy charakteryzujce si sztywn struktur, ktra jest efektem unikatowego procesu produkcji, polegajcego na perforacji cigBego arkusza wysokiej gsto[ci polietylenu i wyciganiu go w jednym kierunku przy zaBo|onej kombinacji odpowiednio wysokiej temperatury i prdko[ci wycigania. PowstaBy w ten sposb materiaB charakteryzuje si wysokim stopniem ukierunkowania molekuB polimeru w kierunku pracy zbrojenia. Integralne poBczenie |eber podBu|nych z poprzecznymi, ktre peBni funkcj minikotew dla ziaren zasypki gruntowej, decyduje o przyjciu dla tego typu materiaBw zbrojcych nazwy georuszt (ang. geogrid), w odr|nieniu od nazwy geosiatka (ang. geonet, geomesh). Podstawowym parametrem georusztu Tensar RE przyjmowanym w projektowaniu jest parametr dBugoterminowej wytrzymaBo[ci projektowej (PDgrid), okre[lanej w temperaturze pracy zbrojenia w konstrukcji (1). WytrzymaBo[ ta jest z kolei zale|na proporcjonalnie od tzw. wytrzymaBo[ci dBugoterminowej georusztu (Pc). Warto w tym miejscu zwrci uwag na fakt, |e najcz[ciej stosowan i powszechnie publikowan warto[ci wytrzymaBo[ci na rozciganie dostpnych na rynku geosyntetykw jest warto[ wytrzymaBo[ci krtkoterminowej lub doraznej. Jest ona okre[lana na podstawie 214 normy ISO 10319 w ramach kontroli jako[ci, jakiej poddawane s wszystkie wyroby geosyntetyczne w laboratoriach producenta. WytrzymaBo[ci doraznej nie mo|na absolutnie uto|samia z wytrzymaBo[ci dBugoterminow (Pc) geosyntetyku. Taki sposb przyjmowania parametru do projektowania powoduje, |e konstrukcja z gruntu zbrojonego jest w du|ym stopniu niedowymiarowana i mo|e grozi powa|n awari. Wszystkie polimery s materiaBami lepkospr|ystymi i zwizku z tym podlegaj procesowi peBzania, czyli przyrostu odksztaBceD pod przyBo|onym staBym obci|eniem w czasie. Georuszty Tensar RE, jako element zbrojenia konstrukcji w systemie TW1, podlegaj specjalistycznym badaniom w laboratoryjnych komorach badawczych do okre[lania peBzania w czasie minimum 10.000 godzin (ponad 1 rok). Poniewa| metoda projektowa opracowana w oparciu o norm BS8006 [2] zakBada projektowanie konstrukcji z uwzgldnieniem jej trwaBo[ci w okresie do 120 lat (ponad 1.000.000 godzin), dlatego te| badania s prowadzone w dBugim okresie czasu (nawet do 100.000 godzin), w komorach badawczych o r|nych temperaturach. Wiarygodne obliczenie koDcowej wytrzymaBo[ci na rozciganie (Pc) jest okre[lane na podstawie wynikw otrzymywanych w funkcji r|nych temperatur i zmieniajcego si czasu oddziaBywania obci|enia. W przypadku projektowania konstrukcji w systemie TW1 w celu okre[lenia globalnej wytrzymaBo[ci projektowej konstrukcji, wymagane jest okre[lenie i porwnanie zarwno wytrzymaBo[ci projektowej georusztu (PDgrid), jak i wytrzymaBo[ci projektowej poBczenia (PDconn) (2) [5]. Mniejsza z tych dwch wytrzymaBo[ci jest przyjmowana jako miarodajna w procesie projektowania. Wymagana wytrzymaBo[ projektowa georusztu (PDgrid) musi by obliczona dla stanu granicznego no[no[ci oraz u|ytkowania, zgodnie ze wzorem: PDgrid = PC/fm x fd x fe (1) gdzie: PDgrid: dBugoterminowa wytrzymaBo[ projektowa georusztu w odpowiedniej temperaturze pracy konstrukcji; PC: dBugoterminowa wytrzymaBo[ na zerwanie georusztu z uwzgldnieniem procesu peBzania; fm, fd, fe: czstkowe wspBczynniki materiaBowe uwzgldniajce m.in.: sposb produkcji, ekstrapolacj wynikw, uszkodzenia w trakcie wbudowywania i zagszczania zasypki, oddziaBywania [rodowiskowe na zbrojenie. DokBadn procedur obliczeniow, parametry wytrzymaBo[ci dBugoterminowej oraz warto[ci wspBczynnikw materiaBowych podano w certyfikacie BBA No 99/R108 [1], BBA No 99/R109 [1] oraz opisano w [10, 11]. WytrzymaBo[ projektowa poBczenia (PDconn) na podstawie stanu granicznego no[no[ci jest obliczana na podstawie wzoru: PDconn = Pconn/fm x fn (2) gdzie: PDconn: dBugoterminowa wytrzymaBo[ projektowa poBczenia w odpowiedniej temperaturze pracy konstrukcji; Pconn: dBugoterminowa wytrzymaBo[ poBczenia z uwzgldnieniem procesu peBzania, przyjmowana zgodnie z tablic 2 [1]; fm: czstkowy wspBczynnik materiaBowy uwzgldniajcy m.in.: sposb produkcji, ekstrapolacj wynikw, uszkodzenia w trakcie wbudowywania i zagszczania zasypki, oddziaBywania [rodowiskowe na zbrojenie, przyjmujcy warto[ 1,0 lub 1,05 (zgodnie z tablic 3 [1]); fn: czstkowy wspBczynnik materiaBowy uwzgldniajcy ekonomiczne konsekwencje zniszczenia, przyjmujcy warto[ 1,1 215 2.2. Projektowanie Autorom artykuBu nie s znane jakiekolwiek metody projektowe czy wytyczne do projektowania konstrukcji z gruntu zbrojonego geosyntetykami opublikowane do chwili obecnej w Polsce. Dlatego konstrukcje te s projektowane gBwnie w oparciu o dwie powszechnie znane metody projektowe [7]: 1. metod brytyjsk na podstawie normy BS 8006 2. metod niemieck na podstawie procedury projektowej Deutsches Institut fqr Bautechnik w oparciu o normy DIN 4017 i DIN 1054. Metody te, cho oparte o odmienne zaBo|enia, zakBadaj przeprowadzenie analizy stateczno[ci konstrukcji w dwch etapach: etap analizy stateczno[ci zewntrznej (ang. external stability) oraz etap analizy stateczno[ci wewntrznej (ang. internal stability). Wynikiem analizy stateczno[ci globalnej (zewntrznej), wykonanej w oparciu o sprawdzenie warunkw na przesunicie (1), na obrt (2), no[no[ podBo|a pod konstrukcj (3) oraz stateczno[ci oglnej na po[lizg (4), jest okre[lenie minimalnej dBugo[ci efektywnej zbrojenia konstrukcji [9]. Wyznaczenie stateczno[ci wewntrznej polega na analizie kompletnego ukBadu siB utrzymujcych konstrukcj oraz siB niszczcych, dziaBajcych w konstrukcji w caBym okresie jej eksploatacji (maksymalnie 120 lat). UkBad siB jest wyznaczany i ka|dorazowo analizowany dla poszczeglnych tzw. klinw odBamu, czyli pBprostych wyprowadzanych z podstawy konstrukcji (lub z miejsc, w ktrych nastpuje zmiana typu zbrojenia, jego rozstawu bdz dBugo[ci lub zmiana warunkw gruntowo-wodnych konstrukcji) i nachylonych do podstawy konstrukcji pod zmieniajcym si co ka|de 3 ktem . WytrzymaBo[ projektowa zbrojenia (z uwzgldnieniem procesu peBzania i wpBywu peBnej kombinacji wspBczynnikw czstkowych) w trakcie caBej analizy musi by wiksza od kombinacji ukBadu siB niszczcych, pochodzcych od obci|eD staBych i zmiennych. W trakcie analizy stateczno[ci wewntrznej sprawdza si czy w caBym projektowanym okresie pracy konstrukcji nie nastpi wycigniecie zbrojenia z gruntu zasypki (ang. pull-out) lub nie nastpi zerwanie zbrojenia poprzez wypadkow siB niszczc, wiksz od wytrzymaBo[ci projektowej zbrojenia. Analogicznie wynikiem analizy stateczno[ci wewntrznej jest okre[lenie trzech dodatkowych elementw konstrukcji z gruntu zbrojonego: 1. typu zbrojenia na podstawie jego przyjtej minimalnej wytrzymaBo[ci projektowej 2. rozstawu pionowego zbrojenia 3. ilo[ci warstw zbrojenia w przekroju poprzecznym konstrukcji 3. PrzykBady zastosowania konstrukcji z gruntu zbrojonego do budowy przyczBkw mostowych Jak zaznaczono na wstpie obecnie koDcz si prace nad certyfikacj systemu w Polsce. Dotychczasowe rozwizania w konstrukcjach mostowych w Polsce i krajach ssiednich oparte wykorzystywaBy inne elementy oblicowujc. Z tego wzgldu przedstawione poni|ej przykBady zastosowaD nie dotycz bloczkw TW1 jako oblicowania, cho wszystkie realizowane byBy wedBug technologii Tensar. 3.1. Zbrojenie zasypki za [cian i skrzydeBkami przyczBkw mostowych. Autostrada A4 odcinek So[nica-Wirek W ramach realizacji odcinka autostrady A-4 na Zlsku na obszarze szkd grniczych zaszBa konieczno[ zaprojektowania i wykonania zbrojenia zasypki gruntowej za przyczBkami dla 216 redukcji lub caBkowitego zdjcia zwikszonego parcia wywoBanego wpBywami grniczymi. Na 14-tu przyczBkach zrealizowanych w ramach tej Inwestycji zastosowano rozwizania wg technologii Tensar [6]. W odlegBo[ci 30 cm od [cian przyczBka lub skrzydeBka grunt zasypki nie byB zagszczany, ze wzgldu na kompensowanie potencjalnych odksztaBceD zbrojonego bloku gruntu. W jednym przypadku zaprojektowano wywijanie geosiatek przy licu [ciany (ang. wraparound system), ze wzgldu na konieczno[ caBkowitego przejcia podwojonego parcia, przy wysoko[ci obiektu ponad 7 metrw. W pozostaBych przypadkach pasma geosiatek byBy ukBadane bez wywijania. PrzykBadowy przekrj przez konstrukcj wraz z rozmieszczeniem zbrojenia georusztami przedstawia rysunek 4. Rys.4. PrzykBadowy ukBad zbrojenia gruntu za przyczBkiem georusztami [6] 3.2. PrzyczBki z gruntu zbrojonego w technologii Tensar. Autostrada D-47 w Ostrawie (Czechy) PrzykBadem bardzo ciekawego zastosowania technologii jest realizacja obiektu mostowego w cigu realizowanej autostrady D-47 w Czechach. Autostrada ta jest elementem szlaku komunikacyjnego Bczcego Czechy z poBudniow granic Polski i dalej autostrad A-1 w Polsce. Obiekt mostowy zlokalizowany w mie[cie Ostrawa przekracza ulic Polaneckou, staw Rojek oraz szereg torw kolejowych szlaku Prerov-Detmarovice i Ostrawa Svinov- Odra. Podpory mostu z obu stron zostaBy zaprojektowane jako kaskadowe konstrukcje z gruntu zbrojonego (murki) w technologii Tensar z wykorzystaniem jako oblicowania maBogabarytowych bloczkw betonowych. Przekrj przez konstrukcj przedstawia rys. 5. Ze wzgldu na bardzo skomplikowany ukBad gruntw budujcych podBo|e pod konstrukcj zaprojektowano i wykonano rwnie| wzmocnienie geosyntetyczne pod caB podpor w postaci 5-ciu warstw geotkaniny Basetex 800/100. Takie rozwizanie, przy wyliczeniu czasu niezbdnego dla konsolidacji pozwoliBo na rezygnacj z konieczno[ci wgBbnego wzmacniania podBo|a. Widok obiektu z okresu konsolidacji nasypu oraz obci|ania przyczBka przsBem przedstawiaj fot. nr 1 i 2 217 Fot. 1. Widok przyczBka w trakcie Fot. 2. Widok przyczBka w fazie konsolidacji obci|ania przsBem Poni|ej przedstawiono przykBadowy przekrj przez jeden z przyczBkw [14] Rys. 5 przekrj przez konstrukcj przyczBka 4. Podsumowanie Jak zaznaczono na wstpie technologia gruntu zbrojonego staje si coraz cz[ciej alternatyw dla tradycyjnych |elbetowych konstrukcji. Rwnie| Polskie do[wiadczenia potwierdzaj t tendencj. Ograniczenie w mo|liwo[ciach zastosowania wynika w du|ej mierze z braku jednoznacznych i rwnocze[nie poprawnych przepisw i wytycznych dla projektowania i stosowania geosyntetykw w r|nych aplikacjach in|ynierskich w Polsce. Drugim  sBabym punktem jest skromna ilo[ rozwizaD systemowych pozwalajcych nie tylko na zaprojektowanie oraz dostaw geosyntetyku, ale rwnie| wykonanie konstrukcji wraz ze wszystkimi elementami dodatkowymi, jak np. oblicowanie czy detale wykoDczeniowe (balustrady i porcze). Autorzy referatu maj nadziej, |e opisany system budowy konstrukcji oporowych Tensar TW1 jest krokiem w kierunku speBniania oczekiwaD caBej bran|y 218 in|ynierw budowlanych. Bdc rwnocze[nie uczestnikami procesu projektowego kilku obiektw w Polsce, maj nadzieje na rychB ich realizacj z wykorzystaniem tego systemu w najbli|szym 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] GoBos M., Kawalec J., R|norodno[ oblicowaD konstrukcji z gruntu zbrojonego georusztami jako czynnik determinujcy ich walory estetyczne, Estetyka i Ochrona Zrodowiska w Drogownictwie, NaBczw, 2005; [4] Jarominiak A., Lekkie konstrukcje oporowe, Wyd. Komunikacji i Aczno[ci, Warszawa, 1982; [5] Jenner C. G., Naciri O., Mller-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., GoBos M., UrbaDski P., Przejcie parcia przez zasypk z gruntu zbrojonego geosiatkami tensar na przykBadzie obiektw in|ynierskich na szkodach grniczych w cigu autostrady A4, II Problemowa konferencja geotechniki, BiaBystok- BiaBowie|a, 2004; [7] Kawalec J., Projektowanie konstrukcji oporowych z zastosowaniem geosyntetykw XX Oglnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, WisBa - UstroD, 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: WBa[ciwo[ci materiaBowe 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 oprnch konstrukc, }ELEZNI N MOSTY A TUNELY 2005 oraz zdjcia i rysunki uzyskane od przedstawicieli firmy Geomat s.r.o.- Brno, Republika Czeska. 219

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zastosowanie gruntu zbrojonego geosiatkami do konstrukcji oporowych na terenach górniczych (2)
Konstrukcje ziemne z gruntu zbrojonego
Przyczyny zagrzybienia dachów budynków wykonywanych w nowych technologiach
BUDOWA I MOŻLIWOŚCI TECHNOLOGICZNE OBRABIAREK STEROWANYCH NUMERYCZNIE DO SKRAWANIA METALI
Budowa mostów w Polsce 1995 2005
Technologie w mostownictwie
Nowoczesne technologie pomiarowe w monitowaniu konstrukcji mostowych
Budowa i możliwości technologiczne frezarki obwiedniowej
10 Jak nie nalezy budowac mostow na terenach gorniczych
budowa lunety?lowniczej
TECHNOLOGIA WYTŁACZANIA TWORZYW SZTUCZNYCH
Budowa robotow dla poczatkujacych budrob
Makroskopowa budowa mięśnia

więcej podobnych podstron