Rozdział 8 Projektowanie nasypów posadawianych na gruntach o małej nośności przy

pomocy struktur z gruntu zbrojonego

8.1 Założenia wstępne

Zbrojenie jest użyte w posadowieniu by zwiększyć wytrzymałość nasypu - uniknąć awarii w

postaci nadmiernych deformacji lub ścięcia gruntu w poziomie posadowienia. Obecnie mamy

dwa typy zastosowań:

a) nasypy posadawiane na gruntach miękkich lub bardzo miękkich,

b) nasypy na obszarach z gruntami skłonnymi do osiadania.

Są one przedstawione osobno w kolejnych punktach.

Problematyka opisywana w tym rozdziale ogranicza się do posadowień dla robót ziemnych,

gdyż posiadamy małe doświadczenie związane z budową innych konstrukcji.

8.2 Częściowe współczynniki używane przy projektowaniu nasypów posadawianych na

gruntach o małej nośności przy pomocy struktur z gruntu zbrojonego

8.2.1 Założenia ogólne

Wiele ze sposobów projektowania oraz analizy posadowień wykonanych z gruntu zbrojonego

wykorzystuje podejście równowagi granicznej gdzie spełniony musi być globalny

współczynnik bezpieczeństwa. Ze względu na to że metody te opierają się na zrównaniu

obciążeń i wytrzymałości mogą być w prosty sposób dostosowane do założeń metody stanów

granicznych poprzez zwiększanie ciężaru jednostkowego gruntu oraz obciążenia zmiennego

odpowiednimi współczynnikami częściowymi oraz redukowanie wartości parametrów gruntu

oraz zbrojenia odpowiednimi współczynnikami materiałowymi. Podstawy projektowania

zawarte w rozdziale 2 oraz w punkcie 5.3 powinny być używane jako baza dla wszystkich

procedur ujętych w rozdziale 8. Tabela 27 zawiera zestawienie współczynników częściowych

których użycie opisane jest w bieżącym rozdziale.

Tabela 27.

wsp. obciążenia Ciężar jednostkowy gruntu/zasypki

ffs=1.3 fs=1.0

Zewnętrzne obciążenie

stałe, liniowe lub

punktowe

ff=1.2 ff=1.0

Zewnętrzne obciążenie

ruchome, np.: ruch

pojazdów

fq=1.3 fq=1.0

wsp. materiałowe (grunt)

Dla efektywnego kąta tarcia wewnętrznego ϕcv’

fms=1.0 Fms=1.0

Dla efektywnej

wartości kohezji c’

fms=1.6 fms=1.0

Dla kohezji cu fms=1.0 fms=1.0

wsp. materiałowe (zbrojenie)

Dla charakterystycznej wytrzymałości zbrojenia

Wartość fm powinna być zgodna z typem zbrojenia jaki wybrany został do zapewnienia odpowiednio długiego okresu życia konstrukcji. Patrz 5.3.3 i aneks A

wsp. interakcji zbrojenia z gruntem

Poślizg wzdłuż płaszczyzny przecinającej zbrojenie

fs=1.3 fs=1.0

Wytrzymałość

zbrojenia na

wyciąganie/wyrywanie

fp=1.3 fp=1.0

8.2.2 Współczynniki obciążenia

Ciężar jednostkowy gruntu do którego przypisany jest częściowy współczynnik obciążenia powinien wyst. jako wartość charakterystyczna (patrz 2.5) i powinien brać pod uwagę zmiany w ciężarze właściwym, uziarnienie i stopień zagęszczenia. Obciążenia zewnętrzne do których również przypisane są częściowe współczynniki także powinny występować jako wartości charakterystyczne.

8.2.3 Współczynniki materiałowe

Współczynniki materiałowe dla gruntu przykłada się do efektywnej wartości kohezji c’ oraz

dla cu mają wartość wyższą od jedności w przypadku szacowania SGU. Współczynnik

materiałowy dla gruntu odnoszący się do ϕcv’ ma wartość równą jeden gdyż parametr ten już

odnosi się stanu granicznego.

Współczynnik materiałowy dla zbrojenia redukuje charakterystyczną wytrzymałość zbrojenia

i powinien mieć wartość zgodną z jego typem oraz projektowanym czasem w którym

zbrojenie pełni nałożone na niego funkcje. Współczynnik materiałowy fm dla zbrojenia

powinien oszacowany zgodnie z procedurą opisaną w 5.3.3 i aneksie A

8.2.4 Współczynniki w związku z interakcją grunt/zbrojenie

Występują dwa główne przypadki oddziaływania grunt/zbrojenie:

- Poślizg wzdłuż płaszczyzny przecinającej zbrojenie,

- Wytrzymałość zbrojenia na wyciąganie/wyrywanie ze strefy aktywnej lub pasywnej(stawiającej opór).

8.2.5 Ekonomiczne skutki awarii

Współczynnik częściowy uwzględniający ekonomiczne skutki awarii fn stosuje się przy obliczaniu wytrzymałości obliczeniowej zbrojenia zgodnie z tabelą 3.

8.3 Nasypy zbrojone posadowione na gruntach miękkich i bardzo miękkich.

8.3.1 Zastosowania

Istniejące techniki konstruowania nasypów z gruntu zbrojonego na gruntach miękkich i bardzo miękkich dzielą się na dwie grupy:

a) techniki, gdzie zbrojenie jest użyte by zapewnić wstępną stateczność nasypu, bez ograniczenia osiadań. Patrz rys. 58

Uwaga: Techniki te obejmują zastosowania pokazane na rysunkach 58a,b,c.

b) techniki, gdzie zbrojenie jest użyte jako część systemu stabilizacji posadowienia, tak by zapewnić stateczność i ograniczyć osiadania fundamentu. Patrz rys. 59.

8.3.2 Zbrojenie zapewniające stateczność nasypu

8.3.2.1 Podstawy projektowania

Stateczność nasypów budowanych na gruntach miękkich jest ograniczana głównie przez wytrzymałość fundamentu na ścianie. Budowa nasypów na miękkim gruncie natrafia na problem małej nośności tego gruntu. Zbrojenie może być ułożone w poziomie posadowienia by zapobiec ścinaniu tak w gruncie na jakim posadawiamy jak i gruncie z którego wykonany jest nasyp. Redukcja osiadania ma tutaj drugorzędne znaczenie.

Istotne jest to, że stateczność nasypu budowanego na gruncie miękkim jest najbardziej narażona w trakcie budowy. Wynika to z faktu, że grunty te posiadają względnie niską przepuszczalność, a to z kolei prowadzi do tego że niemożliwa jest pełna konsolidacja w normalnym czasie budowy obiektu. Po zakończeniu budowy nasypu przykładane są obciążenia lecz zysk w odporności na ścinanie fundamentu może być niewystarczający do osiągnięcia stateczności. Gdy wystąpi już pełna konsolidacja to wzrost wytrzymałości na ścinanie w posadowieniu zazwyczaj sprawia, że przestaje być potrzebne zbrojenie gruntu by polepszyć stateczność. Dlatego podczas okresu od zakończenia budowy do wystąpienia pełnej konsolidacji w posadowieniu wytrzymałość zbrojenia w poziomie posadowienia jest taka że w każdej chwili obliczeniowa wytrzymałość zbrojenia jest nie mniejsza niż obliczeniowe obciążenie.

Zbrojenie umieszczone u podstawy nasypu stabilizuje go na miękkim gruncie poprzez uniemożliwienie poprzecznego przemieszczania się gruntu zasypowego, wyciskanie gruntu spod fundamentu i wywrócenie się konstrukcji. Siła zapewniająca utrzymanie stateczności jest generowana w zbrojeniu dzięki naprężeniom ścinającym przenoszonym z warstw gruntu zasypowego oraz tego na którym posadawiamy.

8.3.2.2 Stany graniczne

Rozważane są następujące stany graniczne nośności:

- stateczność miejscowa gruntu nasypu zbrojonego. Patrz rys. 60 a.

- stateczność ze względu na możliwość wywrócenia (obrotu) nasypu. Patrz rys. 60 b.

- poziome przemieszczenia gruntu nasypu zbrojonego. Patrz rys. 60 c.

- stateczność ze względu na wyciskanie gruntu spod nasypu. Patrz rys. 60 d.

- stateczność ogólna. Patrz rys. 60 e.

Rozważane są następujące stany graniczne użytkowalności:

- nadmierne odkształcenia w zbrojeniu. Patrz rys. 61 a.

- osiadanie posadowienia. Patrz rys. 62 b.

Są one opisane w kolejnych punktach.

Maksymalna siła rozciągająca T r musi być przeniesiona przez zbrojenie występujące u

podstawy nasypu. Jego wytrzymałość powinna być większą z poniższych wartości:

a) Maksymalna siła rozciągająca T ro przypadająca na metr długości nasypu, wynikająca z

możliwości wywrócenia (obrotu). Patrz 8.3.2.5.

b) Suma maksymalnych sił rozciągających

- T ds niezbędnej do przeniesienia sił powstających przy poziomych przemieszczeniach gruntu

w zbrojonym nasypie (na metr dł. nasypu). Patrz 8.3.2.6.

- T rf niezbędnej do przeniesienia sił powstających przy wyciskaniu gruntu spod nasypu (na

metr dł. nasypu). Patrz 8.3.2.7.

Aby upewnić się, że nie zostanie osiągnięty stan graniczny ze względu na zerwanie zbrojenia

w trakcie projektowanego czasu pracy zbrojenia. Przestrzegany powinien być następujący

warunek:

T D

f n≥T r

Gdzie:

T D - Obliczeniowa wytrzymałość zbrojenia liczona zgodnie z 5.3.3

f n - Współczynnik częściowy ze względu na ekonomiczne skutki awarii. Patrz tabela 3,

W celu nabrania pewności, że wytrzymałość na rozciąganie w zbrojeniu u podstawy nasypu

będzie zgodna z założeniami metody stanów granicznych niezbędne jest zapewnienie

odpowiednich parametrów na granicy zbrojenia i gruntu. Dla każdej z sił określającej

wytrzymałość na rozciąganie (T ds , T rf , T ro) sprawdzone powinny być warunki na styku

gruntu i wzmocnienia.

Maksymalne odkształcenia εmax dozwolone w zbrojeniu nasypu ze względu na stan graniczny

użytkowalności powinny być dobierane jak w 8.3.2.11

8.3.2.3 Stateczność długoterminowa

Pierwszy etap projektowania służy generalnie sformułowaniu geometrii nasypu zgodnej z

założeniem stateczności długoterminowej. Służą do tego tzw. konwencjonalne metody.

Wytrzymałość gruntu zasypowego oraz gruntu na którym posadawiamy może być określona

poprzez modyfikację odpowiednimi współczynnikami częściowymi efektywnych wartości c '

i φ ' , z odpowiednim odniesieniem do długoterminowych warunków oddziaływania ciśnienia

porowego w gruncie.

W przypadku, gdy grunt należy do bardzo miękkich skarpa nasypu o geometrii

długoterminowej stateczności może okazać się zbyt stroma w przypadku analizy stateczności

krótkoterminowej. Nawet w przypadku zastosowania zbrojenia. W takim przypadku kąt

nachylenia skarp nasypu powinien zostać zmniejszony tak aby zapewnić także

krótkoterminową stateczność. Po spełnieniu tego warunku należy ponownie sprawdzić nasyp

ze względu na warunki długoterminowe, by upewnić się że wszystkie warunki stateczności są

osiągnięte.

8.3.2.4 Stateczność miejscowa (lokalna)

Stateczność miejscowa skarp nasypów, patrz rys. 60 a, powinna być sprawdzana w

następujący sposób:

HLs

≤tanφcv ’

f ms

Gdzie:

H – Wysokość nasypu

Ls – Pozioma długość skarpy nasypu u podstawy

φcv’ – efektywna wartość kąta tarcia gruntu na którym posadawiamy przy dużych

odkształceniach

f ms – Współczynnik częściowy redukujący φcv’. Patrz tabela 27.

8.3.2.5 Stateczność na obrót

8.3.2.5.1 Założenia wstępne

Stateczność nasypu ze względu na obrót, patrz rys. 60 b, może być poddana analizie zgodnie

z różnymi technikami. Trzy najpopularniejsze to:

- analiza powierzchni poślizgu,

- rozwiązanie plastyczne,

- metody elementów skończonych i różnic skończonych.

8.3.2.5.2 Analiza powierzchni poślizgu

Podstawy pokazane są na rysunku 62. Zbrojenie zapewnia tutaj dodatkowy moment

utrzymujący, polepszający warunki stateczności nasypu.

Procedura zawiera poszukiwanie potencjalnej powierzchni poślizgu wzdłuż podstawy nasypu.

Ma to na celu zdeterminowanie geometrycznego miejsca przyłożenia naprężeń rozciągających

w zbrojeniu. Jest to niezbędne do zapewnienia właściwego zapasu bezpieczeństwa. Patrz rys.

62 a. Szczególna uwaga musi być zapewniona przy wyborze kształtu potencjalnej

powierzchni poślizgu tak by wziąć pod uwagę takie czynniki jak: płytkie posadowienie,

występowanie w posadowieniu wielu warstw gruntów o różnych parametrach. Analiza może

być prowadzona przy użyciu efektywnych parametrów gruntu z uwzględnieniem ciśnienia

porowego. Patrz rys. 62 a. Analiza prowadzona w warunkach gruntu zawodnionego upraszcza

obliczenia i dostarcza lepszego rozwiązania dla analizy krótkoterminowej stateczności.

Powyższe parametry wytrzymałościowe gruntu mogą być podstawione do wzorów na rys. 62

a.

Siła w zbrojeniu T roj w przeliczeniu na metr długości nasypu wzdłuż jego podstawy, patrz

rys. 62 a, można wyznaczyć z:

T rojY j=M RRJ=MDj−M RSj

Gdzie:

Y j –ramię siły pionowego momentu dla krytycznej powierzchni poślizgu w miejscu j u

podstawy nasypu.

MRRJ – maksymalny moment utrzymujący pochodzący od zbrojenia w punkcie j u podstawy

nasypu

MDj – maksymalny moment zakłócający stateczność w punkcie j u podstawy nasypu (po

zmodyfikowaniu przez częściowe współczynniki)

MRSj – maksymalny moment utrzymujący pochodzący od gruntu w punkcie j u podstawy

nasypu

Wykres wartości T roj w przekroju nasypu u jego podstawy wskazuje miejsce przyłożenia sił

pokazanych na rys. 62 a. Maksymalna siła jaką musi przenieść zbrojenie T ro występuje tam,

gdzie T roj ma swoje maksimum.

Dla większości kształtów geometrycznych nasypów niezbędne jest wykonanie analizy

powierzchni poślizgu z jednej strony nasypu, tak by otrzymać T ro. Jednakże dla bardzo

niskich i szerokich nasypów do uzyskania wartości T ro konieczne może być ustalenie

powierzchni poślizgu sięgającej poza oś posadowienia. Poza metodami pokazanymi na

rysunku 62 a,do zdeterminowania wartości T ro mogą być wykorzystane zmodyfikowane

metody Bishop’a i Janbu.

Zbrojenie powinno odpowiednio oddziaływać z gruntem. Jest to warunek konieczny by

obciążenie w zbrojeniu T roj mogło zostać wygenerowane. Oddziaływanie to powinno

występować na całej długości zbrojenia, na i poza potencjalną powierzchnią poślizgu. Patrz

rys. 62b. W obrębie powierzchni poślizgu:

f n f pTroj≤γhα ' tanφcv ’

f msL j+

abc ' Cu

f msL j

Gdzie:

f n – współczynnik częściowy uwzględniający ekonomiczne skutki awarii Patrz tabela 6.2

f p - współczynnik częściowy modyfikujący wytrzymałość zbrojenia na

wyrywanie/wyciąganie. Patrz tabela 27.

T roj – Obciążenie zbrojenia przypadające na metr długości nasypu potrzebne aby zachowana

została stateczność w punkcie j wzdłuż podstawy nasypu.

γ – ciężar jednostkowy gruntu w nasypie.

h - średnia wysokość gruntu nasypu przypadająca na całą długość zbrojenia L j.

φcv’ - efektywna wartość kąta tarcia gruntu na którym posadawiamy przy dużych

odkształceniach

f ms - Współczynnik częściowy redukujący φcv’ i Cu. Patrz tabela 27

L j – niezbędna długość zbrojenia na kontakcie z gruntem w obrębie łuku tworzonego przez

powierzchnię poślizgu.

abc ' - współczynnik interakcji gruntu ze zbrojeniem odnoszący się do kohezji na granicy tych

ośrodków Cu

Cu – wytrzymałość gruntu zawodnionego na ścinanie(przyległego do zbrojenia)

Długość powierzchni kontaktu zbrojenia z gruntem poza powierzchnią poślizgu może być

obliczona poprzez podstawienie B−L j za L j w powyższym równaniu. B jest całkowitą

długością zbrojenia w przekroju nasypu. Patrz rys. 62 b.

8.3.2.5.3 Rozwiązania plastyczne

Analizy tego typu mogą być używane do wstępnego określenia geometrii nasypu. Są one

oparte o wytrzymałość gruntu na którym posadawiamy na ścinanie. Procedury zostały

ustalone tak by możliwe było rozpatrywanie przypadków, gdy wytrzymałość naścinanie

rośnie wraz z głębokością oraz gdy mamy do czynienia z ograniczoną głębokością

posadowienia ze stałą wytrzymałością gruntu na ścinanie.

8.3.2.5.4 Metody elementów i różnic skończonych.

To metody wyrafinowane, używane do analizy rozbudowanych i skomplikowanych

projektów.

8.3.2.6 Poziome przemieszczenia gruntu nasypu

Stateczność gruntu w nasypie gdy istnieje ryzyko takich przemieszczeń powinna być

rozważana dla każdej uprzywilejowanej powierzchni poślizgu na granicy gruntu nasypu oraz

górnej powierzchni zbrojenia. Zbrojenie w podstawie nasypu jest niezbędne do przeniesienia

naprężeń poziomych w gruncie nasypu. Naprężenia w zbrojeniu T ds są największe na

wysokości krawędzi korony nasypu. Patrz rys. 63.

T ds=0.5 Ka H ( f fs γH+2 f qws)

Gdzie:

T ds - naprężenie rozciągające w zbrojeniu, przypadające na metr długości nasypu. Stawia ono

opór siłom dążącym do wyparcia gruntu na którym posadawiamy.

Ka - Współczynnik parcia aktywnego

H – wysokość nasypu

γ – ciężar jednostkowy gruntu w nasypie

w s - natężenie obciążeń na koronie nasypu

f fs - współczynnik częściowy modyfikujący ciężar jednostkowy gruntu. Patrz tabela 27.

f q - współczynnik częściowy modyfikujący obciążenia zewnętrzne. Patrz tabela 27.

Ażeby w zbrojeniu powstała siła rozciągająca T ds grunt nasypu nie powinien przemieszczać

się na zewnątrz w odniesieniu do zbrojenia. Aby zjawisko to nie nastąpiło minimalna długość

zbrojenia Le powinna wynosić:

Le≥

0.5K aH ( f fsγH+2 f qw s) f s f n

γhα ' tanφcv ’

f ms

Gdzie:

f s - współczynnik częściowy modyfikujący wytrzymałość zbrojenia na przesuw w

płaszczyźnie kontaktu gruntu ze wzmocnieniem. Patrz tabela 27.

f n - współczynnik częściowy uwzględniający ekonomiczne skutki awarii. Patrz tabela 3.

h - średnia wysokość gruntu nasypu przypadająca na całą długość zbrojenia Le.

abc ' - współczynnik interakcji gruntu ze zbrojeniem odnoszący się do efektywnego kąta tarcia

na granicy tych ośrodków φcv '

φcv’ - efektywna wartość kąta tarcia gruntu na którym posadawiamy przy dużych

odkształceniach

f ms - Współczynnik częściowy redukujący tanφcv ’. Patrz tabela 27

8.3.2.7 Wyparcie gruntu spod fundamentu.

Geometria nasypu wywołuje skierowane na zewnątrz naprężenia ścinające w gruncie

miękkim na którym posadawiamy. Tam gdzie podłoże gruntowe jest bardzo miękkie i ma

ograniczoną miąższość naprężenia ścinające skierowane na zewnątrz mogą spowodować

wyciskanie gruntu spod nasypu. Patrz rys. 60 d. Ażeby temu zapobiec długość części nasypu

pod jego skarpami Ls musi być na tyle duża by zapobiec mobilizacji tych skierowanych na

zewnątrz naprężeń ścinających.

Mechanizm powstawania awarii zakłada poziome przemieszczenie gruntu pod nasypem. Patrz

rys. 64. Ażeby uniemożliwić wystąpienie takiego stanu granicznego należy ograniczyć

poziome przemieszczenia gruntu poprzez zastosowanie odpowiednich ograniczeń

prostopadłych do kierunku przemieszczania się gruntu. Ograniczenia te powinny być

zastosowane po spodniej stronie zbrojenia u podstawy nasypu, na odpowiedniej powierzchni.

Po pierwsze wytrzymałość na ścinanie po spodniej stronie zbrojenia powinna być

wystarczająca do przeniesienia owego prostopadłego obciążenia gruntu na którym leży nasyp.

Po drugie, zbrojenie u podstawy nasypu powinno mieć wystarczająco dużą wytrzymałość na

rozciąganie aby przenieść naprężenia rozciągające powstałe poprzez przeniesienie naprężeń

ścinających z gruntu na którym posadawiamy.

Aby zapobiec wypieraniu gruntu spod nasypu, korzystamy z poniższego wzoru:

Rha≤Rhp+R s+RR

Gdzie:

Rha - zmodyfikowana pozioma siła powodująca wyciskanie podłoża gruntowego spod nasypu,

Rhp - zmodyfikowana pozioma siła wynikająca z pasywnego parcia podłoża gruntowego,

R s - zmodyfikowana pozioma siła wynikająca z wytrzymałości podłoża gruntowego na

ścinanie na głębokości zc ,

RR - zmodyfikowana pozioma siła wynikająca z wytrzymałości podłoża gruntowego na

ścinanie w płaszczyźnie kontaktu ze zbrojeniem.

Analiza podatności z użyciem różnych wartości zc jest użyta do zdeterminowania

minimalnych wymiarów skarp nasypu szczególnie długości Ls zapobiegającej wystąpienie

wyparcia gruntu spod nasypu.

Powszechna praktyką jest prowadzenie analizy przy użyciu parametrów gruntu

zawodnionego. Jeśli podłoże gruntowe jest miękkie i ma ograniczoną miąższość a jego

wytrzymałość na ścinanie w takich warunkach jest stała wraz ze wzrostem głębokości, to

użycie równania na rysunku 64 b umożliwia wyznaczenie minimalnych wymaganych

długości podstawy skarp nasypu.

Ls≥

( f fs γ1 H+f qw s ) zc(1+abc ')cu

f ms

Gdzie:

f fs – współczynnik częściowy modyfikujący ciężar jednostkowy gruntu. Patrz tabela 27.

f q – współczynnik częściowy modyfikujący obciążenia zewnętrzne. Patrz tabela 27.

γ 1 – Ciężar jednostkowy gruntu w nasypie,

H – wysokość nasypu,

w s – natężenie obciążeń na koronie nasypu,

cu – wytrzymałość zawodnionego miękkiego gruntu na ścinanie (grunt na którym

posadawiamy)

f ms – współczynnik częściowy modyfikujący cu

zc – głębokość warstwy miękkiego gruntu, na której posadawiamy.

abc ' - współczynnik interakcji zbrojenie/grunt odnoszący się do cu

Naprężenia rozciągające w zbrojeniu u podstawy T rfodniesione do metra długości nasypu i

wynikające z istnienia naprężeń ścinających w podstawie nasypu.

T rf=abc ' cuo Le

f ms

Gdzie:

Le – długość zbrojenia. Patrz rys. 64

cuo – wytrzymałość gruntu występującego pod zbrojeniem na ścinanie (w stanie

zawodnionym)

f ms – częściowy współczynnik materiałowy modyfikujący cu . Patrz tabela 27.

Tutaj jest uwaga dot. abc '

8.3.2.8 Stateczność ogólna

Dla nasypów posadowionych na grubych pokładach gruntów bardzo miękkich stateczność

ogólna powinna być sprawdzona w celu upewnienia się, że nie wystąpią awarie związane z

powstaniem głęboko położonej, cylindrycznej powierzchni poślizgu. Patrz rys. 60. Zwyczajne

metody analizy powierzchni poślizgu – z użyciem współczynników częściowych mogą być

użyte do zbadania możliwości wystąpienia tego stanu granicznego.

8.3.2.9 Nasypy wzmocnione poprzez zastosowanie materacy.

Materace są to struktury trójwymiarowe przypominające plastry wosku pszczelego. Są

tworzone bezpośrednio na miękkim gruncie z geosyntetyków w formie geosiatek lub

georusztów zasypywanych materiałem ziarnistym. Rezultatem tego działania jest powstanie

struktury zazwyczaj o głębokości 1 m. Patrz rys. 58

Wprowadzenie takich materacy oddziaływuje z nasypem dając:

a) dobrą współpracę gruntu nasypu i gruntu występującego w komórkach materaca,

b) względnie sztywną platformę, która zapewnia bardziej wyrównaną dystrybucję obciążeń na

grunt pod materacem.

Właściwości te umożliwiają materacom wpływ na deformacje miękkiego gruntu na którym

posadawiamy nasyp. Stąd podnosi się ich nośność i wytrzymałość na ścinanie. Materace u

podstawy nasypu mogą być analizowane z użyciem procedur wyszczególnionych w 8.3.2.3 aż

do 8.3.2.7. Jednakże najczęściej używa się metody slip Line Fields . Użycie tej metody

umożliwia nam obliczenie odkształceń plastycznych oraz nośności granicznej podłoża

gruntowego. Naprężenia pionowe i dostępna nośność podłoża są porównane w celu

sprawdzenia, czy zostanie osiągnięty stan graniczny. Patrz rys. 65 b.

Materace są szczególnie efektywne gdy mamy do czynienia z cienkimi warstwami gruntów

pod podstawą nasypu oraz gdy stosunek szerokości nasypu u podstawy do miąższości

miękkiego gruntu jest większy od 4.

Gdy tylko warunki bezpośrednio związane z nośnością gruntu są spełnione, można

wyznaczyć wartość naprężeń rozciągających w geosyntetyku budującym materac.

8.3.2.10 Stateczność w kierunku równoległym do poziomej osi nasypu

Siły w zbrojeniu powinny być zdeterminowane przy użyciu takich samych technik jak

opisane uprzednio biorąc pod uwagę możliwe zmiany w wysokości nasypu podczas jego

budowy.

8.3.2.11 Dopuszczalne odkształcenia w zbrojeniu

Odkształcenia w zbrojeniu powinny być wyznaczane na podstawie obciążeń przyłożonych do

nasypu. Nie powinny one przekraczać wartości zgodnych z założeniami SGU. Są także inne

przyczyny powstawania odkształceń zbrojenia. Są one jednak trudne do oszacowania, np.:

proces budowy.

Odkształcenia εmax w zbrojeniu u podstawy nasypu nie powinno przekroczyć 5% dla obiektów

krótkoterminowych i 5-10% dla zastosowań długoterminowych. Gdy wzmacniane u podstawy

nasypy są posada wiane na miękkich gruntach, maksymalne dopuszczalne odkształcenia w

zbrojeniu mogą być zredukowane tak aby zapewnić kompatybilność z owym gruntem. Patrz

8.3.2.7

Brak jednej strony ;/ kolejna część normy dotyczy nasypów posada wianych na palach ją

pomijam.

8.4 Nasypy zbrojone na obszarach podatnych na osiadanie

8.4.1Zastosowania

Osiadanie wynika z zamykania się pustek w gruncie poniżej poziomu terenu. Konsekwencją

osiadania poniżej konstrukcji budowlanych noże być osiągnięcie SGU lub SGN. Nasypy,

nawierzchnie and fills (?) są zasadniczo konstrukcjami podatnymi na odkształcenia. Dlatego

też techniki które używamy by zminimalizować uszkodzenia wynikające z osiadania

zazwyczaj sprowadzają się do ograniczenia niejednorodnych pionowych przemieszczeń

konstrukcji by ich wartości mieściły się w przyjętym zakresie tolerancji. Tak sztywne

materace (tratwy) jak i grunty zbrojone okazały się przydatne do tego celu.

8.4.2 Podstawy projektowania

Zbrojenie może być użyte w celu zmniejszenia deformacji powierzchni terenu wywołanych

osiadaniem. Patrz rys. 73. Pustki powstające pod wzmocnionym nasypem jakiś czas po

wybudowaniu można naprawić poprzez wypełnienie owych pustek zaczynem cementowym.

W takim przypadku zbrojenie pracuje tymczasowo. Jeśli pustki są pozostawione bez

ingerencji to zbrojenie będzie potrzebne na przestrzeni pozostałego czasu życia konstrukcji.

Powszechnie stosuje się wypełnianie pustych przestrzeni pod konstrukcjami których budowa

generuje wysokie koszty (nasypy pod autostrady). Dla struktur które nie są tak bardzo

kosztowne koszty związane z wypełnianiem pustek pod konstrukcją mogą być nie do

przyjęcia.

Zbrojenie może być użyte na dwa sposoby:

- zbrojenie w strukturze nasypu (wiele warstw zbrojenia/kompozyt),

- zbrojenie u podstawy nasypu.

4.8.3 Stany graniczne

Celem zbrojenia nasypów jest niedopuszczenie do osiągnięcia przez konstrukcję stanu

granicznego użytkowalności. Wówczas nie istnieje ryzyko osiągnięcia stanu granicznego

nośności.

Maksymalne naprężenie rozciągające T r które musi być przeniesione przez zbrojenie nasypu

u podstawy zgodnie z metodą stanów granicznych powinno wynosić T rs. Patrz 8.4.4.5

Maksymalne obciążenie jakie może być przeniesione przez zbrojenie powinno wynosić:

T D

f n≥T r

Gdzie:

T D – Obliczeniowa wytrzymałość zbrojenia obliczana zgodnie z 5.3.3

f n – częściowy współczynnik uwzględniający ekonomiczne skutki awarii. Patrz tabela 3.

Maksymalne dopuszczane przy obliczaniu SGU odkształcenia zbrojenia εmax powinny być

zdeterminowane przez 8.4.4.4 oraz 8.4.4.5.

8.4.4 Procedura projektowa

8.4.4.1 Założenia wstępne

Podczas gdy obecność w konstrukcji zbrojenia zapobiega wystąpieniu stanu granicznego

użytkowania dla nasypu jako całości to w trakcie projektowania powinno się sprawdzić stany

graniczne nośności i użytkowania dla zbrojenia. Uzgadnianie charakterystycznych

właściwości zbrojenia obejmuje:

- determinację maksymalnego dopuszczalnego odkształcenia powierzchni dla nasypów oraz

nawierzchni.

- determinację odpowiedniej obliczeniowej wartości średnicy pustek D. Patrz rys. 74.

- determinacja maksymalnego dopuszczalnego odkształcenia zbrojenia, takiego że pierwsze

kryterium jest spełnione,

- uzgodnienie właściwości związanych z rozciągliwością zbrojenia potrzebnych do

projektowania.

8.4.4.2 Dopuszczalne odkształcenia powierzchni terenu

Dla głównych dróg (principal Road) poza drogami głównymi wg Departamentu Transportu

(trunk road), maksymalne nierównomierne odkształcenia (d s/D s) powinny być mniejsze lub

równe 1%. Dla non-principal Road osiadania powinny być nie większe niż 2%.

8.4.4.3 Obliczeniowa średnica pustek w gruncie

Ustalanie tej wartości normalnie opiera się na doświadczeniach przy pracy w podobnych

warunkach, pomiarach geotechnicznych i/lub metodach probabilistycznych. Wartość powinna

być oszacowana zgodnie z możliwościami wystąpienia przyszłego osiadania oraz innych

konsekwentnych zjawisk.

8.4.4.4 Maksymalne dopuszczalne odkształcenie zbrojenia

Wygięty kształt zbrojenia rozpiętego w pustce w ośrodku gruntowym może być ujęty jako

paraboliczny gdzie maksymalne dozwolone odkształcenie:

Dla płaskiego stanu odkształcenia (długie pustki)

εmax=

8( d s

D s)

2

(D+ 2Htan θd )

4

3 D4

Warunki osiowosymetryczne (trójosiowy stan odkształcenia) – (sferyczne pustki)

εmax=

8( d s

D s)

2

(D+ 2Htan θd )

6

−3 D6

Gdzie:

εmax – maksymalne dopuszczalne odkształcenie w zbrojeniu,

d s/Ds – maksymalne dopuszczalne odkształcenia w wyniku nierównomiernego osiadania

powierzchni nasypu lub nawierzchni drogi. Patrz 8.4.4.2,

D – obliczeniowa średnica pustek w ośrodku gruntowym. Patrz 8.4.4.3,

H – wysokość nasypu,

θd – draw of embankment fill ?? jest równy kątowi tarcia wewnętrznemu gruntu w nasypie.

Patrz rys. 74.

8.4.4.5 Właściwości zbrojenia związane z rozciągliwością

Dla zbrojenia rozciągliwego (polimerowe) naprężenia rozciągające T rsw wygiętym zbrojeniu

są dane:

T rs=0.5 λ ( f fs γH+ f qw s )D√1+ 16 ε

Gdzie:

T rs – naprężenie rozciągające w zbrojeniu na metr długości nasypu,

λ – współczynnik zależny od tego, czy zbrojenie ma funkcjonować w jednym czy w dwóch kierunkach (one way or two way shedding system),

γ – ciężar jednostkowy gruntu nasypu,

H – wysokość nasypu,

w s – intensywność obciążenia na koronie nasypu,

D - obliczeniowa średnica pustek w ośrodku gruntowym. Patrz 8.4.4.3

ε – odkształcenie zbrojenia, jest mniejsze lub równe εmax. Patrz 8.4.4.4,

f fs – współczynnik częściowy modyfikujący ciężar jednostkowy gruntu. Patrz tabela 27,

f q – współczynnik częściowy modyfikujący obciążenie zewnętrzne. Patrz tabela 27.

Gdy do czynienia mamy z pustkami o kształcie sferycznym lub prostopadłościennym λ=0.67, a gdy kształt pustek jest wydłużony toλ=1.0.

Wartość T rsliczona jest przy użyciu odkształceń zbrojenia uzgodnione z 8.4.4.4.Wartość odkształcenia zbrojenia w powyższym równaniu powinna być równa początkowemu odkształceniu zbrojenia, zanim powstanie możliwość pełzania. Równanie to jest właściwe dla rozciągliwych typów zbrojenia. Inne metody należy wziąć do oceny wytrzymałości zbrojenia nierozciągliwego.

8.4.4.6 Płaszczyzna kontaktu zbrojenia z gruntem

Aby wygenerować naprężenia rozciągające T rs w zbrojeniu zapewnione powinny być odpowiednie warunki na kontakcie ośrodka gruntowego i zbrojenia. Minimalna długość zbrojenia Lb niezbędna do tego by przenieść T rsjest dana wzorem:

Lb≥f n f pT rs

γ h(α ' 1 tanφ 'cv 1

f ms+α ' 2 tanφ 'cv 2

f ms )Gdzie:

f n – Współczynnik częściowy uwzględniający ekonomiczne skutki awarii. Patrz tabela 3,

f p - Współczynnik częściowy modyfikujący wytrzymałość zbrojenia na

wyrywanie/wyciąganie. Patrz tabela 27,

h - średnia wysokość gruntu w nasypie przypadająca na całą długość podstawy nasypu,

γ – ciężar jednostkowy gruntu nasypu,

α ' 1 – współczynnik interakcji gruntu ze zbrojeniem modyfikujący wartość kąta tarcia na

granicy tych ośrodków z jednej strony φ ' cv 1,

α ' 2 – współczynnik interakcji gruntu ze zbrojeniem modyfikujący wartość kąta tarcia na

granicy tych ośrodków z drugiej strony φ ' cv 2,

f ms – Współczynnik częściowy modyfikujący wartość φcv. Patrz tabela 27.