Upload
vasyl2
View
24
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Polish translation of Chapter 8 of BS8006.
Citation preview
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.