Artykuły

Współczynniki materiałowe A1… A4 ustalane są w oparciu o badania laboratoryjne, a nawet i polowe (A2), a ich wartości powinny być ustalone lub potwierdzone przez niezależne instytuty akredytowane przy UE. W Polsce jednostką taką, która ma do tego uprawnienia UE w odniesieniu do geosyntetyków jest właśnie ITB w Warszawie. Właściwości reologiczne polimerów czy też produktów polimerowych ustala się poprzez badanie pełzania przy stałym obciążeniu w stałej temperaturze wg DIN EN ISO 13 431 lub metodą SIM (Stepped Isothermal Method - metodą jednakowych skoków termicznych (Lothspeich i Thorton, 2000). Wg DIN EN ISO 13 431 badanie na pełzanie należy przeprowadzić dla co najmniej 10.000 h. Wyniki badania nanosi się w formie, jak to pokazano na rys. 1, oś pozioma log (t) – czas obciążenia, oś pionowa, skala naturalna, stopień obciążenia ß_d w odniesieniu do wytrzymałości krótkotrwałej F_o,k. A1 – współczynnik materiałowy z tytułu pełzania dla danego czasu obciążenia t stanowi wartość odwrotną stopnia obciążenia w momencie zerwania się zbrojenia:

(10)

A1 można wyznaczać również metodą SIM o ile badanie na pełzanie dla dwóch pierwszych progów temperatury trwało co najmniej 1008 h a dla trzeciego co najmniej 4000 h (M Geok. E, 2005). Przykładowo na rys. 1 podane zostały wyniki badań SIM dla geosiatek z PVA. Takie właśnie dane graficzne (lub tabelaryczne) powinny być dołączane do dowodu wystarczającej wytrzymałości danego geosyntetyku dla 1. stanu granicznego składane przez oferenta i potwierdzone przez akredytowany przy UE instytut. O ile nie ma takich badań, wartości współczynnika A1 przyjmuje się w Niemczech i we Francji jak następuje: PP i PEHD: A₁ = 5,0 a dla PA, PES, PVA, AR: A₁ = 2,5

A₂ – współczynnik materiałowy uwzględniający uszkodzenia mechaniczne przy wbudowaniu wg normy DIN EN ISO 10722-1 lub na podstawie badań polowych wg (TL Geok E-StB, 2005). W przypadku stosowania narzutów kamiennych można w celu obniżenia wartości A₂ zastosować przekładki z piasku lub żwiru, które nie zmniejszają znacznie zazębienia, ale skutecznie chronią geosyntetyk przed uszkodzeniem mechanicznym. O ile nie ma odpowiednich i wiarygodnych wyników badań wartości współczynnika A₂ należy w Niemczech przyjmować jak następuje (EBGEO, 1997):

• dla gruntów drobnoziarnistych i piaszczystych A₂ = 1,50
• dla gruntów żwirowych z ziarnem obtoczonym A₂ = 2,00
• dla kamienia łamanego A₂ należy ustalić lub potwierdzić w oparciu o badania polowe np. wg (TL Geok E-StB, 2005).

Podsumowując należy podkreślić, że trwałość i wytrzymałość długoterminowa w dużym stopniu zależy od tego na ile dany geosyntetyk został uszkodzony w trakcie wbudowania. Zatem należy starannie nadzorować tę część robót, pamiętając o tym, że zasypany geosyntetyk ukrywa wszystkie wady czy uszkodzenia, które mogą być przyczyną późniejszej awarii.

Współczynnik materiałowy A₃ uwzględnia utratę wytrzymałości na połączeniach i szwach. W zależności od lica ściany i typu połączeń należy ustalać poprzez badania faktyczną wytrzymałość na połączeniach. Szwów lub zakładów na kierunku głównym zbrojenia należy unikać.

Współczynnik materiałowy A₄ uwzględniający wpływ środowiska wodno-gruntowego wyznacza się w oparciu o badania wytrzymałości próbek poddanych normowemu oddziaływaniu różnych środowisk. Poniżej przytacza się zalecenia zawarte w M Geok E, 2005:

Okres użytkowania   Dowód dostatecznej odporności wg
do 5 lat            DIN EN 13249, Załącznik B 2
do 25 lat           DIN EN 13249, Załącznik B 3
do 100 lat          DIN EN 13249, Załącznik B 4,
(TL-Geok E-StB, 2005) i (M Geok E, 2005)

Bez przedłożenia wyników odpowiednich badań należy przyjmować wg (EBGEO, 1997) wartości A₄ dla okresu użytkowania do 100 lat jak następuje:
Poliamid (PA), aramid (A), Polipropylen (PP) i polietylen (PEHD) A₄ = 3,3
Poliwinyloalkohol (PVA) i poliester (PES) A₄ = 2,0.

Charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie - 2. stan graniczny

Dla sprawdzenia warunku 2. stanu granicznego należy posłużyć się izochronami i wyznaczyć wartość charakterystyczną wytrzymałości długoterminowej, F_k,ε. Stąd izochrony są integralną częścią każdej dokumentacji wykonawczej. Dla przykładu na rys. 2 pokazano izochrony dla geosiatki z PVA. Zgodnie z Instrukcją ITB 429/2007 (Wysokiński i Kotlicki, 2007) dla 2. stanu granicznego wyznaczać należy wartość charakterystyczną wytrzymałość na rozciąganie z warunku dopuszczalnego całkowitego wydłużenia następującym wzorem:

(11)

gdzie:
ß_ε - dopuszczalny stopień obciążenia zbrojenia dla danego dopuszczalnego wydłużenia zbrojenia ε_gr i danego okresu użytkowania budowli (t). Wartość ß_ε ustala się w oparciu o izochrony dla danego produktu, rys. 2.

W przypadku przyczółków lub podpór mostowych dodatkowo wyznacza się wartość charakterystyczną wytrzymałości zbrojenia dla warunku nie przekroczenia Δε:

(12)

gdzie:

ß_Δε - dopuszczalny stopień obciążenia zbrojenia dla danego dopuszczalnego przyrostu wydłużenia zbrojenia Δε od czasu zakończenia budowy do końca eksploatacji obiektu (Δt).

Niestety bardzo rzadko pojawiają się w specyfikacjach technicznych warunki stawiane wydłużeniom co oznacza, że projekt nie zawiera sprawdzenia warunków 2. stanu granicznego. Należy pamiętać o tym, że skutków wydłużeń pobudowlanych nie da się już kompensować bez ponoszenia kosztów, a zatem poprawnie sporządzony projekt bezwzględnie powinien zawierać dowody stateczności dla 1.- i 2.- stanu granicznego. Poza tym brakuje w specyfikacjach technicznych wartości wskaźników zazębienia się gruntu ze zbrojeniem, co uniemożliwia poprawny dobór typu zbrojenia zapewniającego wymagane zakotwienie.

Wnioski

Projektowanie konstrukcji ziemnych z geosyntetykami napotyka w Polsce na brak norm, przepisów czy też zaleceń technicznych. Stąd też projekty wykonywane są z pominięciem wielu zasadniczych aspektów, a w szczególności cechuje się brakiem dowodu na spełnienie drugiego stanu granicznego. W specyfikacjach technicznych bardzo często nie podaje się warunku na dopuszczalne wydłużenie zbrojenia, co jest poważnym ich mankamentem.

Przedstawione zasady wymiarowania konstrukcji ziemnych pozwalają na poprawne wykonanie statyki i to zarówno dla pierwszego, jak i drugiego stanu granicznego oraz poprawne sporządzenie specyfikacji technicznej do dokumentacji przetargowej. Do czasu wydania Polskiego Załącznika do EC 7 w zakresie projektowania konstrukcji z gruntu zbrojonego autor referatu proponuje opierać się przy projektowaniu tych konstrukcji na Instrukcji ITB 429/2007. Wartości cząstkowych współczynników bezpieczeństwa proponuje ustalać w oparciu o tablice 2 zawartą w niniejszym materiale.

Janusz Sobolewski
Huesker Synthetic GmbH, Niemcy

Materiał był prezentowany podczas Międzynarodowej Konferencji ENVIROAD 2009, 15-16 listopada 2009 r., Warszawa.

Literatura

Tweet