Projektowanie konstrukcji budowlanych, nasypów, murów oporowych oraz stromych skarp posadawianych  na słabonośnych podłożach wiąże się z modyfikacją właściwości tych gruntów. W dzisiejszych warunkach intensywnej urbanizacji i z tym związanej ograniczonej lokalizacji, często projektanci stają przed trudnym zadaniem posadowienia obiektu inżynierskiego na podłożu zbudowanym z utworów czwartorzędowych wieku holoceńskiego reprezentowanych w stropowych partiach przez torfy, pod którymi mogą występować dodatkowo jeszcze namuły, kredy i gytie. Szczególnie wyraźnie występuje to zjawisko przy budowie tras komunikacyjnych, które z racji swego optymalnego zarysu często prowadzą przez organogeniczne tereny.Grunty organiczne charakteryzują się stosunkowo niską nośnością i dużą odkształcalnością. Posiadają dużą wilgotność 200 ÷ 1200 %, małą wytrzymałość na ścinanie (ф = 2 ÷l0° i c = 4 ÷ 25kPa ) oraz niskie wartości modułów (Mo = 200  ÷ 2000 kPa ). Z punktu widzenia praktyki budowlanej, szczególnie mając już dość duże doświadczenia poszczególnych środowisk projektantów i wykonawców, określanie nośności podłoża gruntowego w danych warunkach obciążenia ułatwiają obecnie dostępne na rynku specjalistyczne programy komputerowe. Znalazły one szerokie zastosowanie w budownictwie między innymi w drogownictwie i kolejnictwie. Umożliwiają projektowanie prostych i złożonych nasypów posadawianych np. na gruntach słabonośnych, wysokich skarp, zabezpieczeń skarp „płynących" o małej stateczności oraz zagospodarowanie osuwisk. W sposób istotny pomagają rozwiązać problemy związane między innymi z określaniem poszczególnych stanów granicznych nośności i użytkowania, określaniem wielkości deformacji w fazie sprężystej wraz z osiadaniem i konsolidacją podłoża, określaniem stateczności lokalnej i ogólnej konstrukcji nasypu lub skarpy i przede wszystkim sposobu wzmocnienia podłoża o złożonych warunkach gruntowo - wodnych.

 

1. Sposoby modelowania układów i ich współoddziaływanie: konstrukcja – ośrodek gruntowy.

W większości przypadków mamy do czynienia z procedurami opartymi na MES z elementami membranowymi ( geotkaniny, geosiatki i geomembrany ) oraz modelami sztywno -plastycznymi i sprężysto - plastycznymi ośrodków gruntowych. Przy określaniu nośności granicznej zgodnie z normą posadowień bezpośrednich, używa się modelu sztywno - plastycznego z powierzchnią C - M → f ( c, Ø ) lub sprężysto - plastycznego z powierzchnią D-P→ f(E,ν). Przedstawione w nawiasach właściwości fizyko -mechaniczne gruntów są przedmiotem normalizacji. Przy określaniu deformacji podłoża gruntowego zbudowanego szczególnie z gruntów słabonośnych, stosuje się modele ze wzmocnieniem. W każdym przypadku, podejmując decyzję o wykorzystaniu programów komputerowych projektant jest zobligowany do zapoznania się z algorytmem modelowania numerycznego i poprawności doboru stosowanych modeli do rozpatrywanego problemu geotechnicznego. W większości przypadków, analizując dotychczasowe znane zaprojektowane i zrealizowane obiekty liniowe na gruntach organicznych ze wzmocnieniem geosyntetykami i drenażem pionowym, należy się liczyć z koniecznością przeprowadzania dodatkowych badań polowych i laboratoryjnych. Dokładne określenie parametrów fizyko - mechanicznych gruntów podłoża, szczególnie na próbkach NNS, wykonanych z pełną świadomością celu okazuje się nieodzowne w momencie przystępowania do modelowania i określania poszczególnych stanów granicznych nośności i użytkowania (osiadania, konsolidacji ). Dla gruntów organicznych, gdy dochodzi dodatkowo reologia i konsolidacja ( przyspieszenie konsolidacji drenażem pionowym ), należy wykonać badania:

kąta tarcia wewnętrznego i kohezji,  wilgotności naturalnej,  modułów edometrycznych i odkształcenia, współczynników konsolidacji Cv i Ch, parametrów ciśnienia wody porowej i współczynników  ν

 

2. Geosyntetyki i ich funkcje w konstrukcjach inżynierskich.

Do wykonania zbrojenia, stosowanego w robotach ziemnych, fundamentowych i w konstrukcjach oporowych stosuje się geosyntetyki na bazie następujących polimerów: - polietylen                 (PE ), - polipropylen             (PP), - poliamid             (PA), - poliester             (PTE → PES), - aramid             (AR), - polivinyloalkohol (PVA)

Jako warstwy ochronne włókien lub taśm stosuje się również polichlorek winylu (PCV). W celu zapewnienia odpowiednich właściwości wyrobom dodaje się również do ich wykonania rozmaite stabilizatory.

Rys. 1 Wykres wytrzymałości poszczególnych rodzajów włókien polimerowych w układzie ich wydłużenia.

 

 Geosyntetyki stosowane w konstrukcjach inżynierskich można podzielić na :

przepuszczalne: geotkaniny, geowłókniny, geosiatki, geokraty, georuszty, geokomórki i  geokompozyty, nieprzepuszczalne: geomembrany, bentomaty i geomembrany bentonitow

Rys.2. Wykres wytrzymałości geosyntetyków w układzie z podziałem funkcji

 

W większości przypadków spełniają one cztery podstawowe funkcje:

separacyjną – jako warstwy odcinające lub separujące  grunt podłoża od nasypu hamując tym samym mieszanie się tych gruntów jak również likwidując podciąganie wód kapilarnych i uniemożliwianie poprzez to powstawania  przełomów wiosennych w nawierzchniach bitumicznych, wzmacniającą – jako warstwy poprawiające nośność słabego podłoża pod nasypami lub polepszające wytrzymałość nawierzchni na rozciąganie, filtracyjną – jako filtry chroniące materiał przepuszczalny przed kolmatacją i zmianą właściwości filtracyjnych, drenującą – jako dreny odprowadzające wodę w płaszczyźnie geosyntetyków.

Geosyntetyki mogą i najczęściej pełnią jednocześnie więcej niż jedną z wymienionych wyżej funkcji.

Rys. 3.  Podstawowe funkcje geosyntetyków

W trakcie projektowania obiektów inżynierskich najistotniejsze są następujące parametry geosyntetyków:

wytrzymałość na rozciąganie,  wydłużalność,  wytrzymałość na przebicie CBR, wodoprzepuszczalność. otwartość porów.

Podstawowym czynnikiem decydującym o wyborze geosyntetyków do danej konstrukcji jest możliwość  jej wzmocnienia, ochrony i zapewnienia długotrwałej stateczności oraz obniżenia kosztów inwestycji. Połączenie wiedzy o właściwościach fizyko - mechanicznych geosyntetyków, kryteriach ich doboru do danych warunków gruntowo - wodnych jak i pełnionych funkcjach oraz umiejętność dokonywania obliczeń złożonych układów gruntowo - geosyntetycznych z doświadczeniem inżynierskim w tej dziedzinie daje dopiero pożądane efekty.

 

3. Właściwości związane z trwałością geosyntetyków.

Tradycyjne badania geosyntetyków koncentrują się nad zagadnieniami zachowania się tych materiałów w krótkim czasie po wyprodukowaniu. Pozostaje nadal otwartą kwestia ich zachowania w warunkach eksploatacyjnych, czyli ich trwałość. Duża ilość zastosowań oraz brak niejednokrotnie odpowiedzi na szereg pytań i normalizacji procesów projektowych i obliczeniowych spowodowały podjęcie badań w zakresach wcześniej niewyeksploatowanych. Badania i analizy dotyczą :

uszkodzeń w trakcie instalacji, zjawiska pełzania ( wydłużenie geosyntetyków pod stałym obciążeniem ), relaksacji naprężeń ( stałego odkształcenia ), ści Pozostało jeszcze 90% tekstu