7. Grunt Zbrojony Zasady Obliczania Gruntu Zbrojonego Wkładki Z Geowłókniny Gwoździowanie

Zasady Obliczania Gruntu Zbrojonego Ściany oporowe z gruntu zbrojonego można stosować we wszystkich rodzajach budownictwa. Duża odporność na odkształcenia podłoża pozwala posadawiać je na gruntach ściśliwych Schemat ściany oporowej z gruntu zbrojonego Nachylenie terenu Zagłębienie minimalne Dmin m 1 = 0o ho / 20 1 = 18o ho / 10 1 = 27o ho / 7 1 = 34o ho / 5 Zagłębienie minimalne ściany oporowej w gruncie

Obliczanie konstrukcji z gruntu zbrojonego

rozciągające zbrojenie powierzchni zniszczenia gruntu wskutek ścinania Sprawdzanie Stateczności Gruntu Zbrojonego ZEWNĘTRZNEJ – ze względu na poślizg wzdłuż podstawy i nośność podłoża WEWNĘTRZNEJ – ze względu na siły rozciągające zbrojenie i kotwiące zbrojenie w gruncie OGÓLNEJ – ze względu na możliwość osuwisk wzdłuż potencjalnych powierzchni zniszczenia gruntu wskutek ścinania

Sprawdzenie stateczności zewnętrznej Konstrukcja z gruntu zbrojonego jest traktowana jako jednolity masyw obciążony siłami wewnętrznymi i zewnętrznymi Obciążeniami wewnętrznymi są: ciężar własny masywu i wypór wody (gdy konstrukcja będzie zalana lub zalewana wodą), siła bezwładności (gdy konstrukcja będzie w rejonie trzęsień ziemi). Obciążeniami zewnętrznymi są: parcie zasypki utrzymywanej w równowadze przez masyw zbrojony, obciążenia stałe i zmienne działające na naziom masywu lub/i w jego bliskim sąsiedztwie, siły odporu gruntu.

Sprawdzenie stateczności zewnętrznej

Stateczność konstrukcji ze względu na poślizg Stateczność konstrukcji ze względu na poślizg wzdłuż podstawy będzie zapewniona, gdy zostaną spełnione następujące warunki: oraz gdzie: Rh, Rv – składowa pozioma i pionowa wypadkowego obciążenia w podstawie konstrukcji z gruntu zbrojonego, 1k, c1k – charakterystyczne wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu w masywie zbrojonym, fk, cfk – charakterystyczne wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu podłoża, L – długość warstw zbrojenia gruntu (w konstrukcji o przekroju prostokątnym), F3 – współczynnik materiałowy metody, m - cząstkowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany do tang ; w przypadku standardowej kombinacji obciążeń wynosi 1,20, a w przypadku kombinacji wyjątkowej 1,10, mc – cząstkowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany do c’; w przypadku standardowej kombinacji obciążeń wynosi 1,65, w przypadku kombinacji wyjątkowej 1,50.

Sprawdzanie stateczności ze względu na nośność podłoża

W przypadku konstrukcji z pionową ścianą czołową Sprawdzenie ze względu na nośność podłoża polega na stwierdzeniu spełnienia następującej nierówności gdzie: qfu – nośność graniczna podłoża kPa mq – częściowy współczynnik bezpieczeństwa nośności podłoża masywu zbrojonego, przyjmowany 1,50, qref = F3Rv/(L-2Mb/Rv) – obciążenie podłoża masywem gruntu zbrojonego, kPa. W przypadku konstrukcji z pionową ścianą czołową Rv, L – oznaczenia podane wyżej, Hm – jak na rysunku, Mb – moment wypadkowy w środku podstawy konstrukcji z gruntu zbrojonego, z pominięciem współczynnika metody F3, kNm/m.

Sprawdzenie Stateczności Wewnętrznej Celem jest stwierdzenie, czy naprężenia rozciągające w zbrojeniu masywu gruntowego będą w zakresie dopuszczalnym oraz, czy opory kotwienia zbrojenia będą odpowiednio większe, niż siły, które wyciągają zbrojenie z gruntu.

- gdy z  z0, to K(z) = Ka11,6 (1-z/z0) + z/z0 Najpierw określa się linię maksymalnych rozciągań zbrojenia gruntu. Maksymalne rozciąganie, na 1 m wzdłuż obudowy jest równe: gdzie: ha – rozstaw w pionie warstw zbrojenia m, h = Kv + qh - maksymalne naprężenie poziome w analizowanej warstwie zbrojenia (w linii maksymalnych rozciągań) spowodowane ciężarem jej nadkładu, kPa. Współczynnik K zależy od głębokości (z) położenia warstwy zbrojenia w masywie gruntowym: - gdy z  z0, to K(z) = Ka11,6 (1-z/z0) + z/z0 - gdy z  z0, to K(z) = Ka1 gdzie: z0 = 6 m, Ka = tg2(/4 - 1k/2) – współczynnik parcia czynnego dla masywu gruntu zbrojonego, 1 – współczynnik kształtu, przyjmowany: 1 = 1,0 w przypadku zbrojenia gruntu taśmami (płaskownikami), 1 = 1,5 w przypadku zbrojenia gruntu powłokami (np. geosiatkami).

Naprężenie pionowe v w poziomie (z) określa się podobnie, jak w przypadku sprawdzania stateczności zewnętrznej, tzn. obliczając wypadkowe obciążeń (powyżej analizowanej warstwy) i rozkładając je zgodnie z zasadą Meyerhofa na szerokość (L(z) – 2ex). W przypadku pionowej obudowy gdzie: Rv (z) – wypadkowa obciążeń w poziomie (z) kN/m, L(z) – długość elementu zbrojącego w poziomie (z) m, ex = M(z) / Rv(z), M(z) – moment przewracający w poziomie (z), w środku warstwy zbrojenia; jest on wypadkowym wszystkich momentów powodowanych przez obciążenia przyłożone powyżej poziomu (z), z uwzględnieniem ich rozłożenia kNm/m, vq – naprężenie pionowe wskutek obciążania nazizmu konstrukcji z gruntu zbrojonego, z uwzględnieniem rozłożenia tego obciążenia kPa. Gdy konstrukcja z gruntu zbrojonego będzie obciążona siłami poziomymi poprzecznymi do obudowy (np. wskutek parcia hydrostatycznego lub hamowania na naziomie), wtedy należy uwzględnić rozciągania zbrojenia gruntu spowodowane tymi siłami.

Naprężenie rozciągające przy obudowie konstrukcji oblicza się wzorem gdzie: K, ha – podano wyżej, i – współczynnik zależny od podatności obudowy i położenia linii maksymalnych rozciągań; jego wartość zmienia się odpowiednio do głębokości i w przypadku budów pionowych wynosi: io = 0,75 – dla bardzo odkształcalnych obudów (metalowych i z geosiatek, if = 2), = 0,85 – dla umiarkowanie odkształcalnych obudów (z prefabrykatów betonowych, if = 1), = 1,00 – dla sztywnych obudów (z betonowych płyt o długości równej wysokości konstrukcji, if = 0), if – wskaźnik sztywności obudowy, vi – naprężenie pionowe odpowiadające funkcji i; dla konstrukcji oporowych wynosi i = 1,0, dla przyczółków i = 2,0 kPa.

F3tm  rck/mt F3tp  rak/mt Sprawdzenie bezpieczeństwa każdej warstwy zbrojącej ze względu na zerwanie polega na stwierdzeniu, że będą spełnione następujące nierówności: F3tm  rck/mt F3tp  rak/mt gdzie: tm, tp – maksymalne rozciągania zbrojenia podane wyżej, rck = Acd  r – wytrzymałość charakterystyczna warstwy zbrojenia kN/m, rak = Aad  r – wytrzymałość charakterystyczna warstwy zbrojenia w połączeniu z obudową kN/m, Acd – pole przekroju warstwy zbrojenia m2/m, Aad – pole przekroju zbrojenia w połączeniu z obudową m2/m, r – wytrzymałość zbrojenia na rozciąganie kPa, mt – częściowy współczynnik bezpieczeństwa ze względu na zerwanie warstwy zbrojącej, przyjmowany 1,50 dla konstrukcji standardowych oraz 1,65 dla szczególnych (tzn. których wcześniejsza nieprzydatność użytkowa niż przyjęto w projekcie może mieć bardzo niekorzystne następstwa albo, których szczegółowe inspekcje lub naprawy spowodują straty finansowe, nie akceptowane przez użytkowników).

Obudowa konstrukcji z gruntu zbrojonego musi odpowiadać nierówności: W każdej warstwie zbrojenia oraz, gdy konieczne, to także w linii maksymalnych rozciągań musi być spełniona następująca nierówność: F3tm  rf/mf gdzie: F3, tm, rf – podano wyżej, mf – częściowy współczynnik bezpieczeństwa kotwienia zbrojenia przyjmowany 1,20 w przypadku konstrukcji standardowych, 1,30 – konstrukcji szczególnych. Obudowa konstrukcji z gruntu zbrojonego musi odpowiadać nierówności: F3tp  rpk/mp rpk – charakterystyczna wytrzymałość obudowy w punktach połączenia ze zbrojeniem kN/m, mp – częściowy współczynnik bezpieczeństwa wytrzymałości obudowy przyjmowany 1,65 w przypadku obudów betonowych i 1,50 – obudów metalowych.

Sprawdzenie Stateczności Ogólnej Uwzględnia się wszystkie potencjalne powierzchnie zniszczenia gruntu oraz przeciwdziałanie osuwiskom przez jego wytrzymałość na ścinanie wzdłuż tych powierzchni i zwiększenie stateczności gruntu przez warstwy zbrojenia przecięte powierzchniami zniszczenia W przypadku gruntu jednorodnego potencjalna powierzchnia zniszczenia ma zwykle kształt cylindryczny

Maksymalna wartość rozciągania zmobilizowana w zbrojeniu w miejscu przecięcia powierzchnią zniszczenia jest ograniczona przez tarcie grunt – zbrojenie, które może być zmobilizowane poza tą powierzchnią, wytrzymałość zbrojenia, wytrzymałość obudowy w połączeniach ze zbrojeniem, zwiększoną o wartość tarcia wzdłuż elementów zbrojących, zmobilizowaną między połączeniami z obudową i rozpatrywaną powierzchnią zniszczenia.

Rozciąganie ma bezpośredni wpływ na stateczność konstrukcji i może mieć wpływ pośredni, ponieważ powoduje naprężenia w masywie gruntu zbrojonego. Udział zbrojenia gruntu w utrzymaniu ogólnej stateczności konstrukcji wyrażają siły FR występujące w każdej warstwie zbrojenia przeciętej przez powierzchnię zniszczenia. Siły te odpowiadają rozciąganiem występującym z obu stron tej powierzchni: gdzie:  - obejmuje wszystkie warstwy zbrojenia przecięte przez powierzchnię zniszczenia, rs – min rck/mt; rfe/mf; rpk/mp; rfi/mf   - oznaczenie funkcji rs – wytrzymałość warstwy zbrojenia poza powierzchnią zniszczenia kN/m, rfi – opór tarcia warstwy zbrojenia na jej odcinku między obudową i powierzchnią zniszczenia kN/m, rfe – opór tarcia warstwy zbrojenia poza powierzchnią zniszczenia kN/m, mt, mp, mf – częściowe współczynniki bezpieczeństwa.

- standardową (stan graniczny nośności) W analizie stateczności ogólnej należy uwzględnić wszystkie potencjalne kombinacje obciążeń - standardową (stan graniczny nośności) - przypadkową (stan graniczny nośności) W tych wzorach: Sd, S – wypadkowe kombinacji obciążeń, Gmax, Gmin – obciążenia stale (Gmax, gdy niekorzystne, Gmin, gdy korzystne) Q1 – obciążenie zmienne podstawowe, Qi – dodatkowe (i 1), FA, FR, FW, FT – odpowiednio obciążenia: wyjątkowe (rzadkie), warstwy zbrojenia, hydrostatyczne, kotwy gruntowej (gdy kotwy są stosowane, np. do wzmocnienia podłoża konstrukcji usytuowanej na zboczu), 1i, 2i – mnożniki obciążenia: przyjmowane w wyjątkowych kombinacjach obciążeń: do obciążenia podstawowego (Q1) oraz dodatkowego (Qi), uwzględniające stopień prawdopodobieństwa jednoczesnego wystąpienia dwóch lub kilku obciążeń zmiennych.

Należy sprawdzić spełnienie warunku równowagi momentów: M(Sd)  M(d) gdzie: M(Sd) – moment przewracający powodowany przez obciążenia konstrukcji kNm/m, M(d) – moment utrzymujący konstrukcję powodowany przez wytrzymałość na ścinanie gruntu wzdłuż powierzchni zniszczenia kNm/m.

Sprawdzenie stateczności ze względu na nośności podłoża Polega na oszacowaniu wartości deformacji, które wystąpią po zbudowaniu konstrukcji z gruntu zbrojonego. Konstrukcje te charakteryzują się dużą podatnością, ale gdy wystąpią znaczne deformacje, to mogą niekorzystnie oddziałać na budowle oparte na zbrojonym masywie lub znajdujące się w bliskim sąsiedztwie. Przyczyny deformacji masywu zbrojonego mogą być wewnętrzne lub zewnętrzne (osiadania i konsolidacja). Ponieważ zbrojenie jest praktycznie nierozciągliwe, dlatego uwęglenia się w projekcie tylko przyczyny zewnętrzne. Oszacowanie osiadań ma na celu wykazanie, że spowodowane nimi deformacje będą w zakresie dopuszczalnym dla budowli opartych na konstrukcji z gruntu zbrojonego i znajdujących się w zasięgu wpływu deformacji podłoża. W obliczeniach osiadań uwzględnia się tylko kombinacje obciążeń stałych i prawie stałych.