plik pdf - Wydział Inżynierii Lądowej - Politechnika Warszawska

plik pdf - Wydział Inżynierii Lądowej - Politechnika Warszawska plik pdf - Wydział Inżynierii Lądowej - Politechnika Warszawska

wektor.il.pw.edu.pl
from wektor.il.pw.edu.pl More from this publisher
12.07.2015 Views

26 Konstrukcyjne i technologiczne aspekty budowli ziemnych Konstrukcyjne i technologiczne aspekty budowli ziemnych 27ważającej liczbie przypadków, w żaden sposób nie przystają do wymaganychkonstrukcyjnie parametrów projektowanego spodu wykopu. Tym samym gruntrodzimy podłoża budowlanego na ogół nie nadaje się na górne części nasypuoraz na podłoże nasypu, bowiem nie spełnia wymagań parametrów zawartychw warunkach (B). Najnowocześniejsze systemy automatycznego projektowaniadróg i kolei nie mogą w tym względzie zastąpić wiedzy i doświadczeniaprojektanta, który kształtuje budowlę nie tylko pod względem wymiarówgeometrycznych, ale także i przede wszystkim pod względem jakości i trwałościmateriałów budowlanych, pośród których grunt występuje w przeważającejilości i jest ośrodkiem, w którym wykonujemy drogę lądową o pożądanychwymiarach geometrycznych i stateczności mechanicznej.Poaioż« nawierzchni- strefa aktywna budowli ziemnej/ -" _. .. !'\---_~_----------------, ,,,Pod/ote nawierzchni- strefa aktywna budowli ziemnej AB • p [Mglcm1, Wno.ś [",{,]I. [",{,],E 2 [MPa]Rys. 2.4. Schemat układu przekroju poprzecznego nasyp-wykop z oznaczeniami konstrukcjigeotechnicznejdzi do traktowania tej warstwy jako kolejnej warstwy podbudowy, która z definicjijest częścią wielowarstwowej nawierzchni drogowej. W istocie, oznaczato przesunięcie granicy głębokości "zasięgu" podłoża gruntowego nawierzchnidrogi samochodowej, które powinno permanentnie spełniać warunki (A) orazimplikujące (B).2.3. PODATNOŚĆ PODŁOŻY NA WIERZCHNIprzy doświadczalnym określaniu skuteczności stosowania poszczególnychwarstw gruntowych oraz warstw z geotekstyliarni należy ustalić konsekwentniestosowane kryterium pomiaru lub miarę. Zakładając perspektywę projektowanychpomiarów poligonowych, wydaje się, że skuteczną w takim przypadkumoże być podatność podłoża nawierzchni o różnych parametrach mechanicznych,rodzaju modułów odkształceń, modułów deformacji objętościowej,współczynników osiadań itp. [15, 39, 46, 57]. Ogólnie, jest to zdolność warstwygruntowej do odkształceń, sprężystych i trwałych, pod wpływem obciążeń.W gruntoznawstwie drogowym, przy projektowaniu nawierzchni sztywnychwyznacza się tak zwany współczynnik podatności podłoża k , lktóry jestznany od połowy XIX wieku jako współczynnik podłoża Winkierak = !I (2.2)l 'Wgdzie: q - nacisk jednostkowy [kN .m- 2 ] ,w - osiadanie sprężyste podłoża gruntowego [m].Standardową i powszechną miarą podatności podłoży gruntowych, a jednocześniepośrednią miarą zagęszczenia jest moduł odkształcenia E. Pomiarwykonuje się kompletną aparaturą VSS według normy [71], za pomocą stalowejpłyty o średnicy 0,30 m, określając pierwotny moduł odkształcenia Eli wtórny moduł odkształcenia E2' oraz pochodny im wskaźnik odkształcenialo (stosunek E 2/E ) Iz zachowaniem procedury wstępnego obciążenia płytą.Pomiar ten można uznać za statyczny.Na ogół parametry gruntów rodzimych na długości drogi różnią się odwymaganych bądź są zgoła inaczej definiowane, czyli są to jakościowo inneparametry gruntu. Niemal z całą pewnością nie spełniają warunków wymaganejgrupy nośności podłoża Gl. Znane wątpliwości odnośnie obowiązywaniaPolskich Norm i norm zharmonizowanych z EN [4] nie stanowią przeszkódw aplikacji rzetelnej wiedzy technicznej w całym procesie inwestycyjnymbudowli. Nie należy się też spodziewać, że braki w zakresie odpowiedniegopoziomu wiedzy technologicznej w budowie dróg zostaną uzupełnione przezodpowiednie normy unijne. Istniejące regulacje prawne i techniczne, przytaczanewcześniej, całkowicie" wyczerpują problem właściwej jakości podłożydróg, zwłaszcza w odniesieniu do ich korpusu ziemnego. Konfirmując teregulacje, należy je stosować, a postanowienia traktować jako wymaganiaminimalne, zaś dla odcinków dróg w bardzo złożonych warunkach gruntowo--wodnych należy anałizować je oddzielnie. W tych szczególnych przypadkachpodłoże nawierzchni musi stanowić warstwa wzmocniona, i wówczas dochogdzie:ElE 2IlP I ,231lP t DE = .l 41ls ' 131lP 2 DE2 = 41ls2(2.3)pierwotny moduł odkształcenia [MPa],wtórny moduł odkształcenia [MPa],różnica obciążeń w pierwszym i drugim cyklu obciążeniaw zakresie od 0,05 MPa do 0,15 MPa w przypadku podłożagruntowego - (od 0,15 MPa do 0,25 MPa przy podłożu ulepszonym),

28 Konstrukcyjne i technologiczne aspekty budowli ziemnych~Sl 2 - przyrost przemieszczeń odpowiednio w l i 2 cyklu obciąże-. nia, odpowiadający podanemu zakresowi obciążeń,D - średnica płyty pomiarowej.Zależność między współczynnikiem pierwotnego odkształcenia El a parametremw można określić, wykorzystując znany wzór Gorbunowa-Posadowa [11]:gdzie: qDElVww = qwD(l - v 2 ) i E = qwD(1 - v 2 ) (2.4)IElwobciążenie jednostkowe przekazywane przez powierzchnię płytyna półprzestrzeń sprężystą [leN' m- 2 ],średnica lub szerokość płyty obciążającej [m],współczynnik pierwotnego odkształcenia gruntu [leN'm- 2 ],współczynnik Poissona gruntu,współczynnik kształtu płyty, sztywności i miejsca punktu mierzonegoosiadania, od 0,56 do 2,25, a dla płyty okrągłej od 1,00 do0,85.Ze wzoru (2.4) wynika, że odkształcalność podłoża pod wpływem naciskówzależy w zasadniczym stopniu od kształtu powierzchni nacisku i charakterystykisiły nacisku. Kształt pola nacisku w formie prostokąta spodu częścipodkładu, który występuje na drogach szynowych, może być uwzględnionypoprzez w. W przypadku dróg szynowych, w podłożu nawierzchni mamy doczynienia z obciążającym kształtem wydłużonego prostokąta spodu podkładui znacznie większymi obciążeniami. Stąd, charakterystyką podatności podłożanawierzchni szynowej jest analogiczny współczynnik C (również znany jakowspółczynnik Winkiera), określany jako:gdzie: p - średnie ciśnienie spodu podkładu [leN'm- 2 ],C = J!... (2.5)SśrSśr - średnie, sprężyste osiadanie podkładu pod obciążeniem użytkowym[m].Struktura tego współczynnika zachowuje całkowicie postać wzoru (2.2)oraz związków (2.3) i (2.4). W konstrukcjach dróg szynowych występuje teżskala jakości podłoża nawierzchni jako zespołu pryzmy podsypki i podłożagruntowego, określająca jego jakość. Rozróżnia się podłoża: złe - gdyC = 2 leN· m -3, dostateczne - gdy C = 5 leN· m -3 i bardzo dobre - gdyC = 10 kN· m -3 (jeśli szerokość wynosi l m, to C = 1 kG· cm -2). Występujezatem pełna analogia pojęć charakterystyki podatności obu rodzajównawierzchni dróg, przy czym współczynniki k li C charakteryzują sztywnośćpodłoży nawierzchni tylko w zakresie sprężystym. Inną miarą podatności jestKonstrukcyjne i technologiczne aspekty budowli ziemnych 29parametr Ed uzyskiwany za pomocą lekkiego ugięciomierza udarowego, któryskłada się ze stalowej płyty o średnicy 300 mm lub 350 mm, obciążanej uderzeniemciężaru 10 kg z wysokości l m za pośrednictwem układu amortyzacji[62]. Jako zasadę określania dynamicznego modułu podłoża Ed przyjęto [62]:e, = k °rruu D (2.6)E U 'rruugdzie: k Ewspółczynnik empiryczny w zależności od przyjmowanych°maxDUmu-gdzie: c pN/,pk, mczyliN (e. )l/m (C. )4.4 84[s _ Pl _ PlN fj- cps - C ps 'gdzie: "»: c pszałożeń, 0,75 lub 0,69,wartość nacisku zależna od cięzaru obciążnika, wysokościspadania oraz średnicy płyty [MN/m 2 ],średnica płyty [mm],przemieszczenie sprężyste [mm].Ten sposób określania dynamicznego parametru podatności podłoża traktowanyjest jako poza normowy, bowiem nigdy nie został zaakceptowany przezPolski Komitet Normalizacyjny, jakkolwiek istnieją zależności korelacyjnepozwalające z pewnym przybliżeniem przeliczyć na parametry normowe.Szczególną miarą podatności jest kryterium odkształceń podłoża nawierzchni,stosowane w większości metod projektowania warstw nawierzchni [25]. Wyrażasię ona następującą formułą:e = k(l/N )m (2.7)p/'P'- odkształcenie pionowe wywołane na górnej powierzchni podłożagruntowego przez obciążenie osią,- łiczba dopuszczalnych obciążeń do osiągnięcia krytycznej głę-.bokości koleiny,- współczynniki empiryczne, które według kryterium InstytutuAsfaltowego są równe: k = 1,05; m = 0,223,(2.8)pionowe odkształcenia wywołane na górnej powierzchnipodłoża gruntowego odpowiednio przez obciążenie osiąrzeczywistą U ) i standardową (S).Zależność (2.7) jest zatem kryterium zmęczeniowym podłoża gruntowegonawierzchni, związanym ściśle z hipotezą Meinera i nieco odległym od przedmiotuprojektowanych pomiarów i dociekań. Według tej hipotezy konstrukcjeobciążone naprężeniami o wartości a l' 02' 03' ... , om O odpowiadającej imliczbie cykli nl'n 2 ,n 3 , ...,n mulegają zniszczeniu. W istocie, przy wszelkiegorodzaju pomiarach doświadczalnych, najbardziej miarodajny jest pomiar

26 Konstrukcyjne i technologiczne aspekty budowli ziemnych Konstrukcyjne i technologiczne aspekty budowli ziemnych 27ważającej liczbie przypadków, w żaden sposób nie przystają do wymaganychkonstrukcyjnie parametrów projektowanego spodu wykopu. Tym samym gruntrodzimy podłoża budowlanego na ogół nie nadaje się na górne części nasypuoraz na podłoże nasypu, bowiem nie spełnia wymagań parametrów zawartychw warunkach (B). Najnowocześniejsze systemy automatycznego projektowaniadróg i kolei nie mogą w tym względzie zastąpić wiedzy i doświadczeniaprojektanta, który kształtuje budowlę nie tylko pod względem wymiarówgeometrycznych, ale także i przede wszystkim pod względem jakości i trwałościmateriałów budowlanych, pośród których grunt występuje w przeważającejilości i jest ośrodkiem, w którym wykonujemy drogę lądową o pożądanychwymiarach geometrycznych i stateczności mechanicznej.Poaioż« nawierzchni- strefa aktywna budowli ziemnej/ -" _. .. !'\---_~_----------------, ,,,Pod/ote nawierzchni- strefa aktywna budowli ziemnej AB • p [Mglcm1, Wno.ś [",{,]I. [",{,],E 2 [MPa]Rys. 2.4. Schemat układu przekroju poprzecznego nasyp-wykop z oznaczeniami konstrukcjigeotechnicznejdzi do traktowania tej warstwy jako kolejnej warstwy podbudowy, która z definicjijest częścią wielowarstwowej nawierzchni drogowej. W istocie, oznaczato przesunięcie granicy głębokości "zasięgu" podłoża gruntowego nawierzchnidrogi samochodowej, które powinno permanentnie spełniać warunki (A) orazim<strong>plik</strong>ujące (B).2.3. PODATNOŚĆ PODŁOŻY NA WIERZCHNIprzy doświadczalnym określaniu skuteczności stosowania poszczególnychwarstw gruntowych oraz warstw z geotekstyliarni należy ustalić konsekwentniestosowane kryterium pomiaru lub miarę. Zakładając perspektywę projektowanychpomiarów poligonowych, wydaje się, że skuteczną w takim przypadkumoże być podatność podłoża nawierzchni o różnych parametrach mechanicznych,rodzaju modułów odkształceń, modułów deformacji objętościowej,współczynników osiadań itp. [15, 39, 46, 57]. Ogólnie, jest to zdolność warstwygruntowej do odkształceń, sprężystych i trwałych, pod wpływem obciążeń.W gruntoznawstwie drogowym, przy projektowaniu nawierzchni sztywnychwyznacza się tak zwany współczynnik podatności podłoża k , lktóry jestznany od połowy XIX wieku jako współczynnik podłoża Winkierak = !I (2.2)l 'Wgdzie: q - nacisk jednostkowy [kN .m- 2 ] ,w - osiadanie sprężyste podłoża gruntowego [m].Standardową i powszechną miarą podatności podłoży gruntowych, a jednocześniepośrednią miarą zagęszczenia jest moduł odkształcenia E. Pomiarwykonuje się kompletną aparaturą VSS według normy [71], za pomocą stalowejpłyty o średnicy 0,30 m, określając pierwotny moduł odkształcenia Eli wtórny moduł odkształcenia E2' oraz pochodny im wskaźnik odkształcenialo (stosunek E 2/E ) Iz zachowaniem procedury wstępnego obciążenia płytą.Pomiar ten można uznać za statyczny.Na ogół parametry gruntów rodzimych na długości drogi różnią się odwymaganych bądź są zgoła inaczej definiowane, czyli są to jakościowo inneparametry gruntu. Niemal z całą pewnością nie spełniają warunków wymaganejgrupy nośności podłoża Gl. Znane wątpliwości odnośnie obowiązywaniaPolskich Norm i norm zharmonizowanych z EN [4] nie stanowią przeszkódw a<strong>plik</strong>acji rzetelnej wiedzy technicznej w całym procesie inwestycyjnymbudowli. Nie należy się też spodziewać, że braki w zakresie odpowiedniegopoziomu wiedzy technologicznej w budowie dróg zostaną uzupełnione przezodpowiednie normy unijne. Istniejące regulacje prawne i techniczne, przytaczanewcześniej, całkowicie" wyczerpują problem właściwej jakości podłożydróg, zwłaszcza w odniesieniu do ich korpusu ziemnego. Konfirmując teregulacje, należy je stosować, a postanowienia traktować jako wymaganiaminimalne, zaś dla odcinków dróg w bardzo złożonych warunkach gruntowo--wodnych należy anałizować je oddzielnie. W tych szczególnych przypadkachpodłoże nawierzchni musi stanowić warstwa wzmocniona, i wówczas dochogdzie:ElE 2IlP I ,231lP t DE = .l 41ls ' 131lP 2 DE2 = 41ls2(2.3)pierwotny moduł odkształcenia [MPa],wtórny moduł odkształcenia [MPa],różnica obciążeń w pierwszym i drugim cyklu obciążeniaw zakresie od 0,05 MPa do 0,15 MPa w przypadku podłożagruntowego - (od 0,15 MPa do 0,25 MPa przy podłożu ulepszonym),

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!