Zjawiska filtracji, przesiąków i sufozji w budownictwie. Skuteczne systemy zabezpieczeń stateczności i odwodnienia.

Transkrypt

1 Zjawiska filtracji, przesiąków i sufozji w budownictwie. Skuteczne systemy zabezpieczeń stateczności i odwodnienia. ( Materiały szkoleniowe ) Opracował: Piotr Jermołowicz tel p.jermolowicz@wp.pl Warszawa, 13 kwietnia 2015 r.

2 Wstęp Z trzech rodzajów wody występującej w gruncie ( woda związana, kapilarna, gruntowa), to woda gruntowa ma najbardziej istotny wpływ na roboty fundamentowe obiektów budowlanych jak również na posadowienia i stateczności nasypów i wykopów. Bezpośrednie oddziaływanie wody gruntowej widoczne jest szczególnie przy wykonywaniu wykopów. Ruch wody gruntowej zw. filtracją lub przesączaniem zależy od ośrodka gruntowego jego uziarnienia, struktury i porowatości. Te zależności sprawiają wiele problemów, o których będzie mowa w dalszej części tych materiałów, stąd jest niemożliwym zbadanie zjawiska filtracji i podanie reguł z dokładnością, z jaką określa się np. ruch wody w przewodach. W praktyce stosuje się znaną empiryczną zależność podaną przez Darcy: v = k i v prędkość filtracji [m/s] k - współczynnik filtracji [m/s] i - h/l spadek hydrauliczny (gradient) strata naporu wody h na odległości l Rys. 1. Ruch wody gruntowej W profilu gruntowym wyróżnia się strefę aeracji leżącą ponad zwierciadłem wody gruntowej, gdzie pory są częściowo wypełnione wodą oraz strefę saturacji o porach wypełnionych całkowicie wodą. I ta ostatnia strefa będzie stanowić przedmiot dalszych rozważań. W przypadku swobodnego zwierciadła wody gruntowej jej ruch możliwy jest dzięki pochyleniu zwierciadła. Woda gruntowa znajdująca się pod ciśnieniem między warstwami nieprzepuszczalnymi po wykonaniu otworu podnosi się w nim. Jeżeli ciśnienie jest tak duże, że wypływa nad powierzchnię terenu wtedy nazywana jest artezyjską, natomiast wodą subartezyjską jest ta, której podniesione w otworze zwierciadło nie osiąga powierzchni terenu. Ruch wody gruntowej odbywa się z małymi prędkościami, gdyż istnieją duże opory hydrauliczne w krętych i wąskich kanalikach. Dominujący jest ruch laminarny, natomiast w niektórych większych kanalikach bądź w rumoszach skalnych, a także w sąsiedztwie budowli piętrzących wodę, może wystąpić ruch burzliwy. Najczęściej uważa się, że ruch laminarny

3 trwa dotąd, gdy liczba Reynoldsa Re =!"# %&', przy czym za symbol d bierze się tu $ miarodajną średnicę ziaren z krzywej uziarnienia (d 10 ). Prędkość krytyczna, po której przekroczeniu występuje ruch burzliwy, jest trudna do określenia. Dla piasków przyjmuje się, że powyżej v = m/s rozpoczyna się ruch burzliwy. Tab. 1. Orientacyjne wielkości współczynnika wodoprzepuszczalności gruntów naturalnych [ 17] 1.! Zasady wykonawstwa robót w trudnych warunkach gruntowo-wodnych. Hydrotechnika i hydrogeotechnika to przede wszystkim całokształt zagadnień dotyczących synergii obiektów budowlanych i środowiska wodnego w tym m.in. rzek, mórz i wód gruntowych z wykorzystaniem efektów do celów gospodarczych. Planując realizację obiektów budownictwa hydrotechnicznego należy pamiętać o jego specyfice i zdawać sobie sprawę z uwarunkowań panujących w tej dziedzinie. Realizacja budowli wodnych i nie tylko związana jest z wodą, jej złożonością i warunkami. Każdorazowo organizacja robót uwzględniać powinna przepływy wód i ich oddziaływanie na konstrukcje. Problem przepustowości wody lub jej ujmowania w trakcie realizacji inwestycji jest najbardziej charakterystyczną cechą placów budów obiektów budowlanych. Stąd też specyfika budownictwa wodnego i ziemnego wymaga w całym procesie inwestycyjnym doskonałego przygotowania kadry projektantów i wykonawców z zakresu hydrologii, geologii, geotechniki, mechaniki budowli, hydrauliki itd.

4 Prawidłowy proces prac studialnych i projektowych opiera się na analizach i badaniach począwszy od dobrego rozpoznania warunków hydro-geotechnicznych. Dobrze wykonany projekt, prawidłowa realizacja obiektu i właściwie prowadzona eksploatacja zmniejszają na ogół prawdopodobieństwo wystąpienia katastrof i awarii. Woda w swoim obiegu w przyrodzie jest najbardziej agresywnym czynnikiem wywołującym erozję gruntu. Zakres zniszczeń spowodowanych przez erozję jest bardzo zróżnicowany i zależy od wielu czynników:! energii kinetycznej wody,! podatności gruntu,! podatności konstrukcji,! błędów w trakcie rozpoznawania gruntów,! błędów projektowych i wykonawczych,! zastosowania materiałów. Erozja jest więc procesem naturalnym, stanowiącym część cyklu geologicznego w całym systemie hydrologicznym, a działania ludzkie związane z ochroną przed erozją mają jedynie na celu osłabienie tego procesu. W ramach tego szkolenia rozpatrzone zostaną problemy ochrony przed erozją, w których mogą być użyte z powodzeniem geosyntetyki i wyroby pokrewne. Ochrona przed powodzią aglomeracji położonych nad ciekami, ich bezpieczeństwo, ochrona ekologicznych warunków rzeki i jej zlewni, a także planowa dbałość o ich stan jako dróg transportowych to jeden z głównych problemów hydrotechniki. W tym przypadku działanie erozyjne wody ma dwa aspekty:! wypłukiwanie i transport rumoszu w dół rzeki,! falowanie i rozmywanie. Drugim problemem jest ochrona przed procesem erozji gruntu szczególnie powierzchni nieosłoniętych. W tym przypadku erozja jest funkcją wielu zmiennych. Jednakże największe znaczenie ma tu energia erozyjna deszczu i podatność gruntu na erozję od wód płynących i spływu powierzchniowego. Trzecim czynnikiem, niejednokrotnie niezauważanym, jest prawidłowo zaprojektowany drenaż dla właściwego uregulowania stosunków gruntowo-wodnych i stabilizacji gruntu na skarpach nasypów i wykopów. Infrastruktura towarzysząca w budownictwie hydrotechnicznym to przede wszystkim obiekty retencyjno-rozsączające, rowy drogowe, poldery itp. W każdym z tych wymienionych zakresów z powodzeniem można stosować geosyntetyki zastępując tradycyjne konstrukcje lub uzupełniając o dodatkowe właściwości, które w tradycyjnym ujęciu byłyby nie do uzyskania.

5 2.! Działanie wody gruntowej. Ze względu na to, że woda gruntowa jest jedną z głównych przyczyn powstawania osuwisk w zboczach wymaga tym samym szczególnej uwagi, dokładnego rozpoznania i uwzględnienia w analizach stateczności. Wyznaczenie ustalonego przepływu wody w zboczach to zadanie dla hydrogeologów z dużym doświadczeniem. Jak pokazuje dotychczasowa praktyka, ilość awarii i katastrof jest wynikiem braku wiedzy w tym zakresie i ograniczania się tylko do własnych umiejętności i doświadczenia. Woda gruntowa wpływa na układ sił i naprężeń w zboczu, powodując w warunkach ustalonego przepływu dodatkowe obciążenie gruntu siłami hydrodynamicznymi lub zmniejszając siły oporu ścinania (jako wynik wzrostu ciśnienia porowego) w strefie potencjalnego poślizgu. Z drugiej strony woda gruntowa zwiększając w przypadku braku lub nieprawidłowego odwodnienia lub zmniejszając w procesie konsolidacji wilgotność gruntu w zboczu, oddziałuje w istotny sposób na wytrzymałość gruntu decydującą o stateczności zbocza. Można rozważać trzy zasadnicze przypadki działania wody gruntowej w zboczu, a mianowicie: 1.! zbocze podtopione wodą, 2.! ustalony przepływ wody w zboczu, 3.! ciśnienie wody w porach, wywołane szybkim wykonywaniem nasypu lub wykopu w gruncie spoistym. Przy częściowym lub całkowitym podtopieniu zbocza wodą następuje zmiana układu sił, które działają na masyw potencjalnego osuwiska. Rys.2. Siły działające na masyw osuwiska w zboczu podtopionym wodą.[5] Dochodzi dodatkowo parcie wody U i gęstość objętościowa gruntu z uwzględnieniem wyporu wody. Zmieniające się układy sił naruszają normalny porządek i zmniejszają ogólną stateczność w zależności oczywiście od tempa stabilizacji zwierciadła wody wewnątrz masywu gruntowego.

6 Tak więc moment sił względem dowolnego punktu obrotu O naruszających równowagę zbocza będziemy liczyć według równania: M 0 = W 1 x 1 + W 2 x 2 gdzie: W 2 = W 2 U Zjawisko ustalonego przepływu wody w gruncie występuje w wielu obiektach sztucznych, którymi są zapory ziemne o różnym przeznaczeniu, jak i w zboczach naturalnych. Ruch wody w gruncie powoduje powstanie sił hydrodynamicznych, działających zgodnie z kierunkiem przepływu wody, o wartości określonej wzorem: J = V i Ɣ w gdzie: V objętość gruntu przez który przepływa woda, i spadek hydrauliczny, Ɣ w - ciężar objętościowy wody Siły hydrodynamiczne są siłami wewnętrznymi, dążącymi do przesunięcia szkieletu gruntowego. W celu poprawnego określenia sił hydrodynamicznych konieczne jest wyznaczenie hydrodynamicznej siatki filtracji. Siatka hydrodynamiczna umożliwia określenie sił hydrodynamicznych w analizowanym zboczu. Rys.3. Hydrodynamiczna siatka filtracji w zboczu.[26] W zależności od zastosowanej metody sprawdzania stateczności zbocza oblicza się wypadkową sił hydrodynamicznych, działających na masyw osuwiska, lub też siły działające na poszczególne elementy tego masywu (np. w metodzie pasków). Analizując stateczność zbocza metodą stanu granicznego uwzględnia się dodatkowe siły masowe, wywołane przepływem wody w gruncie. Występowanie wody w zboczach, zarówno w przypadku podtopienia wodą jak i w przypadku przepływu wody przez grunt, jest związane z istnieniem ciśnienia wody i powietrza, wypełniającego pory gruntu, które jest nazywane ciśnieniem porowym. Ciśnienie to zależy od

7 poziomu zwierciadła wody gruntowej, którą w tym przypadku można potraktować jako obciążenie wewnętrzne. Analizując różne przypadki działania wody gruntowej, można zauważyć że rozkład ciśnienia porowego w zboczu nie ma praktycznie wpływu na siły naruszające równowagę zbocza. Siła masowa będzie zależeć tylko od gęstości objętościowej gruntu o różnym stopniu nasycenia wodą, tworzącego masyw potencjalnego osuwiska, oraz od położenia swobodnego zwierciadła wody gruntowej lub od sił hydrodynamicznych. Ciśnienie porowe będzie miało natomiast zasadniczy wpływ na siły oporu ścinania działające wzdłuż założonej powierzchni poślizgu i gwarantujące zachowanie stateczności zbocza. Stąd wniosek, że w celu prawidłowej oceny stateczności zbocza konieczne jest określenie rozkładu wartości ciśnienia porowego, przynajmniej w strefie potencjalnego poślizgu. W zboczu podtopionym wodą ciśnienie porowe u będzie wprost proporcjonalne do wysokości słupa wody h w, działającego na analizowany punkt lub odcinek powierzchni poślizgu. Rys.4. Wyznaczanie ciśnienia porowego w zboczu nawodnionym a- zbocze podtopione, b- ustalony przepływ wody Ciśnienie porowe w warunkach ustalonego przepływu wody można dość dokładnie określić na podstawie siatki hydrodynamicznej wyznaczonej jedną z metod analitycznych lub doświadczalnych. W praktyce inżynierskiej postępowanie takie stosuje się jednak rzadko, natomiast najczęściej wysokość słupa wody h w określa się tak, jak gdyby linie ekwipotencjalne były pionowe. W związku z powyższym należy podkreślić rangę parametrów c i Ø dla gruntów budujących zbocze, skarpę lub stok naturalny. Te parametry wytrzymałościowe charakterystyczne dla gruntów zależą przecież od wielu czynników. Jednym z najważniejszych czynników jest stopień wilgotności gruntu S r, od którego w głównej mierze zależy rozkład obciążenia na naprężenia efektywne σ, przenoszone przez szkielet gruntowy, oraz ciśnienie porowe u, przenoszone przez wodę i powietrze w porach. Sformułowana przez Terzaghiego zasada naprężeń efektywnych wymaga uwzględnienia tego zjawiska w analizie stanu granicznego. Wynika stąd konieczność wyróżnienia parametrów c u i Φ u, określających wytrzymałość gruntu w naprężeniach całkowitych, oraz parametrów c i Φ, odpowiadających wytrzymałości gruntu w naprężeniach efektywnych.

8 Stąd też bierze się postulat w większości opracowań dotyczących obliczeń stateczności potencjalnych osuwisk o bardzo dokładne i głębokie rozpoznanie podłoża i wyznaczanie właściwości fizyko-mechanicznych nawiercanych gruntów. 3.! Zjawiska filtracji, przesiąków i sufozji skuteczne systemy zabezpieczeń i odwodnień. Przepływająca przez grunt woda wywiera na szkielet gruntowy ciśnienie. Ciśnienie to w odniesieniu do jednostki objętości gruntu to nic innego jak ciśnienie spływowe: j = i ɣ w Wielkość ta nie zależy od prędkości filtracji, a tylko od spadku hydraulicznego. Niedocenianie ciśnienia spływowego lub nieumiejętność jego określania dla stanów ekstremalnych, szczególnie przy odwodnieniach wykopów może powodować wiele awarii i katastrof. Rys.5. Wpływ szybkości opróżniania zbiornika na stateczność zbocza wg Gourca i Morgensterna [ 5] Zgodnie z Rys.5 szybkie obniżenie zwierciadła wody wywołuje bardziej krytyczny stan w zboczu naturalnym lub skarpie wykopu, niż stan istniejący przy jego całkowitym zanurzeniu w wodzie. Działa tu dodatkowa siła ciśnienia spływowego. Szybkie obniżenie zwierciadła wody wywołuje zawsze poślizg bryły odłamu. Tak też ruch wody w gruncie może spowodować duże zmiany w jego strukturze, a w następstwie doprowadzić do zmian właściwości fizyko-mechanicznych.

9 4.! Zjawiska filtracyjne w gruncie. Jak już wcześniej zauważono, woda w swoim obiegu jest najbardziej agresywnym czynnikiem wywołującym i potęgującym erozyjność gruntu. Erozja jest więc procesem naturalnym, a nasze działania powinny iść w kierunku jej ograniczenia lub wyeliminowania. Filtracja wody powodować może odkształcenia miejscowe obejmujące na ogół niewielkie masy gruntu (przemieszczenia ziaren lub bryłek) oraz zmiany jego stanu i wewnętrznej budowy, głównie składu granulometrycznego. Miejscowe odkształcenia spowodowane filtracją w gruncie można podzielić umownie na sufozję i wyparcie oraz na przebicia hydrauliczne będące rezultatem sufozji lub wyparcia. Sufozją nazywane jest zjawisko przemieszczania się pod wpływem ruchu wody drobnych cząstek gruntu w porach jego szkieletu. Cząstki mogą być przesunięte do innego miejsca w gruncie lub mogą być wyniesione poza jego obszar. W rezultacie sufozji powiększają się pory, wzrasta współczynnik filtracji i prędkość wody. Z kolei woda o większej prędkości może poruszać coraz większe ziarna gruntu i powodować dalszy rozwój procesu sufozji aż do utworzenia się kawern lub kanałów w gruncie. Zjawisko przybiera wtedy cechy przebicia hydraulicznego. Sufozja występuje w gruntach sypkich, przede wszystkim różnoziarnistych. W gruntach spoistych sufozja nie występuje, co tłumaczy się małą wielkością porów, przez które nie mogą przecisnąć się oderwane od szkieletu agregaty (bryłki) cząstek ilastych. Wyparcie gruntu jest to zjawisko polegające na przesunięciu wszystkich cząstek pewnej objętości gruntu podłoża w kierunku ruchu wody. Wskutek wyparcia grunt ulega rozluźnieniu, a jego właściwości - pogorszeniu. Wyparcie występuje na ogół w sposób nagły. Przebicie hydrauliczne są to odkształcenia gruntu polegające na utworzeniu się ciągłego przewodu (kanału) w podłożu, wypełnionego wodą lub gruntem o naruszonej strukturze ( w końcowej fazie zjawiska zawiesiną) i łączącego miejsca o wyższym i niższym ciśnieniu wody w porach, np. kawerny. Zewnętrznym objawem przebicia są kratery (źródła) z gotującą się zawiesiną gruntową. W gruntach sypkich przebicie występuje na ogół w wyniku sufozji, jest to jej końcowy, najgroźniejszy rezultat. W gruntach spoistych przebicie hydrauliczne może mieć przebieg nieco bardziej złożony. W najprostszym przypadku będzie to wyparcie gruntu na niewielkiej przestrzeni i wytworzenie kanału. W innych przypadkach na pewnych uprzywilejowanych kierunkach, wskutek występowania np. znacznego gradientu hydraulicznego, odrywają się bryłki gruntu w miejscu wypływu wody, w następstwie czego tworzy się zagłębienie. W dalszej fazie obserwuje się postępujące w kierunku przeciwnym do ruchu wody rozluźnienie gruntu, mające reologiczny charakter płynięcia objętościowego. W ten sposób tworzy się przewód, w którym grunt jest w stanie miękkoplastycznym lub płynnym. Stąd też, wykopy wykonywane w różnych gruntach, wymagają różnego podejścia na etapie projektowym i wykonawczym.

10 Kilka uwag praktycznych. Grunty gliniaste Zmieniają swoją wytrzymałość głównie wskutek procesów fizycznego i chemicznego wietrzenia, co ujawnia się po wcięciu w podłoże i odsłonięciu go wzdłuż powierzchni skarpy. Proces ten intensyfikuje się, gdy nie wykonano odpowiedniego odprowadzenia wód podziemnych i powierzchniowych. Szczególnie intensywnie występuje wówczas ich odprężenie. Wiązać je należy z odciążeniem glin np. wskutek obniżenia zwierciadła wody. Ogólnie można stwierdzić, że odprężenie związane jest z filtracją wody, gdyż pod wpływem sił hydrodynamicznych występuje zwiększenie porowatości glin. Ujawnia się ono szczególnie w dolnej partii warstwy glin. Ponieważ proces odprężenia związany jest z filtracją wody, najbardziej intensywnie zachodzi on w glinach piaszczystych i pylastych, najmniej intensywnie w glinach bez zawartości frakcji piaszczystych i pylastych. Prędkość odprężenia wzrasta przy tym ze wzrostem spadków hydraulicznych. Bardzo intensywne odprężenie występuje przy spływie wód powierzchniowych po skarpie, gdy woda porowa znajduje się pod działaniem sił kapilarnych. Proces odprężenia intensyfikuje się, gdy składowe naprężenia stycznego zbliżają się do wartości granicznych. Na terenie Polski w przeszłości geologicznej mieliśmy 4 okresy zlodowaceń i odwilży. Doprowadziło to do zdeformowania istniejącego układu warstw geologicznych i powstania zaburzeń podłoża zwanych deformacjami glacitektonicznymi. Wiąże się to bezpośrednio z genezą i skonsolidowaniem gruntów. Gliny zalegające powyżej zwierciadła wody w przypadku gdy zachodzi ich zawilgocenie, zawsze zmniejszają swoje właściwości wytrzymałościowe wskutek odprężenia, rozpuszczania związków cementujących i utraty napięcia powierzchniowego. Piaski / żwiry Praktycznie nie zmieniają swych własności wytrzymałościowych na ścianie pod wpływem nawodnienia lub odwodnienia. Natomiast ciśnienie hydrodynamiczne może powodować zmniejszenie sił tarcia wewnętrznego tych gruntów, co mylnie częstokroć bywa utożsamiane z występowaniem kurzawek (tzw. płynny piasek). W istocie tylko niektóre piaski pylaste i pyły piaszczyste mają sposobność do tworzenia kurzawek. Obniżenie wytrzymałości piasków może wystąpić w wyniku sufozji mechanicznej. Właściwość ta ujawnia się przy wskaźniku różnoziarnistości U > 15 20, a równocześnie spadek hydrauliczny wynosi około 0,5 1,0 a nawet więcej. Takie przypadki dla skarp są mało prawdopodobne z uwagi na małe gradienty hydrauliczne. Z tego powodu procesy sufozyjne przy projektowaniu skarp nie muszą być brane pod uwagę. Ograniczone wymywanie piasków z najdrobniejszymi frakcjami nie przekracza 1 2% i nie jest niebezpieczne dla stateczności skarpy. Gliny Podlegają intensywnemu odprężeniu jedynie w pobliżu powierzchni skarp, gdyż siła odprężenia ujawniająca się w nich nie jest wielka. Odprężenie to powoduje jednakże utratę spójności i przejście w stan płynny, co w efekcie prowadzi do spływów warstwy o grubości cm już przy kącie nachylenia skarpy 18 o 20 o.

11 Gliny piaszczyste i piaski pylaste Posiadają swoją specyfikę, gdyż wokół cząsteczek pyłów wykształca się otoczka dipolowo zorientowanych molekuł silnie związanej wody, co prowadzi do procesów tiksotropowego zwiększenia wytrzymałości. Grunty zalegające poniżej zwierciadła wody podlegają działaniu sił ciśnienia hydrostatycznego (wyporu hydrostatycznego). Jeżeli skarpa jest częściowo podtopiona to ciśnienie hydrostatyczne prowadzi do zmniejszenia ciężaru pryzmy obciążającej spągową część skarpy i w rezultacie do obniżenia jej stateczności Wpływ sił ciśnienia hydrostatycznego sprowadza się do zmniejszenia sił tarcia, dlatego też objawia się to głównie w gruntach posiadających duży kąt tarcia wewnętrznego. Powoduje to, że dopuszczalny kąt nachylenia skarpy w przypadku podtopienia może się różnić o 6 8 od kąta przyjmowanego dla gruntu suchego. Najniekorzystniejsze warunki następują, gdy podtopienie skarpy sięga 0,2 0,3 jej wysokości. Należy także pamiętać, że w przypadku, gruntów o małej porowatości nawet średnie opady mogą już powodować dość znaczne podniesienie się poziomu wody gruntowej. Celowe jest wówczas odprowadzenie wód deszczowych. Ciśnienie hydrostatyczne jest jednym z głównych powodów zsuwów. W przypadku przecięcia warstwy wodonośnej i wypływu wody gruntowej ze skarpy możemy: 1.! zmienić kąt nachylenia skarpy na mniejszy, gdyż do siły zsuwającej S dochodzi dodatkowo siła ciśnienia spływowego lub 2.! obciążyć podnóże skarpy pryzmą materiału gruboziarnistego. Rys. 6.! spadek hydrauliczny () *+, )-(./

12 - do siły zsuwającej S dochodzi dodatkowo siła S ciśnienie spływowe : S = V Ɣ w sinβ max S = V Ɣ w sinβ max przyjmując, że Ɣ = Ɣ w = 10 kn/m 3 S + S = T tgβ max = 0,5 tgø Bardziej złożony przypadek spływu skarpy piaszczystej występuje wówczas, gdy nieprzepuszczalne podłoże jest podcięte.! Rys. 7. Spływanie piaszczystej skarpy przy podciętym podłożu nieprzepuszczalnym.[ 26 ]!! Spływ piasku może także powodować deformacje warstwy gliny, przykrywającej piaski niżej leżące. Wypłukanie piasku generuje kolejne etapy erozji poprzez stworzenie nawisu warstwy gruntów spoistych, która z czasem ulega oberwaniu.!!!! Rys.8. Spływanie warstw piasku i obsunięcie się warstwy gliniastej. [26 ]! 5.! Drenaże skarp.

13 Skarpy wykopów budowlanych trwałych, czyli o przewidywanym okresie użytkowania dłuższym niż 1 rok dla dużych obiektów i z głębokimi fundamentami, powinny być poddane szerokiej analizie wstępnej, dobremu rozpoznaniu podłoża w ich rejonie, prawidłowemu zaprojektowaniu jak i niezbędnemu nadzorowi przy wykonawstwie. Ochrona skarp głębokich wykopów i wysokich nasypów powinna zabezpieczać je przed niszczeniem, utratą stateczności oraz przed utratą narzuconego projektem profilu. Rys.9. Rodzaje wewnętrznych konstrukcji odwadniających w korpusie wałów i nasypów. a)! korpus zbudowany z gruntu jednorodnego (bez odwodnienia), b) korpus z gruntu jednorodnego z dolną warstwą odwadniającą, c) konstrukcja pochyłej warstwy filtracyjnej wewnątrz korpusu, d) konstrukcja korpusu zbudowana z dwóch rodzajów gruntu Jedną z najbardziej efektywnych metod ochrony skarp jest ich drenaż, stosowany gdy w obrębie skarpy znajduje się poziom wypływu wody podziemnej trwały lub okresowy. Rozróżnia się dwa rodzaje drenażu skarp:

14 - drenaże zlokalizowane u podnóża skarpy, oraz - drenaże zlokalizowane na całej wysokości skarp. Drenaż składa się z dwóch elementów, tj. pryzmy obciążającej (rys.10) oraz systemów odprowadzenia wody (rys.11). Pryzmę obciążającą daje się na wysokości odcinka wysączania się wody ze skarpy. Pryzmę daje się w przypadku skarp piaszczystych, w których może wystąpić spływanie wierzchniej warstwy. Jeżeli chroniona skarpa wykonana jest ze żwiru i otoczaków, projektowanie pryzmy obciążającej jest zbyteczne. Rys. 10. Obciążenie podnóża skarpy pryzmą materiału gruboziarnistego. [26 ] Rys.11. Przykłady drenażu stopy skarpy. [26 ]

15 Materiał stosowany na pryzmy obciążające nie wymaga wysokiej jakości, powinien jednak spełniać kryterium: %514%672 oraz U 5 D 10 średnica miarodajna ziaren obsypki d 50 średnia średnica ziaren gruntów budujących skarpę U wskaźnik różnoziarnistości Innym typem drenażu jest drenaż obejmujący całą wysokość skarpy. Jest to szczególnie ważne, gdy występuje konieczność ochrony antyerozyjnej skarpy związanej ze spływem powierzchniowym wód deszczowych oraz z dużymi wahaniami zwierciadła wody gruntowej oraz opadami atmosferycznymi. Przy opadach nawalnych wysokość słupa wody przybiera wartość 3 5 mm/min, a zdolność gruntów do wsiąkania wody to 0,07 0,2 mm/min (iły piaski). W tych warunkach spływ powierzchniowy wystąpi już w pierwszych minutach opadu. Z reguły są to zjawiska erozyjne o dużych zakresach. Rys. 12. Drenaż na całej wysokości skarpy. [26 ] Rys.13. Przykład drenażu (ostrogi) widok od czoła [26 ]

16 Rys.14. Dreny zabijane. [26 ] Rys.15. Ochrona skarpy przed wodami podwodnymi za pomocą studni pionowych. [26 ] Tylko w przypadkach, gdy istnieje niebezpieczeństwo intensywnej sufozji materiału ziarnistego ze skarpy, pryzmę obciążającą projektuje się jako filtr odwrotny. Filtry odwrotne są to warstwy gruntu o odpowiednio dobranym uziarnieniu zabezpieczające przed szkodliwymi odkształceniami filtracyjnymi. Filtry odwrotne, zwane czasami warstwami ochronnymi, stosowane są np. wokół rur lub pryzm drenażowych, w miejscach ewentualnego wypływu wody na skarpę, między dwoma warstwami gruntów o znacznie różniącym się uziarnieniu lub przy rdzeniach zapór. Tab.2. Orientacyjne wskaźniki sufozyjności gruntów Wskaźnik różnoziarnistości 8) 9 :; 9 <; < >20 Rodzaj gruntu niesufozyjny przejściowy sufozyjny

17 Tab.3. Granice sufozyjności gruntów w funkcji wskaźnika różnoziarnistości U f przy stosowaniu uproszczonej metody projektowania filtrów odwrotnych Wskaźnik różnoziarnistości U f Rodzaj gruntu niesufozyjny sufozyjny W tym ostatnim przypadku warstwy ochronne spełniają dodatkowe zadania warstw przejściowych, o pośrednich właściwościach mechanicznych, pomiędzy spoistym rdzeniem a gruboziarnistym nasypem. Zadaniem filtru odwrotnego jest nie dopuszczenie do przenikania części szkieletu gruntu chronionego do drenażu lub nasypu statycznego i nie utrudniać odpływu wody. Uziarnienie filtru powinno być tak dobrane, aby ziarna filtru nie przenikały do drenażu lub w przylegający narzut nawet kamienny oraz aby filtr nie był kolmatowany drobnymi cząstkami wyniesionymi z gruntu chronionego. Jeżeli więc z gruntu chronionego wynoszona będzie pewna dopuszczalna ilość drobnych cząstek, powinny być one również wypłukane z filtru.! Rys.16. Zasada doboru gruntu na filtr odwrotny wg. Terzaghiego; pole zakreskowane - przedział dopuszczalnych składów granulometrycznych filtru. [4]!!

18 Reasumując, dobór gruntu na warstwy ochronne polega na dostosowaniu uziarnienia filtrugruntu chroniącego do uziarnienia gruntu chronionego. Kryteria przydatności gruntu na filtry odwrotne: = <> 9 <> %?@ = <> %&@ 9 A>! gdzie: D 15 średnica zastępcza w mm ziaren gruntu filtru, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi 15 % d 15, d 85 średnica zastępcza w mm ziaren gruntu chronionego, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi odpowiednio 15 % i 85 %. Infiltrująca woda gruntowa może też powodować kolmatację, tzw. proces wymywania i osadzania drobnych cząstek w porach gruntu.! Rys.17. Schemat filtru odwrotnego Działanie filtrów odwrotnych polega na zmniejszeniu spadku hydraulicznego poprzez zwiększenie współczynnika filtracji kolejnych warstw gruntu. Jeśli woda przepływa kolejno przez np. trzy warstwy gruntu o coraz większym współczynniku filtracji, to przy założeniu ciągłości przepływu można zapisać zależność: v = k 1 i 1 = k 2 i 2 = k 3 i 3 gdzie : v - prędkość filtracji [m/s], k 1, k 2, k 3 współczynnik filtracji w poszczególnych warstwach [m/s], i 1, i 2, i 3 - spadki hydrauliczne w poszczególnych warstwach.

19 Z równania wynika, że jeśli k 1 < k 2 < k 3 to i 1 > i 2 > i 3 czyli jeśli na warstwie 1 gruntu drobnego zagrożonego działaniem filtracji zostanie ułożona warstwa 2 gruntu grubszego, to spadek hydrauliczny, a więc i ciśnienie spływowe w warstwie 2 będą mniejsze niż w warstwie 1. Aby uniknąć błędów wynikających z istnienia zeskoku hydraulicznego, tj. zjawiska bardzo groźnego, gdy krzywa depresji traci ciągłość z dynamicznym zwierciadłem wody, np. w studni, należy przeprowadzić dokładne badania terenowe. Polegają one na wykonaniu próbnego pompowania in situ zgodnie ze schematem (rys. 18 ). Rys.18. Schemat do próbnego pompowania [17] Badanie takie, mimo, że jest drogie i czasochłonne to jest opłacalne, bowiem odzwierciedla rzeczywiste warunki hydrologiczne, uśredniając wszelkie niejednorodności budowy podłoża gruntowego. Wyznaczenie rzeczywistego" współczynnika filtracji k, wymaga obserwacji na węźle hydrologicznym złożonym ze studni i dwóch otworów obserwacyjnych (piezometrów). Piezometry p 1, p 2 montowane są w odległości x 1, x 2 od studni, stąd wzór na współczynnik wodoprzepuszczalności: B) C DEF 7 7 G%F 1 7 H %IJK 7 K 1

20 6.! Odwodnienie podłoża drogowego. W technicznie uzasadnionym wypadku konieczności odwodnienia podłoża nawierzchni, należy zastosować warstwę odsączającą wykonaną z materiałów mrozoodpornych o współczynniku filtracji k 8 m/dobę ( 0,0093 cm/s). Warstwa odsączająca powinna być wykonana na całej szerokości korpusu drogowego, a jej grubość nie powinna być mniejsza niż 15 cm. W przypadku występowania pod warstwą odsączającą gruntów nie ulepszonych spoiwem, powinien być spełniony warunek szczelności warstw określony z zależności: "#$%&'#!(!)$*%(+'#!!!!!!!!, -.!!!!!! /*!%0$#'1(#2+!'#$*34)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!%(5( !!!!!!!! 1 :.!!!!!!!!!!!!"#$%&'#!71593#;<5#!(!09#%)*!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!, -.!!!!!! 1 :.!!=71>7?4!@$*3&7'4! Rys. 19. Schemat warstwy odcinającej z piasku. L MN%% # ON %&' (wg Wiłuna) W której: D 15 - wymiar sita, przez które przechodzi 15% ziaren warstwy odcinającej lub odsączającej, d 85 wymiar sita, przez które przechodzi 85% ziaren gruntu podłoża. Jeżeli powyższy warunek szczelności warstw nie może być spełniony, to należy ułożyć między tymi warstwami warstwę odcinającą o grubości co najmniej 10 cm z odpowiednio uziarnionego gruntu lub wykonać warstwę pośrednią z geowłókniny, spełniającej kryteria :! retencji,! kolmatacji,! wodoprzepuszczalności W nawierzchniach dróg kategorii ruchu KR5 lub KR6 warstwa odsączająca powinna występować pod warstwą wzmacniającą.

21 6.1. Uwagi końcowe. Ocenę przydatności gruntu na filtr odwrotny rozpocząć należy od sprawdzenia tzw. sufozyjności gruntu filtru i gruntu chronionego. Praktycznie za niesufozyjny uważa się taki grunt, w którym przesiąkająca woda może wypłukać nieznaczną ilość najdrobniejszych frakcji, w nikłym tylko stopniu zmieniając jego strukturę i wytrzymałość. Grunt filtru uznaje się za niesufozyjny, jeśli spełniona jest następująca równość: 0 P 0 1Q RS gdzie: N = (0,32 + 0,016 U) U T J 1VJ T) 0 U2 % - wskaźnik różnoziarnistości gruntów użytych do filtrów, 0 12 % D 3, D 10, D 17, D 60 - średnice ziaren, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi odpowiednio 3, 10, 17, 60 % mm n porowatość w częściach jedności. Dobierając zatem grunt na filtr odwrotny ochraniający grunty spoiste należy sprawdzić: - wskaźnik różnoziarnistości gruntu, - niesufozyjność gruntu, - warunek odporności gruntu spoistego na działanie filtracji, - warunek kolmatowania filtru. Różnoziarnistość gruntu na filtry odwrotne ochraniające grunty spoiste może być znacznie większa niż dla ochrony gruntów sypkich. Dopuszcza się grunty o wskaźniku różnoziarnistości 50, a w szczególnych przypadkach, gdy warstwy filtrowe mają grubość kilku metrów, można wartość tę powiększyć do 100, pod warunkiem jednak, że przy różnoziarnistości większej od 50 materiał filtru nie powinien zawierać ziaren o średnicy większej od 80 mm, a zawartość frakcji piaszczystej powinna wynosić co najmniej 20%. 7.! Zbiorniki retencyjne retencyjno-rozsaczające, infiltracyjne i ppoż przy obiektach drogowych i kubaturowych. Rozwój infrastruktury drogowej związany jest nierozerwalnie ze zwiększaniem powierzchni zurbanizowanych silnie przekształconych. Budowa i późniejsza eksploatacja dróg implikuje zmiany stosunków wodnych i oddziałuje na środowisko. Zjawisko zwiększonych spływów powierzchniowych pojawia się szczególnie po intensywnych deszczach na powierzchniach utwardzonych bez retencji. Uaktywnia się w ten sposób spływ powierzchniowy i zwiększone przepływy w rowach drogowych i różnego rodzaju ciekach wodnych. Zagospodarowanie tych wód i odpowiednia gospodarka nimi powinna zabezpieczać nie tylko środowisko ale i same obiekty.

22 Wykorzystując naturalne warunki przestrzenne i hydrogeologiczne, każdy projektant powinien optymalizować rozwiązania techniczne w zgodzie z przepisami prawa zachowując za każdym razem zdrowy rozsądek. Odprowadzanie wód ze zlewni drogowej odbywa się z wykorzystaniem:! rowów drogowych,! zbiorników infiltracyjnych,! zbiorników retencyjnych! stawów i! zbiorników odparowujących wykorzystujących ewapotranspirację roślin. Podczas projektowania urządzeń technicznych ograniczających ilości zanieczyszczeń odprowadzanych do gruntu lub odbiorników otwartych, należy mieć na uwadze ich okresową konserwację i przestrzeganie ustalonych procedur. Każde z zastosowanych rozwiązań podczyszczających wody spływające z obiektów drogowych wymaga kontroli, czyszczenia, wymiany, konserwacji oraz unieszkodliwiania usuwanych z nich odpadów. Rozwiązaniami najprostszymi, nie wymagającymi złożonych procedur serwisowych są urządzenia wykorzystujące naturalne warunki terenu oraz biologiczne procesy samooczyszczania. Chodzi tu głównie o sedymentację, sorpcję, utlenianie, fermentację i rozkład mikrobiologiczny. Jednym ze sposobów ograniczenia oddziaływania wód spływających z dróg na stan czystości odbiorników jest zastosowanie przegród filtracyjnych w rowach drogowych, tzw. gródz z trzonem wykonanym z geowłókniny (Fot.1). Konstrukcja grodzy stosowana w rowach jest mechanicznym podczyszczeniem wód poprzez spowolnienie ich spływu. Fot.1. Rów drogowy z grodzami.

23 Grodze spełniają w całym procesie trzy funkcje:! sedymentacyjną poprzez redukcję zawiesiny ogólnej,! retencyjną poprzez piętrzenie wody na progu,! infiltracyjną - poprzez spowolnienie spływu wód przed grodzami, zwiększa się infiltracja do gruntu. Generalnie, należy stwierdzić, że powtarzalnym elementem w charakterystyce ścieków spływających z obiektów drogowych jest przewaga zanieczyszczeń związanych z zawiesiną ogólną. Z badań prowadzonych na odcinkach dróg krajowych i autostradach wynika, że w większości spełniają one kryteria dla ścieków odprowadzanych do wód powierzchniowych, łącznie z poziomami stężeń cynku i ołowiu. Powierzchnie i rowy trawiaste są najpopularniejszymi urządzeniami infiltracyjnymi przy założeniu, że podłoże charakteryzuje się dużym współczynnikiem filtracji. Umieszczenie pod rowami drenów objętościowych, zwiększa pojemność retencyjną rowu (Rys.21). Rys. 20. Konstrukcja uszczelnienia rowu drogowego Rys.21. Rów drogowy ze zwiększoną retencją-drenaż objętościowy Na przejściach systemu szczelnego z wbudowaną warstwą geomembrany w system infiltracyjny należy stosować urządzenia podczyszczające brzegowe w postaci piaskowników lub osadników. Wszelkie zbiorniki infiltracyjne, o kształcie wydłużonym (Rys.22) mają za zadanie retencjonowanie spływu wód powierzchniowych z powierzchni utwardzonych z jednoczesną infiltracją do gruntu. Rys.22. Schemat zbiornika retencyjnego

24 Dno zbiornika stanowią warstwy żwiru i piasku z ułożeniem frakcji drobnych od góry z grubymi na dole. Opcjonalnie pomiędzy gruntem rodzimym a warstwami filtracyjnymi układa się geowłókniny. Dla zwiększenia sprawności podczyszczania wód napływających obsadza się tego typu zbiorniki roślinnością wodną. W tej technologii ważnym jest, aby nie dopuścić do nadmiernej eutrofizacji. Warstwy filtracyjne w dnie okresowo należy wymieniać nawet jeśli istnieją odstojniki wyłapujące zawiesiny. Zbiorniki retencyjne i retencyjno-infiltracyjne mają za zadanie gromadzić spływ wód opadowych i stopniowe ich rozprowadzenie. Przy zachowaniu tylko funkcji retencji zbiorniki należy konstruować łącznie z urządzeniami oczyszczającymi w postaci zbiorników pośrednich. Rys.23. Staw osadowy z przelewem Rys.24. Zbiornik retencyjno-infiltracyjny Ważnym parametrem jest tutaj pojemność użyteczna dla opadów o prawdopodobieństwie wystąpienia p = 20 %. Odpływ odbywa się poprzez urządzenia dławiące i/lub studnie przelewowe. W przypadku zalegania w podłożu gruntów mniej przepuszczalnych stosuje się częściową wymianę gruntów z układem systemu drenującego. Nadmiar napełnienia odprowadzany jest poprzez odpływ do cieków otwartych lub kanalizacji. Konstrukcje hydrofitowe (Rys. 25) ze złożem piaskowo-żwirowym porośniętym roślinnością wodną projektuje się z uszczelnieniem syntetycznym. Stosowane są zarówno geomembrany jak i bentomaty. Rys.25. Zbiornik z filtrem hydrofitowym W dużej ilości projektów znajdują się rozwiązania oparte na zbiornikach szczelnych bezodpływowych ze wskazaniem funkcji odparowania. Uwzględniając jednak nasz klimat i związane z nim niskie parowanie, tego typu zbiorniki nie spełniają swoich zadań. Przy średnim opadzie rocznym O = 650 mm, parowanie z powierzchni lustra wody wynosi E = ok mm w skali roku!!!

25 Rys.26. Zbiornik retencyjno-odparowujący Brak innych systemów utrzymujących poziom wody może doprowadzić do niekontrolowanych przelewów, a co za tym idzie, lokalnych podtopień lub uplastycznienia gruntów w podłożu. Fot.2. Przepełnione zbiorniki bezodpływowe Przy tworzeniu szczelnej powierzchni zbiornika z geomembrany należy pamiętać również o zjawisku wyporu. Jeżeli poziom zwierciadła wody gruntowej znacznie przewyższa poziom dna zbiornika retencyjnego wystąpi wypór.

26 Rys.27. Wykresy sił parcia W niektórych znanych autorowi przypadkach, wykonawcy uszczelnień musieli ratować się przed niepożądanymi efektami wyporu, przedziurawieniem dna zbiorników wcześniej uszczelnionych geomembraną. Po ustaniu pracy igłofiltrów wokół takiego zbiornika zaczyna podnosić się poziom zdepresjonowanego zwierciadła wody gruntowej i geomembrana w dnie zaczyna falować. Bardzo często przedziurawienie dna ratuje sytuację i projektanta i wykonawcy robót uszczelnieniowych, gdyż wypór przy różnicy poziomów wody gruntowej i dna zbiornika wynoszącej ok. 5 m, to 50 kpa skierowane do góry. Praktycznie nie ma mowy o zrównoważeniu tej siły obsypką lub płytami drogowymi! W takich przypadkach poziom wody w zbiornikach jest odzwierciedleniem poziomu wody gruntowej, a zbiorniki pełnią rolę trudną do ustalenia (Fot. 3). Fot.3. Zbiornik z rozszczelnieniem

27 Zbiorniki przeciwpożarowe buduje się szczególnie w lasach. Przy dobrze rozmieszczonych wieżach obserwacyjnych i zbiornikach ppoż. wzrasta bezpieczeństwo i szybkość reagowania na ewentualny pożar. Fot. 4. Zbiorniki leśne ppożarowe Do uszczelnienia zbiorników ppoż. używa się obecnie geomembran. W trakcie przeprowadzonych ostatnio kontroli zbiorników leśnych uszczelnionych bentomatami, ujawniono przerastanie korzeni trzciny i innych roślin wodnych przez powierzchnię tego materiału. Pękanie i rozchodzenie się arkuszy bentomat przy krawędziach górnych skarp ograniczyło dalsze możliwości ich stosowania. Zarówno zbiorniki retencyjne jak i ppoż. muszą posiadać ogrodzenie i możliwość podjazdu dla sprzętu budowlanego. 8.! Podstawowe zagrożenia i awarie konstrukcji hydrotechnicznych. W każdej sytuacji awaryjnej należy mieć na względzie całość prac studialnych, projektowych i wykonawczych włącznie z nadzorem. Zagrożenia dla konstrukcji pojawiają się już na etapie rozpoznania podłoża gruntowego. W każdym przypadku należy zwrócić uwagę na :! budowę geologiczną i właściwości geotechniczne podłoża, a szczególnie miąższość i rodzaj warstw słabych oraz poziom stropu podłoża nośnego,! niejednorodności budowy podłoża i występowanie lokalnych gniazd lub soczewek słabych gruntów,! rodzaj i uziarnienie gruntów, parametry geotechniczne, szczególnie słabych warstw mogących ulec zsuwom,! prognozowane zmiany właściwości gruntów w wyniku ich wzmocnienia,! warunki hydrologiczne: poziomy wód gruntowych, nawierconych i ustabilizowanych, kierunek ich przepływu, prognoza zmian stanów wód gruntowych z bilansem hydrologicznym,

28 ! właściwości chemiczne, zanieczyszczenia gruntu i wód gruntowych oraz ich agresywność,! przeszkody w podłożu mogące utrudnić roboty. Zasadnicze mankamenty wielu dokumentacji geotechnicznych wynikają z błędów popełnianych już na etapie programowania badań oraz przy ich realizacji. Niewłaściwie zaprogramowane badania prowadzą do:! ograniczenia do minimum zakresu prac terenowych, co skutkuje nadinterpretacją uzyskanych informacji i przeoczeniami geotechnicznymi,! wykonywania dużej liczby płytkich otworów (np. pod fundamenty palowe),! rozplanowania otworów na rzucie projektowanych podpór (pominięcie w badaniach terenu poza obrysem fundamentu miejsc ewentualnych podpór tymczasowych),! pomijania w badaniach gruntów nienośnych, bez podania szczegółowego opisu i nieustalenia ich parametrów geotechnicznych. Błędy w realizacji badań terenowych dotyczą:! niewłaściwego sposobu wykonania otworów badawczych, wykonywania wierceń bez orurowania, co daje zafałszowany obraz stosunków wodnych i stanu gruntów (zwłaszcza spoistych),! kurczowego trzymania się ustalonego umową zakresu robót, co często ogranicza możliwość precyzyjnego określenia zasięgu gruntów słabych (w planie i z głębokością),! kończenia wierceń w gruntach nienośnych, co czyni badania nieprzydatnymi do projektowania, bądź prowadzi do znacznego przewymiarowania elementów posadowienia,! kończenia wierceń na głębokościach, które pozwalają na obliczenie nośności pojedynczego pala, a nie pozwalają na obliczenie osiadań grup palowych,! braku analiz zmiennego położenia zwierciadła wody gruntowej z wielolecia. Błędy powstałe na etapie badań laboratoryjnych i prac kameralnych wynikają z:! wykonywania badań laboratoryjnych, które nie odpowiadają potrzebom norm,! niewykonywania badań granicy skurczalności w gruntach w stanie półzwartym, co uniemożliwia właściwe projektowanie według normy,! pomijania wyznaczania cech gruntów nienośnych (nasypów, namułów, torfów), co uniemożliwia projektowanie ich wzmacniania oraz obliczanie parć przy projektowaniu zabezpieczeń wykopów,! niestosowania zaawansowanych metod badawczych,! unikania nowoczesnych metod badań podłoża na rzecz stosowania zależności korelacyjnych;! niewłaściwego pobierania i ograniczania liczby próbek do badań laboratoryjnych. Wyniki rozpoznania terenu są podstawą do obliczeń prowadzonych przez osobę, której doświadczenie związane z geologią czy geotechniką nie jest duże i nie ma ona podstaw do podważenia wiarygodności badań. Taki jest ekonomiczny aspekt problemu związanego z

29 rozpoznaniem podłoża. Przesadą byłoby stwierdzenie, że oszczędności, które mogą wystąpić dzięki dobremu rozpoznaniu, są na poziomie kilku tysięcy procent. Jest to wręcz rzadkość. Niemniej jednak regułą jest oszczędność lub przynajmniej pozostawienie kosztów na podobnym poziomie przy jednocześnie bardziej racjonalnym projektowaniu. Dotyczy to zwłaszcza obiektów zaliczonych do wyższej niż pierwsza kategorii geotechnicznych lub posadowionych w złożonych lub skomplikowanych warunkach gruntowych. Przy okazji warto dodać, że niejednokrotnie przeprowadzania rozpoznania podłoża podejmują się osoby, które bądź nie mają w danych warunkach wystarczających kwalifikacji, bądź też nie dysponują odpowiednim sprzętem. Zdarza się przekonywanie projektanta, że proponowane rozpoznanie będzie wystarczające do racjonalnego projektowania. Utrata stateczności skarp i zboczy, będąca przyczyną osuwania się mas ziemnych, następuje w wyniku przekroczenia wytrzymałości gruntu na ścinanie wzdłuż dowolnej powierzchni poślizgu. Zasadnicze siły powodujące osuwanie się zboczy i skarp leżą po stronie :! sił grawitacyjnych pochodzących od ciężaru gruntu i ewentualnej zabudowy,! sił hydrodynamicznych wywołanych przepływem wody przez grunt, podniesieniem się zwierciadła wody gruntowej i nadmiernym zawilgoceniem zbocza. Przyczyny powstawania osuwisk :! układ warstw gruntów równoległy do nachylenia zbocza,! rozmycie lub podkopanie zbocza,! niekontrolowane dociążenie naziomu,! nawodnienie naziomu przy braku drenaży opaskowych,! wypór wody i ciśnienie spływowe w zboczu,! napór wody od dołu na górne warstwy gruntu z reguły mało przepuszczalne powodujące zmniejszenie sił oporu na ścinanie,! nasiąknięcie gruntu na skutek opadów atmosferycznych co powoduje pęcznienie gruntu a tym samym zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie,! zniszczenie struktury gruntu poprzez rozluźnienie,! istnienie naturalnych potencjalnych powierzchni poślizgu np. w iłach,! drgania wywołane np. ruchem drogowym,! sufozja tj. wymywanie z masy gruntu drobniejszych ziaren lub cząstek przez infiltrującą wodę powodujące powstawanie kawern i w następstwie ruch gruntów,! przebicie hydrauliczne z reguły występujące u podstawy skarp lub zboczy spowodowane wypływem wody gruntowej powyżej podstawy zboczy,! cykliczność przemarzania i odmarzania gruntu w rejonie istnienia krzywych depresji wody gruntowej co powoduje spadek wytrzymałości na ścinanie,! wypieranie gruntu po nadmiernym obciążeniu terenu,! niewłaściwe zaprojektowanie nachylenia skarp wykopu lub nasypu. Należy pamiętać, że równocześnie może wystąpić więcej niż jedna z wyżej wymienionych przyczyn.

30 Na zboczach i skarpach mogą występować następujące rodzaje przemieszczeń mas gruntowych:! spełzywanie,! spływy,! obrywanie,! zsuwy i osuwiska. W trakcie wykonywania wykopów o skarpach niepodpartych narażeni jesteśmy na niekorzystnie działające zjawiska geofiltracyjne. W przypadku gdy rozpoznanie podłoża jest przeprowadzone w stopniu niedostatecznym i pominięto zarówno pomiar zwierciadła wody gruntowej nawierconej i ustabilizowanej, w projektach pojawiają się rozwiązania z tzw. błędem systematycznym. W wyniku tego typu działań, późniejsze skarpy wykopów ulegają zsuwom, spływom i deformacjom kształtu. Szczególnie przy przecięciu warstwy wodonośnej. Zakończenie. Bezpieczeństwo konstrukcji budowlanej zależy od bardzo wielu czynników, na które mają wpływ działania ludzkie, oddziaływanie wody (gruntowej, opadowej, płynącej itd.) jak i nieprzewidywalne zdarzenia losowe. Bezpieczna konstrukcja to bezpieczeństwo ludzi i mienia, dlatego trzeba i warto podejmować wszelkie możliwe działania edukacyjne i legislacyjne, których celem nadrzędnym będzie zapewnienie bezpieczeństwa użytkownikom obiektów budowlanych i eliminacji awarii i katastrof. Szczególnie należy podkreślić, że doskonałe rozpoznanie podłoża gruntowego, doświadczenie i umiejętność obliczania i przewidywania zjawisk filtracyjnych przez projektanta jak i realizacja obiektów przez doświadczonych wykonawców daje pożądane efekty. Pamiętajmy, że woda gruntowa lub swobodnie płynąca jest żywiołem nie znoszącym jakichkolwiek błędów ludzkich. Na pewno nie przymknie oka na niedoróbki tak jak jest to możliwe w przypadku sprawdzającego dokumentację lub inspektora na budowie. Z drugiej strony przedstawione materiały, technologie i sposoby analiz z wytycznymi doboru pokazują szerokie możliwości zastosowania geosyntetyków w budownictwie hydrotechnicznym m.in. przy zabezpieczaniu i regulacji rzek i potoków, przy budowie i zabezpieczaniu wałów przeciwpowodziowych, grobli, zapór, tam, nabrzeży, brzegów, bystrotoków, wybrzeży morskich, wysokich skarp nasypów przy umacnianiu koryt rzecznych i skarp budowli, przy budowie dróg dojazdowych i tymczasowych biegnących po koronie wału lub posadawianych na gruntach organicznych. Pomimo swojej różnorodności materiały geosyntetyczne oraz opisane technologie charakteryzują się kilkoma wspólnymi cechami, do których zaliczyć można:! łatwość i szybkość wykonania,! trwałość i bezawaryjność eksploatacji konstrukcji hydrotechnicznych,! brak konieczności tworzenia wielkich placów budów.

31 Literatura: 1.! Bobiński E. [i in.] : Ochrona przed powodzią. IMUZ, Falenty ! Biernatowski K. [ i in.] : Fundamentowanie. Projektowanie i wykonawstwo. Tom I- Podłoże budowlane. Arkady, Warszawa 1987 r. 3.! Bolt A. [i in.] : Mechanika gruntów w zadaniach. P.G., Gdańsk ! Czyżewski K. [i in.] : Zapory ziemne. Arkady, W-wa ! Dembicki E.: Zagadnienia geotechniczne budowli morskich. Wyd. Morskie, Gdańsk ! Ekologiczne zagadnienia odwodnienia pasa drogowego. Zalecenia. GDDKiA/IBDiM. W-wa ! Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen. EAU Ernst and Sohn 8.! Fanti K. [i in.] : Budowle piętrzące. Arkady, W-wa ! Fanti K.: Stawy osadowe i składowiska. Wyd. PW., W-wa !Faure Y., Mlynarek J.: Geotextile-filter hydraulic requirements. GFR V/ !Glazer Z.: Mechanika Gruntów. Wyd. Geologiczne, W-wa !Jermołowicz P.: Zastosowanie geowłóknin w aspekcie zagadnień melioracyjnych. Mat.Konf. P.S., Szczecin !Jermołowicz P: Współoddziaływanie grunt-geowłóknina. Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej Nr 31, Szczecin 1989, s !Jermołowicz P.: Wzór użytkowy pt. Elastyczny pojemnik geosyntetyczny. Prawo ochronne nr U.P.RP !Jermołowicz P.: Nowoczesne materiały i technologie stosowane w budownictwie hydrotechnicznym. Sympozjum, Wrocław IV/ !Jermołowicz P.: Zastosowanie geokomórek do konstrukcji wsporczych i ochrony przeciwerozyjnej skarp. Podstawowe obliczenia statyczne. Materiały szkoleniowe. ZOIIB Szczecin !Klugiewicz J.: Hydromechanika i hydrologia inżynierska. Projprzem-EKO, Bydgoszcz !Lawson C.: Retention criteria and geotextile-filter performance. GFR VIII/ !Lotrak. Poradnik projektanta !Mouw K.A. [i in.]: Geotextiles in shore and bottom protection works. 3 rd Int.Conf.on Geotextiles. Vienna !Rozp. Rady Min. w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych. (Dz.U. z dn r.) 22.!Rozp. Min. Środowiska w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie. (Dz.U. z dn r.) 23.!Shepard K.: Erosion control and effective drainage. Geosynthetics !Van Zanten R.V.: Geotextiles and geomembranes in civil engineering. Balkema !Wesolowski A. [i in.] : Geosyntetyki w konstrukcjach inżynierskich. Wyd. SGGW, W-wa !Wieczysty A.: Hydrogeologia inżynierska. PWN, Warszawa 1982 r.

32 27.!Wiłun Z.: Zarys geotechniki. WKiŁ, W-wa !Wysokiński L.: Błędy systematyczne w rozpoznaniu geotechnicznym i ich wpływ na projektowanie budowlane. Mat. XXIII Konf. Awarie budowlane. Międzyzdroje !Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg. GDDKiA/IBDiM, W-wa 2009