PROJEKTOWANIE, BUDOWA I REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Z WYKORZYSTANIEM TECHNOLOGII MACCAFERRI. Mgr inż. Tomasz Kosiński Inżynier Geotechnik

Transkrypt

1 PROJEKTOWANIE, BUDOWA I REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Z WYKORZYSTANIEM TECHNOLOGII MACCAFERRI Mgr inż. Tomasz Kosiński Inżynier Geotechnik

2 O FIRMIE MACCAFERRI Firma Maccaferri od 135 lat projektuje, rozwija i wdraża rozwiązania dla różnych sektorów gospodarki: Inżynierii Lądowej Inżynierii Geotechnicznej Inżynierii Środowiska Górnictwa Główna siedziba firmy Maccaferri znajdują się w Bolonii, we Włoszech. Spółka prowadzi działalność w prawie 100 krajach na całym świecie i zatrudnia 2728 osób. Firma na wszystkich pięciu kontynentach promuje produkty wysokiej jakości - w tym wyroby z podwójni splatanych siatek stalowych, geosyntetyki, zbrojenie rozproszone do betonu.

3 Produkty MACCAFERRI: O FIRMIE MACCAFERRI

4 PROJEKTOWANIE SKARP Podział skarp i zboczy Ze względu na kształt - płaskie (prostoliniowe) - łamane (złożone z kilku płaszczyzn o zróżnicowanym nachyleniu) - wklęsłe - wypukłe Ze względu na budowę geologiczną - jednorodne - niejednorodne (zbudowane z różnych gruntów o różnych właściwościach)

5 PROJEKTOWANIE SKARP Podział skarp i zboczy Ze względu na pochodzenie gruntów je formujących - skarpy zbudowane z gruntów niespoistych (sypkich lub okruchowych) - skarpy zbudowane z gruntów spoistych - zbocza skalne - zbocza zwietrzelinowe (na podłożu skalnym) Ze względu na nawodnienie skarpy - nienawodnione (z wodą zawartą tylko w porach gruntu) - nawodnione bez ruchu wody gruntowej poziome ZWG - nawodnione z ruchem wody w przypadku nachylonego ZWG

6 PROJEKTOWANIE SKARP Podział skarp i zboczy Ze względu sposób formowania - skarpy nasypów - skarpy wykopów

7 PROJEKTOWANIE SKARP Akty wykonawcze w Polsce Dz.U nr 0 poz Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych Dz.U nr 43 poz Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie PN-EN Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne PN-EN Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego

8 PROJEKTOWANIE SKARP Instrukcje obligatoryjne w Polsce ITB instrukcja 429/2008: Projektowanie konstrukcji oporowych, stromych skarp i nasypów z gruntu zbrojonego geosyntetykami ITB instrukcja 424/2011: Ocena stateczności skarp i zboczy

9 PROJEKTOWANIE SKARP Instrukcje i normy w Europie BS Code of practice for strengthened reinforced soils. Part 2 Soil nail design BS Code of practice for strengthened reinforced soils and other fills Recommendations for Design and Analysis of Earth Structures using Geosynthetic Reinforcements EBGEO Nordic Guidelines For Reinforced Soils And Fills

10 PROJEKTOWANIE SKARP Oprogramowanie inżynierskie Firma MACCAFERRI opracowała programy do Analizy stateczności skarp i zboczy zbrojonych i niezbrojnych MACSTRS W Oblicowania elastycznego skarp kotwionych/gwoździowanych BIOS Zabezpieczeń skarp i zboczy skalnych MACRO 1 i MACRO 2 Zabezpieczeń cieków wodnych MACRA 1 i MACRA 2 Zbrojenie podbudowy i nawierzchni asfaltowych MACREAD

11 PROJEKTOWANIE SKARP Mechanizmy utraty stateczności skarp: Zsuw powierzchniowy gruntu Zsuw rotacyjny gruntu

12 PROJEKTOWANIE SKARP Mechanizmy utraty stateczności skarp: Spływy gruntu Kombinacja poślizgu, obrywu i płynięcia

13 PROJEKTOWANIE SKARP Oddziaływanie wody na skarpach: opadowej gruntowej

14 PROJEKTOWANIE SKARP Trzy kroki procesu erozji gruntu Odrywanie Deponowanie

15

16 BUDOWA NOWYCH SKARP Budowa nowych skarp w budownictwie drogowym to: skarpy nowo budowanych nasypów skarpy dobudowywanych nasypów skarpy wykopów

17 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 1:1,5 do 70 zbrojenie gruntu

18 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 1:1,5 do 70 zbrojenie gruntu Geomata GMA wyrób o przestrzennej, przepuszczalnej strukturze, wytworzony z polimerowych jednolitych włókien ciągłych i/lub innych elementów, łączonych mechanicznie i /lub termicznie, i /lub chemicznie, lub w inny sposób. Geomata Maccaferri MACMAT: antyerozyjna geomata wykonana z polipropylenowych monofilamentów zgrzewanych ze sobą tworzących trójwymiarową strukturę o grubości od 8 do 20 mm dostępna w kolorach: czarnym, zielonym, brązowym.

19 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 1:1,5 do 70 zbrojenie gruntu Geomata zbrojona Maccaferri MACMAT R: antyerozyjna geomata wykonana z polipropylenowych monofilamentów zgrzewanych ze sobą tworzących trójwymiarową strukturę o grubości od 7 do 20 mm ułożonych na geosiatce o wytrzymałości od 5 do 200 kn/m dostępna w kolorach: czarnym, zielonym, brązowym. Macmat R1 055

20 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 1:1,5 do 70 zbrojenie gruntu Geosiatki przeciwerozyjne Płaska geosiatka wykonywana jest poprzez tkanie tasiemek z wysoko modułowego polipropylenu PP tworząc otwarte powierzchnie a następnie pokrywana jest warstwą z poliwinyloalkoholu PVA. DK 4 Ropczyce

21 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 1:1,5 do 70 zbrojenie gruntu Materace gabionowe RENO są specyficzną odmianą koszy, które charakteryzują się małą wysokością w stosunku do wymiarów w planie. Cecha ta powoduje szczególnie dużą elastyczność materacy, co predysponuje je do wykorzystywania w budowlach narażonych na działanie wody. Zabezpieczenie nasypu Autostrady A2 na terenach zalewowych

22 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Grunt zbrojony jest materiałem konstrukcyjnym utworzonym najczęściej poprzez naprzemienne ułożenie na sobie warstw gruntu i innego materiału zwanego zbrojeniem, który charakteryzuje się znaczną wytrzymałością na rozciąganie. Taśmy stalowe Taśmy polimerowe Geosiatki Siatki stalowe Grunt zbrojony MACRES Steel System ParaWeb System Geosiatki ParaDrain / ParaGrid Grunt zbrojony Green Terramesh

23 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Element siatkowy do zbrojenia gruntu Green Terramesh to wykonany z podwójnie splatanej siatki stalowej element stosowany do budowy stromych do 70 nasypów z gruntu zbrojonego W tym systemie zewnętrzna część wykonana jest w postaci wzmocnionego panelu stanowiącego lico konstrukcji z siatką kotwiącą stanowiącą zbrojenie gruntu. W efekcie uzyskujemy zielone skarpy porośnięte roślinnością.

24 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu

25 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Zastosowanie: 1. Brak wystarczającej ilości terenu na posadowienie nasypu standardowego. 2. Trudno dostępny grunt do budowy nasypu 3. Występujące przeszkody wzdłuż nasypu (gazociągi, kanalizacje, zabytki, itp.) 4. Posadowienie nasypów na terenach osuwiskowych 5. Posadowienie na terenach górskich 6. Rozbudowa drogi o kolejny pas ruchu w sąsiedztwie cieku wodnego.

26 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Budowa przypory korpusu drogowego w miejscowości Husów (Podkarpackie)

27 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Nasyp zbrojony jako najazd na wiadukt w miejscowości Janikowo (Kujawsko-Pomorskie)

28 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Posadowienie całorocznego stoku narciarskiego na istniejącym nasypie (Podlaskie)

29 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Posadowienie całorocznego stoku narciarskiego na istniejącym nasypie (Podlaskie)

30 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych nasypów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe o nachyleniu powyżej 45 do 70 zbrojenie gruntu Posadowienie lotniska na stoku górskim Sikkim (Indie)

33 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów

34 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zabezpieczenie i odwodnienie skarp wykopu Autostrady A4 materacami gabionowymi

35 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Geomaterace gabionowe wykorzystują dno materacy RENO, które tak samo wypełnia się kamieniami i dodatkowo humusem a następnie przykrywane są geomatą Macmat-R zbrojoną siatką stalową taką samą jak dno geomateraca. Stosowanie geomateracy pozwala na zabezpieczenie takie samo jak w przypadku materacy z pełnym zazielenieniem skarp. Zabezpieczenie skarp geomateracami gabionowymi

36 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zabezpieczenie skarp wykopów o nachyleniu powyżej 1:1,5 można zrealizować poprzez zastosowanie: zbrojenia gruntu gwoździami gruntowymi z oblicowaniem elastycznym lub sztywnym kotwienia gruntu z oblicowaniem elastycznym Gwoździe gruntowe + Siatka Maccaferri Kotwy gruntowe + Siatka Maccaferri

37 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zbrojenie gruntu poprzez gwoździowanie polega na wprowadzeniu w ośrodek gruntowy zbrojenia w postaci gwoździa. Gwoźdź gruntowy (ang: soil nail) - element zbrojący, zainstalowany w gruncie, zazwyczaj pod kątem skierowanym do dołu, tworzący na całej swojej długości opór tarcia z gruntem 1 Oblicowanie (siatka stalowa) 2 - Płyta oporowa 3 - Nakrętka dociskowa 4 - Element centrujący zewnętrzny 5 - Osłona karbowana 6 Łącznik 8 - Iniekt 9 - Element zbrojący (pręt, żerdź) 10 - Tracona koronka wiertnicza 11 - Ośrodek gruntowy

38 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zbrojenie gruntu poprzez gwoździowanie polega na wprowadzeniu w ośrodek gruntowy zbrojenia w postaci gwoździa.

39 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Kotwienie gruntu polega na wprowadzeniu w ośrodek gruntowy kotew które przenoszą siły na powierzchnię z mocniejszych warstw geotechnicznych Kotew - konstrukcja przenosząca siły rozciągające na nośną warstwę gruntu Stopa kotwiąca Element kotwy na którym obciążenie jest przekazywane przez stopę kotwiącą na otaczający grunt Głowica kotwy - element kotwy, przekazujący siłę rozciągającą z cięgna na płytę oporową lub konstrukcję. Cięgno - część kotwy służąca do przeniesienia siły rozciągającej ze stopy kotwiącej na głowicę kotwy Łącznik - element służący w konstrukcji kotwy do łączenia odcinków cięgna Charakterystyczna wewnętrzna nośność kotwy - charakterystyczna siła zrywająca cięgno kotwy lub połączenie ze stopą kotwiącą Nośność zewnętrzna kotwy - graniczny opór gruntu na stopie kotwiącej

40 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zabezpieczenie skarp wykopu przy użyciu gwoździowania gruntu i geomaty zbrojonej Macmat-HS. Geosyntetyki w inżynierii geotechnicznej

41 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zabezpieczenie skarp wykopu przy użyciu gwoździowania gruntu i geomaty zbrojonej Macmat-HS. Geosyntetyki w inżynierii geotechnicznej

42 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5

43 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Oblicowanie skarp gwoździowanych / kotwionych to zastosowanie na powierzchni skarpy elementów o odpowiedniej wytrzymałości, sztywności i trwałości. Najczęściej stosowane są: Geomaty zbrojone siatka stalową Macmat R lub Macmat HS Siatki stalowe SteelGrid + geomaty lub biomaty Materace gabionowe Geomaterace gabionowe

44 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5

45 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Jarosław - obwodnica

46 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Budowa drogi ekspresowej S8, odcinek Syców - Kępno - Wieruszów - Walichnowy

47 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Budowa drogi ekspresowej S8, odcinek Syców - Kępno - Wieruszów - Walichnowy

48 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Autostrada A1 Węzeł Wrocław k. Łodzi

49 BUDOWA NOWYCH SKARP Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Autostrada A1 Węzeł Wrocław k. Łodzi

50 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Gdynia Trasa Kwiatkowskiego

51 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Skarpy nowo budowanych wykopów: o nachyleniu do 1:1,5 zabezpieczenie powierzchniowe, odwodnienie o nachyleniu powyżej 1:1,5 Zabezpieczenie skarp wykopu kolejowego przy użyciu geomaty zbrojonej Macmat-HS. Widoczny zaawansowany porost roślinności ma geomacie.

52

53 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Problem: nieodpowiednie zabezpieczenie

54 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Problem: Działanie wody

55 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH

56 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Rozwiązania do rekonstrukcji skarp oferowane przez firmę MACCAFERRI to: zbrojenie skarpy poprzez kotwienie z oblicowaniem z geomaty zbrojonej zbrojenie skarpy poprzez gwoździowanie z oblicowaniem z geomaty zbrojonej zabezpieczenie powierzchniowe z geomaty zbrojonej mocowanej szpilkami odbudowa uszkodzonej skarpy z gruntu zbrojonego Green Terramesh podparcie skarpy murem gabionowym

57 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Kotwy DUCKBILL Elementy 1. Stopa kotwiąca 2. Szekla 3. Cięgno 4. Płyta oporowa 5. Nakrętka kotwiąca 6. Skarpa

58 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Kotwy DUCKBILL Zasada działania Zasada pracy wbijanych kotew gruntowych DUCKBILL oparta jest na odporze gruntu wzbudzającym się na powierzchni stopy kotwiącej w trakcie jej przemieszczania. W celu zminimalizowania oporów wbijania, stopę wprowadza się w grunt w pozycji złożonej. Jednocześnie zaostrzona końcówka stopy ułatwia jej przemieszczanie w gruncie. Następnie, w czasie powrotnego ruchu kotwy (w trakcie jej sprężania), przegubowo mimośrodowe mocowanie cięgna nośnego do stopy kotwiącej, oraz specjalny kształt samej stopy, powodują jej obrót do pozycji roboczej (prostopadle do cięgna). Wykorzystanie reakcji gruntu przeciw przemieszczaniu się stopy kotwiącej pozwala na uzyskanie siły nośnej w cięgnie kotwy w stosunkowo prosty i szybki sposób.

59 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH MACMAT-HS: antyerozyjna geomata wykonana z polipropylenowych monofilamentów ułożonych na siatce stalowej tworzących wspólnie trójwymiarową strukturę o grubości 12 mm charakteryzująca się wytrzymałością na rozciąganie od 55 do 180 kn/m Siatka stalowa + geomata = Geomata zbrojona siatką stalową Dla skarp > 1:1,5 Macmat HS Dla skarp 1:1,5 Macmat R UTS= kn/m ε =6 % UTS = kn/m ε =20 %

60 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH MACMAT-HS: sposób instalacji na skarpach wykopu Łączenie geomaty następuje na styk za pomocą łączników. Krawędzie geomaty wykonanie są w postaci liny brzegowej o średnicy 8mm

61 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Zaawansowany porost roślinności na geomacie w ciągu 2 miesięcy od instalacji.

62 REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Zabezpieczenie skarp przy użyciu geomaty zbrojonej Macmat-HS wykonanie hydrosiewu. a następnie

63 Przykłady: REKONSTRUKCJA SKARP DROGOWYCH Przykład zabezpieczenia poprzez kotwienie z oblicowaniem z geomaty zbrojonej skarp nasypów i wykopów, które osunęły się w wyniku nasiąknięcia gruntów wodą opadową. 1. kotwy gruntowe Duckbill MR-2 o długości L=2,5 m w rozstawie 2x3m oraz 3x3m 2. Geomata zbrojona siatką stalową R=47 kn/m 3. Prefabrykowane dreny wbijane DK 5. Obwodnica Trzebnicy