Seminarium SITK RP Oddz. Opole, Pokrzywna 2013

Transkrypt

1 Seminarium SITK RP Oddz. Opole, Pokrzywna 2013 TECHNOLOGIA Projekt nasypu drogowego zbrojonego geosyntetykami zgodnie z Eurokod-7. Prezentuje: Konrad Rola- Wawrzecki, Geosyntetyki NAUE 1

2 Uwarunkowania prawne: Zbiór Norm Europejskich: EN1990:2002 (Eurokod 0) Podstawy projektowania konstrukcji. EN :2002 (Eurokod 1) Oddziaływania na konstrukcję. EN 1992 (Eurokod 2) Projektowanie konstrukcji z betonu. EN 1993:2005 (Eurokod 3) Projektowanie konstrukcji stalowych. EN 1994: 2004 (Eurokod 4) Projektowanie konstrukcji zespolonych stalowobetonowych. EN 1995:2004 (Eurokod 5) Projektowanie konstrukcji drewnianych. EN 1996:2005 (Eurokod 6) Projektowanie konstrukcji murowych. EN 1997:2004 (Eurokod 7) Projektowanie geotechniczne. EN 1998:2004 (Eurokod 8) Projektowanie konstrukcji poddanych oddziaływaniom sejsmicznym. EN 1999:2007 (Eurokod 9) Projektowanie konstrukcji aluminiowych. 2

3 Uwarunkowania prawne: Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dn. 2 marca 1999r W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Rozporządzenie Ministra Transportu, budownictwa i gospodarki morskiej z dn W sprawie geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych. PN-EN 1997, Eurokod -7 Projektowanie geotechniczne. Zasady ogólne. PKN 2008 (ITB, EBGEO). 3

4 Uwarunkowania prawne: 4

5 Uwarunkowania prawne: Charakterystyka ogólna EC 7-1: dokument liczący 167 stron; zawiera w sobie wszystkie ważne zagadnienia z dziedziny geotechniki: wytyczne do badań podłoża, projektowania fundamentów bezpośrednich i na palach, projektowania budowli ziemnych, nadzoru robót budowlanych, monitoringu i wiele innych; rozbudowana część opisowa; szczegółowe reguły projektowania, modele obliczeniowe, dokładne formuły oraz nomogramy załączone są w załącznikach informacyjnych ich zawartość leży w kompetencji władz krajowych (załączniki krajowe); 5

6 EUROKOD 7: Nowe pojęcia: projekt geotechniczny, projektant geotechniczny kategorie geotechniczne Elementy projektu geotechnicznego. [ Projektowanie geotechniczne w świetle norm światowych i europejskich dr inż. W. Cichy, Politechnika Gdańska.] 6

7 EUROKOD 7: Metody projektowania Metody na podstawie obliczeń Modele analityczne Modele półempiryczne Modele numeryczne Metody na podstawie wymagań przepisów Braku modeli obliczeniowych Wskazania dotyczące m.in.: wymaganego zagłębienia posadowień, głębokości przemarzania, gębokości wpływów chemicznych i biologicznych Metody na podstawie próbnych obciążeń i badań na modelach doświadczalnych na elementach rzeczywistych konstrukcji, na modelach naturalnej wielkości, na modelach w zmniejszonej skali Metoda obserwacyjna Nowość dla inżynierów w Polsce, Konkurencyjna dla metod analitycznych ze wzg. na ekonomię, Przy projektowaniu obiektów liniowych 7

8 Podejścia obliczeniowe: Metoda globalnego współczynnika bezpieczeństwa: Wyniki obliczeń przedstawione jako: Siły utrzymujące (R d ) Wskaźnik Oddziaływania (E d ) = Metoda cząstkowych współczynników bezpieczeństwa (Eurocode 7) Wyniki obliczeń przedstawione jako: Wskaźnik Oddziaływania (E d ) = Siły utrzymujące (R d ) Gdzie: = Współczynnik bezpieczeństwa Gdzie: = Wskaźnik wykorzystania konstrukcji gdzie: (E d ) < (R d ) z tego : > 1.0 (np 1.5 (Rozporządzenie)) gdzie: (E d ) (R d ) z tego: 1.0 8

9 Projektowanie konstrukcji z gruntu zbrojonego M H 9

10 Metoda stanów granicznych: Stan graniczny nośności (ULS): EQU - utrata równowagi konstrukcji lub podłoża, rozpatrywanych jako ciało sztywne, gdy wytrzymałość materiałów konstrukcyjnych i gruntu jest mało istotna dla zapewnienia nośności, STR - wewnętrzne zniszczenie albo nadmierne odkształcenie konstrukcji lub jej elementów, gdy wytrzymałość materiałów konstrukcyjnych ma zapewniać nośność, GEO - zniszczenie lub nadmierne odkształcenie podłoża, którego wytrzymałość decyduje o zapewnieniu nośności, UPL - utrata stateczności konstrukcji albo podłoża spowodowana wyporem wody lub innymi oddziaływaniami pionowymi, HYD - wypiętrzenia hydrauliczne, erozja wewnętrzna lub przebicia hydrauliczne w podłożu wywołane spadkiem hydraulicznym. Stan graniczny użytkowalności (SLS): Np. deformacje, osiadania, miejscowe uszkodzenia konstrukcji itp. 10

11 Podejścia obliczeniowe: Eurokod 7 wymaga zmiany filozofii prowadzenia obliczeń. Zamiast poszukiwać maksymalnych naprężeń niszczących konstrukcję i odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa stabilizującego konstrukcję, należy określić Oddziaływania i Siły utrzymujące w badanym modelu i zapewnić, że: Oddziaływania Siły utrzymujące (R d ) Dla zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa konstrukcji, CZĄSTKOWE WSPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZEŃŚTWA są przywiązane do: - Oddziaływania (obciążenia): A (Actions) - Materiały (Grunty): M (Materials) - Siły utrzymujące: R (Resistances) EC 7- różne kombinacje współczynników (Design Approach) Standardowe wartości w Normie EC 7, zalecane zestawy- w załacznikach krajowych (NA). 11

12 Podejścia obliczeniowe: Współczynniki cząstkowe EC-7 dla stanów GEO/STRobliczenia stateczności nasypów: Stosowane współczynniki częściowe dla nasypów zgodnie z DA3: A2+M2+R3. Oddziaływanie Symbol A1 Zestaw A2 Nośność Symbol Zestaw R1 R2 R3 Stałe Niekorzystne 1,35 1,0 Nośność podłoża R;v 1,0 1,4 1,0 Zmienne G Korzystne 1,0 1,0 Niekorzystne 1,5 1,3 Przesunięcie (poślizg) R;h 1,0 1,1 1,0 Q Korzystne 0 0 Parametr gruntu Symbol M1 Zestaw M2 Kąt tarcia wewnętrznego a 1,0 1,25 Spójność efektywna c 1,0 1,25 Wytrzymałość na ścinanie bez odpływu Wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe cu 1,0 1,4 qu 1,0 1,4 Ciężar objętościowy 1,0 1,0 a Współczynnik ten stosuje się do wartości tan 12

13 EUROKOD 7 Wprowadzanie załączników krajowych do Eurokod 7 Podejścia projektowe dla skarp (Design Approach) DA 1 DA 2 DA 3 DA 1, DA 2 & DA 3 Nieustalone 13

14 Podejścia obliczeniowe Eurokod-7: Metoda globalnego współczynnika bezpieczeństwa. (η 1,5) (NIE!) Metoda cząstkowych współczynników bezpieczeństwa Zastosowane współczynniki częściowe zgodnie z A2+M2+R3. A2: γ (obciążenia stałe) = 1,00 γ (obciążenia zmienne) = 1,30 M2: γ (ciężar objętościowy) = 1,00 γ (φ ) = 1,25 γ (c ) = 1,25 γ (cu) = 1,25 γ (pull-out) = 1,40 γ (wytrzymałość gtx) = 1,4 (LC1) R3: wszystkie γ =1 Stopień wykorzystania konstrukcji (μ 1,00) (TAK!) 14

15 Parametry warunkujące wytrzymałość geosyntetyków Obliczanie wytrzymałości długoterminowej (LTDS) Wytrzymałość długoterminowa Fk geosyntetyku jako elementu zbrojącego zgodnie z EBGEO jest określona jak poniżej: Fk = F0k / (A1 x A2 x A3 x A4 x γ) kn/m A1 A2 A3 A4 Wytrzymałość geosyntetyku zredukowana o wsp. pełzania (Secugrid 40/20 R6, design life- 120 lat, (P STS /1.40 dla PET) Cząstkowy wsp. materiałowy uszkodzenia instalacyjne (kruszywo- piasek d max < 2 mm) Cząstkowy wsp. materiałowy strata wytrzymałości na połączeniach (brak połączeń) Cząstkowy wsp. materiałowy wpływ środowiska (wysokie ph gruntu) (ph ) γ dla stanu ULS LC1 = 1,40 20 kn/m / 40 kn/m * 100% 50 % wykorzystanie zbrojenia 15

16 Mechanizmy zniszczenia: Sprawdzenie stanu granicznego nośności (GEO i STR) mechanizmy zniszczenia- utrata stateczności, zsuw, całkowite zniszczenie (obryw), wywrót (EQU), zerwanie zbrojenia, wyciągnięcie zbrojenia, stabilność oblicowania. (Bishop, 2_WG) Sprawdzenie stanu granicznego użytkowalności (osiadania podłoża, odkształcenia konstrukcji, wypiętrzenie) (Osiadanie, Izochrony) 16

17 Mechanizmy zniszczenia: Stabilność wewnętrzna STR (przykłady): Zerwanie zbrojenia Wyrwanie zbrojenia z gruntu Sprawdzenie stabilności oblicowania Stabilność zewnętrzna GEO (przykłady): S Przesuw zbrojonej bryły Przechył na skutek utraty nośności podłoża Utrata stateczności zewnętrznej 17

18 Obliczenia stateczności nasypów: M H Badanie zniszczenia metodą kołowych powierzchni poślizgu (Bishop a) Linie potencjalnych powierzchni pośłizgu przechodzą poza zbrojeniem i wchodzą w podłoże (Stateczność zewnętrzna) 18

19 Obliczenia stateczności nasypów: oblicowanie grunt nasypowy H zbrojenie grunt rodzimy B Analiza kołowych powierzchni poślizgu metodą Bishop a Stabilność wewnętrzna: Linie poślizgu przechodzą przez warstwy zbrojenia, nie wchodzą w podłoże. 19

20 Obliczenia stateczności nasypów: oblicowanie grunt nasypowy H zbrojenie grunt rodzimy B Metoda równowagi klinów odłamu Stateczność wewnętrzna: badanie łamanych płaszczyzn poślizgu. 20

21 Obliczenia stateczności nasypów: Stan graniczny STR M Utrata stateczności wewnętrznej lub nadmierna deformacja konstrukcji lub jej elementu (np. zbrojenia), gdzie wytrzymałość elementu zbrojenia konstrukcji jest decydująca w zapewnieniu stateczności H M Stan graniczny GEO Utrata stateczności lub nadmierna deformacja konstrukcji, gdzie wytrzymałość podłoża gruntowego jest decydująca w zapewnieniu stateczności. H 21

22 Obliczenia stateczności nasypu BEZ zbrojenia: 22

23 Wymiarowanie zbrojenia geosyntetycznego: Wzory (wyciąganie z gruntu) Fk,pull-out= n x σv,k x La x ftk [kn/m] gdzie: n- liczba powierzchni (liczba n=2 tarcie na górnej i dolnej powierzchni geosyntetyku) σv,k- naprężenie normalne charakterystyczne w płaszczyźnie geosyntetyku La- długość zakotwienia geosyntetyku poza analizowaną płaszczyzną poślizgu ftk- wartość współczynnika tarcia zbrojenia o grunt określony w badaniach pull-out (lub wartość z literatury). Wytrzymałość długoterminowa na zerwanie Fk = F0 / (A1 x A2 x A3 x A4 x γ) Odkształcenia (np. 5%) Fk(ε)= Fo x β / (A2 x A3 x A4) 23

24 Obliczenia stateczności nasypu ze zbrojeniem: 24

25 Zalecenia dot. wykonania konstrukcji nasypu: 25

26 Realizacja: geosiatka i mata antyerozyjna 26

27 Oblicowanie z siatek stalowych 27

28 Oblicowanie z siatek stalowych 28

29 Oblicowanie z bloczków betonowych DK7 (Kalsk) 29

30 Oblicowanie z bloczków betonowych DK7 (Kalsk) 30

31 Geosyntetyki NAUE Sp. z o.o. Ul. Rolna Warszawa Tel biuro@geonaue.pl 31