PROJEKTOWANIE WARSTW OCHRONNYCH I PODŁOŻY KOLEJOWYCH BUDOWLI ZIEMNYCH WZMOCNIONYCH GEOTEKSTYLIAMI



Podobne dokumenty
MOŻLIWOŚCI WZMACNIANIA PODTORZA W WARUNKACH INTEROPERACYJNOŚCI KOLEI

Wzmacnianie podtorza

Wykonawstwo robót fundamentowych związanych z posadowieniem fundamentów i konstrukcji drogowych z głębiej zalegającą w podłożu warstwą słabą.

Zarys geotechniki. Zenon Wiłun. Spis treści: Przedmowa/10 Do Czytelnika/12

D A SPECYFIKACJE TECHNICZNE WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT WZMOCNIENIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO GEOSIATKĄ SYSNTETYCZNĄ

Podłoże warstwowe z przypowierzchniową warstwą słabonośną.

gruntów Ściśliwość Wytrzymałość na ścinanie

Systemy odwadniające - rowy

Geosyntetyki w drenażach i odwodnieniach liniowych.

Przedmiotem opracowania jest określenie technologii wykonania nawierzchni dla drogi powiatowej nr 1496N na odcinku od km do km

Geosyntetyki to jedyne materiały

Nasypy projektowanie.

Pracownia specjalistyczna z Geoinżynierii. Studia stacjonarne II stopnia semestr I

Koleje podstawy. Wykład 5 Elementy drogi kolejowej: zastosowanie geosyntetyków, nawierzchnie bezpodsypkowe

OFERTA DZIAŁU GEOSYNTETYKÓW

WZMOCNIENIE PODŁOŻA MATERACEM

ZBIÓR WYMAGAŃ ZAGĘSZCZENIA GRUNTU DLA BUDOWNICTWA I DROGOWNICTWA

SPECYFIKACJA TECHNICZNA SST WZMOCNIENIE PODŁOŻA MATERACEM

STWiORB jest stosowana jako dokument przetargowy i kontraktowy przy zlecaniu i realizacji robót wymienionych w pkt. 1.1.

Nasyp budowlany i makroniwelacja.

Kryteria doboru filtrów geosyntetycznych i warstw separacyjnych.

Projektowanie indywidualne

Instytut Techniki Budowlanej. Techniczne aspekty budowy kompleksów sportowych Moje Boisko-Orlik 2012

Metody wzmacniania wgłębnego podłoży gruntowych.

Projektowanie wzmocnień podłoża dróg kolejowych w aspekcie bezpieczeństwa ruchu 4

SPECYFIKACJA TECHNICZNA SST WZMOCNIENIE PODŁOŻA MATERACEM Z ZASTOSOWANIEM GEOKRATY

Podział geosyntetyków wg PN-EN ISO Przygotował: Jakub Stanasiuk 1

099_Schotterrasensubstrat_0_32_Typ_SR.xls PL Stand: Lawa, pumeks, mieszanka kruszyw mineralnych i ziemi ogrodowej. Maksymalna pojemość wodna

Zagęszczanie gruntów niespoistych i kontrola zagęszczenia w budownictwie drogowym

Wykonanie warstwy odsączającej z piasku

Warunki techniczne wykonywania nasypów.

PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

Uwagi dotyczące mechanizmu zniszczenia Grunty zagęszczone zapadają się gwałtownie po dobrze zdefiniowanych powierzchniach poślizgu według ogólnego

mr1 Klasa betonu Klasa stali Otulina [cm] 4.00 Średnica prętów zbrojeniowych ściany φ 1 [mm] 12.0 Średnica prętów zbrojeniowych podstawy φ 2

Projektowanie konstrukcji nawierzchni

PROJEKT WZMOCNIENIA NAWIERZCHNI W TECHNOLOGII BITUFOR

Katedra Dróg i Lotnisk NOWY KATALOG TYPOWYCH KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI SZTYWNYCH. Prof.dr hab. inż. Antoni SZYDŁO

Grupy nośności vs obliczanie nośności podłoża.

D Podbudowa z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie

Ogólne wymagania dotyczące robót podano w Specyfikacji DM Wymagania ogólne.

Techniczna możliwość wzmacniania geotekstyliami gruntowego podłoża nawierzchni drogi samochodowej

Stateczność dna wykopu fundamentowego

ST D PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

Pale fundamentowe wprowadzenie

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH

Projektowanie umocnienia brzegowego.

Przebudowa linii tramwajowej w Sosnowcu na ul. Małachowskiego. Odcinek od ronda im. Gierka do ul. Mościckiego.

, u. sposób wyznaczania: x r = m. x n, Zgodnie z [1] stosuje się następujące metody ustalania parametrów geotechnicznych:

PROJEKTOWANIE INDYWIDUALNE KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI A DOLNE WARSTWY KONSTRUKCJI

SZCZEGÓŁOWE SPECYFIKACJE TECHNICZNE D PODBUDOWY Z PIASKU STABILIZOWANEGO CEMENTEM

Egzamin z MGIF, I termin, 2006 Imię i nazwisko

Tok postępowania przy projektowaniu fundamentu bezpośredniego obciążonego mimośrodowo wg wytycznych PN-EN Eurokod 7

Nośność pali fundamentowych wg PN-83/B-02482

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA D.05 PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

1.5. Ogólne wymagania dotyczące robót Ogólne wymagania dotyczące robót podano w ST D-M Wymagania ogólne pkt 1.5.

Lp Opis obciążenia Obc. char. kn/m 2 f

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

D NAWIERZCHNIA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

Katalog typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych

Indywidualne projektowanie konstrukcji nawierzchni dzięki metodzie mechanistyczno - empirycznej Dawid Siemieński Pracownia InŜynierska KLOTOIDA

Polskie normy związane

POZ. KOSZT. 32 D (CPV ) PODBUDOWA Z KRUSZYWA NATURALNEGO STAB. MECHANICZNIE 1. WST

Projektowanie geometrii fundamentu bezpośredniego

D ROBOTY ZIEMNE. WYMAGANIA OGÓLNE

Wytyczne projektowe - konstrukcje nawierzchni

KORYTO WRAZ Z PROFILOWANIEM I ZAGĘSZCZANIEM PODŁOŻA

DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA

D PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH SST - 1 ROBOTY ZIEMNE

1. Dane : DANE OGÓLNE PROJEKTU. Poziom odniesienia: 0,00 m.

D PODBUDOWA Z TŁUCZNIA KAMIENNEGO

Projekt wykonawczy przebudowy drogi powiatowej nr 4328E Bukowiec n/pilicą - Radonia od km do km dł. 8,1 km

D Podbudowa z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie 37 D PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

dr inż. Leon Maro Rzecoznawca budowlany Specjalista II stopnia w projektowaniu konstrukcji budowlanych

Wymiarowanie sztywnych ław i stóp fundamentowych

NOŚNOŚĆ PALI POJEDYNCZYCH

Problematyka projektowania nawierzchni asfaltowych na przykładzie budowy drogi ekspresowej S-6 Goleniów-Koszalin

SPECYFIKACJA TECHNICZNA WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH M WYMIANA GRUNTU

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Zakres wiadomości na II sprawdzian z mechaniki gruntów:

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

NOŚNOŚĆ PALI POJEDYNCZYCH

Substrat intensywny Optigrün typ i

POZ. KOSZT ; 26 D (CPV ) PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE 1. WSTĘP 1.1. Przedmiot ST Przedmiotem

Q r POZ.9. ŁAWY FUNDAMENTOWE

D PODBUDOWA Z KRUSZYW. WYMAGANIA OGÓLNE

dr inż. Jarosław Zwolski

D PODBUDOWA Z KRUSZYWA ŁAMANEGO STABILIZOWANEGO MECHANICZNIE

D Układanie geosyntetyków

2008 r. SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA D

SZCZEGÓŁOWE SPECYFIKACJE TECHNICZNE D ROBOTY ZIEMNE

Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE

GEOTECHNICZNE WARUNKI POSADOWIENIA

D Podbudowa z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie

Rozbudowa drogi wojewódzkiej nr 690 wraz z drogowymi obiektami inżynierskimi i niezbędną infrastrukturą techniczną na odcinku Ciechanowiec - Ostrożany

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA D WYKONANIE PROFILOWANIA I ZAGĘSZCZENIA PODŁOŻA

OCENA NOŚNOŚCI ISTNIEJĄCEJ KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI DW 213 NA ODCINKU OD KM DO KM ORAZ OPRACOWANIE WARIANTÓW WZMOCNIEŃ NAWIERZCHNI

Drenaż opaskowy. Rys. 1. Schemat instalacji drenażu opaskowego.

PROJEKT GEOTECHNICZNY

WYKORZYSTANIE WARSTW KRUSZYWA STABILIZOWANYCH GEORUSZTEM HEKSAGONALNYM W PROCESIE OPTYMALIZACJI NAWIERZCHNI

Transkrypt:

Problemy Kolejnictwa Zeszyt 49 37 Mgr Zuzanna Zelek Centrum Naukowo-Techniczne Kolejnictwa PROJEKTOWANIE WARSTW OCHRONNYCH I PODŁOŻY KOLEJOWYCH BUDOWLI ZIEMNYCH WZMOCNIONYCH GEOTEKSTYLIAMI SPIS TREŚCI Wprowadzenie Konstrukcje wzmocnione 3 Wymagania dotyczące materiałów 4 Projektowanie wzmocnień torowiska geotekstyliami 5 Podsumowanie STRESZCZENIE Artykuł przedstawia metody projektowania warstw ochronnych i podłoży dróg kolejowych wzmocnionych geotekstyliami Charakteryzuje rolę geotekstyliów we wzmocnieniu konstrukcji oraz zwiększeniu trwałości i niezawodności drogi kolejowej dzięki odpowiedniemu rozłożeniu naprężeń od taboru i zapewnieniu właściwej filtracji wód opadowych Przytacza podstawowe wymagania którym powinny odpowiadać geotekstylia oraz metody projektowania wykorzystujące moduł odkształcenia gruntów jako kryterium nośności Podaje przykłady nomogramów ułatwiających prace projektowe W podsumowaniu podkreśla potrzeby odpowiedniego projektowania wzmocnionych podłoży w zależności od rodzaju gruntów materiałów i warunków eksploatacyjnych

38 Z Zelek WPROWADZENIE Geotekstylia są materiałami powszechnie stosowanymi do wzmocnień podłoży gruntowych przy budowie i modernizacji dróg kolejowych i urządzeń odwadniających Podłoża gruntowe nawierzchni wzmocnione geotekstyliami zwiększają trwałość i niezawodność eksploatacyjną dróg kolejowych Należą do technologii nowoczesnych prostych ekologicznych ekonomicznych i skutecznych w działaniu Geotekstylia są to płaskie niewielkiej grubości rozwijalne wyroby wytwarzane z włókien syntetycznych takich jak: polipropylen (PP) poliester (PES) polietylen (PE) polietylen o dużej gęstości (PE-HD) poliamid (PA) aramid (A) i poliwinylochloryt (PCV) Ze względu na sposób wytwarzania wyróżnia się następujące materiały geotekstylne [3]: geowłóknina produkowana w postaci runa wytwarzana mechanicznie metodą igłowania geotkanina wytwarzana techniką tkacką z włókien przeplatanych prostopadle geosiatka wyrób który po rozwinięciu ma postać siatki dwuosiowej o oczkach kwadratowych lub siatki jednoosiowej o oczkach wydłużonych (prostokątnych) W zależności od technologii wyróżnia się geosiatki z węzłami przeplatanymi sztywnymi i zgrzewanymi geomata wyrób o dużej porowatości płaski lub trójwymiarowy wytwarzany mechanicznie z odpowiednio dobranych włókien geokompozyt wyrób będący kombinacją różnych geotekstyliów najczęściej jest dwuwarstwowy; składa się z warstwy geowłókniny i geotkaniny lub geowłókniny i geosiatki Powszechnie stosowanymi materiałami geotekstylnymi w podtorzu kolejowym są geowłókniny i geosiatki ale w zależności od potrzeb jest możliwe zastosowanie również geotkanin geokompozytów lub geomat [0] Ze względu na właściwości i funkcję jaką spełniają w środowisku gruntowym oraz warunki pracy w podbudowach komunikacyjno-gruntowych geotekstylia stosuje się do: zapewnienia stabilności mechanicznej na styku warstw o strukturze ziarnistej tzn zapobiegania mieszaniu się ze sobą gruntów różnych warstw wskutek oddziaływań dynamicznych (rozdzielanie warstw gruntu o różnym uziarnieniu) zapewnienia stabilności filtracji tzn kontrolowanego filtrowania i szybkiego odprowadzania wód infiltracyjnych z warstw ochronno-nośnych poza pas torowiska w celu zapobieżenia kolmatacji lub erozji kontaktowej równomiernego rozłożenia naprężeń w ośrodku gruntowym i ograniczenia odkształceń podłoża w celu podwyższenia nośności podłoża (zbrojenie gruntu)

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 39 W gruntowych (ziemnych) budowlach komunikacyjnych geotekstylia mają zastosowanie głównie do wzmacniania górnych warstw podłoży gruntowych (torowisk) [0] jako: elementy oddzielająco-filtracyjne lub oddzielające np geowłókniny nośne (zbrojące) np geotkaniny geosiatki georuszty drenujące i zabezpieczające W każdym wypadku stosowania geotekstyliów do wzmacniania podtorza kolejowego jest konieczny projekt materiałowo-konstrukcyjny uwzględniający wszystkie czynniki wpływające na konstrukcję a przede wszystkim: miejscowe warunki geotechniczne i eksploatacyjne rodzaj kruszywa stosowanego na warstwy ochronne jak również zasady wymiarowania Wyróżnia się pięć metod projektowych wzmacniania podłoży gruntowych: CBR (amerykańska metoda empiryczna); kryterium projektowe kryterium dopuszczalnej koleiny (h min ) dla ruchu typu drogowego Możliwość projektowania wzmocnienia nawierzchni drogowej w układzie jednowarstwowym Wtórnych modułów odkształceń (metoda niemiecka); kryterium projektowe kryterium nośności podłoża określanego za pomocą wtórnego modułu odkształcenia E Metoda nomogramowa z możliwością projektowania w układzie jednowarstwowym 3 AASHTO (metoda amerykańska); podłoże określone za pomocą modułu odkształcenia E kryterium projektowe liczba osi standardowych w okresie eksploatacji jaką może przenieść nawierzchnia drogowa Możliwość projektowania układu wielowarstwowego z różnymi rodzajami warstw i kruszyw 4 CROW (metoda holenderska); kryterium projektowe kryterium nośności określone za pomocą wskaźnika nośności CBR Metoda nomogramowa możliwość określania grubości warstwy nośnej dla różnych geotekstyliów 5 Mechaniczna (metoda niemiecka); podłoże określone za pomocą modułu odkształcenia E i współczynnika Poissone a ν Kryterium projektowe kryterium nośności wzmocnienia Możliwość projektowania układów wielowarstwowych z zastosowaniem różnych rodzajów kruszyw o odpowiednim uziarnieniu W dalszych rozważaniach posłużono się najczęściej stosowaną metodą wtórnych modułów odkształcenia KONSTRUKCJE WZMOCNIONE W skład konstrukcji drogi kolejowej wchodzą następujące części składowe (rys ): nawierzchnia kolejowa składająca się z szyn podkładów przytwierdzeń podsypki oraz podtorza w skład którego wchodzą: torowisko warstwa ochronna z kruszywa natural-

40 Z Zelek nego (np pospółki) lub łamanego (np kliniec) będąca warstwą nośną filtracyjną i mrozoodporną i podłoże gruntowe Elementy te stanowią górne warstwy podtorza 3 4 5 6 nawierzchnia kolejowa podtorze Rys Części składowe drogi kolejowej: ) szyny ) podkład 3) podsypka czyli warstwa tłucznia o wymiarach ziaren 35/50 mm lub 3/63 mm 4) torowisko 5) warstwa ochronna torowiska 6) podłoże gruntowe Wzmacnianie takiego wielowarstwowego układu polega przede wszystkim na układaniu geotekstyliów na styku podłoża gruntowego i warstwy ochronnej [4] Przykładowe schematy konstrukcji rusztu torowego z zastosowaniem materiałów geotekstylnych przedstawiono na rysunkach 5 Grubość warstwy ochronnej projektuje się w zależności od wielkości obciążeń eksploatacyjnych linii rodzaju kruszywa i jakości podłoża gruntowego Ze względów konstrukcyjno-technologicznych stosuje się mieszanki kruszyw łamanych o grubościach 5 0 i 5 cm Rys Geowłóknina jako element oddzielający i filtrujący: ) warstwa podsypki tłuczniowej ) warstwa ochronna 3) geowłóknina 4) podłoże gruntowe

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 4 3 4 Rys 3 Wzmocnienie mało nośnego podłoża zbrojenie jednowarstwowe: ) warstwa podsypki tłuczniowej ) warstwa ochronna 3) geosiatka 4) podłoże gruntowe 3 4 Rys 4 Wzmocnienie mało nośnego podłoża zbrojenie dwuwarstwowe: ) warstwa podsypki tłuczniowej ) warstwa ochronna 3) geosiatka 4) podłoże gruntowe 3 4 5 Rys 5 Wzmocnienie mało nośnego podłoża z zastosowaniem geowłókniny jako elementu oddzielająco-filtrującego i geosiatki zbrojącej: ) warstwa podsypki tłuczniowej ) warstwa ochronna 3) geosiatka 4) geowłóknina 5) podłoże gruntowe

4 Z Zelek 3 WYMAGANIA DOTYCZĄCE MATERIAŁÓW Dobór odpowiedniego materiału do zastosowania w podtorzu kolejowym nie jest dowolny i powinien podlegać odpowiednim badaniom i obliczeniom projektowym które zapewnią odpowiednie jego użycie zgodnie ze stawianymi wymaganiami i założeniami konstrukcyjnymi Wymagania materiałowe dotyczą zarówno materiału geotekstylnego jak i kruszyw stosowanych na warstwy ochronne podtorza kolejowego W wypadku geotekstyliów minimalne wymagania dla najczęściej stosowanych materiałów podano w tablicach i przy czym jeśli materiał geotekstylny ma kilka zastosowań powinien spełniać wszystkie wymagania przewidziane dla każdego z tych zastosowań [0] Wymagania dla materiału warstw ochronnych określa się ze składu granulometrycznego kruszywa i jego krzywej uziarnienia co przedstawiono w tablicy 3 i na rysunku 6 [4] Tablica Wymagania dla geotekstyliów stosowanych jako elementy oddzielająco-filtrujące Właściwości Wymaganie Rodzaj materiału geowłóknina geokompozyt Masa powierzchniowa (gramatura) 50 g/m Wytrzymałość na rozciąganie 6 kn/m Wydłużenie przy zerwaniu 50 00% Wytrzymałość na przebicie statyczne Wytrzymałość na przebicie dynamiczne Wodoprzepuszczalność prostopadła do powierzchni wyrobu kn 0 mm 0-4 m/s ) 5 0-4 m/s ) Zdolność przepływu w płaszczyźnie wyrobu 5 0-4 m/s ) Wielkość porów O 90 006 00 mm 3) Grubość 5 O 90 mm ) dotyczy materiału oddzielającego ) dotyczy materiału oddzielającego i filtrującego 3) ze względu na kolmatację zaleca się stosować materiały o wielkościach porów: 006 0 mm w gruntach spoistych; 009 00 mm w gruntach niespoistych

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 43 Tablica Wymagania dotyczące geotekstyliów stosowanych jako elementy zbrojenia Właściwości Wymaganie Rodzaj materiału geosiatka dwuosiowa Wytrzymałość na rozciąganie R 0 kn/m ) Wydłużenie przy rozciąganiu wszerz ε CMD 0% Anizotropia wytrzymałości na rozciąganie : 5 Moduł przy wydłużeniu materiału % 3% lub 5% Wielkość oczek Wytrzymałość węzła sztywnego według projektu ) kn/m według projektu 3) mm 30% wytrzymałość pojedynczego żebra ) orientacyjne wytrzymałości zależne od modułów odkształcenia podłoża E g wynoszą: E g < 0 MPa R 40 kn/m E g = 0 0 MPa R 30 kn/m E g > 0 MPa R 5 kn/m ) jeżeli moduł nie jest znany można przyjąć w przybliżeniu R/ε max 3) przyjmuje się 7 d 80 kruszywa; wielkość oczek powinna zawierać się w przedziale 0 70 mm Zawartość ziaren mniejszych od d [%] Wykres uziarnienia 00 90 80 70 60 50 40 30 0 0 0 00 0 0 00 Wymiary ziaren "d" [mm] Rys 6 Krzywe graniczne uziarnienia dla kruszyw zalecanych do budowy warstw ochronnych: krzywe graniczne

44 Z Zelek Wymagania dotyczące materiałów warstwy ochronnej Tablica 3 Właściwości Wymaganie Rodzaj materiału pospółka kliniec mieszanka ) Zawartość skał węglanowych < 0% Zawartość ziaren i cząstek < 0 mm 0% Zawartość ziaren < 0075 mm < 0% Zawartość ziaren < 00 mm 3% Uziarnienie: wskaźnik różnoziarnistości wskaźnik wygięcia krzywej uziarnienia U = d 60 /d 0 ) C = d 30 /d 0 d 60 ) ) zalecane jest doziarnianie kruszywa grubszego drobniejszym przy czym ilość materiału doziarniającego powinna stanowić najmniej 30% materiału doziarnianego ) określa się z krzywej uziarnienia [5] na liniach o prędkościach: 00 50 km/h: nowobudowanych i modernizowanych U 7; C = 3 eksploatowanych U 6; C = 07 4 60 00 km/h: nowobudowanych i modernizowanych U 6; C = 3 eksploatowanych U 5; C nie określa się 60 km/h: U 5; C nie określa się 4 PROJEKTOWANIE WZMOCNIEŃ TOROWISKA GEOTEKSTYLIAMI 4 Zasady stosowania wzmocnień torowisk Projektowanie nośnych konstrukcji podtorza wymaga spełnienia obowiązujących przepisów dotyczących: wymaganej grubości warstwy ochronnej mrozoodpornej i warstwy podsypki tłuczniowej [0] wymaganej wartości modułu odkształcenia podtorza E o określanego na poziomie projektowanego torowiska Minimalne wartości modułów odkształceń podtorza w zależności od warunków eksploatacyjnych przedstawiono w tablicy 4

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 45 Tablica 4 Minimalne wartości modułów odkształceń podtorza określane na torowisku E o [MPa] [0] Prędkość V max [km/h] Natężenie przewozów T [Tg/rok] T 5 0 T < 5 3 T <0 T < 3 00 < V max 50 0 (80) 0 (80) 0 (80) 0 (70) 60 < V max 00 0 (80) 0 (70) 0 (60) 00 (55) 0 < V max 60 0 (70) 0 (60) 00 (50) 90 (45) 80 < V max 0 0 (60) 00 (55) 90 (45) 80 (40) Objaśnienia: wartości modułów podtorza nowo budowanego i dobudowywanego jak również podtorza modernizowanego na liniach do prędkości V > 60 km/h; wartości w nawiasach podtorza istniejącego przy dostosowywaniu podtorza do prędkości nie przekraczających 60 km/h należy przyjmować wartości modułów jak dla podtorza nowo budowanego i traktować je jako projektowe (obliczeniowe) a nie wymagane (jako wartości wymagane przyjmuje się w takich wypadkach moduły nie mniejsze niż dla linii eksploatowanych uwzględniając możliwości uzyskania tych modułów w warunkach wodnogruntowych występujących na danej linii) Geotekstylia stosuje się do wzmocnień torowisk gdy: jest potrzeba globalnego zwiększenia nośności górnych warstw podtorza wynikająca z założeń projektowych np zwiększenia obciążeń odwodnienia torowiska lub zmniejszenia grubości warstwy nośnej (ochronnej) w górnych warstwach podtorza występują grunty słabe mało nośne np grunty [8]: spoiste gliniasto-ilaste o zawartości frakcji ilastej f i > 0% organiczne próchniczne i makroporowate (lessy) niejednorodne bardzo przewarstwione lub nawodnione Według [3] efektywność wzmocnienia materiałem geotekstylnym jest największa gdy nośność istniejącego podłoża określana modułem odkształcenia wynosi E g < 30 Mpa 4 Założenia do projektowania wzmocnień Podstawą wymiarowania konstrukcji inżynierskich budowli komunikacyjnych powinien być projekt materiałowo-konstrukcyjny uwzględniający min: zewnętrzne obciążenia komunikacyjne (obciążeniem taborem i ciężarem własnym) warunki gruntowo-wodne w tym:

46 Z Zelek rodzaj i parametry geotechniczne gruntu podłoża niezbędne do obliczenia jego nośności rodzaj i właściwości geotechniczne wbudowywanego kruszywa warstwy ochronno-nośnej poziom wód gruntowych rodzaj stosowanego do wzmocnienia materiału geotekstylnego i jego właściwości techniczne zasady wymiarowania 43 Zasady wymiarowania konstrukcji z warstwą nośną z kruszywa Metody projektowe najczęściej stosowane do obliczania i wymiarowania konstrukcji nośnych w inżynierskich budowlach komunikacyjnych wykorzystują teorię wielowarstwowej półprzestrzeni sprężystej Podstawowe metody obliczeniowe odnoszą się do kryterium nośności określanego metodą modułów odkształcenia [] W tej metodzie istotne znaczenie mają wartości wtórnych modułów odkształcenia: gruntu podłoża E g i materiału (kruszywa) warstwy ochronnej E Moduł odkształcenia zależy od składu ziarnowego gruntu i zagęszczenia a w wypadku gruntów spoistych również od stopnia jego plastyczności i konsystencji Wskazane jest aby wartość modułu odkształcenia E g była zawsze określana przez bezpośrednie badania płytowe (płyta VSS) [] Przybliżone wartości modułu odkształcenia E g dla każdego rodzaju gruntu spoistego można przyjmować z tablicy 5 [] Tablica 5 Wartości modułu odkształcenia E g [MPa] w zależności od parametrów gruntu [] Wskaźnik plastyczności I P Granica płynności w L stan plastyczny I C = 05 075 Stan gruntu wskaźnik konsystencji I C : stan twardoplastyczny I C = 075 0 stan półzwarty I C > 0 stan zwarty I C > 0 7 > 50 5 0 5 0 7 35 50 5 5 5 0 7 35 5 0 0 5 4 35 50 5 0 5 0 4 35 0 5 5 5 Wymiarowanie konstrukcji nośnych polega na obliczeniu grubości warstwy ochronnej podbudowy na podstawie znanych modułów odkształcenia gruntu podłoża E g warstwy ochronnej E i uogólnionego modułu odkształcenia dla całej podbudowy E o (rys 7) Zgodnie z załącznikiem 7 Id-3 [0] na PKP można stosować trzy metody wymiarowania warstw ochronnych torowisk W najczęściej stosowanej metodzie na pod-

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 47 stawie ekwiwalentnego modułu odkształcenia wymaganego dla podtorza określa się grubość warstwy ochronnej według następującej kolejności: na podstawie wzorów stosowanych przy badaniu nośności podłoża płytą VSS określa się wartość modułu odkształcenia podłoża gruntowego E g ustala się grubość warstwy ochronnej (nośnej) h z materiału (kruszywa) o module E dobiera się odpowiednią wartość modułu odkształcenia E kruszywa warstwy ochronnej aż do uzyskania wymaganej wartości modułu ekwiwalentnego E o dla całego podtorza E 0 h E 3 E g Rys 7 Dane do wymiarowania podtorza [0]: ) podsypka tłuczniowa ) warstwa ochronna 3) grunt podłoża; E o uogólniony moduł odkształcenia podtorza; h grubość warstwy ochronnej; E moduł odkształcenia materiału warstwy ochronnej; E g moduł odkształcenia gruntu podłoża 44 Wskazówki do obliczeń wytrzymałości zbrojenia kolejność postępowania Rodzaj zbrojenia i konstrukcję określa projektant Obliczenia sprowadzają się głównie do określenia wymaganej wytrzymałości na rozciąganie zbrojenia (materiału geosyntetycznego) przy znanym obciążeniu zewnętrznym grubości warstwy z kruszywa i właściwościach gruntu istniejącego Danymi wyjściowymi do projektowania wzmocnień jest nośność podłoża którą uważa się za wystarczającą gdy spełniony jest warunek obciążenia (stanu) granicznego czyli: q dop q prop dopuszczalne obciążenie gruntu q dop nie powinno przekraczać granicy proporcjonalności q prop która jest dwa razy mniejsza niż obciążenie graniczne q kr [] W projektowaniu przyjmuje się q obl q prop w którym uwzględnia się: obciążenia zewnętrzne q ciężar własny gruntu podłoża q g według wzoru [9]:

48 Z Zelek q g = γ h stąd: q obl = (q + γ h) γ f γ k gdzie: q obl wielkość obciążenia na poziomie projektowanego wzmocnienia (torowiska) [kn/m ] γ ciężar objętościowy gruntu warstwy [kn/m 3 ] h grubość warstwy γ k współczynnik korekcyjny przyjmowany do obliczeń [7] Następnie sprawdza się nośność podłoża gruntowego przez porównanie sił obciążających podłoże q i sił przytrzymujących czyli odporu gruntu podłoża q według obc odp następujących wzorów: dla sił obciążających: o ϕ γ h qobc = tg 45 + qobl h dla sił przytrzymujących: q o odp = tg 45 + φg gdzie: ϕ kąt tarcia wewnętrznego gruntu warstwy nośnej γ ciężar objętościowy warstwy h grubość warstwy ϕ g kąt tarcia wewnętrznego gruntu podłoża Na podstawie tych wzorów można wyznaczyć wielkość siły rozciągającej F gs którą musi przenieść zbrojenie (geosyntetyk): F gs = q obc γ f c g B q odp gdzie: F gs siła rozciągająca geosyntetyku [kn/m] γ f współczynnik obciążenia według [6] c g spójność gruntu podłoża [kn/m 3 ] B według [6] przy czym dla dróg kolejowych można przyjąć równy szerokości torowiska Zadaniem projektanta jest dobranie rodzaju materiału zbrojącego oraz takiej liczby warstw zbrojenia aby ich łączna wytrzymałość na rozciąganie spełniała następujący warunek: ΣR r F gs γ m gdzie: R r wytrzymałość na rozciąganie zbrojenia deklarowana przez producenta [kn/m] γ m materiałowy współczynnik pewności [3]

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 49 45 Nomogramy do projektowania konstrukcji wzmacnianych geosiatkami Projektowanie konstrukcji zbrojonej geotekstyliami upraszczają wykresy (nomogramy) które do tego celu zostały opracowane Przy ich konstruowaniu uwzględnia się różne czynniki jak np rodzaj wzmocnienia (zbrojenia) parametry geotechniczne podłoża W Instytucie w Hanowerze opracowano nomogramy projektowe do wyznaczania grubości warstw niezbrojonych i zbrojonych geosiatkami przy założeniu że znane są parametry geotechniczne []: wtórny moduł odkształcenia podłoża E g moduł odkształcenia kruszywa warstwy ochronno-nośnej E wymagana wartość uogólnionego modułu odkształcenia dla całego układu wielowarstwowego E o Przykładowe nomogramy zaprezentowano na rysunkach 8 9 [] Można z nich odczytać wymaganą grubość warstwy ochronno-nośnej z kruszywa i z zastosowaniem wzmocnienia geosiatką dla tych samych parametrów geotechnicznych podłoża Na przykład dla gruntu podłoża o module odkształcenia E g = 0 MPa i wymaganego uogólnionego modułu odkształcenia E o = 80 MPa grubość warstwy nośnej zbudowanej z kruszywa łamanego (mieszanka) powinna wynieść h min = 30 cm (rys 8a) Dla tych samych warunków przy zastosowaniu zbrojenia geosiatką grubość warstwy nośnej wyniesie h min = 0 cm (rys 8b) a) h [cm] 0 00 90 80 70 60 h E 0 E g 50 40 30 0 0 0 0 5 0 5 30 35 40 E g [MPa]

50 Z Zelek b) h [cm] 0 00 90 80 70 60 50 h E 0 E g 40 30 0 0 0 0 5 0 5 30 35 40 E g [MPa] Rys 8 Nomogram do wyznaczania grubości warstwy nośnej dla uogólnionego modułu odkształcenia E o = 80 MPa w wypadku: a) podbudowy niezbrojonej b) podbudowy zbrojonej geosiatką: ) pospółka ) mieszanka kruszywa łamanego a) h [cm] 0 00 90 80 h E 0 E g 70 60 50 40 30 0 0 0 0 5 0 5 30 35 40 E g [MPa]

Projektowanie warstw ochronnych i podłoży kolejowych budowli 5 b) h [cm] 0 00 90 80 70 h E 0 E g 60 50 40 30 0 0 0 0 5 0 5 30 35 40 E g [MPa] Rys 9 Nomogram do wyznaczania grubości warstwy nośnej dla uogólnionego modułu odkształcenia E o = 0 MPa w wypadku: a) podbudowy niezbrojonej b) podbudowy zbrojonej geosiatką: ) pospółka ) mieszanka kruszywa łamanego 5 PODSUMOWANIE Geotekstylia stosowane w konstrukcjach warstw ochronnych i podłoży dróg kolejowych zwiększają trwałość i niezawodność eksploatacyjną nawierzchni kolejowej Przy doborze materiału geotekstylnego należy uwzględniać obowiązujące wymagania techniczne i założenia projektowe Rodzaj zbrojenia gruntu powinien być określony na podstawie obliczeń projektowych uwzględniających rodzaje gruntów i zastosowanych materiałów geotekstylnych oraz warunków eksploatacyjnych drogi kolejowej BIBLIOGRAFIA Beyer H: Bemessung undgebundener Schichten auf der Grundlage der Mehrschichentheorie (MSTh) Erweiterung der Diagramme (Analagen 6 6 und 63) aus dem Bericht von SIMONS + PARTNER Anwendung von Tensar Geogittern in Straußenbau Unterlagen zur Bemessung des ungebundenen Straßenaufbaus auf der Basis von rückgerechneten Eingensteifigkeiten nach RStO 86-Vorgaben Fachgebiet Konstruktiver Straßenbau im Institut für Verkehrswirtschaft Straßenwesen und Städtebau der Universität Hannover August 993

5 Z Zelek BN-64/893-0 Drogi samochodowe Oznaczanie modułu odkształcenia nawierzchni i podłoża przez obciążenie płytą 3 Empfehlungen für Bewehrungen aus Geokunstoffen EBGEO Berlin Ernst & Sohn 997 4 Geotekstylia Poradnik stosowania Bielsko-Biała Beskidzki Instytut Tekstylny 998 5 PE-EN 933-:000/A Badania geometrycznych właściwości kruszyw Oznaczanie składu ziarnowego Metoda przesiewania 6 PN-8/B-0300 Grunty budowlane Posadowienie bezpośrednie budowli Obliczenia statyczne i projektowe 7 PN-8/B-0000 Obciążenia budowli Zasady ustalania wartości 8 PN-86/B-0480 Grunty budowlane Określenia symbole podział i opis gruntów 9 PN-88/B-004 Obciążenia budowli Obciążenie gruntem 0 Warunki techniczne utrzymania podtorza kolejowego Id-3 Warszawa PKP Polskie Linie Kolejowe SA 008 Wiłun Z: Zarys geotechniki Warszawa WKiŁ 976 Zastosowanie geosiatek Tensar w konstrukcjach nawierzchni drogowych Gdańsk Biuro Inżynierii Drogowej DROTEST 998 3 Zelek Z: Aktualizacja wymagań dla materiałów geosyntetycznych stosowanych w podtorzu kolejowym Temat 050/ CNTK Zakład Dróg Kolejowych Warszawa czerwiec 998 4 Zelek Z: Aktualizacja Katalogu na warstwy ochronne podtorza kolejowego Temat 055/ CNTK Zakład Dróg Kolejowych Warszawa listopad 998