Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE Gdańsk 2004
POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA WODNEGO I INŻYNIERII ŚRODOWISKA MONOGRAFIE ROZPRAWY DOKTORSKIE Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE Gdańsk 2004
Seria wydawnicza prezentuje najbardziej interesujące rozprawy doktorskie wykonane na Wydziale Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej. Niniejsza monografia stanowi skróconą wersję rozprawy doktorskiej Angeliki Duszyńskiej wykonanej pod kierunkiem Adama Bolta, w ramach Studium Doktoranckiego Geotechnika w Budownictwie i Ochronie Środowiska WBWIŚ PG. Recenzenci rozprawy: Zbigniew Lechowicz Bohdan Zadroga ISBN 83 920821 4 1 Druk:.Zakład Poligrafii Politechniki Gdańskiej, ul. Narutowicza11/12, 80-952 Gdańsk
3 SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE 1.1. Rodzaje geosyntetyków i ich funkcje w konstrukcjach inżynierskich... 7 1.1.1. Rodzaje geosyntetyków... 7 1.1.2. Funkcje geosyntetyków... 8 1.1.3. Wady i zalety geosyntetyków... 9 1.2. Geosyntetyki w zbrojeniu gruntu... 9 1.3. Czynniki wpływające na zachowanie się konstrukcji z gruntu zbrojonego... 12 1.3.1. Wybór geosyntetyku... 12 1.3.2. Parametry gruntu... 14 1.3.3. Orientacja zbrojenia w gruncie... 14 1.3.4. Równowaga gruntu zbrojonego... 15 1.4. Mechanizm współpracy elementów zbrojenia z gruntem... 16 1.4.1. Jak zbrojenie wzmacnia grunt... 16 1.4.2. Wzajemne oddziaływanie gruntu i zbrojenia... 17 1.4.3. Współczynnik bezpośredniego poślizgu... 18 1.4.4. Współczynnik przyczepności... 19 1.4.5. Określenie siły wyciągającej i oporu na wyciąganie... 21 1.5. Modelowanie współpracy elementów odkształcalnych z gruntem... 22 1.6. Podsumowanie... 23 2. BADANIA UKŁADU GRUNT ZBROJENIE 2.1. Badania właściwości geosyntetyków... 25 2.1.1. Zakres i rodzaje badań... 25 2.1.2. Masa powierzchniowa... 26 2.1.3. Grubość... 26 2.1.4. Wytrzymałość na rozciąganie... 26 2.1.5. Przebicie statyczne (CBR)... 27 2.1.6. Przebicie dynamiczne (metoda opadającego stożka)... 27 2.2. Badania układu grunt geosyntetyk... 27 2.2.1. Badanie na rozciąganie przy ograniczonej odkształcalności bocznej... 28 2.2.2. Badania tarcia... 28 2.2.2.1. Badanie według pren ISO 12957... 29 2.2.3. Badania zachowania się kontaktu gruntu z geosyntetykiem... 31 2.2.3.1. Aparat bezpośredniego ścinania... 32 2.2.3.2. Aparat prostego ścinania... 32 2.2.3.3. Skrętny aparat pierścieniowy prostego ścinania... 32 2.2.3.4. Aparat uniwersalny... 32 2.2.3.5. Aparat dwustronnego ścinania... 32 2.2.3.6. Aparat skonstruowany w Katedrze Geotechniki PG... 32 2.2.4. Badania na wyciąganie... 34
4 2.2.4.1. Stosowana aparatura badawcza... 34 2.2.4.2. Badanie oporu na wyciąganie według pren 13738... 36 2.2.4.3. Badanie na wyciąganie z zastosowaniem innych metod... 39 2.3. Czynniki wpływające na wyniki badań układu grunt - geosyntetyk... 40 2.4. Badania konstrukcji z gruntu zbrojonego... 41 2.4.1. Badania modelowe gruntu zbrojonego... 41 2.4.2. Badania w skali naturalnej... 42 2.5. Podsumowanie... 43 3. BADANIA W OŚRODKU ANALOGOWYM 3.1. Wstęp... 45 3.2. Urządzenie badawcze... 45 3.3. Parametry materiałów wykorzystywanych do badań... 46 3.3.1. Ośrodek analogowy... 46 3.3.2. Materiał zbrojący... 47 3.4. Program badań... 47 3.5. Przebieg badania... 47 3.6. Wyniki doświadczeń... 48 3.6.1. Zależność obciążenie - przemieszczenie... 48 3.6.2. Obserwacje zachowania się georusztu w trakcie wyciągania... 52 3.7. Wnioski... 54 4. BADANIA W WIELKOWYMIAROWYM STANOWISKU TYPU PULLOUT 4.1. Wstęp... 55 4.2. Stanowisko badawcze... 55 4.2.1. Skrzynia... 55 4.2.2. Urządzenie do zadawania obciążenia normalnego... 57 4.2.3. System wyciągający... 57 4.2.4. Urządzenie zaciskające próbkę... 58 4.2.5. Pomiar przemieszczeń... 58 4.2.6. System rejestracji danych... 59 4.3. Parametry materiałów wykorzystywanych do badań... 59 4.3.1. Grunt modelowy... 59 4.3.2. Materiał zbrojący... 61 4.4. Program badań... 63 4.5. Przebieg badania... 64 4.5.1. Przygotowanie badania... 64 4.5.2. Zadawanie siły wyciągającej... 64 4.6. Obliczenia... 64 4.7. Wyniki doświadczeń... 65 4.7.1. Wpływ przykładanego nacisku... 66 4.7.2. Wpływ zagęszczenia gruntu... 69 4.7.3. Wpływ prędkości wyciągania... 70 4.7.4. Wpływ rozstawu noży... 70 4.7.5. Wpływ wymiarów próbki... 70 4.7.6. Inne obserwacje... 71 4.8. Ocena parametrów współpracy grunt - georuszt w badaniu na wyciąganie... 73 4.8.1. Praca układu w zakresie sprężystym... 74
4.8.2. Stan uplastycznienia... 77 4.9. Podsumowanie... 77 5. ANALIZA NUMERYCZNA 5.1. Cel analizy... 79 5.2. Podstawowe informacje o zastosowanym oprogramowaniu... 79 5.2.1. Wprowadzanie danych... 80 5.2.2. Metodyka prowadzenia analiz... 81 5.2.3. Model Coulomba - Mohra... 81 5.3. Program analizy numerycznej....83 5.4. Opis przeprowadzonych obliczeń... 84 5.5. Omówienie wyników obliczeń... 85 5.6. Przydatność programu PLAXIS do modelowania współpracy układu grunt - geosyntetyk podczas wyciągania... 94 5.7. Podsumowanie...... 95 6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI....97 BIBLIOGRAFIA....99 5
6 Wykaz głównych oznaczeń E K G c ν K 0 n b - odkształcenie - moduł sprężystości Younga - moduł ścinania - moduł odkształcenia postaciowego - kąt nachylenia zbrojenia - kąt dylatacji - ciężar właściwy gruntu - spójność gruntu - kąt tarcia wewnętrznego gruntu - kąt tarcia gruntu o zbrojenie - współczynnik Poissona - współczynnik parcia spoczynkowego gruntu - składowa normalna naprężenia - wytrzymałość gruntu na ścinanie - odpór gruntu b - współczynnik przyczepności a ds - współczynnik bezpośredniego poślizgu P T F p B W A L - nacisk - opór na wyciąganie - siła w zbrojeniu - siła wyciągająca - przemieszczenie georusztu - wysokość (grubość) żebra siatki - szerokość georusztu - pole powierzchni georusztu - długość zakotwienia georusztu