Kolumny piakowe w otoczce geoyntetycznej. Prezentacja pracy ytemu GEC poprzez tudium najważniejzych parametrów Mgr inż. Andrzej Łopatka Przediębiortwo Realizacyjne INORA Sp. z o.o. Obecnie częto wykorzytuje ię inwetycyjnie tereny dotychcza pomijane ze względu na problemy techniczne. Najczęściej potykanymi ytuacjami ą takie, gdzie zatane warunki gruntowe nie pozwalają w proty poób wykonać realizacji ze względu na niewytarczającą nośność bądź zbyt małą ztywność podłoża. W takich ytuacjach projektant ma na ogół do wyboru dwie ścieżki potępowania: może zdecydować ię na poadowienie pośrednie bądź na poadowienie bezpośrednie po uprzednim wykonaniu wzmocnienia podłoża lub wymiany gruntu łabego. Zagadnienie wzmocnienia podłoża ze względu na mnogość dotępnych poobów oraz technologii jet zagadnieniem bardzo obzernym. Wzmocnienie gruntu można wykonywać prowadząc do zmiany tj. do poprawy jego dotychczaowych parametrów wytrzymałościowych poprzez zmianę jego tanu (odwodnienie, dogęzczenie) bądź za pomocą różnego rodzaju zabiegów petryfikacyjnych (zekalenie). Kolejną grupą metod ą metody polegające na wykonaniu zbrojenia gruntu, w wyniku którego uzykuje ię pewnego rodzaju kompozyt o wytarczających właściwościach mechanicznych do planowanej inwetycji. Jedną z częściej toowanych metod ą różnego rodzaju kolumny. Efekt wzmocnienia podłoża w tym przypadku uzykuje ię, doprowadzając do odciążenia gruntu łabego. Zjawiko to jet kutkiem wprowadzenia w łabe podłoże ztywnych, opartych na nośnej wartwie kolumn, co przy jednoczenej intalacji zbrojenia nadpalowego prowadzi do redytrybucji naprężenia w poziomie ich głowic. W efekcie kolumna przejmuje znacznie więkzą część obciążenia niż otaczający ją grunt łaby. Jednym z coraz bardziej popularnych rodzajów kolumn ą kolumny w tzw. ytemie GEC (Geoynthetic Encaed Column). Kolumna GEC jet mukłą kolumną piakową, w której zabezpieczenie przed znizczeniem wewnętrznym uzykuje ię za pomocą otaczającego kolumnę geoyntetyku wykazującego obwodową ztywność na rozciąganie. Efekt wzmocnienia geoyntetycznego prawia, że kolumny można intalować w gruntach bardzo łabych (c u < 15kPa) oraz w gruntach o miążzościach nieoiągalnych dotychcza dla klaycznych kolumn kamiennych (autotrada A2 Łagów Jordanowo, kolumny o długości 28 m [6]). Dodatkową, niewątpliwą zaletą ytemu GEC jet zachowanie powierzchni chłonnej kolumny, czyli efektu drenażu pionowego poprzez krócenie drogi filtracji. iorąc pod uwagę, że kolumny intaluje ię w iatce zapewniającej wkaźnik wymiany gruntu na poziomie a = (10 20)%, oiąga ię radykalne krócenie czau konolidacji podłoża. Sytem ten był toowany z powodzeniem na bardzo dużych budowach w bardzo trudnych warunkach gruntowych np. podcza przygotowania podłoża na terenie zalewowym rzeki Łaby w Hamburgu na potrzeby budowy fabryki Airbua 380 [3]. Celem artykułu jet przedtawienie pracy ytemu kolumn GEC poprzez ukazanie wpływu najważniejzych czynników na efektywność wykonanego wzmocnienia oraz na bezpieczeńtwo pojedynczej kolumny. Ry. 1. Pogrążanie rury obadowej 1 tożek gubiony, 2 klapa zamykana Ry. 2. Intalacja kozulki geoyntetycznej 1 przycinanie geoyntetyku, 2 zzywanie kozulki 540 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013
Ry. 5. Schemat komórki jednotkowej GEC [1] Ry. 3. Zayp materiałem mineralnym Ry. 4. Gotowa kolumna po podciągnięciu rury obadowej MODEL OLICZENIOWY Model obliczeniowy, według którego przeprowadzono obliczenia, był przedtawiony w najnowzych zaleceniach EGEO wydanych przez Niemieckie Stowarzyzenie Geotechniczne [1]. Ze względu na cel oraz ramy artykułu nie zawarto w nim zczegółowego opiu toku obliczeniowego, a jedynie opi najitotniejzych elementów pozwalających zrozumieć pracę ytemu GEC. Szczegółowy opi modelu wraz z algorytmem obliczeń przedtawiono w polkiej werji językowej w publikacji [6]. Model obliczeniowy opiera ię na koncepcji tzw. komórki jednotkowej, której geometria wynika z przyjętej przez projektanta iatki wzmocnienia gruntu. Utalając rodzaj iatki wzmocnienia (kwadratowy bądź w formie trójkąta równobocznego) oraz roztaw pomiędzy kolumnami, prowadza ię pole wzmacnianego przez kolumnę terenu do koła o ekwiwalentnej powierzchni A E. Komórka jednotkowa tanowi więc układ pojedynczej kolumny wraz z otaczającym ją gruntem łabym, (ry. 5). Znając pole powierzchni przekroju poprzecznego kolumny A oraz pole przekroju poprzecznego pojedynczej komórki A E, określa ię procentowy udział kolumn na powierzchni wzmacnianego podłoża za pomocą tzw. wkaźnika wymiany gruntu: A S a S = (1) AE Efektywność wzmocnienia za pomocą kolumn GEC przy założonej wartości a S określa ię wpółczynnikiem redytrybucji naprężenia E. Parametr ten rozdziela naprężenie całkowite na część przypadającą na kolumnę v,s oraz na otaczający ją grunt v, według zależności: 0 (1 E) v, = 1 a E (2) 0 vs, = (3) a Fizykalnie wyraża on część obciążenia całkowitego jaką przenoi kolumna: E vs, S = (4) 0 A Obliczone wartości naprężenia w pojedynczej komórce pełniają zatem warunek: A E INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013 541
( A A ) + A = A (5) E S v, S vs, E 0 Efekt odciążenia gruntu łabego jet zatem tym więkzy, im więkza jet wartość wpółczynnika E. Wyznaczenie poprawnej jego wartości jet zadaniem pracochłonnym ze względu na konieczność wykonania zeregu iteracji, aż do pełnienia warunku: (6) oiadania głowicy kolumny, oiadania gruntu łabego otaczającego kolumnę. Dokładny tok potępowania podcza obliczania oiadań przedtawiono w publikacjach [1, 4, 5, 6]. W tym miejcu należy podkreślić, że wyniki obliczeń oiadań komórki jednotkowej ą zależne m.in. od założeń poczynionych przy utalaniu promienia zaintalowanej kolumny r. Kolumny GEC można intalować za pomocą rury obadowej zamkniętej na dnie metodą przemiezczeniową ( na rozpych ), gdy przy podciąganiu rury obadowej klapy w dnie zotają otwarte (ry. 1). Alternatywną metodą intalacji kolumn jet metoda z uuwaniem urobku, z podwiertem, wykorzytująca rury obadowe z dnem otwartym. Wybór konkretnej metody intalacji jet uzależniony od warunków gruntowych oraz ytuacyjnych (zabudowa, intalacje itp.). Spoób intalacji kolumny itotnie wpływa na jej pracę w łabym podłożu. Po intalacji kolumny metodą przemiezczeniową, bezpośrednio po podciągnięciu rury obadowej, może zachodzić zjawiko zacikania, tj. zmniejzenia ię średnicy początkowej, (średnica kolumny może być mniejza od średnicy wewnętrznej rury obadowej). Zakłada ię, że kolumna przyjmuje promień r mniejzy o 1 2 cm od promienia wewnętrznego rury obadowej r w [5]. W metodzie uuwania urobku z rury obadowej zakłada ię, że kolumna przyjmuje promień r równy promieniowi zewnętrznemu rury obadowej r z. Metoda intalacji może zatem przyczynić ię do rozpoczęcia pracy geoyntetyku jezcze przed przyłożeniem obciążenia zewnętrznego na podłoże. Na ry. 6 chematycznie przedtawiono proce zmian średnicy kolumny. Proce pęcznienia kolumny, będący reakcją na przyłożone obciążenie, w poób itotny zależy od obwodowej ztywności ołony geoyntetycznej J k rozumianej jako tounek zmobilizowanej iły rozciągającej do jednotkowego wydłużenia ε gr : J R k,, e k = (7) e gr R,k,e wytrzymałość na rozciąganie ołony geoyntetycznej ze względu na dopuzczalne jej wydłużenie ε gr, ε gr dopuzczalna wartość wydłużenia obwodowego opaki geoyntetycznej ze względu na tan graniczny użytkowalności. Wytrzymałość opaki na rozciąganie ze względu na jej dopuzczalne wydłużenie wyznacza ię dla projektowanego czau obciążenia, korzytając z izochron, czyli doświadczalnie utalonych krzywych obrazujących zależność iła wydłużenie dla różnych czaów obciążenia do momentu zerwania: R k,, e Rk, 0 b = A A A A 2 3 4 5 R,k0 charakterytyczna, utalana laboratoryjnie, wytrzymałość na rozciąganie materiału opaki wyznaczona według EN ISO 10319 przy poziomie ufności 95%, b topień wytężenia materiału odpowiadający jego dopuzczalnemu wydłużeniu ε gr (utalany na podtawie izochron), A 2 wpółczynnik redukcyjny uwzględniający zmniejzenie wytrzymałości materiału poprzez uzkodzenia podcza intalacji według EN ISO 10722, A 3 wpółczynnik redukcyjny uwzględniający zmniejzenie wytrzymałości na połączeniach według EN ISO 10321 (dla opaek bezzwowych, tkanych obwodowo A 3 = 1,0), A 4 wpółczynnik redukcyjny uwzględniający zmniejzenie wytrzymałości z tytułu agreywnego działania środowika według EN 13241, A 5 wpółczynnik redukcyjny uwzględniający zmniejzenie wytrzymałości wynikające ze zmęczenia materiałowego od obciążeń cyklicznych lub dynamicznych według EGEO 2010. W opianym modelu na podtawie obliczeń iteracyjnych uzykuje ię: rozkład naprężenia w komórce jednotkowej: σ v, na głowicy kolumy oraz σ v, w tropie gruntu łabego, wartość oiadań komórki jednotkowej = =, wartość iły rozciągającej opakę geoyntetyczną E k dla SGU oraz E d dla SGN, wartość wydłużenia obwodowego opaki geoyntetycznej ε. Poprzez odpowiedni algorytm uwzględnia ię zarówno tan graniczny nośności (STR według [2]), jak i tan graniczny (8) a) b) r geo r w Ry. 6. Schemat pozerzenia kolumny: a) metoda przemiezczeniowa, b) metoda z uuwaniem urobku r geo promień początkowy opaki geoyntetycznej r promień kolumny bezpośrednio po jej intalacji Dr obliczony przyrot promienia kolumny (reakcja na obciążenie zewnętrzne) r w promień wewnętrzny rury obadowej r z promień zewnętrzny rury obadowej 542 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013
użytkowania według [2]. Podcza wymiarowania kolumny ze względu na pierwzy tan graniczny nośności należy pełnić natępujący warunek do wtępnie dobranego w obliczeniach tatycznych geoyntetyku o module J k : E d R (9) E d obliczeniowa wartość iły obwodowej w opace (wyznaczona dla tanu STR według EC7), R,d obliczeniowa wartość wytrzymałości opaki na rozciąganie w STR według EC7. Obliczeniową wartość wytrzymałości geoyntetyku wyznacza ię, uwzględniając projektowany cza pracy i określone warunki gruntowo-wodne według zależności: R d, d, Rk, 0 ηm = 1+ A A A A A g H 1 2 3 4 5 M (10) R,k0 charakterytyczna, utalana laboratoryjnie wytrzymałość na rozciąganie materiału opaki wyznaczona według EN ISO 10319 przy poziomie ufności 95%, h m wpółczynnik kalibracyjny, (według [1] h m = 1,1 dla STR), A 1 wpółczynnik redukcyjny uwzględniający zmniejzenie wytrzymałości z tytułu pełzania materiału według EN ISO 13431, g M wpółczynnik bezpieczeńtwa materiałowego, przyjmowany dla rozpatrywanego tanu obciążenia budowli: tan podtawowy: g M = 1,40, tan tymczaowy: g M = 1,30, tan wyjątkowy: g M = 1,20, S krócenie kolumny (oiadania kolumny), H pierwotna długość kolumny. Drugi czynnik w powyżzym wzorze jet członem uwzględniającym fałdowanie opaki w wyniku krócenia ię kolumny o wartość S. Wpływ krócenia kolumny na wzrot wytrzymałości obwodowej opaki pominięto w EGEO [1]. Poprawkę tę przyjęto z publikacji [5], uznając ją za racjonalną, ponieważ prowadzi do bardziej ekonomicznego wykorzytania materiału geoyntetycznego. W ramach tanu granicznego użytkowalności należy przeprowadzić dowód nie przekroczenia wartości dopuzczalnej wydłużenia obwodowego opaki geoyntetycznej oraz nie przekroczenia oiadań ekploatacyjnych projektowanego obiektu. Warunek nie przekroczenia dopuzczalnej wartości wydłużenia obwodowego polega na wykazaniu, że: e e gr (11) Wartość wydłużenia granicznego może być różna w pozczególnych wyrobach. Dla produktów wykonanych z polietru (PES) wartość dopuzczalną określa ię na poziomie ε gr = 6%, dla poliwynylu alkoholu (PVA) ε gr = 4%. Materiały wykonane z aramidu (AR) ε gr = 2%. W praktyce warunek (11) prowadza ię do wykazania, że wartość charakterytyczna iły obwodowej wytępującej w opace jet mniejza lub równa wytrzymałości opaki ze względu na jej dopuzczalne wydłużenie. Ek Rk,, e (12) Kolejny warunek SLS dotyczy nie przekroczenia dopuzczalnej wartości oiadań obiektu w okreie jego ekploatacji: ekp (13) dop ekp prognozowane oiadania ekploatacyjne (pobudowlane), dop dopuzczalna wartość oiadań. Ze względu na częto retrykcyjne ograniczenia dotyczące dopuzczalnej wartości oiadań oraz mając na uwadze fakt, że grunty wymagające wzmocnienia charakteryzują ię na ogół znaczną ściśliwością, zazwyczaj nie dopuzcza ię jakichkolwiek oiadań natury konolidacyjnej w okreie ekploatacji obiektu. Efekt ten uzykuje ię wprowadzając na etapie budowy tzw. wtępne obciążenie, czyli generując podcza budowy obciążenie będące ekwiwalentem obciążenia użytkowego wytępującego podcza ekploatacji. W zczególnych przypadkach można również toować zabiegi przeciążające polegające na wprowadzeniu obciążenia o więkzej wartości niż na etapie ekploatacji. Wyeliminowanie oiadań konolidacyjnych w okreie budowlanym oznacza, że oiadaniami ekploatacyjnymi będą jedynie oiadania wtórne, wynikające z pełzania zkieletu gruntowego. Zatoowanie wzmocnienia w ytemie kolumn GEC prowadzi do znacznej redukcji oiadań wtórnych: t = v, cr RGEC ca ( H ) log vp,, t0 (14) R GEC wpółczynnik redukcyjny, (utalany na podtawie monitoringu obiektów zrealizowanych w technologii GEC na poziomie R GEC = 0,25), v, naprężenie przypadające na grunt łaby w okreie ekploatacji, v,,p naprężenie prekonolidujące grunt łaby (w trakcie przeciążenia), c a wpółczynnik pełzania gruntu łabego, t cza użytkowania obiektu (cza, w którym rozpatrujemy oiadania wtórne), t 0 cza prowadzonego przeciążenia. Z zależności tej wynika, że wartość oiadań wtórnych można redukować, dobierając w odpowiedni poób wartość obciążenia prekonolidującego oraz cza jego trwania. STUDIUM PARAMETRYCZNE OPIS ORAZ WYNIKI Na potrzeby artykułu w pierwzej kolejności wykonano obliczenia dla modelu bazowego tworzonego na podtawie natępujących danych: 1) Układ kolumn intalacja kolumn na planie trójkąta równobocznego, wykonanie kolumn: metoda przemiezczeniowa, promień opaki geoyntetycznej: r geo = r w = 0,4 m, wkaźnik wymiany gruntu: a = 20%, zmiana średnicy kolumny po podciągnięciu rury obadowej: r = 0 cm, (gdzie r = r r geo, według ry. 6). 2) Warunki gruntowe: miążzość wartwy łabej (początkowa długość kolumny): H = 10 m, parametry wartwy łabej (wartości charakterytyczne x k ): ciężar objętościowy: g = 14 kn/m 3 efektywny kąt tarcia wewnętrznego: f = 15, pójność efektywna: c = 5 kpa, INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013 543
3) edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej: M 0.,ref = 500 kpa dla referencyjnego naprężenia ref = 100 kpa, wykładnik Ohde go dla ztywności: m = 1,0, wpółczynnik Poiona: n = 0,32. Kolumna parametry materiału mineralnego wypełniającego kolumnę: ciężar objętościowy: g S = 19 kn/m 3 efektywny kąt tarcia wewnętrznego: f = 32. S obwodowa ztywność na rozciąganie geoyntetyku: J k = 1500 kn/m. 4) Obciążenie powierzchni komórki jednotkowej: 0 = 200 kpa. Ponadto założono, że poziom wody gruntowej znajduje ię w poziomie terenu oraz, że nośne podłoże będące oparciem dla kolumn jet całkowicie ztywne, co powoduje, że wyznaczone oiadania dotyczą jedynie trefy gruntu łabego. Obliczenia prowadzono dla charakterytycznych wartości parametrów materiałowych i oddziaływań (SLS) przy podziale analizowanej wartwy gruntu (H = 10 m) na platry o grubości 0,2 m. Oznacza to, że wzytkie obliczenia wykonano każdorazowo dla 50 platrów. Wyniki z tak tworzonego modelu (tabl. 1) były poziomem odnieienia do kolejnych obliczeń wykonanych w celu zobrazowania wpływu pozczególnych czynników na pracę ytemu GEC. Tabl. 1. Wyniki do modelu bazowego E k [kn/m] ε [%] E [ ] [m] v, [kpa] v, [kpa] 106,62 1) 7,11 0,933 1,09 933,00 16,75 1) rozpatrując podtawowy tan obciążenia i traktując obciążenia jako tałe, wartość obliczeniowa wynoi: E d = 143,49 kn/m E k wartość charakterytyczna iły rozciągającej opakę geoyntetyczną, ε odkztałcenie jednotkowe opaki geoyntetycznej na obwodzie, E wpółczynnik redytrybucji naprężenia, oiadania komórki jednotkowej, v, naprężenie od obciążenia zewnętrznego na głowicy kolumny, v, naprężenie od obciążenia zewnętrznego na tropie gruntu łabego. W dalzych obliczeniach zmieniano wprowadzane parametry według chematu przedtawionego w tabl. 2: Otrzymane wyniki przedtawiono w formie wykreów, w których reakcja na zmianę parametru była odnozona procentowo do wyników otrzymanych z modelu bazowego (tabl. 1), w którym wartości parametrów wynozą zawze 100%. Dodatkowo wartości rzeczywite zetawiono w potaci tabelarycznej (tabl. 3). W tabl. 2 aktywacja początkowa określa topień początkowego zaciśnięcia lub pozerzenia kolumny będący efektem intalacji jej w różny poób, przy czym: w metodzie przemiezczeniowej: Δ 0, r metoda z uuwaniem urobku: Δ 0. r Wybór metody intalacji według [1] różnicuje nie tylko topień aktywacji początkowej geoyntetyku, ale także rozkład parcia poczynkowego od ciężaru gruntu łabego na ściankach kolumny (w metodzie przemiezczeniowej przyjmuje ię K 0 = 1,0 natomiat w metodzie z uuwaniem urobku K 0 = 1 in fʹ). Jet to przyczyną odmiennej pracy kolumn zaintalowanych różnymi metodami nawet przy założeniu r = r geo. Wyniki z analiz pracy kolumny intalowanej z podwiertem mogą być w tym przypadku odnieione do modelu bazowego (intalacja przemiezczeniowa), ponieważ dla tak łabych parametrów gruntu otaczającego kolumnę wytępuje podobny rozkład parcia na ściankach kolumny, który nie wpływa itotnie na otrzymywane wyniki. Rozbieżność przy różnych metodach intalacji oraz Δ r = 0 nie przekracza 1,8% w oiadaniach oraz 0,4% w iłach i odkztałceniach geoyntetyku. Podcza prezentacji wyników kupiono ię na analizie zmienności: wkaźnika redytrybucji naprężenia E będącego miarą topnia odciążenia gruntu łabego (przy pewnej tałej wartości a ); charakterytycznej wartości iły obwodowej E k oraz odpowiadającemu jej odkztałceniu geoyntetyku ε o założonej ztywności J k ; parametry te ą wkaźnikiem wytężenia opaki geoyntetycznej; oiadań komórki jednotkowej ( = = ). Wyniki z przeprowadzonej analizy przedtawiono na wykreach (ry. 7). ANALIZA WYNIKÓW I WNIOSKI Wykrey przedtawiające reakcję na przyrot ztywności oraz pójności gruntu łabego przedtawione na ry. 7a i b wykazują, że przyrot M 0,,ref i c powoduje padek wartości wpółczynnika redytrybucji naprężenia E. Szczególnie uwidacznia ię wrażliwość ytemu na zmianę ztywności gruntu łabego M 0,,ref. Skutkuje to odciążeniem kolumny i dociążeniem gruntu łabego. Naturalną tego konekwencją jet padek ił rozciągających w geoyntetyku E k oraz jego odkztałcenia ε. Zachowanie takie Tabl. 2. adane parametry ytemu Podłoże gruntowe Geoyntetyk Wkaźnik wymiany Aktywacja początkowa Parametr f [ ] c [kpa] M 0,, ref [MPa] J k [kn/m] a [%] r 2) Zakre 15 20 5 14 0,5 2,5 1500 3500 10 20-2,0 / +2,0 Przyrot 1,0 1,0 0,5 500 2,5 0,5 2) r = r r geo, według ry. 6 544 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013
a) b) c) d) e) f) Ry. 7. Wyniki z przeprowadzonej analizy parametrycznej modelu GEC jet łatwe do przewidzenia, ponieważ wraz z wzmacnianiem ię gruntu, grunt otaczający kolumnę przejmuje coraz to więkzą część obciążenia przypadającego na komórkę jednotkową i jednocześnie daje więkze wparcie kolumnie na jej obwodzie. O ile wpływ zmian wartości M 0, oraz c nie wymaga komentarza, o tyle zatanawiać może reakcja na przyrot wartości kąta tarcia wewnętrznego gruntu łabego f (ry. 7c). Przeciwnie do poprzednich charakterytyk, przyrot wartości f (po- tępujące wzmacnianie ię gruntu łabego) powoduje wzrot wartości parametru E, zwiękzając tym amym obciążenie kolumny i tym amym wartość ił w geoyntetyku. Zachowanie takie jet zatanawiające, ponieważ prawia wrażenie, że grunt mocniejzy wymaga więkzego wzmocnienia (odciążenia). Wytłumaczeniem tego jet fakt, że w modelu przyjęto nieliniową charakterytykę ztywności gruntu łabego, uzależniając wartość M 0, od poziomu naprężenia według zależności: INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013 545
Tabl. 3. Wyniki przeprowadzonej analizy kolumn GEC wartości rzeczywite E k [kn/m] ε [%] E [ ] [m] v, [kpa] v, [kpa] chemat bazowy 106,62 7,11 0,933 1,09 933,00 16,75 16 107,48 7,17 0,936 1,10 936,00 16,00 f [ ] 17 108,50 7,23 0,940 1,11 940,00 15,00 18 109,11 7,27 0,942 1,12 942,00 14,50 19 109,90 7,33 0,945 1,13 945,00 13,75 20 110,47 7,36 0,947 1,13 947,00 13,25 6 103,99 6,93 0,922 1,07 922,00 19,50 7 101,57 6,77 0,912 1,05 912,00 22,00 8 99,38 6,63 0,903 1,03 903,00 24,25 9 97,21 6,48 0,894 1,01 894,00 26,50 c [kpa] 10 95,06 6,34 0,885 0,99 885,00 28,75 11 93,12 6,21 0,877 0,98 877,00 30,75 12 91,20 6,08 0,869 0,96 869,00 32,75 13 89,30 5,95 0,861 0,94 861,00 34,75 14 87,60 5,84 0,854 0,93 854,00 36,50 15 85,92 5,73 0,847 0,91 847,00 38,25 1000 91,20 6,08 0,869 0,84 869,00 32,75 M 0,, ref [MPa] 1500 78,03 5,20 0,814 0,67 814,00 46,50 2000 67,50 4,50 0,770 0,55 770,00 57,50 2500 59,14 3,94 0,735 0,47 735,00 66,25 2000 110,53 5,53 0,949 0,90 949,00 12,75 J [kn/m] 2500 112,76 4,51 0,958 0,76 958,00 10,50 3000 114,45 3,81 0,965 0,66 965,00 8,75 3500 115,65 3,30 0,970 0,58 970,00 7,50 10 198,89 13,26 0,865 1,79 1730,00 30,00 a [%] 12,5 163,71 10,91 0,891 1,55 1425,60 24,91 15 138,97 9,26 0,909 1,36 1212,00 21,41 17,5 120,58 8,04 0,922 1,22 1053,72 18,91-2,0 94,23 6,28 0,883 1,69 883,00 29,25-1,5 97,48 6,50 0,896 1,55 896,00 26,00-1,0 100,70 6,71 0,909 1,40 909,00 22,75 r [cm] -0,5 103,68 6,91 0,921 1,25 921,00 19,75 0 3) 106,66 7,11 0,933 1,11 933,00 16,75 0,5 109,38 7,29 0,944 0,95 944,00 14,00 1,0 112,06 7,47 0,955 0,79 955,00 11,25 1,5 114,71 7,65 0,966 0,62 966,00 8,50 2,0 117,14 7,81 0,976 0,45 976,00 6,00 3) Dane jak dla modelu bazowego z metodą intalacji kolumny z podwiertem 546 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013
M * + c ctgf = M ref 0, 0,, ref m (15) * średnia wartość naprężenia w wartwie łabej, ref poziom referencyjny naprężenia dla M 0,,ref, m wykładnik Ohde go. Z wzoru (15) wynika, że wraz z wzrotem wartości kąta tarcia wewnętrznego maleje wytrzymałość gruntu na rozciąganie c ctg f, a w konekwencji również M 0,. Jet to powodem nie łatwego do przewidzenia zachowania ię modelu na przyrot f oraz ponownie potwierdza ię wrażliwość ytemu na zmianę ztywności gruntu łabego. W tym miejcu należy zaznaczyć, że wartość kąta tarcia wewnętrznego gruntu łabego ma jednak tounkowo mały wpływ na otrzymywane wyniki. Analizowany w artykule zakre wartości f obejmuje więkzość z zakreu wartości uzykiwanych dla gruntów wymagających wzmocnienia, a różnice w otrzymanych wynikach nie przekraczają 4% dla ił obwodowych, odkztałceń oraz oiadań i 2% dla wpółczynnika redytrybucji naprężenia E. Itotnym elementem ytemu GEC jet opaka geoyntetyczna, mająca obwodową ztywność na rozciąganie J k. Reakcję na zmianę wartości J k przedtawiono na ry. 7d. Z wykreu wynika, że wraz z wzrotem J k kolumna przejmuje coraz to więkze obciążenie (wzrot E). Towarzyzy temu niewielki przyrot ił obwodowych oraz znaczące zmniejzenie odkztałceń geoyntetycznej ołony. Skutkuje to bardzo wyraźnym zmniejzeniem oiadań trefy wzmocnionej. Zachowanie jet łatwe do przewidzenia i wkazuje, że wraz ze zwiękzeniem obwodowej ztywności otoczki geoyntetycznej uzykuje ię więkzą oiową ztywność pojedynczej kolumny, co prowadzi do jej więkzego obciążenia. Wzrot wartości wpółczynnika wymiany gruntu a (powierzchni wymiany) powoduje, że wpółczynnik E wzrata (ry. 7e), dając wrażenie, że kolumna przejmuje coraz to więkze obciążenie, odciążając tym amym grunt. W rzeczywitości jednak, zarówno naprężenie przypadające na kolumnę, jak i na otaczający ją grunt, maleje, co przedtawiają dodatkowo nanieione na wykre krzywe v,s oraz v,. Wynika to z faktu, że rozkład naprężenia wynika nie tylko z amego wpółczynnika redytrybucji, ale również z wartości parametru a. Z zależności (2) oraz (3) wynika, że obciążenie kolumny wzrata wraz z wzrotem wartości wpółczynnika redytrybucji naprężenia E oraz wraz ze padkiem wartości wkaźnika wymiany gruntu a. Analogicznie, te ame czynniki powodują odciążenie gruntu otaczającego kolumnę. Reakcję na zmianę parametru r przedtawiono na ry. 7f, gdzie punkt 0 na oi poziomej oznacza granice pomiędzy początkowym zaciśnięciem oraz pozerzeniem kolumny, czyli rozgranicza metody intalacji kolumny. Z wykreu wynika, że przyrot parametru r odzwierciedlający coraz to więkzy topień aktywacji geoyntetyku powoduje dociążenie kolumny (oraz odciążenie gruntu łabego), towarzyzy temu bardzo wyraźne zmniejzenie oiadań. Wytłumaczeniem tego jet fakt, że w ytuacji znacznego zmniejzenia początkowej średnicy kolumny w pewnym początkowym etapie przykładania obciążenia zewnętrznego kolumna jet bardziej podatna na krócenie, ponieważ luźny geoyntetyk nie może dać żadnego wparcia kolumnie (geoyntetyk włącza ię do wpółpracy przy r r geo ). Przedtawione na ry. 7f zależności ą ważne jedynie w przypadku analizy gruntów bardzo łabych, które charakteryzują ię podobnym rozkładem parcia poczynkowego na ściankach kolumny w obu metodach jej intalacji. Podumowując przeprowadzoną analizę, należy twierdzić, że pośród parametrów gruntu otaczającego kolumnę najwiękzy wpływ na pracę ytemu ma ztywność gruntu. Jano wykazują to przedtawione wykrey reakcji na przyrot M 0,,ref oraz pośrednio f i c. Dodatkowym potwierdzeniem tego faktu ą charakterytyki zmian pozotałych parametrów mających wpływ na ściśliwość gruntu w przedtawionym modelu (γ, ref, m), których ze względu na ograniczone ramy artykułu nie przedtawiono. W ogólności można twierdzić, że wraz z uztywnianiem ię podłoża ytem dąży do wyrównania naprężeń na powierzchni komórki jednotkowej. Grunt otaczający kolumnę przenoi coraz to więkzą, a kolumna coraz mniejzą część obciążenia. Towarzzyzy temu wyraźna redukcja oiadania. Można zatem wyciągnąć wnioek, że poprawną analizę poadowienia w ytemie GEC można wykonać jedynie przy prawidłowym określeniu wartości M 0,,ref. Z pośród parametrów materiałowych kolumny najitotniej na pracę ytemu wpływa ztywność obwodowa geoyntetyku. Zmiana wartości J k kutkuje wyraźną zmianą ztywności oiowej całej kolumny, co uwidacznia ię różnym rozkładem obciążenia na powierzchni komórki jednotkowej oraz różną wartością oiadań. Oznacza to, że projektant dobierając odpowiedni materiał okrywający kolumnę, ma możliwość terowania podatnością wzmacnianego podłoża. Efekt ten może mieć zczególne znaczenie w przypadku projektowania pod kątem łagodzenia efektów progowych, które wytępują na granicy ośrodków o różnej ztywności, np przy połączeniu naypu z obiektem inżynierkim. Dobór odpowiedniej ztywności oiowej pojedynczej kolumny może być również warty rozpatrzenia podcza projektowania amej wartwy tranmiyjnej, ponieważ wytyczne [1] uzależniają poób wymiarowania zbrojenia nadpalowego od wartości tounku modułu podatności kolumny oraz otaczającego ją gruntu. LITERATURA 1. DGGT.: Recomendation for Deign and Analyi of Earth Structure uing Geoynthetic Reinforcement EGEO, Ernt & Sohn, 2011. 2. PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 Projektowanie geotechniczne Część 1: Zaady ogólne. 3. Raithel M., Küter V., Lindmark A.: Geotextile Encaed Column a foundation ytem for earth tructure, illutrated by a dyke project for a work extenion in Hamburg. Nordic Geotechnical Meeting NGM 2004, Ytad, Sweden. 4. Raithel M.: Zum Trag- und Verformungverhalten von geokunttoffummantelten Sandäulen. Schriftenreihe Geotechnik, Heft 6, Univerität Kael 1999. 5. Sobolewki J., Raithel M., Küter V, Friedl G.: A2 Highway Embankment in Poland founded geotextile encaed column (GEC) cae hitory report with monitoring data. 5 th European Geoynthetic Congre, Valencia 2012. 6. Sobolewki J., Raithel M., Küter V, Friedl G.: Nayp autotrady A2 poadowiony na kolumnach z piaku w opakach geoyntetycznych. Inżynieria Morka i Geotechnika, nr 4/2012. INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 6/2013 547