Mechanizmy łączenia elementów okładzinowych i geosyntetyków oraz ich niezawodność w konstrukcjach oporowych

Rozwiązania techniczne konstrukcji oporowych z gruntu zbrojonego oraz ich późniejsza realizacja coraz częściej przełamują bariery klasycznych, konwencjonalnych rozwiązań. Te nowoczesne konstrukcje oferują inwestorowi, przy prawidłowym zaprojektowaniu, nie tylko technicznie i technologicznie, ale przede wszystkim ekonomicznie korzystną alternatywę dla monolitycznych betonowych lub żelbetowych murów oporowych oraz konstrukcji gabionowych.

Komponenty konstrukcji oporowych

Konstrukcje oporowe z gruntu zbrojonego składają się z trzech podstawowych komponentów (grunt, okładzina licowa oraz geosyntetyczne elementy zbrojące), które są ze sobą wzajemnie powiązane i dzięki swojej interakcji zapewniają długoterminową niezawodność oraz integralność konstrukcji.

Przy wymiarowaniu konstrukcji należy mieć na uwadze fakt, że skuteczność i efektywność tego typu konstrukcji nie zależy wyłącznie od niezawodności i długotrwałej funkcjonalności poszczególnych elementów, lecz przede wszystkim od ich wzajemnego współdziałania.

Dotyczy to w szczególności następujących powiązań:

• element licowy i jego połączenie konstrukcyjne – element zbrojący – ocenia się wpływ wysokiego pH w otoczeniu betonowych bloczków na trwałość i funkcjonalność geosiatki oraz wytrzymałość wzajemnego połączenia)

• element zbrojący – zasyp – uwzględnia się uszkodzenia geosiatki spowodowane pracami budowlanymi oraz odporność geosiatki na jej wyrywanie lub poślizg materiału zasypowego po geosiatce)

• element licowy – zasyp – grunt pozostający w kontakcie z okładziną licową musi być dostatecznie przepuszczalny, umożliwiając bezpieczne odprowadzenie wilgoci z bloku gruntu zbrojonego poza konstrukcję)

Tylko w przypadku, gdy wszystkie te interakcyjne powiązania zostaną uwzględnione i ocenione na etapie projektowania, efektem będzie konstrukcja oporowa stanowiąca sprawdzony, spójny, a tym samym niezawodny i bezpieczny system konstrukcyjny. Ze względu na rozległość tej problematyki kolejna część artykułu zostanie poświęcona połączeniu elementu licowego z elementem zbrojącym.

Połączenie elementu licowego z elementem zbrojącym

Ciągłe badania, testy oraz monitoring prowadzony na już zrealizowanych konstrukcjach przypisują szczególne znaczenie efektywnemu połączeniu pomiędzy geosiatką zbrojącą a elementem licowym. Jakość tego połączenia jest określona przede wszystkim jego długoterminową wytrzymałością i trwałością. Niższa, nieznana lub jedynie szacowana wytrzymałość tego połączenia może w znacznym stopniu wpłynąć na stabilność konstrukcji w strefie lica.

Typy połączeń geosiatka – element licowy

Dzięki dynamicznemu rozwojowi technologii gruntu zbrojonego na rynku dostępna jest obecnie szeroka gama elementów i mechanizmów łączących, w zależności od typu zastosowanego elementu licowego.

W konstrukcjach wykonanych z blokowych systemów drobnych betonowych bloczków stosuje się różnorodne elementy łączące opracowane specjalnie dla danego typu bloczków, umożliwiające bezpieczne połączenie bloczków z geosiatkami. Najczęściej są to różnego rodzaju kołki lub grzebienie. Czasami geosiatka jest również mocowana do konstrukcyjnie wbudowanego zbrojenia.

U konstrukcí ze segmentových panelů, z panelů na plnou výšku případně u monolitických vyztužených konstrukcí se spoj nejčastěji vytváří již v průběhu betonáže, kdy se zárodek geomříže tzv. startér zachytává za připravenou armaturu. Jednotlivé geomříže se následně napojují na projektovanou kotevní délku. K tomuto účelu je nutné použít bezpečný způsob spojení a provést výpočet se zavedením pevnosti zvoleného typu spoje. Nastavování výztužných pásu pouhým přesahem je ve směru hlavních tahových napětí zakázáno. Další možností je zde uchycení geomříže pomocí betonářské výztuže do předem nachystaných oček na rubu panelu.

V současnosti používané spojovací elementy a mechanizmy však nemají stejnou účinnost a efektivnost. Proto je nutné před provedením návrhu či realizací konstrukce zhodnotit výhody a nevýhody a posoudit vhodnost daného navrhovaného spoje. Z tohoto důvodu je nezbytné provést vhodnou klasifikaci jednotlivých spojů a to především z hlediska jejich trvanlivosti, pevnosti a mechanismu uchycení.

Klasifikace spojů z hlediska trvanlivosti

Výsledná trvanlivost spoje je určena jeho schopností odolávat účinkům nejrůznějších chemických, klimatických a biologických vlivů. Platí zásada, že jednotlivé spoje, stejně jako základní materiál, musí vyhovovat požadované návrhové životnosti.

Z hlediska trvanlivosti je tedy možné rozdělit spoje na:

• dočasné – využívají např. betonářskou výztuž, jenž podléhá korozivním účinkům nebo ocelové prvky s omezenou životností (viz. následující obrázek) nebo kombinace betonových tvarovek a polyesterových geomříží, jenž podléhají hydrolýze

• trvalé – spoje tvořené plastovými elementy z odolných základních materiálů – především HDPE

Klasyfikacja połączeń ze względu na mechanizm mocowania

Połączenie geosiatki z elementem licowym może być:

• punktowe – wadą połączenia punktowego jest to, że stanowi ono lokalne zamocowanie geosiatki. W przypadku nieoczekiwanego obciążenia może dojść do uszkodzenia tego połączenia

• ciągłe (powierzchniowe) – mocowanie geosiatki zapewnia pełnowartościowe połączenie obu elementów bez powstawania „martwych” stref

Klasyfikacja połączeń ze względu na wytrzymałość

Z punktu widzenia wytrzymałości połączenia dzielą się na pasywne i aktywne:

• w przypadku połączenia pasywnego odporność na wyrywanie z okładziny licowej zależy wyłącznie od tarcia geosiatki pomiędzy elementami licowymi. Połączenie pasywne tworzą geosiatki, w których nie jest zagwarantowana wzajemna interakcja oraz przenoszenie działających sił za pomocą określonego elementu łączącego przez cały okres użytkowania konstrukcji. Ich funkcjonowanie po określonym czasie (często już w trakcie realizacji) opiera się wyłącznie na zasadzie tarcia. Dotyczy to przede wszystkim geosiatek tkanych, najczęściej poliestrowych, ewentualnie klejonych, które nie zapewniają stałej sztywności otworu ani położenia żebra poprzecznego przy oparciu o konstrukcyjne elementy łączące (zob. poniższy rysunek). Tego typu geosiatki posiadają wyraźnie ruchome połączenia, elastyczne żebra i przy zwiększonych obciążeniach, które standardowo nie są analizowane w konstrukcjach oporowych, istnieje ryzyko wyrwania geosiatki z elementu licowego.

• w przypadku połączenia aktywnego istnieje określony mechanizm przenoszący powstające siły rozciągające, który zależy od typu oraz układu konstrukcyjnego elementu licowego. Połączenia aktywne tworzą sztywne monolityczne geosiatki, w przypadku których – w zależności od mechanizmu mocowania – konieczne jest wywołanie znacznie większej siły, aby doszło do zerwania styku pomiędzy geosiatką a elementem licowym. Siły te jednak w typowo projektowanych konstrukcjach nie są osiągane

Aby nie dochodziło do nieprzewidzianych problemów lub zamiany poszczególnych elementów konstrukcji, a tym samym do obniżenia jej bezpieczeństwa, dla konkretnych zastosowań opracowywane są różnorodne systemy oporowe spełniające wszystkie wymagane warunki. O stopniu zaawansowania i niezawodności systemu świadczy przede wszystkim to, czy system jako całość, włącznie z aktywnym mechanizmem łączącym, posiada certyfikację.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że żaden system oporowy wykorzystujący miękkie geosiatki (tkane, klejone) nie posiada certyfikatu do realizacji pionowych konstrukcji oporowych. Ze względów bezpieczeństwa większość z nich jest ograniczona do nachylenia lica maksymalnie 70°.

Przykłady certyfikowanych systemów dla murów oporowych:

• system panelowy Armovia – poszczególne pasy geosiatek są następnie na budowie łączone za pomocą polimerowego pręta łączącego Tensar Bodkin. Pręt łączący tworzy połączenie o pełnej wytrzymałości, bez powstawania osłabionych miejsc w strefie styku.

• system blokowy Tensartech TW1 – system ten wykorzystuje do wzajemnego połączenia bloczków i geosiatek grzebień łączący nasunięty na koniec geosiatki i osadzony w zamku ścinanym bloczka. Połączenie ma charakter ciągły i stanowi część certyfikatu systemu wydanego przez British Board of Agrément nr 00/R122 dla systemu ścian Tensar TWI do zbrojenia murów oporowych i przyczółków mostowych oraz krajowej aprobaty technicznej wydanej przez TZÚS Praha, s.p.