W ostatnich latach intensywnie zaczęły rozwijać się konstrukcje powłokowo-gruntowe w zastosowaniu na mosty (rys. 3a) , wiadukty (rys 3b), tunele (rys.3c), przepusty (rys.3d), przejścia podziemne, przejazdy gospodarcze, przejścia dla zwierząt, obudowy taśmociągów, kładki dla pieszych itp. [1]. Z uwagi na ich nieskomplikowany montaż, trwałość oraz sztywność, tego typu obiekty są coraz częściej stosowane w budownictwie [2]. Cechą charakterystyczną tych budowli jest konstrukcja nośna w postaci powłoki, która współpracuje ze specjalnie zagęszczonym gruntem tzw. zasypką [3]. Konstrukcje powłokowe, współpracujące z gruntem projektujemy jako odkształcalne i możemy wymiarować według różnych teorii, z których największe zastosowanie ma metoda kanadyjska (CAN-CSA S6-00, 2000) [4] lub szwedzka [5]. Spis treści ukryj 1 Wprowadzenie 2 Blachy konstrukcji powłokowo-gruntowych 3 Przekroje poprzeczne 4 Zasypka inżynierska 4.1 Kruszywo na zasypkę 4.2 Zasypywanie i zagęszczenie 5 Posadowienie powłoki 6 Deformacja powłoki w trakcie budowy 6.1 Technologia budowy 6.2 Deformacja powłoki podczas układania zasypki 7 Projektowanie konstrukcji podatnych 7.1 Podstawowe mechanizmy zniszczenia powłoki z blach 7.1.1 Mechanizm plastyczny 7.1.2 Mechanizm wyboczenia ścianki 7.1.3 Mechanizm zniszczenia polączeń śrubowych blach 7.1.4 Utrata nośności gruntu wokół konstrukcji 7.2 Metody projektowania powłok stalowo-gruntowych 7.3 Metoda Sundquista-Pettersona 7.3.1 Założenia metody 7.3.2 Siły przekrojowe 7.3.3 Wymiarowanie powłoki 7.3.4 Sprawdzanie nośności połączeń śrubowych Wprowadzenie Na rys. 1 pokazano przykład typowej konstrukcji powłokowo-gruntowej. Podparta na fundamencie łukowa powłoka z blachy falistej, oraz zasypka gruntowa od dołu zamknięta powłoką, a od góry nawierzchnią jezdni, są zasadniczymi i równie ważnymi elementami konstrukcji nośnej. Rys.2. Współpraca powłoki z blachy z zasypką gruntową Konstrukcje z blachy falistej, ze względu na małą sztywność oraz (dużą skłonność do deformacji) jest konstrukcją podatną współpracującą z zasypką gruntową. W wyniku współpracy gruntu z blachą powstaje zjawisko zwane przesklepieniem pozytywnym (rys. 2). Polega ono na tym, że w wyniku działania ciężaru gruntu na powłokę podatną, powstają pionowe siły tarcia na styku z kolumnami bocznymi. W wyniku współpracy gruntu otaczającego powłokę , zostaje ona odciążana w uproszczeniu proporcjonalnie do swoich ugięć. Na rys.3. pokazano przykłady typowych zastosowań konstrukcji powłokowo-gruntowych. Rys.3. Podstawowe obszary zastosowań konstrukcji gruntowo-powłokowych [1] a) Most w Szczytnej b) Wiadukt w Trzebawiu c) Tunel kolejowy w Biernacicach d) Przepust pod drogą W Polsce za konstrukcje gruntowo-powłokową o największej rozpiętości uważa się przejście dla zwierząt, wybudowane w 2007 roku w Gajcu.(rys4) w linii kolejowej E20na odcinku Rzepin- granica państwa [6]. Wiadukt ma kształt jednoprzęsłowego łuku, o parametrach: grubość blachy 7 mm, szerokość użytkowa przejścia 40m, rozpiętość w wezgłowiu –20 m, maksymalny kąt nachylenia powierzchni przejścia oraz kąt nachylenia powierzchni na najściach 10%, obiekty wyposażone w ekrany akustyczne i przeciwolśnieniowe, w postaci lekkiej konstrukcji drewnianej zlokalizowanej wzdłuż ogrodzeń ochronnych na powierzchni przejścia. Rys.4. Największa konstrukcja powłokowo-gruntowa w Polsce. Przejście dla zwierząt w Gajcu: (u góry – w trakcie realizacji), (na dole – w eksploatacji), [6] Blachy konstrukcji powłokowo-gruntowych Zadaniem blachy powłoki jest spełnienie dwóch funkcji technicznych: Na etapie układania zasypki pełni ona rolę szalunku zabezpieczającego przestrzeń pod obiektem, Podczas użytkowaniu gotowego obiektu, powłoka współpracuje z gruntem i nawierzchnią [7]. i przenosi część obciążeń zewnętrznych. Pozostała część obciążeń jest przenoszona przez zasypkę. Powłoka stalowej pokazana na rys. 5 ułożona jest wariantowo : a) na fundamencie kruszywowym z podsypką piaskowa (prawy wariant), lub b) na fundamencie żelbetowym (lewy wariant). i umieszczona w wykopie w taki, sposób, by po zasypaniu zasypką piaskową uzyskać wymaganą grubość naziomu nad kluczem (punktem najwyższym )powłoki. Stalowe powłoki podatne najczęściej wykonywane są z rur spiralnych karbowanych ze stali ocynkowanej (Tab. 1a), połączone śrubami arkusze blach MultiPlate (Tab. 1b)) lub blachy o wysokim profilu SuperCor (Tab. 1c) i blachy o mostowe bardzo wysokim profilu (Tab. 1d). Tab.1. Najczęściej stosowane blachy karbowane Przekroje poprzeczne W tab.2 pokazano najczęściej stosowane rodzaje konstrukcji powłokowo- gruntowych z warunku kształtu przekroju poprzecznego w tym jego otwarcia. Tab.2. Kształty przekroju poprzecznego konstrukcji z blach falistych [3] Najbardziej ogólnym podziałem konstrukcji powłokowo-gruntowych, to konstrukcje łukowe o przekroju zamkniętym (okrągy, elipsy, kroplisty, tunelowy, gruszkowy), konstrukcje łukowe o przekroju otwartym ( w tab 2 łuki) oraz konstrukcje skrzynkowe [7] Najczęściej stosowane są przekroje kołowe (rys. 6a) lub przepusty skrzynkowe (rys.6b). a) b) Odpowiednia sztywność powłoki zapewnia utrzymanie projektowanej geometrii budowli. Dla konstrukcji gruntowo-powłokowych o małych i średnich rozpiętościach stosuje się powłoki jednowarstwowe. Wykonane są one z blach falistych, połączonych na zakładki. Ze względu na projektowany kształt lub dużą rozpiętość, sztywność powłoki może być niewystarczająca. W takim przypadku wykorzystuje się nakładkę z drugiej blachy o tym samym profilu. Zasypka inżynierska Kruszywo na zasypkę Główną rolą zasypki jest wprowadzenie powłoki w stan naprężenia. Musi być ona odpowiednio dobrana i zagęszczona, aby można traktować ją jako materiał konstrukcyjny. Na etapie budowy grunt stanowi dla powłoki obciążenie stałe. Z drugiej jednak strony jest on również sprężystym otoczeniem powłoki, co powoduje zwiększenie jej nośności w przypadku działania obciążeń zewnętrznych. W celu dobrej współpracy zasypki gruntowej z powłoką stosuje się odpowiedniej jakości kruszywo [7]. Warunkiem stabilnej pracy i osiągnięcia wymaganej nośności konstrukcji podatnej z blach falistych są odpowiednie parametry gruntu, stanowiącego zasypkę, a także sposób jej wbudowania. Należy zwrócić uwagę na rodzaj zasypki oraz prawidłowe na jej zagęszczenie [3]. Na zasypkę należy stosować kruszywo sypkie (żwiry, mieszanki żwirowo-piaskowe), piaski, pospółki) oraz kruszywa łamane i klińce. Grunt powinien być wodoprzepuszczalny ( k>8m/dobę), wolny od zbryleń, zmarzlin, elementów organicznych oraz zagęszczalny, czyli o ciągłej krzywej uziarnienia – w zakresie frakcji występujących w kruszywie (od najmniejszej do największej) powinny występować wszystkie frakcje pośrednie. Na rys. 7 podano przykładowe krzywe uziarnienia (przesiewu ) kruszyw zalecanych do wykonania zasypki. Rys .7. Krzywe uziarnienia zalecane do wykonani zasypki [3] Zalecane jest uziarnienie kruszywa 0 do 75 mm, przy czym maksymalna wielkość ziarna zależy od profilu fali: w przypadku fali 150×50 mm i 200×55 mm – max d=42 mm, w przypadku fali 125×26 mm i 100×20 i 68×13 mm – max d=32 mm, dla fali 380×140 mm – max d=120 mm. Rodzaj uziarnienia oraz inne warunki w tym wilgotność optymalną zasypki ustala Projektant, najczęściej w drodze projektowania wspomaganego eksperymentem. W przypadku braku naturalnego kruszywa . spełniającego wymagane uziarnienie, należy stosować mieszanki tak dobrane przez projektanta, by uzyskać uziarnienie ciągłe (optymalny stos okruchowy). Zasypywanie i zagęszczenie Bardzo ważna jest prawidłowa technologia układania i zagęszczania zasypki. Na etapie budowy grunt […]