Ściany oporowe wzmocnione geosiatkami

Wyrażenie „ściana oporowa” lub „mur oporowy” odnosi się do wielu konstrukcji budowlanych, które stanowią podporę dla gruntu napierającego na taką konstrukcję. Dawniej ściany oporowe budowano głównie z betonu lub prefabrykatów betonowych, ale stosowano również mur z cegły czy konstrukcje drewniane. Wynalezienie geosyntetyków, w szczególności geosiatek, umożliwiło rozwój technologii gruntu zbrojonego, którą dziś najlepiej reprezentują ściany oporowe.

Zasada działania gruntu zbrojonego

Aby zrozumieć, jak działa grunt zbrojony, posłużymy się poniższym przykładem z brytyjskiego programu BBC popularyzującego nowe metody budowlane.
Reporter przygotował dwie kostki z miękkiego gruntu, z których jedna była przełożona trzema warstwami geosiatki (dla celów nagrania pomalowanej na żółto). Następnie stanął na kostkach i na przemian obciążał je własnym ciężarem. Kostka z geosiatkami zachowała kształt, podczas gdy niezbrojona kostka się rozpadła.

   
Przykład z programu popularyzującego grunt zbrojony

Ściany oporowe z gruntu zbrojonego

Gdy obciążymy blok gruntu, przy odpowiednim obciążeniu powstaje w nim powierzchnia poślizgu i część bloku osuwa się. Takich powierzchni może być wiele w zależności od miejsca obciążenia. Jeśli jednak przetniemy te powierzchnie odpowiednią geosiatką, powierzchnia poślizgu zostaje przerwana i osunięcie gruntu nie może nastąpić. Taki blok gruntu zbrojony geosiatką i wyposażony w odpowiedni licowy element nazywa się ścianą oporową z gruntu zbrojonego.

      
Schemat zasady działania ściany oporowej z gruntu zbrojonego

Elementy ścian oporowych z gruntu zbrojonego

Ściany oporowe, a właściwie konstrukcje oporowe z gruntu zbrojonego, składają się z trzech podstawowych elementów: gruntu, geosiatek i licowej części konstrukcji. Połączenie między geosiatkami a elementami licowymi może być w niektórych typach ścian oporowych zapewnione specjalnymi łącznikami.

Grunt

Właściwości konstrukcji zbrojonej zależą głównie od jakości gruntu, z którego jest zbudowana. Im grunt jest drobniejszy, tym gorsze właściwości dla konstrukcji.
Optymalne są tłuczone kruszywa o wielkości ziarna do 125 mm. Mniej odpowiednie są żwiry rzeczne o obłych ziarnach, a wyraźnie nieodpowiednie są grunty ilaste i próchniczne. Jakość gruntu wpływa na wybór typu i ilości użytych geosiatek – im lepszy grunt, tym mniej geosiatek potrzeba.

         
Przykłady różnych rodzajów gruntów uporządkowanych według przydatności do wzmocnionej konstrukcji gruntowej

Geosiatki

Poziome warstwy geosiatek wbudowane w grunt zapewniają stabilność i funkcjonalność całej konstrukcji. Wybór typu geosiatki zależy głównie od geometrii konstrukcji, jej obciążenia i jakości użytego gruntu. Dodatkowymi kryteriami mogą być zastosowane elementy licowe ściany oporowej lub agresywność środowiska, w którym konstrukcja jest umieszczona.

        
Przykład kilku rodzajów geosiatek, które różnią się technologią produkcji, a także swoimi właściwościami

Licowa część konstrukcji

Elementy licowe mają dwie podstawowe funkcje: najważniejszą jest zatrzymywanie gruntu w czole konstrukcji, drugą, najbardziej widoczną, jest nadanie konstrukcji odpowiedniego wyglądu estetycznego. Zwykle stosuje się trzy podstawowe rodzaje lic.

Lic betonowy

Najczęściej spotykane są betonowe elementy licowe – zazwyczaj drobne łupane bloczki, duże panele, a do umocnień przy ciekach wodnych lub na wybrzeżach morskich stosuje się masywne bloki betonowe.

        

Lic zielony

Coraz częściej preferowanym rozwiązaniem jest tzw. lic zielony, który umożliwia wzrost roślinności. Tworzy się go z siatek drucianych, przez które rośliny łatwo przerastają, lub z samych geosiatek, które nie kończą się na licu konstrukcji, lecz zawijają wokół warstw gruntu i wracają do kolejnej warstwy geosiatki. Takie lico nazywa się wrap around. Czasem stosuje się worki wypełnione gruntem, ułożone w licu konstrukcji (technologia „piggy bag”). Ściany oporowe z zielonym licem buduje się pod kątem do ok. 70°, aby powierzchnia mogła zatrzymać wilgoć podczas opadów. W suchych warunkach zaleca się nawadnianie.

          

Lic kamienny

Trzecim typem są kosze gabionowe, ustawione pionowo lub pod kątem. Taka konstrukcja wygląda jak gabion, ale w rzeczywistości gabiony tworzą jedynie warstwę dekoracyjną – stabilność zapewniają geosiatki za nimi.

     
Schematy trzech podstawowych powierzchni czołowych konstrukcji nośnych

Łączniki

Współdziałanie elementów licowych i geosiatek jest często zapewnione przez funkcjonalne łączniki, które gwarantują solidne połączenie między geosiatką a licem konstrukcji.

Przyczółki mostowe z gruntu zbrojonego

Konstrukcje z gruntu zbrojonego mogą tworzyć nie tylko ściany oporowe, ale także efektywnie budować przyczółki mostów. To konstrukcja, na której opiera się sama konstrukcja mostu. W praktyce tworzy się fundament – tzw. próg podporowy, na którym układa się płytę mostową. Projekt przyczółka z gruntu zbrojonego jest dość wymagający – projektant musi przewidzieć wszystkie zmiany kształtu gruntu zbrojonego zarówno w trakcie budowy, jak i po jej zakończeniu, aby prawidłowo zaprojektować długość płyty mostowej, jej wymiary oraz wielkość dylatacji umożliwiających zmianę długości pod wpływem temperatury.

Do budowy przyczółków mostowych stosuje się niemal wyłącznie betonowe licowe elementy lub betonowe bloczki.

  
Przyczółek mostu autostradowego z licem z betonowych paneli (Levoča, Słowacja)

  
Przyczółki mostu nad linią kolejową z łupanych betonowych bloczków (Královec)