Odkrywamy nieodkryte

Obliczanie stateczności

Wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z budownictwem lądowym, konieczne jest wykonanie badań geotechnicznych, mających na celu określenie stateczności gruntu przy różnych stanach naprężeń/odkształceń. Istotne dla celów projektowych i ochrony środowiska jest określenie prawdopodobieństwa ruchów masowych pod wpływem robót inżynieryjnych. W przypadku posadowienia budowli na skarpach należy określić ich przyszły wpływ na stateczności podłoża. Informacje te są potrzebne nie tylko projektantom, ale również wyznacza poziom zagrożenia dla okolicznych mieszkańców oraz środowiska naturalnego. Do tego celu służą obliczenia stateczności. Mają one szerokie zastosowanie z czego najważniejsze to:

• ocena ryzyka wystąpienia osuwiska w rejonie intensywnych opadów atmosferycznych,
• zmiana warunków gruntowych w wyniku prac ziemnych,
• wpływ posadowienia obiektów inżynieryjnych na zmianę nośności podłoża,
• wpływ ruchu komunikacyjnego na stateczność nasypów kolejowo-drogowych oraz podłoża,

Nie trzeba dużej wyobraźni, by zdać sobie sprawę, że we wszystkich wyżej wymienionych przypadkach istnieje groźba ruchów osuwiskowych, które poza stratami finansowymi wynikającymi ze zniszczenia infrastruktury i zabudowy wywołać mogą nieodwracalne szkody w środowisku naturalnym, a także zagrażać życiu ludzkiemu. By temu zapobiec, wykonuje się badania geotechniczne w celu określenia parametrów gruntów, a na ich podstawie tworzy się przekroje geologiczno-inżynierskie wzdłuż osi przypuszczalnych ruchów masowych. Na bazie tych przekrojów przeprowadza się analizy stateczności dla różnych wariantów, przy zmiennych parametrach warstw i modelowanych obiektów. Symulacja pozwala również dobrać odpowiednie położenie dla budowli/drogi i dopasować odpowiednie zabezpieczenia i wmocnienia gruntów.

Wynikiem analizy stateczności gruntu jest rozkład sił ścinających w modelowanym przekroju oraz określenie tak zwanego współczynnika bezpieczeństwa F (ang. FoS – Factor of Safety) dla najsłabszego miejsca. Jest to zarazem miejsce nagromadzenia się największych sił ścinających. Interpretacja wyników zależy od stopnia odwzorowania rzeczywistości w modelu numerycznym. Jeżeli współczynnik bezpieczeństwa jest niski to skarpa bądź zbocze jest niestabilne. Wielkość współczynnika F porównywana do pierwotnie postawionych zakresów granicznych, zależnych od konkretnego zagadnienia.

Analizować można płaszczyzny poślizgu występujące w skomplikowanych nasypach kolejowych o dużej zmienności parametrów warstw nasypowych. Osuwiska te są relatywnie niewielkich rozmiarów (u góry). Duże osuwiska oparte są na gruntach rodzimych o znacznie większych miąższościach (u dołu).

Wyniki analizy stateczności muszą być zestawione z innymi badaniami i traktowane jako jakościowe. Dużą rolę odgrywają tu zmiany współczynnika FoS przy kolejnych wariantach obliczeniowych.