Analiza efektów stosowania różnych materiałów zasypkowych w budowie podziemnych rurociągów

Abstrakt

W niniejszej publikacji podjęto próbę zbadania efektów zastosowania wybranych materiałów typu LBMs w budowie podziemnych rurociągów PEHD. Badanie to przeprowadzono za pomocą wielowariantowej numerycznej analizy modelu 2D układu rura-grunt, wykonanej w programie ZSOIL [10]. Modele FEM, zbudowane na potrzeby analizy numerycznej, reprezentują rurociąg PEHD ułożony w gruncie metodą wykopową. Modele te typu 2D (płaski stan odkształcenia) przedstawiają przekrój poprzeczny rurociągu o jednostkowej długości, otoczonego gruntem (układ rura-grunt). W analizie rozpatrzono dwa warianty kształtu wykopu (wąski o ścianach pionowych i szeroki o ścianach nachylonych) oraz trzy warianty częściowego wypełnienia wykopów warstwami keramzytu (ozn. LECA), bloczkami z polistyrenu spienionego (ozn. EPS), odpadami gumowymi zmieszanymi z gruntem (ozn. TDA). Obliczenia wykonano dla 64. różnych modeli układu rura-grunt. Przedmiotem analizy były podatne rury PEHD, o średnicach DN315 i DN600 i zróżnicowanych sztywnościach (SDR 11, SDR 21, SDR 26 i SDR 41). Rury ułożone zostały na warstwie podsypki o grubości 0,2 m i obsypane gruntem (obsypka) na wysokość 0,3 m ponad górny punkt rury. Pozostała część wykopu wypełniona była wyłącznie gruntem (ozn. SOIL), lub wariantowo gruntem, do którego wprowadzano warstwę materiałów LBMs (grubość warstw 0.8 m). Na górnej krawędzi modeli, w strefie o szerokości odpowiadającej szerokości wykopu, przyłożono obciążenie LF, o charakterze statycznym, równomiernie rozłożonym. W wykonanych analizach numerycznych, które miały charakter przyrostowo-iteracyjny, obciążenie to narastało liniowo od wartości 0 do wartości 150 kN/m2. Warstwy gruntu, keramzytu i odpadów gumowych zmieszanych z gruntem modelowano za pomocą modelu Mohra-Coulomba, warstwę EPS ora z rurę PEHD – w zakresie sprężystym. Wykonane obliczenia numeryczne dostarczyły bardzo szeroką paletę wyników w zakresie przemieszczeń węzłów i naprężeń w elementach modeli. W artykule zaprezentowano tylko niektóre z nich, głównie te w których uzyskano ekstremalne analizowane wartości. Prezentowana wielowariantowa analiza numeryczna modeli układu rura-grunt nie pozwala jednak na sformułowanie uniwersalnych wniosków dotyczących efektów zastosowania warstw z wybranych materiałów jako częściowego wypełnienia wykopów. Wynika to z faktu, iż do obliczeń wprowadzono konkretne wartości parametrów poszczególnych stref materiałowych. Ponadto analizy MES mają charakter przybliżony. Należy zatem traktować prezentowaną analizę jako pewne studium przypadku, na podstawie którego można skomentować tendencje w badanych efektach.