PL224461B1 - Element do wzmocnienia gruntu - Google Patents

Abstract

Element do wzmocnienia gruntu na bazie zbrojonego betonu składa się z dwóch, połączonych w sposób trwały nierozłączny, elementów. Jeden element to element betonowy (1) zbrojony wykonany z cementu w ilości 10-30% wagowych, pyłów krzemionkowych w ilości 2-10% wagowych, piasku o uziarnieniu do 2 mm w ilości 8-20% wagowych, kruszywa drobnego (4) o uziarnieniu do 8 mm w ilości 1-20% wagowych i/lub kruszywa średniego (5) o uziarnieniu od 8 mm do 16 mm w ilości 1-20% wagowych, kruszywa grubego (3) o uziarnieniu od 16 mm do 40 mm w ilości 40-60% wagowych, wody w ilości 5-10% wagowych oraz znanych dodatków wspomagających do 100% wagowych. Drugi element to element włóknisty (2) w postaci maty lub siatki, przy czym element betonowy (1) ma grubość od 10 do 30 cm a element włóknisty (2) ma grubość od 0,5 cm do 4 cm a ponadto element włóknisty (2) znajduje się na co najmniej jednej powierzchni elementu betonowego (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element do wzmocnienia gruntu, zwłaszcza umocnienia pochyłych części skarp, wałów, nasypów budowli ziemnych, terenów podmokłych, gruntów słabonośnych.

Znane są różne metody wzmocnienia gruntu, oparte o odmienne założenia i techniki. Do najczęściej stosowanych należą płyty betonowe pełne, płyty betonowe ażurowe, geowłókniny, maty z włókien naturalnych, maty z włókien sztucznych, iniekcje do gruntowe, bloki kamienne, mury z elementów betonowych i kamiennych, wypraski z tworzyw sztucznych z włókniną, faszyna z wikliny, palowanie, wymiany gruntu.

Wymienione sposoby mają różną trwałość, właściwości i zastosowanie. Nie zawsze powierzc hnie po wzmocnieniu są ekologicznie odzyskane, dotyczy to szczególnie elementów z betonu surowego monolitycznego i prefabrykowanego, również kamiennych. Poszczególne rozwiązania posiadają zarówno zalety jak i wady.

Płyty betonowe pełne zapewniają szybki montaż, dociążenie i stabilizację podłoża, jednak ze względu na ich rozmiary oraz ciężar do 2600 Kg/m , transport i montaż sprawiają kłopoty a ponadto brak pokrycia warstwą w postaci zieleni, możliwość wypłukiwania gleby i roślinności, jeżeli będzie ułożona na płytach, stanowią o ich mankamentach.

Płyty betonowe ażurowe, dzięki otworom w płytach, ułatwiają częściowe utworzenie warstw zieleni jednak możliwość wypłukiwania gleby i roślinności oraz ich ciężar około 2000 Kg/m , stanowią o ich mankamentach.

Geowłókniny zapewniają szybki montaż ale wymagają dociążenia warstwą humusu, mocowania i związania z podłożem poprzez kotwy, kołki i ukorzenienie. Istnieje możliwość uślizgu i osuwania się na warstwie geowłókniny, możliwość wypłukiwania gleby i roślinności, biodegradacja włóknin na bazie włókna naturalnego. Maty z włókien naturalnych pozwalają na szybki montaż, łatwy rozrost roślinności, ale wymagają częściowego dociążenia warstwą humusu, mocowania i związania z podłożem poprzez kotwy, kołki i ukorzenienie. Istnieje jak powyżej możliwość poślizgu i osuwania się maty oraz biodegradacja maty na bazie włókna naturalnego.

Maty z włókien sztucznych pozwalają na szybki montaż, łatwy rozrost roślinności, mata jest trwała, nie ulega szybkiej biodegradacji. Maty te wymagają częściowego dociążenia warstwą humusu, mocowania i związania z podłożem poprzez kotwy i ukorzenienie, możliwość poślizgu i osuwania się maty.

Iniekcje do gruntowe to małe nakłady na odtworzenie roślinności ale wysokie koszty montażu, konieczność stosowania specjalistycznego sprzętu, możliwość poślizgu i osuwania się warstwy humusu.

Bloki kamienne pozwalają na szybki montaż, dociążenie i stabilizację podłoża. Jednak sprawiające kłopoty połączenia płyt i kotwienia do podłoża, brak pokrycia warstwą w postaci zieleni decydują o ich mniejszej przydatności w celu uzyskania efektu pokrycia roślinnością. Analogiczne mankamenty posiadają mury z elementów betonowych i kamiennych.

Wypraski z tworzyw sztucznych z włókniną to szybki montaż i trwałość oraz możliwość wzrostu roślin natomiast brak należytego dociążenia i stabilizacji podłoża nie pozwala na uznanie tego rozwiązania za pozbawione wad.

Faszyny z wikliny to produkt naturalny a o za tym idzie należy je najpierw wyhodować a spr awiające kłopoty połączenia i kotwienia do podłoża, brak dociążenie i stabilizacja podłoża i biodegrad acja to wady tego sposobu wzmocnienia gruntu.

Palowania pozwalają na małe nakłady na odtworzenie roślinności, jednak wysokie koszty montażu, konieczność użycia specjalistycznego sprzętu, możliwość poślizgu i osuwania się warstwy humusu bez dodatkowych zabezpieczeń stanowią o niedoskonałości tego sposobu.

Wymiany gruntu to przede wszystkim możliwość odtworzenia roślinności, jednak wysokie koszty wymiany i specjalistyczny sprzęt nie pozwalają na uznanie tego rozwiązania za optymalne.

Przedstawione powyżej rozwiązania nie pozwalają na kompleksowe rozwiązanie problemu. Pożądane jest połączenie zalet z poszczególnych rozwiązań w celu zapewnienia szybkiego montażu z niskim kosztem, stabilizacji podłoża poprzez dociążenie, stabilizacji podłoża poprzez związanie elementów ochronnych z podłożem (przerastanie roślinności), wysokiej trwałości i odporności na warunki zewnętrzne, odporności na osuwanie podłoża, odporności na podmywanie, szybkie utworzenie warstw biologicznie aktywnych w postaci roślinności miejscowej lub specjalnej.

Przedmiotem wynalazku jest element do wzmocnienia gruntu składający się z dwóch, połączonych w sposób trwały nierozłączny, elementów. Pierwszy element to element betonowy zbrojony w yPL 224 461 B1 konany z cementu w ilości 10-30% wagowych, pyłów krzemionkowych w ilości 2-10% wagowych, piasku o uziarnieniu do 2 mm w ilości 8-20% wagowych, kruszywa drobnego o uziarnieniu do 8 mm w ilości 1-20% wagowych i/lub kruszywa średniego o uziarnieniu od 8 mm do 16 mm w ilości 1-20% wagowych, kruszywa grubego o uziarnieniu od 16 mm do 40 mm w ilości 40-60% wagowych, wody w ilości 5-10% wagowych oraz znanych dodatków wspomagających do 100% wagowych oraz elementu włóknistego w postaci maty lub siatki, przy czym element betonowy ma grubość od 10 do 30 cm a element włóknisty ma grubość od 0,5 cm do 4 cm. Element włóknisty znajduje się na co najmniej jednej powierzchni elementu betonowego i jest z nim połączony korzystnie poprzez związany beton. Jako maty i siatki korzystnie stosuje się maty i siatki z włókna kokosowego, kokosowo-bawełnianego, jutowego, bawełnianego, tworzywa sztucznego, tworzywa sztucznego zbrojnego siatką stalową. Element włóknisty może być wykonany jako jednowarstwowy lub jako dwuwarstwowy, przy czym w tym drugim przypadku brzegi warstw są połączone a wewnątrz znajduje się ziemia z dodatkami wspomagającymi rozwój roślin oraz nasiona wybranych roślin. Element włóknisty znajduje się na wierzchniej warstwie elementu betonowego lub również na jego bokach pionowych. Element może mieć dowolny kształt geometryczny, korzystnie pozwalający na układanie obok siebie kolejnych elementów pasujących do siebie.

Element według wynalazku wytwarza się poprzez zmieszanie składników do wytworzenia elementu betonowego według standardowych technik wytwarzania betonu. Na dnie formy i ewentualnie na ścianach bocznych, przed wylaniem wymieszanych składników, układa się element włóknisty. Po wylaniu składników betonu czeka się na jego związanie a następnie usuwa się go z formy wraz ze spojonym z nim trwale elementem włóknistym. Można również ułożyć element włóknisty na warstwie wylanego betonu. Beton wiążąc składniki pozwala na uzyskanie trwałego połączenia z elementem włóknistym. Element włóknisty może być ułożony na jednej powierzchni poziomej jak również może zachodzić na pionowe ściany elementu.

Skład betonu pod kątem różnych, dobranych uziarnień kruszyw, ich wzajemnych proporcji i ilości został tak dobrany aby w trakcie wytwarzania elementu według wynalazku pomiędzy elementami kruszywa otoczonego warstwą betonu powstawały pustki powietrzne. Pustki te tworzą kanały w strukturze betonu. Rośliny, które zaczną swój rozwój w warstwie elementu włóknistego, wypuszczają korzenie w głąb włókien a następnie w głąb betonu. Nierównomierność powstałych kanałów, to znaczy ich przypadkowość, powoduje, że część korzeni wnika w głąb elementu betonowego a część rozchodzi się na boki i może po wyjściu z elementu betonowego czy włóknistego wnikać w sąsiadujący element. Rozrastające się korzenie przenikając przez warstwę betonu wnikają w glebę i w sąsiedni element. Dzięki temu element zostaje związany z podłożem, na którym został ułożony, jak również powstają połączenia pomiędzy sąsiadującymi elementami.

Element według wynalazku umożliwia łatwe początkowe osadzenie się roślinności, zagnieżdżenie nasion, ich ukorzenienie, zatrzymanie wilgoci niezbędnej do wegetacji roślinności. Pozwala również na ułożenie warstwy roślinności wcześniej wyhodowanej i szybką ich adaptację i rozwój. Element włóknisty zabezpiecza przed erozją od wiatru i wody. Chroni również przed podmywaniem, gwałto wnym przedostawaniem się wody pod element. Niewielka grubość elementu betonowego zapewnia możliwość przeniknięcia korzeni do gleby a równocześnie znacznie zmniejsza jego ciężar. Uzyskuje się pełne zabezpieczenie gruntu, możliwość powstania warstwy roślinności, brak zagrożenia przed wypłukaniem ziemi i roślin oraz walory estetyczne powstałego zabezpieczenia gruntu. Otwarty układ kanałów powietrznych nie blokuje przesączania się wody w pionie i poziomie, umożliwia również przerastanie korzeni roślinności i pozyskiwanie przez nie składników odżywczych z gleby. Przerastanie korzeni daje dodatkowe zakotwienie płyt z podłożem i wzrost stabilizacji skarpy. W zależności od wersji maty, w przypadku maty biodegradowalnej, ukorzenienie w betonie nadal zapewnia dalszy rozwój roślinności. Specjalny układ kanalików zapewnia również brak podciągania kapilarnego wody.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia element w widoku perspektywicznym w wersji gdy element włóknisty znajduje się tylko na powierzchni górnej elementu. Fig. 2 przedstawia element w wersji, w której element włóknisty pokrywa ściany boczne elementu, Fig. 3 przedstawia przekrój przez element w wersji pokazanej na Fig. 1, Fig. 4 przedstawia przekrój przez element pokazany na Fig. 2, Fig. 5 przedstawia wycinek elementu w powiększeniu obrazujący powstające kanały powietrzne a Fig. 6 przedstawia wycinek elementu w powiększeniu obrazujący ukorzenianie się roślin.

PL 224 461 B1

P r z y k ł a d 1.

Wykonano elementy o wymiarach 120 cm x 120 cm x 30 cm i kształcie prostopadłościanu. Część włóknista 2 z maty o grubości 2 cm wykonana z włókna kokosowego zespolona została z elementem betonowym 1. Element betonowy 1 wykonano przez zmieszanie cementu CEM lll/A 32,5 w ilości 250 kg, pyłów krzemionkowych w ilości 80 kg, piasku kwarcowego 7 płukanego o uziarnieniu do 2 mm w ilości 238 kg, kruszywa drobnego 4 grys granitowy płukany o uziarnieniu do 8 mm w ilości 80 kg, kruszywa grubego 3 grys granitowy płukany o uziarnieniu powyżej 16 mm w ilości 1220 kg, kruszywa średniego 5 o uziarnieniu 8-16 mm w ilości 80 kg, wody wodociągowej 150 kg, dodatku napowietrzającego 1 kg, plastyfikatora 2 kg.

Odważono surowce, pocięto maty, przygotowano formy, oczyszczono i pokryto je środkiem rozdzielającym, wymieszano surowce na sucho, za pomocą mieszarki i zhomogenizowano. Wymieszano suchą mieszankę z wodą w mieszarce przepływowej, sprawdzono konsystencję, ustawiono formy stalowe na podajniku wibroprasy. Następnie przelano masę do urządzenia dozującego, ułożono kawałki maty 2 z włókna kokosowego w formach na dnie formy i na jej bokach. Do formy wlano część masy, ułożono zbrojenie stalowe i uzupełniono formę pozostała masą. Uruchomiono wibroprasy a po wykonaniu elementów wyjęto je z form i umieszczono elementy na stojakach. Stojaki przetransportowano do komory klimatycznej o temperaturze powyżej 15°C i wilgotności 95%. Sezonowano elementy przez 28 dni, poddano je kontroli jakościowej i przygotowano elementy do transportu.

Element betonowy 1 posiadał ciężar właściwy 2100 kg/m , czyli porównywalny do płyt ażuro33 wych (około 2000 kg/m ), w odróżnieniu od płyt pełnych, które mają ciężar około 2600 kg/m . Grubość płyty 30 cm zapewnia wystarczające dociążenie skarpy, ograniczając osuwanie się, stanowi również stabilne podłoże dla ukorzenienia roślinności. Jest to możliwe, ze względu na istnienie miedzy grubym kruszywem 3 a kruszywem drobnym 4 i kruszywem średnim 5, otoczonych warstwą betonu 6 pustych przestrzeni o wymiarze do 2 cm, tworzących kanały 8. Specjalny otwarty układ kanałów 8 nie blokuje przesączania się wody w pionie i poziomie, umożliwia również, przerastanie korzeni 9 roślinności 10 i pozyskiwanie przez nie składników odżywczych z gleby. Przerastanie korzeni 9 daje dodatkowe zakotwienie elementu z podłożem i wzrost stabilizacji skarpy. W zależności od wersji elementu włóknistego 2, w przypadku maty biodegrowalnej, ukorzenienie w betonie nadal zapewnia dalszy rozwój roślinności. Specjalny układ kanalików zapewnia również brak podciągania kapilarnego wody.

Otrzymane elementy ułożono na polu badawczym na skarpie kanału wodnego. Na ułożonych elementach wysiano nasiona następujących roślin. Kostrzewa czerwona Areta 16%, Kostrzewa czerwona Adio 19%, Życica wielokwiatowa westerwoldzka Mowester 15%, Kostrzewa owcza Bomito 10%, Kostrzewa trzcinowa Tarmena (d.Aran) 15%, Życica trwała (Rajgras angielski) Grasslands Nul 25%.

Po około 14 dniach, na elementach testowych, nastąpiło zazielenienie roślinności na powierzchni elementu włóknistego. Dokonane odkrywki w płycie na głębokości 10 cm, po tygodniu potwierdziły ukorzenienie się roślin w warstwie elementu włóknistego, po dwóch tygodniach w elemencie betonowym i kolejnych dwóch tygodniach przerost korzeni do gruntu.

P r z y k ł a d 2.

Element wykonano jak w przykładzie 1, przy czym jako element włóknisty 2 zastosowano matę z włókna bawełnianego. Element włóknisty 2 ułożono na wierzch wylanego do formy betonu. Po związaniu betonu elementy usunięto z formy i postępowano jak w przykładzie 1. Nie stosowano wysiewania nasion. Stwierdzono, że miejscowa roślinność zaczęła się pojawiać na elementach po dwóch tygodniach a jej ukorzenienie w warstwie gruntu nastąpiło po czterech tygodniach od położenia elementów.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Element do wzmocnienia gruntu na bazie zbrojonego betonu, znamienny tym, że składa się z dwóch, połączonych w sposób trwały nierozłączny, elementów, przy czym jeden element to element betonowy (1) zbrojony wykonany z cementu w ilości 10-30% wagowych, pyłów krzemionkowych w ilości 2-10% wagowych, piasku (7) o uziarnieniu do 2 mm w ilości 8-20% wagowych, kruszywa drobnego (4) o uziarnieniu do 8 mm w ilości 1-20% wagowych i/lub kruszywa średniego (5) o uziarnieniu od 8 mm do 16 mm w ilości 1-20% wagowych, kruszywa grubego (3) o uziarnieniu od 16 mm do 40 mm w ilości 40-60% wagowych, wody w ilości 5-10% wagowych oraz znanych dodatków wspomagających do 100% wagowych oraz elementu włóknistego (2) w postaci maty lub siatki, przy czym element betonowy (1) ma grubość od 10 do 30 cm a element włóknisty (2) ma grubość od

   PL 224 461 B1

   0,5 cm do 4 cm a ponadto element włóknisty (2) znajduje się na co najmniej jednej powierzchni elementu betonowego (1).
2. 2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że element włóknisty (2) jest połączony z elementem betonowym (1) poprzez związany beton.
3. 3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że jako maty i siatki korzystnie stosuje się maty i siatki z włókna kokosowego, kokosowo-bawełnianego, jutowego, bawełnianego, tworzywa sztucznego, tworzywa sztucznego zbrojnego siatką stalową.
4. 4. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że element włóknisty (2) wykonany jest jako jednowarstwowy lub jako dwuwarstwowy, przy czym w tym drugim przypadku brzegi warstw są połączone a wewnątrz znajduje się ziemia z dodatkami wspomagającymi rozwój roślin oraz nasiona wybranych roślin.
5. 5. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że element włóknisty (2) znajduje się na wierzchniej warstwie elementu betonowego (1).
6. 6. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że element włóknisty (2) znajduje się ponadto na bokach pionowych elementu betonowego (1).