PL

1. Wstęp

Zbiorniki retencyjne o odpowiedniej pojemności odgrywają kluczową rolę w ochronie terenów zalewowych, stabilizacji gospodarki wodnej oraz zwiększaniu bezpieczeństwa powodziowego. W związku z obserwowanymi zmianami klimatu i coraz intensywniejszymi opadami, wiele istniejących obiektów nie spełnia już wymogów projektowych. Podwyższanie obwałowań staje się zatem koniecznym rozwiązaniem modernizacyjnym. W niniejszym artykule analizujemy wybrane technologie podwyższania brzegów zbiorników retencyjnych pod kątem ich efektywności oraz możliwości zastosowania.

2. Wymagania techniczne i funkcjonalne

Jednym z głównych zagrożeń wałów zbiorników pozostaje przelanie się wody przez obwałowania, spowodowane niedostatecznym wzniesieniem korony ponad maksymalne zwierciadło wody. Taka sytuacja może mieć miejsce w przypadku wystąpienia przepływów większych niż założono na etapie projektowania, co z kolei bywa konsekwencją rosnącej intensywności opadów oraz spadku retencyjności zlewni wynikającego z postępującej urbanizacji [1].

Zalanie terenu może wystąpić także w wyniku przesiąków przez korpus wału lub jego podłoże.
Do takich zjawisk dochodzi najczęściej w przypadku obecności uprzywilejowanych dróg filtracji, nieodpowiednio zabezpieczonych przepustów, śluz czy instalacji, a także w wyniku obecności nor zwierząt lub zaniechań podczas budowy. Dodatkowe zagrożenia stanowią zjawiska sufozji i przebicia hydraulicznego, szczególnie w przypadku gruntów podatnych na wymywanie. Osłabieniu może ulec również stateczność skarp, zwłaszcza w wyniku erozji powierzchniowej, deformacji korpusu wału czy obecności spękań [2].

Podwyższanie wałów zbiorników retencyjnych musi uwzględniać:

Dodatkowo rozwiązania powinny minimalizować ryzyko erozji wewnętrznej i powierzchniowej oraz być trwałe i łatwe w utrzymaniu.

3. Przegląd technologii

3.1. Podwyższanie tradycyjne – nasypy ziemne

Najbardziej klasyczną i powszechnie stosowaną metodą podwyższania obwałowań jest wykonanie nadbudowy z wykorzystaniem dostępnych gruntów, bez użycia materiałów konstrukcyjnych o charakterze nienośnym (np. geosyntetyków czy prefabrykatów). Technologia ta opiera się wyłącznie na zasadach mechaniki gruntów, z uwzględnieniem odpowiedniego uwarstwienia, zagęszczenia oraz kontroli parametrów geotechnicznych zastosowanego materiału. Kluczowe jest tu odpowiednie zagęszczenie warstw, zapewnienie stateczności zboczy oraz przeprowadzenie obliczeń filtracyjnych uwzględniających warunki przepływu nieustalonego i ustalonego po wykonaniu nadbudowy.

Zalety: niski koszt materiałów, łatwa dostępność surowców.

Wady: konieczność poszerzenia podstawy wału, wolna przestrzeń, która będzie wykorzystana do rozbudowy, ryzyko osiadania.

3.2. Zastosowanie geosyntetyków

Geosyntetyki, takie jak geosiatki, geomembrany, geowłókniny czy geokompozyty, mogą wspomagać konstrukcję nadbudowy, zwiększając jej stateczność, kontrolując filtrację i ograniczając przesiąkanie.

Zalety: redukcja grubości warstw, poprawa parametrów mechanicznych.

Wady: konieczność specjalistycznego wykonawstwa, wyższe koszty jednostkowe.

3.3. Nakładki żelbetowe i prefabrykaty betonowe

Stosowane w sytuacjach, gdzie brak jest możliwości rozbudowy w poziomie lub wymagana jest wysoka odporność mechaniczna (np. zbiorniki techniczne, przemysłowe).

Zalety: wysoka trwałość, niewielki ślad przestrzenny, możliwość szybkiego montażu prefabrykatów.

Wady: wysoki koszt, potencjalne trudności z dylatacjami i szczelnością połączeń.

3.4. Ścianki stalowe

Ścianki szczelne stalowe (grodzice stalowe) są powszechnie stosowaną technologią w inżynierii wodnej i hydrotechnicznej. Ich podstawową funkcją jest uszczelnienie korpusu nasypu oraz umożliwienie jego nadbudowy bez konieczności poszerzania podstawy.

Zalety: bardzo wysoka wytrzymałość mechaniczna, możliwość wykonania długich przesłon, odporność na duże obciążenia hydrodynamiczne.

Wady: konieczność użycia ciężkiego sprzętu, podatność na korozję.

3.5. Ścianki winylowe (PVC)

Winylowe ścianki szczelne to lekkie grodzice z tworzywa sztucznego główną funkcją których jest uszczelnienie i nadbudowa wału w warunkach ograniczonych obciążeń.

Zalety: odporność na korozję i promieniowanie UV, niska masa, łatwy montaż bez ciężkiego sprzętu, estetyczny wygląd.

Wady: ograniczona długość profili, niższa wytrzymałość mechaniczna, przy dłuższych profilach konieczność stosowania stalowej prowadnicy.

4. Analiza porównawcza

W niniejszym rozdziale przedstawiono porównanie wybranych technologii podwyższania obwałowań zbiorników retencyjnych w oparciu o cztery główne kryteria: koszt, trwałość, złożoność wykonania oraz wymaganą przestrzeń do realizacji prac, co może ułatwić dobór rozwiązania najlepiej dopasowanego do uwarunkowań lokalnych oraz budżetowych inwestycji.

Tradycyjna nadbudowa wału ziemnego cechuje się najniższym kosztem, lecz wymaga największej przestrzeni i jest najbardziej czasochłonna. Zastosowanie geosyntetyków oraz prefabrykowanych elementów pozwala znacząco skrócić czas wykonania i zmniejszyć wymagania terenowe, jednak kosztem większych nakładów finansowych. Ścianki stalowe wyróżniają się wysoką trwałością i nośnością, jednak w środowisku wodnym są szczególnie podatne na korozję, co może istotnie wpłynąć na ich żywotność i koszty utrzymania. Ścianki winylowe są odporne na korozję i UV, lecz można je stosować wyłącznie w projektach, gdzie nie występują duże siły parcia – ze względu na ograniczoną sztywność i nośność konstrukcji wykonanych z profili termoplastycznych.

5. Podsumowanie

W artykule dokonano przeglądu i analizy porównawczej wybranych technologii stosowanych do podwyższania obwałowań zbiorników. Omówiono zarówno metody tradycyjne, jak i nowoczesne – w tym zastosowanie geosyntetyków, prefabrykatów betonowych, a także ścianek szczelnych stalowych i winylowych. Przeprowadzona analiza uwzględniała cztery kluczowe kryteria: koszt, trwałość, złożoność wykonania oraz wymaganą przestrzeń.

Najbardziej korzystnym cenowo, lecz przestrzennie wymagającym rozwiązaniem pozostaje nadbudowa wału gruntem. Geosyntetyki i prefabrykaty zapewniają wyższą trwałość i szybsze wykonanie, ale kosztem wyższych nakładów finansowych. Ścianki stalowe cechują się dużą wytrzymałością, jednak są podatne na korozję w środowisku wodnym. Alternatywę stanowią ścianki winylowe, odporne na korozję i łatwe w montażu, lecz są mniej odporne na duże obciążenia.

Dobór technologii powinien być każdorazowo poprzedzony analizą lokalnych warunków technicznych, przestrzennych i ekonomicznych, z naciskiem na zapewnienie trwałości, szczelności oraz bezpieczeństwa konstrukcji w długim okresie eksploatacji.

6. Bibliografia

  1. Hurtland Sp. z o.o. (2018). Modernizacja wałów przeciwpowodziowych – zastosowanie maty bentonitowej Bentomat. [online] https://hurtland.eu/wp-content/uploads/2018/09/Modernizacja_walow_walow_przeciwpowodziowych_bentomat_mata-bentonitowa.pdf [dostęp: 29.07.2025].
  2. BOLT, Adam. Problemy geotechniczne budowli wodnych, 2017. [online]. https://www.researchgate.net/publication/317099087_Problemy_geotechniczne_budowli_wodnych [dostęp 29.07.2025].

Dzięki swojej trwałości, przewagom kosztowym, odporności na korozję, niskiemu wpływowi na środowisko i łatwości montażu, grodzice winylowe stały się powszechnym rozwiązaniem znajdującym zastosowanie w różnorodnych projektach inżynieryjnych. Ze względu na specyfikę materiału, projektowanie konstrukcji z grodzic winylowych wymaga pewnych modyfikacji w porównaniu z ich stalowymi odpowiednikami.

Specyfika projektowania konstrukcji z grodzic winylowych

Ze względu na znacznie niższy moduł Younga tworzyw sztucznych w porównaniu ze stalą, a co za tym idzie większą odkształcalność grodzic winylowych, istotnym aspektem staje się nie tylko analiza naprężeń, ale przede wszystkim dopuszczalne przemieszczenia. W warunkach długotrwałego obciążenia, przemieszczenia grodzic winylowych stają się kluczowym kryterium określającym ich wymiary.

Przy projektowaniu konstrukcji z grodzic PVC, a zwłaszcza ścian oporowych, często to dopuszczalne przemieszczenia, a nie naprężenia, stają się czynnikiem krytycznym determinującym dobór profilu o odpowiednich parametrach i jego wymiary. Przemieszczenia w grodzicach winylowych bezpośrednio wpływają na stateczność konstrukcji i jej skuteczność pod naporem gruntu, ciśnieniu wody i jej stabilność. Kluczowymi czynnikami, jakie mają wpływ na przemieszczenia są:

Zmienność przemieszczeń w różnych warunkach gruntowych sprawia, że kluczowe staje się ich precyzyjne oszacowanie. Przykładowo, luźne piaski mogą przyczynić się do powstania większych przemieszczeń poziomych niż zwarte grunty gliniaste w podobnych warunkach obciążenia. Zaawansowane modelowanie numeryczne i metody analityczne, wsparte pomiarami terenowymi, są niezbędne przy dokładnym prognozowaniu przemieszczeń i optymalizacji projektowania konstrukcji z grodzic winylowych.

Normy i standardy

Normy i standardy są dla projektantów cennym źródłem wytycznych i punktów odniesienia, które pozwalają zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność, a przede wszystkim spójność praktyk inżynieryjnych. W przypadku projektów z wykorzystaniem grodzic winylowych szczególnie ważne jest stosowanie się do poniższych norm:

Zgodność z tymi normami zapewnia, że projekt uwzględnia wszystkie potencjalne ryzyka, zapewniając solidne podstawy dla realizacji projektu.

Badania podłoża gruntowego

Badania podłoża gruntowego to podstawa każdego projektu geotechnicznego, którego główne cele to:

Badania podłoża gruntowego w „idealnych warunkach” powinny się składać z  następujących etapów:

Precyzyjna dokumentacja zawierająca dane z analizy podłoża gruntowego to niezbędne narzędzie dla projektanta i wykonawcy przy:

Spostrzeżenia z badań szczegółowych są bezcennym narzędziem umożliwiającym inżynierom i projektantom minimalizowanie ryzyk i optymalizację działania konstrukcji z grodzic winylowych.

Warunki gruntowe

Warunki gruntowe odgrywają kluczową rolę w analizie przemieszczeń. Sztywność, wytrzymałość i właściwości drenażowe gruntu determinują sposób interakcji grodzic z otaczającym ośrodkiem. Na przykład:

Zgodnie z Eurokodem 7 minimalna głębokość badań wynosi:

Punkty badań muszą być rozmieszczone strategicznie, aby uchwycić pełną zmienność warunków gruntowych. W przypadku konstrukcji liniowych lub przylegających do zboczy konieczne są rozległe strefy badań w celu oceny stabilności zbocza i linii uskoków. Zalecana odległość między punktami badań wynosi 15–200 metrów, zmieniając się w zależności od rodzaju projektu, rodzaju fundamentów i złożoności geologicznej.

Włączenie wysokiej jakości danych geotechnicznych do modeli analizy przemieszczeń zapewnia:

Podsumowanie

Podstawą dokładnej analizy przemieszczeń są kompleksowe badania podłoża gruntowego. Zrozumienie i uwzględnienie zachowania gruntu w konkretnym miejscu pozwala inżynierom zapewnić bezpieczne, wydajne i ekonomiczne projekty. W przypadku projektów obejmujących grodzice winylowe, obliczanie przemieszczeń z precyzją, przestrzeganie norm i przeprowadzanie dokładnych badań podłoża gruntowego są nieodzownymi elementami procesu projektowania i budowy. Praktyki te nie tylko zapewniają integralność konstrukcji, ale także przyczyniają się do zrównoważonych i ekonomicznych rozwiązań. Priorytetowe traktowanie tych aspektów pozwala inżynierom pewnie stawić czoła wyzwaniom złożonych środowisk geotechnicznych i osiągnąć pomyślne wyniki.

Bibliografia

Skuteczna ochrona przeciwpowodziowa stanowi połączenie wielu elementów. Przemyślanego planowania przestrzennego, stosowania systemów ostrzegania, edukacji społeczeństwa, przy czym kluczowe jest właściwe projektowanie oraz budowanie infrastruktury technicznej z materiałów, które, kiedy pojawi się zagrożenie, pozwolą zapanować nad żywiołem, jednocześnie nie zagrażając środowisku.

Jedna rzecz to wielka woda, której nadejścia można w jakiś sposób się spodziewać. Drugim rodzajem zagrożenia jest woda pojawiająca się niemal niepostrzeżenie. Takie zjawiska nazywa się powodziami błyskawicznymi, gdyż mogą wystąpić w ciągu zaledwie kilku minut od intensywnych opadów lub gwałtownego uwolnienia wód np. w wyniku awarii zapory. Powodzie błyskawiczne, choć powszechnie tak się sądzi, występują nie tylko w miastach i na terenach o słabej przepuszczalności gruntu, ale także na obszarach górzystych i w dolinach. Szybko płynąca woda niszczy budynki, infrastrukturę drogową i energetyczną, zagrażając też życiu ludzi. Skutkiem przejścia fali są również erozja gleby, zanieczyszczenia wód czy zniszczenia w ekosystemach.

To, jak groźna może być powódź, często widzimy na obrazach z całego świata, a ostatnio ponownie przekonaliśmy się o tym także w Polsce. Na szczęście obecnie nikt nie dyskutuje już o potrzebie inwestowania w zabezpieczenia przeciwpowodziowe. Warto jednak pamiętać, że plac budowy tego typu infrastruktury musi odpowiadać obecnym wymogom w zakresie nie tylko ekonomicznym, ale też ekologicznym. I to na każdym etapie, od projektowania przez produkcję i transport po fazę robót budowlanych, a kończąc na etapie użytkowania.

Do budowy i modernizacji wielu rodzajów obiektów przeciwpowodziowych, w tym wałów i ścian przeciwfiltracyjnych, stosuje się grodzice, a w ostatnich latach coraz popularniejsza staje się ich winylowa odmiana.

Szyte na miarę, cyrkularne podejście

Nakłady transportowe

Kluczowym elementem w kosztorysie inwestycji budowlanej jest transport. Na wysokość tego zakresu budżetu wpływ ma nie tylko to, na jaką odległość dane materiały należy przetransportować, ale także, czy przewóz z uwagi na ich masę wymaga zastosowania dodatkowych środków.

Transport ciężkich elementów nie zawsze może być prowadzony w ciągu dnia, a postoje powiększają koszty. Przewóz ciężkich elementów generuje też większą emisję CO2, gdyż wymaga większych nakładów paliwa, mocniejszych pojazdów, jak również specjalistycznego sprzętu do załadunku oraz rozładunku.

Po dotarciu na plac budowy lżejsze materiały można szybciej montować, stosując sprzęt zużywający mniej energii. Grodzice winylowe są lżejsze od swoich odpowiedników wyprodukowanych w innych technologiach, co wynika przede wszystkim z gęstości materiału.

Natychmiastowa szczelność

W porównaniu do tradycyjnych metod, takich jak grodzice stalowe czy technologie mieszania cementowo-gruntowego (CDMM), grodzice winylowe wyróżniają się natychmiastową szczelnością po montażu. Dzięki zastosowaniu uszczelki z miękkiego PVC, możliwe jest skuteczne zabezpieczenie przed infiltracją wody.

Podsumowanie

Zastosowanie grodzic winylowych przyczynia się nie tylko do podniesienia poziomu ochrony przeciwpowodziowej, ale także pozwala na optymalizację kosztów i czasu realizacji inwestycji. Przy czym warto pamiętać, że dla powodzenia budowy danej konstrukcji przeciwpowodziowej kluczowy jest wybór odpowiedniego dostawcy, który nie tylko zapewni wysokiej jakości produkt, ale także wsparcie logistyczne, terminowość oraz doradztwo techniczne.

Nowoczesne budownictwo stawia przed inżynierami nowe wyzwania związane z efektywnością, ekologicznymi rozwiązaniami oraz oszczędnościami kosztów. W odpowiedzi na te potrzeby rośnie zainteresowanie grodzicami winylowymi, które zyskują uznanie nie tylko w inżynierii hydraulicznej, ale także w infrastrukturze drogowej i kolejowej. Dzięki wyjątkowym właściwościom, takim jak odporność na korozję, lekkość oraz uniwersalność zastosowań, grodzice winylowe oferują znaczące zalety w porównaniu do tradycyjnych grodzic stalowych. Zastosowanie grodzic winylowych w budownictwie infrastrukturalnym na świecie staje się coraz powszechniejsze, napędzane przez ich liczne korzyści. W obliczu rosnących wymagań współczesnych projektów budowlanych, grodzice winylowe stają się istotną alternatywą dla tradycyjnych materiałów, takich jak stal czy beton, oferując nowoczesne rozwiązania dostosowane do różnorodnych warunków i potrzeb.

Przewagi konkurencyjne grodzic winylowych

Grodzice winylowe posiadają kilka zalet konkurencyjnych w stosunku do tradycyjnych grodzic stalowych. Główne korzyści obejmują:

Zastosowania grodzic winylowych

Biorąc pod uwagę powyższe zalety, grodzice winylowe są szeroko stosowane w budownictwie infrastrukturalnym, szczególnie w projektach związanych z ochroną przeciwerozyjną, budową nabrzeży czy stabilizacją skarp. Przykłady zastosowań obejmują:

Budownictwo kolejowe

W budownictwie kolejowym grodzice winylowe są wykorzystywane przede wszystkim do stabilizacji skarp i ochrony przed osuwiskami. Godnym uwagi przykładem jest przebudowa linii kolejowej pomiędzy Skierniewicami a Warszawą Zachodnią, gdzie zastosowano grodzice winylowe GW-610/9.0 do stabilizacji skarpy na niestabilnym gruncie.

Wytrzymałość tego systemu skutecznie zapobiegła potencjalnemu osuwaniu się ziemi.

Kolejnym przykładem jest zastosowanie grodzic winylowych na linii kolejowej w Braniewie, gdzie profil GW-610/7.2 został wykorzystany do stabilizacji skarpy zagrożonej osuwaniem się ze względu na obecność gruntów organicznych. Zastosowanie grodzic winylowych pozwoliło na zmniejszenie osiadań pionowych i zwiększenie stabilności skarpy, prowadząc do długoterminowej trwałości obiektu.

Kolejny projekt wart wymienienia to ten przeprowadzony w Stalowej Woli, gdzie zastosowano grodzice winylowe GW-270/5.5 do wzmocnienia uszkodzonej skarpy i stabilizacji stoku. Projekt ten wymagał skutecznego rozwiązania ze względu na zagrożenie osuwiskiem, które mogło zagrażać bezpieczeństwu infrastruktury kolejowej. Grodzice winylowe okazały się idealnym rozwiązaniem, zapewniając trwałą stabilizację i ochronę przed dalszą degradacją skarpy. Dodatkowo, grodzice winylowe są wykorzystywane do ochrony infrastruktury kolejowej przed zbłąkanymi napięciami, które mogą prowadzić do korozji metalowych elementów konstrukcyjnych, takich jak bariery ochronne czy rurociągi. Jako materiał nieprzewodzący, winyl skutecznie izoluje od tych napięć, zabezpieczając konstrukcje przed degradacją.

Budownictwo drogowe

W sektorze drogowym grodzice winylowe również odgrywają kluczową rolę, szczególnie w stabilizacji skarp wzdłuż dróg i ochronie przeciwerozyjnej. Zastosowanie grodzic winylowych w budownictwie drogowym pomaga chronić skarpy i zapobiegać osuwiskom, co jest szczególnie ważne w regionach o niestabilnych gruntach. Przykładem takiego zastosowania jest projekt w Marklowicach, gdzie zastosowano grodzice winylowe GW-458/12.0 do budowy ściany oporowej wzdłuż drogi, skutecznie zabezpieczając skarpę i zapewniając ochronę przed erozją.

Kolejnym przykładem jest projekt w Węgrowie, gdzie grodzice winylowe zostały wykorzystane do stabilizacji skarpy. Dodatkowo, grodzice winylowe mogą być również wykorzystywane do budowy zbiorników retencyjnych.

Przykładem takiego projektu jest budowa zbiornika retencyjnego w ramach drogi ekspresowej S3 na odcinku 1 od Świnoujścia do Dargobądza, gdzie zastosowano grodzice winylowe GW-460/5.5. Projekt ten doskonale ilustruje uniwersalność grodzic winylowych w różnych zastosowaniach budowlanych, od stabilizacji gruntów po konstrukcje retencyjne.

Kolejnym zastosowaniem grodzic winylowych jest budowa ścianek odcinających, mających na celu ochronę podłoża drogowego przed podmywaniem. Taki projekt może znacznie zwiększyć trwałość i bezpieczeństwo infrastruktury drogowej poprzez zapobieganie negatywnemu wpływowi wody na konstrukcję drogi.

Podsumowanie

Grodzice winylowe są innowacyjnym i efektywnym rozwiązaniem w budownictwie infrastrukturalnym. Ich liczne zalety sprawiają, że są coraz częściej wybierane jako alternatywa dla tradycyjnych materiałów budowlanych, oferując trwałość, estetykę i oszczędności zarówno w krótkim, jak i długim okresie. Z ekonomicznego punktu widzenia grodzice winylowe mają dłuższą żywotność w porównaniu z tradycyjnymi materiałami. Ich odporność na czynniki środowiskowe oznacza mniejsze wymagania konserwacyjne, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji w długim okresie. Ponadto, PVC oferuje szeroką gamę kolorów i możliwości wykończenia, umożliwiając lepsze dopasowanie grodzic do wymagań projektu i estetyki otoczenia.

Bibliografia

  1. Army Corps of Engineers, A study of the Long-Term Applications of Vinyl Sheet Piles, Cold Regions Research and Engineering Laboratory,72 Lyme Road, Hanover, NH,03755, 08.2003
  2. Army Corps of Engineers, Design of sheet pile walls. Engineer Manual 1110-2-2504. (2014). Washington: Department of the Department of the U.S.

Rozbudowa zbiorników wodnych w kompleksach rekreacyjnych jest ważnym elementem poprawy jakości życia mieszkańców oraz ochrony środowiska naturalnego. Przykładem takiego projektu jest rozbudowa zbiornika wodnego w kompleksie rekreacyjnym „Zalew-Kąpielka” w Pogrzybowie, gdzie zastosowano grodzice winylowe GW-610/9 jako zabezpieczenie grobli między dwoma zbiornikami ułożonymi kaskadowo. Celem artykułu jest omówienie zastosowania tych grodzic oraz analiza ich efektywności w kontekście ochrony przed zjawiskiem przebicia hydraulicznego.

Dawny wygląd okolic zbiornika

Przebicie hydrauliczne i potencjalne zagrożenie

Przebicie hydrauliczne, znane również jako piping effect, jest zjawiskiem, które polega na przemieszczeniu się wody przez porowate podłoże pod groblą lub inną barierą wodną. Zjawisko to może prowadzić do erozji wewnętrznej materiału podłoża, co w konsekwencji może powodować osłabienie i w skrajnym przypadku, przerwanie grobli. Powstaje wtedy ryzyko zalania terenów przyległych, co może prowadzić do znacznych strat materialnych oraz zagrożenia dla życia ludzi i zwierząt. Dlatego tak ważne jest odpowiednie zabezpieczenie grobli przed przebiciem hydraulicznym.

Opis projektu

Projekt rozbudowy zbiornika wodnego w kompleksie rekreacyjnym „Zalew-Kąpielka” w Pogrzybowie obejmował powiększenie powierzchni akwenu z 1,3 ha do 5,5 ha. Powiększenie akwenu miało na celu poprawę mikroklimatu i stosunków wodnych w rejonie zbiornika oraz zwiększenie atrakcyjności kompleksu jako miejsca wypoczynku dla mieszkańców. W ramach projektu zastosowano grodzice winylowe GW-610/9 o długości 8,5 m, które zabezpieczono od góry oczepem winylowym model 290.

Warunki gruntowe

Nowe groble zostały zbudowane z materiału spoistego, gliny zebranego z dna zbiornika. Całe miejsce charakteryzowało się zmienną geologią, gdyż w każdym nawierconym otworze natrafiono na inne rodzaje gruntu. W podłożu, oprócz utworów spoistych, znajdują się również grunty organiczne w postaci torfów i namułów gliniastych oraz różnego rodzaju piaski, których obecność zwiększa ryzyko przebicia hydraulicznego. Tego typu warunki gruntowe wymagają zastosowania skutecznych metod zabezpieczenia przed przebiciem hydraulicznym.

Przykład zróżnicowanej geologii

Rozwiązanie

W projekcie zdecydowano się na użycie grodzic winylowych GW-610/9, które charakteryzują się wysoką odpornością na korozję, działanie chemikaliów oraz degradację biologiczną. Grodzice te, dzięki swojej elastyczności i trwałości, są idealnym rozwiązaniem do zabezpieczania grobli przed przebiciem hydraulicznym, szczególnie w środowiskach o zmiennych warunkach gruntowych

Instalacja

Instalacja grodzic została przeprowadzona przy użyciu koparki z wibromłotem oraz mandreli, która umożliwiła łatwą instalację i ochronę grodzic podczas montażu. Proces instalacji był precyzyjnie kontrolowany, aby zapewnić prawidłowe osadzenie grodzic i ich skuteczne działanie jako bariery przeciwfiltracyjnej.

Grodzice winylowe w trakcie instalacji

Efekt

Rozbudowa zbiorników wodnych w kompleksach rekreacyjnych jest ważnym elementem poprawy jakości życia mieszkańców oraz ochrony środowiska naturalnego. Przykładem takiego projektu jest rozbudowa zbiornika wodnego w kompleksie rekreacyjnym „Zalew-Kąpielka” w Pogrzybowie, gdzie zastosowano grodzice winylowe GW-610/9 jako zabezpieczenie grobli między dwoma zbiornikami ułożonymi kaskadowo.

Zastosowanie grodzic winylowych pozwoliło na skuteczne zabezpieczenie grobli przed przebiciem hydraulicznym. Dzięki temu, powiększony akwen nie tylko przyczyni się do poprawy mikroklimatu i stosunków wodnych w rejonie, ale również zwiększy atrakcyjność kompleksu rekreacyjnego jako miejsca wypoczynku. Ponadto warto zauważyć, że grodzice winylowe zostały tak wkomponowane w krajobraz, że bardzo ciężko je zauważyć dzięki czemu całe miejsce inwestycji zachowuje naturalny wygląd. Projekt ten jest doskonałym przykładem efektywnego wykorzystania nowoczesnych materiałów w budownictwie hydrotechnicznym, przynosząc korzyści zarówno dla środowiska, jak i lokalnej społeczności.

Grodzice winylowe wkomponowane w groble zbiornika

Powodzie błyskawiczne na obszarach zurbanizowanych stają się coraz częstszym i bardziej dotkliwym zjawiskiem. Wzrost częstotliwości i intensywności opadów, połączony z uszczelnieniem gruntów w miastach, prowadzi do gwałtownego spływu wody deszczowej i podtopień.

W niektórych przypadkach miejskie powodzie błyskawiczne występują nawet kilkunastokrotnie częściej niż jeszcze 15-20 lat temu (Nauka o Klimacie, 2024). Jakie są tego przyczyny i co warto robić, aby nasze miasta były bardziej odporne na tego typu zjawiska?

Przez lata definicja powodzi błyskawicznej obejmowała jedynie rzeczne powodzie błyskawiczne, które rejestrowane były przez dedykowane instytucje głównie na obszarach górskich i wyżynnych. Obecnie w naszej świadomości, w dobie powszechnego dostępu do mediów społecznościowych, pod tym pojęciem istnieją przede wszystkim tzw. miejskie powodzie błyskawiczne, które zdarzają się nie tylko coraz częściej i są coraz bardziej dotkliwe.

Powodzi błyskawicznych jest coraz więcej, są też coraz bardziej intensywne

Powodzi błyskawicznych jest więcej, na co w uproszczeniu składają się dwa czynniki. Pierwszy z nich to zmiany klimatu i idąca wraz z nimi zmiana struktury opadów. Mimo, że suma rocznych opadów nie zmienia się znacząco, spada ich częstotliwość. Deszcze występują rzadziej, ale są zdecydowanie bardziej intensywne. Prowadzi to do częstszych i głębszych susz, przeplatanych ulewnymi deszczami – z tego powodu powodzie błyskawiczne powstają szybciej i gwałtowniej.

Zwiększa się częstotliwość opadów o wysokim natężeniu, przez co, szczególnie latem, zalana może zostać znaczna część obszaru. Jedna krótkotrwała, lecz niezwykle intensywna nawałnica może spowodować nawet kilkadziesiąt lokalnych podtopień.

Drugi czynnik jest już bardzo lokalny i uzależniony jest od struktury pokrycia terenu, od tego w jakim stopniu powierzchnia jest zdolna do przyjmowania wód opadowych. Uszczelnienie gruntu wzmaga skutki opadów, woda nie jest w stanie wsiąkać w głąb podłoża, dodatkowo nie idzie ono w parze z rozwojem i odpowiednim planowaniem zieleni w wielu miastach.

Obszary zurbanizowane charakteryzują się warunkami klimatycznymi odrębnymi od terenów je otaczających. W miastach pada więcej niż poza ich granicami. Dzieje się tak m.in. ze względu na występowanie miejskich wysp ciepła, które przyczyniają się do powstawania chmur o budowie pionowej, będących źródłem opadów nawalnych. Należy jednak pamiętać, że każdy taki zurbanizowany obszar charakteryzuje się innymi uwarunkowaniami.

Natomiast faktem jest, że wzrost uszczelnienia powierzchni o 1% to wzrost ryzyka powodzi o 3,3% (Blum, 2020). Do tego znaczenie mają m.in. takie elementy jak spadki terenu, stan infrastruktury podziemnej, stopień uwilgotnienia gruntu i  przepuszczalności gruntu. Należy zatem pamiętać, że dwa obszary zbliżone przestrzennie mogą mieć zupełnie inną charakterystykę i generować zupełnie odmienne reakcje na tak samo intensywny opad deszczu.

Technologia w służbie bezpieczeństwa powodziowego

Aby określić zagrożenie, potrzebne są bardzo dokładne i lokalne badania i analizy, przede wszystkim bazujące na modelowaniu.

Im bardziej lokalne podejście do modelowanie, tym lepiej dostosowane do danych uwarunkowań rozwiązania, które precyzyjnie dopasują działania retencyjne, aby były skuteczne, przyjazne dla natury, a jednocześnie optymalne pod względem kosztowym.

Poniżej dzielimy się kilkoma przykładami, gdzie nasze kompleksowe, szyte na miarę rozwiązania są wykorzystywane na obszarach zurbanizowanych w projektach z jednej strony związanych z zabezpieczeniem przed powodzią, natomiast z drugiej, ze zwiększeniem zdolności retencyjnych.

Gdańsk: miasto – gąbka

Dobrym przykładem precyzyjnych i kompleksowych działań retencyjnych jest  Gdańsk, gdzie wdrożono strategię opartą na systemach małej retencji i zielono-niebieskiej infrastrukturze. Obszary zielone są modernizowane w taki sposób, żeby pełniły też funkcje retencyjne. Na szeroką skalę władze miasta inwestują w ogrody deszczowe, niecki retencyjne, rowy filtracyjne. Tego typu rozwiązania są na tyle rozpowszechnione, że aglomeracja przyjmuje charakter miasta-gąbki. Nasze grodzice winylowe zostały w Gdańsku wykorzystane właśnie w jednym z takich projektów, przy budowie ogrodów deszczowych.

Gdańsk: grodzice winylowe wykorzystane przy budowie ogrodów deszczowych na osiedlu mieszkaniowym.

Każde z miast ma nieco inne uwarunkowania i predyspozycje a ze względu na gęstą zabudowę, często historyczną, oraz skomplikowaną infrastrukturę podziemną, obszary zurbanizowane to olbrzymie wyzwanie dla projektantów i inwestorów. Tym ważniejsze jest precyzyjne dopasowywanie działań do lokalnych uwarunkowań.

Działania na rzecz poprawy bezpieczeństwa mieszkańców Bieżanowa

W ramach zadania „Poprawa bezpieczeństwa powodziowego w zlewni rzeki Serafy na obszarze dzielnicy XII Bieżanów-Prokocim w Krakowie” inwestor czyli Polskie Wody zdecydował się zrealizować projekt budowy dodatkowej infrastruktury przeciwpowodziowej, w ramach którego wykorzystano nasze grodzice winylowe. O profilu GW-610/9, wyposażone w specjalną uszczelkę, która zapewnia szczelność połączeń zamków na całej długości grodzicy już w momencie ich zainstalowania.

Zadaniem grodzic winylowych w tym projekcie było podwyższenie maksymalnego poziomu piętrzenia wody w korycie rzeki Serafa, ale również wydłużenie drogi filtracji w gruncie. Do całego projektu wykorzystano łącznie 3818 metrów kwadratowych grodzic o długości 1,5-2,0m.

Grodzice były wprowadzane w grunt po jednej, a odcinkowo po dwóch stronach koryta rzeki, zgodnie z zapotrzebowaniem oszacowanym w drodze analiz geotechnicznych. Z dbałością o estetyczny wygląd budowli,  konstrukcję z grodzic zwieńczono systemowym oczepem winylowym, również produkowanym przez Grupę Pietrucha.

W tym projekcie grodzice były instalowane z wykorzystaniem najpopularniejszej metody montażu, czyli za pomocą wibromłota. Warto jednak podkreślić, że odcinkowo montaż przebiegał na terenie o bardzo gęstej zabudowie. W związku z tym, w niektórych miejscach o ograniczonym dostępie, grodzice osadzano w wykopie wąskoprzestrzennym.

Bieżanów: Grodzice winylowe EcoLock podczas montażu- proces formowania grobli

Dzięki zastosowaniu technologii grodzic winylowych i ich licznych przewag, gęsto zabudowane tereny wzdłuż rzeki Serafy zostały skutecznie i szybko zabezpieczone przed powodzią.

Tam, gdzie ważne było zachowanie przepustowości ciągów komunikacyjnych, ściany wykonane z grodzic winylowych uzupełniono modułowymi barierami przeciwpowodziowymi FloodWarden PRO, montowanymi wyłącznie w okresach zagrożenia.

Bieżanów: Próbny montaż modułowych barier przeciwpowodziowych FloodWarden PRO, które uzupełniają konstrukcję z grodzic winylowych

Poznań

Grodzice winylowe i modułowe zamknięcie FloodWarden współpracują ze sobą w projekcie rewitalizacji zbiornika o powierzchni 6010 m2, zlokalizowanego  na osiedlu domów jednorodzinnych w okolicach Poznania.

Wysłużona  infrastruktura na tym obszarze uniemożliwiała utrzymanie równego poziomu lustra wody w zbiorniku a osuwające się skarpy brzegowe, stwarzały zagrożenie dla bezpieczeństwa mieszkańców.

Celem projektu było zagospodarowanie stawu oraz przylegających terenów, aby stworzyć przestrzeń rekreacyjną dla lokalnej społeczności, która będzie jednocześnie stanowić ważny element infrastruktury związanej z zagospodarowaniem wód opadowych.

Poznań: ukończony projekt modernizacji zbiornika retencyjnego

Z profili GW 610/9 o długości 3 m wykonano ciągłą palisadę wystającą ponad lustro wody na wysokość 15 cm, dzięki czemu zbiornik pełni funkcję retencyjną. Jednocześnie wyprofilowano skarpy stawu, aby przywrócić im funkcję rekreacyjną.

Do wykonania ściany wykorzystano 1090 m2 grodzic a konstrukcję zwieńczono oczepem systemowym. Dzięki zastosowaniu oczepu osłonięto ostre krawędzie grodzic i zamaskowano nierówności nadając estetyczny wygląd i zabezpieczając konstrukcję przed działaniem czynników atmosferycznych. 

Aby przywrócić funkcje retencyjne obszaru, zmodernizowano również istniejący upust wody poprzez montaż mobilnych zastawek systemu Flood Warden w istniejącym jazie.

Poznań: montaż grodzic winylowych EcoLock i upustu wodnego w technologii FloodWarden

Odważne decyzje, zintegrowane działania

Podsumowując, problem powodzi błyskawicznych w miastach wymaga kompleksowego podejścia. Połączenie infrastruktury retencyjnej z zielonymi rozwiązaniami, a także uwzględnienie specyfiki lokalnych warunków terenowych, może znacząco poprawić bezpieczeństwo i komfort życia mieszkańców.

Należy pamiętać, że ochrona przed powodzią to zadanie dla wszystkich – władz lokalnych, urbanistów, architektów, a także samych mieszkańców. Wspólnie możemy tworzyć miasta bardziej odporne na ekstremalne zjawiska pogodowe.

Zmiany klimatu, których doświadczamy postępują w narastającym tempie. Według danych zebranych przez UE Copernicus Climate Change Service, 2023 rok był świadkiem bezprecedensowego wzrostu globalnych temperatur, ustanawiając nowy rekord ze średnią wartością roczną 14,98°C, przekraczającą poprzedni rekord z 2016 roku o 0,17°C [1]. Mierząc się ze skutkami tego typu nasilających się zjawisk, nabierających globalnego charakteru, należy nie tylko efektywnie walczyć z konsekwencjami zmian klimatu, ale jednocześnie dobierać narzędzia i metody, które pozwolą minimalizować negatywny wpływ prowadzonych działań na środowisko. Jednym z tego typu rozwiązań wyróżniającym się niższym  śladem węglowym i bazujących na surowcu pochodzącym z recyklingu są grodzice winylowe, wykorzystywane w inwestycjach z zakresu inżynierii wodnej i lądowej.

Skutkami ocieplenia atmosfery są przede wszystkim powodzie, lokalne podtopienia w wyniku deszczy ulewnych, oraz długie miesiące bez opadów prowadzące do wieloobszarowych suszy.

Poniższy artykuł przedstawia aspekty środowiskowe wykorzystania polskich grodzic winylowych produkowanych  z surowca pochodzącego z recyklingu przez Grupę Pietrucha, w przypadku których 100% energii wykorzystywanej w procesie produkcji pochodzi ze źródeł odnawialnych. W odróżnieniu od grodzic stalowych,  zastosowanie profili PVC w hydrotechnice oraz inżynierii lądowej cechuje znacznie niższa emisja gazów cieplarnianych do atmosfery, mniejsza eksploatacja zasobów naturalnych ziemi, jak również minimalny wpływ na lokalny ekosystem i zdrowie ludzi.

Winylowe czy stalowe? Analiza porównawcza oddziaływania na środowisko.

Naukowcy z Zakładu Ekologii Przemysłowej Politechniki Łódzkiej przeprowadzili analizę porównawczą cyklu życia grodzic stalowych i winylowych, a następnie oznaczyli ślad węglowy dla obydwu produktów [2]. Ocena cyklu życia (ang. life cycle assessment – LCA) to jedno z najbardziej zaawansowanych narzędzi zarządzania środowiskowego, opisany w grupie norm ISO 14000, za pomocą którego ocenia się wpływ na środowisko wywierany w toku kolejnych etapów życia danego produktu (od wydobycia zasobów naturalnych potrzebnych do wytworzenia produktu do jego utylizacji). Za jednostkę funkcyjną, dla której wyznacza się wpływ na środowisko, będącą zazwyczaj jednostką wytworzonego produktu lub pełnioną przez niego jednostkową funkcją, w przypadku grodzic przyjęto m2. Typ metody użyty w analizie porównawczej opierał się na szerokim ujęciu, tzw. „od kołyski aż po grób”, gdzie stadium „kołyski” najczęściej obejmuje procesy wydobycia surowców naturalnych, natomiast „grobem” są procesy neutralizowania odpadów.

Do analizy przyjęto następujący scenariusz: pięciometrowe grodzice są produkowane w Polsce, a następnie transportowane do Holandii, w celu zbudowania z nich konstrukcji mających zabezpieczyć brzegi kanału o długości 500m. Trwałość takiej konstrukcji inwestor określił na minimum 50 lat. Do analizy wybrano najpopularniejszy profil grodzicy winylowej GW-610/6,4. Dzięki swojej szerokości, stosunkowo wysokiemu wskaźnikowi wytrzymałości oraz niskiej wadze, ten rodzaj grodzicy PVC doskonale nadaje się do tego typu aplikacji. Jeśli chodzi o grodzice stalowe, porównano dwa typy profili, różniące się grubością ścianki, która wyniosła 7mm i 13mm. Grubsza grodzica stalowa jest stosowana w miejscach narażonych na przyspieszoną korozję powodowaną np. przez różnicę poziomu wód. Ilość jednostek transportowych potrzebnych do przewiezienia takiej ilości grodzic została przedstawiona w tabeli 1.

GrodzicaOdległość [km]Waga [kg/m2]Ilość ton od przewiezienia [t]Ilość potrzebnego transportu [t-km]
GW-610/6,41 05015,9279,683 580
GS 7mm1 24073,5367,5455 770
GS 13mm1 240150,7753,5934 340
Tabela 1 Dane wyśjciowe na temat wagi grodzic i ilości potrzebnego transportu

Przyjęto, że środkiem transportu surowców produkcyjnych, produktów i odpadów (zdemontowanych grodzic) są samochody ciężarowe o ładowności 24t, które spełniają standard emisji spalin EURO 4 i są użytkowane w warunkach europejskich. Pozostałe dane  konieczne  do obliczeń zostały przyjęte bazując na najnowszych danych pochodzących z  raportów na temat energii zużywanej w procesie wydobycia i przetworzenia surowca oraz wyprodukowania grodzic. Analizy wpływu na środowisko dokonano za pomocą oprogramowania SimaPro 7.3.0. metodą ReCiPe Endpoint (H) dla trzech punktów końcowych:

Wymienione wskaźniki nie posiadają jednostek, ponieważ określany wpływ na środowisko w procedurze normalizacji jest dzielony przez wartość odniesienia wyrażoną w tej samej jednostce. Jednostki te są wartościami bezwymiarowymi (niemianowanymi). Dodatkowo, oceniono wpływ na środowisko za pomocą metody śladu węglowego (ang. carbon footprint) czyli całkowitej sumy emisji gazów cieplarnianych wywołanych bezpośrednio lub pośrednio przez produkt. Jednostką tego wskaźnika jest tona ekwiwalentu dwutlenku węgla [CO2 eq].

Końcowy wniosek z analizy pozwala stwierdzić, że grodzice stalowe obciążają środowisko od 207% do 807% bardziej, niż zastosowane w analogicznym projekcie grodzice wykonane z polichlorku winylu.

Rys. 1 Zbiorcze porównanie wskaźników wpływu na środowisko grodzic stalowych i winylowych

Kolejnym argumentem potwierdzającym, że grodzice winylowe w niskim stopniu wpływają na ekosystem oraz zdrowie ludzi jest atest PZH wydany przez Zakład Bezpieczeństwa Zdrowotnego Środowiska, będący jednostką Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego, świadczący o tym, że profile PVC mogą być wykorzystywane m.in. przy budowie zbiorników na wodę przeznaczoną do spożycia przez ludzi.

Grodzice winylowe w służbie natury

Na przestrzeni ostatnich lat grodzice winylowe wykorzystywane były najczęściej w budowie szczelnych ścian przeciwfiltracyjnych, np. w celu uszczelnienia wałów przeciwpowodziowych. Tego typu projekty  są podejmowane w ramach walki ze skutkami zmian klimatu, które stają się coraz bardziej dotkliwe i zachodzą przy postępującym procesie urbanizacji. Na skutek sprzężenia obydwu powyższych zjawisk gwałtownie wzrasta zagrożenie powodzią na obszarach o dużej gęstości zaludnienia. W miarę jak konieczność zapobiegania zmianom klimatu obejmuje coraz większe obszary naszego globu i dotyka coraz większej populacji, projektanci zaczynają poszukiwać bardziej ekologicznych technologii w projektach hydrotechnicznych bezpośrednio związanych z ochroną środowiska. Dzięki takiemu trendowi w projektowaniu, którego efektem jest rosnąca popularność grodzic winylowych, doraźne zagrożenia  są  eliminowane przy jednoczesnym zachowaniu troski o przyszłe pokolenia poprzez zminimalizowanie oddziaływania na naturę w ujęciu średnio- i długoterminowym. Doskonałym potwierdzeniem tego zjawiska są rezultaty przeprowadzonej  analizy porównawczej LCA.

Innowacyjne ptasie wyspy

Przykładem projektu realizowanego na zasadach opisanych powyżej może być projekt LIFE.VISTULA.PL realizowany na obszarze Natura 2000 w obrębie  Zbiornika Goczałkowickiego i na stawach hodowlanych znajdujących się w jego pobliżu [3]. Głównym celem projektu nadzorowanego przez Regionalną Dyrekcję Ochrony Środowiska w Katowicach jest ochrona i poprawa 100% siedlisk  krajowej populacji ślepowrona oraz 7% populacji krajowej rybitwy rzecznej w Dolinie Górnej Wisły. W ramach projektu grodzice winylowe posłużyły do wzmocnienia grobli oraz przede wszystkim budowy sztucznych wysp dla ptaków. Pierwszy z tych ciekawych obiektów został zbudowany na Zbiorniku Goczałkowickim. Poziom wody w miejscu gdzie ptaki w suchych miesiącach zakładały swoje gniazda był bardzo niski, jednakże w późniejszych miesiącach, w wyniku wzmożonych deszczy, poziom wody radykalnie wzrastał powodując, że siedliska były niszczone. Rzędna góry ścianki winylowej znajduje się 3m nad poziomem dna zbiornika. W celu zachowania statyki konstrukcji na dwóch poziomach zabezpieczono ją obejmami, a w jednej z nich rozprowadzono są specjalnie przygotowane ściągi (rys. 2). 

Rys. 2 Proces budowy ptasiej wyspy na Zbiorniku Goczałkowickim

W rezultacie powstała wyspa, na której ptaki mogą bezpiecznie gniazdować w okresie kiedy poziom wody w Zbiorniku Goczałkowickim jest najwyższy (rys. 3).

Rys. 3 Ukończona Ptasia Wyspa

Zapobieganie wahaniom wód gruntowych w rezerwacie przyrody

Grodzice winylowe zostały również wykorzystane na terenie rezerwatu Białe Ługi w województwie Świętokrzyskim, należącym do obszaru Natura 2000. Na skutek postępujących zmiany klimatu oraz   agresywnych działań melioracyjnych, na terenie rezerwatu gwałtownie obniżał się poziom wód gruntowych, powodując degenerację siedlisk zwierząt na tym terenie. W ramach walki z katastrofą ekologiczną, Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska w Kielcach zdecydowała się na użycie grodzic winylowych, których zadaniem było ograniczenie odpływu wód gruntowych i zapobieżenie osuszaniu tego ważnego dla lokalnego ekosystemu obszaru [4].

Rys. 4 Grodzice winylowe z oczepem wykorzystane na terenie rezerwatu Białe Ługi

Warto na koniec podkreślić, że grodzice winylowe charakteryzują się wysoką odpornością na czynniki środowiskowe, m.in. promieniowanie UV oraz kwaśne środowisko i doskonale sprawdzają się innowacyjnych aplikacjach.

Literatura:

  1. https://climate.copernicus.eu
  2. Materiały własne firmy S. i A. Pietrucha sp. z o.o.
  3. http://lifevistula.pl/o-projekcie
  4. https://kielce.wyborcza.pl/kielce/7,47262,27702047,nietypowa-inwestycja-na-terenie-rezerwatu-przyrody-ma-zatrzymac.html

Grodzice winylowe, wykonane z wytrzymałego i odpornego materiału, zyskują popularność ze względu na swoją wszechstronność. Ich zastosowania obejmują małe mury oporowe, tymczasowe prace ziemne, stabilizację zboczy, obudowy kanałów oraz nawet ochronę przed odpryskami wokół fundamentów mostów.

Jedną z kluczowych zalet grodzic winylowych jest łatwość transportu i możliwość wykorzystania materiałów z recyklingu. Rozwiązanie to eliminuje konieczność użycia ciężkiego sprzętu budowlanego, co przekłada się na zminimalizowanie kosztów logistycznych. Ponadto, grodzice winylowe nie ulegają korozji, w przeciwieństwie do tradycyjnych konstrukcji stalowych, co przekłada się na ich długotrwałą wytrzymałość w agresywnych środowiskach.

Grodzice winylowe wykazują także wyjątkową odporność na warunki atmosferyczne, wodę morską oraz ekstremalne temperatury. Ich estetyczny wygląd sprawia, że są odpowiednie do różnych warunków bez konieczności konserwacji lub ochrony antykorozyjnej.

Kluczowe aspekty projektowania

Podstawowa analiza geotechniczna opiera się na standardach stosowanych w tradycyjnych murach oporowych, choć uwzględniając specyficzne właściwości materiału. Warto zauważyć, że projektowanie grodzic winylowych wymaga pewnych modyfikacji w porównaniu z ich stalowymi odpowiednikami. Ze względu na niższą wytrzymałość PVC, dopuszczalne siły wewnętrzne są zmniejszone. Dodatkowo, należy uwzględnić specyficzność materiału i możliwość zmiany jego parametrów w czasie, pod wpływem czynników środowiskowych i warunków obciążenia.

W projektowaniu grodzic winylowych istotnym aspektem staje się nie tylko analiza naprężeń, ale przede wszystkim dopuszczalne przemieszczenia. W warunkach długotrwałego obciążenia, przemieszczenia grodzic winylowych stają się kluczowym kryterium określającym ich wymiary.

Zgodnie z PN-EN 1997-1 w projektowaniu trwałości materiałów stosowanych w gruncie zaleca się uwzględniać dla materiałów z tworzyw sztucznych skutki starzenia, spowodowane działaniem promieni ultrafioletowych lub ozonu, albo połączone efekty jednoczesnego działania temperatury i naprężenia, oraz wtórne efekty wynikające z degradacji chemicznej. Przyjęcie odpowiedniego podejścia do tych czynników jest konieczne, aby zapewnić trwałość i wytrzymałość grodzic winylowych w środowiskach wodno-gruntowych.

Należy uwzględnić także efekty długotrwałego obciążenia, znane jako pełzanie. Projektanci muszą również dokładnie analizować wpływ temperatury grodzic, warunków atmosferycznych oraz właściwości elektrochemicznych otaczającego gruntu. Ponieważ grodzice winylowe są narażone na te czynniki, ich długotrwała charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie RB,k jest kluczowym parametrem. Wartość RB,k jest określana przez uwzględnienie czterech czynników redukcyjnych A1, A2, A3 i A4, które odzwierciedlają wpływ pełzania, temperatury, warunków atmosferycznych i czynników środowiskowych na trwałość materiału grodzic. Te czynniki są orientacyjne i oparte na aktualnej wiedzy, jednak projektanci mogą przeprowadzić szczegółowe badania, aby dostosować je do konkretnego projektu i przyjąć mniej restrykcyjne wartości:

Jeśli kształtownik jest chroniony przed czynnikami atmosferycznymi w ciągu jednego miesiąca, można przyjąć współczynnik redukcyjny A3 = 1.0 przez cały okres użytkowania.

Tradycyjne metody analizy, takie jak metoda równowagi granicznej lub analiza stanu granicznego, mogą nie być optymalne dla grodzic winylowych. Ich elastyczność oznacza, że wartość i rozkład ciśnienia gruntu, sił wewnętrznych i momentów zginających silnie zależą od sztywności konstrukcji, sztywności i wytrzymałości gruntu oraz stanu naprężenia w gruncie. Co więcej, stosowanie klasycznych metod obliczeniowych może prowadzić do przeszacowania przemieszczeń grodzic winylowych, zwłaszcza biorąc pod uwagę ich większą podatność w porównaniu z grodzicami stalowymi. Ostateczny wybór metody analizy leży po stronie projektanta, jednak zaleca się korzystanie z bardziej wszechstronnych pakietów oprogramowania lub zaawansowanych metod obliczeniowych. Warto również zauważyć określenie kąta tarcia δ na interfejsie między ścianą a gruntem.

Zakładając, że grodzice plastikowe są „mało szorstkie”, wartość kąta tarcia  na powierzchni styku ściany i gruntu zaleca się określić za pomocą wzoru:

Według normy DIN 16456-2 można założyć, że czynnik k=0,5.

Tak, jak dla stalowej ścianki szczelnej wbijanej w gruntach spoistych, zaleca się przyjmować, że bezpośrednio po jej wbiciu występują warunki bez odpływu, co uzasadnia pomijanie w początkowym okresie oporu tarcia i przyczepności. Wzrost tych wartości może mieć miejsce dopiero po pewnym czasie, co należy uwzględnić w analizie (analogicznie jak w przypadku grodzic stalowych). Dowód w stanie granicznym powinien być przeprowadzony zgodnie z teorią sprężystości.

Stan graniczny nośności

Przy projektowaniu i weryfikacji nośności ścian oporowych wykonanych z grodzic winylowych stosuje się zasady określone w normie DIN 16456-2. Proces ten obejmuje kompleksową analizę geotechnicznych mechanizmów zniszczenia oddziałujących na konstrukcję oporową, uwzględniając zarówno wytrzymałość materiałową, jak i bezpieczeństwo konstrukcyjne.

Nośność obliczeniową  grodzicy wyznacza się na podstawie charakterystycznej wytrzymałości długotrwałej  według wzoru:

Wartość YM oznacza częściowy współczynnik bezpieczeństwa materiału grodzicy.

Warunek nośność przekroju jest spełniony, gdy zachowane jest równanie:

Gdzie:

Ed oznacza wartość obliczeniową oddziaływania a miarodajna dla wymiarowania jest wytrzymałość w najwyższej oczekiwanej temperaturze.

Grodzice winylowe przechodzą weryfikację pod kątem zginania i ścinania. Przy braku siły ścinającej i podłużnej, warunek nośności przekroju obciążanego momentem MEd, obliczony moment zginający musi być mniejszy lub równy obliczonej nośności przekroju grodzicy obciążonej MC.Rd:

gdzie W oznacza wskaźnik wytrzymałości grodzicy, a Rb,k jest charakterystyczną wartością długotrwałej wytrzymałości na rozciąganie.

Tabela 5. Czynnik częściowego bezpieczeństwa dla grodzic winylowych.

Weryfikacja grodzic winylowych pod kątem siły ścinającej obejmuje warunek graniczny dla przekroju pod działaniem siły ścinającej VEd, która musi być mniejsza lub równa obliczonemu obciążeniu ścinającemu (VRd). Nie jest wymagana redukcja nośności przy zginaniu   jeżeli obliczeniowa siła ścinająca  została ograniczona do połowy nośności obliczeniowej na ścinanie .

Chociaż grodzice winylowe nie są głównie projektowane do przenoszenia obciążeń pionowych, mogą być one poddane takim obciążeniom w określonych sytuacjach. W takich przypadkach konieczne jest przeprowadzenie analiz nośności i stabilności pod obciążeniem pionowym zgodnie z normami PN-EN 1997-1, a także sprawdzenie nośności i stabilności przekroju pod działaniem zginania i ściskania.

Wartości oporu pobocznicy i podstawy grodzic, można przyjąć tak, jak dla grodzic stalowych wg EAB (German Geotechnical Society, 2014), analogicznie do grodzic stalowych. To spójna zasada pozwala na wykorzystanie doświadczeń wynikających ze stosowania grodzic stalowych, jednocześnie dostosowując je do specyfiki grodzic winylowych.

Stan graniczny użytkowalności

Charakterystyka grodzic z tworzyw sztucznych w zakresie analizy naprężeń i odkształceń pokazuje, że w porównaniu ze stalą lub betonem, występują większe odkształcenia i to ta właściwość może decydować o projektowaniu takich ścian oporowych.  Przy małych obciążeniach pełzanie nie stanowi problemu, ponieważ odkształcanie jest bardzo powolne, jednak przy większym obciążeniu i wyższej temperaturze odkształcenie pełzania może przyspieszyć, co powinno być uwzględnione podczas projektowania i oceny użyteczności takich konstrukcji. Przy obliczaniu odkształceń należy uwzględnić naprężenia i odkształcenia nieliniowe, a także wpływ temperatury.

Kryteria dotyczące stanu granicznego użyteczności obejmują kilka istotnych aspektów. Po pierwsze, należy przeanalizować wartości graniczne odkształceń niezbędne do zapewnienia użytkowalności samej ściany oporowej. Po drugie, należy wziąć pod uwagę ograniczenia przemieszczeń poziomych, osiadań pionowych lub wibracji, niezbędne do zapewnienia użytkowalności konstrukcji bezpośrednio połączonych lub przylegających do samej ściany oporowej.

Sprawdzenie stanu granicznego użytkowalności należy przeprowadzić dla odpowiednich sytuacji obliczeniowych zgodnie z normą PN EN 1997-1 która zawiera instrukcje dotyczące ustalania wartości granicznych i procedur obliczeniowych.

Nie istnieją uniwersalne wytyczne dotyczące dopuszczalnego przemieszczenia, ale wartości 1.5% wysokości ścianki są zazwyczaj uznawane za dopuszczalne. Ostatecznie warunek ten zależeć będzie od wrażliwości otoczenia projektowanej ścianki lub innych specjalnych wymagań danego projektu.

Podsumowanie

Warto zauważyć, że tradycyjna metodologia obliczeniowa opracowana dla grodzic stalowych, koncentruje się przede wszystkim na analizie naprężeń jako kryterium wymiarowania. W przypadku grodzic winylowych, których materiał charakteryzuje się większą podatnością na odkształcenia, wymiarowanie jest raczej warunkowane przez przemieszczenie konstrukcji, a nie stan nośności. Powyższy warunek, szczególnie w kontekście podatności na zginanie, jest kluczowy.

Aspekty bezpieczeństwo i użyteczności projektowanej budowli są najważniejsze, szczególnie w sytuacji, gdy są one uzależnione od właściwego działania drenażu.  Z reguły zaleca się montaż drenażu za konstrukcją z grodzic. Należy szczegółowo przeanalizować konsekwencje braku działania drenażu, uwzględniając zarówno bezpieczeństwo, jak i koszty ewentualnego remontu.

Projektując konstrukcje z grodzic winylowych należy zastosować podejście holistyczne, uwzględniając zarówno aspekty konstrukcyjne, jak i funkcjonalne, w celu zapewnienia trwałości i skuteczności murów oporowych z grodzic winylowych.

Zastosowanie normy DIN 16456-2 dostarcza kompleksową metodologię weryfikacji nośności konstrukcji wykonanych z grodzic winylowych, pozwalając na precyzyjne dostosowanie metodyki obliczeń do konkretnych warunków i wymagań projektowych. Dzięki analizie naprężeń i odkształceń oraz prawidłowemu ustaleniu wartości granicznych i ograniczeń odkształceń można zapewnić bezpieczne i efektywne wykorzystanie grodzic winylowych w praktyce budowlanej.

Szczegółowa analiza poświęcona projektowaniu konstrukcji z grodzic winylowych jest dostępna na naszej platformie obliczeniowej Designer 3.0.

Bibliografia

  1. Amorim F.C., Souza J.F.B., Mattos H.S., Reis J.M.L., Temperature effect on the tensile properties of unplasticized polyvinyl chloride, DOI: 10.1002/pls2.10067, 14.12.2021
  2. Army Corps of Engineers, A study of the Long-Term Applications of Vinyl Sheet Piles, Cold Regions Research and Engineering Laboratory,72 Lyme Road,Hanover,NH,03755, 08.2003
  3. Army Corps of Engineers, Design of sheet pile walls. Engineer Manual 1110-2-2504. (2014). Washington: Department of the Department of the U.S.
  4. DIN 16456-1 Plastic sheet piling – Extruded sheet piling of plasticizerfree polyvinylchloride (PVC-U) – Part 1: Product. (2017)
  5. DIN 16456-2:2017-10 Plastic sheet piling – Extruded sheet piling of plasticizerfree polyvinylchloride (PVC-U) – Part 2: Dimensions. (2017)
  6. DIN 16456-3 Plastic sheet piling – Extruded sheet pilings of plasticizerfree polyvinylchloride (PVC-U) – Part 3: Construction of sheet-pile buildings based on plastic sheet pilings. (2017)
  7. EN 1997-1 Eurocode 7 – Geotechnical design – Part 1: General rules. (no date)
  8. EN 1997-2: Eurocode 7 – Geotechnical design – Part 2: Ground investigation and testing. (no date)
  9. Pietrucha, Guide SuperLock EN
  10. Wang Z., et al., Vertical and Lateral Bearing Capacity of FRP Composite Sheet Piles in Soft Soil, Hindawi, Advances in Civil Engineering, Volume 2020, Article ID 8957893

Potrzebujesz wsparcia przy projektowaniu konstrukcji lub doborze odpowiedniego rozwiązania?

Nasz zespół geotechników współpracuje z klientami przy doborze
odpowiedniego rozwiązania i metody instalacji. W szczególnych przypadkach szkolimy ekipy montażowe i asystujemy na placu budowy.

Skontaktuj się z doradcą technicznym
Skontaktuj się z nami:

Skontaktuj się z doradcą Technicznym

    Administratorem przesłanych danych osobowych będzie Pietrucha International Sp. z o.o. z siedzibą w Błaszkach (98-235) przy ul. Przemysłowej 10. Twoje dane będą przetwarzane w celu przygotowania, przesłania oraz archiwizacji oferty współpracy. Więcej informacji na ten temat znajduje się w Polityce prywatności.

    Dziękujemy za kontakt.

    Twoja wiadomość została pomyślnie przesłana.
    Skontaktujemy się z Tobą najszybciej, jak to możliwe.

    Wsparcie dla projektantów

    Designer 3.0 to autorska platforma obliczeniowa dla projektantów i inżynierów. Trzy narzędzia obliczeniowe, podręczniki, poradnik i studia przypadków poświęcone produktom oferowanym przez Grupę Pietrucha, dostępne w jednym miejscu. Designer 3.0 powstał z myślą o specjalistach z sektora inżynierii lądowej i wodnej, aby ułatwić projektowanie rozwiązań z zakresu stabilizacji i wzmacniania nośności gruntu, zabezpieczeń przeciwpowodziowych oraz budowy ścian oporowych i przeciwfiltacyjnych.

    Przejdź do platformy