Curs Partea 3

1LUCRARI DE SUSTINERE

Lucrari de stabilizarea versantilor instabili

3Prof. Dr. ing. Loretta Batali

Anul II Master Inginerie Geotehnica

ZIDURI DE SPRIJIN

Zidurile de sprijin sunt lucrri de susinere, n general definitive, utilizate de regul pentru a asigura trecerea ntre dou cote, atunci cnd spaiul nu este suficient pentru o sptur taluzat.

Zidurile de sprijin sunt lucrri de susinere cu caracter continuu, la care presiunea pmntului se transmite integral, pe toat suprafaa de contact dintre lucrare i teren.

Zidurile de sprijin sunt realizate din zidrie de piatr, beton, beton armat, csoaie sau gabioane.

2ZIDURI DE SPRIJIN- lucrari de sprijin permanente- din zidarie de piatra sau beton Ziduri de greutate din beton

ZIDURI DE SPRIJIN

Ziduri de greutate din zidarie de piatra

3ZIDURI DE SPRIJIN

Fundatie inclinata Fundatie cu pinten

ZIDURI DE SPRIJIN

Ziduri de greutate din gabioane

4ZIDURI DE SPRIJINZiduri de greutate din casoaie - lemn

Ziduri de greutate din casoaie - beton

Avantaje: executie rapida si usoara, chiar in terenuri dificile flexibilitate nu sunt sensibile la tasaridiferentiate sau deformatii ale panteidrenaj bunieftinepermite vegetalizarea fatadei

5Ziduri de greutate din casoaie - beton

Ziduri de greutate din casoaie

6ZIDURI DE SPRIJINZiduri cornier din beton armat

ZIDURI DE SPRIJINPrincipii de calcul

1. Calcul clasic

predimensionare

evaluarea fortelor: impingerea pamantului, greutati, suprasarcina, seism etc.

stabilirea gruparilor de incarcari

afectarea actiunilor cu coeficientii actiunilor (STAS 10100)

bazat pe calculul unor factori de siguranta globali, Fs > Fs adm

verificari: la alunecare pe talpa, la rasturnare, presiuni pe teren, stabilitate

generala

7ZIDURI DE SPRIJINPrincipii de calcul clasic

adm sgeneral s

minmin

convmaxconvmax

convmedconvmed

estabilitatrasturnare

rasturnare s

falunecare s

FF0p 0p

p4.1p p2.1pp2.1p pp

:GS :GFMMF

HFF

=

=

ZIDURI DE SPRIJINPrincipii de calcul

2. Calcul la stari limita - EUROCODE

Starea limita ultima (SLU) Starea limita a exploatarii normale (SLEN) coeficienti partiali pentru actiuni si caracteristici

SLU includ: instabilitatea maselor de pamant: alunecare, rasturnare, pierdereastabilitatii generale cedarea unor parti structurale deformatii excesive ale zidului sau terenului care duc la atingereastarilor limita in structurile adiacente

SLEN includ: deformatii majore ale structurii deplasari majore ale terenului

8SLU

Starea limit ultim se refer la pierderea echilibrului static sau la ruperea unui

component critic al structurii sau al ntregii structuri.

Starea limit ultim este atins cnd forele perturbatoare devin egale sau depesc

forele rezistente.

Marja de siguran fa de atingerea SLU este obinut prin aplicarea de factori

pariali ai ncrcrilor i ai materialelor.

Forele perturbatoare sunt mrite prin multiplicarea cu factorii ncrcrilor, obinnd

astfel valori de proiectare ale acestor fore.

Forele rezistente sunt diminuate prin mprirea la factorii pariali de material,

obinnd rezistenele de proiectare.

Dac rezistena de proiectare este egal sau mai mare dect solicitarea de

proiectare, se estimeaz c exist o marj suficient de siguran fa de cedarea la

starea limit ultim.


SLU

9SLEN

Starea limit a exploatrii normale se refer la condiiile care duc la pierderea

utilitii funcionale a unui component sau a ntregii structuri. Aceasta poate fi

provocat de deformaiile terenului sau ale structurii.

Starea limit a exploatrii normale este atins atunci cnd deformaiile aprute n

timpul duratei de via a construciei depesc limitele prevzute sau dac

exploatarea normal a structurii este afectat.

Pentru evaluarea deplasrilor sau deformaiilor se utilizeaz factori ai ncrcrilor

diferii de cei utilizai pentru SLU i, n general, sunt unitari.

Pentru evaluarea tasrilor sau tasrilor difereniate toi factorii pariali au valoarea 1,

mai puin cei care se refer la armturi.



Proiectarea presupune 2 tipuri de calcule:

a) Calcule la echilibru limita pentru determinarea proportiilor si a

geometriei necesare pentru obtinerea echilibrului in conditiile

specifice de incarcare

b) Proiectare structurala pentru determinarea dimensiunilor si

caracteristicilor necesare pentru a prelua momentele

incovoietoare si fortele taietoare determinate prin calculele la

echilibru limita

10


Compatibilitatea deformatiilor

-deformatiile unei structuri de sprijin sunt importante deoarece au

efect asupra fortelor care actioneaza asupra structurii:

9 fortele structurale si momentele incovoietoare datorita

impingerii pamantului scad pe masura ce deformatiile

structurii cresc

ZIDURI DE SPRIJINParametrii rezistentei la forfecare si frecarea de-a lungul zidului

Rezistenta la forfecare = cel mai important parametru in proiectarea

zidurilor

Coeziunea trebuie considerata cu precautie, chiar neglijata

In cazul pantelor supuse fenomenelor de alunecare de teren, cu

materiale coezive, fine, chiar si deplasari mici pot influenta hotarator

valoarea Atentie in alegerea sau r! se studiaza fiecare caz in parte

11

ZIDURI DE SPRIJINParametrii rezistentei la forfecare si frecarea de-a lungul zidului

Frecarea de-alungul zidului depinde de:

rugozitatea zidului, , Ic ale umpluturiideformatiile relative dintre zid si umpluturainclinarea terenului din spatele zidului

ZIDURI DE SPRIJINParticularitati in determinarea impingerii asupra zidurilor de sprijin

Cazul paramentului frant

n cazul unui zid de sprijin cu paramentul amonte frnt, mpingerea pmntului se calculeaz separat pentru fiecare latur a acestuia

12

Cazul suprafetei terenului inclinata

a) zidul i baza nu interfereaz cu prismul de cedare; b) baza interfereaz cu formarea prismului de cedare, cu excepia situaiei prezentate n figur; c) umplutura i baza interfereaz cu formarea prismului de cedare, cu excepia situaiei prezentate n figur.


n situaiile b) i c) se introduce n calcul greutatea umpluturii care se afl deasupra bazei zidului.

13


n cazul zidului cornier (cazul b) se vor considera dou situaii:cu H = AB pentru calculul momentului i a forei tietoare pe inima zidului;cu H = AC pentru verificarea stabilitii globale i la rsturnare.

Cazul suprafetei frante a zidului

( )11a1a11a fk,khp == ( )22a2a22a fk,khp ==

14

Cazul zidului cornier talpa cu consola lunga

a) prismul de cedare care se formeaz

b) forele care acioneazc) un caz simplificat,

considernd un plan fictiv de aciune a presiunii pmntului. n acest ultim caz, presiunea activ Pa1-este nlocuit de Pa2 care acioneaz paralel cu suprafaa terenului. Rezultanta este n ambele cazuri (b i c) aceeai dac consola este suficient de lung i dac prismul presupus de cedare se dezvolt complet n teren

Cazul zidului cornier talpa cu consola scurta

Planurile teoretice de cedare intersecteaz seciunea central (inima) a zidului. Pe zona AB se dezvolt presiunea n stare de repaos, iar pe AA presiunea activ.Dac planurile de cedare nu intersecteaz inima zidului, presiunea n stare de repaos, P0 acioneaz pe ntreaga nlime.

15

Cazul zidului cu consola de descarcare

Cazul umpluturii inguste planul teoretic de cedare nu se poate dezvolta

O reducere a impingerii efectul de siloz

( )( )

vzhz

0maxvz,

0

s0

zz0vzz

Kpp

zp :silozului pres. a max. acu valoare egala este geol.

pres. care pt. fictiva ad.ztanKba2

abz

e1zp

:zadancimeala0

==

+=

==

16

Efectul compactarii umpluturii

-coeficientul pres. pamantului nu descreste pana la ka inainte de a fiatins un anume grad de compactare- daca gradul de compactare este marit in continuare, impingereacreste- n practic au existat situaii de cedare a structurii de sprijin datorit compactrii excesive n spaii nguste

Calculul zidurilor cu contraforti

Predimensionare

Dimensiunea bazei contrafortului se ia, de regul, egal cu (0.5 0.7)H, iar consolele amonte i aval au dimensiuni ca pentru zidurile cornier clasice.Distana dintre contrafori variaz ntre (0.3 0.5)H, iar grosimea lor este de cca. 300 mm.

17

Calculul zidurilor cu contraforti

Calcul

Zidul: modelat ca o plac fixat pe 3 laturi Pe baza rezultatelor obinute cu metoda elementului finit se determin eforturile tangeniale n nodurile reelei la care se verific grosimea elementului, precum i momentele ncovoietoare pe baza crora se determin aria necesar de armtur. Sunt necesare mai multe ncercri pentru a optimiza grosimea inimii zidului.Pe baza eforturilor tangeniale din nodurile aferente contrafortului se determin armtura necesar pentru fixarea contrafortului n zid.Pentru consola amonte a tlpii se adopt o schem similar de calcul, cu o plac fixat pe 3 laturi.Pentru consola aval a tlpii se procedeaz ca pentru zidul cornier clasic.

Contraforii sunt calculai ca grinzi T. Armtura contraforilor trebuie s preia eforturile de ntindere dintre contrafort i consola amonte, respectiv dintre inima zidului i contrafort, obinute pe baza analizei n elemente finite.

Calculul zidurilor din gabioaneCalcul

Calculul zidurilor de greutate din gabioane se face analiznd:

stabilitatea extern, prin verificarea stabilitii la alunecare pe talp, la rsturnare, presiuni pe teren i la pierderea general a stabilitii;

stabilitatea intern, prin verificarea n fiecare seciune orizontal dac rezultanta forelor cade n interiorul smburelui central.

Pentru verificarea stabilitii la alunecare la contactul dintre gabioane (stabilitate intern), care trebuie realizat pentru toate seciunile orizontale de deasupra bazei zidului, se va considera unghiul de frecare intern a umpluturii de piatr din gabioane, fr a se conta n nici un fel pe srma (sau polimerii) din care este realizat cutia.

Presiunea umpluturii sau terenului aflat n spatele zidului din gabioane se calculeaz pe un plan virtual care se obine unind colul amonte sus al primului gabion de sus cu colul din amonte jos al ultimului gabion de jos

18

Calculul zidurilor din casoaie

-teoria monolitului: zidul este dimensionat ca un zid de greutate cu limea B dintre feele exterioare ale grinzilor longitudinale utiliznd o greutate volumic medie. Se aplic principiile de calcul prezentate pentru zidurile de greutate.

Stabilitatea la alunecare trebuie verificat la fiecare nivel al structurii

Aceast metod este conservatoare,supradimensionnd structura.

Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului: zidul este dimensionat ca un zid de greutate cu limea B dintre feele exterioare ale grinzilor longitudinale utiliznd o greutate volumic medie. Se aplic principiile de calcul prezentate pentru zidurile de greutate.

Forele de frecare dezvoltate ntre umplutura din csoaie i scheletul acestora reduc presiunea vertical a pmntului la o valoare inferioar presiunii geologice, g . Acest efect este cunoscut sub denumirea de efect de bolt sau efect de siloz. El transfer o parte a greutii umpluturii ctre scheletul csoaielor, mbuntind stabilitatea.

Presiunea verticala in celula, pvz

Adan

cim

ea, z

z0Presiunea geologica

19

Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului: metoda Janssen

( )

siloz de parametrutanK32

impingerii.coefKKKpp

zptanK1

UAz

celula in verticala.prese1zAUcp

s

0

vzhz

0max,vz

s0

zz0vz

0

===

==

=

=

Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului:

Ipoteza distribuiei uniforme a presiunilor verticale pe limea celulei este infirmat de Brandl care a descoperit c variaia este asimetric

Deschiderile din faada zidului reduc presiunea din celul n vecintatea acesteia, dar suprasarcinile i presiunile datorate umpluturii din spatele zidului mpinge poziia vrfului de presiune spre faada zidului.

Cu ct nlimea zidului crete, cu att presiunea vertical n celul crete fa de valoarea determinat cu teoria Janssen, datorita variatiei gradului de compactare a umpluturii.

20

Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului:

La nivele inferioare ale zidului umplutura interioar este de obicei supracompactat, reducnd astfel efectul de siloz.

Pentru a ine cont de aceste variatii, se poate varia parametrul de siloz cu adncimea: ktani este nlocuit cu xktani, unde x este un factor de reducere

Factorul de reducere, x0.5 1.0

2za+ b

5


Esenial pentru o proiectare economic este ca proporiile celulei s fie alese astfel nct s induc efectul de siloz.

bam = Factor de forma

Se recomanda m

21


Verificarea stabilitatii la alunecare

Fora de rezisten pe baz (fora de frecare) trebuie s fie minimul dintre:

( )a21f VGGF ++=

( ) 'tanG8.0VG2.0GF 2a21f +++=si

- coeficientul de frecare ntre elementele scheletului csoaielor (beton/beton de exemplu),

G1 greutatea scheletului csoaielor,G2 greutatea umpluturii interioare,Va componenta vertical a presiunii

active a terenului (umpluturii) din spatele zidului,

unghiul de frecare intern efectiv al umpluturii interne.


Verificarea stabilitatii la rasturnare

Brandl propune o abordare bazat pe deschiderea mbinrilor dintre elemente.

Greutatea umpluturii interioare nu este probabil total utilizat pentru determinarea rezistenei la rsturnare, ci mai curnd partea de greutatea transferat scheletului csoaielor prin forele de frecare.

Fraciune de greutate transferat scheletului, G2 poate fi calculat ca diferena dintre greutatea total i produsul dintre presiunea vertical medie n celul i aria seciunii transversale a celulei:

=

0zz

02 e1zzA'GDatorit incertitudinii producerii efectului de siloz se poate conta doar pe 20% din G2.

22


Verificarea stabilitatii la rasturnare

"N'N

Fp

ps =

Np fora n mbinrile posterioare datorate ncrcrilor verticale,

Np fora n mbinrile posterioare datorate ncrcrilor orizontale,

ap21

p VG2'G

2G'N +++=

'bhH

"N ap=

Gp greutatea coloanei de umplutur dintre grinzile longitudinale posterioare


Pentru calculul elementelor scheletului csoaielor se folosesc urmatoarelescheme:

Fore laterale pe elementele scheletului csoaielor

23


Fore de traciune n grinzile transversale

( )21ih ddaT += T fora de traciune n grinzile transversale,ih componenta orizontala a presiunii din celul,a distana orizontal dintre grinzile transversale,d1 adncimea grinzilor longitudinale,d2 distana vertical dintre grinzile longitudinale.


Scheme de ncrcare lateral ale elementelor csoaielor

Deoarece ncrcrile din elemente nu pot fi determinate exact, proiectarea se face pe baza valorilor limit rezultate din cea mai pesimist combinaie de ncrcri din urmatoarele:

24


Efort Valoare minim Valoare maxim ih

componenta orizontal a

presiunii din celul

vz0hzih pkp == vz0hz

vz0hz

hzih

pkpzid de 2m primiipentru - pk2p

p

===

iv componenta vertical a

presiunii din celul iihiv tan=

imaxihiv tan = (unde ihmax este valoarea maxim

dat mai sus)

0 20 d= 20 d=

Valori limit pentru ncrcrile pe grinzile longitudinale posterioare


Valori limit pentru ncrcrile pe grinzile longitudinale frontale

Efort Valoare minim Valoare maxim

ih componenta orizontal a

presiunii din celul 0ih =

2maxih

ih=

(unde ihmax este valoarea maxim pentru grinzile

longitudinale posterioare) iv

componenta vertical a presiunii din celul

0= iv iihiv tan =

(unde ih este valoarea de mai sus)

0 20 d= 20 d=

25


Calculul forelor n mbinri cu teoria monolitului

=Be5.0NN,N pf

N fora normal n seciunea considerat,Nf - fora normal n mbinrile frontale,Np fora normal n mbinrile posterioare,e excentricitatea,B limea zidului.

Forele maxime n mbinri apar atunci cnd toat greutatea umpluturii interioare este transferat structurii:

'b3zH

2GG

N a21f ++=

aa21

p V'b3zH

2GGN +++=


Excentricitatea forelor din mbinri

Rezistena la frecare a mbinrilor, care se opune tendinei de alunecare, va duce la o excentricitate a forelor de deasupra i de dedesubtul grinzilor transversale, e. Acestea din urm trebuie proiectate s reziste momentului (Re), unde R este rezultanta forelor din mbinri.

26

Calculul zidurilor din csoaie utiliznd cele dou teorii prezentate poate fi rezumat conform schemei urmtoare:


1. Determinarea dimensiunilor optime ale zidului din verificarea stabilitii larsturnare se admit condiiile active pentru terenul din spatele zidului, determinarea unghiului de frecare la interfa pentru spatele zidului, se utilizeaz teoria monolitului.

2. Verificarea stabilitii la alunecare se analizeaz cedarea sub fundaie (pe baz) i ntre baz i fundaie,

utiliznd teoria monolitului, se calculeaz rezistena la alunecare la fiecare seciune a zidului

folosind teoria silozului i metoda cu valori limit.

3. Verificarea presiunilor pe teren se utilizeaz teoria monolitului i se presupune o distribuie

trapezoidal a presiunilor pe teren

Calculul zidurilor din csoaie utiliznd cele dou teorii prezentate poate fi rezumat conform schemei urmtoare:


1. Verificarea stabilitii globale se includ i plane de cedare care trec prin zid

2. Verificarea capacitii elementelor csoaielor de a prelua forele se admit condiiile de repaus pentru terenul din spatele zidului, se calculeaz presiunile din celul utiliznd teoria silozului.

3. Verificarea capacitii elementelor csoaielor de a prelua forele de lambinri se utilizeaz teoria monolitului pentru a calcula forele din mbinri, se iau n considerare presiunile n punctele de contact i momentele

ncovoietoare suplimentare.

Documents

Curs Partea 3