57
Sveu č ilište u Splitu Gra đ evinsko –arhitektonski fakultet Katedra za geotehnniku Geotehni č ko inženjerstvo Priru č nik uz predavanja samo za internu upotrebu Split, 2008.

Geotehnicko inzenjerstvo

Embed Size (px)

DESCRIPTION

gradj

Citation preview

Page 1: Geotehnicko inzenjerstvo

Sveučilište u Splitu

Građevinsko –arhitektonski fakultet

Katedra za geotehnniku

Geotehničko inženjerstvo

Priručnik uz predavanja

samo za internu upotrebu

Split, 2008.

Page 2: Geotehnicko inzenjerstvo

Dio III

Složene geotehničke građevine

Page 3: Geotehnicko inzenjerstvo

POVIJEST

Složene geotehničke građevine su stare koliko i graditeljstvo. Građene po iskustvu, neke su trajale duže, a neke su nestale u povijesti. Krenulo se od jednostavnih ali učinkovitih kao što je na pr. suhozid. Građeni bez veziva, potpuno propusni za vodu, odolijevaju stoljećima i vrše zadanu ulogu. Obrambeni zidovi oko gradova i naselja drugi su vid spomenika ovim građevinama, koje se još i danas može naći svugdje po svijetu od Dubrovnika i Stona u Hrvatskoj do Velikog Zida u Kini.

Suhozid

Industrijska revolucija krajem 18. i početkom 19. stoljeća stavlja sve veće zahtjeve pred graditelje. U takvom okruženju pojavljuju se, s jedne strane umjesto svestranih višenamjenskih genija, usmjereni tehnički obrazovani pojedinci (inženjeri) koji su sposobni zadovoljiti narasle graditeljske potrebe ranog industrijskog društva. Istovremeno se razvijaju novi materijali i

1

Page 4: Geotehnicko inzenjerstvo

nove tehnologije koje će omogućiti graditeljske zahvate prema zahtjevima vremena. Kamen i opeku postepeno zamjenjuju proizvodi i smjese na bazi cementa, a drvo kao klasični građevinski materijal prepušta mjesto lijevanom željezu, čeliku i aluminiju.

Pojava parnog stroja omogućuje razvoj kompresora, crpki, nabijača, ostalih građevinskih i drugih strojeva, dekovilskih vlakova i slično. Dolazi do naglog razvoja željeznice kao glavnog prijevoznog sredstva na kopnu. Duboki temelji izvode se pomoću kesona, a građevne jame se izvode metodom zamrzavanja tla. Reprezentativne građevine prestaju biti umjetnička djela te postaju konfekcija koja zadovoljava potrebe sve većeg broja raznih društvenih slojeva, ne samo vladara i aristokracije.

Parni je stroj naglo izmijenio veličinu teretnih i putničkih brodova. Dubine pristana u lukama morale su biti znatno povećane. Pristani u lukama, koji su u osnovi potporne građevine, doživjeli su nagli preobražaj i razvoj. Na slici 1.2 prikazan je pristan u Rotterdamu. Stari pristan (19. st. ili ranije) zidan je u opeci na drvenim pilotima i podlozi od fašina. Pristan je povišen i pomaknut u vodu za 4,5 m početak 20. soljeća. Time je povećan gaz ispred njega. Na nove drvene pilote položeni su betonski blokovi i izvedena kolosječna konstrukcija. (Pristan se danas nalazi u stambenoj četvrti Rotterdama).

Novi, tehnološki razvijeni i sve moćniji strojevi omogućili su brzi razvoj novih tehnologija i novih vrsta složenih geotehničkih građevina kakve danas poznajemo. Tehnologija s kraja 20. stoljeća potpuno je izmijenila dio građevina koje se odnose naročito na izvedbu građevnih jama. Nove tehnologije izvedbu su nevjerojatno ubrzale i olakšale ljudski rad, ali je filozofija opterećenja i stabilnosti građevine ostala ista.

2

Page 5: Geotehnicko inzenjerstvo

Obalni zid u Rotterdamu

Povećana nosivost brodova i pojava željeznice postavljaju potpuno nove zahtjeve na luke. Željeznički kolosijeci i staze dizalica često neposredno leže na zidovima pristana. Opterećenja naglo rastu. Otvoreni skladišni prostori za rasute terete zahtijevaju velike površine i znatno opterećuju obalne zidove. Filozofija luke se mijenja.

U 20. stoljeću promjene idu još brže. Sredina i kraj 20. stoljeća i armirani beton, visokovrijedni čelik, injektiranje i druge nove tehnologije, dalje proširuju mogućnosti u razvoju mašte građevinskog inženjera, kada su u pitanju potporne građevine. Kraj 20. stoljeća i početak novog tisućljeća započinju s potpuno novim tehnologijama i materijalima kao što su prskani beton, armiran vlaknima, mlazno injektiranje sa i bez, armiranja, tkani i netkani geotekstili, karbonska vlakna i niz drugih proizvoda od plastičnih masa. Zahtjevi glede veličine brodova, a time i pristana kao i skladišnih prostora, prostora za kontejnere, koji su hit kraja 20. stoljeća, rastu.

3

Page 6: Geotehnicko inzenjerstvo

U velikim gradovima, u nedostatku prostora, gradi se u dubinu. Veliki gradovi niz svojih komunalnih i infrastrukturnih potreba rješavaju u podzemlju. Za takvo građenje, građevne jame više nisu improvizirani prostori već ozbiljne geotehničke građevine.

Proračuni složenih geotehničkih građevina (na pr. obalnih zidova, pristana u lukama) samo su djelomično mogli biti provedeni. Naglo se razvijaju metode grafostatike kao najbrže i relativno precizno rješenje za proračune. Uz sav trud inženjera nije bilo mogućnosti precizno ručno provesti u potpunosti proračune takvih složenih građevina. Poznavanje gradiva bilo je skromno, više iskustveno nego provjereno. Česte su bile havarije. U području proračuna i dimenzioniranja složenih geotehničkih građevina, računalna tehnika je dozvolila upotrebu potpuno novih metoda proračuna, omogućila istraživanja varijantnih rješenja, ubrzala proračune i oslikala rezultate. Ispitivanje materijala i sofisticirane metode za dokazivanje kakvoće gradiva, kako prije ugradnje tako i nakon ugradnje u građevinu, donijeli su potpuno novu dimenziju u moderno građenje.

Ono što se uopće nije promijenilo od trenutka prvog proračuna složenih geotehničkih građevina je potreba poznavanja svojstava, kako gradiva od kojeg se građevina izvodi, tako i tvari (pretežito tla, ali i vode ili neke druge) koja na nju vrši opterećenje ili joj se odupire. I najsloženiji numerički modeli počivaju na ispravnom odabiru parametara tla, a što ostaje i dalje najsloženiji dio posla za geotehničkog inženjera.

Naglim razvojem industrije, naročito industrije čelika, betonskog željeza i čeličnih profila, složene geotehničke građevine su dobile mogućnost brzog i naglog razvoja.

Na slici 1.3 prikazan je potporni zid složene geometrije i složene strukture, kakvu je moguće izvesti s današnjim gradivima i strojevima.

4

Page 7: Geotehnicko inzenjerstvo

Potporni zid visine H = 7.0m + 5.0m

Južna ograda brodogradilišta SPLIT

5

Page 8: Geotehnicko inzenjerstvo

PRIKAZ NEKIH SLOŽENIH GRAĐEVINA I NJIHOVA NAMJENA

Složene geotehničke građevine generalno se mogu podijeliti u tri grupe.

1 Potporne građevine s podgrupom zahvata za sanacije klizišta;

2 Složena temeljenja; Potporne građevine služe za osiguranje stabilnost pri naglim

promjenama visine u tlu. Prirodna promjena visine terena proizlazi iz mogućeg stabilnog nagiba određene padine. Ukoliko je potrebno promjenu visine izvesti na kratkom potezu, koji bi zahtijevao nagib površine terena strmiji od onoga koji može stabilno, trajno stajati bez podgrade, potrebno je predvidjeti POTPORNU (zaštitnu) građevinu. Takve građevine mogu biti trajne ili privremene. Ako su privremene, za trajno rješenje mora postojati neka druga građevina koja će preuzeti pritiske onog dijela tla koji nije stabilan. Privremene potporne građevine sastavni su dio velikih građevnih jama.

Potporne građevine su sastavni dio i mnogih gospodarskih građevina koje služe u različite svrhe. Na primjer, to su potporni (pridržavaju nasip) i uporni (pridržavaju zasjek) zidovi na cestama, pristani u lukama, zidovi brodskih prevodnica, zidovi suhih dokova, upornjaci mostova, bazeni crpnih stanica, osiguranja predusjeka tunela, dijelovi skladišta za rasute terete i sl. Na slici 1.1 prikazana je potporna građevina usjeka za građevnu jamu pri izvedbi brodske prevodnice uz branu Tri Klanca na rijeci Yangtze u Kini (1993.-2003.).

6

Page 9: Geotehnicko inzenjerstvo

Građevna jama sa sidrenim pokosom, brana Tri Klanca

SidraSidra

DrenažaDrenaža

Površina terena

Apsolutne kote (m n.m.)

Osiguranje usjeka za brodsku prevodnicu na brani Tri Klanca

7

Page 10: Geotehnicko inzenjerstvo

Kod izgradnje prometnica, potporne građevine pridržavaju strme zasjeke u prirodnim padinama i nasipe. Konstruktivno i računski to su slične građevine, ali se razlikuju bitno po tome što je kod prirodne padine tlo zadano, a kod nasipa se kakvoća tla može propisati. Na slici 1.3 prikazan je izlaz iz tunela na autocesti gdje se vide potporni zidovi predusjeka i potporni zid koji pridržava nasip.

Potporni zidovi na autocesti

Razlika u koncepciji ovih dviju vrsta potpornih građevina prilično je očita usporede li se slike 2.3 i 2.4. Na slici 2.3 vidljivo je konačno estetsko oblikovanje koje je vrlo važno kod izgradnje cesta. Na slici 2.4 vidi se potporni zid predusjeka tunela u izgradnji. Radi se o lijevoj tunelskoj cijevi kojoj je predusjek

8

Page 11: Geotehnicko inzenjerstvo

sidren. U gornjem desnom uglu vidi se portalni zid desne tunelske cijevi.

Zaštita predusjeka tunela u izgradnji Slično je i s potpornim građevinama u skladištima rasutih tereta.

Tamo je potrebno, s geotehničkog stajališta, utvrditi svojstva materijala kojeg građevina pridržava da bi se mogli izračunati bočni pritisci na potpornu građevinu.

Potporne građevine se primjenjuju prilikom izgradnje infrastrukturnih građevina u velikim gradovima. To se naročito odnosi na prostor za podzemnu željeznicu, ali sve više i za podzemna parkirališta, trgovačke centre, razna skladišta i slično. U gusto izgrađenim gradskim jezgrama potporne građevine dolaze do punog izražaja. Na nekoliko slijedećih slika daju se primjeri potpornih građevina izvedenih u sklopu građevnih jama u gusto naseljenim gradskim jezgrama. Uočljiva je raznolikost tehnologija, načina podupiranja odnosno ideja pojedinog graditelja, ali i izvođača koji primjenjuje svoju tehnologiju.

Prilikom izvedbe građevnih jama uvijek se javlja potreba izvedbe izvjesne vrste potpornih građevina. Potporne građevine

9

Page 12: Geotehnicko inzenjerstvo

koje tvore građevnu jamu mogu biti privremene ili se mogu konstruktivno uklopiti u buduću građevinu. Manje zahtjevni zasjeci kratkog trajanja štite se raznim vrstama OPLATA koje se podupiru kosnicima ili pridržavaju drvenim i/ili čeličnim razuporama. Za složenije, dublje građevne jame u ograničenom prostoru, izvode se razne vrste ZAGATNIH STIJENKI: ŽMURJE, DIJAFRAGME BERLINSKO ZIĐE (sl. 2.7), nizovi PILOTA, MLAZNO INJEKTIRANI STUPNJACI i td. Zasječeni i/ili nezasječeni piloti velikog promjera, učvršćeni sidrima, primjenjuju se često za osiguranja dubokih zasjeka.

10

Page 13: Geotehnicko inzenjerstvo

Građevna jama podzemne željeznice u Hong-Kongu

11

Page 14: Geotehnicko inzenjerstvo

Građevna jama stanice podzemne željeznice u Parizu

Građevna jama stanice podzemne željeznice u Parizu

12

Page 15: Geotehnicko inzenjerstvo

Sjeverni portal tunela Strahov

Najsloženije građevne jame su one kojima dno iskopa seže duboko ispod razine podzemne vode. Potporne građevine, koje štite ovakve građevne jame, opterećene su hidrostatičkim tlakom. Za zaštitu ovih građevnih jama koriste se žmurja, zagatne stijenke i armirano betonske dijafragme. One mogu biti dijelovi građevnih jama a ujedno i dijelovi budućih građevina. To su neprekinute građevine, izvedene u tlu ili zabijene u tlo.

13

Page 16: Geotehnicko inzenjerstvo

U potporne građevine mogu se ubrojiti i razne vrste ZAGATA, koji su opterećeni pretežito hidrostatičkim tlakom odnosno vodom od koje štite građevnu jamu. To mogu biti nasipi s nepropusnom jezgrom, nasipi s nepropusnim ekranima (glina, asfalt, beton), čelično žmurje u obliku sanduka ispunjeno tlom ili neka slična građevina. Glavna im je zadaća zaštita gradilišta od površinske (mirne ili tekuće) vode. S obzirom na neke posebnosti ovih geotehničkih građevina biti će im posvećeno posebno poglavlje. Na slici 1.9 prikazana je građevna jama zaštićena zagatom.

Građevna jama na morskoj obali zaštićena zagatom

POTPORNE GRAĐEVINE preuzimaju opterećenja od tla, vode ili nekog drugog materijala koji se nalazi u njenom zaleđu i na nju se oslanja. Najčešće je to tlo, prirodno ili nasuto, voda ili neka druga tvar koju građevina pridržava. Kad god je to moguće nastoji

14

Page 17: Geotehnicko inzenjerstvo

15

se potpornu građevinu ne opteretiti hidrostatičkim tlakom, jer on uzrokuje veliko vodoravno opterećenje.

Da bi se moglo projektirati i izvoditi složene geotehničke građevine, kao što su potporne građevine, potrebno je prethodno upoznati njihove pojedinačne sastavne dijelove. Stoga će u nastavku biti opisani načini projektiranja i proračuna svake pojedine vrste potpornih građevina u osnovnim oblicima. Raznolikost oblikovanja potpornih građevina prepuštena je inženjerima na slobodnu volju.

Kako su potporne građevine neizostavni, ali ne i jedini dio građevnih jama, u poglavlju o građevnim jamama bit će govora i o ostalim građevinskim zahvatima nužnim da bi ove, istina privremene, ali često veoma zahtjevne građevine mogle biti učinkovite i zadovoljiti u potpunosti svoju namjenu.

Na slici 1.10 prikazan je primjer složene potporne građevine (prva polovina 20. stoljeća), sastavljene od masivnog betonskog potpornog zida.

Page 18: Geotehnicko inzenjerstvo

MJ 1:150

0

-5

-10

-15

-6,0

p=10,00,00

1,50

0,00

RPV (5,00)

RPV

geotehničkosidro1

3

2

1,37

(1), zagatne stijenke od čeličnih platica tipa Hoesch (1937.), (2), zatega na međusobnoj udaljenosti od 3,00 m (3), sidrene građevine na čeličnim pilotima (4), i niza dubokih temelja u obliku pilota (5). Slika prikazuje crtež (poprečni presjek) iz projekta rađenog rukom.

Primjena suvremene tehnologije: 1 mlazno-injektirani stupnjaci Φ=150 cm s preklopom od 20 cm – zagatna stijenka; 2 mlazno-injektirane lamele d=40 - vododrživi dio građevine; 3 sidro dužine 8 m, injektirano posljednjih 3 m

16

Page 19: Geotehnicko inzenjerstvo

Građevina sa gornje slike, u dijelu koji se odnosi na potporni dio, tipičan je primjer složene geotehničke potporne građevine iz doba kada je čelik bio vrlo čest građevinski materijal, a masivni beton tek na početku upotrebe. Današnja tehnološka dostignuća omogućila bi ostvarenje mnogo jednostavnije, elegantnije i lakše građevine.

Na desnoj slici prikazan je poprečni presjek potporne građevine iz projekta s početka ovog stoljeća. Crtež je rađen računalom. U izvornom projektu on je sastavni dio crteža na kojem je prikazan geotehnički proračun. Razlika u grafičkom prikazu je očita, ali i u pojednostavljenju same građevine. Ono što se sa crteža ne vidi je jednostavnost i brzina izvođenja potporne građevine pomoću novih tehnologija. Gornje slike pokazuju, da je filozofija složenih potpornih građevina ostala vrlo slična, ali su se materijali i tehnologije izvođenja u, povijesno gledano, vrlo kratkom vremenskom razmaku bitno izmijenile. Razlika u vremenu potrebnom da se građevine izvedu, u organizaciji gradilišta, u dopremi materijala potrebnih za građenje, ljudskom radu i mnogim drugim čimbenicima, koji ulaze u cijenu građevine, nije a usporedbu. z

17

Page 20: Geotehnicko inzenjerstvo

VRSTE POTPORNIH GRAĐEVINA

Dvije su osnovne vrste potpornih građevina: 1) one koje pridržavaju zasjeke u prirodnom tlu i 2) one koje pridržavaju nasipe. Ovisno o tome pridržavaju li prirodno tlo ili nasip, ovise vrste istražnih radova koje je potrebno izvesti da bi se dobili podaci potrebni za projektiranje. Autohtono se tlo iza i ispod budućeg zida mora detaljno ispitati. Za svaku potpornu građevinu potrebno je izraditi projekt.

Prema načinu oblikovanja i prijenosu sila u tlo razlikuje se nekoliko vrsta potpornih građevina: MASIVNI POTPORNI ZID, ZID OD ARMIRAMOG TLA, ZAGATNA STIJENKA, SIDRENA GRAĐEVINA, ZAGAT i njihove kombinacije.

Prema Eurokodu 7 potporne su građevine podijeljene na tri osnovne skupine: GRAVITACIJSKI ZIDOVI, ZAGATNE STIJENE i SLOŽENE POTPORNE GRAĐEVINE, koje uključuju građevine nastale kombinacijom gornjih dviju vrsta i sve ostale potporne građevine koje ne spadaju u gornje dvije skupine.

Zajedničko im je svojstvo da su opterećene jednostrano bočnim pritiscima od tla i/ili vode (moguće i nekih drugih tvari). Za potporne građevine opterećene bočnim pritiskom tla, ovisno o dozvoljenoj veličini i smjeru pomaka klina tla iza građevine, bočno opterećenje može biti u rasponu od najvećeg - PASIVNOG do najmanjeg - AKTIVNOG.

Bitna je razlika u načinu preuzimanja vodoravnih sila po pojedinim vrstama potpornih građevina slijedeća:

POTPORNI ZIDOVI, bez obzira na oblik i vrstu gradiva, sile preuzimaju pretežito svojom masom (gravitacione građevine). To su krute građevine Za savladavanje većih visina dodaju im se sidra, zatege, razupore i kontrafori. Ako su sastavni dio građevine, mogu kasnije zatege biti zamijenjene dijelovima građevine u koje je zid uklopljen. Građevine složene na taj način mogu u cijelosti preuzeti i ulogu potpornog zida. Raznim tehničkim zahvatima, drenažama i sl. sprečava se utjecaj hidrostatskog pritiska na potporne zidove. POTPORNI ZIDOVI

18

Page 21: Geotehnicko inzenjerstvo

imaju TEMELJ i svi proračuni koji vrijede za proračun temelja, vrijede i za proračun temelja potpornih zidova.

s

na sip

na sip

u h o z id

z id s k o n z o lo m

a r m ira n i sk o n tra f o r im a

m a s iv n im a siv n i

z id sa z a teg o mkrila u p o rn ja k aa rm iran i

Nekoliko tipova potpornih zidova

19

Page 22: Geotehnicko inzenjerstvo

Potporni zid od ARMIRANOG TLA je građevina uklopljena u nasip i s njime čini jednu cjelinu. Kao cjelina djeluje kao gravitacijski savitljivi potporni zid. Nasip u području armiranja izvodi se od nekoherentnih materijala da se izbjegne utjecaj hidrostatskog pritiska. Vlačne sile preuzima, kako mu i ime kaže, "armaturom" koja se u tlo ugrađuje tijekom izvedbe. Lice građevine zaštićeno je posebnim komadima ili gradivom koje ujedno može biti i armatura. Nema posebno oblikovanog temelja, ali podliježe provjeri dodirnih pritisaka.

geosintetik

nasip

nasip

podloga

gotovikomadi

lica

podloga

armatura (metalne trake,geosintetik,geomreže)

Dva primjera armiranog tla

20

Page 23: Geotehnicko inzenjerstvo

21

ZAGATNE STIJENKE su savitljive građevine koje prenose opterećenje u tlo pomakom (zbijanjem ili razrahljenjem tla) koji izazove deformacija savitljive stijenke. Deformacija aktivira otpor tla u području u kojem je zagatna stijenka ugrađena ili zabijena u tlo. Zagatne stijenke su upete u tlo i njihov je proračun i dimenzioniranje sličan proračunu savitljivog temelja na elastičnoj podlozi. Pri tom treba voditi računa da dio tla djeluje kao opterećenje, s AKTIVNIM TLAKOM ILI TLAKOM MIROVANJA, što ovisi o ostvarenim pomacima, dok dio opterećenja preuzima AKTIVIRANJEM PASIVNOG OTPORA. Puno aktiviranje pasivnog otpora zahtjeva veliku deformaciju tla i konstruktivnog elementa koji se na tlo oslanja što može dovesti do nedopustivo velikog pomaka građevine. Stoga pri proračunu ovih građevina treba uskladiti dozvoljene vrijednosti deformacije i veličinu aktiviranog pasivnog otpora.

Razlikuju se dvije vrste ovakvih građevina: – VODONEPROPUSNA ZAGATNA STIJENKA, koja

preuzima opterećenje HIDROSTATSKIM TLAKOM. Zabijena je u tlo po cijelom tlocrtu kojeg štiti do potrebne dubine. Izvodi se od najrazličitijih vrsta materijala od drvenih platica (talpi), predgotovljenih AB elemenata preko čeličnih platica do armiranobetonskih elemenata izvedenih u tlu. Mora biti vododrživa.

– BERLINSKI ZID zabijen u tlo na određenim mjestima, opterećenje od tla preuzima samo do dubine iskopa i nije opterećen hidrostatskim tlakom. Osnovni dijelovi su piloti - vodilice (čelični I profili, AB piloti zabijeni ili izvedeni u tlu i slično) i platice koje se spuštaju između pilota tijekom iskopa. Platice mogu biti drvene, čelične ili tvornički izrađene AB.

Armiranobetonske zagatne stijenke najčešće su sastavni dio buduće građevine dok su sve druge vrste uglavnom privremene građevine.

Page 24: Geotehnicko inzenjerstvo

jam

a

građ

evna

jam

a

građ

evna

jam

a

građ

evna

jam

a

R PVRPV - azina

odzemneode

Rpv

R P V

R PV

geotehn ičk osidro

vo doravna

r

r

a

a

z

z

u

u

p

p

o

o

r

r

a

ako sa

slobodnostojeća

višestrukousidrena

sa zategom razuprta

građ

evna

zatega sidreni blok ili zid

Nekoliko primjera zagatnih stijenki

22

Page 25: Geotehnicko inzenjerstvo

SIDRENE GRAĐEVINE opterećenja preuzimaju sustavom sidara učvršćenih iza potencijalnog kliznog klina. Sidra su nosivi elementi ugrađeni u unaprijed izvedene bušotine u tlu. Ima ih raznih vrsta, ovisno o namjeni. Različita su sidra koja se ugrađuju u stijensku masu od onih koja se ugrađuju u tlo. Funkcija im je slična. Povezuju vanjsko lice tla sa stabilnom masom u zaleđu. Uz sidra može na površini tla postojati nosiva građevina. Površinsku nosivu građevinu mogu tvoriti pojedinačni blokovi, grede, ploče i ljuske. Opterećenje je uvijek od tla dok je vodi omogućeno slobodno istjecanje na površinu. Na taj način nema mogućnosti pojave hidrostatskog pritiska. U ovu grupu mogu se svrstati i tzv. iglane ili čavlane građevine. One se sastoje od većeg broja sidara i površinske građevine. Neki autori iglane građevine svrstavaju u ojačana tla, zajedno s armiranim tlom.

Sidrene građevine NEMAJU TEMELJA, odnosno mogu imati pojedine stope koje preuzimaju dio vlastite težine građevine. Oblik im je uvijek prilagođen obliku pokosa kojeg pridržavaju. Najčešće se izvode za osiguranje zasjeka u stijenskim masama.

sidreni roštilj

uzdužnegrede

geotehničkadugasidra

jakoraspucalastijena

dio sidra

sidrene grede

štapnakratkasidra

uzdužnearmiranegrede

raspucalastijena

Sidrene grede i sidreni roštilj

Osnovni nosivi dio sidrenih građevina su SIDRA. Na slici 2.16 prikazano je geotehničko sidro.

23

Page 26: Geotehnicko inzenjerstvo

glava sidra

nosiva greda

stijena ili tlo slobodna dužina sidra sidrena dionica

valjkastotijelo nastaloinjektiranjem

Primjer geotehničkog sidra od čelične užadi Sidara ima raznih tipova i vrsta te zahtijevaju poseban osvrt, pa

će im biti posvećeno posebno poglavlje. Sidra su odavno poznati građevni elementi, koji opterećenja prenose na zatezanje. Tehnološkim razvojem, način ugradnje i pričvršćenje u tlo proširili su mogućnosti primjene sidara.

24

Page 27: Geotehnicko inzenjerstvo

ZAGATI služe za izvedbu građevnih jama u vodi. Zadatak im je omogućiti rad u suhoj građevnoj jami. Preuzimaju pritisak vode. Spadaju u posebno složenu vrstu potpornih građevina. Nasip je često sastavni dio zagata. Zagati se bitno razlikuju od ostalih potpornih građevina. Zato se spominju posebno. Mogu se oblikovati kao potporni zidovi, armirano tlo, zagatne stijenke i kao kombinacija dijelova zagatnih stijenki i nasipa. To su vrlo zahtjevne i složene geotehničke građevine, koje inženjeru dozvoljavaju veliku slobodu u izboru oblika i materijala za izvedbu. Kod velikih građevnih jama pojedini zagati su zasebne geotehničke građevine i kao takve ih treba i projektirati u svakom smislu.

Dva shematska primjera zagata

Raznolikost oblika i materijala je tolika da je vrlo teško nabrojiti sve mogućnosti. Daljnjim razvojem tehnologije, kako strojeva tako i građevinskih materijala, potporne građevine čeka razvoj neslućenih mogućnosti.

25

Page 28: Geotehnicko inzenjerstvo

26

Page 29: Geotehnicko inzenjerstvo

SLOŽENE POTPORNE GRAĐEVINE

OPTEREĆENJA

Proračun složenih potpornih građevina provodi se u tri koraka: 1. odredi se opterećenja na cjelovitu građevinu. - geotehnički

proračun. 2. dimenzionira se pojedine nosive dijelove građevine. -

područje drvenih, metalnih, zidanih, betonskih, armiranobetonskih građevina,

3. provjeri se stabilnost građevine zajedno s okolnim tlom kao cjelinom. -geotehničke proračun, analiza stabilnosti.

Složene potporne građevine uvijek kao glavno opterećenje, preuzimaju bočne pritiske od tla, vode i/ili neke druge tvari koju podupiru.

. Za proračune u mehanici tla, koristi se teorija graničnih stanja plastične ravnoteže (teorija plastičnosti), teorija elastčnosti i teorija elastoplastičnosti.

Na slici su prikazani modeli tla kojima se koristi teorija graničnog stanja plastičnog loma

ε

σ0

ε

σ0

ε

σ0

osnovni model model sočvršćavanjem

model somekšavanjem

Model odnosa naprezanje-deformacija, temelj teorije graničnih stanja plastične ravnoteže

Odnos uspravnog i vodoravnog naprezanja u tlu je promjenjiv, u zavisnosti od veličine i smjera deformacije. Objašnjenje je dao Rankine (1857.) u teoriji plastičnog sloma. Na slici 3.2 prikazan

27

Page 30: Geotehnicko inzenjerstvo

je potrebni smjer pomaka i plohe sloma, za odgovarajuće Rankinovo granično (lomno) stanje naprezanja.

σ σh(aktivno) h (mirovanja) aktivniklin tla

pasivniklin tla

Hvisina zida

H H

σ h (pasivno)

visina zida visina zida

tlo u mirovanju rastezanje tla zbijanje tla

∆ ∆

Smjer ploha sloma za odgovarajuće pomake u tlu prema Rankinovoj teoriji graničnog stanja plastične ravnoteže

Suvremena rješenja sve više uključuju Rankinovu teoriju preko modela tla u rješavanja zadataka vezanih uz proračune potpornih građevina. Ta rješenja su bliža teoriji elastičnosti i prihvaćaju deformacijska svojstva tla ne kao konstante, već kao promjenjive veličine koje slijede prirodno ponašanje tla pod opterećenjima (nelinearni modeli).

Deformacijska svojstava i teoriju graničnih stanja moguće je putem konstitutivnih jednadžbi uklopiti u složene geotehničke proračune koji koriste numeričke analize. Granična stanja plastične ravnoteže osnivaju se na poznavanju Mohr-Coulombovog zakona, odnosno poznavanju parametara čvrstoće na smicanje, (kohezija, c, i kut unutrašnjeg trenja, ϕ). Bez poznavanja ovih parametara, rješenja pomoću ove teorije nisu moguća.

Današnje računarske mogućnosti omogućuju korištenje i drugih modela kao na primjer modela s očvršćivanjem ili omekšavanjem, a najčešće linearnoelastičnih-idealno plastičnih modela bez ili s omekšavanjem odnosno očvršćivanjem.

28

Page 31: Geotehnicko inzenjerstvo

POTPORNA GRAĐEVINA biti će opterećena AKTIVNIM TLAKOM onda i samo onda ako se tlu iza podupore omogući makar i mali pomak. Na slici 3.3 prikazano je opadanje vrijednosti sile pritiska na poduporu, u slučaju vodoravnog pomaka podupore, za aktivno granično stanje.

Masa tla se može pokrenuti i kad se na nju građevinom vrši pritisak. Takvo stanje, pri kojem se tlo se tlo dovede u stanje sloma zbijanjem, naziva se pasivno stanje otpora

0

10

20

30

40

0 2 4 6 8 10 1

Vodoravni pomak zida od tla [mm]

R

Boč

na si

la n

a m

etar

duž

nipo

dupo

re [k

N]

ezultati is

2

pitivanja zida visine 2 m.Jednoliko opterećenje iznad krune zida od 27 kPa (prema Caredr i sur., 1977.)

Ovisnost veličine bočne sile o vodoravnom pomaku zida od tla AKO NEMA POMAKA NEMA NI GRANIČNOG STANJA LOMA.

29

Page 32: Geotehnicko inzenjerstvo

Aktivni tlak i pasivni otpor dva su krajnja slučaja bočnih pritisaka u tlu.

65

2

1K00,50,40,30,20,1

aktivni pritisak

pasivni otpor

KP

KA

rastezanje zbijanje10 105 54 43 32 21 1 876 9

‰ [ ] [ %]l∆−l∆+ H H

Odnos koeficijenata bočnog tlaka za granična stanja ravnoteže i stanje mirovanja

30

Page 33: Geotehnicko inzenjerstvo

TLAK MIROVANJA

Mehanika tla daje teoretsko rješenje za odnose naprezanja u tlu, na dubini z, uslijed vlastite težine tla. Glavna naprezanja, uspravno i vodoravno, međusobno su zavisna. Ova su dva naprezanja, za tlo vodoravne površine, međusobno povezana koeficijentom bočnog tlaka mirovanja, K0 na način iskazan jednadžbom:

v0h K σ∗=σ

Potporna građevina često mora preuzeti bočni pritisak a da pri tome ne dođe do nikakvog pomaka. To se odnosi na one građevine koje štite postojeće temelje i/ili podrumske zidove i slično. Kod ovakvih potpornih građevina ne smije se pojaviti pomak, jer dolazi do oštećenja upravo onoga što se želi zaštititi ili izgraditi. Tada se proračun provodi uzimajući u obzir stanje mirovanja, a odnos vodoravnog i uspravnog naprezanja vezan je koeficijentom tlaka mirovanja, K0.

Koeficijent bočnog tlaka, K, koji povezuje veličine glavnih naprezanja nije jednoznačan. Razni autori predložili su približne vrijednosti ili izraze za koeficijent tlaka mirovanja, K0. Izrazi i vrijednosti dani su u tabeli koja slijedi.

K>1

K<1

uspravnonaprezanje = *g*zσ ρv

=K*σ σh v

dubina, z

područjevodoravnognaprezanja

Područje vrijednost vodoravnih naprezanja za stanje mirovanja

31

Page 34: Geotehnicko inzenjerstvo

Koeficijent bočnog tlaka mirovanja prema nekim autorima

Tlo Te

orija

Autor K0

Jáky (1944.) (za rahli pijesak))'sin1(

'sin321

)'sin1(ϕ+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ϕ+

ϕ−

Jáky (1944.) pojednostavnjena 1-sinϕ' Danski geotehnički institut (nagnuta površina tla iza podupore za kut β)

(1-sinϕ')(1+sinβ)

Brooker i Ireland (1965.) (daje rezultate sličnije teoretskoj Jákyevoj jednadžbi)

0,95-sinϕ'

norm

alno

kon

solid

iran

o

Šuklje (1979.) nekoherentno tlo; <0,5koherentno tlo; >0,5

prek

onso

lid

irano

plas

tično

sti

Mayne i Kulhway (1982.) (OCR=σp'/σv0,

(1-sinϕ')OCRsinϕ

Terzaghi (1920.) 0,4 – 0,5

zbije

ni

pile

sak Sherif i sur. (1982.)

ρkomp – zbijena gustoća; ρmin – minimalna gustoća.

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

ρρ

−ϕ− 15,5'sin1min

komp

Moroto i Muramatsu (1987.): Eh i Ev moduli elastičnosti tla u vodoravnom (h) i uspravnom (v) smjeru

v

h

EE

elas

tično

sti

Tschebotarioff (1973.) (ν, Poissonov koeficijent) ν−

ν1 (νmax=0,5)

32

Page 35: Geotehnicko inzenjerstvo

Tipične vrijednosti koeficijenta tlaka mirovanja, K0

Vrsta tla K0

zbijeni pijesak 0,35

rahli pijesak 0,60

normalno konsolidirana glina 0,5-0,6

prekonsolidirana glina (OCR=3,5) 1,0

jako prekonsolidirana glina (OCR=20) 3,0

33

Page 36: Geotehnicko inzenjerstvo

GRANIČNA STANJA PLASTIČNE RAVNOTEŽE

Bit metode graničnih stanja plastične ravnoteže sastoji se u tome, da se pronađe ploha po kojoj će se pod određenim uvjetima dogoditi plastifikacija do loma u tlu. Pri tom u račun ulaze tri poznate jednadžbe ravnoteže:

ΣX = 0

ΣY= 0

ΣM = 0

i zakon loma, koji je u tlu određen Mohr-Coulombovim zakonom čvrstoće na smicanje:

ϕ′σ+′=τ′ tgc 'n

RANKINEOVA TEORIJA GRANIČNIH STANJA PLASTIČNE RAVNOTEŽE

σ1

σ3

Z

ϑ = 45+ ϕ2

ZID

aktivno stanje

aktivno

ϑ

ϑ

stanjepasivno stanje

pasivnostanjepomak

Skica vodoravne ravnine i pomaka uspravnog zida za Rankineovu teoriju graničnih stanja plastične ravnoteže

34

Page 37: Geotehnicko inzenjerstvo

Pretpostavke pod kojima vrijedi ova teorija su slijedeće: 1. Površina tla je vodoravna; 2. Podupora je uspravna; 3. Pomak u tlu je vodoravan (rastezanje ili zbijanje); 4. Nema trenja između tla i podupore.

AKTIVNO STANJE GRANIČNE RAVNOTEŽE

)245( ϕ+=ϑ o

)(5,0 min31 σ−σ∗

)(5,0 min31 σ+σ∗

ϑ

ϕ

σf

σϕ

τ

ϑ2ϑ

τf

c

c ctg∗ ϕ

σ1

σ1

σ3 σ3

ϑ ϑ

σ3minσ3 σ1

)245( ϕ+=ϑ o

)(5,0 min31

)(5,0 min31

Lom uslijed rastezanja tla i smanjenja σ3 na minimum Izraz za, KA, u takvim uvjetima glasi: KA=tg2 (45°-ϕ/2)

PASIVNO STANJE GRANIČNE RAVNOTEŽE

)245( ϕ+=ϑ o

ϑ

ϕ

σfσ

ϕ

τ

ϑ

τf

c

c ctg∗ ϕ

σ1

σ1

σ3 σ3

ϑ ϑ

σ3 maksσ3 σ1

)245( ϕ+=ϑ o

0,5( - )σ σ3maks 1

0,5( )σ σ3maks 1+

Lom uslijed zbijanja tla i povećanja σ3 na maksimum

35

Page 38: Geotehnicko inzenjerstvo

Izraz za, KP, u takvim uvjetima glasi: KP=tg2 (45°+ϕ/2) Iz geometrijskih uvjeta na slikama za aktivno i pasivno stanje

slima, moguće je povezati vodoravna naprezanja σh i uspravna naprezanja σv.

AvAA Kc2K −σ∗=σ PvPP Kc2K +σ∗=σ Ako se odabere za, σA = 0, iz gornje jednadžbe dobiva se da je: A0A Kc2zgK ∗∗=∗∗ρ∗

iz čega proizlazi da je:

A

0 Kgc2z

∗∗ρ∗

=

Proizlazi da u koherentnim tlima postoji određena visina do koje je moguće uspravno zasjeći, a da pri tome ne dođe do urušavanja. Proračun aktivnog tlaka u takvim tlima dat će i visinu zasjeka do koje je ukupna sila aktivnog tlaka jednaka nuli tj.:

0dzEH

0AA =∗σ= ∫

Uz pretpostavku linearne raspodjele aktivnog pritiska po dubini, ukupna visina zasjeka do koje je teoretski vrijednost ukupne sile aktivnog tlaka jednaka nuli, (EA=0), iznosi:

A

00Kg

c4z2H∗∗ρ

∗==

36

Page 39: Geotehnicko inzenjerstvo

H EA

EP

ρ∗ ∗ ∗g h KPρ∗ ∗ ∗g h KA

z0

1 3

z )0 (H-

KAc2−

H

H/3

KPc2

H/3

a) aktivni pritisak b) pasivni otpor

Raspodjela aktivnog pritiska i pasivnog otpora u koherentnom materijalu

σ

σ

A

Az

z

β

σ

σ

z

z

β

z

z

PP

p

pp

p

Aktivno stanje

Pasivno stanje

smjerpomaka

smjerpomaka

ϕβ

A

A’

B

B’

F

G

D

CE0

τ

σ

Granično stanje ravnoteže u tlu s nagnutom gornjom površinom

Za aktivni pritisak izraz za koeficijent bočnog tlaka glasi :

ϕ−β+β

ϕ−β−β=

22

22

Acoscoscos

coscoscosK

37

Page 40: Geotehnicko inzenjerstvo

Za pasivni otpor izraz za koeficijent bočnog tlaka iznosi:

ϕ−β−β

ϕ−β+β=

22

22

Pcoscoscos

coscoscosK

Nakon nekog vremena će se na površini tla pojaviti vlačne pukotine. Njihova se dubina vremenom povećava i dolazi do promjene uvjeta ravnotežnog stanja te do otkidanja kritičnog kliznog klina. Stoga za trajne potporne građevine nije preporučljivo ukupnu silu aktivnog tlaka u koherentnim materijalima računati kao:

∫ ∗σ=H

0AA dzE ∫ ∗σ=

H

zAA

0

dzE

U tom slučaju aktivni pritisak predstavlja ukupnu površinu pozitivnog dijela dijagrama prema izrazu 3.15

Utjecaj trenja između podupore i tla iza nje

Utjecaj trenja na oblik plohe sloma za aktivno stanje naprezanja

38

Page 41: Geotehnicko inzenjerstvo

Laboratorijski model s rekonstruiranom kliznom plohom pri zaokretu podupore oko točke B, aktivno stanje

Na slici je prikazan oblik plohe sloma za slučaj pasivnog stanja granične ravnoteže, kada se podupora podiže prema gore u odnosu na prvobitni položaj. Krivulja postaje konkavna. Ovakav slučaj javlja se kod zoniranih nasutih građevina, kada je jezgra na nizvodnoj strani u padu u smjeru nizvodnog pokosa. Hidrostatski tlak tada nastoji podignuti lice jezgre.

39

Page 42: Geotehnicko inzenjerstvo

Slično bi se moglo pokazati i za stanje aktivnog pritiska u slučaju da potporni zid tone, tj. pomiče se prema dolje. Ploha sloma je i u takvom slučaju konkavna

Ploha sloma za pasivno stanje, kada se zid pomiče k tlu i prema gore

40

Page 43: Geotehnicko inzenjerstvo

Modelsko ispitivanje

Konkavna ploha sloma na modelu brane

Klizne plohe za slučaj kada podupora zaokreće oko točke B za aktivno i pasivno stanje

H H

pomak pom ak

EA

EP+δ

B B

AA’ A A’C C

DD

90°-ϕ90°+ϕ

45°+ /2ϕ 45°- /2ϕ

Plohe sloma za čisto zakretanja podupore oko točke B

41

Page 44: Geotehnicko inzenjerstvo

Kritične klizna plohe kada podupora zaokreće i tone u odnosu na klizni klin

H H

p pomakom a kpo

mak

EA

EP

−δ+δ

B B

AA’ A A’C C

DD

90°-ϕ 90 °+ ϕ

45°- /2ϕ4 5°+ϕ /2

pom

ak

Plohe sloma pri zakretanju i tonjenju podupore

Na slijedećoj slici prikazane su kritične klizne plohe koje se najčešće koriste u praksi za proračun bočnih pritisaka na potporne građevine.

B B B

A A A

CC

C

O

ravna kliznaploha

kružna kliznaploha

klizna ploha uobliku logaritamske spirale

QQ Q ϕ

ϕ

ϕ

ΕΑ Ε

Α ΕΑ

GGG

Najčešći oblici ploha sloma u proračunima

42

Page 45: Geotehnicko inzenjerstvo

a) b)

Ploha sloma a) uslijed okretanja podupore oko točke O označene strelicom i b) ploha sloma pri savijanju uspravne podupore zbog

male krutosti

43

Page 46: Geotehnicko inzenjerstvo

Coulombova teorija bočnog zemljanog pritiska

EA

EP

+δ-δ

BB B

A AC

pomak zida

aktivnostanje

pasivnostanje

Pomak i oblik kliznog klina za Coulombova stanja granične ravnoteže

Aktivno stanje

A

G

GEA

E

H

A

Q

Q

ϑ−ϕ

(ϑ−ϕ)

ϑ

ϑ

ϕ

ϕ

ω

ω

δ

α

β180−(ω+ϑ−ϕ)

C

B Grafički prikaz za Coulombovo rješenje aktivnog pritiska na

poduporu A-B za nekoherentno tlo

β

δ

α 90−α

H1

H

H/3

eA

EA

A

BeA1

2H*eE 11A

A = , odnosno 2

H*eE AA =

Raspodjela aktivnog pritiska na poduporu (A-B)

44

Page 47: Geotehnicko inzenjerstvo

Iz grafičke konstrukcije se vidi da je veličina sile, EA, ovisna o slijedećim veličinama:

EA=EA(H, ϕ, ρ, δ,ϑ,α,β)

Kako se za zadane veličine traži kritični klizni klin, (na slici određen kutom ϑ), koji daje najveću silu pritiska na zid, tako se iz uvjeta:

0E=

ϑ∂∂

dobiva izraz za koeficijent aktivnog pritiska KA prema oznakama na slici:

( )

( ) ( ) ( )( ) ( )

22

2

A

sin*sinsin*sin1*sin*sin

sinK

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

β+αδ−αβ−ϕδ+ϕ

+δ−αα

ϕ+α=

Temeljem ove jednadžbe načinjene su tablice vrijednosti za KA koje omogućavaju brzo i jednostavno proračunavanje vrijednosti iz gornje jednadžbe.

EAEA

Q1,2,3,4,5

ϕ90+ϕ

ϕ

ϕ+δ

ϑ

C3

C (ravna klizna ploha) kritično

C4 C5C1C2

A

B G 1G 2

G 3G 4

G

G1G2G3

G4

G5

5

b b b b b

H

G =b g)∗Η∗(ρ∗

a) b)

Culmannova konstrukcije najveće sile aktivnog pritiska za slučaj c=0

45

Page 48: Geotehnicko inzenjerstvo

A

B

WG

EA Q

ϑ−ϕ

ϑ

ϑ

ϕ

ϕ

ωδ

α

β

LK

G

EA

Q

KK=L c∗

Prizma tla i poligon sila za koherentno tlo (c>0)

A

B

H

G 1

G 2

G 3G 4

G 5

G 6EA

ϕ

ϕ+δ

90−ϕ

poligon bez kohezije

poligon s kohezijomK1

K2K3

K4K5 K6

Culmannova linija za koherentno tlo iza potpornog zida

H

EEAKulman

AKulman

eAKulman eAteor. dole

eAteor. gore

z0

1 3

z )0 (H-

KAc2− KAc2−

H

H

(H-H )/30

(H-H )/30

0

Raspodjela naprezanja za koherentno tlo korištenjem Culmannove grafičke metode i stvarna teoretska raspodjela

46

Page 49: Geotehnicko inzenjerstvo

z0

ϑ

G

α

δ

ϕEA Q

KL

T=c Zz 0∗K =c*L

K

G

Q

EApodupora

T

β

H

x

B

A

(Z =z +H)0 o

Aktivni klin u koherentnom materijalu s vlačnom pukotinom na izlazu kritičnog kliznog klina iz tla i poligonom sila (prema

Coulombovom rješenju)

Pasivno stanje

Pasivno stanje nastaje kada iz nekog razloga dođe do zbijanja tla. Pojednostavljeni proračunski model prikazan je na slici 3.28.

A

EP

G

Q

Q

G

EP

β

α+δ

ϑ+ϕϕ

δ

α ϑ B

C

Pasivni klin i poligon sila za slučaj pasivnog otpora u tlu Iz geometrijskih odnosa sa slike može se dobiti izraz za

koeficijent pasivnog otpora KP:

( )

( ) ( ) ( )( ) ( )

22

2

P

sin*sinsin*sin1*sin*sin

sinK

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

β+αδ+αβ+ϕδ+ϕ

−δ+αα

ϕ−α=

47

Page 50: Geotehnicko inzenjerstvo

Zakrivljeni oblici kritičnih kliznih ploha

Na slici 2.29 prikazana je klizna ploha oblika logaritamske spirale. Ovakva se ploha oblikuje pri zaokretu podupore oko točke A.

O

r1

r2

CA ϕ

e

δE

Q

G

B

E=(G g)/e∗iz ravnoteže momenata

H

H’=

0,55

H

g

Određivanje aktivnog pritiska na poduporu za kliznu plohu nastalu zakretanjem podupore oko točke A

Na slici u nastavku prikazan je slučaj klizne plohe nastale zakretanjem podupore oko točke A na modelu od sitnog šljunka.

Laboratorijski model oblikovanja klizne plohe pri zaokretu podupore oko točke

48

Page 51: Geotehnicko inzenjerstvo

1

E max

1 2 3 4

G

H’=

0,55

H

H

1G2G3G4

ϕ

δ

e1

r01

r11 E1 E4

Određivanje najveće sile aktivnog pritiska na zid za kliznu plohu oblika logaritamske spirale

49

Page 52: Geotehnicko inzenjerstvo

OSTALA OPTEREĆENJA

Opterećenje vodom

Voda na potporne građevine djeluje hidrostatičkim i hidrodinamičkim tlakom. Oni se javljaju u nekoliko slučajeva:

1) kada je razina podzemne vode u tlu iznad dna temelja potpornog zida;

2) kada kod naglog pljuska procjedna voda zaostane iza potporne građevine jer ne može dovoljno brzo oteći;

3) kada potporna građevina štiti građevnu jamu koja se nalazi ispod razine podzemne vode;

4) kada potporna građevina štiti građevnu jamu koja se nalazi u dubokoj vodi.

U svim gore navedenim slučajevima na podupore djeluje hidrostatski tlak. Utjecaj hidrostatičkog tlaka se odstranjuje ugradnjom raznih tipova drenaža.

Kod svih potpornih građevina koje štite građevne jame od prodora podzemne ili otvorene vode, podupore moraju preuzeti opterećenja hidrostatičkim tlakom.

RPV

∆hH

h1

h2

dija

gram

uku

pnog

hidr

osta

tsko

g pr

itisk

a

ρ∗ ∗g h1

ρ∗ ∗∆g h

ρ∗ ∗g h2

RPV

∆hH

a) b)

h1

h2

dija

gram

uku

pnog

hidr

osta

tsko

g pr

itisk

a

ρ ∗ ∗∆w

g hnepropusnapodloga

Utjecaj hidrostatičkog pritiska na zagatnu stijenku a) zabijenu u nepropusnu podlogu, b) zabijenu u propusno tlo

50

Page 53: Geotehnicko inzenjerstvo

Na poduporu na prethodnoj slici desno djeluju hidrodinamičke sile. Voda uslijed razlike potencijala teče kroz tlo. Pri tom dolazi do promjene efektivnih naprezanja. Mijenja se veličina pornih pritisaka. Da bi se račun mogao provesti, potrebno je poznavati strujno polje koje je prikazano na slijedećoj slici. Rezultati se koriste da bi se izračunali efektivni pritisci u okolini podupore.

σ'= σ-u

∆A∆l ∆Η

Η

Strujna cijev

Razupora

Strujnice

Nepropusna podloga

lhi

∆∆

=

)(

)(izl l

hi

01

01

∆=

Strujna mreža iza zagatne stijenke

RPV

H

σ’Αh stat

σ’Ph stat

σ’Αh din

σ’Ph din

RPV

H

u

ustat

udin

2 uu =u1 2

1

ρ ∗ ∗w 2

g h ρ ∗ ∗w 1

g h

h2

h1

a) b)

z z∆h ∆h

Dijagram hidrodinamičkog tlaka u usporedbi s hidrostatičkim a) i njegov utjecaj na promjenu bočnih efektivnih naprezanja b)

51

Page 54: Geotehnicko inzenjerstvo

Kod naglih pljuskova se javlja tečenje u tlu iza podupora. Ovo tečenje utječe na efektivna naprezanja u klinu tla koji se oslanja o poduporu.

U - uzgon na klizni klin

u

1

2

3

4

5

6

dijagram raspodjele pornih pritisakana kritičnu kliznu plohu

strujna mrežarazina vodeu drenaži

drenaža

glineni čep

procjednica hp2

G’

GN’

UT’

T1Q1 EA

Gw

EA1

Q’

ϕ

poligon sila za stanje efektivnih naprezanja i pri djelovanju uzgona

Utjecaj hidrodinamičkog pritiska na kritični klizni klin pri naglom pljusku

Uzgon s prethodne slike potpuno mijenja raspored sila koje djeluju na potporni zid.

52

Page 55: Geotehnicko inzenjerstvo

Uspravne sile

Uspravne sile mogu djelovati na samu potpornu građevinu (stupovi građevine koja se na poduporu oslanja, rasvjetni stupovi i sl.). U tom slučaju se u ukupnom računu zbrajaju s težinom podupore. Treba provjeriti mogu li izazvati slijeganje podupore i time izmijeniti raspored bočnih pritisaka.

Uspravne sile mogu djelovati unutar kritičnog kliznog klina i povećati ukupni pritisak na poduporu. Ako je uspravna sila izvan kritičnog kliznog klina a dovoljno blizu njemu, također može dodatno opteretiti poduporu.

H

x

∆σh max

∆σh vmax

=K∗∆σmax

∆σv max

z

P

α

Proračun utjecaja uspravnih sila na poduporu

Isti se postupak može provoditi za utjecaj temelja susjednih građevina koje se nalaze u blizini potpornih građevina. Za plošna opterećenja koja djeluju odmah iza podupore ili na udaljenosti dovoljnoj da na nju imaju utjecaj, može se provesti sličan postupak.

53

Page 56: Geotehnicko inzenjerstvo

HH

p p

p K∗ p K∗

p K∗

x

σh(z=H)

σh(z=H)

zz

α

ϑ

Utjecaj plošnog uspravnog opterećena na poduporu

Vodoravne sile

Vodoravne sile se javljaju kod pristana za brodove uslijed priveza broda, te prislanjanja broda pri pristajanju.

Vodoravne sile javljaju se na lukobranima uslijed udara valova.

Pristan u Rotterdamu, posebni sustav za prihvaćanje vodoravne sile od priveza broda

54

Page 57: Geotehnicko inzenjerstvo

Pridržanja

Pridržanja mogu biti vodoravna, kada je riječ o zategama i nekim vrstama sidara ili kosa. Koso pridržanje najčešće se izvodi sidrenjem u dublje slojeve tla u zaleđu potporne građevine. Veličine sila u pridržanjima ovise o dozvoljenim pomacima, prednaprezanju, samonaprezanju i slično. Bez obzira na smjer ovih sila za njih je potrebno osigurati ispravan ležaj i ispravan prijenos tih sila na poduporu. Najizraženiji su slučajevi sidrenih građevina, kod kojih su sidra glavni prenosnici sila, a vanjski dijelovi podupore služe samo za raspodjelu sila na pridržanu plohu.

55