7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

1/67

GEOTEHNIGEOTEHNIKO INKO INENJERSTVOENJERSTVO

predmetni nastavnik:predmetni nastavnik: profprof.. drdr.. scsc. Tanja Roje. Tanja Roje--BonacciBonacci

5. Slo5. Sloene geotehniene geotehnike gra

evineke gra

evine

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

2/67

POVIJEST

Sloene geotehnike graevine su stare koliko i graditeljstvo. Graene po iskustvu,neke su trajale due, a neke su nestale u povijesti. Krenulo se od jednostavnih aliuinkovitih kao to je na pr. suhozid. Graeni bez veziva, potpuno propusni za vodu,odolijevaju stoljeima i vre zadanu ulogu. Obrambeni zidovi oko gradova i naseljadrugi su vid spomenika ovim graevinama, koje se jo i danas moe nai svugdje po

svijetu od Dubrovnika i Stona u Hrvatskoj do Velikog Zida u Kini.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

3/67

Industrijska revolucija krajem 18. i poetkom 19. stoljea stavlja sve vee zahtjeve predgraditelje. U takvom okruenju pojavljuju se, s jedne strane umjesto svestranih vienamjenskihgenija, usmjereni tehniki obrazovani pojedinci (inenjeri) koji su sposobni zadovoljiti naraslegraditeljske potrebe ranog industrijskog drutva.Istovremeno se razvijaju novi materijali i nove tehnologije kojee omoguiti graditeljske zahvateprema zahtjevima vremena. Kamen i opekupostepeno zamjenjuju proizvodi i smjese na bazicementa, a drvo kao klasini graevinski materijal preputa mjesto lijevanom eljezu, eliku ialuminiju.Pojava parnog stroja omoguuje razvoj kompresora, crpki, nabijaa, ostalih graevinskih idrugih strojeva, dekovilskih vlakova i slino. Dolazi do naglog razvoja eljeznice kao glavnogprijevoznog sredstva na kopnu. Duboki temelji izvode se pomou kesona, a graevne jame se

izvode metodom zamrzavanja tla. Reprezentativne graevine prestaju biti umjetni

ka djela tepostaju konfekcija koja zadovoljava potrebe sve veeg broja raznih drutvenih slojeva, ne samo

vladara i aristokracije.Parni je stroj naglo izmijenio veliinu teretnih i putnikih brodova. Dubine pristana u lukamamorale su biti znatno poveane. Pristani u lukama, koji su u osnovi potporne graevine, doivjeli

su nagli preobraaj i razvoj.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

4/67

Na slici koja slijedi prikazan je pristan u Rotterdamu. Stari pristan (19. st. ili ranije) zidanje u opeci na drvenim pilotima i podlozi od faina. Pristan je povien i pomaknut u voduza 4,5 m poetak 20. soljea. Time je povean gaz ispred njega. Na nove drvene pilotepoloeni su betonski blokovi i izvedena kolosjena konstrukcija. (Pristan se danas nalazi ustambenoj etvrti Rotterdama).

STARI PRISTAN

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

5/67

U 20. stoljeu promjene idu jo bre. Sredina i kraj 20. stoljea i armirani beton,visokovrijedni elik, injektiranje i druge nove tehnologije, dalje proiruju mogunosti u

razvoju mate graevinskog inenjera, kada su u pitanju potporne graevine. Kraj 20.stoljea i poetak novog tisuljea zapoinju s potpuno novim tehnologijama i materijalimakao to su prskani beton, armiran vlaknima, mlazno injektiranje sa i bez, armiranja, tkanii netkani geotekstili, karbonska vlakna i niz drugih proizvoda od plastinih masa. Zahtjeviglede veliine brodova, a time i pristana kao i skladinih prostora, prostora za kontejnere,

koji su hit kraja 20. stoljea, rastu.

U velikim gradovima, u nedostatku prostora, gradi se u dubinu. Veliki gradovi niz svojihkomunalnih i infrastrukturnih potreba rjeavaju u podzemlju. Za takvo graenje, graevne jame

vie nisu improvizirani prostori ve ozbiljne geotehnike graevine.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

6/67

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

7/67

U podruju prorauna i dimenzioniranja sloenih geotehnikih graevina, raunalnatehnika je dozvolila upotrebu potpuno novih metoda prorauna, omoguila istraivanja

varijantnih rjeenja, ubrzala proraune i oslikala rezultate. Ispitivanje materijala isofisticirane metode za dokazivanje kakvoe gradiva, kako prije ugradnje tako i nakonugradnje u graevinu, donijeli su potpuno novu dimenziju u moderno graenje.

I najsloeniji numeriki modeli poivaju na ispravnom odabiru parametara tla, a toostaje i dalje najsloeniji dio posla za geotehnikog inenjera.

Potporni zid visine H = 7.0m + 5.0m

Juna ograda brodogradilita SPLIT

5m

7m

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

8/67

Sloene geotehnike graevine generalno se mogu podijeliti u tri grupe.1 Potporne graevine s podgrupom zahvata za sanacije klizita;

2 Sloena temeljenja;3. Podzemne graevine

Potporne graevine su sastavni dio i mnogih gospodarskih graevina koje slue u razliitesvrhe. Na primjer, to su potporni (pridravaju nasip) i uporni (pridravaju zasjek) zidovi

na cestama, pristani u lukama, zidovi brodskih prevodnica, zidovi suhih dokova, upornjacimostova, bazeni crpnih stanica, osiguranja predusjeka tunela, dijelovi skladita za rasuteterete i sl. Na slici 1.1 prikazana je potporna graevina usjeka za graevnu jamu pri izvedbibrodske prevodnice uz branu Tri Klanca na rijeci Yangtze u Kini (1993.-2003.).

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

9/67

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

10/67

Prilikom izvedbe GRAEVNIH JAMAuvijek se javlja potreba izvedbe izvjesne vrstepotpornih graevina. Potporne graevine koje tvore graevnu jamu mogu biti privremene ili semogu konstruktivno uklopiti u buduu graevinu. Manje zahtjevni zasjeci kratkog trajanja tite se

raznim vrstama OPLATA koje se podupiru kosnicima ili pridravaju drvenim i/ili elinimrazuporama.Za sloenije, dublje graevne jame u ogranienom prostoru, izvode se razne vrste ZAGATNIHSTIJENKI: ELINO MURJE, DIJAFRAGME, BERLINSKO ZIE, nizovi PILOTA,MLAZNO INJEKTIRANI STUPNJACI, SIDRA i slino.

Hong-Kong Paris, Les Halles

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

11/67

eka, tunel Strahov sjeverni portal

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

12/67

Najsloenije graevne jame su one kojima dno iskopa see duboko ispod razine podzemnevode. Potporne graevine, koje tite ovakve graevne jame, optereene su hidrostatikimtlakom. Za zatitu ovih graevnih jama koriste se murja, zagatne stijenke i armirano betonske

dijafragme. One mogu biti dijelovi graevnih jama a ujedno i dijelovi buduih graevina. To suneprekinute graevine, izvedene u tlu ili zabijene u tlo.

U potporne graevine mogu se ubrojiti i razne vrste ZAGATA, koji su optereenipreteitohidrostatikim tlakom odnosno vodom od koje tite graevnu jamu.

To mogu biti nasipi s nepropusnom jezgrom, nasipi s nepropusnim ekranima (glina, asfalt,beton), elino murje u obliku sanduka ispunjeno tlom ili neka slina graevina.

Slue za zatitu gradilita od povrinske (mirne ili tekue) vode.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

13/67

Gra

evnajamaza

nuklearnuele

ktranunaatlan

skojobaliFrancuske

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

14/67

Na slici je prikazan primjer sloene potporne graevine iz prve polovina 20. stoljea,sastavljene od masivnog betonskog potpornog zida. (1); zagatne stijenke od elinih platica tipa

Hoesch (1937.), (2); zatega na meusobnoj udaljenosti od 3,00 m (3), sidrene gra

evine naelinim pilotima (4), i niza dubokih temelja u obliku pilota (5). Slika prikazuje crte (popreni

presjek) iz projekta raenog rukom.

MJ 1:150

0

-5

-10

-15

-6,0

p=10,00,00

1,50

0,00

RPV (5,00)

RPV

geotehnikosidro1

3

2

1,37

Primjena suvremene tehnologije (1) mlazno-injektirani stupnjaci=150cm s preklopom od 20cm zagatna stijenka; (2) mlazno-injektirane lameled=40cm - vododrivi dio graevine; (3) sidro duine8m, injektirano posljednjih 3m . (ACAD)

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

15/67

VRSTE POTPORNIH GRAEVINA

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

16/67

Dvije su osnovne vrste potpornih graevina:

1) one koje pridravaju zasjeke u prirodnom tlu i

2) one koje pridravaju nasipe.

Ovisno o tome pridravaju li prirodno tlo ili nasip, ovise vrste istranih radova koje je potrebnoizvesti da bi se dobili podaci potrebni za projektiranje. Autohtono se tlo iza i ispod buduegzida mora detaljno ispitati. Za svaku potpornu graevinu potrebno je izraditi projekt.

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

Prema Eurokodu 7potporne su graevine podijeljene na tri osnovne skupine: GRAVITACIJSKIZIDOVI, ZAGATNE STIJENE i SLOENE POTPORNE GRAEVINE, koje ukljuujugraevine nastale kombinacijom gornjih dviju vrsta i sve ostale potporne graevine koje nespadaju u gornje dvije skupine.

Zajedniko im je svojstvo da su optereene jednostrano bonim pritiscima od tla i/ili vode

(mogue i nekih drugih tvari). Za potporne graevine optereene bonim pritiskom tla, ovisnoo dozvoljenoj veliini i smjeru pomaka klina tla iza graevine, bono optereenje moe biti urasponu od najveeg - PASIVNOG do najmanjeg - AKTIVNOG.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

17/67

Bitna je razlika u nainu preuzimanja vodoravnih sila po pojedinim vrstama potpornihgraevina slijedea:

POTPORNI ZIDOVI, sile preuzimaju preteito svojom masom (gravitacione graevine).

To su krute graevine.Za savladavanje veih visina dodaju im se sidra, zatege, razupore i kontrafori.Ako su sastavni dio graevine, mogu kasnije zatege biti zamijenjene dijelovima graevine u kojeje zid uklopljen. Graevine sloene na taj nain mogu u cijelosti preuzeti i ulogu potpornog zida.Raznim tehnikim zahvatima, drenaama i sl. spreava se utjecaj hidrostatskog pritiska napotporne zidove.POTPORNI ZIDOVI imaju TEMELJ i svi prorauni koji vrijede za proraun temelja, vrijede i zaproraun temelja potpornih zidova.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

18/67

Potporni zid od ARMIRANOG TLAje graevina uklopljena u nasip i s njime ini jednucjelinu. Kao cjelina djeluje kao gravitacijski savitljivi potporni zid. Nasip u podruju armiranjaizvodi se od nekoherentnih materijala da se izbjegne utjecaj hidrostatskog pritiska. Vlane silepreuzima, kako mu i ime kae, "armaturom" koja se u tlo ugrauje tijekom izvedbe. Licegraevine zatieno je posebnim komadima ili gradivom koje ujedno moe biti i armatura.Nema posebno oblikovanog temelja, ali podlijee provjeri dodirnih pritisaka.

sidreni rotilj

uzdunegrede

geotehnikadugasidra

jakoraspucalastijena

dio sidra

sidrene grede

tapnakratkasidra

uzdune

armiranegrede

raspucalastijena

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

19/67

ZAGATNE STIJENKE su savitljive graevine koje prenose optereenje u tlo pomakom(zbijanjem ili razrahljenjem tla) koji izazove deformacija savitljive stijenke. Deformacija aktiviraotpor tla u podruju u kojem je zagatna stijenka ugraena ili zabijena u tlo. Zagatne stijenke su

upete u tlo i njihov je proraun i dimenzioniranje slian proraunu savitljivog temelja naelastinoj podlozi. Pri tom treba voditi rauna da dio tla djeluje kao optereenje, s AKTIVNIMTLAKOM ILI TLAKOM MIROVANJA, to ovisi o ostvarenim pomacima, dok dio optereenjapreuzima AKTIVIRANJEM PASIVNOG OTPORA. Puno aktiviranje pasivnog otpora zahtjevaveliku deformaciju tla i konstruktivnog elementa koji se na tlo oslanja to moe dovesti do

nedopustivo velikog pomaka graevine. Stoga pri proraunu ovih graevina treba uskladitidozvoljene vrijednosti deformacije i veliinu aktiviranog pasivnog otpora.

jam

a

graevna

jama

graevna

jama

graevna

jama

R PV RPV- azina

odzemneode

Rpv

R P V

R PV

geotehnik o

sidro

vodoravna

r

r

a

a

z

z

u

u

p

p

o

o

r

r

a

a

kosa

slobodnostojea

viestrukousidrena

sa zategom razuprta

graev

na

zatega sidreni blok ili zid

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

20/67

Razlikuju se dvije vrste ovakvih graevina:VODONEPROPUSNA ZAGATNA STIJENKA, koja preuzima optereenje

HIDROSTATSKIM TLAKOM. Zabijena je u tlo po cijelom tlocrtu kojeg titi do potrebnedubine. Izvodi se od najrazliitijih vrsta materijala od drvenih platica (talpi), predgotovljenihAB elemenata preko elinih platica do armiranobetonskih elemenata izvedenih u tlu. Morabiti vododriva.BERLINSKI ZID zabijen u tlo na odreenim mjestima, optereenje od tla preuzima samo

do dubine iskopa i nije optereen hidrostatskim tlakom. Osnovni dijelovi su piloti - vodilice(elini I profili, AB piloti zabijeni ili izvedeni u tlu i slino) i platice koje se sputajuizmeu pilota tijekom iskopa. Platice mogu biti drvene, eline ili tvorniki izraene AB.

Armiranobetonske zagatne stijenke najee su sastavni dio budue graevine dok su sve

druge vrste uglavnom privremene graevine.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

21/67

SIDRENE GRAEVINE optereenja preuzimaju sustavom sidara uvrenih iza potencijalnogkliznog klina. Sidra su nosivi elementi ugraeni u unaprijed izvedene buotine u tlu. Ima ihraznih vrsta, ovisno o namjeni. Razliita su sidra koja se ugrauju u stijensku masu od onih koja

se ugrauju u tlo. Funkcija im je slina. Povezuju vanjsko lice tla sa stabilnom masom u zaleu.Uz sidra moe na povrini tla postojati nosiva graevina. Povrinsku nosivu graevinu mogutvoriti pojedinani blokovi, grede, ploe i ljuske. Optereenje je uvijek od tla dok je vodiomogueno slobodno istjecanje na povrinu. Na taj nain nema mogunosti pojave hidrostatskogpritiska. U ovu grupu mogu se svrstati i tzv. iglane ili avlane graevine. One se sastoje od veeg

broja sidara i povrinske graevine. Neki autori iglane graevine svrstavaju u ojaana tla, zajednos armiranim tlom.Sidrene graevine NEMAJU TEMELJA, odnosno mogu imati pojedine stope koje preuzimajudio vlastite teine graevine. Oblik im je uvijek prilagoen obliku pokosa kojeg pridravaju.Najee se izvode za osiguranje zasjeka u stijenskim masama.

sidreni rotil

uzdunegrede

geotehnikaduga

sidra

akoraspucalastijena

dio sidra

sidrene grede

tapnakratkasidra

uzdunearmiranegrede

raspucala

stijena

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

22/67

glava sidra

nosiva greda

stijena ili tlo

slobodnaduinasidra

sidrenadionica

valjkastotijelo nastaloinjektiranjem

Osnovni nosivi dio sidrenih graevina su SIDRA. Na slici 2.16 prikazano je geotehniko sidro.

Sidara ima raznih tipova i vrsta. Sidra su odavno poznati graevni elementi, koji optereenjaprenose na zatezanje. Tehnolokim razvojem, nain ugradnje i privrenje u tlo proirili sumogunosti primjene sidara.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

23/67

ZAGATI slue za izvedbu graevnih jama u vodi. Zadatak im je omoguiti rad u suhojgraevnoj jami. Preuzimaju pritisak vode. Spadaju u posebno sloenu vrstu potpornihgraevina. Nasip je esto sastavni dio zagata. Zagati se bitno razlikuju od ostalih potpornih

graevina. 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 isloene geotehnike graevine, koje inenjeru dozvoljavaju veliku slobodu u izboru oblika imaterijala za izvedbu. Kod velikih graevnih jama pojedini zagati su zasebne geotehnikegraevine i kao takve ih treba i projektirati u svakom smislu.

Raznolikost oblika i materijala je tolika da je vrlo teko nabrojiti sve mogunosti. Daljnjimrazvojem tehnologije, kako strojeva tako i graevinskih materijala, potporne graevine ekarazvoj nesluenih mogunosti.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

24/67

OPTEREENJA

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

25/67

Proraun sloenih potpornih graevina provodi se u tri koraka:

1. odredi se optereenja na cjelovitu graevinu. - geotehniki proraun.

2. dimenzionira se pojedine nosive dijelove graevine. - podru

je drvenih, metalnih,zidanih, betonskih, armiranobetonskih graevina,

3. provjeri se stabilnost graevine zajedno s okolnim tlom kao cjelinom. -geotehnikeproraun, analiza stabilnosti.

Sloene potporne graevine uvijek, kao glavno optereenje, preuzimaju bone pritiske od tla,vode i/ili neke druge tvari koju podupiru.Za proraune u mehanici tla, koristi se teorija graninih stanja plastine ravnotee (teorijaplastinosti), teorija elastnosti i teorija elastoplastinosti.Na slici su prikazani modeli tla kojima se koristi teorija graninog stanja plastinog loma

0

0

osnovni model model s

ovravanjem

model s

omekavanjem

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

26/67

( )/21 3 ( )/21 3

1

1

2

2

33

iterativno tangentno

Mogui naini priblinog odreivanja nelinearnih odnosanaprezanje-deformacija

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

27/67

Nelinearni elastiNelinearni elastini modelni model ((DuncanDuncan--ChangChang model),model),

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

28/67

Odnos uspravnog i vodoravnog naprezanja u tlu je promjenjiv, u zavisnosti od veliine ismjera deformacije. Objanjenje je dao Rankine (1857.) u teoriji plastinog sloma. Na slici unastavku prikazan je potrebni smjer pomaka i plohe sloma, za odgovarajue Rankinovo granino(lomno) stanje naprezanja.

h(aktivno)h (mirovanja)

aktivniklin tla pasivniklin tlaH

visina zidaH H

h (pasivno)

visina zida visina zida

tlo u mirovanju rastezanje tla zbijanje tla

Deformacijska svojstava i teoriju graninih stanja mogue je putem konstitutivnih jednadbi

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

29/67

Deformacijska svojstava i teoriju graninih stanja mogue je putem konstitutivnih jednadbiuklopiti u sloene geotehnike proraune koji koriste numerike analize. Granina stanjaplastine ravnotee osnivaju se na poznavanju Mohr-Coulombovog zakona, odnosno poznavanju

parametara vrstoe na smicanje, (kohezija, c, i kut unutranjeg trenja,). Bez poznavanjaovih parametara, rjeenja pomou ove teorije nisu mogua.

Dananje raunarske mogunosti omoguuju koritenje i drugih modela kao na primjer modela sovrivanjem ili omekavanjem, a najee linearnoelastinih-idealno plastinih modela bez ili somekavanjem odnosno ovrivanjem.

POTPORNA GRAEVINA biti e optereena AKTIVNIM TLAKOM onda i samo onda akose tlu iza podupore omogui makar i mali pomak.

0

10

20

30

40

0 2 4 6 8 10 12

Vodoravni pomak zida od tla [mm]

R

Bonas

ilanametard

uni

po

dupore[kN]

ezultati ispitivanja zida visine 2 m.

Jednoliko optereenje iznad krune zidaod 27 kPa (prema Caredr i sur., 1977.)

AKO NEMA POMAKANEMA NI GRANINOG

STANJA LOMA.

Koeficijent bonog tlaka K koji povezuje veliine glavnih naprezanja nije jednoznaan Ovisi o

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

30/67

65

2

1

K00,50,40,30,2

0,1

aktivnipritisak

pasivni otpor

KP

KA

rastezanje zbijanje

10 105 54 43 32 21 1 876 9

[ ] [ %]ll+ H H

Koeficijent bonog tlaka, K, koji povezuje veliine glavnih naprezanja nije jednoznaan. Ovisi oveliini deformacije. Odnos koeficijenata bonog tlaka za granina stanja ravnotee i stanjemirovanja prikazan je na slici

TLAK MIROVANJA

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

31/67

TLAK MIROVANJA

Glavna naprezanja, uspravno i vodoravno, meusobno su zavisna. Ova su dva naprezanja, za tlo

vodoravne povrine, meusobno povezana koeficijentom bonog tlaka mirovanja, K0 na nainiskazan jednadbom: h=K0 v

Potporna graevina esto mora preuzeti boni pritisak a da pri tome nedoe do nikakvog pomaka. To se odnosi na one graevine koje tite

postojee temelje i/ili podrumske zidove i sli

no. Kod ovakvihpotpornih graevina ne smije se pojaviti pomak, jer dolazi do

oteenja upravo onoga to se eli zatititi ili izgraditi. Tada seproraun provodi uzimajui u obzir stanje mirovanja, a odnosvodoravnog i uspravnog naprezanja vezan je koeficijentom tlaka

mirovanja, K0.

K>1

K

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

32/67

)'sin1(

'sin3

21

)'sin1(+

+

( )

15,5'sin1 min

komp

v

h

E

E

1(max=0,5)Tschebotarioff (1973.); (, Poissonov koeficijent)

Moroto i Muramatsu (1987.):Eh i Ev moduli elastinosti tla u vodoravnom (h) i

uspravnom (v) smjeru

elastinosti

Sherif i sur. (1982.)komp zbijena gustoa;min minimalna gustoa.

zbijenipijesak

0,4 0,5Terzaghi (1920.)

(1-sin')OCRsinMayne i Kulhway (1982.)(OCR=p'/v0,prekonsolidirano

nekoherentno tlo; 0,5

uklje (1979.)

0,95-sin'Brooker i Ireland (1965.)(daje rezultate slinije teoretskoj Jkyevoj jednadbi)

(1-sin')(1+sin)Danski geotehniki institut(nagnuta povrina tla iza podupore za kut )

1-sin'Jky (1944.) pojednostavnjena

Jky (1944.) (za rahli pijesak)

plas

tinosti

normalnokon

solidirano

K0AutorTeorija

Tlo

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

33/67

Tipine vrijednosti koeficijenta tlaka mirovanja, K0

3jako prekonsolidirana glina (OCR=20)

1prekonsolidirana glina (OCR=3,5)

0,5-0,6normalno konsolidirana glina

0,6rahli pijesak

0,35zbijeni pijesak

K0Vrsta tla

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

34/67

GRANINA STANJA PLASTINE RAVNOTEE

Bit metode graninih stanja plastine ravnotee sastoji se u tome, da se pronae ploha po

kojoj e se pod odreenim uvjetima dogoditi plastifikacija do loma u tlu.

vrijedi:X = 0Y= 0

M = 0

i zakon loma, koji je u tlu odreen Mohr-Coulombovim zakonom vrstoena smicanje:

+= tgc n

RANKINEOVA TEORIJA GRANINIH STANJA PLASTINE RAVNOTEE

1

3

Z

= 45+2

ZID

aktivnostanje

aktivno

stanje

pasivnostanje

pasivnostanje

pomak

Pretpostavke pod kojima vrijedi ova teorija su slijedee:

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

35/67

p p j j j j1. Povrina tla je vodoravna;

2. Podupora je uspravna;

3. Pomak u tlu je vodoravan (rastezanje ili zbijanje);4. Nema trenja izmeu tla i podupore.

AKTIVNO STANJE GRANINE RAVNOTEE

)245( += o

)(5,0 min31

)(5,0 min31 +

f

2

fc

c ctg

1

1

3 3

3min 3 1

)245( += o

)(5,0 min31

)(5,0 min31

Lom uslijed rastezanja tla i smanjenja 3 na minimum. Izraz za, KA, u takvim uvjetima glasi:

KA=tg2 (45-/2)

PASIVNO STANJE GRANINE RAVNOTEE

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

36/67

)245( += o

f

2

f

c

c ctg

1

1

3 3

3maks3 1

)245( += o

0,5( - ) 3maks 1

0,5( ) 3maks 1+

Lom uslijed zbijanja tla i poveanja 3 na maksimum. Izraz za, KP, u takvim uvjetima glasi:

KP=tg2 (45+/2)

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

37/67

Iz geometrijskih uvjeta na slikama za aktivno i pasivno stanje sloma, mogue je povezativodoravna naprezanja h i uspravna naprezanja v.

AvAA Kc2K = PvPP Kc2K +=

Ako se odabere za, A = 0, iz gornje jednadbe dobiva se da je: A0A Kc2zgK =

A0

Kgc2z

=iz ega proizlazi da je:

H

EA

EP

g h KP g h KA

z0

13

z )0

(H-

KAc2

H

H/3

KP

c2

H/3

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

38/67

Proizlazi da u koherentnim tlima postoji odreena visina do koje je mogue uspravno zasjei, ada pri tome ne doe do uruavanja. Proraun aktivnog tlaka u takvim tlima dat e i visinu zasjeka

do koje je ukupna sila aktivnog tlaka jednaka nuli tj.: 0dzE H

0AA ==

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:

A00

Kg

c4z2H

==

H

H0

EA

*g*h KA

z0

13

(H-z )0

KAc2

Nakon nekog vremena e se na povrini tla pojaviti vlane pukotine Njihova se dubina

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

39/67

Nakon nekog vremena e se na povrini tla pojaviti vlane pukotine. Njihova se dubinavremenom poveava i dolazi do promjene uvjeta ravnotenog stanja te do otkidanja kritinogkliznog klina. Stoga za trajne potporne graevine nije preporuljivo ukupnu silu aktivnog tlaka ukoherentnim materijalima raunati kao:

=H

0AA dzE

=

H

z AA 0 dzE

U tom sluaju aktivni pritisak predstavlja ukupnu povrinu pozitivnog dijela dijagrama :

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

40/67

A

A

z

z

z

z

z

z

P

P

p

p

p

p

Aktivnostanje

Pasivno

stanje

smjerpomaka

smjerpomaka

A

A

B

B

F

G

D

CE0

Granino stanje ravnotee u tlu s nagnutom gornjom povrinom

+

= 22

22

Acoscoscos

coscoscos

K

+=

22

22

Pcoscoscos

coscoscosK

Utjecaj trenja izmeu podupore i tla iza nje

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

41/67

Utjecaj trenja na oblikplohe sloma za aktivnostanje naprezanja

Utjecaj trenja na oblik plohe sloma za pasivno stanje naprezanja

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

42/67

Na slici je prikazan oblik plohe sloma za sluaj pasivnog stanja granine ravnotee, kada se

podupora gura tlo u odnosu na prvobitni poloaj.

Na slici je prikazan oblik plohe sloma za sluaj pasivnog stanja granine ravnotee, kada se

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

43/67

Na slici je prikazan oblik plohe sloma za sluaj pasivnog stanja granine ravnotee, kada sepodupora podie prema gore u odnosu na prvobitni poloaj.

Modelsko ispitivanje

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

44/67

Klizne plohe za sluaj kada podupora zaokree oko toke B za aktivno i pasivno stanje

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

45/67

Klizne plohe za sluaj kada podupora zaokree oko toke B za aktivno i pasivno stanje

H H

pom ak pomak

EA

EP

+-

B B

AA A AC C

DD

90-90+

45+ /2 45- /2

Kritine klizna plohe kada podupora zaokree i tone u odnosu na klizni klin

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

46/67

Kritine klizna plohe kada podupora zaokree i tone u odnosu na klizni klin

H H

p pomako m a k

pomak

EA

EP

+

B B

AA A AC C

DD

90-90+

45- /245+ /2

po

mak

aktivno pasivno

Kritine klizne plohe koje se najee koriste u praksi za proraun bonih pritisaka na potporne

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

47/67

Kritine klizne plohe koje se najee koriste u praksi za proraun bonih pritisaka na potpornegraevine.

B B B

A A A

CC

C

O

ravna kliznaploha kruna kliznaploha klizna ploha uobliku logaritamske spirale

Q

Q Q

GG

G

Pl h l ) lij d k j d k k O li

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

48/67

Ploha sloma a) uslijed okretanja podupore oko toke O oznaene strelicom

b) ploha sloma pri savijanju uspravne podupore zbog male krutosti

a) b)

Coulombova teorija bonog zemljanog pritiska

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

49/67

EA

EP

+

-

BB B

A A

C

pomak zida

aktivnostanje pasivnostanje

Pomak i oblik kliznog klina za Coulombova stanja granine ravnotee

Grafiki prikaz za Coulombovo rjeenje aktivnog pritiska na poduporu A-B za nekoherentnotlo

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

50/67

A

G

GEA

E

H

A

Q

Q

()

180(+)

C

B

90

H1

H

H/3

eA

EA

A

B eA1

Raspodjela aktivnog pritiskana poduporu (A-B)

Iz grafike konstrukcije na slicividi se da je veliina sile, EA,ovisna o slijedeim veliinama:

EA=EA(H,, , ,,,)

Kako se za zadane veliine trai kritini klizni klin, (na slici odreen kutom ), kojidaje najveu silu pritiska na zid, tako se iz uvjeta:

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

51/67

A

G

GEA

E

H

A

Q

Q

()

180(+)

C

B

0E

=

dobiva izraz za koeficijent aktivnog pritiska KAprema oznakama na slici:

( )

( ) ( ) ( )

( ) ( )

22

2

A

sin*sin

sin*sin1*sin*sin

sin

K

++

+

+

=

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

52/67

EAEA

Q1,2,3,4,5

90+

+

C3

C (ravna klizna ploha)kritino

C4C5C1

C2

A

BG 1

G 2G 3

G 4G

G1G2

G3

G4

G5

5

b b b b b

H

G =b g)(

a) b)

Culmannova konstrukcije najvee sile aktivnog pritiska za sluaj c=0

EA

Q1,2,3,4,5

90+G1

G2

G3

G4

G5

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

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

53/67

A

B

WG

EA Q

L

K

G

EA

Q

K

K=L c

A

B

H

G 1

G 2

G 3G 4

G 5

G 6EA

+

90

poligon bez kohezije

poligon s kohezijomK1

K2 K3 K4

K5

K6

Kulmannova linija

za koherentno tloiza potpornog zida

Raspodjela naprezanja za koherentno tlo koritenjem Culmannove grafike metode i stvarnateoretska raspodjela

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

54/67

H

E

EAKulmanAKulman

eAKulman eAteor. dole

eAteor. gore

z0

1

3

z )0

(H-

KAc2 KAc2

H

H

(H-H )/30

(H-H )/30

0

teoretska raspodjela

Aktivni klin u koherentnom materijalu s vlanom pukotinom na izlazu kritinog kliznog klina iztla i poligonom sila (prema Coulombovom rjeenju)

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

55/67

z0

G

EA Q

K

L

T=c Zz 0

K =c*LK

G

Q

EApodupora

T

H

x

B

A

(Z =z +H)0 o

Pasivno stanje

Pasivno stanje nastaje kada iz nekog razloga doe do zbijanja tla.

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

56/67

j j g g j j

A

EP

G

Q

Q

G

EP

+

+

B

C

Pasivni klin i poligon sila za sluaj pasivnog otpora u nekoherentnom tlu

( )

( ) ( ) ( )

( ) ( )

2

2

2

P

sin*sin

sin*sin1*sin*sin

sinK

++

+++

=

Iz geometrijskih odnosa sa slike 2.28 moe se dobiti izraz za koeficijent pasivnog otpora KP

Zakrivljeni oblici kritinih kliznih ploha

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

57/67

Na slici je prikazana klizna ploha oblika logaritamske spirale. Ovakva se ploha oblikuje pri

zaokretu podupore oko toke A.O

r1

r2

CA e

E

Q

G

B

E=(G g)/e

iz ravnotee momenataH

H=0,5

5H

g

Na slici je prikazan sluaj klizne plohenastale zakretanjem podupore oko tokeA na modelu od sitnog ljunka.

Odreivanje najvee sile aktivnog pritiska na zid za kliznu plohu oblika logaritamske spirale

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

58/67

1

Ema

x

1 2 3 4

G

H=0,55

H

H

1G2G3G4

e

1

r01

r11 E

1E4

Ostala optereenja

Optereenje vodom

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

59/67

Optereenje vodom

Voda na potporne graevine djeluje hidrostatikim i hidrodinamikim tlakom. Oni se javljaju unekoliko sluajeva:

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

2. kada kod naglog pljuska procjedna voda zaostane iza potporne graevine jer ne moe

dovoljno brzo otei;

3. kada potporna graevina titi graevnu jamu koja se nalazi ispod razine podzemne vode;

4. kada potporna graevina titi graevnu jamu koja se nalazi u dubokoj vodi.

U svim gore navedenim sluajevima na podupore djeluje hidrostatski tlak. Utjecaj hidrostatikog

tlaka se odstranjuje ugradnjom raznih tipova drenaa.Kod svih potpornih graevina koje tite graevne jame od prodora podzemne ili otvorene vode,

podupore moraju preuzeti optereenja hidrostatikim tlakom.

Utjecaj hidrostatikog pritiska na zagatnu stijenku

a) abijen neprop sn podlog b) abijen prop sno tlo

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

60/67

RPV

h

H

h1

h2

dijagra

mu

kupnog

hidrostat

skogpritiska

g h1

g h

g h2

RPV

h

H

a) b)

h1

h2

dijagra

mu

kupnog

hidrostat

skogpritiska

g hnepropusnapodloga

a) zabijenu u nepropusnu podlogu, b) zabijenu u propusno tlo

Na poduporu, zabijenu u propusnu podlogu, djeluju hidrodinamike sile. Voda uslijed razlikepotencijala H tee kroz tlo s vieg ka niem potencijalu Pri tom se javlja strujna sila i

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

61/67

potencijala, H, tee kroz tlo s vieg ka niem potencijalu. Pri tom se javlja strujna sila idolazi do promjene efektivnih naprezanja. Mijenja se veliina pornih pritisaka. Da bi se raunmogao provesti, potrebno je poznavati strujno polje koje je prikazano na donjoj slici. Rezultatise koriste da bi se izraunali efektivni pritisci u okolini podupore.

A

l

Strujna cijev

Razupora

Strujnice

epropusna podloga

l

h

i

=

)()(izl l

hi01

01

=

a) Dijagram hidrodinamikog tlaka u usporedbi s hidrostatikim

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

62/67

RPV

H

hstat

Phstat

hdin

Phdin

RPV

H

u

ustatudin

2 uu =u1 2

1

w 2

g h w 1

g h

h2h1

a) b)

z zh h

b) Njegov utjecaj na promjenu bonih efektivnih naprezanja

Kod naglih pljuskova se javlja teenje u tlu iza podupora. Ovo teenje utjee na efektivnanaprezanja u klinu tla koji se oslanja o poduporu

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

63/67

p j j j p p

U- uzgon na klizni klin

u

1

2

3

4

5

6

dijagram raspodjele pornih pritisaka

na kritinu kliznu plohu

strujna mrearazina vodeu drenai

drenaa

glineni ep

procjednica hp2

G

G

N

U

T

T1 Q1EA Gw

EA1

Q

poligon sila za stanje efektivnihnaprezanja i pri djelovanju uzgona

U OVOM SLUAJU DRENAA NEMA NIKAKVOG UINKA NA SMANJENJE PRITISKA

Uspravne sile

U il dj l ti t i i/ili t k iti kli kli

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

64/67

Uspravne sile mogu djelovati na samu potpornu graevinu i/ili unutar kritinog kliznog klina

Ako je uspravna sila izvan kritinog kliznog klina a dovoljno blizu njemu, takoer moe dodatnoopteretiti poduporu.

H

x

h max

h vmax

=Kmax

v max

z

P

Isti se postupak moe provoditiza utjecaj temelja susjednihgraevina koje se nalaze u blizinipotpornih graevina.

Utjecaj plonog uspravnog optereena na poduporu

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

65/67

HH

p p

p K p K

p K

x

h(z=H)

h(z=H)

zz

Vodoravne sile

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

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

66/67

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

prihvaanjevodoravne sile odpriveza broda

tlano-vlani piloti

Pridranja

7/25/2019 Poglavlje 5 Potporne Graevine I

67/67

Pridranja mogu biti vodoravna, kada je rije o zategama i nekim vrstama sidara ili kosa. Kosopridranje najee se izvodi sidrenjem u dublje slojeve tla u zaleu potporne graevine. Veliinesila u pridranjima ovise o dozvoljenim pomacima, prednaprezanju, samonaprezanju i slino. Bezobzira na smjer ovih sila za njih je potrebno osigurati ispravan leaj i ispravan prijenos tih sila napoduporu. Najizraeniji su sluajevi sidrenih graevina, kod kojih su sidra glavni prenosnici sila,

a vanjski dijelovi podupore slue samo za raspodjelu sila na pridranu plohu.