Potporne konstrukcije 5

5. Potporne konstrukcije

5.1. Vrste potpornih konstrukcijaSVRHA, IZBOR I PODJELA POTPORNIH KONSTRUKCIJAPotporne konstrukcije obino slue za bono pridravanja tla kad god to izgradnja neke graevine ili ureenje zemljita to zahtijeva. Takve su konstrukcije redovito znaajno skuplje od izvedbe stabilne i samostojee kosine u tlu pa su razlozi njihovog izbora obino nedostatak prostora za slobodne kosine, kao to je sluaj pri izgradnji graevnih jama pored postojeih graevina, vrijednost vodoravne ravne povrine terena ispred i iza zida dobivene njegovom izgradnjom, tednja na koliini iskopa ili nasipa pri izvedbi usjeka, zasjeka i nasipa na padinama, smanjenje raspona skupih nadvonjaka, namjena graevine kao to su obalne konstrukcije u lukama ili potreba ureenja obala, kao i mnogi drugi razlozi koje nameu posebne okolnosti prisutne pri izgradnji pojedinih graevina, kao to su primjerice konfiguracija terena, namjena graevine, te transportni i tehnoloki zahtjevi. Na izbor vrste i dimenzija potporne konstrukcije, osim njene konane namjene, vaan utjecaj ima i nain njene izgradnje, jer odgovarajui kriteriji pouzdanosti moraju biti zadovoljeni za obje te faze. Zato je, moda, pouno podijeliti potporne konstrukcije u dvije iroke skupine ija je jedina razlika

2

5 P OTPORNE KONSTRUKCIJE

nain njihove izgradnje. U prvu grupu spadaju potporne konstrukcije koje se mogu graditi samo ako tlo na njih ne pritie, a u drugu grupu one koje se grade u tlu bilo prije ili tijekom iskopa tla ispred njih. Prve se nazivaju zasipanim, a druge ugraenim potpornim konstrukcijama. U zasipane potporne konstrukcije spada masivni potporni ili gravitacijski zid, najstarija vrsta meu potpornim konstrukcijama, armirano-betonski L i T zidovi, razni tipovi montanih zidova, gabioni, ali i konstrukcije od armiranog tla, jedna od najmlaih vrsta potpornih konstrukcija. Ugraene potporne konstrukcije obino su plonog oblika i novijeg su datuma, a predstavljaju ih razni zidovi od zabijenih platica ili talpi, armirano-betonske dijafragme, razliite pilotne stijene izgraene iz zabijenih ili buenih pilota te, u novije vrijeme, konstrukcije od avlanog tla.

ZASIPANE POTPORNE KONSTRUKCIJESlika 5-1 prikazuje tipine zasipane zidove: gravitacijski masivni betonski zid, armirano-betonski T zid, armirano-betonske L zidove te zid od gabiona. Za izgradnju ovih zidova potrebno je osloboditi prostor na kojima se oni mogu nesmetano graditi, da bi se nakon zavretka gradnje prostor iza zida zasipao nekim pogodnim ili prirunim zemljanim materijalom. Ako se takovi zidovi koriste u usjecima u kojima treba potkopati kosinu da bi se oslobodio prostor za izgradnju zida, treba osigurati da se zasijecanjem kosine ne izazove njena nestabilnost te pokrene mogue klizite. U tom sluaju kosina se zasijeca samo za dio zida, obino u duini priblino jednakoj visini zasijecanja. Takav segment ukupnog budueg zasjeka naziva se kampadom. U takvoj kampadi treba izgraditi zid i zavriti zasip tlom u njegovoj pozadini prije nego se zasijeca susjedna kampada. Da bi se ubrzali radovi na zasijecanju i izgradnji zida, mogu se zasijecati prvo neparne kampade, dok se parne zasijecaju tek kad je u neparnim zavrena izgradnja zida sa zasipom. Ponekad ni to nije dovoljno za osiguranje stabilnosti kosine pa se izvode prvo svaka trea kampada, itd. Proraunom stabilnosti iskopanih kampada i susjednih neiskopanih dijelova kosine, na koje se prenosi dodatno optereenje izazvano iskopom, treba dokazati stabilnost u svim fazama izgradnje zida. Proraun se obino izvodi uz pojednostavljene pretpostavke obzirom na trodimenzionalni karakter problema. Gravitacijski masivni zid najjednostavnija je vrsta zida. Ime je dobio prema uzroku njegove stabilnosti, a to je teina samog zida. Nekad su se takvi zidovi izvodili i iz kamena ili opeke, ali danas obino iz nearmiranog betona. Slika 5-1 daje okvirne dimenzije takvih zidova od kojih se kree u provjerama stabilnosti i izboru konanih dimenzija.

5.1 VRSTE POTPORNIH KONSTRUKCIJA

3

Slika 5-1 Tipine vrste zasipanih zidova s preliminiarnim proraunskim dimenzijama: gravitacijski masivni betonski zid (gore lijevo), armiranobetonski gravitacijski zid (gore desno), armirano-betonski L zidovi (u sredini), gabionski zid (dolje)

Ista slika prikazuje i lake, armirano-betonske T i L zidove za koje je potrebno mnogo manje betona, nego za masivni zid. Stabilnost zida se postie oblikovanjem samog zida kao i teinom tla koja pritie stopu u

4


pozadini zida. I ovdje su prikazane okvirne dimenzije takvih zidova kao prvi korak njihovog konanog oblikovanja i dimenzioniranja. Posebnu vrstu gravitacijskih zidova ine esto koriteni gabionski zidovi. Oni se izgrauju slaganjem gabiona, kva darskih koara, obino dimenzija 1x1x2 m, izraenih od pletenih mrea pocinane, a ponekad i plastinim premazom zatiene, eline ice. Koara se iz pred gotovljenih elemenata slae na licu mjesta te puni odgovarajuim lomljenim ili prirunim kamenom. Zid je vrlo pogodan jer osigurava dobro dreniranje tla iza zida, a njegova podatljivost omoguuje primjenu i tlima nejednolikih krutosti koja mogu izazivati probleme krutim zidovima. Nepovoljna im je strana to punjenje kamenom zahtijeva mnogo runog rada koji danas postaje sve skuplji. Ovi se zidovi ponekad rade u kombinaciji sa vodoravnim mreama koje se vodoravno ugrauju u zasip iza zida, a s prednje strane se veu na gabione. Upita strana takvih zidova je i njihova trajnost. Iz tog razloga koritena elina ica mora biti to bolje zatiena kako s vremenom ne bi korodirala, a zid izgubio svoju stabilnost. Takvom konstrukcijom postie se armiranje tla (preuzimanje vlanih naprezanja koje tlo ne moe preuzeti) pa ovi zidovi spadaju i u vrstu potpornih konstrukcije od armiranog tla. Osim prikazanih gravitacijskih zidova, u praksi se susreu i brojne druge vrste, obino patenti pojedinih proizvoaa. To se posebno odnosi na razliite vrste montanih zidova ili zidova izgraenih iz montanih dijelova. I na kraju nije nevano upozoriti da su takvi zidovi obino trajne konstrukcije pa ih treba i ukusno oblikovati kako ne bi predstavljali ruglo i sramotu svojih projektanata.

UGRAENE POTPORNE KONSTRUKCIJEKarakteristika ugraenih potpornih konstrukcija je da za njihovu izgradnju ne treba prvo iskopati tlo, a kasnije ga zasipati iza gotovog zida, ve se one posebnim tehnologijama izvode neposredno u tlu. Takve konstrukcije se mogu izvoditi i u okolnostima koje su nepovoljne za gravitacijske zidove, na primjer u neposrednoj blizini postojeih zgrada ili za izvedbu u vodi i slino. Slika 5-2 prikazuje nekoliko primjera u kojima dolaze do izraaja njihove prednosti. Ugraene potporne konstrukcije obino se grade tako da se ili pred gotovljeni elementi zabijaju u tlo posebnim strojevima ili se izvode, opet posebnim strojevima, rovovi u koje se ugrauje prvo armatura, a zatim se lijeva svjei beton. U prvu grupu spadaju stijene od zabijenih elinih talpi, a u drugu armirano-betonske dijafragme i pilotne stijene. Predgotovljeni elementi mogu biti armirano betonske ili eline talpe. Danas se mnogo ee koriste eline talpe. Za dublje konstrukcije, kad nosivost njihovog


5

Slika 5-2 Nekoliko tipinih primjera ugraenih potpornih konstrukcija: (a) ugraena potporna konstrukcija kao samostojei obalni zid ili (b) kao nosa obalne konstrukcija zajedno s grupom kosih pilota za preuzimanje horizontalnog optereenja; (c) sidrena ugraena potporna konstrukcija za zatitu graevne jame u neposrednoj blizini postojee zgrade s fazama izgradnje (1- ugradnja potporne konstrukcije i djelomini iskop do prvog reda sidara, 2- ugradnja prvog rada sidara, 3djelomini iskop do drugog reda sidara, 4- ugradnja drugog reda sidara, 5- prednapinjanje drugog reda sidara, 6- iskop do konane dubine jame)

presjeka postane ogranienje, mogu se ugraivati razupore ili sidra kao dodatni oslonci konstrukciji. eline talpe su posebni dugaki i uski elini elementi izraeni od valjanog elika koji su na svojim rubovima posebno oblikovani kako bi

6


(a)

(b)

(c)

(d)

Slika 5-3 Izvedba potporne konstrukcije od elinih talpi: (a) tipini popreni presjek eline talpe tipa Larsen s bravama na oba ruba i prikazom spajanja susjedne talpe, (b) ugradnja prve talpe u tlo zabijanjem (u gline i tvra tla) ili vibriranjem (u krupnozrna tla), (c) ugradnja druge tlape kojoj brava prve slui kao vodilica, (d) ugradnja ostalih talpi u nizu da bi se dobila potporna stijena

omoguili spajanje niza takvih elemenata u zidove. Ovi posebno oblikovani rubovi talpi nazivaju se bravama. Na tritu je dostupan veliki broj razliitih talpi za razliite namjene i razliitih svojstava. Slika 5-3 (a) prikazuje popreni presjek eline talpe tipa Larsen kao i poloaj susjedne tlape koja se s prvom povezuje posebnom bravom. Na istoj je slici prikazan i redoslijed izvedbe takvog niza talpi da bi se dobila potporna stijena, a sve bez potrebe bilo kakvog prethodnog iskopa tla. Prednost elinih talpi posebno dolazi do izraaja pri izvedbi privremenih zatita graevnih jama. Naime kad se jama konano izvede, a u njoj budua graevina, eline se talpe mogu izvaditi za kasnije ponovno koritenje.


7

Slika 5-4 Faze izvedbe armirano-betonske dijafragme u tlu: 1, 2, 3- faze iskopa neparnih kampada, 4- iskopana kampada, 5- sputanje armaturnog koa u iskopanu kampadu, 6- ulijevanje svjeeg betona kroz kontraktor cijev (radi sprijeavanja segregacije agregata u betonu), 7- izlijevani dio budue dijafragme, 8- gotova kampada, 9- izvedena stijena u tlu

eline se talpe mogu i varenjem produavati na licu mjesta pa je mogue izvoenje i vrlo dubokih potpornih konstrukcija. eline se tlape izvode u razliitim oblicima pa u svakom sluaju treba izabrati one koje najbolje slue svojoj svrsi. Od njih se mogu izvoditi potporne konstrukcije najrazliitijih oblika, svojstava i namjene. Osim elinih tlapi, za potporne konstrukcije mogu se koristiti i zabijeni piloti koji se inae koriste za duboka temeljenja.

8


Slika 5-5 Tlocrt pilotne stijene: dotiui piloti sa sustavom tvrdo-tvrdo (gore) u kojem se armirano-betonski piloti u nizu dodiruju, i sekantni piloti sa sustavom meko-tvrdo (dolje) u kojem armirano-betonski piloti (tamnije sjenani) zasijecaju glino-betonske nearmirane pilote (svjetlije sjenani)

Ugraene potporne konstrukcije mogu se izvoditi i neposredno u tlu. U tu vrstu spadaju i armirano-betonske dijafragme. One se izvode tako da se izvede poseban rov u kampadama, koji e poslije sluiti kao oplata armiranobetonskoj konstrukcije stijene. irina rova e uvjetovati debljinu budue stijene. Uobiajene debljine su od 0.5 do 1.2 m. Stroj za izvedbu rova ima posebnu grabilicu koja je stabilno voena kako bi se osigurala ravnina budue stijene. Da se rov tijekom izvedbe ne bi uruio, iskop se radi pod vodom ija je razina obino via od razine podzemne vode. Da voda iz rova nebi otjecala u tlo, vodi se mogu dodati posebni dodaci koji usporavaju njeno otjecanje. Kao dodatak obino se dodaje visoko plastina glina (bentonit) koji na stjenci rova stvara tanki slabo propusni sloj. Ova mjeavina vode i bentonita s moguim drugim dodacima naziva se isplakom. Slika 5-4 prikazuje glavne faze izvedbe armirano-betonske dijafragme u tlu. Kad je dijafragma izvedena, izgradnja jame moe zapoeti kako je prikazano na slici 5-2. Slika 5-6 prikazuje izvedenu graevnu jamu za buduu zgradu Importanne galerije na Iblerovom trgu u Zagrebu. Graevna jama tiena je armirano betonskom dijafragmom s tri reda prednapetih sidara. Osim armirano-betonske dijafragme, kao ugraena potporna konstrukcija koristi se esto stijena izraena od buenih ili uvrtanih armirano-betonskih pilota. Piloti su tapne elementi, u ovom sluaju krunog presjeka, koji se izvode prvo buenjem okrugle buotine promjera budueg pilota obino pod zatitom isplake, zatim se u buotinu sputa armaturni ko da bi se iza toga ulijevao tekui beton kontraktor postupkom. Ponekad, kod uvrtanih pilota, se moe buotina ispuniti betonom u operaciji vaenja pribora za buenje, a armaturni ko se sputa u svjei beton uz pomo vibratora. Stijena se moe izvesti kao neprekidni niz armirano-betonskih pilota koji se meusobno dodiruju (sustav tvrdo-tvrdo) ili se mogu prvo izvesti neparni meu-piloti koji nisu armirani i kojima je u beton dodan manji postotak bentonita kako bi bili meki, da bi se buotine za armirane


9

Slika 5-6 Graevna jama za Importanne galeriju na Iblerovom trgu u Zagrebu, tiena armirano betonskom dijafragmom s tri reda sidara (gore); popreni presjek kroz dijafragmu (dolje)

pilote izvele u drugom naletu. U tom sluaju piloti se preklapaju to je povoljno ako se eli odrati vodo-drivost takve stijene (Slika 5-5).

10


5.2. Pritisak tla na zidove i granina stanjaPoeci: Coulomb i RankineZnaajnija gradnja velikih potpornih zidova biljei se krajem 17. i poetkom 18. stoljea za potrebe izgradnje vojnih obrambenih utvrda protiv naglo uznapredovanog tekog topnitva, esto s dubokim rovovima u tlu i vertikalnim bonim stranama. Tako veliki zahvati trae i racionalnije naine gradnje i pouzdane konstrukcije pa se javljaju prvi pokuaji razvoja teorija pritisaka tla na zidove kao i njihove stabilnosti. Meu brojnim inenjerima koji su se tada bavili problemom stabilnosti potpornih zidova, istie se C. A. Coulomb1, koji je kao mladi vojni asnik, nakon devet godina provedenih na izgradnji obrambenih utvrda na Martiniqueu, 1773. proitao pred Francuskom kraljevskom akademijom znanosti u Parizu rad o rezultatima svojih istraivanja o pritiscima na potporne zidove i njihovoj stabilnosti te njime trajno obiljeio daljnji razvoj teorija pritisaka tla do dananjih dana (Heyman, 1972). Coulomb je ispitivao vrstou tla u ureaju koji po svom mehanizmu lii na dananje ureaje za direktno smicanje. Posminu vrstou tla na nekoj zamiljenoj ravnini podijelio u dvije komponente: jednu koja je neovisna o normalnoj sili na toj ravnini (kohezija) i jednu koja je razmjerna normalnoj sili (trenje), upravo kako se vrstoa tla, uz male dorade, opisuje i danas u mehanici tla. Zatim je problemu pritiska tla na zid pristupio analizirajui ravnoteu klina tla koji klie niz ravnu kliznu plohu i pritie na zid (slika 5-7). Varirajui nagib klizne plohe utvrdio je mjerodavnu silu na zid kao onu koja odgovara klinu koji izaziva najvei pritisak. Za sluaj da klin klizi niz kritinu kliznu plohu pod nagibom ( je efektivni kut trenja tla2), tangencijalna sila otpora na kliznoj plohi okrenuta je uz kosinu, pripadna sila na zid naziva se aktivnom, a odgovarajue stanje sloma u tlu, aktivnim stanjem. Za sluaj da iz nekog razloga zid gura klin uz kosinu, kritina klizna ploha nagnuta je pod kutom i odgovara klinu tla koji prua najmanji otpor utiskivanju zida, pripadna sila naziva se

ita se Kulon U doba Coulomba, a i kasnije Rankinea, nije bio poznat pojam efektivnih naprezanja pa time ni pojam efektivnog kuta trenja tla, kojeg tek uvodi Terzaghi dvadesetih godina dvadesetog stoljea.1 2

5.2 P RITISAK TLA NA ZIDOVE I GRANINA STANJA

11

Slika 5-7 Uz Coulombovu teoriju pritisaka na zid u aktivnom stanju; rezultanta pritiska tla na u aktivnom stanju sloma tla

je

pasivnom, a stanje sloma u tlu pasivnim stanjem. U oba sluaja nagib kritine klizne plohe ovisi samo o kutu trenja, a neovisan je o koheziji. Coulomb je bio svjestan da kritina klizna ploha ne mora biti ravna, ali je u svom radu napomenuo da opaanja pri ruenju zidova upuuju da je pretpostavka o ravnoj kliznoj plohi bliska stvarnoj pa je pretpostavka opravdana. Drugi veliki doprinos razumijevanju pritiska tla na zidove dao je kotski znanstvenik Rankine 3, koji je objavio svoja istraivanja 1857. On je proirio teoriju o pritisku tla pretpostavivi da je itava masa tla u slomu, a ne samo a jednoj ravnini, kao to je pretpostavio Coulomb. Za isti sluaj zida koji je analizirao Coulomb (vertikalni zid, horizontalno tlo iza zida, zanemareno trenje izmeu tla i pozadine zida) doao je do istog rjeenja kao i Coulomb. Rankineova teorija pribliila se teoriji plastinosti kakvu je poznamo danas. Prema Rankineovoj teoriji iza zida, koji se moe pomicati od tla, stvara se u tlu klin u kojem je u svakoj toci tlo u stanju sloma. Ako se pretpostavi da izmeu vertikalne poleine zida i tla nema trenja te da je povrina tla iza zid vodoravna, na ravninama koje su nagnute pod kutom nastat e slom tla kad posmino naprezanje dosegne vrstou tla izraenu

3

ita se Rankin

12


Slika 5-8 Uz Rankineovo stanje aktivnog tlaka iza zida

kao slijedea jednakost

4

. Iz Mohrovog dijagrama sa slike 5-8 proizlazi tada

(5.1)

gdje je

vertikalno naprezanje u tlu (za homogeno tlo jedinine teine , ; ovdje se pretpostavlja da nema tlaka vode u porama), je bono naprezanje u tlu u sluaju aktivnog sloma ili aktivni tlak, a i su kohezija i kut trenja, parametri vrstoe tla. Sreivanjem tog izraza slijedi za pritisak na zid ili aktivni tlak (5.2) gdje je koeficijent aktivnog tlaka i u sluaju Rankineovih uvjeta ima vrijednost

U svom radu Rankine nije pretpostavljao postojanje kohezije, , u tlu; njen utjecaj su dodali kasniji istraivai.4


13

(5.3) Na slian nain moe se dobiti i izraz pasivni otpor tla pri Rankineovom pasivnom sanju sloma, kad se zid rotacijom oko dna utiskuje u tlo (5.4) gdje je koeficijent pasivnog otpora (5.5) U tom su sluaju ravnine na kojima dolazi do sloma tla, odnosno na kojima posmino naprezanje dosee vrstou, nagnute u odnosu na horizontalu pod kutom . Ni Coulomb ni Rankine nisu znali za princip efektivnog naprezanja kojeg je mnogo kasnije predloio Terzaghi. Danas, kad je on openito prihvaen, izraze (5.2) i (5.4) danas piemo za efektivna naprezanja, a isto tako parametre vrstoe izraavamo preko efektivnih naprezanja. O utjecaju podzemne vode na pritiske na potporne konstrukcije i njihovu stabilnost bit e rijei kasnije u poglavljima o dimenzioniranju.

Boni pritisci na nepomini zidU sluaju sprijeenih bonih pomaka, pritisci na zid bit e jednaki bonim naprezanjima u vodoravno uslojenom tlu. Za to stanje naprezanja Jaky (1944) je predloio teoriju koja u pojednostavljenom obliku daje slijedei odnos vodoravnog i vertikalnog efektivnog naprezanja (koja su ujedno glavna naprezanja), koji se jo naziva koeficijent bonog mirnog pritiska, (5.6) gdje je efektivni kut trenja iz Mohr-Coulombovog zakona vrstoe. Jakyeva teorija se, izgleda, pokazala neutemeljenom, ali su kasnija eksperimentalna istraivanja pokazala prihvatljivost izraz (5.6) za normalno konsolidirana tla.

14


Za sitnozrna tla u novijim se istraivanjima (EN 1997-1:2004) predlae slijedei empirijski izraz za koeficijent bonog mirnog pritiska (5.7) gdje je (5.6), a koeficijent mirnog pritiska za normalno konsolidirano tlo, izraz je koeficijent prekonsolidacije ( ; je pritisak

prekonsolidacije, a je vertikalno efektivno naprezanje u vodoravno uslojenom tlu. Za koeficijent bonog mirnog pritiska u tlu nagnutom pod kutom ponekad se u praksi koristi vrijednost (EN 1997-1:2004) (5.8) Ovaj izraz vrijedi za proraun pritisaka na bono nepomine konstrukcije kad se povrina tla uzdie s udaljavanjem od zida. Koeficijent bonog mirnog pritiska u praksi se koristi za proraun efektivnog bonog pritiska na konstrukcije kad je iz bilo kog razloga sprijeeno njihovo bono pomicanje. Eurokod 7 pod bono nepominom konstrukcijom smatra onu koja se bono pomie manje od 0.05 % svoje visine. Koeficijent mirnog potiska daje znatno vei pritisak na konstrukciju od aktivnog tlaka.

Pritisci i pomaci: TerzaghiDvadesetih i tridesetih godina dvadesetog stoljea Terzaghi eksperimentira na modelima potpornih zidova u pijesku i zakljuuje da su potrebni bitno razliiti pomaci zida za aktiviranje aktivnog tlaka od onih za aktiviranje pasivnog otpora (Slika 5-9). Dok su Coulomb i Rankine utvrdili granine vrijednosti tlakova na zidove, Terzaghi pokazuje utjecaj pomaka zida na vrijednosti tlakova izmeu tih graninih veliina. Dok je za aktiviranje pasivnog otpora potrebno 5 m visoki zid utisnuti u tlo na vrhu oko 10 cm, za aktiviranje aktivnog tlaka potrebno je zid na vrhu odmaknuti u smjeru od tla samo oko 0.5 cm. Ove veliine proizlaze koritenjem Terzaghijevih rezultata ispitivanja na pijesku, ali kasnija ispitivanja pokazuju da slian red veliina vrijedi i za druge vrste tla. Novije numerike simulacije (Gun i Clayon, 1992) pokazuju da ovisnost pritiska na zid o rotaciji zida ovisi i o poetnom bonom naprezanju u tlu (Slika 5-9, crtkana linija). to je poetno bono efektivno naprezanje vee, to je potrebna rotacija zida za aktiviranje pasivnog otpora manja, a rotacija za


15

Slika 5-9 Terzaghijeva modelska ispitivanja pritiska nasutog pijeska na kruti zid u ovisnosti o rotaciji zida (puna linija); kasnija istraivanja su pokazala da ovisnost pritiska o rotaciji zida ovisi i o poetnom bonom naprezanju u tlu (crtkana linija) i zbijenosti tla (toka-crta); K je odnos bonog pritiska (normalnog naprezanja) na poleini zida i vertikalnog naprezanja u tlu

aktiviranje aktivnog tlaka vea. Sama veliina aktivnog tlaka i pasivnog otpora ne ovisi o poetnom bonom naprezanju. Takoer je danas poznato da zbijena tla, koja pokazuju pojavu krtosti u odnosu posminih naprezanja i posminih deformacija, tu istu pojavu pokazuju i u odnosima pritiska na zid i njegove rotacije. Tako se u krtim tlima (zbijenim, prekonsolidiranim) primjeuje pri utiskivanju zida u tlo pojava vrne vrijednosti koeficijenta bonog tlaka , koji s daljnjom deformacijom pada do neke najmanje vrijednosti. Nasuprot tome, kod takvih tla odmicanje zida u smjeru od tla izaziva smanjenje bonog pritiska do neke minimalne vrijednosti da bi daljnjim odmicanjem zida ona pritisak porastao na neku konanu stabilnu vrijednost (Slika 5-9, linija crta-toka 5).

Crtkana linija i linija crta-toka s te slike samo su naelno prikazane i ne predstavljaju neki stvarni eksperiment5

16


Slika 5-10Pritisak na zid prema Mller-Breslau: sile na klin tla s ravnom kliznom plohom

Daljnji razvoj teorija pritisakaPROIRENJE COULOMBOVE TEORIJE: MLLER-BRESLAURankineova teorija plastine ravnotee pretpostavlja da je tlo iza zida vodoravno, da zid rotira oko svoje stope i da je poleina zida glatka pa na njoj nisu prisutna posmina naprezanja. No zidovi nisu glatki, a kinematika gibanja tla pri pomicanju zida uvjetuje pojavu trenja izmeu zida i tla. Mnogi su istraivai pokuali rijeiti taj problem uz vea ili manja pojednostavljenja u svojim teoretskim postavkama. Mller-Breslau (vidi Clayton i dr., 1993) su 1906. proirili Coulombovu teoriju pritisaka uz pretpostavku ravne klizne plohe, nagnuti zid, nagnutu povrinu terena iza zida te su pretpostavili pojavu trenja izmeu tla i zida. Za aktivno stanje, kad klin klizi po kliznoj plohi prema zidu, oni su iz jednadbi ravnotee sila i pretpostavku da na ravnoj kliznoj plohi vrijedi Coulombov zakon trenja (bez kohezije), pronali kritini nagib klizne plohe, , koji za aktivno stanje daje najvei, a za pasivno stanje najmanji pritisak na zid. Njihovo rjeenje za silu aktivnog tlaka (aktivno stanje sloma), koja djeluje pod kutom (za definiciju pozitivnih vrijednosti kutova vidi sliku 5-10) u odnosu na normalu na poleinu zida je


17

(5.9) gdje indeks a oznaava aktivno, a p pasivno stanje, pri emu je koeficijent aktivnog tlaka

(5.10)

Veliina vodoravne komponenta aktivne sile iznosi (5.11) Na slian su nain dobili i silu pasivnog otpora koja djeluje pod kutom

u odnosu na normalu na poleinu zida (za definiciju pozitivnih predznaka pojedinih kutova vidi sliku 5-10) (5.12) gdje je koeficijent pasivnog otpora

(5.13)

a veliina vodoravne komponente sile aktivnog tlaka iznosi (5.14) Gornji izrazi za uspravnu poleinu zida ( ), ravni teren iza zida ( ) i bez trenja izmeu zida i tla ( ili ) svode se na rjeenja Coulomba i Rankinea. Pretpostavka o ravnoj kliznoj plohi pokazala se u

18


Slika 5-11 Utjecaj trenja na zakrivljenost kliznih ploha u plastificiranoj aktivnoj zoni tla iza zida s prikazom odreivanja smjera kliznih ploha pomou Mohrove analize naprezanja za toke na suelju poleine zida i tla; slino vrijedi i za pasivno stanje, samo je utjecaj obratan

kasnijim istraivanjima kao prihvatljiva i na strani sigurnosti za aktivno stanje sloma, dok je u sluaju pasivnog stanja sloma ona za kutove trenja izmeu zida i tla vee od oko 10 0 ona na strani nesigurnosti jer daje nerealno velike sile pasivnog otpora pa nije preporuljiva za uporabu u praksi.

TEORIJE PLASTINOSTI: KTTEROVE JEDNADBE, RADOVI KERISELA I ABSIA I TEOREMI GORNJE I DONJE GRANICEPretpostavka o ravnoj kliznoj plohi za aktivno ili pasivno stanje pritisaka na zid u opem sluaju ne zadovoljavaju jednadbe ravnotee naprezanja i Mohr-Coulombov zakon vrstoe. Jednostavna Mohrova analiza naprezanja za toke na poleini vertikalnog zida s vodoravnim terenom iza zida, ali trenjem izmeu tla i zida jasno pokazuje da plohe sloma moraju biti zakrivljene (slika 5-11). Razvoj teorije plastinosti omoguio je rjeavanje ovog problema za neke jednostavnije sluajeve. U poetku se razvoj teorije plastinosti ograniio na zadovoljenje uvjeta ravnotee naprezanja i uvjet sloma Mohr-Colulombovog zakona vrstoe. Kombinacijom tih dviju elemenata dolazi Ktter 1888. do jednadbi plastine ravnotee koje se u jednostavnijim sluajevima mogu rijeiti analitiki (kao na primjer Rankineovo rjeenje za pritiske na zid), ili se mogu rjeavati numeriki odgovarajuim algoritmima kako je pokazao Sokolovski 1939. godine. Ovim


19

problemom bavio se i Boussinesq koji je svoje radove o plastinoj ravnotei objavio 1876. i 1885. Njegove jednadbe su numeriki rjeavali Caquot i Kerisel 1948 da bi za razna rjeenja pritisaka na zidove u obliku pogodnih tablica za koritenje objavili Kerisel i Absi (1990) 6. Meutim, pokazalo se da za rigorozno rjeenje u teoriju plastinosti treba uvesti i kinematike uvjete klizanja po ravninama sloma u tlu. Uz pretpostavku o asocijativnoj plastinosti, po kojoj su inkrementi plastinih deformacija okomiti na plohu sloma u prostoru glavnih naprezanja, rigorozna teorija plastinosti izvodi dva teorema po kojima se moe dokazivati egzistencija rjeenja ili se rjeenje moe omeiti s donje i s gornje strane. To su teorem donje i teorem gornje granice. Teorem donje granice dokazuje da pronae li se polje naprezanja u tlu koje je u ravnotei s vanjskim optereenjem (jedinina teina tla i naprezanja na rubovima mase tla) i ako ni u jednoj toci i ravnini posmino naprezanje ne prelazi vrstou tla, tada vanjsko optereenje predstavlja donju granicu moguih optereenja meu kojima e jedno izazvati slom tla. Ili, drugim rijeima, takav sustav optereenja nee izazvati slom u tlu, ako tlo moe nositi naeni sustav optereenja, ono e ga i nositi (bez sloma). Teorem gornje granice dokazuje da pronae li se takav mehanizam (sustav krutih tijela koje meusobno kliu) da rad vanjskog optereenja (jedinine teine tla i rubnih naprezanja) na pomacima mehanizma proizvodi rad jednak radu unutarnjih sila u mehanizmu (sila meu krutim blokovima koji meusobno kliu) na pomacima mehanizma (rad unutarnjih sila = izgubljenoj energiji na klizanju), tada vanjsko optereenje predstavlja gornju granicu moguih sustava optereenja koja izazivaju slom. Ili drugim rijeima, nae li se navedeni mehanizam za dani sustav optereenja, onda taj sustav optereenja predstavlja gornju granicu. Ili, ako se za takav mehanizam i sustav optereenja pokae da e doi do sloma tla, onda e do sloma svakako doi po tom ili nekom drugom mehanizmu. Oito je da ova dva teorema teorije plastinosti upuuju na korisnu metodu omeivanja tonog rjeenja za slom tla. Meutim, osnovni nedostatak ovih teorema je to pretpostavljaju asocijativnu plastinost, koju tlo, prema dosadanjim eksperimentima niti priblino ne zadovoljava u dreniranim uvjetima. Stoga primjena tih teorema u praksi, koliko god bila atraktivna, ostaje u vrlo ogranienim 7. Danas se za odreivanja graninih vrijednosti pritisaka na zidove, odnosno aktivnog tlaka i pasivnog otpora najopenitijima i najboljimavidi detaljnije u Szavits-Nossan (2007) isto kao gore

6 7

20


smatraju rjeenja Kerisela i Absia (Kerisel i Absi, 1990), koja su prikazana u obliku tabela za koeficijente aktivnog tlaka i koeficijente pasivnog otpora u ovisnosti o nagibu zida, nagibu terena iza zida i veliini kuta trenja izmeu tla i zida.

Granini pritisci prema Eurokodu 7Eurokod 7 predlae pribline izraze za proraun graninih pritisaka na zid, aktivnog tlaka i pasivnog otpora, za openiti sluaj nagnutog terena, nagnute poleine zida te trenja izmeu zida i tla, uvaavajui rubne uvjete naprezanja, dakle uvodei zakrivljene klizne plohe. Gaba i dr. (2003) izvode te izraze za poseban sluaj vertikalne poleine zida (Slika 5-12) te navode da se oni dobro slau s vrijednostima Kerisela i Absia, navedenih u prethodnom poglavlju. Prema istim autorima, vodoravna efektivna komponenta aktivnog tlaka, , odnosno vodoravna efektivna komponenta pasivnog otpora, , je dana izrazima

(5.15)

(5.16)

gdje je efektivni pritisak nadsloja (5.17) je vertikalno jednoliko rasprostrto optereenje po povrini terena, je jedinina teina tla, je tlak vode uz zid na dubini ispod povrine terena uz poleinu zida, je efektivna kohezija tla, je efektivna adhezija izmeu zida i tla (u praksi se redovito zanemaruje ukoliko uope stvarno postoji), a odnosno su koeficijent horizontalne komponente aktivnog tlaka, odnosno koeficijent horizontalne komponente pasivnog otpora, koji se raunaju iz kutova , i , ije znaenje prikazuje slika 5-12, a dani su slijedeim izrazima


21

Slika 5-12 Definicija veliina i predznaka za proraun pasivnog otpora (lijevo) i aktivnog tlaka (desno) prema EN 1997-1:2004

(5.18)

(5.19)

(5.20) Veliine , i ( ) su efektivni kut trenja tla, kut trenja izmeu poleine zida i tla odnosno nagib terena iza zida. Pozitivni predznaci od odnosno od za pasivno, odnosno aktivno stanje definirani su na slici 5-12. Koeficijenti horizontalne komponente aktivnog tlaka, , odnosno pasivnog otpora, , se tada oba izraunavaju iz izraza (5.21) Za proraun pasivnog otpora kut trenja izmeu zida i tla, , kao i efektivni kut trenja tla, , uvrtavaju se u izraze (5.18), (5.19), (5.20) i (5.21) prema definiciji predznaka sa slike 5-12 lijevo, dok se u sluaju prorauna aktivnog tlaka u te iste se izraze uvrtavaju za i sa suprotnim predznacima u odnosu na definiciju sa slike 5-12 desno (na primjer, u sluaju pasivnog otpora, ako je , a , u gornje izraze treba uvrstiti iste te

22


veliine, ali, ako se radi o aktivnom tlaku, u gornje izraze treba uvrstiti i ; predznak kuta , kuta nagiba terena iza zida, ostaje uvijek onakav kako ga definira slika 5-12). Da ne bi dolo do zabune u koritenju predznaka za veliine , i , treba znati da poveanje smanjuje aktini tlak, a poveava pasivni otpor, poveanje takoer smanjuje aktivni tlak, a poveava pasivni otpor, dok poveanje poveava i pasivni otpor i aktivni tlak. Takoer treba naglasiti da iz kinematike relativnog klizanja tla i poleine zida slijedi da e pozitivne veliine kuta trenja izmeu zida i tla, , koje za pasivno, odnosno aktivno stanje definira slika 5-12, biti u praksi redovito mjerodavne! Na zid, osim normalne komponente aktivnog tlaka odnosno pasivnog otpora, djeluje i posmina komponenta aktivnog tlaka, odnosno pasivnog otpora, (5.22) odnosno (5.23) pri emu smjer te komponente proizlazi iz predznaka kuta , posebno za pasivni, a posebno za aktivno stanje, prema slici 5-12. Za sluaj analize u totalnim naprezanjima (za nedrenirano stanje), izrazi za vodoravnu komponentu aktivnog tlaka, odnosno vodoravnu komponentu pasivnog otpora, poprimaju oblik

(5.24)

(5.25)

gdje je neka nedrenirana adhezija izmeu zida i tla. Osim vodoravne komponente aktivnog tlaka, odnosno pasivnog otpora, djeluje i posmina komponenta koja za aktivno, odnosno pasivno stanje poprima oblik


23

(5.26) odnosno (5.27) I ovdje smjer komponente posminog naprezanja ovisi o smjeru relativnog klizanja poleine zida i tla. U sluaju pasivnog otpora taj smjer djelovanja je na tlo prema dolje (na zid prema gore!), dok je kod aktivnog tlaka na tlo prema gore (na zid prema dolje!). Prikazani prorauni vrijede ako je kut . Ako to nije ni priblino zadovoljeno, potrebno je koristiti druge metode prorauna.

Potrebni pomaci za potpuno aktiviranje graninih pritisakaPOMACI I DEFORMACIJE ZIDASa stanovita potrebnih a ekonominih dimenzija potporne konstrukcije povoljno je raunati s punom mobilizacijom aktivnog tlaka koji je bitno manji od bonog tlaka mirovanja u vodoravno uslojenom tlu. Raunajui da e na potpornu konstrukciju djelovati aktivni tlak znai iskoristit vrstoa tla u potpunosti i prepustiti tlu samome da preuzme dio bonog pritiska inae prisutnog u tlu. Meutim, to smanjenje bonih efektivnih naprezanja popraeno je odgovarajuim bonim deformacijama. Ukoliko one nisu omoguene, do smanjenja bonih pritisaka ne moe doi. Slino je s pasivnim otporom. Utiskivanjem zida u tlo raste boni otpor do granine vrijednosti pasivnog otpora kad je tlo iza zida u slomu, kad je u potpunosti iskoritena vrstoa tla. Ta bi se to stanje postiglo, potrebni su odgovarajui pomaci. Eksperimenti i iskustvo ui da su pomaci potrebni za aktiviranje pune veliine pasivnog otpora obino za oko red veliine vei od onih potrebnih za puno aktiviranje aktivnog tlaka. Eurokod 7 daje okvirne podatke o potrebnim pomacima vertikalnih zidova za aktiviranje kako aktivnog tlaka tako i pasivnog otpora s kojima treba raunati pri njihovom punom aktiviranju (Tablica 5-1). Ukoliko iz nekih razloga ti pomaci nisu omogueni, pritisci na zidove e biti vei od aktivnih ili manji od pasivnih, ovisno o veliini i smjeru samih pomaka. Iz navedene tablice uoljivo je da mobilizacija pasivnog otpora ne ovisi

24


Tablica 5-1 Vodoravni pomaci potrebni za potpuno aktiviranje aktivnog tlaka i pasivnog otpora (prema EN 1997-1:2004)

oblik pomicanja zida

aktivno rahlo tlo

(%) zbijeno tlo

pasivno rahlo tlo

(%) zbijeno tlo

a

0.4 0.5

0.1 0.2

7 25 (1.5 4)

5 10 (1.1 2)

b

0.2

0.05 0.1

5 10 (0.9 1.5))

36 (0.5 1)

c

0.8 1.0

0.2 0.5

6 15 (1 1.5)

56 (0.5 1.3)

d

0.4 0.5

0.1 0.2

v pomak u zagradi pomaci za mobiliziranje pasivnog otpora h visina zida Veliine potrebnih pomaka za mobilizaciju pasivnog otpora treba poveati 1.5 do 2 puta ako se radi o tlu ispod razine podzemne vode

linearno o nametnutom pomaku, ve je ta zakonitost izrazito nelinearna. Pedeset postotna mobilizacija pasivnog otpora zahtjeva oko est puta manji pomak od onog potrebnog za puno aktiviranje pasivnog otpora. O tome treba svakako voditi rauna pri odreivanju pritisaka na zid i dimenzioniranju samih zidova. Isto se tako upozorava da je potreban vei pomak za aktiviranje pasivnog otpora ako se tlo nalazi pod vodom, nego ako je iznad razine podzemne vode.


25

Tablica 5-2 Tipini mjereni horizontalni pomaci pri vrhu ugraene stijene i vertikalni pomaci terena iza stijene uslijed ugradnje same stijene u krutim glinama (prma Gaba i dr. 2003)Vrsta stijene horizontalni pomaci vertikalni pomaci (% dubine jame) vrh udaljenost od stijene vrh udaljenost od stijene na stijene na povrini terena sa stijene povrini terena sa zanemarivim zanemarivim pomacima pomacima 0.04 0.08 0.05 0.10 150 150 150 150 0.04 0.05 0.05 0.05 200 200 150 150

Bueni piloti dotiui sekantni Dijafragme plone s kontraforama

Tablica 5-3 Tipini mjereni horizontalni pomaci pri vrhu ugraene stijene i vertikalni pomaci terena iza stijene uslijed iskopa jame u krutim glinama (prma Gaba i dr. 2003)Vrsta pomaka velika krutost razupiranja (guste razupore ili top-down metoda izvedbe) vrh stijene horizontalni vertikalni 0.15 0.10 mala krutost razupiranja (konzolna stijena ili mekane privremene razupore na niim razinama) (% dubine jame) udaljenost od stijene na vrh udaljenost od stijene povrini terena sa stijene na povrini terena sa zanemarivim zanemarivim pomacima pomacima 400 0.40 400 350 0.35 400

SLIJEGANJE TLA IZA ZIDABoni pomaci ugraenih stijena koji se dogaaju pri njihovoj izgradnji dovodi do slijeganja povrine terena iza stijene, a time i do slijeganja graevina temeljenih na tom terenu. Postoje brojni mjereni podaci o veliini slijeganja tla za stijene u krutim glinama (vidi pregled u Gaba i dr., 2003). Tablice 5-2 i 5-3 prenose samo osnovna zapaanja koja mogu posluiti kao smjerokaz.

26


Pritisci na zidove uz uvaavanje interakcije zida s tlomZASUTI ZIDIVIKao to je ve Terzaghi uoio, pritisci na zid ovise o pomacima zida i rezultat su interakcije zida, bilo krutog bilo savitljivog, i tla iza njega. Pri tome ovisi i kako je tlo dolo iza zida ili kako je zid doao u doticaj s tlom, da li je tlo nasipano i zbijano iza gotovog zida ili je zid ugraen u postojee tlo. Aktivni tlak i pasivni otpor samo su granie vrijednosti 8 pritisaka na zid, dok e o mnogim i razliitim okolnostima, prvenstveno o pomacima i deformaciji zida kao i poetnom stanju naprezanja u tlu, ovisiti da li e se takvi pritisci i ostvariti. Sa stanovita interakcije konstrukcije zida i tla povoljno je zidove klasificirati u dvije iroke skupine. U prvu spadaju zidovi koji se izvode prvo, a zatim se nasipa tlo iza njih. To su obino gravitacijski masivni zidovi, armirano-betonski L zidovi, kao i zidovi od gabiona, krletkasti montani zidovi i slini zidovi. Njihovo pomicanje, bilo rotacijom oko stope ili translacijom niim nije ogranieno. Ako se iza njih razviju vei pritisci od aktivnih, izazvat e pomicanje zida, a to e omoguit potrebne pomake za ostvarenje aktivnog stanja sloma u tlu iza zida. Pritisak na takve zidove moe se odreivati uz pretpostavku punog aktiviranja aktivnog tlaka iza zida, odnosno pasivnog otpora ispred zida, ako je dio zida ukopan u tlo (Slika 5-13). Pri tome se obino rauna s reduciranom vrijednou pasivnog otpora kako bi se ograniili pomaci i rotacije zida na prihvatljivu granicu, jer su pomaci i rotacije koji su potrebni za puno aktiviranje pasivnog otpora redovito u praksi neprihvatljivi. O uobiajenim redukcijama pasivnog otpora u takvim sluajevima kasnije e biti vie rijei. Sa stanovita ekonomije poeljno je raunati s aktivnim tlakom kao pritiskom na zid jer je to najmanji tlak koji na zid moe djelovati. Ako na zid djeluje aktivni tlak, vrstoa tla iza zida je iskoritena u potpunosti. Ili, drugim rijeima, u aktivnom stanju plastine ravnotee, dobar dio optereenja tla, kao to su teina tla i optereenje na njegovoj povrini preuzelo je samo tlo, dok je samo manji dio prenesen bono na zid. Pitanje je, meutim, da li karakter konstrukcije i njeni rubni uvjeti omoguuju ostvarenje pomaka potrebnih da bi se razvio aktivni tlak. esto to konstrukcija ne omoguuje.

ove granine vrijednosti ne treba poistovjeivati s pojmom graninih stanja iz sustava eurokodova. Oba su pojma povezana s pojmom sloma tla, ali im je to i jedina dodirna toka.8


27

Slika 5-13 Interakcija zida i tla: zasuti zidovi (lijevo) i ugraeni zidovi (desno) s prikazom pomaka zida i pritisaka na zid

Tipian primjer zidova kojima su vodoravni pomaci onemogueni su armirano-betonski propusti, obino pravokutnog poprenog presjeka, koje susreemo u nasipima prometnica (Slika 5-13, lijevo dolje). Obzirom na monolitnost takve sanduaste armirano-betonske masivne konstrukcije, opravdana je pretpostavka da vertikalne stijene propusta ne mogu tijekom nasipavanja nasipa doivjeti bilo kakve spomena vrijedne bone pomake. U tom sluaju pritisci na bone stijene propusta bit e znatno blie onima od bonog tlaka mirovanja u tlu, nego aktivnom tlaku. Dimenzioniranje takvih konstrukcija na aktivni tlak je na strani nesigurnosti.

UGRAENI ZIDOVIDrugu vrstu zidova sa stanovita interakcije zida i tla predstavljaju zidovi koji se grade u tlu (zabijene talpe i zabijeni piloti, iskapane dijafragme

28


i bueni piloti) i koji se esto bilo razupiru ili sidre u tlu (Slika 5-13, desno). Kod takvih zidova na pritiske tla bitno utjee nain ugradnje zida, njegova relativna krutost u odnosu na tlo, relativna brzina izgradnje u odnosu na brzinu konsolidacije kod slabo propusnih tla, nain iskopa tla ispred zida i redoslijed ugradnje razupora ili sidara, poputanje razupora ili sidara te sile prednapinjanja koje se obino unose u sidra. Openito pomaci zida ovise o pritisku tla, a pritisak tla ovisi o pomacima zida. Ovaj naoko zatvoreni krug problema danas se rjeava uvaavanjem interakcije konstrukcije zida i tla. Na taj je nain mogue rjeavati i sloene sluajeve poduprtih ili sidrenih zidova uvaavajui uvjete podupiranja (krutost razupora ili sidara), redoslijed izgradnje, krutost zida, utjecaj podzemne vode i mnoge druge. Za potrebe analize interakcije konstrukcije i tla dostupno je na tritu nekoliko programa konanih elemenata, posebno usmjerenih na geotehnike probleme, koji navedene utjecaje mogu uzeti u obzir. Takvi programi redovito trae vie podataka o tlu od onih koji su potrebni za jednostavnije analize plastine ravnotee. Ako takvi podaci nisu dostupni, upitna je svrha i pouzdanost sloenih analiza interakcije. Ovdje treba potivati staro pravilo geotehnikog inenjerstva: openito je bolje koristiti jednostavnu analizu s mjerodavnim parametrima tla nego sloenu analizu s loim ili sumnjivim parametrima. Interakcija savitljive potporne konstrukcije moe u tlu izazvati svodno djelovanje. To je pojava poveanja pritisaka u pridranim zonama, a smanjenje pritisaka na popustljivim (Slika 5-13, desno). Pridrane zone tla su one oko razupora, koje su slabo popustljive, ili u manjoj mjeri oko sidara koja su vie popustljiva. U zonama tla izmeu razupora, gdje savitljivi zid vie poputa, tlak na zid moe pasti ispod aktivnog. U ukopanom dijelu zida ispod razine dna jame, puna vrijednost pasivnog otpora moe se aktivirati blie povrini jame, dok je pri stopi zida, gdje su vodoravni pomaci manji, stupanj mobilizacije pasivnog otpora manji. Takav raspored pritisaka se jasno odraava i na momente savijanja u zidu te na sile u razuporama ili sidrima. Tek primjereni raun interakcije zida, tla i razupora ili sidara moe ove pojave kvantificirati. Opis metoda takvih prorauna izvan je okvira ovog prikaza.

PRIBLINI POSTUPCI ODREIVANJA PRITISAKA NA JEDNOSTAVNE UGRAENE ZIDOVEKao to je ve nekoliko puta istaknuto, pritisci na zidove ovise o njihovim pomacima i to ne samo o pomacima na mjestu djelovanja pritiska, ve i o pomacima udaljenijih toaka. Sve to ini interakciju konstrukcije zida i tla sloenim problemom ijem se rjeenju moe pribliiti uvaavanjem zakona


29

Slika 5-14 Razvoj deformacija i konani pritisci na dvije ugraene potporne konstrukcije: stijena se jednim redom razupora (lijevo) i konzolna stijena (desno); 1, 2 i 3: faze iskopa jame i pripadni pomaci i deformacije stijene. Ve su mali boni pomaci i pripadne vlane deformacije dovoljni za potpuno postizanje sile aktivnog tlaka , dok je za postizanje pasivnog otpora potrebni znatno vei pomak i bona tlana deformacija.

mehanike neprekidnih sredina. U praksi to vodi numerikim postupcima, uglavnom metodi konanih elemenata, i iskljuivoj primjeni suvremenih raunala. U nekim jednostavnijim sluajevima mogue je, meutim, nai rjeenje interakcije konstrukcije i tla neposredno. U te sluajeve spada potporna stijena s jednim redom zatega ili razupora te konzolna stijena (Slika 5-14). Prvo e se razmotriti odreivanje pritisaka na jednoredno razuprtu stijenu. Slika 5-14 (lijevo) prikazuje priblini razvoj pomaka stijene tijekom iskopa graevne jame. Stijena je ugraena u tlo prije poetka iskopa. Nakon prve faze iskopa (oznaka 2 na slici) ugrauje se razupora (2a). Tokom faze iskopa stijena se iz poloaja (1) pomakla u poloaj (2) i pri tome se savijala. Na tako pomaknutu stijenu ugrauje se vodoravna razupora radi privremenog pridravanja stijene za vrijeme daljnjeg iskopa. Nakon uvrenja razupore nastavlja se s iskopom do razine 3. Stijena je na kraju poprimila oblik i pomake (3) koji karakterizira rotacija oko toke A u smjeru jame na suelju s razuporom te savijanje zbog djelominog pridravanja ukopanog dijela stijene ispod dna jame. Za pravilno dimenzioniranu stijenu ovi su pomaci mali, ali dovoljni da se aktivira aktivni tlak s njene desne strane. Na ukopanom dijelu stijene aktivirat e se tlakovi vei od tlaka mirovanja, koji odgovara tlakovima bez bonih pomaka stijene, ali manji od

30


pasivnog otpora, za koji su potrebni veliki pomaci (vidi tablicu 5-1.) Pri dimenzioniranju takve stijene treba odrediti dubinu ukopavanja tako da se momenti rezultante aktivnog tlaka i rezultante pritisaka na pasivnoj strani oko toke A uravnoteuju (moment sile u razupori na tu toku jednak je nuli!) To se za sloeniju raspodjelu pritisaka na stijenu (u sluaju uslojenog tla razliitih vrstoa i slino) obino postie metodom pokuaja i provjere u kojoj se izabire nekoliko razliitih dubina i izabire ona kod koje se uspostavlja ravnotee momenata. Da bi se ograniili veliki pomaci na pasivnoj strani stijene, reducira se veliina pritisaka na neku manju vrijednost od pasivnog otpora. Prema tablici 5-1 slijedi da je tako reducirani pasivni otpor oko dva puta manji od nereducirane vrijednosti. Kad se tako odredila dubina ukopavanja stijene , iz uvjeta ravnotee svih sila na stijenu u vodoravnom smjeru odreuje se nepoznata veliina sile u razupori. Potrebna vrstoa stijene na savijanje se zati m odredi dimenzioniranjem iz raspodjele momenata savijanja u stijeni koji se pak odrede iz sada poznatog optereenja. Pri odreivanju aktivnog tlaka i reduciranog pasivnog otpora ta treba uzeti u obzir sve utjecaje koji su u stvarnom sluaju mjerodavni (povrinsko optereenje, utjecaj strujanja podzemne vode na efektivna naprezanja, tlakovi podzemne vode i drugi, kao e biti opisano u slijedeim poglavljima. Sluaj konzolne stijene, slika 5-14 desno, neto je sloeniji. Tu se stijena rotira oko nepoznate teke A ispod razine dna jame. Opaa se da se iznad toke A s desne strane stijene aktivira aktivni tlak, a s lijeve otpor koji je za pomake kompatibilni s pomacima za aktivno stanje manji od veliine pasivnog otpora. Ispod toke A situacija je obratna. Lijevo od stijene se aktivira aktivni tlak, a desno reducirani pasivni otpor. Dimenzioniranje se provodi uz pojednostavljenu pretpostavku da rezultanta tlakova ispod toke A djeluje u toci A. Mada to oito nije tono, pogreka takve pretpostavke je relativno mala jer je dubina dijafragme ispod toke A redovit relativno mala. Uz takvu pretpostavku se metodom pokuaja i provjere pretpostavlja nekoliko dubina toke A, a izabire sa kao mjerodavna ona za koju se uravnoteuju momenti rezultanti pritisaka na stijenu iznad te toke. Pri tome se opet radi ograniavanja pomaka ili rotacije stijene rauna s reduciranim pasivnim otporom. Faktor redukcije je oko dva. Kad se na taj nain nala dubina toke A, odreuje se dodatna dubina stijene potrebna da preuzme vodoravne komponente optereenja iznad toke A i rezultantu aktivnog tlaka ispod tike A s lijeve strane stijene. Potrebna duina slijedi dijeljenjem tog optereenja s prosjenim reduciranim pritiskom pasivnog otpora ispod toke A s desne strane stijene. Radi jednostavnosti, a na strani sigurnosti, za reducirani pritisak pasivnog otpora, koji inae raste s dubinom,


31

uzima se veliina reduciranog pasivnog otpora u toci A. Kao i kod razuprte stijene, i ovdje treba u proraun pritisaka na stijenu uzeti u obzir sve utjecaje mjerodavne za svaki pojedini sluaj, a kako e biti objanjeno u slijedeim poglavljima. U opisane proraune odreivanja potrebne dubine ukopavanja bilo razuprte bilo konzolne stijene treba unijeti i odreene zahtjeve pouzdanosti. To se provodi prema Eurokodu 7 primjenom metode parcijalnih koeficijenata, kako je openito opisano u Poglavlju 2, a detaljnije pri kraju ovog poglavlja o potpornim konstrukcijama.

Drugi utjecaji na pritiskeUTJECAJ PODZEMNE VODE I PROCJEIVANJA, DRENIRANJE I HIDRAULIKI SLOMU porama tla gotovo je redovito prisutna podzemna voda. Ukupni pritisak tla na zid sastoji se iz zbroja efektivnog naprezanja i tlaka podzemne vode. Ovaj tlak moe biti hidrostatiki, kad vod miruje, ili moe biti rezultat procjeivanja zbog nejednolikih hidraulikih potencijala u tlu. Osim neposrednog pritiska na zid, voda djeluje i na efektivnu teinu tla, , uzgonom i silom strujnog tlaka (5.28) gdje je vektor efektivne jedinine teine tla 9 koji mora biti u ravnotei s

efektivnim naprezanjima u tlu, je vektor jedinine teine tla 10, je gradijent (vektor) hidraulikog potencijala , je vektor jedinine (specifine) teine vode, je njegova apsolutna veliina, a je vektor uronjene jedinine teine tla, odnosno jedinine teine tla umanjene za vektor uzgona (apsolutna veliina uronjene jedinine teine oznaava se s ). Ukupni normalni pritisak na zid, , jednak je ukupnom normalnom naprezanju tlu, , na ravnini suelja zida i tla, ali zbog principa akcije i reakcije, suprotnog predznaka), a ovo je pak, prema principu efektivnih naprezanja, jednako zbroju normalnog efektivnog naprezanja u tlu, , i tlaka vode u porama tla, ,jedinina teina = teina jedinice volumena je po apsolutnoj vrijednosti jednak jedininoj teini tla, smjeru gravitacije sile tee .9 10

, a usmjeren u

32


(5.29) Za posmino djelovanje na zid, , vrijedi slino, ono je jednako posminom naprezanju u tlu na ravnini suelja tla i zida, , ali suprotnog predznaka (5.30) Iz ovog razmatranja proizlazi da je u sluaju aktivnog stanja tla iza zida, ukupni normalni pritisak na zid (5.31) gdje je normalna komponenta efektivnog aktivnog tlaka. Slno se moe pisati i za sluaj pasivnog stanja. U praksi se negativni predznaci u izrazima (5.29), (5.30) i (5.31) ne koriste, ve se iz konteksta podrazumijeva smjer optereenja na zid. Na slici 5-15 je prikazan kao prvi primjer jednostavan gravitacijski zid koji podupire krupnozrno homogeno tlo (bez kohezije), jedinine teine , horizontalnog koeficijenta aktivnog tlaka i koeficijenta trenja izmeu tla i zida . Voda iza zida je u hidrostatikom stanju ( ) s razinom na povrini terena. Na istoj je slici grafiki prikazan p roraun pritiska krupnozrnog tla i vode na zid. Proraun prikazuje raspodjele po dubini na poleini zida slijedeih veliina: vertikalnog normalnog naprezanja u tlu, , tlaka porne vode, , vertikalnog efektivnog normalnog naprezanja u tlu, , normalne (vodoravne) komponente efektivnog aktivnog tlaka u tlu na vertikalnoj ravnini suelja zida i tla, , ukupnog normalnog pritiska na zid, , i tangencijalnog (posminog) pritiska na zid, . Sa slike 5-15 je odmah uoljiv znatan doprinos tlaka vode ukupnom pritisku na zid. Stoga je u praksi krajnje poeljno da se voda iza zida drenira kako bi se umanjili pritisci vode. Uobiajeno je kod gravitacijskih betonskih zidova postaviti drenau na poleini zida. Ona se obino radi ugradnjom sloja dobro propusnog krupnozrnog tla, mogue sa zatitom sitnog pijeska ili netkanim tekstilom prema strani s tlom, kako bi se filtrirao unos sitnih estica zasipa iza zida i tako sprijeio prestanak djelovanja drena. U dnu drena postavlja se obino posebna drenana cijev s otvorima, kojom se drenirana voda odvodi uzdu zida do prikladnog ahta, a iz njega izvan zone zida. Radi sigurnosti, na dnu zida izvode se procjednice, manji otvori kroz


33

Slika 5-15 Proraun i raspodjela pritisaka tla na gravitacijski zid za aktivno stanje plastine ravnotee kad je podzemna voda u hidrostatikom stanju s razinom na povrini terena iza zida

zid, kojima se omoguuje viku vode, u sluaju prestanka rada drenae, izlazak ispred zida. Utjecaj poleinske drenae gravitacijskog zida prikazuje slika 5-16. Na gornjem dijelu slike su prikazani piezometarski potencijali u metrima, , iz kojih se moe dobiti pritisak vode kao . Vidi se da dren u aktivnoj zoni (iznad klizne plohe pod nagibom od oko ) smanjuje tlakove vode na manje od 20 kPa. S druge strane, na donjem dijelu iste slike je primjetno da su nastali hidrauliki gradijenti uslijed teenja vode s vertikalnom komponentom u aktivnoj zoni izmeu 0.6 i 0.8. To znai da je, prema izrazu (5.28) porasla efektivna jedinina teina tla s 10 kN/m3 na 16 do 18 kN/m3. Kao grubo pojednostavljenje moe se zakljuiti da su dreniranjem porni tlakovi pali gotovo na nulu, ali je efektivna jedinina teina tla porasla gotovo dvostruko. Porastom efektivne jedinine teine tla, raste i vertikalno efektivno naprezanje (5.32) ( je vanjsko jednoliko podijeljeno optereenje), a poveanjem vertikalnog efektivnog naprezanja razmjerno se poveava i efektivni aktivni tlak. Poveanje ovog posljednjeg neto je manje od pada pornog tlaka (zbog toga to je koeficijent aktivnog tlaka znaajno manji od 1), pa je ukupni uinak dreniranja, izraen preko ukupnih pritisaka na zid, povoljan. Prorauni kakve prikazuje slika 5-16 danas se, na alost, jo ne provode u rutinskoj praksi, mada se oni mogu provesti vrlo brzo i gotovo besplatno.

34


Slika 5-16 Uinak drena na poleini gravitacijskog betonskog zida: potencijali pritiska ili piezometarki potencijali, (gore) i vertikalne komponente hidraulikog gradijenta, (dolje); strelice oznaavaju smjer i relativnu veliinu brzine procjeivanja podzemne vode (prorauni provedeni programom Seep/W tvrtke GeoSlope, Kanada)

Meutim, jedino takvi prorauni omoguuju racionalno sagledavanje posljedica pojedinih rjeenja u projektiranju te omoguuju racionalno donoenje odluka. Kao drugi primjer utjecaja procjeivanja na pritiske na potporne konstrukcije posluit e sluaj zatite graevne jame elinim talpama razuprtim dvama redovima vodoravnih razupora (slika 5-17). Nakon iskopa jame uspostavlja se stacionarno strujanje (procjeivanje) podzemne vode oko stijene u jamu jer se dno jame crpljenjem odrava suhim. Tlo je u itavom podruju homogeno (jednake vrstoe, jedinine teine i vodopropusnosti). Pretpostavit e se da su razupore dovoljno popustile da se s


35

Slika 5-17 Pritisci na razuprtu stijenu od talpi za zatitu graevne jame uz puno aktiviranje aktivnog tlaka (desno) i pasivnog otpora (lijevo) te uz procjeivanje podzemne vode oko stijene u jamu

desne strane stijene u potpunosti aktivira aktivni tlak, a s lijeve strane stijene pasivni otpor 11. Na desnoj strani slike 5-17 prikazan je proraun pritisaka na stijenu s desne strane. Prvo se izraunava raspodjela vertikalnih naprezanja, , u tlu na desnoj strani uz stijenu (5.33) gdje se dubina mjeri od povrine terena desno uz stijenu, je jedinina teina tla ( , je gustoa tla, a akceleracija sile tee), a je mogue jednoliko rasprostrto vertikalno optereenje na povrini terena. Da bi se dobila vertikalna efektivna naprezanja za daljnje proraune, treba odrediti veliinu pornog tlaka, . Ako se pretpostavi da je homogeno, moe se priblino odrediti prosjeni hidrauliki gradijent procjeivanja niz stijenu s

ovo posljednje je malo vjerojatno u praktinim sluajevima, ali je ovdje pretpostavljeno radi potrebe objanjenja utjecaja.11

36


desne strane i uz stijenu s lijeve strane (pretpostavlja se da je sama stijene nepropusna.) U tom sluaju je prosjeni hidrauliki gradijent (5.34) Za raspodjelu pornog tlaka s desne strane e tada vrijediti (5.35) a za efektivno vertikalno naprezanje u tlu desno e vrijediti

(5.36)

gdje je uronjena jedinina teina tla. Za vodoravnu komponentu aktivnog tlaka e tada vrijediti (5.37) pri emu je pretpostavljeno iz razloga jednostavnosti da u tlu nema kohezije. Ta komponenta aktivnog tlaka je ujedno veliina efektivnog normalnog vodoravnog naprezanja u tlu i jednaka je efektivnom normalnom podijeljenom optereenju na stijenu. Ukupno normalno podijeljeno optereenje na stijenu se dobije pribrajanjem pornog tlaka (5.38) Za lijevu stranu stijene postupak prorauna pritisaka je analogan, osim to treba uvaiti da je prosjeni hidrauliki gradijent, , sada usmjeren prema gore, a efektivni pritisak na zid je ovdje od pasivnog otpora tla. Tako je (5.39) pri emu se dubina sada mjeri od dna graevne jame, a


37

(5.40)

(5.41)

(5.42)

(5.43) Ako je pretpostavljeno trenje izmeu tla i graevne jame, tangencijalna (posmina)komponenta podijeljenog optereenja s desne odnosno lijeve strane stijene dobije se mnoenjem vodoravne komponente s tangensom kuta trenja izmeu tla i stijene. U prikazanom sluaju tangencijalna e komponenta na zid s desne strane djelovati prema dolje, a na zid s lijeve strane na gore, to proizlazi iz kinematike relativnog gibanja tla i stijene: kad se stijena odmie ulijevo, tlo se iza nje slijee to na stijenu izaziva trenje prema dolje. Na lijevoj strani tlo se utiskivanjem stijene u lijevo uzdie, to na stijenu izaziva trenje prema gore. Ukupno optereenje koje djeluje na stijenu jednako je zbroju optereenja s lijeve i s desne strane. Na slici 5-17 je na desnoj strani crtkano oznaeno to ukupno optereenje za efektivna naprezanja, porne tlakove i ukupna naprezanja. Pri dimenzioniranju ovakvih stijena treba obratiti panju i na ravnoteu stijene u vertikalnom smjeru. U tu analizu ulazi teina stijene, uzgon na stijenu, trenje s jedne i s druge strane stijene te vertikalne komponente sila u sidrima ili razuporama. Posebno je vano da ona bude dokazana jer u suprotnom to moe biti pokazatelj da neke pretpostavke, posebno one o smjeru trenja tla o zid, nisu zadovoljene. Procjeivanje vode u dnu graevne jame usmjereno je prema gore. To poveava porni tlak i smanjuje efektivnu jedininu teinu tla. Ako porni tlak premai ukupno vertikalno naprezanje ili, to je ekvivalentno, efektivna

38


jedinina teina tla postaje negativna, kao to pokazuje izraz (5.41), u tlu e se javiti negativno efektivno vertikalno naprezanje 12. To znai da bi se u tlu ispod dna graevne jame pojavilo vertikalno efektivno vlano naprezanje. Kako tlo ne moe preuzeti vlano naprezanje, u njemu dolazi do sloma koji se naziva hidraulikim slomom. U praksi je taj slom brz i s katastrofalnim posljedicama pa ga u svakom sluaju treba izbjei. Eurokod 7 ovo granino stanje nosivosti naziva hidraulikim (oznaka HYD) te definira parcijalne koeficijente i jednadbe koje se u tom sluaju provjeravaju kako bi se utvrdilo da je stanje konstrukcije dovoljno udaljeno od tog nepovoljnog dogaaja. U tom sluaju Eurokod 7 trai da konstrukcija bude tako dimenzionirana da je zadovoljeno (5.44) gdje se parcijalni koeficijent 1.35 odnosi na destabilizirajui uinak, u ovom sluaju porni tlak , dok se parcijalni koeficijent 0.9 odnosi na stabilizirajui uinak, u ovom sluaju ukupno vertikalno naprezanje u tlu (vidi i Poglavlje 2. tablice 2-2 i 2-6.) Opisani primjeri su pokazali da voda ima vrlo jaki utjecaj na pritiske na potporne konstrukcije, kako samim svojim pritiskom tako i posrednim utjecajem na efektivna naprezanja. Svako zanemarivanje utjecaja vode moe na stabilnost konstrukcije imati vrlo neugodne posljedice pa tom problemu treba posvetiti svaku moguu panju. Posljednji primjer, u kojem je primijenjen priblini postupak procjene utjecaja procjeivanja moe se primijeniti samo u sluaju homogenog tla. U praksi je takvo tlo vrlo rijetko, a to je jo gore, i neki tanki proslojci drugaije propusnog tla u inae homogenom tlu, koji istranim radovima mogu i promaknuti, mogu znatno promijeniti sliku strujanja. Iz tog razloga u slinim situacijama bolje je krenuti s konzervativnijim pretpostavkama ili se posebnim mjerama osigurati od neugodnih iznenaenja.

VLANE PUKOTINEIzrazi za aktivno tlak, na primjer izrazi (5.15) i (5.16), sadre negativni lan koji ovisi o veliini kohezije. Za manje dubine pri povrini terena, gdje su vertikalna naprezanja mala, taj lan moe do negativne veliine aktivnog tlaka (Slika 5-18, a). To bi znailo da se u tlu javljaju vlana naprezanja, Kakoformalno time i pasivni otpor tla postaje negativan, to je besmisleno; ovo stanje samo pokazuje da e doi do destabilizacije dna graevne jame, a time e i potporna stijena izgubiti oslonac u tlu ispod dna jame12


39

je ve nekoliko puta istaknuto 13, tlo ima zanemarivu vlanu vrstou pa je pojava vlanog naprezanja nerealna. Ona se u navedenim izrazima pojavila jer u teoriji, prema kojoj su ti izrazi izvedeni, nepostojanje vlane vrstoe nije ugraeno. U praktinim proraunima takva naprezanja naprosto treba zanemariti na nain da se umjesto negativnog aktivnog tlaka rauna s naprezanjem jednakim nuli. Ako postoji opasnost da se vlana pukotina ispuni vodom, na primjer uslijed jae kie, treba pretpostaviti da u njoj djeluje hidrostatiki tlak koji dodatno pritie na zid.

USLOJENO TLOAktivni tlak i pasivni otpor raunaju se iz poznate raspodjele vertikalnih naprezanja u tlu na poleini zida. Raspodjela vertikalnih naprezanja po dubini tla je uvijek neprekidna funkcija (u ni jednoj toci nikad nee imati skok u vrijednosti) to slijedi iz principa akcije i reakcije. Za razliku od vertikalnih naprezanja, raspodjela bonih naprezanja u vertikalnom presjeku moe biti prekinuta funkcija, odnosno moe se dogoditi da u jednoj dubini bono naprezanje ima dvije vrijednosti. To e biti sluaj kako za boni tlak mirovanja tako i za aktivni tlak te pasivni otpor na prijelazu izmeu dva sloja s razliitim parametrima vrstoe (Slika 5-18, b). U tom sluaju e se razlikovati i koeficijent mirnog tlaka, , kao i koeficijenti aktivnog tlaka i pasivnog otpora za gornji sloj od onih za donji sloj. To vrijedi i za njihovo suelje na kojem su u oba sloja ista vertikalna naprezanja.

UTJECAJ POVRINSKOG OPTEREDENJAOptereenje pri povrini terena, kao to us na primjer vozila, zagrade i slino, utjee na raspodjelu naprezanja u tlu pa mora i na aktivni tlak i na pasivni otpor. Za taj sluaj analitiko i tono rjeenje teorije plastinosti ne postoji pa se kao inenjerski prihvatljiv pristup moe prihvatiti pretpostavka da e se dodatna vertikalna naprezanja u tlu ravnati prema rjeenjima teorije elastinosti za elastini poluprostor, a da e za veliinu aktivnog tlaka ili pasivnog otpora vrijediti standardni izrazi, na primjer (5.24) i (5.25). Na slici 5-19 je skiciran takav postupak za sluaj aktivnog tlaka.

13

vidi Poglavlje 3: Stabilnost kosina

40


(a)

(b)

Slika 5-18 Utjecaj na aktivni tlak i pasivni otpor: (a) vlane pukotine, i (b) uslojeno tla s razliitim kutovima trenja

Slika 5-19 Utjecaj povrinskog optereenja na veliinu aktivnog tlaka; dodatno vertikalno naprezanje u tlu, , izazvano povrinskim optereenjem odreuje se kao za elastini poluprostor

UTJECAJ TRENJA IZMEU ZIDA I TLAPomicanjem zida koje dovodi do aktiviranja aktivnog tlaka ili pasivnog otpora izaziva relativno gibanje zida i tla, a ovo pak dovodi do trenja meu njima. U sluaju aktivnog stanja obino tlo klizi niz poleinu zida, dok kod pasivnog otpora klizi uz poleinu zida. Ovi relativni pomaci zida i tla uvjetuju i smjer sile trenja meu njima. Ta sila trenja jednaka je rezultanti posminih naprezanja du poleine zida. Prema zakonu trenja to je posmino naprezanje za efektivna naprezanja (drenirani uvjeti) dano izrazom


41

Tablica 5-4 Preporuene vrijednosti parametara trenja izmeu zida i tlasluaj drenirani uvjeti nedrenirani uvjeti

hrapavi zid, izliven u tlu glatki zid, pred gotovljen zabijene talpe, neposredno nakon zabijanja

0 (EC7) 0 (EC7) -

(EC7) (EC7) 0 (EC7)

0 0 0 (EC7)

EC7 = preporuke iz EN 1997-1:2004

(5.45) gdje je normalno naprezanje u promatranoj toci suelja zida i tla, a i su efektivni kut trenja i efektivna adhezija meu njima, a za nedrenirane uvjete (5.46) gdje je nedrenirana adhezija izmeu zida i tla, a kut trenja izmeu zida i tla izraen preko ukupnih normalnih naprezanja . Tablica 5-4 daje neke preporuene vrijednosti parametara za odreivanje trenje izmeu tla i zida. Mada ima malo sustavnih eksperimenta, redovita je praksa da se efektivna adhezija zanemari, a za efektivni kut trenja uzima se da je jednak efektivnom kutu trenja tla, , za sluaj da se stijena izvela lijevanjem betona neposredno u tlu, ili dvije treine te veliine ako je stijena izvedena iz pred gotovljenih elemenata kao to su zabijene eline ili betonske tlape i slini elementi. Slinu preporuku daje i Eurokod 7. U sluaju zabijenih talpi i nedreniranih uvjeta u tlu neposredno nakon njihove ugradnje Eurokod 7 uzimanje bilo kakvog trenja ili adhezije izmeu talpi i tla u obzir. U ostalim nedreniranim sluajevima neki predlau da se trenje ogranii na pola nedrenirane vrstoe 14.

14

vidi detaljniju diskusiju o trenju izmeu zida i tla u Powrie (1997)

42


Slika 5-20 Priblino odreivanje aktivnog tlaka (i pasivnog otpora) za sluaj izlomljene povrine terena

UTJECAJ IZLOMLJENE POVRINE TERENAU praksi se esto javlja sluaj izlomljene povrine terena. Niti za taj sluaj ne postoji analitiko rjeenje teorije plastinosti, ali se kao priblini postupak moe koristiti onaj sa slike 5-20 kojim se kombiniraju odgovarajua rjeenja za ravnu bilo vodoravnu bilo nagnutu povrinu terena.

UTJECAJ ZBIJANJA TLA IZA ZIDAesto postoji potreba zbijanja nasutog tla iza zida. To se posebno odnosi na dio pristupnih rampi upornjacima mostova ili u sluaju nasipa prometnica uz zidove. Zbijanje tla izvodi se odgovarajuim strojevima, statikim ili vibro valjcima. Time se lokalno ispod valjka poveava povrinsko optereenje tla. Ovo optereenje poveava lokalno vertikalna i bona naprezanja u tlu. Zbog elasto-plastinih svojstava tla, nestankom tog optereenja u tlu ostaju zaostala bona naprezanja. Ta bona naprezanja mogu dosei i veliinu pasivnog otpora tla. U literaturi je objavljeno nekoliko preporuka kojima se ta zaostala naprezanja mogu uzeti u obzir (Clayton i dr., 1993). Jednu takvu jednostavnu preporuku, djelomino potkrijepljenu opaanjima, predloio je Inglod (1979). Prema toj preporuci utjecaj zbijanja moe se uzeti u obzir da se aktivnom tlaku (ili tlaku mirovanja ako se zid ne moe bono micati) doda pri vrhu dodatno optereenje prema slici 5-21. Za kritinu dubinu se predlae izraz


43

Slika 5-21 Dodatni boni pritisci na zid izazvani zbijanjem nasipa iza zida (prema Ingold, 1979)

(5.47)

gdje je linijsko optereenje na povrini terena. U praksi se za danu teinu statikog stroja za zbijanje 15 za moe uvrstiti vrijednost , gdje je tlocrtna duina tog stroja.

Granina stanjaPREVRTANJE ZIDAGranino stanje prevrtanja zida mjerodavno je za slobodne gravitacijske zidove i zamilja se kao mogunost njihovog prevrtanja kao krute konstrukcije pod optereenjem aktivnog tlaka i drugih optereenja na zidu oko toke na vanjskom rubu temeljne plohe. Tom se prevrtanju kao otpornost suprotstavlja prvenstveno vlastita teina zida (odatle im ime), a u manjoj mjeri pasivni otpor ispred zida. Podloga ispod temelja zida pretpostavlja se krutom pa nosivost tla ispod temelja u tom graninom stanju ne sudjeluje (Slika 5-22). Zid mora biti tako dimenzioniran da je opasnost od prevrtanja zanemariva. Provjerava se usporedbom destabilizirajuih uinaka optereenja (momenata sile aktivnog tlaka oko15

teina tih strojeva kree se do oko 100 kN

44


Slika 5-22 Granino stanje prevrtanja zida oko rubne toke temelja

toke ) u odnosu na stabilizirajue uinke sila (momenata vlastite teine zida i eventualno momenta sile pasivnog otpora, odnosno njegove reducirane vrijednosti na razinu one koja je kompatibilna s prihvatljivim pomacima zida; vidi naredno poglavlje o pasivnom otporu.)

NOSIVOST TLA ISPOD STOPE ZIDA I KLIZANJE ZIDA PO STOPIOptereenja na poleini zida, ukljuivo i trenje izmeu tla i zida, prenosi se na zid. To optereenje s drugim optereenjima na zid prenosi se preko temelja zida ili stope na temeljno tlo. Projektom zida treba biti osigurano da tlo ispod temelja zida moe pouzdano preuzeti to optereenje, da ne doe u stanje sloma. Zato treba provjeravati nosivost tla ispod temelja zida. To se provjerava na isti nain kao i kod svakog drugog plitkog temelja 16. Pri tome treba uzeti u obzir da e zona sloma tla u tom sluaju biti usmjerena prema blioj povrini terena, a to je redovito prema niem terenu ispred zida (Slika 5-23). Pri proraunu povoljnog optereenja tla ispred zida ( u dreniranoj analizi ili u nedreneiranoj analizi) treba vodoto rauna da li e sigurno tijekom ivotnog vijeka zida to tlo uvijek biti prisutno. Ako to nije sigurno, jer bi se nekim kasnijim graevinskim radovima ono moglo iz nekog razloga ukloniti, s tim povoljnim optereenjem ne treba raunati. Posebni sluaj su tanke zagatne stijene, zabijene ili izgraene iz lijevanog betona neposredno u odgovarajuem rovu. I u tom sluaju treba provjeriti stabilnost stijene u vertikalnom smjeru. Pri tome treba uzeti u obzir vertikalne komponente pritisaka iza i ispred zida, ukljuivo i trenje

U izuzetnim sluajevima, kad se ne moe osigurati dovoljan nosivost tla ispod temelja zida, moe se kao alternativa razmisliti i o koritenju dubokih temelja ili o poboljanju tla.16


45

Slika 5-23 Nosivost tla ispod stope temelja (lijevo) i pasivni otpor ispered zida (desno)

izmeu tla i zida. U raun se moe ukljuiti i nosivost tla ispod dna zida ako se radi o debljim zidovima. Kod tankih elinih talpi taj e doprinos vertikalnoj nosivosti zida biti redovito zanemariv. Uloga temelja zida je da pouzdano prenese optereenje zida u temeljno tlo. Pri tome je nosivost tla samo jedan od dva bitna uvjeta da se to ostvari. Drugi uvjet pravilno projektiranog temelja zida je da osigura da ne doe do klizanja izmeu temelja i zida. Provjera stabilnosti temelja na klizanje provodi se na isti nain kao i za svaki drugi plitki temelj. Ako pouzdanost na to granino stanje nije osigurana, treba preoblikovati temelj zida.

PASIVNI OTPOR ISPRED ZIDAPrednja strana potpornih konstrukcija esto je ukopana. Pomicanjem zida u toj zoni dolazi obino do poveanja pritisaka ija je granina veliina pasivni otpor tla. Aktiviranje pasivnog otpora ispred zida sastavni je dio graninog stanja klizanja temelja po podlozi, kao i graninog stanja prevrtanja zida. Dok je za postizavanje aktivnog tlaka potreban relativno mali pomak zida prema niem terenu, za postizavanje pune vrijednosti pasivnog otpora potreban je za oko red veliine vei pomak, kao to je ve ranije prikazano. Zbog toga se pri dimenzioniranju zida obino pretpostavlja da e se on pomaknuti koliko je potrebno za postizavanje aktivnog tlaka, dok se za silu pasivnog otpor (Slika 5-23 desno) uzima njegova reducirana vrijednost u iznosu koji slijedi iz kompatibilnosti s pretpostavljenim pomacima (vidi tablicu 5-1). Pri tome je uobiajeno da se rauna s reduciranom veliinom koeficijenta pasivnog otpora u veliini koeficijenta tlaka mirovanja uveanog za jednu treinu do jednu polovinu razlike koeficijenta pasivnog otpora i koeficijenta tlaka mirovanja.

46


Slika 5-24 Mogua granina stanja globalne nestabilnosti tla kod potpornih konstrukcija

Kao i pri proraunu nosivosti tla ispod temelja zida, treba uzeti u obzir da li je osigurano da e tlo ispred zida biti uvijek prisutno tijekom ivotnog vijeka zida. Ako to nije osigurano, s povoljnim djelovanjem pasivnog otpora ne treba raunati. Za sluaj iskopa graevne jame osigurane potpornom konstrukcijom ija stabilnost ovisi u dijelu ili u cijelosti o pasivnom otporu tla ispod dna jame, Eurokod 7 preporua da se rauna s barem 0.5 m dubljom jamom od one predviene projektom iz sigurnosnih razloga oswim ako je posebnim mjerama predviena stroga kontrola iskopa.

GLOBALNA STABILNOSTJedno od moguih graninih stanja nosivosti potpornih konstrukcija je globalni slom tla (Slika 5-24). Pri tome potporna konstrukcija ne sudjeluje u otpornosti na to granino stanje. Slom tla u takvim sluajevima moe zahvatiti tlo iza, ispod i ispred potporne konstrukcije, ali i samo iza konstrukcije (Slika 5-24 desno gore). Provjera globalne stabilnosti provjerava se metodama provjere stabilnosti kosina.

STABILNOST DNA JAME I HIDRAULIKI SLOMPosebni vid problema globalne stabilnosti prisutan je pri izgradnji graevnih jama i rovova osiguranih od uruavanja potpornim konstrukcijama, posebno u mekom, slabo propusnom tlu (Slika 5-25). Problem stabilnosti obratan je u odnosu na problem nosivosti tla ispod plitkih temelja. Tu okolno tlo vie razine pritie i uzdie tlo u dnu graevne jame ili rova na nioj razini. Zanemarivi otpornost na savijanje dijela potporne konstrukcije ispod razine


47

Slika 5-25 Mehanizam sloma dna rova ili graevne jame osigurane od uruavanja razuprtom potpornom konstrukcijom; nedrenirano stanje (lijevo) i drenirano stanje (desno)

dna jame, ako je takva prisutna, mogu se u analizi primijeniti iste postavke teorije plastinosti ili granine analize kao u sluaju sloma tla ispod plitkih temelja. Razmotrit e se samo sluaj nedreniranog sloma u mekom sitnozrnom tlu. Taj je sluaj u praksi gotovo jedni mjerodavan obzirom da figura sloma tla, vrstoa tla kao i potrebna dubina potporne konstrukcije ispod razine dna gotovo iskljuuju drenirano stanje kao kritino. Primijenivi postavke teorije plastinosti iz problema nedrenirane nosivosti tla ispod plitkog temelja, slijedi da slom tla nastaje kad je (5.48) pri emu je vertikalno naprezanje u okolnom tlu na razini dna graevne jame i za homogeno tlo iznosi ( je jedinina teina tla, a dubina jame), je rezultanta tangencijalnog naprezanja du vertiklane pklizne plohe iznad vanjskog ruba figure sloma, je irina figure sloma (i koja je povezana sa irinom jame izrazom ), je nedrenirana vrstoa tla, a je faktor nosivosti koji za nedrenirane uvjete dugake jame (dvodimenzionalni problem) iznosi . Iz izraza (5.48) slijedi da e dubina jame, pri kojoj e nastati slom dna, iznositi

(5.49)

U praksi se tangencijalna sila

obino zanemaruje.

48


Slika 5-26 Preporueni poloaj sidara pri sidrenim potpornim konstrukcijama

Osim navedenog problema stabilnosti dna graevne jame, koja moe biti ugroena zbog velikog vertikalnog pritiska tla na razini jame iza stijene, stabilnost dna jame moe biti ugroena i zbog hidraulikog sloma dna jame koji moe nastati zbog nepovoljnog stanja procjeivanja podzemne vode prema jami. Ovo je granino stanje detaljno analizirano ranije (na primjer vidi sliku 5-17).

POLOAJ SIDARAUgraene potporne stijene esto se podupiru sidrima 17 kojima se dio optereenja stijene prenosi u tlo u njenoj pozadini. Sidra prenose silu u tlo preko sidrine dionice u kojoj su elino ue ili ipka u tijesnom suelju s tlom. Da bi sidro sluilo svojoj svrsi, mora pouzdano prenijeti silu u tlo, a ovo pak mora biti dovoljno stabilno da ju pouzdano preuzme. Iz tog razloga je povoljno sidrinu dionicu sidra, odnosno zonu u kojoj sidro prenosi optereenje u tlo, smjestiti iz zona koje su u plastinoj ravnotei (Slika 5-26). Takoer, ako je podruje u koje sidro prenosi optereenje u tlo u plastinoj ravnotei, kao to je sluaj prijenosa sile u sidrini blok, onda treba izbjegavati da se ta zona preklapa sa zonom plastine ravnotee aktivnog na koju se rauna za aktiviranje aktivnog tlaka.

IZBOR PARAMETARA VRSTODE TLA ZA GRANINO STANJE NOSIVOSTITlo pri dovoljno dugom monotonom smicanju doivljava slom. Pri tome prekonsolidirana sitnozrna tla i zbijena krupnozrna tla postiu vrnu vrstou, koja daljnjim smicanjem pada na neku konstantnu vrijednost koja

17

O vrstama i karakteristikama sidara detaljnije e biti rijei kasnije


49

se obino zove kritinom 18. Kod normalno konsolidiranih tla i rahlih pijesaka vrna i kritina vrstoa su gotovo iste. Nadalje, prekonsolidirana sitnozrna tla i zbijena krupnozrna tla pri dovoljno visokim pritiscima pokazuju vrlo blisku vrnu i kritinu vrstou. Vea razlika izmeu vrne i kritine vrstoe ini tlo krtim to je vrlo nepovoljno mehaniko svojstvo materijala za razliku od suprotnog, povoljnog svojstva duktilnosti 19. Ova openita zapaanja o vrstoi tla vrijede kako za drenirane tako i za nedrenirane uvjete u tlu. Ova openita zapaanja o vrstoi tla dovode do pitanja s kojom vrstoom treba raunati pri dimenzioniranju potpornih konstru kcija. Dimenzioniranje temeljeno na kritinoj vrstoi konzervativniji je pristup i manje podloan potekoama u odreivanju parametara tla 20. U strunim krugovima nije postignut konsenzus po ovom pitanju pa se ni Eurokod 7 oko njega ne izjanjava (vidi o tome neto detaljnije u Powrie 1997 i Gaba i dr. 2003). U svakom sluaju, primjena parametara vrne vrstoe zahtijeva veliki oprez. Druga vano pitanje pri projektiranju potpornih konstrukcija je pitanje izbora izmeu dreniranog i nedreniranog stanja u tlu kao mjerodavnog. Kao to je detaljnije obrazlagano u Poglavlju 3 o stabilnosti kosina, nedrenirano i drenirano stanje u tlu samo su dva krajnja stanja u svakom pojedinom sluaju, dok se stvarno stanje u svakom trenutku nalazi negdje izmeu ova dva krajnja. Obzirom na praktine brzine izgradnje u graevinarstvu, krupnozrna tla (ljunci i pijesci) uvijek su u dreniranom stanju za statike uvjete optereenja. Za sitnozrna tla (gline i praine) nije u konkretnim sluajevima uvijek jednostavno zakljuiti da li je stvarnosti blie nedrenirano ili drenirano stanje. To se pogotovo odnosi na fazu izgradnje graevine. Zato je preporuljivo da se provjere stabilnosti provedu za oba sluaja,

Ovu vrstou ne treba mijeati s rezidualnom vrstoom koja se javlja pri vrlo velikim posminim deformacijama, obino prisutnim oko kliznih ploha kod klizita. 19 Pojava krtosti je povezana s brzim ruenjima konstrukcija bez jasne prethodne najave. Nasuprot tome, suprotna pojava, pojava duktilnosti je puno poeljnija u graevinarstvu jer ako je povezana s ruenjem, to ruenje je sporo s mnog prethodnih upozorenja koja mogu omoguiti pravodobnu primjenu interventnih mjera. 20 Kritina vrstoa moe se opisati odgovarajuim Mohr-Coulombovim zakonom , uvijek u efektivnim naprezanjima. Indeks cs oznaava da se radi o kritinom stanju (engl. ctitical state.; ponekad se susree alternativna oznaka prema svojstvu kritinog stanja da pri smicanju tlo ne pokazuje tendenciju promjene volumena engl. constant volume) Pokusi pokazuju da je uvijek . Odreivanje parametra mnogo je manje podlono problemima s poremeenjem uzoraka tla nego to je to odreivanja parametara vrne vrstoe.18

50


nedrenirani i drenirani. U tim analizama treba, jasno, koristiti odgovarajue parametre vrstoe, drenirane ili nedrenirane. Posebno je osjetljivo pitanje mjerodavnog stanja tla u zoni pasivnog otpora, ako se na njega rauna pri dimenzioniranju potporne konstrukcije. Za procjenu dubine ispod dna graevne jame do koje je proces konsolidacije doveo tlakove porne vode u drenirano stanje moe posluiti izraz (5.50) gdje je koeficijent konsolidacije slabo propusnog tla u dnu jame, a je vrijeme proteklo od iskopa jame. Neki ak iskustveno smanjuju raunsku vrijednost nedrenirane vrstoe za 20 % do 30 % u plioj zoni dna jame kako bi uzeli u obzir moguu djelominu konsolidaciju te zone nakon zavretka iskopa jame (Powrie 1997). Eurokod 7 u tom pogledu nije eksplicitan, ve trai da se uzmu obzir efekti promjene vrstoe u prostoru i vremenu. Taj zahtjev, jasno, ukljuuje problem konsolidacije, ali Eurokod 7 preputa projektantu da sam procijeni prema vlastitom iskustvu kako e te promjene uzeti u obzir.

STABILNOST KONSTRUKCIJE ZIDA, RAZUPORA I SIDARAOsim to potporna konstrukcija mora pouzdano prenijeti sva optereenja u tlo bez prekomjernih deformacija, i sami konstruktivni elementi potporne konstrukcije moraju pouzdano prenositi nametnuta optereenja. Tako mora biti osigurana nosivost svakog presjeka zida kako sa stanovita vrstoe betona tako i elika, ve ovisno od kakvog je materijala zid ili stijena izgraena, razupore moraju biti dimenzionirane da preuzmu tlane sile, sidra moraju biti dimenzionirana da preuzmu predviene vlane sile sama po sebi, ali i sile upanja u sidrinoj dionici sidra. Osim to se tie nosivosti sidra na upanje iz tla preko sidrine dionice, ostala granina stanja i nain njihove provjere obrauje se u drugim odgovarajuim materijalnim eurokodovima.

5.3 DIMENZIONIRANJE POTPORNIH KONSTRUKCIJA PREMA EUROKODU 7

51

5.3. Dimenzioniranje potpornih konstrukcija prema Eurokodu 7Osnovni principiOvdje e se ukratko prikazati postupci dimenzioniranja jednostavnijih potpornih konstrukcija prema Eurokodu 7. Eurokod 7 trai da se provjeri pouzdanost konstrukcije primjenom metode graninih stanja uz primjenu odgovarajuih parcijalnih koeficijenta na optereenja, odgovarajue parametre materijala i geometrijske podatke. U praksi je za potporne konstrukcije najvanije je da one budu pouzdane obzirom na mogua granina stanja nosivosti dok se granina stanja uporabivosti obino obuhvaaju posredno bez posebne provjere, na primjer odgovarajuom redukcijom pasivnog otpora radi ograniavanja pomaka konstrukcije. Time se kroz provjeru pouzdanosti konstrukcije za mjerodavne proraunske situacije, koje se odnose na pojedina granina stanja nosivosti, posredno osigurava da e biti zadovoljena i granina stanja uporabivosti. Za provjeru pouzdanosti konstrukcije obzirom na granina stanja nosivosti STR i GEO Eurokod 7 daje mogunost izbora jednog od tri proraunska pristupa. Razlike meu proraunskim pristupima odnose se na mjesto primjene i veliinu parcijalnih koeficijenata u p roraunima. Ovdje e se kao primjer prikazati samo proraunski pristup 1 jer on obuhvaa elemente ostala dva pristupa i najsloeniji je u primjeni. Provjera dovoljne pouzdanosti konstrukcije obzirom na neko granino stanje nosivosti provodi se tako da se karakteristine vrijednosti optereenja uveaju (faktoriziraju) mnoenjem s odgovarajuim parcijalnim koeficijentima veim ili jednakim jedinici, a karakteristine vrijednosti vrstoa materijala se umanjuju (faktorizira) dijeljenjem s drugim parcijalnim koeficijentima veim ili jednakim jedinici. Veliine tako uveanih optereenja, odnosno umanjenih vrstoe materijala nazivaju se proraunskim veliinama i dodaje im se u simbolu indeks d prema engleskoj rijei design. Provjerom da je uinak proraunskih optereenja (ili djelovanja rjenikom Eurokoda), , u svakoj toci (ili presjeku) konstrukcije manji ili jednak od proraunske otpornosti, , koju konstrukcija u toj toci (ili presjeku) prua, dokazuje se dovoljna pouzdanost konstrukcije u toj toci za analiziranu proraunsku situaciju. Temeljno polazite proraunskog pristupa 1 je primjena dviju kombinacija parcijalnih koeficijenata (a ne jedne kao u ostala dva pristupa.)

52


U prvoj kombinaciji (K1) parcijalni su koeficijenti za optereenja vei od 1, dok su parcijalni koeficijenti za vrstoe materijala jednaki jedinici (vrijednosti vrstoa su jednake karakteristinim.) U drugoj kombinaciji (K2), optereenja uglavnom karakteristina 21, a vrstoe su umanjene parcijalnim koeficijentima veim od jedinice. Drugim rijeima, proraunski pristup 1 polazi od pretpostavke da je previe konzervativno istovremeno uveati optereenje i umanjiti vrstoe pa se odluuje na provjeru dviju kombinacija, jednom s uveanim optereenjem (K1), i drugu s umanjenim vrstoama (K2) (vidi o proraunskom pristupu 2 u Poglavlju 2)! U proraunskom pristupu 1 mjerodavna kombinacija za dimenzioniranje bilo kojeg elementa potporne konstrukcije bit e ona koja daje vee dimenzije (geometrijskih veliina zida, armature sidara ili razupora. Kombinacija K2 redovito je mjerodavna za odabir vanjskih dimenzija potporne konstrukcije (na primjer potrebna visina konstrukcije), dok je kombinacija K1 redovito mjerodavna za dimenzioniranje konstruktivnih elemenata konstrukcije (betonski presjek, armatura, sidra, razupore i slino.) Osim graninih stanja STR i GEO, Eurokod 7 trai provjeru ostalih relevantnih graninih stanja nosivosti, posebno problem hidraulikog sloma dna jame (granino stanje HYD) gdje je to relevantno zbog nepovoljnog procjeivanja podzemne vode.

Granina stanjaZASIPANE POTPORNE KONSTRUKCIJEZa zasipane potporne konstrukcije tipina granina stanja koja treba provjeriti su prevrtanje zida (granino stanje EQU), nosivost tla ispod temelja zida (GEO), klizanje temelja po tlu na temeljnoj plohi (GEO), globalna stabilnost (GEO), stabilnost samog tijela zida na svim kritinim presjecima, to ukljuuje nosivost poprenih presjeka zida i njegovog temelja (nosivost nearmiranog ili armiranog betonskog presjeka i slino) kao i stabilnost na sueljima elemenata zida, kao to je klizanje i prevrtanje elemenata gabionskog zida na vodoravnim dodirnim plohama meu gabionima ili meu blokovima zidova izgraenih iz nepovezanih pred gotovljenih blokova (STR). Provjera tih graninih stanja treba ukljuiti sva povoljna i nepovoljna djelovanja koja se u odgovarajuoj proraunskoj situaciji mogu pojaviti.

21

osim prolaznog optereenja za koje je parcijalni koeficijent 1.3; vidi Poglavlje 2

5.3 DIMENZIONIRANJE POTPORNIH KONSTRUKCIJA PREMA EUROKODU 7

53

UGRAENE POTPORNE KONSTRUKCIJEZa ugraene potporne konstrukcije tipina granina stanja nosivosti obzirom na koja treba provjeriti pouzdanost konstrukcije su rotacijski slom (rotacija stijene zbog poputanja pasivnog otpora tla, GEO), vertikalna stabilnost stijene (GEO), slom elemenata stijene (lom stijene od savijanja, pucanje slobodne dionice sidra, izvijanje i prestanak nosivosti razupore, upanje sidrine dionice sidra, izbijanje plitkih sidrinih blokova, STR/GEO), hidrauliki slom dna graevne jame (HYD), izdizanje dna jame zbog prevelikih vertikalnih pritisaka iza zida (GEO) te izdizanje konsrukcije ili njenog dijela zbog djelovanja uzgona (UPL). Granina stanja uporabivosti mogu biti preveliki pomaci stijene koji izazivaju pomake okolnog tla te neuporabivost okolnih graevina, preveliki pomaci koji nastaju tijekom izgradnje stijene, pomaci od promjene slike strujanja podzemne vode (na primjer slijeganja nastala prekomjernim crpljenjem vode ili snienjem razine podzemne vode), nepovoljna promjena reima procjeivanja u tlu i slino. Potporna konstrukcija treba biti tako dimenzionirana da je dovoljno pouzdana obzirom na mogua granina stanja koja moe doivjeti tijekom njene izgradnje ili uporabe. Ugraene potporne konstrukcije su esto privremen pa im je stoga u takvim sluajevima ivotni vijek kratak. Eurokod 7 dozvoljava da svaka zemlja definira niu razinu pouzdanosti za takve konstrukcije ako to smatra primjerenim.

SIDRA I RAZUPORESidra su posebno osjetljivi dijelovi potpornih konstrukcija. Ugrauju se obino u prethodno izvedene buotine, ali se u novije vrijeme susreu i samobuiva sidra. Zona buotine u kojoj se predvia prijenos optereenje iz sidra u tlo obino se zapunjava posebnom smjesom cementnog morta. Pri tome se mogu koristiti visoki tlakovi radi uspostavljanja bolje veze sidra s okolnim tlom. Zapunjavanje buotine takvom smjesom nazivamo injektianjem, a smjesu s kojom se zapunjavanje postie injekcijskom smjesom. Sidra se ponekad prednapinju kako bi se u tlo unijela potrebna sila bez potrebe da se prvo ostvari neke znaajnija deformacija tla. Takva sidra nazivamo prednapetim sidrima. Da bi se sila prednapinjanja mogla ostvariti, nuno je da sidra imaju tako zvanu slobodnu dionicu u kojoj se ne ostvaruje prijenos sile iz sidra u tlo. Sidra se prednapinju posebnim hidraulikim preama. Prednapeta sidra uglavnom se rade iz visokovrijednog elika. Mada visokovrijedan, i takav je elik podloan koroziji, pa ako se radi o trajnim

54


sidrima, treba ih ispravno zatititi. Prednapinjanje sidara posebno se koristi pri izvedbi potpornih konstrukcija koje su u blizini osjetljivih graevina. U tom sluaju se tijekom izgradnje potporne konstrukcije i iskopa graevne jame sidra prednapinju kako bi se umanjile nepovoljne posljedice deformacija potpornih konstrukcija izazvanih relaksacijom naprezanja pri iskopu. Da bi se mogao razdvojiti prostor u buotini namijenjen sidrinoj dionici i time moda visokim tlakovima injektiranja injekcijske smjese od prostora koji mora ostati slobodan za slobodnu dionicu, koristi se posebna brtva koje se naziva paker. Dio kojim se sidro ukotvljuje na potpornu konstrukciju naziva se glavom sidra. Sidra koja se ne prednapinju nazivaju se pasivnim sidrim. Obino se izrauju iz mekog elika pa su znaajno jeftinija od onih koja su izgraena iz elika visoke kvalitete. Radi pojednostavljenja rada pri ugradnji esto se izvode sa sidrinom dionicom u punoj duini sidra. Sidra se na povrini tla veu na potpornu konstrukciju na nain da se osigura pravilan prijenos sile iz konstrukcije na sidro. Obzirom da sile u sidrima mogu biti velike (ponekad i preko 1000 kN), spoj potporne konstrukcije i sidra mora biti paljivo dimenzioniran i izveden. U betonskim se dijafragmama na mjestu buduih sidara ostavlja posebna elina armatura (spiralna armatura oko sidra) kako bi se osigurala konstrukcija od opasnosti od proboja pod velikom silom. U sluaju sidra vezanih

Documents

Potporne konstrukcije 5