Potporne konstrukcije i stabilnost kosina

22.4.2013

1

KONSTRUKCIJE ZA HIDROTEHNIČKO I GEOTEHNIČKO USMJERENJE

POTPORNEKONSTRUKCIJEKONSTRUKCIJE

- izvedba‐ proračun‐ armiranje

Sadržaj:

1. Oblikovanje armiranobetonskih potpornih zidova

2. Dreniranje armiranobetonskih potpornih zidova

3. Dimenzioniranje i armiranje AB potpornih zidova

4. Pravila armiranja geotehničke dijafragme

22.4.2013

2

1 Oblikovanje armiranobetonskih1. Oblikovanje armiranobetonskihpotpornih zidova


Armiranobetonske potporne zidove možemo podijeliti u 3 osnovne kategorije:

1. Konzolni armiranobetonski zidovi

2. Konzolni armiranobetonski zidovi sa kontraforama

3. Masivni armiranobetonski zidovi

22.4.2013

3


a) Masivni zid b) Konzolni zid sa istakom

c) Konzolni zid sa kontraforom


Preporučene izmjere masivnog i konzolnog potpornog zida

‐ Donja ploha temelja potpornih zidova mora se nalaziti ispod granice smrzavanja

‐ Širina temeljne stope ovisi o korisnom opterećenju na tlu iza zida

22.4.2013

4


U pravilu je jednostavnog izrade potpornog zida obrnuto proporcionalna povoljnosti statičkog sustava.

Masivni gravitacijski zidovi koriste se do visine od 3 do 4 m. Izvode se u pravilu in situ.

Konzolni zidovi – racionalni su do visine od 6 do 7 m.Izvode se in situ ili od predgotovljenih montažnih elemenata.

Zidovi sa kontraforama – racionalni za visine preko 7 m.


Zidovi od predgotovljenih elemenata:

Konzolni potporni zidovi bez kontrafora se u pravilu sastoje od prizmatičnih montažnih elemenata koji čine čitav presjek potpornog zida. Elementi su duljne koja omogućava transport i jednostavnu montažu.Elementi se slažu jedan pored drugog.Elementi se slažu jedan pored drugog.Viši zidovi su teži – u pravilu se dio zida dobetonira.

22.4.2013

5


Zidovi od predgotovljenih elemenata:

U pravilu se izvode kod manjih visina zbog troškova transporta i montaže.

A) Zid se sastoji od dva predgotovljena dijela sa armaturom u obliku kuke koja viri iz oba dijela.Na licu mjesta betonira se spoj umetanjem uzdužne armature kroz petlju. j p j j p j

B) Zid je predgotovljen, a dio temelja se izvodi na licu mjesta.

C) Zid se sastoji od predgotovljenog temelja sa utorom u koji se umeće panel zida.


Zidovi od predgotovljenih elemenata sa kontraforama:

U pravilu se rijetko izrađuju predgotovljeni zidovi sa punim kontraforama.

Jednostavnije je izvoditi zatege koje smanjuju težinu i utrošak materijala.

22.4.2013

6


PLOČASTI POTPORNI ZIDOVI:

Pločaste potporne zidove u pravilu formiraju jaki stupovi postavljeni na određenom razmaku između kojih se nalaze ploče ili ljuske konveksne prema nasipu koje se oslanjaju na stupove.

Zid prenosi opterećenje samo u horizontalnom smjeru između stupova jer ne postoje temeljiZid prenosi opterećenje samo u horizontalnom smjeru između stupova jer ne postoje temelji.

S porastom dubine, raste i pritisak nasipa na zid – stoga se debljina zidanih elemenata povećava prema dolje.

I dimenzije stupova povećavaju se prema dolje zbog porasta momenata savijanja prema dnu stupova.

2 Dreniranje armiranobetonskih2. Dreniranje armiranobetonskihpotpornih zidova

22.4.2013

7


Montažni zidovi su u pravilu vodopropusni te nisu potrebne posebne mjere zaštite od nakupljanja vode iza zidova.

Monolitni zidovi – potrebno je spriječiti nakupljanje vode iza zida kako bi se spriječio hidrostatski tlak na zid.

Potrebno je ugraditi procjednice (barbakane) u zid – betonske ili plastične cijevi Ø 100 mm na svakih 2 m duljine zida (prema Općim tehničkim uvjetima za radove na cestama, Knjiga 2).


Nasip od pijeska ili šljunka iza zida je propustan – dostatni su otvori na dnu zida na razmaku od 2 m.

Prelijevanje vode preko zida sprječava se rigolom na vrhu zida.

22.4.2013

8


Kod nasipa od nepropusnog glinovitog materijala,na otkopanoj kosini se postavlja drenažni sloj.

3 Dimenzioniranje i armiranje3. Dimenzioniranje i armiranje armiranobetonskihpotpornih zidova

22.4.2013

9

Dimenzioniranje AB zidova u Hrvatskoj provodi se prema sljedećim normama:

1. HRN EN 1991‐1‐1:2008Eurokod 1 ‐‐ Djelovanja na konstrukcije ‐‐ Dio 1‐1: Opća djelovanja ‐‐ Prostorne težine,vlastita težina i uporabna opterećenja za zgrade (EN 1991‐1‐1:2002)

2 HRN EN 1992‐1‐1:2008

3. Dimenzioniranje i armiranje armiranobetonskih potpornih zidova

2. HRN EN 1992 1 1:2008Eurokod 2 ‐‐ Projektiranje betonskih konstrukcija ‐‐ Dio 1‐1: Opća pravila i pravila za zgrade(EN 1992‐1‐1:2004+AC:2008)

3. HRN EN 1997‐1:2008Eurokod 7 ‐‐ Geotehničko projektiranje ‐‐ 1. dio: Opća pravila (EN 1997‐1:2004)

4. HRN EN 1997‐2:2008Eurokod 7 ‐‐ Geotehničko projektiranje ‐‐ 2. dio: Istraživanje i ispitivanje temeljnoga tla (EN 1997‐2:2007)

5. HRN EN 1998‐1:2008Eurokod 8 ‐‐ Projektiranje konstrukcija otpornih na potres ‐‐ 1. dio: Opća pravila, potresnadjelovanja i pravila za zgrade (EN 1998‐1:2004)

6. HRN EN 1998‐5:2008Eurokod 8 ‐‐ Projektiranje konstrukcija otpornih na potres ‐‐ 5. dio: Temelji, potpornekonstrukcije i geotehnička pitanja (EN 1998‐5:2004)


Potporne zidove prema EN 1997‐1 treba dimenzionirati na:

KlizanjeGlobalnu stabilnost

PrevrtanjeSlom tla

22.4.2013

10


Prema EN 1992‐1 dimenzionira se armirani beton:

Djelovanja na potporni zid:

1 Vl tit t ži id1. Vlastita težina zida

2. Težina tla koja se nalazi na temelju kod konzolnih zidova

3. Horizontalni pritisak tla – OBAVEZNO SE RAČUNA SA MIRNIM PRITISKOM k0 = 1 – sin φNe smije doći do sloma konstrukcij prije nego se pojavi pomicanje, ili zakretanje zida tj.

pojavi se aktivan tlak zbog pomicanja zida

4. Hidrostatski pritisak vode iza zida se ne uzima u obzir jer je izvedena drenaža i procjednice.4. Hidrostatski pritisak vode iza zida se ne uzima u obzir jer je izvedena drenaža i procjednice.

5. Korisno opterećenja na vrhu zida i tlu iza zidaHorizontalan pritisak od vertikalnog opterećenja određuje se koristeći mirni pritisak tla.

6. Potresno djelovanje


Granično stanje nosivosti i uporabljivosti:

Betonski elementi dimenzioniraju se na granično stanje nosivosti sa pripadnim faktorima sigurnosti na djelovanja i materijale.

Granično stanje uporabljivosti armiranobetonskih elemenata zahtjeva da širina pukotina zaGranično stanje uporabljivosti armiranobetonskih elemenata zahtjeva da širina pukotina za nazovi‐stalnu kombinaciju opterećenja bude manja od 0,30 mm.

Često je granično stanje uporabljivosti mjerodavno za dimenzioniranje jer su stalna djelovanja dominantno opterećenje (vlastita težina i horizontalan pritisak tla iza zida).

Zid se dimenzionira kao konzola upeta na dnu (na spoju sa temeljem).

Prednji dio temelja do zida dimenzionira se kao konzola koja je upeta na spoju sa zidom opterećena linijskim kontinuiranim opterećenjem na dodiru sa tlom.Opterećenje se dobiva integracijom naprezanja na tlo.

Stražnji dio temelja iza zida se dimenzionira kao konzola upeta na spoju sa zidom opterećena vlastitom težinom, tlom koje se nalazi na njoj, korisnim opterećenjem na površini tla koje djeluje na nju, pri čemu se odbija pritisak tla s donje strane koje se pojavljuje kao reakcija na djelovanja.

22.4.2013

11


Dimenzioniranje AB zida:

Zid se dimenzionira kao konzola opterećena horizontalnim pritiscima tla + pripadno vertikalno opterećenje.

Računski model je greda širine 1 m jer se opterećenje prenosi savijanjem u vertikalnoj ravniniSile za dimenzioniranje betona – OBAVEZNO SAkoeficijentom MIRNOG PRITISKA TLA.

Duljina konzole – od vrha zida do spoja sa temeljemDjeluje rezultantna sila E1.

Klizanje i prevrtanje se računaju sa ukupnom silom(zbroj E1 + E2) pri čemu se djelovanja određuju sakoeficijentom aktivnog pritiska tla ako je zid deformabilanprema EN 1997‐1.

Horizontalna armatura je konstruktivna – odabire se prema pravilima armiranja debelih AB zidova.


Dimenzioniranje AB temelja:

TEMELJ ISPRED ZIDA:

1. Određivanje naprezanja na tlo uz uporabuMIRNOG PRITISKA TLAMIRNOG PRITISKA TLA

2. Konzola širine 1 m upeta u zid je opterećena sa reakcijom tla

TEMELJ IZA ZIDA:

Na temelj djeluje vertikalno opterećenjea) Težina tlab) Korisno opterećenje na tluc) Odbija se sila reakcije od tla

22.4.2013

12


Horizontalna armatura u potpornim zidovima:

Zidovi se izvode u kampadama duljine do 12 m (duljina armature).

Potporne zidove je potrebno vertikalno dilatirati – sprječava se pucanje zidova uslijed skupljanja betona (duljina kampade max. 12 m).

Kod konzolnih zidova bez kontrafora horizontalna armatura se ugrađuje prema skici na sljedećem slide‐u.

Horizontalna armatura služi za sprečavanje nastanka pukotina jer temelj ne dozvoljava slobodno deformiranje zida na spoju sa temeljem.

Kod elemenata velike debljine, horizontalnom armaturom se sprječava i nastanak pukotina uslijed hlađenja mladog betonauslijed hlađenja mladog betona.

Masivni betoni razvijaju veliku temperaturu, površina se brže hladi te nastaju površinske pukotine – potrebno provesti poseban proračun.

Preporuka: Knjiga autora: G. Meyer / R. MeyerRissbreitenbegrenzung nach DIN 1045‐1 (2008) für dicke Bauteilesadrži dijagrame za odabir armature koja sprječava pucanje mladog betona debelih ploča i zidova


Horizontalna armaturau potpornim zidovima:

22.4.2013

13


Armatura u potpornom zidu:


Armatura u potpornom zidu:

22.4.2013

14


Armatura uz vertikalnu dilataciju zida ‐ brtva:


Zidovi sa kontraforama:

Tlocrt

22.4.2013

15



Njihovom primjenom smanjuju se dimenzije zida, količina potrebne armature, naprezanja i deformacije u betonu potpornog zida.

Rebra za ojačanje debljine 50 do 70 cm postavljaju se na razmaku 3 do 5 mRebra za ojačanje debljine 50 do 70 cm postavljaju se na razmaku 3 do 5 m.

Njihov oblik se prilagođava dimenzijama temelja.

Vrh rebra je 50 do 70 cm ispod nivelete prometnice, tako da ne zadire u kolovoznu konstrukciju (kod zidova koji podupiru trup ceste).

Zidovi sa rebrima sa prednje strane primjenjuju se kod zidova manjih visina kada je potrebna ravna ploha stražnje strane zida pri čemu je proširen temelj sa prednje strane zida kako bi se mogla preuzeti sva djelovanja.



Dodavanjem kontrafora znatno se povećava učinkovitost visokih konzolnih potpornih zidova.

Osnovna ideja – aktiviranje nosivosti zida u horizontalnom smjeru između kontrafora.

Razmak kontrafora u pravilu iznosi 0,50 do 0,75 H (H ukupna visina potpornog zida).

Debljina kontrafora – minimalno 25 cm.

U pravilu se nalaze iza zida – prekriveni su tlom.

Ponekad su ispred zida, što je statički povoljnije jer se uslijed savijanja zida u njima pojavljujetlačna sila, ali osnovni nedostatak je zauzimanje prostora ispred zida.

Zidovi sa kontraforama se sastoje od temeljne ploče i zidova koji se oslanjaju na kontrafore.

Statički se ponašaju kao ploče upete na tri ruba – postavlja se pitanje stupnja upetosti koji ovisi o načinu armiranja.

Dvodimenzionalno preuzimanje opterećenja u zidu je najracionalnije promatrati na FEM modelima.

22.4.2013

16





U gornjem dijelu zida, sile se primarno prenose u horizontalnom smjeru između kontrafora:– zid se savija kao ploča između kontrafora – vlačna naprezanja se pojavljuju na vanjskoj plohi zida.

Donji dio zida se dominantno savija u vertikalnom smjeru (prema dijagramu momenata savijanja u vertikalnom smjeru dobivenom na 3D FEM modelu) – vlačna naprezanja se pojavljuju na plohi zida u dodiru sa tlom (stražnja ploha zida).

‐Maksimalni momenti savijanja u vertikalnom smjeru pojavljuju se u sredini zida između kontrafora.

Približni proračuni teško mogu obuhvatiti složene ponašanje sustava – stoga su neophodni detaljniji FEM proračuni kako se točnije odredila armatura i postavila uz odgovarajuću plohu zida

Stupanj upetosti u kontrafore je moguće povećati izvođenjem vuta.

22.4.2013

17



Moguća je i izvedba ploče za relaksaciju na određenoj visini, ali nije uobičajeno zbog problema izvedbe.


Zidovi sa kontraforama ‐ armiranje:

Horizontalna armatura u zidu:Najveća horizontalna armatura se nalazi između kontrafora uz vanjsku plohu zida iuz kontrafore na unutarnjoj plohi zida (zid se ponaša kao kontinuirana greda sa osloncima na mjestu kontrafora)mjestu kontrafora).

Vertikalna armatura u zidu:Najveća vertikalna armatura u zidu se nalazi na spoju zida sa temeljem, uz unutarnju plohu zida.

22.4.2013

18



Temeljna ploča:

Slično se ponaša i temeljna ploča, kontinuirani sustav oslonjen sa mjestu kontrafora, upet u zid.

Momenti savijanja u temeljnoj ploči:



Temeljna ploča:

Potrebna armatura

22.4.2013

19


Zidovi sa kontraforama ‐ deformacije:


Zidovi sa kontraforama ‐ armiranje:Kontrafore:Kontrafore se ponašaju kao T ‐ greda promjenjive visine poprečnog presjekaVlačnu vertikalnu armaturu je potrebno ugraditi što dalje od spoja kontrafore sa zidom kao bi postigli što veći krak sile.

22.4.2013

20


4. Armiranje geotehničkih dijafragmi

22.4.2013

21


Iskop sa čeličnom trakom u fugama:


22.4.2013

22


Pravila za armiranje geotehničkih dijafragmi:



Ovisno o karakteristikama betona tijekom ugradnje definirani su razmaci armature za trajne i privremene konstrukcije.

Vrijednosti e i e u tablici su naveden za beton sa maksimalnim zrnom agregata ≤ 32 mmVrijednosti e1 i e2 u tablici su naveden za beton sa maksimalnim zrnom agregata ≤ 32 mm.

Za beton sa maksimalnim zrnom agregata 63 mm vrijednosti u tablici potrebno je pomnožitisa faktorom 1,50.

22.4.2013

23



Norma HRN EN 1538:2008 ‐ Izvedba posebnih geotehničkih radova ‐‐ Dijafragme (EN 1538:2000) sadrži dodatne uvijete za armiranje dijafragmi:

‐ Jedan element po svojoj visini može imati jedan ili više armaturnih koševaJedan element po svojoj visini može imati jedan ili više armaturnih koševa

‐ Dno koša se mora nalaziti barem 20 cm iznad dna iskopa

‐Minimalni promjer vertikalne armature iznosi 12 mm, pri čemu se uz svaku vertikalnu plohunalaze po vertikalne 3 šipke u 1 m širine dijafragme

‐ Horizontalni svijetli razmak između jedne vertikalne šipke ili grupe šipki mora iznositi barem 10 cm, na mjestu prekolopa ili jako armiranih elemenata se može smanjiti na 8 cm ako se pritom koristi beton sa maksimalnim zrnom agregata do 20 mm

‐ Vertikalni razmak između horizontalne armature mora iznositi barem 15 cm, preporuka 20 cm

‐ Svijetli razmak između dva armaturna koša u jednom AB elementu mora iznositi 20 cm

‐ Svijetli razmak između ruba armaturnog koša i fuge elementa mora iznositi barem 10 cm.



Norma HRN EN 1538:2008 ‐ Izvedba posebnih geotehničkih radova ‐‐ Dijafragme (EN 1538:2000) sadrži dodatne uvijete za armiranje dijafragmi:

Udaljenost između vanjskog ruba armaturnog koša i ruba iskopa mora biti barem 7 5 cm;Udaljenost između vanjskog ruba armaturnog koša i ruba iskopa mora biti barem 7,5 cm;moguće smanjiti na 6 cm kod privremenih konstrukcija.

‐Dozvoljene tolerancije za armaturne koševe:

Širina koša u smjeru poprečno na smjer pružanja dijafragme: ± 10 mm

Duljina preklopa, sidrenja, itd : ± 70 mm

Visina koša : ± 50 mm

Horizontalna širina armaturnog koša u smjeru dijafragme : ± 70 mm

Documents

Potporne konstrukcije i stabilnost kosina