UNIVERZITET U BEOGRADU

POLJOPRIVREDNI FAKULTET

Seminarski rad iz predmeta:

Zaštita zemljišta od erozije

Tema:

Potporni zidovi

Profesor: Student:

Mirko Nedić Dina Mahmoud

Beograd 2012

Sadržaj

1. Zemljani pritisak na potporne zidove.......................................................................12. Dimenzionisanje potpornih zidova...........................................................................2

2.1. Aktivni i pasivni pritisak na zidove...............................................................52.1.1. Aktivni pritisak.........................................................................................52.1.2. Pasivni pritisak.......................................................................................10

2.2. Stabilnost potpornih zidova.........................................................................112.2.1. Izrada masivnih potpornih zidova..........................................................12

3. Problem filtracije i dreniranja.................................................................................134. Nastanak i posledica kretanja tla............................................................................145. Primena geotekstila u potpornim zidovima............................................................156. Uticaj podzemne vode na zid..................................................................................167. Uticaj kohezije tla na potporni zid..........................................................................178. Literatura.................................................................................................................19

1. Zemljani pritisak na potporne zidove

Potporni zidovi su konstrukcije namenjene prijemu bočnih sila potisaka zemljišta ili vode. Imaju široku primenu prilikom izgradnje: puteva, železnica, obalno-utvrda i u mnogim drugim slučajevima. U statičkom smislu oni su uglavnom konzolni nosači uklešteni donjim krajem u zemljište. Kruti potporni zidovi su podeljeni u dve osnovne grupe:

o Masivni ili gravitacioni zidovi (slika 1 a)

o Olakšani (ojačani) potporni zidovi (slika 1 b,c,d)

a) masivni zid b) zid sa konzolnom stopom c) zid sa kontaforom

d) potporni zid

Slika 1.- Kruti potporni zidovi

Masivni potporni zidovi su većih dimenzija, a izrađuju se od kamena, betona i opeke. Ojačani potporni zidovi su manjih dimenzija pošto se izrađuju od otpornijeg materijala, kakav je i armirani beton.Pri projektovanju potpornih zidova uglavnom se kortiste tipski oblici koji su ispitani za svaki slučaj opterećenja.Potporne konstrukcije obično služe za bočno pridržavanje tla kad god to izgradnja neke građevine ili uređenje zemljišta zahteva.Takve su konstrukcije značajno skuplje.

2. Dimenzionisanje potpornih zidova

Dimenzionisanje potpornih zidova vrši se iz uslova dozvoljenih napona u tlu, stabilnosti na klizanje i stabilnosti na preturanje.

Određivanje napona u tlu

Naponi u tlu određuju se za zbirne uticaje momenata i vertikalnih sila koji deluju u težištu spojnice T

Slika br.2 –šematski prikaz potpornog zida

Za zbirni moment M i vertikalnu silu V, naponi u vlaknima 1 i 2 su:

δ₁¿VF

+ MW

≤ δz.dozv.δ₂¿

VF

−MW

≥ 0

gde je:M¿ H ∙ S moment sile H u odnosu na težište temelja spojnice TF - površina temeljne spojniceW - otporni moment temeljne spojnice

U slučaju kada je σ2<0 odnosno kada spojnica beton-tlo ne može da primi napone zatezanja, mora se odrediti širina stope koja na celoj površini trpi napone pritiska. Ova širina se određuje iz uslova isključenja zone zatezanja. Položaj sile V određen je izrazom:

e= MV

Odstojanje od ivice jezgra preseka do maksimalno pritisnute ivice preseka je:

c= B2

−e

Slika br. 3-Kontrola napona u slučajevima pojave napona zatezanja u temeljnoj spojnici

Pa je širina aktivnog preseka koji prima pritiske, pri naponu δ₂¿0, jednaka 3∙ c, odnosno sila je na ivici jezgra preseka. Kako su u, tom slučaju, članovi sa desne strane jednakosti

(δ₂¿VF

−MW

≥ 0) međusobnojednakitoje:

maxδ₁¿2 ∙V

3 ∙ c≤ δ z.dozv.

Stabilnostnaklizanje

Stabilnostnaklizanjejeodređenaiz uslova da je koeficijent klizanja :

nk¿V ∙ tgφ

H≥ k

gde je:k - dozvoljeni koeficijent sigurnosti na klizanjeφ - je ugao unutrašnjeg trenja tla

Vrednosti dozvoljenog koeficijenta sigurnosti naklizanje k zavise od vrste tla i opterećenjak¿1.5 (1.9) za peskovito i šljunkovito tlo

k¿2.0 (2.5) za glinovito tloStabilnost na preturanje

Stabilnost na preturanje određuje se iz uslova da ne dođe do preturanja oko najisturenije tačke poprečnog preseka zida. Koeficijent stabilnosti na preturanje dat je izrazom:

np¿MsMp

≥1.5

gde je:Mp - moment preturanja, odnosno moment svih sila koje deluju tako da teže da preture zid oko najisturenije tacke poprecnog preseka zidaMs - je moment stabilnosti, odnosno moment svih sila koje deluju tako d asprece preturanje oko te tacke

2.1. Aktivni i pasivni pritisak na zidove

2.1.1. Aktivni pritisak

U slučajevima kada seprojektuje kaskadno oblikovan teren, ili ukopana konstrukcija, vrši se zasecanje tla. Tako profilisan teren nije u stanju da samostalno stoji i da ne dođe do obrušavanja, kao posledice savlađivanja unutrašnjeg terena između čestica tla. Pritisak zemlje koji bi doveo do obrušavanja naziva se zemljani pritisak. On se prihvata potpornim konstrukcijama. Intenzitet aktivnog zemljanog pritiska određuje se iz uslova da se tlo potporne konstrukcije nalazi u stanju granične ravnoteže, da ne postoji trenje između potpornog zida i tla iza zida, i da je teren na vrhu zida horizontalan.

Slika br. 4- Određivanje zemljanog aktivnog pritiska

Vertikalni napon na dubini z je:

δ ₂=P+γ ∙ z

Horizontalni napon, prema Rankinovoj teoriji, na istoj dubiji je:

δi=δ ₂ ∙ tg ² (45 °−φ2)=δ ₂ ∙ λa

λa-koeficijent horizontalnog zemljanog pritiska

λa=tg ² (45 °−φ2)

Za ovako određene funkcije promene vrednosti napona δ1 i δ , dobijamo vrednosti₂ horizontalnih pritisaka u karakterističnim nivoima (po jedinici površine) izraženih u KN/m .²po¿p∙ λa

pz¿ ( p+γ ∙ z ) ∙ λa

ph¿( p+γ ∙h)∙ λa

Tada je ukupna horizontalna sila pritiska:H= pₒ+p h

2∙ h

Koja deluje u težistu površine dijagrama horizontalnih pritisaka

S=h2

∙2 ∙ pₒ+ p h

pₒ+ ph

U slučaju kada postoje dva sloja tla, sa različitim karakteristikama tada se moraju uzeti u obzir koeficijent horizontalnog zemljanog pritiska, a zavisno od toga u kom sloju se vrši proračun pritiska.

Slika br. 5–Određivanje aktivnog zemljanog pritiska u slučaju dva sloja tla sa različitim karakteristikama

Vrednosti koeficijenta horizontalnih zemljanih pritiska za slojeve I i II su:

λa1¿ tg ² ∙(45 °−φ ₁2

)

λa2¿ tg ² ∙(45 °−φ ₂2

)

Horizontalni pritisci u karakterističnim nivoima su:

pₒ¿ p ∙λa1

p1¿¿1∙ h1)∙λa1

p2¿¿2∙ h1)∙λa2

p3¿¿1∙ h1+γ 2∙ h1)∙λa2

Horizontalna sila pritiska sloja I je:

H1¿pₒ+ p ₁

2∙h1

Koja deluje na udaljenju

S1¿h ₁3

∙2 ∙ pₒ+ p ₁

pₒ+ p ₁

Horizontalna sila pritiska sloja II je:

H2¿p₂+ p₃

2∙h₂

Koja deluje na udaljenju:

S₂¿h ₂3

∙2 ∙ p ₂+ p₃

p ₂+ p ₃

Ukupna horizontalna sila pritiska:

ΣH¿H1+H2

Koja deluje na udaljenju:

S¿H1 ∙ (S1+h2 )+H ₂∙ S₂

ΣH

Sa ovako određenim vrednostima horizontalnog zemljanog pritiska vrši se dimenzionisanje potporne konstrukcije, odnosno potpornog zida, koja prima te uticaje.

Veličina bočnog pritiska (potiska) koji deluje na potporni zid zavisi od tipa kakvo će kretanje potpornog zida izazvati u odnosu na ispunu i od vrsta tla.

Ukoliko zid pomerimo dalje od ispune, izvesna količina ispune će težiti da po nekoj ravni klizne nadole i na zidu. To je aktivan pritisak.

Slika br.6- Aktivno stanje

Kada se zid kreće prema tlu, ono ce pružiti otpor tom kretanju, ali će opet doći do oformljenja klizne ravni i kretanje prizme nagore i prema ispuni. Ovom prilikom javljaju se veći otpori tla i to stanje naziva se pasivni pritisak.

Slika br.7-Pasivno stanje

Ako promenu vrednosti bočnog pritiska nanesemo na ordinate, a nju ujedno smatramo kao početni položaj zida, sa desne strane će biti prikazano pomeranje zida ka ispuni, a sa leve od ispune.

Slika br.8- Veličina bočnog pritiska na potporni zid

Znači ukoliko se zid pomera ka ispuni, izaziva pasivni otpor tla; ako se pomera od ispune, izaziva aktivni otpor tla, dok se za vrednost totalnog pritiska u tački A zid neće pomerati.

Hidrostatički pritisak vode na potporni zid je srazmeran njegovoj visini, pa sačinjava dijagram opterećenja u obliku jednakostraničnog trougla.

Slika br.9- Pritisak vode na zid

Sila hidrostatičkog pritiska deluje u težistu ovog trougla, a jednaka je proizvodu zapremine

trostrane prizme (dužina 1 m ) i zapreminske mase. Kod kosih zidova izraz W = γw ∙ h ²2

=h ²2

se

uvećava za sinus nagiba prema vertikali, pa se dobija izraz ¿h ²

2∙ cosα. Pritisci zemljišta na

potporne konstrukcije tla iza zida po nekoj kliznoj ravni, što predstavlja stanje granične ravnoteže.

2.1.2. Pasivni otpor tla

Pasivni otpor tla javlja se kod konstrukcija koje prouzrokuju deformacije usmerene ka tlu.On predstavlja granični otpor koji se može suprotstaviti prinudnom pomeranju potporne konstrukcije prema tlu.Deformacija mora biti toliko velika da aktivira unutrašnji otpor tla.

Pasivni napon tla dat je izrazom:

δ 1=δ 2∙ t g2 ∙(45 °+ φ2)=δ ₂ ∙ λp

λp-koeficijent pasivnog horizontalnog zemljanog pritiska

λp¿ tg ² ∙(45 °+ φ2)

Za ovako određene funkcije promene napona vrednosti napona δ₁ i δ₂, dobijamo vrednosti horizontalnih otpora tla u karakterističnim nivoima (po jedinici površine):

pₒ¿ p ∙ λp

ph¿( p+γ ∙ h)∙ λp

Tada je ukupna horizontalna sila pasivnog otpora tla:

H¿ pₒ+ p h2

∙ h

2.2. Stabilnost potpornih zidova

Da bi potporni zid bio stabilan mora da bude dovoljno siguran protiv pojave klizanja, tj da se athezija između zida i zemlje može suprotstaviti uticaju horizontanih spoljnih sila.Za ispitivanje se uzima kontrolna spojnica temeljne stope.Na ovaj način se dobija sila trenja koja je proizvod vertikalne komponente rezultante i koeficijenta trenja. U zavisnosti od vrste materijala, za zid i tla na kontaktnoj površini, dat je pregled koficijenta trenja u tabeli 1 :

Tabela br.1- Vrednosti koeficijenta trenja tgδ

Materija u podlozi i zidu tgδPesak i šljunak sa opekom 0.528

Suv pesak i beton 0.700Vlažan pesak i beton 0.468

Beton i stena 0.780Krečnjak na krečnjak 0.740

Koherentno tlo tgφ

Sila trenja može biti veća od smicuće sile koju čini horizontalna komponenta rezultante. Odnos sile trenja i sile smicanja (klizanja) izrazava se preko koeficijenta sigurnosti protiv klizanja

Fs¿FT

= N ∙ tgδT

≥ 1.5

gde je:

F - sila trenja

tgδ- koeficijent trenja

Ukoliko je koeficijent klizanja manji od 1.5, tada se radezupčaste stope masivnog zida (slika 10 a), ili se zakosi (slika 10 b). Kod ojačanih armirano-betonskih zidova obrazuje se zub (slika 10 c).

a) b) c)

slika br.10- Sigurnost na klizanje

2.2.1. Izrada masivnih potpornih zidova

Masivnim zidom smanjujemo kosine strmih nasipa, tako da ga postavljamo u nagibu 4:1, 6:1, pa sve do vertikale. Strmiji nagibi zidova od 3:1 se primenjuju samo kod manjih visina. Izbor vrste zidova zavisi od mesnih uslova, cene građevinskog materijala i radne snage. Gornja ivica zida se obično obrađuje tako sto kosina terena treba da bude bar za 10 cm udaljena od ove ivice. Širina u kruni za betonski zid je najmanje 50cm, za kamene zidove 60cm i za zidove zidane ,,u suvo’’ 1m. Zbog velikih dužina zidova i zbog mogućnosti sleganja, izvođenje radova se obavlja u segmentima, dužine 4-8m.spojnice (dilatacione fuge) su širine 1-2cm, a zalivaju se butimenskim sredstvima. Dubina fundiranja se uzima od 80-100cm u tlu koje može da primi opterećenje zida. Ako teren ima blaži nagib od nasipa, onda zid, ukoliko je udaljeniji od planuma puta, ima manju visinu.Ovde na visinu zida utiče i veličina prepusta. Pored ovog rešenja može da se radi vertikalni zid prepusta ili zid sa konzolom pri vrhu.

3. Problem filtracije i dreniranja

U slučaju da je iza potporne konstrukcije raskvašeno zemljište, onda će ono da stvara znatne pritiske usled povećanja zapreminske mase ili usled bubrenja. Vrednost ovog pritiska je teško odrediti, pa je najbolje sredstvo za to zamena takvih glinovitih tla peskovito-šljunkovitim materijalima. Ukoliko takvih materijala nema u blizini, onda treba izvršiti površinsko odvodnjavanje i izraditi sistem filtra. Svaki proces filtracije i dreniranja iza zida smanjuje pritisak tla jer eliminise uticaj hidrostatičkog protiska (vode). Na zidovima se ostvaruju otvori za oticanje vode (barbakarne), na razmaku 2-4m, i to pri dnu zida.

U prošlosti se nedovoljno obraćala pažnja na prirodu materijala od kojeg je izrađen filtar. Mađutim, uvidelo se da filtar mora funkcionisati tako da sprečava unosenje mulja (zamuljavanje), a takođe, i iznošenje finog materijala sa vodom (ispiranje).

Filtarski material treba da pruži mali otpor proticanju vode, ali i da se suprotsavi prolasku mulja i tako sprečava zgušenje ili unutrašnju eroziju.Vrlo često filtar se zatvara vodonepropusnim slojem jer se zabranjuje mešanje površinske i podzemne vode.Najčešće se rade vertikalni filtri.Mada se ovde zbog pritiska filtracije povećava opterećenje na zid. U slučaju koso postavljenog filtra nema dodatnog pritiska na zid.Za ispunu gde je moguće kvašenje sa boka površinska voda se odvodi rigolima

4. Nastanak i posledice kretanja tla

Svaka kosina je stalno izrazena dejstvu prirodnih sila koje teže da je ublaže. Proces, koji tom prilikom nastaje, može se odvijati skoro neprimetno ili naglo u vidu tečenja.

Pod erozijom kosina podrazumevamo pokretanje tla sa i bez izražene klizne ravni, a to su: osipanja, odronjavanja i klizanja.

Osipanje je pojedinačno ili skupo kotrljanje proizvoda raspadanja stene niz kosinu.

Odronjavanje je naglo otkidanje blokova stena i mase tla.

Klizanje je kretanje raskvašene mase tla u površinskoj zoni terena.

Ova pokretanja tla najčešće nastaju u glinovitom zemljištu sastavljenom od mnogo sitnih pukotina u koje lako prodire voda. Pošto voda narušava stabilnost i koheziju između čestica gline, najpre nastaje proces otkidanja, zatim proces puženja i najzad nastaje tečenje tla.

Klizišta se manifestuju laganim i dugotrajnim kretanjem zemljanih masa na prirodnim padinama po površini klizanja, koje je samo nekad praćeno prevrtanjem.

Uzroci koji mogu izazvati klizanje tla su:

o Velika strmina, kosina i nagib slojeva tla

o Ovlaženost površine po kojoj se vrši klizanje

o Narušavanje prirodne ravnoteže tla izrazom nasipa ili useka

o Dinamični potresi od vozila na putevima i železnici

o Potresi usled miniranja

o Zemljotresi

o Pokreti lavina i

o Dejstvo mraza.

5. Primena geotekstila u potpornim zidovima

Geosintetici su građevinski materijali koji su po svojoj prirodi sintetički materijali ili spojevi sintetičkih i pritrodnih materijala. Isporučuju se u obliku rolni, panela ili traka koje se u praksi široko koriste, prevashodno u geotehničkim, hidrauličkim, saobraćajnim i ekološkim primenama. Danas je u svetu teško zamisliti bilo kakav veći zahvat u oblasti radova u tlu, a da se pri tome ne koristi neki iz široke palete materijala koje nazivamo geosintetici.

Na projektovanje potpornih zidova osim visine, najviše utiče tip i priroda tla iza zida. Pritisak tla se smatra da linearno raste sa povećanjem dubine tla. Postavljanje geotekstila u tlo iza zida proizvodi dva bitna efekta:

o Presecanje linije loma tla i njeno pomeranje ka zidu čime se smanjuje pritisak tla

o Ojačavanjem tla iza zida, njegova otpornost na smicanje se drastično povećava

Primena geotekstila pri konstrukciji potpornih zidova svodi se na dva osnovna oblika.

Slika br.11 –Potporni zid od geotekstila

Prvi slučaj je da je kompletna konstrukcija zida od tekstila dok se drugi slučaj svodi na ojačavanje tla iza zida primenom tekstila.

Potporni zidovi od geotekstila sastoje se od horizontalnih slojeva tla koji su sa tri strane obloženi tekstilom koji time čini konstrukciju koja se ispunjava tlom. Na licu zida tekstil sprečava odronjavanje tla dok se u unutrašnjosti zida angažuju smicujuće sile u tekstilu čime se stabilizuje tlo.Ove smicujuće sile nastaju usled trenja dva sloja tla-ispod i iznad tekstila. Debljine slojeva tla kreću se od 25 do 50cm.

Ovakva konstrukcija se izvodi tako što se za svaki sloj prvo položi tekstil nakon čega se vrši nanošenje sloja tla. Zatim, vrši se preklapanje tekstila na licu zida. Najčešće, potrebno je formirati malu oplatu koja drži tlo do trenutka kada je završen taj sloj. Tekstil se naslanja na tu oplatu i nalazi se između nje i tla. Nakon ovoga, vrši se nabijanje tla čime se završava izrada jednog sloja.Na njemu se izvodi sloj čije je lice malo smaknuto prema tlu. Dužina tla koje se pokriva tekstilom iznosi od 0.5 do 1 visine zida. Po završetku, izloženo lice zida pokriva se asfaltnom emulzijom da bi se izbegla oštećenja na tekstilu, mehanički ili ultravioletnim zračenjem. Problem zaštite izloženog zida je i najosetljiviji problem kod ovakvog tipa konstrukcija pa mu treba posvetiti posebnu pažnju.

6. Uticaj podzemne vode na zid

U slučajevima kada u tlu iza potpornog zida postoji prisustvo potpornih voda tada se ukupna horizontalna sila koja potiskuje zid povećava za vrednost horizontalnog potiska vode.O ovoj pojavi treba voditi računa jer ako se potporni zid projektuje bez uticaja podzemne vode, a tokom eksploatacije dođe do pojave podzemnih vode, povećanje potiska može dovesti do rušenja potporne konstrukcije.Sprečavanje prisustva podzemnih voda može se najjednostavnije postići postavljanjem drenažnih otvora u zidu kako bi se omogućilo dreniranje vode u tlu iza potpornog zida, odnosno smanjila visina nivoa podzemnih voda.

7. Uticaj kohezije tla na potporni zid

Kada tlo poseduje koheziju tada uticaj kohezije smanjuje aktivni zemljani pritisak na potporni zid, pa se mogu redukovati dimenzije zida.

U praksi treba biti veoma oprezan sa uzimanjem kohezije u proračun uticaja na potporne konstrukcije, posebno u tlu koje se sastoji od gline i lesa. Naime, naknadnim provlažavanjem tla koje se može pojaviti tokom eksploatacije konstrukcije vrednost kohezije opada. U tim slučajevima stabilnost potpornog zida je ugrožena, ima znatno povećane uticaje za koje konstrukcija nije kontrolisana.

Literatura

Mehanika tla i fundiranje - III razred građeviske tehničke škole, Radivoj Solarov, 1996god

Mehanika tla 1 – Visa građevinsko geodetska škola, mr Svetlana Latov, 2005 god

Fundiranje 1 – Građevinski fakiltet, C. Vujičić, 1992god

Fundiranje arhitektonskih objekata – Betonske konstrukcije i poglavlje - Građevinski fakultet, prof. dr. Milan Glisic, 2004 god

www.scribd.com

www.studentifgm.com

www.info.grad.hr