Zagreb, travanj 2012. 1Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Potporne Potporne konstrukcije 1konstrukcije 1
Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet
Diplomski sveučilišni studij Smjer: Diplomski sveučilišni studij Smjer: GEOTEHNIKAGEOTEHNIKA
Prof. dr. sc. Tomislav IvšićProf. dr. sc. Tomislav IvšićGraGrađđevinski fakultet Zagrebevinski fakultet Zagreb
Zagreb, travanj 2012. 2Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Vrste potpornih konstrukcijaVrste potpornih konstrukcijaSvrha, izbor i podjela potpornih konstrukcija
Potporne konstrukcije – građevinske konstrukcije koje podupiru tlo, slične (zrnate) materijale ili vodu.
Materijal je poduprt (pridržan) ukoliko stoji s pokosom strmijim od onog kojeg bi eventualno zauzeo kad ne bi bilo konstrukcije (kut odlaganja, “prirodni pokos”).
Zagreb, travanj 2012. 3Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Podjela potpornih konstrukcijaPodjela potpornih konstrukcija
nn Zasipane potporne konstrukcijeZasipane potporne konstrukcije -- potporni potporni zidovi, gravitacijske potporne konstrukcije zidovi, gravitacijske potporne konstrukcije ((tradtrad. zidovi od kamena, . zidovi od kamena, nearmiranognearmiranog betona, betona, armiranog betona, armirano tlo)armiranog betona, armirano tlo)
nn UgraUgrađđene potporne konstrukcijeene potporne konstrukcije –– ukopane ukopane (umetnute u tlo) konstrukcije, savitljive (umetnute u tlo) konstrukcije, savitljive potporne konstrukcije (dijafragme, talpe ili potporne konstrukcije (dijafragme, talpe ili platiceplatice…)…)
Zagreb, travanj 2012. 4Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Zasipane potporne konstrukcijeZasipane potporne konstrukcije
Slika 5-1 Tipične vrste zasipanih zidova s preliminarnim proračunskim dimenzijama: gravitacijski masivni betonski zid (gore lijevo), armirano-betonski gravitacijski zid (gore desno), armirano-betonski L zidovi (u sredini), gabionski zid (dolje)
Zagreb, travanj 2012. 5Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidova
Uz prometnice
Zagreb, travanj 2012. 6Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaUz prometnice
Zagreb, travanj 2012. 7Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidova
Uz prometnice
Zagreb, travanj 2012. 8Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaObalne konstrukcije, konstrukcije uz vodotoke, jezera, more
Zagreb, travanj 2012. 9Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaObalne konstrukcije, konstrukcije uz vodotoke, jezera, more
Zagreb, travanj 2012. 10Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaPrilagodbe terena, “pejzažna” arhitektura
Zagreb, travanj 2012. 11Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaPrilagodbe terena, “pejzažna” arhitektura
Zagreb, travanj 2012. 12Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaIndustrija, mostovi
Zagreb, travanj 2012. 13Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri primjene potpornih zidovaPrimjeri primjene potpornih zidovaIndustrija, mostovi
Zagreb, travanj 2012. 14Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
UgraUgrađđene potporne konstrukcijeene potporne konstrukcije
Slika 5-2 Nekoliko tipičnih primjera ugrađenih potpornih konstrukcija: (a) ugrađena potporna konstrukcija kao samostojeći obalni zid ili (b) kao nosač obalne konstrukcija zajedno s grupom kosih pilota za preuzimanje horizontalnog opterećenja; (c) sidrena ugrađena potporna konstrukcija za zaštitu građevne jame u neposrednoj blizini postojeće zgrade s fazama izgradnje (1- ugradnja potporne konstrukcije i djelomični iskop do prvog reda sidara, 2- ugradnja prvog rada sidara, 3- djelomični iskop do drugog reda sidara, 4- ugradnja drugog reda sidara, 5- prednapinjanje drugog reda sidara, 6- iskop do konačne dubine jame)
Zagreb, travanj 2012. 15Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
UgraUgrađđene potporne konstrukcijeene potporne konstrukcije
Slika 5-3 Izvedba potporne konstrukcije od čeličnih talpi: (a) tipični poprečni presjek čelične talpe tipa Larsen s bravama na oba ruba i prikazom spajanja susjedne talpe, (b) ugradnja prve talpe u tlo zabijanjem (u gline i tvrđa tla) ili vibriranjem (u krupnozrna tla), (c) ugradnja druge tlape kojoj brava prve služi kao vodilica, (d) ugradnja ostalih talpi u nizu da bi se dobila potporna stijena
Zagreb, travanj 2012. 16Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
UgraUgrađđene potporne konstrukcijeene potporne konstrukcijeSlika 5-4 Faze izvedbe armirano-betonske dijafragme u tlu: 1, 2, 3- faze iskopa neparnih kampada, 4- iskopana kampada, 5- spuštanje armaturnog koša u iskopanu kampadu, 6- ulijevanje svježeg betona kroz „kontraktor“ cijev (radi spriječavanja segregacije agregata u betonu), 7-izlijevani dio buduće dijafragme, 8- gotova kampada, 9-izvedena stijena u tlu
Slika 5-5 Tlocrt pilotne stijene: dotičući 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 sjenčani) zasijecaju glino-betonskenearmirane pilote (svjetlije sjenčani)
Zagreb, travanj 2012. 17Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri ukopanih potpornih konstrukcijaPrimjeri ukopanih potpornih konstrukcija
Slika 5-6 Građevna jama za Importanne galeriju na Iblerovom trgu u Zagrebu, štićena armirano betonskom dijafragmom s tri reda sidara (gore); poprečni presjek kroz dijafragmu (dolje)
Zagreb, travanj 2012. 18Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri ukopanih potpornih konstrukcijaPrimjeri ukopanih potpornih konstrukcija
Građevna jama za Importanne Centar i garažu u Zagrebu
Zagreb, travanj 2012. 19Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri ukopanih potpornih konstrukcijaPrimjeri ukopanih potpornih konstrukcija
GraGrađđevna jama evna jama –– centar “Branimir”centar “Branimir”
Zagreb, travanj 2012. 20Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri ukopanih potpornih konstrukcijaPrimjeri ukopanih potpornih konstrukcija
Zagreb, travanj 2012. 21Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri izvedbe AB dijafragmePrimjeri izvedbe AB dijafragme
Strojni iskop Umetanje armature
Zagreb, travanj 2012. 22Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri izvedbe AB dijafragmePrimjeri izvedbe AB dijafragme
Gotova dijafragma
Iskop s bermom
Zagreb, travanj 2012. 23Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri izvedbe AB dijafragmePrimjeri izvedbe AB dijafragmeCentar “Branimir”
Zagreb, travanj 2012. 24Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Primjeri izvedbe AB dijafragmePrimjeri izvedbe AB dijafragmeCentar “Branimir”
Zagreb, travanj 2012. 25Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaPočeci: Coulomb i Rankine
Slika 5-7 Uz Coulombovu teoriju pritisaka na zid u aktivnom stanju;
je rezultanta pritiska tla na u aktivnom stanju sloma tla
Coulomb 1736-1806Objavljeno 1773.
Zagreb, travanj 2012. 26Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanja
Slika 5-8 Uz Rankineovo stanje aktivnog tlaka iza zida Rankine 1820-1872
Objavljeno 1857.
Zagreb, travanj 2012. 27Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaUz Rankineovo stanje aktivnog tlaka iza zida
Čvrstoća tla
Jednakost iz dijagrama
Aktivni tlak
Koeficijent aktivnog tlaka
Pasivni otpor
Koeficijent pasivnog otpora
Kut otklona ravnina na kojima se doseže čvrstoća
- za aktivni tlak
- za pasivni otpor
Zagreb, travanj 2012. 28Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanja
Bočni pritisci na nepomični zid
koeficijent bočnog mirnog pritiska – Jaky , 1944
Za nekoherentno tlo
Za koherentno tlo
Za nagnuti teren
Zagreb, travanj 2012. 29Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaPritisci i pomaci: Terzaghi
Terzaghi 1883-1963
Objavljeno 1920-1930
Slika 5-9 Terzaghijeva modelska ispitivanja pritiska nasutog pijeska na kruti zid u ovisnosti o rotaciji zida (puna linija); kasnija istraživanja su pokazala da ovisnost pritiska o rotaciji zida ovisi i o početnom bočnom naprezanju u tlu (crtkana linija) i zbijenosti tla (točka-crta); K je odnos bočnog pritiska (normalnog naprezanja) na poleđini zida i vertikalnog naprezanja u tlu
Zagreb, travanj 2012. 30Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaProširenje Coulombove teorije: Müller-Breslau
Slika 5-10 Pritisak na zid prema Müller-Breslau: sile na klin tla s ravnom kliznom plohom
Kosa sila aktivnog tlaka
Horizontalna sila aktivnog tlaka
Kosa sila pasivnog otpora
Horizontalna sila pasivnog otpora
Zagreb, travanj 2012. 31Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanja
Slika 5-11 Utjecaj trenja na zakrivljenost kliznih ploha u plastificiranoj aktivnoj zoni tla iza zida s prikazom određivanja smjera kliznih ploha pomoću Mohrove analize naprezanja za točke na sučelju poleđine zida i tla; slično vrijedi i za pasivno stanje, samo je utjecaj obratan
Zagreb, travanj 2012. 32Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanja
Teorije plastičnosti: Kötterove jednadžbe, radovi Kerisela i Absia i teoremi gornje i donje granice
Kötter 1888 –jednadžbe plastične ravnotežeCaquot i Kerisel 1948 – numerička rješenja Bousinesquove jednadžbe
Kerisel i Absi (1990) – tabelarna rješenja za korištenje
Teorem donje granice – polje naprezanja
Teorem gornje granice – mehanizam, pomaci, rad sila
Zagreb, travanj 2012. 33Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaGranični pritisci prema Eurokodu 7
Slika 5-12 Definicija veličina i predznaka za proračun pasivnog otpora (lijevo) i aktivnog tlaka (desno) prema EN 1997-1:2004 prema Kerisel i Absi (1990)
Aktivni tlak - efektivni
Pasivni otpor - efektivni
Efektivni pritisak nadsloja
Koeficijent horizontalne komponente tlaka
A: - δ, - ϕ’ P: + δ, + ϕ’
Za nedrenirano stanje:
Zagreb, travanj 2012. 34Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaPotrebni pomaci za potpuno aktiviranje graničnih pritisaka
Zagreb, travanj 2012. 35Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanja
Ostvareni pomaci za ugrađene stijene
Zagreb, travanj 2012. 36Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaPritisci na zidove uz uvažavanje interakcije zida s tlom 1
Slika 5-13 Interakcija zida i tla: zasuti zidovi (lijevo) i ugrađeni zidovi (desno) s prikazom pomaka zida i pritisaka na zid
Kod ugrađenih zidova na pritiske tla bitno utječe :- način ugradnje zida, - njegova relativna krutost u odnosu na tlo, - relativna brzina izgradnje u odnosu na brzinu konsolidacije kod slabo propusnih tla,- način iskopa tla ispred zida i redoslijed ugradnje razupora ili sidara, - popuštanje razupora ili sidara te - sile prednapinjanja koje se obično unose u sidra.
Zagreb, travanj 2012. 37Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanja
Općenito:
- pomaci zida ovise o pritisku tla, a pritisak tla ovisi o pomacima zida.
- ovaj naoko zatvoreni krug problema danas se rješava uvažavanjeminterakcije konstrukcije zida i tla
- računalni programi metodom konačnih elemenata – dostupni na tržištu
- složeni postupci modeliranja i opisa mehaničkog ponašanja tla zahtijevaju više podataka o tlu od klasičnih postupaka
- dostupnost podataka, posebni pokusi ????
Staro pravilo geotehničkog inženjerstva:
bolje je koristiti jednostavnu analizu s mjerodavnim parametrimatla nego složenu analizu s lošim ili sumnjivim parametrima.
Pritisci na zidove uz uvažavanje interakcije zida s tlom 2
Zagreb, travanj 2012. 38Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Pritisak tla na zidove i granična stanjaPritisak tla na zidove i granična stanjaPribližni postupci određivanja pritisaka na jednostavne ugrađene zidove
Σ MA = 0 d
Reducirani pasivni otpor PP / F ≈ 2 ( 3 )
Σ H = 0 Z
Ma ≈ Mp d
Konzola:
Σ H = 0 a
Zagreb, travanj 2012. 39Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidoveUtjecaj podzemne vode i procjeđivanja, dreniranje i hidraulički slom
• Hidrostatski tlak : u = γw z
• Sila strujnog tlaka (kod procjeđivanja – tečenja vode)
• djelovanje na efektivnu težinu tla – uzgon + sila strujnog tlaka
- vektor efektivne jedinične težine tla
- vektor jedinične težine tla
- vektor jedinične (specifične) težine vode
- gradijent (vektor) hidrauličkog potencijala h
- vektor uronjene jedinične težine tla
Ukupni normalni pritisak na zid
Volumenske sile !!
Posmično djelovanje na zid
Zagreb, travanj 2012. 40Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidove
Slika 5-15 Proračun i raspodjela pritisaka tla na gravitacijski zid za aktivno stanje plastične ravnoteže kad je podzemna voda u hidrostatičkom stanju s razinom na površini terena iza zida
Utjecaj podzemne vode i procjeđivanja, dreniranje i hidraulički slom
Slika 5-16 Učinak drena na poleđini gravitacijskog betonskog zida:
potencijali pritiska ili piezometarki potencijali (gore) i vertikalne komponente hidrauličkog gradijenta, (dolje)
Zagreb, travanj 2012. 41Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidove
Slika 5-17 Pritisci na razuprtu stijenu od talpi za zaštitu građevne jame uz puno aktiviranje aktivnog tlaka (desno) i pasivnog otpora (lijevo) te uz procjeđivanje podzemne vode oko stijene u jamu
Utjecaj podzemne vode i procjeđivanja, dreniranje i hidraulički slom
LIJEVO
DESNO
HIDRAULIČKI SLOM (lijevo) γ’ ≤ 0 EC7:
Zagreb, travanj 2012. 42Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidove
Vlačne pukotine Uslojeno tlo
Slika 5-18 Utjecaj na aktivni tlak i pasivni otpor: (a) vlačne pukotine, i (b) uslojeno tla s različitim kutovima trenja
Zagreb, travanj 2012. 43Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidoveUtjecaj površinskog opterećenja
Slika 5-19 Utjecaj površinskog opterećenja na veličinu aktivnog tlaka; dodatno vertikalno naprezanje u tlu, izazvano površinskim opterećenjem određuje se najčešće kao za elastični poluprostor
- Više teorija
- Najčešće kao za elastični
poluprostor
Zagreb, travanj 2012. 44Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidove
Utjecaj trenja između zida i tla
Zagreb, travanj 2012. 45Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
Drugi utjecaji na pritiske na zidoveDrugi utjecaji na pritiske na zidove
Utjecaj izlomljene površine terena
Slika 5-20 Približno određivanje aktivnog tlaka (i pasivnog otpora) za slučaj izlomljene površine terena
Utjecaj zbijanja tla iza zida
Slika 5-21 Dodatni bočni pritisci na zid izazvani zbijanjem nasipa iza zida (prema Ingold, 1979)
Zagreb, travanj 2012. 46Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
GraGrađđevna jama evna jama –– centar “Branimir”centar “Branimir”
Zagreb, travanj 2012. 47Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
D R A Š K O V I C E V A
B R
A N
I M
I R
O V
A
T R P I M I R O V A
27
57 55 53 49
4
inte
rpol
acija
20 m
ARMIRANOBETONSKA DIJAFRAGMA
47A
4A
12
3
1 2
3
1
2
R 11
R 10IN-R
IN-RIN-R
IN-R
M-R
M-R
M-R
D
D
D
reperi na zgradama
klinometri na zgradama
inklinometri i reperi u naglavnici dijafragme
parovi mikrometara i inklinometara, reperi u naglavnici
horizontalni deformetri
IN-R
M-R
D
1.7.
01.
1.8.
01.
1.9.
01.
1.10
.01.
1.11
.01.
1.12
.01
1.1.
02.
1.2.
02.
1.3.
02.
1.4.
02.
1.5.
02.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
zaok
ret (
mm
/ m
)
Trpimirova 47aDraskoviceva 49 / 2
Draskoviceva 55Branimirova 27
1.2.
01.
1.3.
01.
1.4.
01.
1.5.
01.
1.6.
01.
1.7.
01.
1.8.
01.
1.9.
01.
1.10
.01.
1.11
.01.
1.12
.01
1.1.
02.
1.2.
02.
1.3.
02.
1.4.
02.
1.5.
02.-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
slije
ganj
e ( m
m )
Draskoviceva 49 / 1 Branimirova 27 / 3ekstremi:
1.8.
01.
1.9.
01.
1.10
.01.
1.11
.01.
1.12
.01
1.1.
02.
1.2.
02.
1.3.
02.
1.4.
02.-30
-20
-10
0
slije
ganj
e ( m
m )
R - AR - B
R - CR - D
R - ER - F
GraGrađđevna jama evna jama –– centar “Branimir” centar “Branimir” -- monitoringmonitoring
Zagreb, travanj 2012. 48Geotehničko inženjerstvo 6 - TI
D
d
ε2
1 ε
osi mjernih cijevi
x
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Dub
ina
( m )
300 200 100 0 -100 -200 -300
-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Horizontalni pomak ( cm )
300 200 100 0 -100 -200 -300
Moment savijanja ( kNm / m' )
faza 1faza 3faza 6faza 7faza 9
- prema jami+ prema tlu
+ prema jami