GEOTEHNIGEOTEHNIČČKO INKO INŽŽENJERSTVOENJERSTVO

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

6. Slo6. Složžene geotehniene geotehniččke građevine nastavakke građevine nastavak

Potporni zidovi

Potporni zidovi su građevine koje služe za savladavanje visinskih razlika na površini terena. Potporni zidovi imaju ekscentrično opterećeni temelj, koji leži na tlu.

Temelji potpornih zidova dimenzioniraju se kao svaki drugi temelj bilo koje građevine. Pri tom je to najčešće obično plitko temeljenje, ali može biti i neka vrsta dubokog temeljenja

DUBOKI TEMELJI često se javlja kod upornjaka mostova , pristana u lukama kako je to prikazano na slikama koje slijede

Potporni zidovi su sastavni dijelovi raznih građevina:

─ krila upornjaka mostova,

─ zaštite predulaza u tunele

─ valobrani,

─ zidovi brodskih prevodnica

─ zidovi suhih dokova

─ građevina koje se izvode u zasjecima i usjecima

─ u nožici nasipa.

Prema tipu se potporni zidovi mogu podijeliti na:─ masivne, gravitacijske;─olakšane, gravitacijske, lagano armirane;─tankostjene, armirane.

MASIVNI, GRAVITACIJSKI POTPORNI ZIDOVI velikih su dimenzija. Kod većih visina, dimenzije postaju ograničavajući čimbenik. Stoga se iznalaze razni načini za savladavanje većih visina.

OLAKŠANI POTPORNI ZIDOVI nešto su lakši od masivnih.Mogu imati štedne otvore ili mogu oblikovno biti prilagođeni tako da mogu nositi zadano opterećenje. U ovu skupinu spadaju zidovi s konzolom i zidovi sa zategom.

TANKOSTJENI, armirani potporni zidovi imaju proširenu, armiranu temeljnu stopu na unutrašnjoj strani i/ili na vanjskoj strani, što ovisi o slobodnom prostoru. Uz to mogu imati rebra ili kontrafore.

Potporni zidovi se dimenzioniraju na aktivni pritisak, jer se smatra da mogu podnijeti deformaciju koja će takvo stanje u tlu izazvati.

0,005*1translacijadapijesak1,5Terzaghi (1936.)0,00ltranslacijadapijesak1,5Terzaghi (1936.)0,005rotacijadapijesak1,5Terzaghi (1936.)0,002rotacijadapijesak1,5Terzaghi (1936.)0,002rotacijanepijesak1,5Terzaghi (1934.)0,0011translacijadapijesak1,5Terzaghi (1934.)0,0011rotacijadapijesak1,5Terzaghi (1934.)0,0005rotacijanepijesak1,5Sherif i sur. (1984.)0,0005rotacijadapijesak1,2Sherif i sur. (1984.)

0,003 do 0,005rotacijadapijesak1,2Matsumoto i sur. (1978.)

0,006 do 0,008rotacijadaprašinastipijesak

10,0Matsumoto i sur. (1978.)

0,0009rotacijadaprašinastaglina

10,0Carder i sur. (1980.)0,0020translacijadapijesak2,0Carder i sur. (1977.)

0,0009 do 0,0024rotacijadapjeskoviti šljunak

8,7Broms i Ingelson (1972.)0,0003rotacijadapijesak2,7Broms i Ingelson (1971.)

Veličina relativnog pomaka, a*/H, potrebna za puni aktivni pritisak

Način pomaka

Zbijeno

ZasipVisina zida

(H)

Izvor

*a veličina pomaka vrha zida; H visina zida; *1 Pomak za postizanje raspodjele pritiska po trokutu s težištem u donjoj trećini zida

Da dimenzioniranje potpornih zidova nije ni jednostavno ni jednoznačno najbolje pokazuje analiza 46 m visokog potpornog zida brane Comerford na rijeci Connecticut, koji stoji još i danas (Duncan i sur., 1990.). Zid je projektirao K. Terzaghi oko 1928. godine, a rad o njemu je objavio 1934. godine. Zid je temeljen na čvrstoj stijeni.

Duncan uspoređuje Terzaghiev proračun: a) s proračunom b) po klasičnoj metodi, opterećenje tlakom mirovanja i s c) proračunom provedenim metodom konačnih elemenata. Na slici su prikazani rezultati ove analize.

ϕρ∗g=20,4 kN/m

3ρ∗g=20,4 kN/m

3ρ∗g=20,4 kN/m

3

=δ = 12,8 °projektno

projektno

3 8 ,1 °ϕ δ K = 0,45

= 22,3 °; = 0ekvivalentno

ϕδ

= 42,7 °=33 °; K = 0,5

0

mjerilo15 m

E =1,62 MN/m’y E =0,86 MN/m’

y EE =8,72x

=5,35 MMNN//mm’yE =5,1 MN/m’

x E =10,18 MN/m’x

19,2 m 17,4 m 15,6 m

a) Projekt Terzaghi

11,6 m6,7 m

q =2,74 Mpa

maxq = 3,6 Mpa

maxrezultanta vanjskihsila izvan temeljneplohe - zid nestabilan

b) Standardni proračun c) Proračun metodomkonačnih elemenata

Objašnjenje je slijedeće:Nasip se, i nakon najboljeg mogućeg zbijanja, sliježe u vremenu dovoljno da izazove trenje o zid potrebno za pojavu dodatnog posmičnog pritiska koje u ukupnom sustavu uravnoteženja daje pozitivan moment na prevrtanje i time dodatno stabilizira zid

DIMENZIONIRANJE POTPORNIH ZIDOVA

Potporni zidovi moraju zadovoljiti prema EUROKOD 7 slijedeće:“Najmanje se, za sve vrste potpornih građevina moraju razmotriti sljedeća granična stanja:- gubitak opće stabilnosti- slom nosive sastavnice kao što je zid, sidro, vezna greda ili razupora, ili slom spoja između tih sastavnica.- istovremeni slom u temeljnom tlu i nosivoj sastavnici;- slom prouzročen hidrauličkim izdizanjem tla i sufozijom (ispiranjem);- pomak potporne građevine, koji može izazvati urušavanje ili utječe na izgled ili djelotvornu uporabu građevine ili susjednih građevina ili instalacija koje se na nju oslanjaju;- neprihvatljivo procurivanje kroz zid ili ispod njega;- neprihvatljiv pronos čestica tla kroz zid ili ispod njega;- neprihvatljiva promjena režima podzemne vode.

Za gravitacijske zidove i složene potporne građevine moraju se razmotriti još i sljedeća granična stanja:- gubitak nosivosti tla ispod osnovice- slom klizanjem osnovice- slom prevrtanjem

Za sve vrste potpornih građevina, ako je to važno, u obzir se moraju uzeti kombinacije gore navedenih graničnih stanja.

prevrtanje oko točke A

klizanje

A

EA

EA

TE

PG

R

opći slomklizanjem kroz tloT

1 T2 T

3

Tn

prekoračenje nosivosti

Mogući mehanizmi sloma za koje treba provesti proračun potpornog zida

Djelujuće sile:aktivni pritisak, EA;hidrostatički tlak, Hw;hidrodinamički tlak U;vanjske, vodoravne sile, V;dodatni tereti na površini (koncentrirani, P, linijski, P' i površinski, q);vlastita težina, G i težina temelja, Gt;pridržanje u zatezi, S;pasivni otpor, EP;trenje na plohi temelj-tlo, T.

b

H

Osnovne mjere:

H-visina zidab-širina temeljne stope

(za sva moguće djelovanja vidjeti EUROKOD 7; 2.4.2 djelovanja)

Potporni zidovi ovog tipa NE DIMENZIONIRAJU SE NA HIDROSTATSKI PRITISAK.

Proračun na prevrtanje

( ) rGrEAEA ∗<∗∑

Gdje je: ( )AEA rE ∗∑ projektni utjecaj aktivnih sila Rd

a rG ∗ projektni utjecaj sila otpora

Mora biti zadovoljen uvjet nosivosti i uporabivosti tako da bude:

Proračun na klizanje

ΣEA

ΣEA

G

Gt

G+Gt

TpotrebnoT

R

R

N

b

.. mogpot TT <

Pri tome je za nekoherentne materijale: Tmoguće =b*(N*tg Ψ)pri čemu je: b širina temelja, tgΨ ≤ tgϕ, a N zbroj svih sila okomitih na plohu temelj-tlo.

Za koherentno tlo potrebno je uvrstiti adheziju između temelja i tla na način: Tmoguće = b*(α*c+N*tgΨ)

pri čemu je, c, kohezija; a*c, adhezija; b, širina temeljne stope. Koeficijent, α, manji je od jedinice. Kreće se prema raznim autorima od α=0,25 za gline s vrijednošću cu = 200 kPa do α=1, za gline s vrijednošću cu=50 kPa. (prema EUROKOD 7 koriste se projektni parametri dobiveni statističkom obradom podataka iz laboratorija za granična stanja; 2.4.3)

Parcijalni koeficijnti sigurnosti za parametre tla (EUROKOD 7, dodatak A, tabela A.2; γΜ

1,0γγProstorna težina

1,4γquČvrstoća pri slobodnom bočnom širenju

1,4γcuNedrenirana posmična čvrstoća

1,25γc’Efektivna kohezija

1,25γϕ’Kut unutarnjeg trenjaa

vrijednostsimbolParametar tla

a odnosi se na tangens kuta ϕ

Nekoliko primjera oblikovanja temeljne stope potpornog zida, sa svrhom povećanja otpora na klizanje.

b>b1 T

moguæe

Tpotr.T

1 potr.

RR

NN

1

a) proširenje temeljne stope b) nagnuta temeljna stopa

PP

c) aktiviranje pasivnogotpora uz produbljenje

d) mogu i položaji ć istaka za aktiviranje pasivnog otpora

Pomak potreban za postizanje punog pasivnog otpora

0,001rotacijadapijesak1,5Terzaghi (1934.)0,02 do 0,06rotacijadapijesak3Tcheng i Iseux (1972.)

0,132rotacijadaprašinastaglina1,0Carder i sur. (1980.)

0,025translacijadapijesak1,0Carder i sur. (1977.)0,003rotacijadapijesak2,7Broms i Ingelson (1971.)

veličina relativnog pomaka, a*/H,

potrebna za puni pasivni otpor

način pomaka

zbijenozasip

visina zida H

[m]istraživač

a* veličina pomaka vrha zida; H visina zida;

Može se uočiti da su ovo pomaci za jedan red veličina veći od onih potrebnih za aktiviranje punog aktivnog pritiska. Iz tih razloga ne preporuča se aktiviranje punog pasivnog otpora, većsamo jednog njegovog dijela a što ovisi o procjeni dozvoljenog pomaka.

Provjera nosivosti tla ispod temelja i diferencijalnog slijeganjaEkscentrični položaj rezultante uvjetuje nejednoliku raspodjelu naprezanja ispod temelja.

Rβ

2 Rϕ

R

β1

R

b/3 b/3 b/3

bσm

axR

b/3 b/3 b/3

bσm

ax

σm

in

σ=0

R

b/3 b/3 b/3

b

b1σ

max

σ=0

Plohe sloma ispod temelja u zavisnosti o nagibu rezultante

Moguće raspodjele naprezanja na plohi temelj – tlo

REDUKCIJA TEMELJNE PLOHE, nova računska površina za proračun naprezanja na dodiru temelj-tlo.

Rb/6

b/3

b

eD

f

b1

+σ1

+σ1

-σ2

σ =02

P

P

EA

EA

R

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ±=σ

be61

FP

2,1

F= b * 1m' → površina temeljne plohe na 1m'

e < b/6 ⇒ σ1 i σ2 tlak

e > b/6 ⇒ σ1 tlak, σ2 vlak

b’ = 3 [(b/2) – e]

pri tom je σ2 = 0

Provjera globalne stabilnosti potpornog zida

Postoje uvjeti u tlu kod kojih je nužno provjeriti globalnu stabilnost potpornog zida kao cjeline, uključujući i okolno tlo, na klizanje. Jedan od tipičnih slučajeva je pojava tla lošijih svojstava ispod sloja podtemeljnog tla.Proračun najgrublje može izgledati tako da se provjeri ravnoteža momenata sustava kako je to prikazano slijedećom jednadžbom:

)lWRTlE()lElWlG(

MM

2W2PPAA1W1G

mp

∗+∗+∗<∗+∗+∗

<

∑∑∑

T1

T2

T3

Tn

EA

W1

W2

W3

G

RlP

lW1

lW2

lG

pijesak

glina

potencijalnaploha loma

jedno od mogućih središta potencijalnog kliznog kruga kroz glinu

MONTAŽNI ZIDOVI i ZIDOVI OD GABIONA spadaju u gravitacijske potporne zidove, ali imaju određene posebnosti. Mogu imati temelj, ali mogu ležati i izravno na uređenoj podlozi na tlu. Pod uređenom podlogom smatra se poravnato i lagano zbijeno tlo na koje će se zid polagati. Moguće ga je izravnati slojem uvaljane drobine ili šljunka. Zidove od montažnih elemenata moguće je postaviti na betonski temelj. Za zidove odgabiona temelji se također izvode od za to posebno izrađenih gabiona manje visine (0,3 do 0,5 m). Ako imaju temelje, dobro je da oni budu nešto širi od samog zida.

Montažni zidovi i zidovi od gabiona su propusni za vodu.

Punjeni su raznim punilima, od lomljenog kamena do šljunka i drobine različite krupnoće. To međutim ne znači da i kod njihovog projektiranja ne treba posvetiti dužnu pažnju odvodnji. Zasip u gabionima, a i u zidovima od montažnih elemenata može se štititi od kolmacije sitnijim česticama koje donosi voda, ugradnjom geotekstila na strani prema tlu bilo na zidu bilo na tlu. Ovo nešto poskupljuje gradnju ali osigurava trajnost zidovima. Gabioni su košare pravilnog oblika, najčešće dimenzija 1x1x2 m za zidanje zida odnosno 1x2x0,3 m za temeljne dijelove. Na slici koja slijedi prikazana je košara za zid od gabiona

Košare za gabione(lijevo) i vrste plastičnih mreža za njihovo izvođenje (desno), Netlon, gore: Tensar, dolje

Moguće oblikovanje lica zida od gabiona

Detalj složenih košara obloženih geotekstilom

Složeni visoki zid od gabiona

Ozelenjeni zid od gabiona

Gabionski zid za zaštitu od buke

Zašt

ita o

d er

ozije

(mul

jnit

ok)

Zidovi od montažnih elemenata (prečki), imaju slična svojstva kao i zidovi od gabiona. Opterećenja prihvaćaju odmah po završetku gradnje i povezivanja zbijenim nasipom ili zasipom sa zaleđem.

vezni elementi (prečke)

prostor zaispunu

šljunkom ilidrobinom

Gotovi montažni zid

OLAKŠANI POTPORNI ZIDOVI

Zid s konzolomZid s konzolom može se primijeniti i do visina od 10 metara. Poprečni presjek prikazan je na slici 3.39 zajedno s dijagramom aktivnih tlakova. Konzola se izvodi na 2 do 3 metra ispod krune zida. Dužina joj ne bi trebala biti veća od 2,0 metra, što vrijedi inače za takve konzole. Nakon izvedbe betonskog tijela zida, na konzolu se ugradi tlo koje djeluje kao dodatni teret (G1), koji sustavu daje pozitivan moment i time dodatno stabilizira zid.

EEAred

A

ϕ

ϑ

puni dijagramaktivnog tlaka

reducirani dijagramaktivnog tlaka

sjena odkonzole

G

G1

rEA

=H/3

H

r < H/3EA

A

I

I

II II

kritični presjeci položaj armature

Presjeci zida s konzolom koji se dimenzioniraju po pravilima armiranog betona i skica položaja armature u zidu

Zid sa zategom

ΣEA

ΣEA

GG

S

S

R1

RRR1

skrivenagreda

Zid sa zategom i pripadajuće sile za proračun

ϑ=45°+ϕ/2

ϑ= 45°−ϕ/2

skrivenasidreniblok ili zid

zatega

greda

Položaj sidrenog bloka kod zida sa zategom i skrivena greda

Da bi se pasivni otpor ostvario mora doći do pomaka. Taj se pomak može regulirati prednapinjanjem zatege i aktiviranjem dijela pasivnog otpora prije nego zid preuzme potpuno opterećenje, tako da se nakon ostvarenja pune sile u zatezi ostvari manji dio pomaka koji, zajedno s izduženjem zatege, omogućuje zidu dovoljan pomak da se aktivira minimalni, puni aktivni pritisak.

h1 hS<P

P

e = g h Kp2 P

ρ∗ ∗ ∗ ep2

e = g h-h ) Kp1 1 P

ρ∗ ∗( ∗

ep1

P =(e +e )/2*hP p1 p2 1

Dijagram pasivnog otpora iza sidrenog zida ili bloka

Sidreni blok mora se dimenzionirati tako da može preuzeti potrebnu vlačnu silu. Poseban detalj treba posvetiti mjestu usidrenja zatege. Ako se radi o sidrenom zidu, treba ga dimenzionirati kao nosač kojem su mjesta sidrenja oslonci. U tom slučaju potrebno ga je armirati.

Ako nije moguće izvesti sidrišni blok ili zid može se ugraditi geotehničko sidro. Tada je potrebno na zidu ugraditi ležaj za glavu sidra. Kakav će ležaj biti ovisi o vrsti sidra. Sidrišno tijelo mora se izvesti izvan aktivnog kliznog klina.

s

glavasidra

kri

kut kritičneklizne plohe

vena

dren

aža sidreno tijelo

nastalo injektiranjem

sidrogreda

Potporni zid usidren geotehničkim sidrom u prostor iza kritične klizne plohe

TANKOSTIJENI, ARMIRANI POTPORNI ZIDOVI

podrumzasjek

tankostijeni potporni zidovikoji se izvodeu zasjecima

kontrafor

kontrafor

nosač

prijelaznaploča

upornjakmosta

nasip nasipnasip

nasip

Ovaj tip potpornih zidova je dugo godina bio u modi usporedno s upotrebom armiranog betona u graditeljstvu. Ovi su zidovi prikladni za izvedbu od predgotovljenih elemenata zida u tvornici betona.

Gzida

Gukupno

Gnasipanasip nasip

Učinak opterećenja temeljne stope zida nasipom

Ovakvi su zidovi vrlo stabilni na prevrtanje i klizanje. Nosivost ovisi o kakvoći podtemeljnog tla. Mana im je mogućnost pojave vlačne pukotine na kritičnom presjeku između zida i temelja.

H

Df

0,5 do 0,7 H

0,1 H

0,1 H

min0,02

0,1 H

T

G+W

A

I

EA

EP

ϕ

Ikritični presjek I-I

Proporcije tankostijenog armiranog konzolnogpotpornog zida

Sile koje ulaze u proračun zida

POTPORNE GRAĐEVINE OD ARMIRANOG TLAkao krila mostova

Mogu se koristiti i pri gradnji:završetka nasipa – upornjaka mosta; kada je stup mosta temeljen duboko, neovisno o nasipu od

armiranog tla; vijadukta, zamjenu armiranim tlom; nasutih brana; obrambenih nasipa; nasipa za željeznice; naselja na kosini; raznih industrijskih pogona koji tehnološki zahtijevaju denivelaciju tla;vojnih građevina (bunkeri); sportskih građevina (skijaških skakaonica);zaštitnih nasipa za tankvane; pristana i obala plovnih kanala itd.

Francuski arhitekt H. Vidal je svoj izum patentirao 1966. godine kao Terre Armee. Godine 1969.

Tehnologija izvedbe armiranog tla zahtijeva s jedne strane gradivo kojim se armira, a s druge strane tlo koje se armira. Iz toga proizlazi da su ovakve građevine u osnovi NASUTE GRAĐEVINE, u koje se tijekom nasipavanja i zbijanja UGRAĐUJU VLAČNI ELEMENTI, ARMATURE.

Model s licem od papira, armiran papirnatim trakama

Model s licem od papira, armiran listovima papira

GRADIVAArmature

Metalna armatura Armature od plastičnih masa

GEOMREŽE. Pojavljuju se nešto kasnije i jošuvijek se ispituju raznovrsne mogućnosti njihove primjene u graditeljstvu. Postepeno zamjenjuju pocinčane mreže u raznim primjenama.

1. Djeluju filtrirajuće.2. Djeluju odvajajuće.3. Imaju velike vlačne čvrstoće.4. Nije ih moguće parati.5. Ne jedu ih životinje koje žive u tlu (krtice, štakori).6. Kemijski su postojani na određena onečišćenja koja

se mogu pojaviti u tlima.7. Do danas nije dokazan negativan utjecaj starenja.8. Mogu biti obojeni, a boja im je postojana.

GEOTEKSTILI, koji mogu biti netkani, tkani, pleteni i sl. Pojavili su se ranije u upotrebi. Ima ih raznih vrsta i kakvoće. Primjenjuju se kao armature i kao filtarski i odvajajući slojevi.

Kompozitni geotekstil, geomreža između dva sloja netkanog geotekstila

Geomreže

Nasipni materijal

Kao nasipno gradivo, koristi se u pravilu nekoherentno tlo.Takvo tlo dobro prijanja uz armaturu i ima dobra filtrirajuća svojstva. Potporne građevine od armiranog tla ne dimenzioniraju se na djelovanje hidrostatskog tlaka.

Lica građevina od armiranog tla

Armirano tlo bez lica

Lice građevine armirane geotekstilom

DIMENZIONIRANJE POTPORNIH GRAĐEVINA OD ARMIRANOG TLA

translacija

zaokret

slijeganje+∆

klizanje pucanjearmature

proklizavanjearmature opći slom kroz

tlo i građevinumoguće deformacije

prevrtanjepri prekoračenju nosivosti

Mogući mehanizmi loma za koje treba provesti proračun potporne građevine od armiranog tla

Građevinu od armiranog tla potrebno je provjeriti:za vanjsku stabilnost na;─ klizanje,─ prevrtanje oko vanjske točke, ─ naprezanje tla ispod vanjskog lica građevine i usporediti s nosivošću tla (Df=0),opću stabilnost;za unutarnju stabilnost na;─ pucanje atmature,─ proklizavanje, čupanje armature i kidanje na mjestu usidrenja,─ razne oblike deformacija koje su svojstvene samo ovim potpornim građevinama.

Oblikovanje klizne plohe unutar građevine i način djelovanja armature

σ1

σ30 1

10

20

30

2 3 4 5 6 [Mpa]

[Mpa]

kidanje

kliz

anje

r armiran

i pijesak

čisti pijesak

prividnakohezija

c

Rezultati troosnog ispitivanja

Vrijednost prividne kohezije, c, izravno je povezana s gustoćom armature i njenom vlačnom čvrstoćom prema izrazu:

HTKc arm

P ∆∗=

pri čemu je:

KP=tan2(45°+ϕ/2);

Tarm = jedinična vlačna čvrstoća armature

∆H = uspravni razmak između slojeva armature.

Harmatura

raspodjela vlačnognaprezanja u armaturi

raspodjela posmičnognaprezanja na dodiru armature i tla

Raspodjela naprezanja u armaturi i na dodiru armature i tla

H -

visin

a g

rađe

vine

ττ

σvl.0

L - duljina armature

područje otpora

vlačnih naprezanja

l - sidrišna duljina a

aktivniklin

područje najvećih

Aktivno i otporno područje unutar građevine od armiranog tla.

Može se uočiti da je potencijalna klizna ploha bliže licu zida od onih koje bi se javile u istoj građevini bez armature.

HH

--

vv

ii

ss

ii

nn

aa

gg

rr

aa

đđ

ee

vv

ii

nn

ee

područje otpora

područjeotpora

armatura

aktivniklin

aktivniklin

ϑ ϕ/2= 45°+

Kritična klizna ploha iza potporne građevine u nearmiranom (lijevo) i armiranom (desno) tlu

Izvedba potpornih građevina od armiranog tla

geotekstil

podloga

nasip

gotovi elementi

g

ili geomreža

eotekstil

podloga

FAZA 1 FAZA 2

FAZA 3 DETALJ

oslonac metalnogpodupirača

cijevdaskegeosintetik

100

cm

90 c

m

jako zbijeni dio, smanjuje slijeganje

75 c

m

podupore odstranjenelice zauzima konačan oblik

humus asfalt16 cm 6 cm

kolnik

lice

vodilice

armatura

Nasipavanje iza zida armiranog metalnim

trakama s licem

pokretno lice koje prati slijeganje nasipa

Podupore uspravnih iskopa

jam

a

građ

evna

jam

a

građ

evna

jam

a

građ

evna

jam

aR PV

RPV - azina

odzemneode

Rpv

R P V

R PV

geotehn ičk osidro

vodoravna

r

r

a

a

z

z

u

u

p

p

o

o

r

r

a

akosa

slobodnostojeća

višestrukousidrena

sa zategom razuprta

građ

evna

zatega sidreni blok ili zid

zagatne stjenke, vrste i načini pridržanja

Uspravni iskopi, raznih dubina, javljaju se u građevinarstvu vrlo često. Razlog može biti oblik i primjena građevine, skučeni slobodni prostor potreban za gradnju, zaštita okolnih građevina prilikom iskopa i niz drugih razloga. Način pridržanja ovakvih iskopa u građevinskoj praksi vrlo je raznolik. Razvojem tehnologije povećavaju se mogućnosti pridržanja i njihova raznolikost.

Pri izvođenju iskopa u bilo koju svrhu, može se ostati s kotom dna iznad razine podzemne vode, ali se može zaći i ispod razine podzemne vode. Ako iskopani prostor treba ostati nepotopljen, a dno iskopa seže ispod razine podzemne vode, tada zaštitna građevina mora biti vododrživa. U tom slučaju će na nju djelovati hidrostatički pritisak.

Podjela ovih građevina bi mogla biti na PRIVREMENE GRAĐEVINE ILI PODGRADE I STALNE GRAĐEVINE ILI ZAGATNE STIJENKE .

Proračun i dimenzioniranje

Na slici su prikazani mogući načini sloma zagatnih stijenki. Opaža se da se na svim crtežima pojavljuje zatega. To je stoga što se za veće dubine iskopa zagatna stijenka mora pridržati da bi bila ekonomične dužine. Vrlo su rijetke slobodno stojeće zagatne stijenke kao trajne građevine, iako ih ima u praksi. Pridržanje ne mora biti zatega već može biti sidro ili razupora koju se kasnije zamjenjuje s nekim od nosivih dijelova građevine. Bitno je da na slobodnom dijelu zagatne stijenke postoji jedno ili više pridržajnih mjesta.

Slobodnostojeće zagatne stijenke (žmurje)

Slobodno stojeće žmurje koristi se za podgrađivanje plićih iskopa koje je potrebno štititi od dotoka podzemne vode. To je vitka, tankostijena građevina zabijena u tlo. Kako nije spriječena deformacija slobodnog dijela, na poduporu djeluje aktivni pritisak. Opterećenje sa slobodnog dijela podupore prenosi se njenom deformacijom u zabijeni dio. Time se aktivira pasivni otpor, koji preuzima vanjsko opterećenje.

U statičkom smislu slobodno stojeća zagatna stijenka je do dna iskopa konzola, ali je njezin u tlo zabijeni dio statički neodređen. Da bi se moglo provesti proračun potrebno je uvesti neke pretpostavke.

Uvažavajući činjenicu da je pasivni otpor ovisan o veličini deformacije, to može poslužiti kao polazište za daljnje proračune. Na slici je prikazana ovisnost raspodjele otpora tla o otklonu zabijenog dijela krutog žmurja koje zaokreće oko točke O. Pomaci obilježeni s 1, 2 i 3 rezultiraju raspodjelama pasivnog otpora označenim brojkama 1, 2 i 3. Bitno je uočiti da ni jedna krivulja raspodjele otpora ne prelazi graničnu crtu kojom je prikazan najveći mogući pasivni otpor.

13 2

smjerpomaka

dn

krutazagatnastijenka

o iskopa

123K Pmax d

O

Da bi sustav bio u ravnoteži treba zadovoljiti tri osnovna uvjeta: ΣΣΣ

XY M

}

dno iskopa

pomak žmurja

K Pmax

KA

d

H

A

B

Ukupna raspodjela pritisaka na slobodno stojeće žmurje

Rješenje je moguće naći i grafoanalitičkim putem uvažavajući da raspodjela pasivnog otpora ima dva dijela. Prvi dio ima oblik parabole sa strelicom, s, i visinom, d, a drugi dio ima oblik trokuta s bazom na osi apscisa, veličine, f, i visinom, d, kao na slici. Postupak je iterativan, mijenja se dubina zabijanja, d.

dno iskopa

K Pmaks

KA

d

H

A

B

EP1EP2

EA

sf eA

ePmax

H+d

/2

H+(

2/3)

d ∗

H+d

/3

ΣX:

EA-EP1-EP2=0

EP1=2/3*d*sEP2=1/2*d*f

0,5*KA*γ*(H+d)2 - 0,5*d*f - (2/3)*s*d = 0

3s4

dE2f A −=

ΣMA

dno iskopa

K Pmaks

KA

d

H

A

B

EP1EP2

EA

sf eA

ePmax

H+d

/2

H+(

2/3)

d∗

H+d

/3

EA*2/3*(H+d)-EP2*[H+(2/3)d]-EP1*(H+d/2)=0

EA*2/3*(H+d)-0,5*d*f*[H+(2/3)d]-(2/3)*s*d*(H+d/2)=0

3s4

dE2f A −=

s= (3*EA*H)/d2

EP1=2/3*d*sEP2=1/2*d*f

dno iskopa dno iskopa

d d >d1

d/2 d/2

H

A

B B

s s-f

eA e

AePmaks e

Pmaks

H

A

K Pmaks

K Pmaks

KA

KA

-f

a) b)

Grafička kontrola rezultata dimenzioniranja slobodno stojećeg krutog žmurja: a) ne zadovoljava; b) zadovoljava

Približne vrijednosti dubine zabijanja slobodno stojećeg žmurja, d, u nekoherentnom tlu

0,75 Hjako zbijenopreko 50

1,0 Hzbijeno31-50

1,25 Hsrednje zbijeno11-30

1,5 Hrahlo5-10

2,0 Hvrlo rahlo0-4

Dubina zabijanja, dRelativna gustoćaBroj udaraca SPP-a, N

Sigurnost od hidrauličkog slomaU slučaju da u tlu postoji podzemna voda, čija se razina ne može sniziti zahvatima s vanjske strane podgrade, a u jami je predviđen rad u suhom, voda će se crpiti iz jame. Najčešće se javlja u nekoherentnim materijalima, ali se može javiti i u obliku proboja nepropusnog sloja na dnu jame, ukoliko ovaj nije dovoljno debeo. Može izazvati katastrofalne posljedice. Na pojavu hidrauličkog sloma najosjetljiviji su zbijeni pijesci.

∆A∆l ∆Η

Η

Strujna cijev

Razupora

Strujnice

Nepropusna podloga

w

wčč.krit

)(i

ρρ−ρ

=

.izl.rač.,krit ii >

Kod razuptrih zagatnih stijenki ovo može odrediti potrebnu dubinu zabijanja