GS P9 Potporne konstrukcije · • Masivnagravitacione(betonske,nearmirane) • Armiranobetonske • Montažne • Odarmiranogtla(MSEzidovi) • Soilnailzidovi • Zaveseodšipova

12/11/2019

1

Univerzitet u Beogradu GRAĐEVINSKI FAKULTET

KATEDRA ZA GRAĐEVINSKU GEOTEHNIKUGEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICA

Školska 2019/20

GEOTEHNIKA SAOBRAĆAJNICA

9. POTPORNE I OBLOŽNE KONSTRUKCIJE



Školska 2019/20

9. Potporne i obložne konstrukcije

SADRŽAJ:

1. Potporne konstrukcije ‐ opšte

2. Konstruktivni oblici potpornih konstrukcija

3. Zemljani pritisci

4. Uticaj vode na potpornu konstrukciju

5. Stabilnost potpornih konstrukcija

6. Obložne konstrukcije

7. Prskani beton

8. Ankerovanje (sidrenje)

9. Dreniranje potpornih konstrukcija

12/11/2019

2



Školska 2019/20




Školska 2019/20


Potporne konstrukcije su podužne geotehničke konstrukcije kojima se obezbeđujeprostor za izgradnju saobraćajnica (smanjuje se širina putnog zemljišta, kao i radovina iskopu i nasipanju)

Vrste potpornih konstrukcija:

• Masivna gravitacione (betonske, nearmirane)

• Armirano betonske

• Montažne

• Od armiranog tla (MSE zidovi)

• Soil nail zidovi

• Zavese od šipova

POTPORNE KONSTRUKCIJE

12/11/2019

3



Školska 2019/20


POTPORNE KONSTRUKCIJE



Školska 2019/20


KONSTRUKTIVNI OBLICI POTPORNIH KONSTRUKCIJA

Masivne potporne konstrukcije

Relativno jednostavan postupak građenja alisa velikim utroškom betona.

U slučaju prisustva podzemnih voda ili rizikainfiltracije površinskih voda, zaleđe zida se mora obezbediti drenažom

Masivne potporne konstrukcije sa rasteretnom konzolom

Radi smanjenja sila aktivnog pritiskamoguće su varijante sa rasteretnomkonzolom

Zahteva izvesnu manju količinuarmature za vezu sa masivnim zidom

12/11/2019

4



Školska 2019/20


AB potporne konstrukcije

Manja količina betona

Gravitacionu funkciju masivnih zidovapostižu angažovanjem tla u zaleđuodgovarajućom širinom temeljne ploče

Zahtevi u pogledu drenaže su slični kao ikod masivnih potpornih zidova

Radi minimiziranja dimenzija – izrada kontrafora

Relativno krute konstrukcije

Konstruktivno se prekidaju nizomvertikalnih spojnica raspoređenih podužini zida




Školska 2019/20


AB potporne konstrukcije


12/11/2019

5



Školska 2019/20


Potporne konstrukcije od AB gredica

Sastoji se od dve vrste prefabrikovaniharmiranobetonskih elemenata – gredica

To su podužni i vezni (ili poprečni) elementikoji se slažu u obliku vitla i tako formirajuprostor za zapunjavanje krupnozrnimmaterijalom.

Ispuna može biti od peska, šljunka ilidrobljenog kamena, bez većeg učešćasitnozrnih frakcija, kako bi se obezbedilavodopropusnost.

U ovom slučaju nije potreban posebandrenažni sistem, jer je konstrukcija u celinivodopropusna




Školska 2019/20


Potporne konstrukcije od gabiona Kavez gabionskog elementa izrađuje se od

pocinkovane žice ili žice zaštićene tankimplastičnim omotačem koji se formira okoskeleta od okruglog čelika.

Prazan gabion, "kavez", slaže se na mestupodizanja zida, puni se krupnimgranularnim materijalom, (šljunak, obluci, tucanik ili slagani krupan kamen), uzsasvim lako zbijanje i zatim zatvori i veže.

Proces se ponavlja sukcesivno dok se ne postigne predviđena visina.

U pogledu zahteva opšte stabilnosti, gabionski potporni zid se može tretiratikao masivna konstrukcija koja ne prima napone zatezanja.

Kako je ispuna gabiona vodopropusna, posebne drenažne mere nisu neophodne.


12/11/2019

6



Školska 2019/20


Potporne konstrukcije od gabiona




Školska 2019/20


Potporne konstrukcije od armiranog tla MSE – Mechanically Stabilized Earth walls

Potporne konstrukcije od armiranog tla nastale supočetkom šezdesetih godina prošlog veka uFrancuskoj

Najviše se primenjuju u sklopu saobraćajnica

Armiranje tla horizontalnim trakama (najčešćegeosintetici) gusto raspoređenim u pravilnimhorizontalnim i vertikalnim razmacima.

Element lica zida je najčešće od prefabrikovaniharmirano‐betonskih elemenata debljine od oko 18do oko 25 cm

Montaža elemenata se vrši sukcesivno sapolaganjem trakaste armature, a ispuna se izvodinasipanjem tla u slojevima između dva susednanivoa armiranja.


12/11/2019

7



Školska 2019/20


Soil nail


Mehanizam podgrađivanja bazira se na mobilizaciji zatezne čvrstoće čeličnih ankera prirelativno malim deformacijama stenske mase ili tla

Ovi pasivni noseći elementi za razliku od klasičnih geotehničkih ankera se ne prednaprežunakon montaže. Naponi zatezanja u pasivnim ankerima javljaju se kao odgovor na lateralnedeformacije poduprte mase tla, uzrokovane postupnim napredovanjem iskopa



Školska 2019/20


Soil nail


12/11/2019

8



Školska 2019/20


Soil nail




Školska 2019/20


Potporne konstrukcije od šipova


12/11/2019

9



Školska 2019/20


Sile koje deluju na masivnu potpornu konstrukciju

ZEMLJANI PRITISCI



Školska 2019/20


Mehanizmi pomeranja potpornog zida

Klizanje po temeljnoj spojniciProlom tla

PreturanjeGlobalna stabilnost – klizanje mase tla i zida

ZEMLJANI PRITISCI

12/11/2019

10



Školska 2019/20


ZEMLJANI PRITISCI

PRITISAK TLA U STANJU MIROVANJA

Početni vertikalni i horizontalni naponi su istovremeno i glavni naponi koji deluju nameđusobno upravne ravni

U slučaju da nema pomeranja ("stanje tla u miru"):

1v z z

2 3 0h v y K z

K0 predstavlja odnos između efektivnih horizontalnih ivertikalnih napona i naziva se koeficijent pritiska tla u miru

0K = 1 -

/0, 1 sinNCK

sin '

0 0,NCK K OCR

Elastično tlo:

Normalno konsolidovano tlo (Jaky, 1944):

Prekonsolidovana tla (Jaky, 1944):

šljunak i pesak K0 = 0.4 ‐ 0.5, prašine i gline K0 = 0.5 ‐ 0.7.



Školska 2019/20


AKTIVNI PRITISAK TLA

RANKINOVA TEORIJA PRITISAKA TLA ‐ teren horizontalan, zid gladak

σ1 = σz = γz

σ3 = pa

/ /1 3/

/ / / /1 3

sin2 cot

f

f

c

1/ 2

1

1 sin 1 sin2

1 sin 1 sina

c p

2 01 sintan 45 / 2

1 sina

K

2a aa K z c Kp

212

2a a aE H K c H K

1/ 2

0

2 1 sin 2

1 sin a

c cz

K

u = 0:0

2 ucz

Ka koeficijent aktivnog pritiska

12/11/2019

11



Školska 2019/20


PASIVNI OTPOR TLA

σ3 = γz

/ /1 3/

/ / / /1 3

sin2 cot

f

f

c

1/ 2

3

1 sin 1 sin2

1 sin 1 sinp

c p

2 01 sintan 45 / 2

1 sinp

= = K

212

2p ppE c HH K K

pp = σ1

Kp koeficijent pasivnog otpora tla




Školska 2019/20


RANKINOVA TEORIJA PRITISAKA TLA

12/11/2019

12



Školska 2019/20


Dodatni horizontalni pritisci usled opterećenja na površini terena

Vertikalni napon u svakoj tački će se povećati do veličine γ z + q

Javlja se dodatni horizontalnipritisak Kaq, odnosno Kp q sa konstantnom raspodelom dodatnihpritisaka po dubini.

Odgovarajuće komponente sila kojedeluju na verikalni zid visine H su

Ka q H

Kp q H

i deluju na polovini visine zida.




Školska 2019/20


RANKINOVA TEORIJA PRITISAKA TLA ‐ teren u nagibu, zid vertikalan

c = 0

1/ 22 2

1/ 22 2

cos sin sincos cos

cos sin sinaa

z z Kp

1/ 22 2

1/ 22 2

cos sin sincos cos

cos sin sinpp

z z Kp

21cos

2aaE K H

21cos

2ppE K H

U slučaju da je φ = β, dobija se Ka = Kp = 1.0, što nije u skladu sa stvarnim ponašanjem tla, tako da se u takvom slučaju ova teorija ne može upotrebiti

12/11/2019

13



Školska 2019/20


KULONOVA TEORIJA PRITISAKA TLA

zid je krut i ravan pod uglom α u odnosu na horizontalu

teren je ravan ili u nagibu pod uglom β

tlo je bez kohezije i čvrstoća se opisuje trenjem

smer delovanja sile pritiska zaklapa ugao δ sa normalom na zid,

napadne tačke sila su poznate veličine

površina klizanja je ravan

PRETPOSTAVKE

Coulomb, 1776



Školska 2019/20



Problem se svodi na određivanje sila Ea, odnosno Ep iz uslova granične ravnotežekliznog bloka koji se pomera po kosoj ravni smicanja AC

AKTIVNO PASIVNO

H) , , , , , ,( E = Ei

Traži se ugao kritične ravni θcr za koji se dobija maksimalna veličina sileaktivnog pritiska ili pasivnog otpora

E/θ = 0

12/11/2019

14



Školska 2019/20



Rešenje u obliku:

21

2aaE K H

2

1/ 21/ 2

sin ( )

sin

sin ( )sin ( )sin ( )

sin ( )

a

K

21

2ppE K H

2

1/ 21/ 2

sin ( )

sin

sin ( )sin ( )sin ( )

sin ( )

p

K

Položaj napadne tačke u Kulonovoj teoriji nije razmatran već se pretpostavlja da deluje na visini H/3

U slučaju da je δ > 0 primena izraza za Kp se ne preporučuje, jer daje prevelike vrednosti,posebno za velike vrednosti ugla smičuće otpornosti, što nije na strani sigurnosti



Školska 2019/20


GRAFIČKE METODE

Kulmanov postupak (Culmann, 1875)

Ponseleov postupak (Poncelet, 1840)

12/11/2019

15



Školska 2019/20


UTICAJ VODE NA POTPORNU KONSTRUKCIJU

/ 2 2 21 1 2 2 2

1 1 1

2 2 2a a w a a a wE E P K H K H H K H H



Školska 2019/20



Posmatrajmo dva granična slučaja, tj.kada vode nema ili je njen nivo ispodtemelja zida, i kada je nivo vode porastaodo površine terena.

Ilustracije radi, usvojimo da je Ka = 1/3 štoodgovara uglu smičuće otpornosti φ’=300, a da su jedinične težine γ = 20 kN/m3,γ = 10 kN/m3 i γw 10 kN/m3.

U prvom slučaju H2 = 0 i H1 = H tako da je:

/ 2 21 10

2 3a a aE E K H H

Kada bi se nivo vode popeo do površine terena tada je H1 = 0 i H2 = H:

/ 2 2 21 1 20

2 2 3a a w a wE E P K H H H

Ukupan pritisak na zid se u razmatranom slučaju udvostručio usled podizanja nivoa vode. Prema tome, dreniranje zaleđa zida je veoma bitno za stabilnost potpornog zida!!!

12/11/2019

16



Školska 2019/20



Delimično potopljen zid i tlo

Nivoi vode sa obe strane zida su jednaki

Dijagram pritisaka ima prelomnu tačku na nivouvode

Hidrostatički pritisak je isti sa obe strane zida

U proveri opšte stabilnosti zida težinu zida ispodnivoa vode treba računati sa težinom materijala u potopljenom stanju



Školska 2019/20


STABILNOST POTPORNIH KONSTRUKCIJA – masivne potporne konstrukcije

Sile koje deluju na masivnu potpornu konstrukciju:

Gravitaciona potporna konstrukcija duguje svoju stabilnost sopstvenoj težini uzeventualno mali doprinos sile pasivnog otpora

Masivni potporni zid oslonjen na temeljno tlo treba da zadovolji dva osnovna zahteva: prvije da ne dođe do klizanja zida po temeljnoj spojnici, a drugi da se ne prekorači dopuštenokoso opterećenje temeljnog tla.

Izračunata rezultanta se mora nalaziti unutar širine temeljne spojnice da ne bi došlo bi do preturanja zida rotacijom oko spoljne ivice temelja

12/11/2019

17



Školska 2019/20


a) Kontrola na klizanje po temeljnoj spojnici

b) Kontrola nosivosti tla ispod temeljne spojnice

c) Kontrola na prevrtanje

d) Kontrola globalne stabilnosti tla i zida

Kontrola spoljašnje stabilnosti zida:




Školska 2019/20



Kontrola stabilnosti zida na klizanje po temeljnoj spojnici (zanemaren pasivni otpor):

tanS

N = > 1.5F

T

Ukoliko se uzima u obzir i pasivni otpor Ep

tan pS

N + E = > 2.0FT

N je komponenta sile R upravna na temeljnu spojnicu,

T smičuća komponenta paralelna sa temeljnom spojnicom,

δ je ugao trenja između temelja i tla.

Ukoliko uslov nije zadovoljen:

• kosa temeljna spojnica

• može se predvideti "zub" u temeljnoj spojnici

12/11/2019

18



Školska 2019/20



1,2

61

N e q

B B

Ivični naponi u temeljnoj spojnici

Da bi se obezbedili naponi pritisaka po celoj širinitemeljne spojnice, ekscentričnost rezultante trebada je unutar jezgra preseka, tj. na odstojanjue < B/6, gde je B širina temelja.

Ako se ovaj uslov zadovoljen, zid će biti dovoljnosiguran i protiv preturanja

Ukoliko je rezultanta izvan jezgra preseka, odredise aktivni presek, deo širine temelja koji je opterećen naponima pritiska, a zona pod izračunatim naponima zatezanja se isključuje

Ukoliko se zid gradi na stišljivom tlu, nejednakinaponi na temeljnoj spojnici mogu izazvatiprogresivno naginjanje zida zbog konsolidacije tla.

e=M/N



Školska 2019/20



Kontrola nosivosti tla ispod temeljne spojnice

Za kontrolu dopuštenih napona, uz učešćesmičuće sile, određuje se aktivni presekosnove temelja koji je rezultantomcentrično opterećen

Računska širina temelja B je jednakadvostrukom odstojanju rezultante odopterećenije ivice temelja, tako da jeprosečan napon za poređenje sadopuštenim opterećenjem tla:

q = N/B ≤ σdoz

B = 2∙c = 2∙ (B/2‐e)

12/11/2019

19



Školska 2019/20



Globalna stabilnost

Fs≥1.4



Školska 2019/20



Globalna stabilnost

12/11/2019

20



Školska 2019/20


STABILNOST POTPORNIH KONSTRUKCIJA – AB potporne konstrukcije



Školska 2019/20


OBLOŽNI ZIDOVI

Obložni zidovi su geotehničke konstrukcije koje služe za zaštitu stenske mase (degradacija, erozija, za obezbeđenje sigurnosti saobraćaja)

Nemaju statičku funkciju – ne primaju pritiske

Primenjuju se:

• Obložni zidovi od betona ili kamena u cementnom malteru

• Prskani beton ojačan čeličnom mrežom uz primenu ankera

12/11/2019

21



Školska 2019/20


OBLOŽNI ZIDOVI



Školska 2019/20


OBLOŽNI ZIDOVI

12/11/2019

22



Školska 2019/20


OBLOŽNI ZIDOVI



Školska 2019/20


OBLOŽNI ZIDOVI – prskani (mlazni) beton

Prskani beton (torkret) se primenjuje za zaštitu kosina od degradacije, odnosno lokalne nestabilnosti u mekim i/ili raspadnutim stenama i vezanom tlu (IV‐VII kategorija po GN 200)

Prskani beton je mešavina cementa, agregata i vode koja se pod pritiskom vazduha nabacuje na površinu iskopa sa daljine od oko 1m upravno na površinu.

Tehnologija izrade:

− Suvi postupak – agregat i cement se mešaju u vazdušnoj struji i transportuju do mlaznice gde se mešavini dodaje voda. Mora se regulisati dodavanje vode na mlaznici. Optimalna debljina sloja nabačenog betona iznosi 25‐30 mm. Veća debiljina se može postići nabacivanjem u više slojeva.

− Mokri postupak – agregat, cement i voda se odmah mešaju u potrebnom odnosu i pod pritiskom vazduha se transportuju kroz crevo do mesta nabacivanja. Postiže se tačnije doziranje vode i bolje mešanje. Optimalna debljina sloja nabačenog betona iznosi 50‐70 mm

Suvim postupkom se postižu veće transportne daljine

12/11/2019

23



Školska 2019/20





Školska 2019/20



12/11/2019

24



Školska 2019/20



Prskani beton:

• Ima veliku moć prianjanja

• Veću čvrstoću na pritisak nego liveni beton istog sastava

• Veliku otpornost na dejstvo mraza

Čvrstoća iznosi 20‐50 MPa

Ako je debljina veća od 5 cm armira se mrežom

Bitno je da se stena ili tlo ne deformišu pod udarima mlaza

Prskani beton + mreža + ankeri (Nova austrijska tunelska metoda) – statička finkcija

Ako se mešavini dodaju vlakna od čelika ili plastike dužine oko 50 mm koja imaju ulogu armature dobijamo mikroarmirani prskani beton – fibro torkret. Na ovaj način se povećava čvrstoća na zatezanje, a smanjuje skupljanje betona



Školska 2019/20


ANKEROVANJE (sidrenje)

Ankeri (sidra) su geotehničke konstrukcije kojima se vrši stabilizacija kosina (iskopa) kroz povoljnu izmenu naponskog stanja.

Deluju tako da pritiske s površine i/ili labilnih delova prenesu u duboke, stabilne slojeve tla ili stene. Sidra su građevine opterećene na zatezanje i služe za preuzimanje napona zatezanja u tlu

12/11/2019

25



Školska 2019/20



Manje ispucalastena

Jako ispucalastena



Školska 2019/20



Sastoje se od tri elementa:

• Oslonac (glava) sidra na površini kosine

• Telo sidra

• Usidrenje (kotva)

Prečnik bušotine do 150 mm

Dužina ankera L=Ls+Lus (10‐20 m)

Dužina usidrenja Lus=4.5‐12 m

Lsmin=3‐4.5 m

Injekciona masa

12/11/2019

26



Školska 2019/20





Školska 2019/20



Ankeri mogu biti:

• Pasivni ankeri – aktiviraju se kada dođe do pomeranja u stenskoj masi ili u tlu (soil nailing)

• Aktivni ankeri – prednapregnuti ankeri koji se sastoje od spleta prednapregnutih kablova

12/11/2019

27



Školska 2019/20



Ls min=3m (šipka)Ls min=4.5m (kabl)χ=1.5m ili 0.2H (usvaja se veća vrednost)

Sh>1.2m(1.5‐3.0 m)



Školska 2019/20



Lom kablova Lom veze injekcione mase i stenske mase

Lom veze kablova i injekcione mase

Poželjno je da su približno iste veličine dozvoljenih sila u osloncu Z0, telu ankera Zs i usidrenju Zus

Lom ankera

12/11/2019

28



Školska 2019/20





Školska 2019/20


12/11/2019

29



Školska 2019/20


DRENIRANJE POTPORNIH KONSTRUKCIJA



Školska 2019/20



Drenažni zasip sa denažnom cevi Drenažni zasip sa barbakanom

Drenažni zasip

Drenažni zasip

12/11/2019

30



Školska 2019/20





Školska 2019/20



Betonski rigol

Glineni čep

Šljunčani zasip

Barbakana

Geotekstil

Drenažna cev

Postolje cevi (zbijeni pesak ili betonski element)

Krupniji drenažni materijal

Documents

GS P9 Potporne konstrukcije · • Masivnagravitacione(betonske,nearmirane) • Armiranobetonske • Montažne • Odarmiranogtla(MSEzidovi) • Soilnailzidovi • Zaveseodšipova