Poglvlje 6 6.1 UVOD ZEMLANI PRITISCI.POTPORNI ZIDOVI U prethodnom poglvlju opisn je primen deformcijskih prmetr u prorčunim slegnj plitkih temelj i pri tome se, rdi određivnj veličin komponentlnih npon, njčešće pretpostvljlo d se tlo može proksimirti elstičnom sredinom. Tkv pretpostvk implicitno znči d je svko izrčunto nponsko stnje moguće. Nije se vodilo rčun o čvrstoći mterijl, iko je o smičućoj čvrstoći bilo govor, ko o jednoj od njvžnijih osobin tl, u Poglvlju 5. Slik 6.1. Neki krkteristični mehnizmi lom mse tl Tipični primeri, u kojim je njvžnij krkteristik tl smičuć čvrstoć tl su nliz grvitcionih potpornih konstrukcij (Slik 6.1-), nosivost temelj (Sl. 6.1-b) i stbilnosti kosin (Sl. 6.1-c). Veom znčjno je prktično pitnje do koje veličine kontktnog npon se može opteretiti tlo prem Slici 6.1-b, d se pri tome ne izzove prolom temeljnog tl. U svkom konkretnom slučju opterećenje treb d bude mnje od tkvog grničnog opterećenj pri kome nstju velike distorzijske deformcije tl i nekontrolisno velik slegnj, primenom nekog fktor sigurnosti. Ovo je smo jedn prktičn zdtk koji spd u šire područje problemtike stbilnosti mse tl. Stndrdne metode u geotehnici se zsnivju n neophodnim pojednostvljenjim koj omogućvju nlženje proksimtivnih rešenj problem stbilnosti mse tl. Pri tome se mogu rzlikovti dve osnovne grupe metod: grnične metode zsnovne n teoriji plstičnosti i inženjerske metode grnične rvnoteže.
6. ZEMLJANI PRITISCI.POTPORNI ZIDOVI 6. GRAVITACIONE POTPORNE KONSTRUKCIJE Potporni zid se obično primenjuje ko trjn konstrukcij kd je potrebno obezbediti prostor (Slik 6.3-) želi se izbeći kosin po konturi iskop. Msivni ili grvitcioni potporni zid svoj nziv i stbilnost duguje sopstvenoj težini koj mu obezbeđuje sigur-nost pri delovnju horizontlnih komponenti opterećenj. Fze grđenj prikzne su n Slici 8.3. Prvo se formir privremen kosin po ivici iskop (Slik 6.3-b) s iskopom z temelj zid, izgrdi se potporni zid (Slik 6.3-c), zleđe zid do privremene kosine se ztim zspe pogodnim, njčešče krupnozrnim, tlom (Slik 6.3- d). Z konstrukcije ove vrste i nmene obično se ne postvljju strogi uslovi u pogledu veličine pomernj, tko d se mogu toleristi centimetrske, p i decimetrske veličine, bez štetnih posledic. Slik 6.3. Fze grđenj msivnog grvitcionog potpornog zid Konstruktivni oblici potpornih konstrukcij grvitcionog tip su rznovrsni, tko d izbor tip potpornog zid podleže rcionlnim merilim funkcionlnosti, ekonomičnosti i tehničke prihvtljivosti u određenim okolnostim, pri čemu i nivo opremljenosti izvođčke opertive i tekuć prks, imju znčjn uticj n izbor končnog rešenj. Neki tipovi grvitcionih potpornih konstrukcij prikzni su n Slici 6.4.
6. ZEMLJANI PRITISCI Slik 6.4. Neki krkteristični konstruktivni oblici grvitcionih potpornih zidov Msivni potporni zidovi (Slik 6.4- i Slik 6.4-b) se u novije vreme grde uglvnom od nermirnog beton. Ove konstrukcije se odlikuju reltivno jednostvnim postupkom grđenj li s velikim utroškom beton. Z izvođenje ovog tip konstrukcije nisu potrebni ni specijlni mterijli niti specijln oprem, tko d se izvođenje msivnog potpornog zid može prepustiti gotovo svkom izvođču bez primene nekih posebnih kriterijum, što u nšim uslovim i predstvlj jedn od osnovnih rzlog rsprostrnjenosti ovog tip konstrukcije. U slučju prisustv podzemnih vod ili rizik infiltrcije površinskih vod, zleđe zid se mor obezbediti drenžom. Rdi smnjenj sil ktivnog pritisk moguće su vrijnte s rsteretnom konzolom, "policom", u zleđu zid, prem Slici 6.4-c, što zhtev izvesnu mnju količinu rmture z vezu s msivnim zidom. Količin potrebne rmture rste s smnjivnjem mse beton, posebno ko treb primiti i sobrćjno opterećenje n konzoli u vrhu konstrukcije koj omogućuje potrebnu širinu kolovoz, prem Slici 6.4-d. U cilju smnjivnj količine beton izvode se rmirnobetonske potporne konstrukcije koje grvitcionu funkciju msivnih zidov postižu ngžovnjem tl u zleđu odgovrjućom širinom 3
6. ZEMLJANI PRITISCI.POTPORNI ZIDOVI temeljne ploče (Slik 6.4-e i Slik 6.4-f), koj može biti horizontln ili u ngibu i/ili ojčn vertiklnim zubom z povećnje sigurnosti u pogledu kliznj po temeljnoj spojnici i sigurnosti protiv prolom temeljnog tl, ukoliko se grde n slbo nosivoj podlozi. Minimizirnje dimenzij temeljne ploče i zid se može postići izrdom kontrfor n odgovrjućim odstojnjim tko d se poboljšvju uslovi oslnjnj i rspodel moment svijnj u rmirnobetonskoj konstrukciji. Zhtevi u pogledu drenže su slični ko i kod msivnih potpornih zidov. Z rzliku od prethodno opisnih konstrukcij, koje su reltivno krute i zbog tog se konstruktivno prekidju nizom vertiklnih spojnic rspoređenih po dužini zid, moguće su i reltivno fleksibilne konstrukcije. Zidovi od rmirnobetonskih gredic mogu imti više konstruktivnih oblik. Osnovni tip (Slik 6.4- g) se sstoji od dve vrste prefbrikovnih rmirnobetonskih element - gredic. To su podužni i vezni (ili poprečni) elementi koji se slžu u obliku vitl i tko formirju prostor z zpunjvnje krupnozrnim mterijlom. Ispun može biti od pesk, šljunk ili drobljenog kmen, bez većeg učešć sitnozrnih frkcij, kko bi se obezbedil vodopropusnost. Širin podužnog element mor biti njmnje dv put već od vertiklnog odstojnj podužnih gredic kko bi se grnulrn ispun zdržl u konstrukciji. Alterntivno prikznom "otvorenom" tipu, može se grditi i "ztvoren" tip, s gredicm bez većih vertiklnih međuprostor. Potrebne osnovne proporcije zid određuju se iz uslov stbilnosti koji vže i z msivne konstrukcije. U ovom slučju nije potrebn posebn drenžni sistem, jer je konstrukcij u celini vodopropusn, li ipk treb obrtiti pžnju n sufozionu stbilnost poduprtog tl. Reltivno fleksibilne potporne konstrukcije, z brzu stbilizciju mnjih kliznj kosin, mogu se grditi od gbion (Slik 6.4-h). Kvez gbionskog element u obliku kvder izrđuje se od pocinkovne žice ili žice zštićene tnkim plstičnim omotčem koji se formir oko skelet od okruglog čelik. Prečnik žice se kreće između 1.8 i 3.4 mm u mreži s otvorim od 4x4 do 10x10 cm. Przn gbion, "kvez", slže se n mestu podiznj zid, puni se krupnim grnulrnim mterijlom, (šljunk, obluci, tucnik ili slgni krupn kmen), uz ssvim lko zbijnje i ztim ztvori i veže. Proces se ponvlj sukcesivno dok se ne postigne predviđen visin. Konstruktivni zhtevi su uslovljeni mksimlnom visinom zid i vrstom ispune. Sukcesivno grđenje uzrokuje porst vertiklnih npon, smim tim i porst horizontlnih npon do ktivnog nponskog stnj kojim je opterećen spoljn mrež zid. U pogledu zhtev opšte stbilnosti, gbionski potporni zid se može tretirti ko msivn konstrukcij koj ne prim npone zteznj. Kko je ispun gbion vodopropusn, posebne drenžne mere nisu neophodne osim ko se u zleđu očekuje zntn dotok vode iz izrzito erodibilnog mterijl. Potporne konstrukcije od rmirne zemlje nstle su početkom šezdesetih godin u Frncuskoj, d bi već nkon petnestk godin u rzvijenijim zemljm bilo izgrđeno preko 000 tkvih konstrukcij, ukupne površine od oko 1.4 milion kvdrtnih metr površine lic zid. Od tog je preko 80% konstrukcij izgrđeno u sklopu sobrćjnic. Osnovn konstrukcij je doživel niz izmen i modifikcij tehničkih detlj, li je zdržn osnovn idej rmirnj tl horizontlnim metlnim trkm gusto rspoređenim u prvilnim horizontlnim i vertiklnim rzmcim. Element lic zid može biti ili od vljnog lim od glvnizirnog čelik ili luminijum polueliptičnog presek visine oko 5 cm ili češće, od prefbrikovnih rmirnobetonskih ploč, prem skici prikznoj n Slici 6.4-i. Debljin betonskog element je u grnicm od oko 18 do oko 5 cm, tko d s površinom od oko m ukupn težin ne prelzi oko 4
6. ZEMLJANI PRITISCI 10 kn (1 ton). Montž element se vrši sukcesivno s polgnjem trkste rmture od mekog ili glvnizovnog čelik, nerđjućeg čelik, od luminijumskih legur ili mreže od čvrste plstike, sintetičkog mterijl (geogrid). Ispun se izvodi nsipnjem tl u slojevim između dv susedn nivo rmirnj. Svki element, pnel, je krut, li u sklopu s drugim elementim čini reltivno fleksibilnu konstrukciju. Veze između betonskih element omogućuju reltivnu rotciju element i oko vertiklnih os, tko d se mogu grditi zidovi u krivinm s minimlnim poluprečnikom od dvdesetk metr. U pogledu stbilnosti potrebno je, osim uobičjenih zhtev opšte stbilnosti zid ko msivne potporne konstrukcije, obezbediti i konstruktivnu celinu tl, zidnih element i rmture otporne n koroziju ili degrdciju. Sile koje deluju n msivnu potpornu konstrukciju prikzne su n Slici 6.5. Rektivn sil R je u rvnoteži s težinom zid i komponentm zemljnih pritisk E i E p. Sil ktivnog pritisk E nstje pri zsipnju zleđ zid i im tendenciju d potisne zid k unutršnjosti iskop. Ovom pomernju se suprotstvlj smičući otpor kliznj T i psivni otpor tl iznd nivo temeljne spojnice E p. Rdi postiznj mksimlnih ekonomskih efekt, potporne konstrukcije se obično dimenzionišu n ktivni pritisk nevezne krupnozrne ispune, li se, u posebnim slučjevim, dimenzionisnje može provesti i z proizvoljne uslove pomernj. Horizontln komponent ktivnog pritisk im tendenciju i d, prevrne zid oko spoljne ivice temelj, koj se nziv nožicom zid. Ovom prevrtnju se suprotstvlj sopstven težin zid i vertikln komponent ktivnog pritisk. Težin zid im vžnu ulogu iz dv rzlog: suprotstvlj se preturnju zid i omogućv pojvu otpor trenj T u nivou temeljne spojnice p se zbog tog zid i nziv grvitcionim potpornim zidom. U opisnom mehnizmu prikznom n Slici 6.1- je, rdi jednostvnosti, pretpostvljeno d ne dolzi do prolom temeljnog tl, tko d kliznje po temeljnoj spojnici predstvlj kritični mehnizm nestbilnosti. Grvitcioni potporni zid, zjedno s ispunom u njegovom zleđu i tlom n koje se oslnj, je visoko neodređen sttički sistem. Veličine sil koje deluju n zid se ne mogu odrediti smo korišćenjem uslov rvnoteže. Njihove veličine zvise od redosled i nčin grđenj i zpunjvnj. Zbog tog se dimenzionirnje tkvog zid zsniv n određivnju sil koje bi delovle kd bi zid počeo d se ruši, tj. d se pomer i/ili pretur, ili smo rotir oko ivice temelj zid ili kliz po temeljnoj spojnici. Jedn mehnizm prikzn je n Slici 6.1-, gde se u zleđu zid formir ktivn prizm tl ogrničen rvnom kliznom površi, koj je urvnotežen silom ktivnog pritisk, dok se u području nožice zid pojvljuje psivn prizm. Aktivne i psivne prizme se često nzivju ktivnim, odnosno psivnim klinom. 5
6. ZEMLJANI PRITISCI.POTPORNI ZIDOVI Slik 6.5. Sile koje deluju n msivnu potpornu konstrukciju 6.3 AKTIVNI PRITISAK. RANKINOVA TEORIJA PRITISAKA TLA Aktivni pritisk tl n zid se dobij ko: p 1 sin 1 sin 1 1 sin c 1 sin Koeficijent ktivnog pritisk 1/ K u gornjem izrzu (8.6) je: 1 sin 0 K tn 45 / (8.7) 1 sin Pošto je vertiklni npon n dubini z jednk σ 1 = σ z = γz, veličin ktivnog pritisk opisn s (8.6) se krće može npisti i u obliku: (8.6) p K z c K (8.8) Kd horizontlni npon im vrednost ktivnog pritisk, kže se d se tlo iz zid nlzi u ktivnom Rnkinovom stnju. Rezultntn sil ktivnog pritisk E jednk je integrlu horizontlnih npon po visini zid, tko d se formlno dobij: 1 E H K c H K (8.9) Ukoliko postoji i kohezij c > 0, iz izrz z ktivni pritisk (8.6) sledi d postoji neki vertiklni npon γz 0 n dubini z 0 n kojoj je horizontlni npon jednk nuli, z sve dubine mnje od z 0 pojvljuju se nponi zteznj. Rešvjući izrz (8.6) z p, uz izjednčvnje s nulom, dobij se d je dubin z 0 n kojoj je p = 0: z 0 1/ c 1 sin c 1 sin K (8.10) S obzirom d je otpornost tl n npone zteznj veom ml i prktično znemrljiv, u području izrčuntih npon zteznj, od dubine z 0 do površine teren, će se pojviti pukotin tko d se deo dijgrm npon u ovom intervlu mor znemriti pri izrčunvnju sile ktivnog pritisk E, ko što je to prikzno n Slici 6.1. Sil po jedinici dužine zid usled ktivnog pritisk tl je: H 1 E dz = p K H z0 (8.11) z0 Sil ktivnog pritisk deluje n visini (H - z 0 )/3 iznd donje ivice zid. Izrz z dubinu z 0 se može iskoristiti z procenu moguće dubine vertiklne pukotine u tlu ili z izrčunvnje moguće dubine vertiklnog zsek u tlu. 6
6. ZEMLJANI PRITISCI Slik 6.1. Rspodel ktivnog i psivnog pritisk Ukoliko nem kohezije, dijgrm rspodele ktivnog pritisk i psivnog otpor je trougo. Ako n horizontlnu površinu tl deluje jednko podeljeno opterećenje q, (Slik 6.13) vertiklni npon u svkoj tčki će se povećti do veličine γ z + q, što z posledicu im dodtni horizontlni pritisk K q u ktivnom slučju, s konstntnom rspodelom dodtnih pritisk po dubini. Odgovrjuć komponent sile koje deluju n veriklni zid visine H je K q Hi deluju n polovini visine zid. Slik 6.13. Dodtni pritisci usled opterećenj n površini Iz izvedenih izrz se vidi d kohezij, ukoliko postoji, smnjuje ktivni pritisk. U prksi se njčešće zleđe zid zpunjv krupnozrnim mterijlom, (peskom ili šljunkom), koji im veći ugo smičuće otpornosti od glinovitih mterijl, bolje se drenir i definitivno nem koheziju. 7