Sile u razuporama u ugrađenim potpornim konstrukcijama
Razlikujemo dvije osnovne vrste potpornih konstrukcija: zasipane potporne konstrukcije i ugrađene potporne konstrukcije. Zasipane potporne konstrukcije su gravitacijski zidovi, armiranobetonski konzolni zidovi, gabioni, konstrukcije od armiranog tla. Ugrađene potporne konstrukcije su: dijafragme, pilotska stijena i žmurje.
Za manje dubine građevnih jama moguće je koristiti ugrađene potporne konstrukcije bez dodatnih osiguranja (konzolni prijenos opterećenja), ali za veće dubine neophodno je potpornu konstrukciju poduprijeti dodatnim konstrukcijskim elementima kao što su razupore, sidra ili ploče buduće konstrukcije.
Povećani zahtjevi za podzemnim konstrukcijama u urbanim područjima naglašavaju potrebu za postizanjem ekonomičnijeg projektiranja potpornih konstrukcija. Zahtjev za ograničavanjem pomaka tla i potreba za osiguranjem da ne dođe do sloma potporne konstrukcije važni su faktori u projektiranju.
Ugrađena potporna konstrukcija mora biti projektirana u skladu s HRN EN 1997 i pripadajućim nacionalnim dodatkom.
Proračunske metode sila u razuporama
Za projektiranje potpornih konstrukcija i sustava podupora koriste se različite metode proračuna.
Metoda granične ravnoteže
U analizi granične ravnoteže, ravnoteža zida procjenjuje se pod djelovanjem pretpostavljenih bočnih raspodjela tlaka obično temeljenih na ograničenim (aktivnim i /ili pasivnim) koeficijentima bočnog tlaka tla. Metode granične ravnoteže izravno su primjenjive za neke konstrukcije (konzolni zidovi) za razliku od ostalih (zidovi s više razupora).
Metoda bočne reakcije tla i pseudo konačnih elemenata
U najjednostavnijim analizama interakcije sustava tlo-konstrukcija, zid se modelira kao greda, a tlo kao niz horizontalnih opruga (metoda bočne reakcije tla ) ili kao elastični kontinuum (metoda pseudo-konačnih elemenata). Ovim se analizama izračunavaju pomaci zida, momenti savijanja i sile u razuporama, ali ne i pomaci tla oko zida. Razupore se obično modeliraju kao opruge ili koncentrirane sile.
Metode konačnih elemenata i konačnih razlika
Ove analize interakcije sustava tlo-konstrukcija modeliraju tlo i zid te njegov redoslijed gradnje, koristeći metode konačnih elemenata ili konačnih razlika.
Izračunavaju se pomaci tla, pomaci zida, momenti savijanja i sile u razuporama.
Empirijske metode
Empirijske metode koriste se za proračun ugrađenih konstrukcija te kako bi se dobile proračunske sile u razuporama za zidove sa više razupora. Postoji nekoliko empirijskih grafova – Terzaghi & Peck (1967), Peck (1969), Twine & Roscoe (1999), koji se mogu koristiti.
CIRIA C517 (Twine & Roscoe,1999) predlaže metodu raspodjela sila u razuporama (Distributed Prop Load method, eng.).
Slične smjernice i empirijski grafovi nalaze se u njemačkim preporukama o iskopima (German Recommendations on Excavations: EAB, 3rd Edition, 2014.).
Proračunske sile u razuporama
Proračunska sila koja djeluje u razupori ovisi o metodi analize usvojenoj za proračun zida. Sile u razuporama izračunate analizom granične ravnoteže mogu biti nekonzervativne jer nisu uključeni efekti interakcije tlo-konstrukcija.
Metode interakcije tlo-konstrukcija omogućuju preraspodjelu naprezanja i daju stvarnije vrijednosti sila u razuporama. Izračunate sile u razuporama trebaju biti uspoređene sa onima dobivenim iz usporedivog iskustva.
Sila u razupori za krajnje granično stanje (Ed) dobivena iz proračuna zida:
Ed = max (γG x PSLS x γsd ; PULS,d x γsd)
gdje je
PSLS – djelovanje za granično stanje uporabljivosti dobiveno iz analize interakcije sustava tlo-konstrukcija, metode granične ravnoteže ili metode raspodjela sila u razuporama
γG – faktor za stalna nepovoljna djelovanja (γG=1,35)
γsd – model faktor za učinke preraspodjele naprezanja (1,0 za analizu interakcije tlo-konstrukcija; 1,15 za analizu granične ravnoteže)
PULS,d – najveće proračunsko djelovanje iz proračuna krajnjeg graničnog stanja (projektni pristup 3)
Metoda raspodjele sila u razuporama (DPL metoda)
DPL metoda za izračunavanje sila u razuporama za razuprijete privremene iskope se temelji na povratnoj analizi terenskih mjerenja sila u razuporama koja se odnosi na 81 slučaj, od kojih su 60 za fleksibilne zidove (čelične talpe, pilotske stijene) i 21 za krute zidove (razmaknuti, sekantni zidovi, dijafragme).
Podaci studija slučaja odnose se na iskope dubine od 4 m do 27 m, uobičajeno 5 m do 15 m u mekim i čvrstim glinama (klasa tla A), 10 m do 15 m u krutim i vrlo krutim glinama (klasa tla B) i 10 m do 20 m u krupnozrnatim tlima (klasa tla C).
Dijagrami raspodjele sila u razuporama za klase tla A do C dani su za fleksibilne (F) i krute (S) zidove.
Klase tla:
A – normalno i slabo prekonsolidirana glinena tla (meke do čvrste gline)
B – jako prekonsolidirana glinena tla (krute i vrlo krute gline)
C – krupnozrnata tla
D – miješana tla (zidovi koji podupiru sitnozrna i krupnozrnata)
Dijagrami potiska (EAB, 3rd Edition, 2014.)
Niže dani dijagrami potiska uzeti iz njemačkih preporuka o iskopima (German Recommendations on Excavations: EAB, 3rd Edition, 2014.), pretpostavljaju preraspodijelu tlaka tla od površine terena do dna iskopa.
Sljedeći dijagrami potiska mogu se smatrati realnim za zidove sa jednom razuporom:
Sljedeći dijagrami potiska mogu se smatrati realnim za zidove sa dvije razupore:
Sljedeći dijagrami potiska mogu se smatrati realnim za zidove sa tri ili više razupora:
Zaključak
Za privremene razupore se obično koriste čelični profili. Proračunska sila koja djeluje u razupori ovisi o metodi analize usvojenoj za proračun zida. Metode interakcije tlo-konstrukcija omogućuju preraspodjelu naprezanja i daju stvarnije vrijednosti sila u razuporama. Izračunate sile u razuporama trebaju se usporediti sa onima dobivenim iz usporedivog iskustva.
*Reference:
Arcelor Mittal Piling Handbook, 9th edition, 2016.
Gaba A., Hardy S., Doughty L., Powrie W., Selemetas D., Guidance on embedded retaining wall design, Ciria, 2017.
Katsigiannis G., Schweiger H., Ferreira P., Fuentes R., Design of Deep Supported Excavations: Comparison Between Numerical and empirical Methods, 2015.
Pročitajte više: Potporne konstrukcije
