Curs Partea 3
-
Upload
andreea-manole -
Category
Documents
-
view
115 -
download
0
description
Transcript of Curs Partea 3
-
1LUCRARI DE SUSTINERE
Lucrari de stabilizarea versantilor instabili
3Prof. Dr. ing. Loretta Batali
Anul II Master Inginerie Geotehnica
ZIDURI DE SPRIJIN
Zidurile de sprijin sunt lucrri de susinere, n general definitive, utilizate de regul pentru a asigura trecerea ntre dou cote, atunci cnd spaiul nu este suficient pentru o sptur taluzat.
Zidurile de sprijin sunt lucrri de susinere cu caracter continuu, la care presiunea pmntului se transmite integral, pe toat suprafaa de contact dintre lucrare i teren.
Zidurile de sprijin sunt realizate din zidrie de piatr, beton, beton armat, csoaie sau gabioane.
-
2ZIDURI DE SPRIJIN- lucrari de sprijin permanente- din zidarie de piatra sau beton Ziduri de greutate din beton
ZIDURI DE SPRIJIN
Ziduri de greutate din zidarie de piatra
-
3ZIDURI DE SPRIJIN
Fundatie inclinata Fundatie cu pinten
ZIDURI DE SPRIJIN
Ziduri de greutate din gabioane
-
4ZIDURI DE SPRIJINZiduri de greutate din casoaie - lemn
Ziduri de greutate din casoaie - beton
Avantaje: executie rapida si usoara, chiar in terenuri dificile flexibilitate nu sunt sensibile la tasaridiferentiate sau deformatii ale panteidrenaj bunieftinepermite vegetalizarea fatadei
-
5Ziduri de greutate din casoaie - beton
Ziduri de greutate din casoaie
-
6ZIDURI DE SPRIJINZiduri cornier din beton armat
ZIDURI DE SPRIJINPrincipii de calcul
1. Calcul clasic
predimensionare
evaluarea fortelor: impingerea pamantului, greutati, suprasarcina, seism etc.
stabilirea gruparilor de incarcari
afectarea actiunilor cu coeficientii actiunilor (STAS 10100)
bazat pe calculul unor factori de siguranta globali, Fs > Fs adm
verificari: la alunecare pe talpa, la rasturnare, presiuni pe teren, stabilitate
generala
-
7ZIDURI DE SPRIJINPrincipii de calcul clasic
adm sgeneral s
minmin
convmaxconvmax
convmedconvmed
estabilitatrasturnare
rasturnare s
falunecare s
FF0p 0p
p4.1p p2.1pp2.1p pp
:GS :GFMMF
HFF
=
=
ZIDURI DE SPRIJINPrincipii de calcul
2. Calcul la stari limita - EUROCODE
Starea limita ultima (SLU) Starea limita a exploatarii normale (SLEN) coeficienti partiali pentru actiuni si caracteristici
SLU includ: instabilitatea maselor de pamant: alunecare, rasturnare, pierdereastabilitatii generale cedarea unor parti structurale deformatii excesive ale zidului sau terenului care duc la atingereastarilor limita in structurile adiacente
SLEN includ: deformatii majore ale structurii deplasari majore ale terenului
-
8SLU
Starea limit ultim se refer la pierderea echilibrului static sau la ruperea unui
component critic al structurii sau al ntregii structuri.
Starea limit ultim este atins cnd forele perturbatoare devin egale sau depesc
forele rezistente.
Marja de siguran fa de atingerea SLU este obinut prin aplicarea de factori
pariali ai ncrcrilor i ai materialelor.
Forele perturbatoare sunt mrite prin multiplicarea cu factorii ncrcrilor, obinnd
astfel valori de proiectare ale acestor fore.
Forele rezistente sunt diminuate prin mprirea la factorii pariali de material,
obinnd rezistenele de proiectare.
Dac rezistena de proiectare este egal sau mai mare dect solicitarea de
proiectare, se estimeaz c exist o marj suficient de siguran fa de cedarea la
starea limit ultim.
2. Calcul la stari limita - EUROCODE
SLU
-
9SLEN
Starea limit a exploatrii normale se refer la condiiile care duc la pierderea
utilitii funcionale a unui component sau a ntregii structuri. Aceasta poate fi
provocat de deformaiile terenului sau ale structurii.
Starea limit a exploatrii normale este atins atunci cnd deformaiile aprute n
timpul duratei de via a construciei depesc limitele prevzute sau dac
exploatarea normal a structurii este afectat.
Pentru evaluarea deplasrilor sau deformaiilor se utilizeaz factori ai ncrcrilor
diferii de cei utilizai pentru SLU i, n general, sunt unitari.
Pentru evaluarea tasrilor sau tasrilor difereniate toi factorii pariali au valoarea 1,
mai puin cei care se refer la armturi.
2. Calcul la stari limita - EUROCODE
2. Calcul la stari limita - EUROCODE
Proiectarea presupune 2 tipuri de calcule:
a) Calcule la echilibru limita pentru determinarea proportiilor si a
geometriei necesare pentru obtinerea echilibrului in conditiile
specifice de incarcare
b) Proiectare structurala pentru determinarea dimensiunilor si
caracteristicilor necesare pentru a prelua momentele
incovoietoare si fortele taietoare determinate prin calculele la
echilibru limita
-
10
2. Calcul la stari limita - EUROCODE
Compatibilitatea deformatiilor
-deformatiile unei structuri de sprijin sunt importante deoarece au
efect asupra fortelor care actioneaza asupra structurii:
9 fortele structurale si momentele incovoietoare datorita
impingerii pamantului scad pe masura ce deformatiile
structurii cresc
ZIDURI DE SPRIJINParametrii rezistentei la forfecare si frecarea de-a lungul zidului
Rezistenta la forfecare = cel mai important parametru in proiectarea
zidurilor
Coeziunea trebuie considerata cu precautie, chiar neglijata
In cazul pantelor supuse fenomenelor de alunecare de teren, cu
materiale coezive, fine, chiar si deplasari mici pot influenta hotarator
valoarea Atentie in alegerea sau r! se studiaza fiecare caz in parte
-
11
ZIDURI DE SPRIJINParametrii rezistentei la forfecare si frecarea de-a lungul zidului
Frecarea de-alungul zidului depinde de:
rugozitatea zidului, , Ic ale umpluturiideformatiile relative dintre zid si umpluturainclinarea terenului din spatele zidului
ZIDURI DE SPRIJINParticularitati in determinarea impingerii asupra zidurilor de sprijin
Cazul paramentului frant
n cazul unui zid de sprijin cu paramentul amonte frnt, mpingerea pmntului se calculeaz separat pentru fiecare latur a acestuia
-
12
Cazul suprafetei terenului inclinata
a) zidul i baza nu interfereaz cu prismul de cedare; b) baza interfereaz cu formarea prismului de cedare, cu excepia situaiei prezentate n figur; c) umplutura i baza interfereaz cu formarea prismului de cedare, cu excepia situaiei prezentate n figur.
Cazul suprafetei terenului inclinata
n situaiile b) i c) se introduce n calcul greutatea umpluturii care se afl deasupra bazei zidului.
-
13
Cazul suprafetei terenului inclinata
n cazul zidului cornier (cazul b) se vor considera dou situaii:cu H = AB pentru calculul momentului i a forei tietoare pe inima zidului;cu H = AC pentru verificarea stabilitii globale i la rsturnare.
Cazul suprafetei frante a zidului
( )11a1a11a fk,khp == ( )22a2a22a fk,khp ==
-
14
Cazul zidului cornier talpa cu consola lunga
a) prismul de cedare care se formeaz
b) forele care acioneazc) un caz simplificat,
considernd un plan fictiv de aciune a presiunii pmntului. n acest ultim caz, presiunea activ Pa1-este nlocuit de Pa2 care acioneaz paralel cu suprafaa terenului. Rezultanta este n ambele cazuri (b i c) aceeai dac consola este suficient de lung i dac prismul presupus de cedare se dezvolt complet n teren
Cazul zidului cornier talpa cu consola scurta
Planurile teoretice de cedare intersecteaz seciunea central (inima) a zidului. Pe zona AB se dezvolt presiunea n stare de repaos, iar pe AA presiunea activ.Dac planurile de cedare nu intersecteaz inima zidului, presiunea n stare de repaos, P0 acioneaz pe ntreaga nlime.
-
15
Cazul zidului cu consola de descarcare
Cazul umpluturii inguste planul teoretic de cedare nu se poate dezvolta
O reducere a impingerii efectul de siloz
( )( )
vzhz
0maxvz,
0
s0
zz0vzz
Kpp
zp :silozului pres. a max. acu valoare egala este geol.
pres. care pt. fictiva ad.ztanKba2
abz
e1zp
:zadancimeala0
==
+=
==
-
16
Efectul compactarii umpluturii
-coeficientul pres. pamantului nu descreste pana la ka inainte de a fiatins un anume grad de compactare- daca gradul de compactare este marit in continuare, impingereacreste- n practic au existat situaii de cedare a structurii de sprijin datorit compactrii excesive n spaii nguste
Calculul zidurilor cu contraforti
Predimensionare
Dimensiunea bazei contrafortului se ia, de regul, egal cu (0.5 0.7)H, iar consolele amonte i aval au dimensiuni ca pentru zidurile cornier clasice.Distana dintre contrafori variaz ntre (0.3 0.5)H, iar grosimea lor este de cca. 300 mm.
-
17
Calculul zidurilor cu contraforti
Calcul
Zidul: modelat ca o plac fixat pe 3 laturi Pe baza rezultatelor obinute cu metoda elementului finit se determin eforturile tangeniale n nodurile reelei la care se verific grosimea elementului, precum i momentele ncovoietoare pe baza crora se determin aria necesar de armtur. Sunt necesare mai multe ncercri pentru a optimiza grosimea inimii zidului.Pe baza eforturilor tangeniale din nodurile aferente contrafortului se determin armtura necesar pentru fixarea contrafortului n zid.Pentru consola amonte a tlpii se adopt o schem similar de calcul, cu o plac fixat pe 3 laturi.Pentru consola aval a tlpii se procedeaz ca pentru zidul cornier clasic.
Contraforii sunt calculai ca grinzi T. Armtura contraforilor trebuie s preia eforturile de ntindere dintre contrafort i consola amonte, respectiv dintre inima zidului i contrafort, obinute pe baza analizei n elemente finite.
Calculul zidurilor din gabioaneCalcul
Calculul zidurilor de greutate din gabioane se face analiznd:
stabilitatea extern, prin verificarea stabilitii la alunecare pe talp, la rsturnare, presiuni pe teren i la pierderea general a stabilitii;
stabilitatea intern, prin verificarea n fiecare seciune orizontal dac rezultanta forelor cade n interiorul smburelui central.
Pentru verificarea stabilitii la alunecare la contactul dintre gabioane (stabilitate intern), care trebuie realizat pentru toate seciunile orizontale de deasupra bazei zidului, se va considera unghiul de frecare intern a umpluturii de piatr din gabioane, fr a se conta n nici un fel pe srma (sau polimerii) din care este realizat cutia.
Presiunea umpluturii sau terenului aflat n spatele zidului din gabioane se calculeaz pe un plan virtual care se obine unind colul amonte sus al primului gabion de sus cu colul din amonte jos al ultimului gabion de jos
-
18
Calculul zidurilor din casoaie
-teoria monolitului: zidul este dimensionat ca un zid de greutate cu limea B dintre feele exterioare ale grinzilor longitudinale utiliznd o greutate volumic medie. Se aplic principiile de calcul prezentate pentru zidurile de greutate.
Stabilitatea la alunecare trebuie verificat la fiecare nivel al structurii
Aceast metod este conservatoare,supradimensionnd structura.
Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului: zidul este dimensionat ca un zid de greutate cu limea B dintre feele exterioare ale grinzilor longitudinale utiliznd o greutate volumic medie. Se aplic principiile de calcul prezentate pentru zidurile de greutate.
Forele de frecare dezvoltate ntre umplutura din csoaie i scheletul acestora reduc presiunea vertical a pmntului la o valoare inferioar presiunii geologice, g . Acest efect este cunoscut sub denumirea de efect de bolt sau efect de siloz. El transfer o parte a greutii umpluturii ctre scheletul csoaielor, mbuntind stabilitatea.
Presiunea verticala in celula, pvz
Adan
cim
ea, z
z0Presiunea geologica
-
19
Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului: metoda Janssen
( )
siloz de parametrutanK32
impingerii.coefKKKpp
zptanK1
UAz
celula in verticala.prese1zAUcp
s
0
vzhz
0max,vz
s0
zz0vz
0
===
==
=
=
Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului:
Ipoteza distribuiei uniforme a presiunilor verticale pe limea celulei este infirmat de Brandl care a descoperit c variaia este asimetric
Deschiderile din faada zidului reduc presiunea din celul n vecintatea acesteia, dar suprasarcinile i presiunile datorate umpluturii din spatele zidului mpinge poziia vrfului de presiune spre faada zidului.
Cu ct nlimea zidului crete, cu att presiunea vertical n celul crete fa de valoarea determinat cu teoria Janssen, datorita variatiei gradului de compactare a umpluturii.
-
20
Calculul zidurilor din casoaie-teoria silozului:
La nivele inferioare ale zidului umplutura interioar este de obicei supracompactat, reducnd astfel efectul de siloz.
Pentru a ine cont de aceste variatii, se poate varia parametrul de siloz cu adncimea: ktani este nlocuit cu xktani, unde x este un factor de reducere
Factorul de reducere, x0.5 1.0
2za+ b
5
Calculul zidurilor din casoaie
Esenial pentru o proiectare economic este ca proporiile celulei s fie alese astfel nct s induc efectul de siloz.
bam = Factor de forma
Se recomanda m
-
21
Calculul zidurilor din casoaie
Verificarea stabilitatii la alunecare
Fora de rezisten pe baz (fora de frecare) trebuie s fie minimul dintre:
( )a21f VGGF ++=
( ) 'tanG8.0VG2.0GF 2a21f +++=si
- coeficientul de frecare ntre elementele scheletului csoaielor (beton/beton de exemplu),
G1 greutatea scheletului csoaielor,G2 greutatea umpluturii interioare,Va componenta vertical a presiunii
active a terenului (umpluturii) din spatele zidului,
unghiul de frecare intern efectiv al umpluturii interne.
Calculul zidurilor din casoaie
Verificarea stabilitatii la rasturnare
Brandl propune o abordare bazat pe deschiderea mbinrilor dintre elemente.
Greutatea umpluturii interioare nu este probabil total utilizat pentru determinarea rezistenei la rsturnare, ci mai curnd partea de greutatea transferat scheletului csoaielor prin forele de frecare.
Fraciune de greutate transferat scheletului, G2 poate fi calculat ca diferena dintre greutatea total i produsul dintre presiunea vertical medie n celul i aria seciunii transversale a celulei:
=
0zz
02 e1zzA'GDatorit incertitudinii producerii efectului de siloz se poate conta doar pe 20% din G2.
-
22
Calculul zidurilor din casoaie
Verificarea stabilitatii la rasturnare
"N'N
Fp
ps =
Np fora n mbinrile posterioare datorate ncrcrilor verticale,
Np fora n mbinrile posterioare datorate ncrcrilor orizontale,
ap21
p VG2'G
2G'N +++=
'bhH
"N ap=
Gp greutatea coloanei de umplutur dintre grinzile longitudinale posterioare
Calculul zidurilor din casoaie
Pentru calculul elementelor scheletului csoaielor se folosesc urmatoarelescheme:
Fore laterale pe elementele scheletului csoaielor
-
23
Calculul zidurilor din casoaie
Fore de traciune n grinzile transversale
( )21ih ddaT += T fora de traciune n grinzile transversale,ih componenta orizontala a presiunii din celul,a distana orizontal dintre grinzile transversale,d1 adncimea grinzilor longitudinale,d2 distana vertical dintre grinzile longitudinale.
Calculul zidurilor din casoaie
Scheme de ncrcare lateral ale elementelor csoaielor
Deoarece ncrcrile din elemente nu pot fi determinate exact, proiectarea se face pe baza valorilor limit rezultate din cea mai pesimist combinaie de ncrcri din urmatoarele:
-
24
Calculul zidurilor din casoaie
Efort Valoare minim Valoare maxim ih
componenta orizontal a
presiunii din celul
vz0hzih pkp == vz0hz
vz0hz
hzih
pkpzid de 2m primiipentru - pk2p
p
===
iv componenta vertical a
presiunii din celul iihiv tan=
imaxihiv tan = (unde ihmax este valoarea maxim
dat mai sus)
0 20 d= 20 d=
Valori limit pentru ncrcrile pe grinzile longitudinale posterioare
Calculul zidurilor din casoaie
Valori limit pentru ncrcrile pe grinzile longitudinale frontale
Efort Valoare minim Valoare maxim
ih componenta orizontal a
presiunii din celul 0ih =
2maxih
ih=
(unde ihmax este valoarea maxim pentru grinzile
longitudinale posterioare) iv
componenta vertical a presiunii din celul
0= iv iihiv tan =
(unde ih este valoarea de mai sus)
0 20 d= 20 d=
-
25
Calculul zidurilor din casoaie
Calculul forelor n mbinri cu teoria monolitului
=Be5.0NN,N pf
N fora normal n seciunea considerat,Nf - fora normal n mbinrile frontale,Np fora normal n mbinrile posterioare,e excentricitatea,B limea zidului.
Forele maxime n mbinri apar atunci cnd toat greutatea umpluturii interioare este transferat structurii:
'b3zH
2GG
N a21f ++=
aa21
p V'b3zH
2GGN +++=
Calculul zidurilor din casoaie
Excentricitatea forelor din mbinri
Rezistena la frecare a mbinrilor, care se opune tendinei de alunecare, va duce la o excentricitate a forelor de deasupra i de dedesubtul grinzilor transversale, e. Acestea din urm trebuie proiectate s reziste momentului (Re), unde R este rezultanta forelor din mbinri.
-
26
Calculul zidurilor din csoaie utiliznd cele dou teorii prezentate poate fi rezumat conform schemei urmtoare:
Calculul zidurilor din casoaie
1. Determinarea dimensiunilor optime ale zidului din verificarea stabilitii larsturnare se admit condiiile active pentru terenul din spatele zidului, determinarea unghiului de frecare la interfa pentru spatele zidului, se utilizeaz teoria monolitului.
2. Verificarea stabilitii la alunecare se analizeaz cedarea sub fundaie (pe baz) i ntre baz i fundaie,
utiliznd teoria monolitului, se calculeaz rezistena la alunecare la fiecare seciune a zidului
folosind teoria silozului i metoda cu valori limit.
3. Verificarea presiunilor pe teren se utilizeaz teoria monolitului i se presupune o distribuie
trapezoidal a presiunilor pe teren
Calculul zidurilor din csoaie utiliznd cele dou teorii prezentate poate fi rezumat conform schemei urmtoare:
Calculul zidurilor din casoaie
1. Verificarea stabilitii globale se includ i plane de cedare care trec prin zid
2. Verificarea capacitii elementelor csoaielor de a prelua forele se admit condiiile de repaus pentru terenul din spatele zidului, se calculeaz presiunile din celul utiliznd teoria silozului.
3. Verificarea capacitii elementelor csoaielor de a prelua forele de lambinri se utilizeaz teoria monolitului pentru a calcula forele din mbinri, se iau n considerare presiunile n punctele de contact i momentele
ncovoietoare suplimentare.