Transcript Elias et al., 2001 - Sveučilište u Rijeci

OJAČANJE TLA I STIJENA, DIPLOMSKI STUDIJ,
GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUČILIŠTA U RIJECI
(Ljetni semestar akademske godine 2013/14)
Nositelj kolegija: prof.dr.sc. Željko Arbanas
PRORAČUN
ARMIRANOG TLA
OPĆENITO
ARMIRANO TLO
• Armatura koja se ugrađuje u tlo ima zadatak
preuzimanja vlačnih naprezanja
Armaturni elementi mogu biti od metala, polimera,
prirodnih materijala, ali su to najčešće prefabricirani
elementi u obliku mreža ili vlakana.
Armirano tlo zahtijeva dvije osnovne vrste
gradiva, nasip i armaturu.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
ARMIRANO TLO
Sila od ojačanja koja se
aktivira kretanjem
kliznog segmenta
U određivanju
inženjerskih
svojstava
temeljnog tla treba
se fokusirati na
određivanje
nosivosti,
potencijala
slijeganja i razina
podzemnih voda.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Preporučljivi zahtjevi ISPUNA za strukture
od armiranog tla (Elias et al., 2001 )
VELIČINA ZRNA [mm]
POSTOTAK
PROLAZNOSTI KROZ
SITO[% ]
20.00*
100
4.76
100-20
0.425
0-60
0.075
INDEKS PLASTIČNOSTI (Ip)< 20
0-50
NAPOMENA: Max veličina zrna ispune se može
povećati( i do 100 mm ) ako su provedeni ili će se
provesti pokusi na licu mjesta da se procijeni
potencijalno smanjenje čvrstoće zbog oštećenja
konstrukcije.
Department of Transport, 1987
Ključna inženjerska svojstva ispune su čvrstoća i jedinična težina
DIPLOMSKI
STUDIJ, GRAĐEVINSKI
FAKULTET U RIJECI
bazirana na procjenama
i pokusima
tla.
UTJECAJ NA PARAMETRE ČVRSTOĆE;
Talwar, 1981- ispitivanje na srednje zbijenim i
gusto zbijenim pijescima
Odnos naprezanja i deformacija
nearmiranih i armiranih pijesaka
Anvelope sloma- odnosi parametara
čvrstoće nearmiranih i armiranih
pijesaka
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Rezultati istraživanja
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Podjela armature ovisno o načinu
preuzimanja vlačnog naprezanja
Trake prihvaćaju
točkasto
naprezanje na licu
i linijski ga
trenjem prenose u
dubinu nasipa.
Mreže,
geotekstili i
geomreže,
naprezanje
prihvaćaju
linijski, a
prenose ga
plošno
(površinski),
trenjem, u dublje
slojeve tla.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Vrste geosintetika
- Prema funkciji i građi
ODVAJANJE
•
•
•
•
GEOTEKSTILE
GEOMEMBRANE
GEOMREŽE
GEOKOMPOZITE
FILTRIRANJE
BRTVLJENJE,
SPRIJEČAVANJE PROLAZAK VODE I
ODVAJANJE
PLINOVA
ARMIRANJE
DRENAŽA
ZAŠTITA
Geomembrana se može
oduprijeti velikom rasponu
prisilne deformacije bez štete
STABILIZACIJA SLABO NOSIVOG TLA
Geosynthetics
• Geosynthetics službeno izdanje North American
Geosynthetics Society (NAGS) i Geosynthetic
Materials Association, odjel Industrial Fabrics
Association International.
• Izdaje se od 1983.
• Geosynthetics pruža suvremene i toče informacije
proizvođača o proizvodima primjeni i održavanju.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
MEHANIZAM
PRIJENOSA SILA
Sile se prenose između tla i armature trenjem i/ili pasivnim otporom ovisno o
geometriji armature.
Pasivni otpor tla na površini armature (Elias et al.,
2001 )
Prijenos sile trenja između tla i armature (Elias et al. ,
2001)
Armirani
elementi
moraju
Pasivni
otpor tla
javljase
se kod
poredati
u smjeru
kojemuse
razvijanja
tipaprema
naprezanja
tlo relativno
jer se trenje
ležaju nakreće,
„poprečno“
razvija
na lokacijama
gdje dolazi
normalno
armiranim
do pomaka
smicanjem.
površinama
u smjeru pomaka
armiranog tla. Pasivni otpor
se primarno gleda kao
interakcija krutih geomreža i
ojačanih žičanih mreža.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
PRIMJENA
ARMIRANOG TLA
PRORAČUN
ARMIRANOG
TLA
• Proračun sustava armiranog tla zahtijeva ocjenu
dugotrajnih značajki čupanja s usvajanjem tri uvjeta:
– Kapacitet čupanja: otpor čupanju svake armature mora
biti odgovarajući izračunatim vlačnim silama koje se
javljaju u armaturama s odgovarajućim faktorom
sigurnosti.
– Dozvoljeni pomak: relativni pomak armature u odnosu
na tlo potreban da mobilizira izračunatu vlačnu silu mora
biti manji od dozvoljenog pomaka.
– Dugotrajni pomak: naprezanje čupanja mora biti manje
od kritičnog naprezanja puzanja.
Značajke trajnih čupanja su pretežno kontrolirane puzajućim značajkama tla i
materijala armature ( Elias et al., 2001 ).
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Procjena kapaciteta čupanja
armature kod armiranog tla
•
Otpor čupanju armature je definiran krajnjom vlačnom silom da se
generira klizanje armature kroz armiranu masu tla.
Otpor čupanju armature ( FPO ) za jedinicu širine armature je dan izrazom:
FPO= 1/FSp×F*× α ×σvi× Lei×C×RC⩽Tall
Fsp- faktor sigurnosti protiv čupanja
F* - faktor otpora čupanja (iz laboratorijskih ili insitu pokusa/ deriviranjem iz
empirijskih i teorijskih veza, od proizvođača )
α – faktor korekcije veličine ( najčešće 1 za metalne armature i od 0,6 – 1 za
geosintetičke armature, α = 0,8 za geomreže i α= 0,6 za geotekstile ),
σvi- efektivno vertikalno naprezanje na mjestima dodirivanja tla i armature.
Lei * C = ukupna površina za jedinicu širine armature u zoni otpora iza površine
otkazivanja,
Lei –duljina u zoni otpora iza zone otkazivanja,
C – parametar učinkovite jedinice armature (C = 2 za trake i mreže ),
Rc- pokrivenost armaturom; 1.0 za kontinuirano arm.
Tall- dopuštena vlačna čvrstoća geosintetika
F* - faktor otpora čupanja
F* = pasivni otpor + otpor trenja
F* = Fq * αq + tan ρ
gdje su:
Fq – faktor kapaciteta nosivosti nasipa,
αq – faktor nosivosti za pasivni otpor koji se bazira
na debljini za jedinicu širine ležajnog člana,
ρ – kut trenja interakcije armiranog tla.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Fq - faktor kapaciteta nosivosti
Dimenzije mreže za proračun kapaciteta čupanja (Elias et
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
al., 2001)
ODREĐIVANJE PROJEKTNIH
SVOJSTAVA ARMATURE
• Trake, šipke i čelične mreže. Sloj čeličnih traka,
•
šipki i mreža karakterizira se područjem preklapanja,
debljinom i parametrom armiranog elementa i
horizontalnom razmaku između centara elemenata.
Geotekstili i geomreže. Sloj geosintetičkih traka
se karakterizira širinom traka i horizontalne
udaljenosti između centara tih traka. Zona preklapanja
nije potrebna, jer je čvrstoća geosintetičke trake
predstavljena vlačnom silom na jedinici širine.
Problemi u mjerenju debljine ovih tankih i relativno
stišljivih materijala uključuju dobru procjenu
naprezanja.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
ODREĐIVANJE PROJEKTNIH
SVOJSTAVA ARMATURE
• Omjer prijenosa ( Rc ) se odnosi na silu jedinice širine
armature do sile jedinice širine cijele potrebne dužine
elementa.
gdje su:
b- širina trake, plahte ili mreže,
Sh- horizontalna udaljenost između centara traka,
plahti ili mreža,
(Rc=1 u slučaju kontinuiranog armiranja.).
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
ODREĐIVANJE
PROJEKTNIH
SVOJSTAVA ČELIČNE
ARMATURE
Dozvoljena vlačna naprezanja za jedinicu
debljine armature za čelične trake :
Dozvoljena vlačna naprezanja za jedinicu
debljine armature za čelične mreže spojene
na betonske panele ili blokove:
Parametri za proračune čvrstoće za čelične
armature (Elias et al., 2001 )
ODREĐIVANJE
PROJEKTNIH
SVOJSTAVA ČELIČNE
ARMATURE
Za čeličnu armaturu vijek trajanja konstrukcije postiže se
reducirajući zonu preklapanja armature :
Ec= En –Er
gdje su:
Ec- debljina armature pri kraju vijeka trajanja konstrukcije,
En- nominalna debljina pri ugrađivanju,
Er- očekivani gubitak debljine uslijed korozije u vijeku trajanja
konstrukcije.
SVOJSTVA ČVRSTOĆE
GEOSINTETIKA
• Odabir dozvoljenih vlačnih naprezanja za jedinicu debljine
(Ta ) za geosintetike je kompleksniji nego za čelik.
• Na vlačna svojstva geosintetika utječu prirodni faktori kao što su
puzanje, oštećenje kod postavljanja, starost, temperatura i stanje
naprezanja.
• Armiranje polimerima iako nije podložno koroziji, može početi gubiti
svojstva čvrstoće zbog fizičkih i kemijskih aktivnosti u tlu kao što su
hidroliza, oksidacija i pucanje zbog naprezanja ovisno o tipu polimera
(Elias et al., 2001)
• Degradacija se najčešće javlja zbog mehaničkih oštećenja, dugotrajnih
oštećenja ovisnih o vremenu kao što je puzanje, izloženost UV zrakama
te kemijske i biološke interakcije sa okolnim terenom.
• Zbog variranja tipova polimera, kvalitete, aditiva i geometrije produkta,
svaki geosintetik ima različita svojstva, stoga se kvaliteta i svojstva
svakog produkta moraju ispitati pojedinačno pokusima.
SVOJSTVA ČVRSTOĆE
GEOSINTETIKA
• Zadovoljavajući vijek trajanja same konstrukcije sa geosintetičkom
armaturom postiže se postavljanjem armature dovoljno velike
dozvoljene nosivosti, koja uzima u obzir gubitke čvrstoće tokom vijeka
trajanja konstrukcije prema izrazu:
gdje su:
Tall – dugoročno dopušteno granično vlačno naprezanje armature,
Tult – najveće vlačno naprezanje koje geosintetik može podnijeti,
Rf- produkt svih redukcijskih faktora koji se mogu aplicirati,
FS- ukupni faktor sigurnosti,
Tal- dugoročna čvrstoća materijala (najčešće dobivena od proizvođača)
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
SVOJSTVA ČVRSTOĆE
GEOSINTETIKA
• Za dugoročnu čvrstoću materijala može se još koristiti izraz:
gdje su:
RFcr – faktor redukcije tečenja kao omjer vršne čvrstoće ( Tult ) i čvrstoće granice
tečenja koja se dobije u laboratoriju ispitivanjem tečenja svakog proizvoda
RFd – faktor redukcije trajnosti. Ovisan je o podložnosti geosintetika na napade
mikroorganizama, kemikalija, termalne oksidacije, hidrolize i pucanje pod
naprezanjem, može varirati tipično od 1,1 – 2,0.
RFid – faktor redukcije štete kod postavljanja. Može se kretati od 1,05 – 3 ovisno o
gradaciji ispune i mase produkta po jediničnoj težini. Minimalni faktor će biti 1,1.
TIP POLIMERA
Poliester
Polipropilen
Polietilen velike
gustoće
RFcr
2,5 - 1,6
5-4
5 - 2,6
Faktori redukcije tečenja za
pojedine polimera (Elias et al.,
2001 )
NASIPI OD ARMIRANOG
TLA
- Proračun globalne
stabilnosti konstrukcije
Kada se koriste armirani
nasipi?
Povećanje stabilnosti kosine
Dobivanje povećanja kompaktnosti na rubovima kosine,
i time smanjivanje tendencija za površinska oštećenja.
UKUPNI ZAHTJEVI PRORAČUNA ZA ARMIRANJE SU SLIČNI ONIMA ZA
NEARMIRANI NASIP (ZADOVOLJAVAJUĆI FAKTOR SIGURNOSTI)
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
TRI MODELA SLOMA ZA ARMIRANE
NASIPE
(Elias et al., 2001 )
kroz
armiranu
masu
kroz armaturu nasipa
iza i ispod
armaturne mase
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Proračun armiranih nasipa?
• Kod analize s kompjuterskim programima vrijednost
faktora sigurnosti ( FS ) ovisi o tome kako pojedini program
proračunava vlačna naprezanja u armaturi i jednadžbe
ravnoteže momenata
gdje je:
FSr – potrebni faktor sigurnosti,
Mr – moment otpora dobiven čvrstoćom tla,
Ts – suma potrebne vlačne sile po jedinici širine armature u svim
slojevima armature gdje se presijeca ploha sloma,
R – radijus plohe sloma,
Md – moment od centra plohe sloma.
Postoji nekoliko kompjuterskih programa za izračun armiranih nasipa
Procjena ukupne stabilnosti
Vrste otkazivanja
konstrukcije mogu biti
• klizanje,
• globalna nestabilnost,
• lokalno otkazivanje
nosivosti u nožici i
• veliko slijeganje
uzrokovano
kratkotrajnim i
dugotrajnim uvjetima u
tlu
Vanjski modeli sloma za armirane nasipe
(Elias et al., 2001)
UVOD U KOLEGIJ
PRORAČUN
STABILNOSTI
ARMIRANOG TLA
- PRIMJER
Predmetni nasip visine je 15 m i
nalazi se na podlozi od meke
stijene.
Nasip se izvodi u nagibu 1 : 1,5
od kamenog materijala max.
veličine zrna 10 cm.
Teren ima nagib od 21°, a
djelomično je ravan.
KAMENI NASIP
Zapreminska težina 19 kN/m³
Kohezija
0 kN/m²
Kut trenja
35°
BREČA
Zapreminska težina 18 kN/m³
Kohezija
3 kN/m²
Kut trenja
26°
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
GEOSTATIČKE ANALIZE STABILNOSTI
za nearmirani nasip
Fs=1.0
Fs=1.6
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Horizontalna armatura u armiranom tlu uzeta je s
vlačnom čvrstoćom od 46 kN/m'. Prometno
opterećenje uzeto je u obzir na jednom
prometnom traku u veličini od p = 33.33 kN/m2.
KAMENI NASIP
Zapreminska težina 19 kN/m³
Kohezija
0 kN/m²
Kut trenja
35°
GABIONSKI ZID
Zapreminska težina
Kohezija
Kut trenja
19 kN/m³
0 kN/m²
45°
BREČA
Zapreminska težina 18 kN/m³
Kohezija
3 kN/m²
Kut trenja
26°
GEOSTATIČKE ANALIZE STABILNOSTI
za armirani nasip
Fs=0.995
Fs=2.076
Najveći trošak kod izrade armiranog nasipa je armatura i lice od gabionskog zida, dok je
GRAĐEVINSKI
U RIJECI
ušteda na materijalu kojiDIPLOMSKI
se koristiSTUDIJ,
za nasip
i do 50 %FAKULTET
.
ARMIRANO TLO
- TIJEK
IZGRADNJE
Tijek izgradnje
1) Priprema terena
• Čišćenje i grebanje terena,
• Uklanjanje materijala koji klizi,
• Pripremanje bazne podloge za postavku prvog
nivoa armature,
• Valjanje posteljice u bazi nasipa da se zbije sa
valjkom,
• Promatranje i prihvaćanje temelja prije izvedbe
ispune.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Tijek izgradnje
2) Postavljanje sloja armature
• Postavljanje armature tako da je smjer glavnih sila
usmjeren okomito na lice nasipa,
• Osigurati armaturu sa sigurnosnim klinovima da se
ne mrda tokom nasipavanja,
• Minimalno preklapanje od 150 mm preporuča se uz
rubove okomito na nagib za umotane strukture lica.
Alternativno rubovi geomreža se mogu rezati i
spajati zajedno. Kada nisu potrebne geosintetičke
zaštite za lice nasipa, nije potrebno preklapanje i
rubovi bi trebali biti spojeni.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Tijek izgradnje
3) Zatrpavanje armiranog položaja
•Postavljanje ispune do potrebne visine na armaturu
koristeći utovarivača s prednje strane ili dozera koji radi na
prije ugrađenom materijalu ispune na tlu,
•Održavanje minimalno 150 mm ispune između armature i
kotača ili tračnica mehanizacije,
•Zbijanje s vibracijskim valjkom ili pločastim vibratorom za
zrnate materijale ili gumenim glatkim valjkom za vezane
materijale.
•Kod ugradbe i zbijanja nasutog materijala, mora se paziti
da se ne poremeti položaj armature ili da se ne ošteti,
•Korištenje lagane mehanizacije.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Tijek izgradnje
4) Kontrola zbijanja
• Potrebno je paziti na količinu vode i gustoći nasipanog
materijala. Mora se sabiti barem do 95 % standardne
AASHTO T99 maksimalne gustoće unutar 2 % od
optimalne vlažnosti.
• Ako je nasipani materijal grubi agregat, onda se koristi
relativna gustoća ili specifikaciju metode zbijanja.
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Tijek izgradnje
5) Izrada lica nasipa
• Potrebe lica nasipa ovise o tipu tla, nagibu nasipa i
razmaku armature. Za sprječavanje nastajanja žljebova ili
erozije na licu nasipa, postoji nekoliko opcija dostupnih.
Dovoljne duljine armature se mogu priskrbiti za strukture
„omotanih“ lica.
Obrada lica nasipa:
Vegetacija- postavljanje trave
Biotehnička metoda obrade tla kako bi se ostvarila čvršća vegetacija
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI
Ozelenjavanje
Komponente vegetacijski obloženog nasipa
(Elias et al., 2001 )
Detalji ozelenjavanja (Werkos
d.o.o., KM-ZP-AN-0101-0)
DIPLOMSKI STUDIJ, GRAĐEVINSKI FAKULTET U RIJECI