12 A Zagatne Stijene I Dijafragme

ZAGATNE STIJENE I DIJAFRAGME Kada se želi sniziti teren radi izvedbe nove građevine uz postojeće, ili kada se radi novi nasip radi izvedbe pristanišnih dokova na vodi, ili kada se želi osigurati iskop u većoj dubini radi polaganja instalacija - cijevi- ili radi slobodnijeg rada, koriste se potporne konstrukcije koje privremeno ili trajno pridržavaju tlo (sl. 1.).

nasip sidro

slika 1. Korištenje potpornih konstrukcija tipa zagatna stijena ili dijafragma Ove geotehničke konstrukcije treba isprojektirati tako da se odredi potrebna dubina zabijanja i način pridržanja vitke potporne stijene uzimajući u obzir sva djelovanja i zadane uvjete u okolišu (voda, prisustvo susjednih objekata, opasnost od slijeganja susjednih temelja i sl.). Potrebno je odrediti dubinu zabijanja stijene, odabrati njene dimenzije s obzirom na potrebnu krutost, te ocijeniti deformacije u okolini za sve faze izvedbe i za konačno stanje (privremeno ili trajno).

h0

d0

slika 2. Za potrebnu dubinu iskopa u podzemlju i odabranu potpornu stijenu i odabrani način pridržanja treba odrediti dubinu zabijanja d0

2

slika 3. Zagatne stijene mogu biti konzolne (nepridržane) ili pridržane (sidrom ili razuporama), a po načinu deformiranja u tlu i momentima koji se u njima javljaju mogu biti slobodne - a) (nema upetosti dna u tlo) ili fiksirane - b) (postoji upetost dna u tlo)

3

drvene platice raznih formi i spajanja

betonske platice - armirane (15 - 25 cm debele)

metalne platice različitih spojeva (10-15 mm debele)

slika 4. Različiti materijali za izradu elemanata što se zabijaju u tlo

4

slika 5. Zagati se mogu zabijati kroz temeljno tlo prije njegova poravnanja do potrebne konačne kote (tzv. linija iskopa ili uređenja dna), ili se taj dio može izvesti nakon što se poravna dno pa se onda iza instalirane stijene zasipa nasip od nekog tla (ovdje je to nekoherentno tlo, jer se radi o vodi), te kada se stigne do nivoa sidra ono se postavi i tada se nastavlja zasipavanje do kraja)

slika 6. Ovisno o tome da li se stijena svojom deformacijom udaljava od tla (rasterećuje ga bočno) ili ga pritišće razvija se aktivni tlak odnosno pasivni otpor (a). Slika tlakova u stavrnosti (b) je nešto drugačija od raspodjele koju mi usvajamo radi lakšeg računanja (c), ali takvo modeliranje ne izaziva veće netočnosti i sasvim zadovoljava potrebe prakse. Za svaku zonu računa se iznos i raspodjela horizontalnih tlakova preko vertikalnog naprezanja i koeficijenata aktivnog tlaka i pasivnog otpora.

5

slika 7. Od slike tlakova s jedne i s druge strane stijene dobiju se tzv. neto tlakovi na stijenu. Oni izazivaju savijanje stijene i u odnosu na najveći moment savijanja dimenzionira se stijena. U datom slučaju na slici tlakovi od vode se uravnotežuju. Do točke D (dubina L1+L2) postoje samo aktivni tlakovi. U ravnini točke D nema pasivnog tlaka ispred stijene (vertikali tlak od tla je nula, jer je to površina terena). Ispod točke D u zoni iza stijene raste aktivni tlak, ali ispred nje raste i pasivni otpor, pa je konačni bilans (razlika) tlakova takav da se u točki E tlakovi poništavaju, od E do F' su pasivni tlakovi ispred stijene a ispod F' su pasivni tlakovi iza stijene. Ova raspodjela vrijedi za bilo koji materijal (tlo) uz uvažavanje parametara čvrstoće i položaja podzemne vode. Uz efektivna naprezanja od tla na stijenu djeluju i tlakovi od vode. Jednadžbom ravoteže u horizontalnom smjeru i mometnom jednadžbom oko neke točke (npr. B) može se izračunati raspodjela tlakova (dionice na stijeni L1, L2, L3, L4), te iz takve raspodjele tlakova odredi se najveći moment (tamo gdje je poprečna sila nula). Može se pokazati da vrijedi: p1=L1 x Ka x γ ,

p2 = (L1 x γ + L2 x γ' ) x Ka ,

L3= p2/(γ' x (Kp-Ka)) , p3=L4 x γ' x (Kp-Ka), p4=p5+L4 x γ' x (Kp-Ka), p5= (L1 x γ + L2 x γ' ) x Kp + L3 x γ' x (Kp-Ka), L5= (p3L4-2P)/(p3+p4), a dubina zabijanja (teoretska) = L3+L4 L4 se odredi iz jednadžbe (postupkom pokušaja i pogreške): L44+A1L43-A2L42-A3L4-A4=0

6 uz vrijednosti: A1 = p5/(γ' x (Kp-Ka)), A2=8P/(γ' x (Kp-Ka)), A3= 6P(2źγ'(Kp-Ka)+p5)/((γ' x (Kp-Ka))2 A4=P(6źp5+4P)/((γ' x (Kp-Ka))2 , Teoretski izračunata dubina uvećava se za 20-30% (sigurnost). Najveći moment se odredi na mjestu gdje je rezultanta vpoprečnih sila od tlakova jednaka nuli, a to je na visini z = ,

−  2P 1   1 , gdje je najveći moment M max = P z + z '  −  γ ' z ' 2 (Kp − Ka ) ) z ' , (Kp - Ka)γ   2 3  

(z potez je težište gdje djeluje sila P)

Budući da se stijena deformira, momenti su manji u takvoj deformiranoj stijeni nego u nedeformiranoj (po čemu se računaju), pa ih treba reducirati (Rowe-ov postupak).

slika 8. Redukcija izračunatih momenata prema Rowe, za pijesak, gdje je relativna H '4 fleksibilnost stijene = ρ = 10,91 ⋅ 10 −7 , za slobodnu stijenu EI

7

slika 9. Zagatna stijena u glini - mijenja se slika pasivnog otpora, kao što bi se mijenjala i za aktivni tlak da je umjesto pijeska glina iza stijene; nedrenirana čvrstoća cu određuje tlakove jer su koeficijenti Ka=Kp=1.

slika 10. Redukcija momenata za slobodnu stijenu u glini

8

sliak 11. Upeta stijena u pijesku ima drugačiji moment savijanja i taj se računa po Blumu, kao upeta greda s opterećenjem Treba naglasiti da se povećana dubina zavijanja (30-50% od izračunate - teoretske) promatra kao faktor sigurnosti. Pri tome stvarni tlakovi na stijenu postaju drugačiji i potrebni je osigurati da ta promjena tlakova u "povećanom dijelu dubine" bude veća ili jednaka rezultantnoj sili tlakova iz teoretskog rješenja. Kod mekih glina je problem izdizanja dna iskopa (tzv. bujanje dna) a kod pijesaka procjeđivanje vode kroz dno u jamu i izazivanje gradijenata koji vrše eroziju i destabiliziraju dno.

slika 12. Strujanje vode u jamu kroz pijesak može proizvesti hidraulučki slom. Potrrebno je preko strujne mreže provjeriti stvarne gradijente u izlazu vode u jamu i osigurati se od hidrauličkog sloma.

9

Problem u iskopu predstavlja prisustvo vode. Ta se može odstraniti crpljenjem, pomoću sustava bunara u široj zoni iskopa, ili brojnim pumpama manjeg kapaciteta uz samu zonu iskopa. Poseban proračun potreban je za taj dio projektnog rješenja, a i ispitivanja (vidi bunare i njihov proračun- probno crpljenje).

Q=

πk (H 2 − h 2 0 )

2,3 log10 (R / r0 )

Q = ukupna količina vode, H = visina vode na razmaku R od ruba zamjenjujućeg bunara; r0=prosječni polumjer zamjenjujuće grupe bunara, k = vodopropusnost (tri susjedna bunara promjera rw formiraju zamjenjujući bunar promjera r0 - vidi skicu u nastavku). sniženje nivoa podzemne vode oko pojedinačnog bunara računa se kao :

h − h0 =

 r  H − h0 ln  ln( R / rw )  rw 

kanal bunari rw

zamjenjujući bunar

R

k

r ho

h

H

ro

skica položaja bunara za crpljene vode s ciljem da se građevna jama oslobodi dotoka vode oznad njenog dna.

10 Betonske dijafragme rade se obično kao stalne konstrukcije koje postaju i nosivi dio u objektu. Imaju debljinu od 40-80 cm, kopaju se u segmentima, sidre se redovima sidara i proračunavaju se po iskazanim principima. ODREDBE EUROCODE-a

Eutocode zahtijeva da se provjere sva granična stanja: a) opći lom (izvan zone stijene) - gubitak opće stabilnosti b) lom strukturnog elementa - zida, sidra, stijene, spoja c) kombinirani slom tla i elenta konstrukcije d) hidraulički slom e) pretjerana defleksija stijene (pokreti stijene) f) nedopustivo curenje kroz ili iza zida g) nedopustiva erozija i transport- odnošenje tla h) nedopustiva promjena strujanja vode

slika općeg problema nestabilnosti