12 B Tem Predav Zagatne Stijene 0303

1

2

3

4 ZAGATNE STIJENE PRIDRŽANE RAZUPORAMA ISKOP UZ RAZUPORE

Razuporama se može osigurati stabilnost iskopa građevne jame, ali se njima smanjuje manevarski prostor u zoni jame. Razupore mogu biti horizontalne (između dvije ravnine iskopa) ili kose (od dna iskopa prema stijeni).

Stijene koje se postavljaju do tla su fleksibilne, i obično od drveta ili najčešće od profiliranog lima. Podmetači (grede) koje primaju opterećenje od stijene (odnosno od razupora) su drvene ili metalne grede. Poseban problem predstavlja voda, koja se mora evakuirati iz radnog prostora, odnosno mora se uključiti u tlakove na stijene (razupore), te se mora provjeriti stanje gradijenata toka vode radi spriječavanja Dimenzioniranje zagatnih stijena provodi se na temelju opterećenja koje na stijene prenosi tlo, a prema dijagramu sa slike. Nedrenirana čvrstoća je prosječna čvrstoća duž stijene, osim za stabilnost dna jame, kada se uzima iz zone dna jame.

pijesak

glina Hγ/cu≤4 0.25 H

H

glina Hγ/cu>4 0.25 H

0.5H 0.5 H

0.25 H

0.65 H γ ka

(0.2-0.4)H γ

H γ - 4cu

5 Stabilnost dna iskopa kontrolira se prema odnosu tlaka okolnog tla na nivou dna iskopa i vrijednosti nedrenirane čvrstoće. Napon sloma tla u dnu iskopa se računa kao: qB = γ H = Nc cub (Nc = koeficijent nosivosti prema Skemptonu, između 5-6, ovisno o odnosu dubine iskopa prema širini iskopa; cub=nedrenirana čvrstoća ispod dna iskopa) Prema iskustvu vrijede slijedeći odnosi : γ H / cub < 6 - nema većih deformacija stijene i izdizanja dna iskopa γ H / cub ≈ 8 - doći će do većih deformacija stijene i izdizanja dna iskopa, čak i kod dobro projektiranog sustava razupora γ H / cub > 8 - doći će do sloma razupora usljed kretanja vanjskog tla prema jami i izdizanja tla Uvijek se mora provjeriti stabilnost dna iskopa prije određivanja veličine sila u razuporama. Prednapinjanje razupora u iznosu od 40% do 70% očekivane sile. Potreban je faktor sigurnosti veći od jedan za usvajanje sile u razuporama. Preporuka za razmak horizontalnih razupora u plastičnim glinama (radi očuvanja dovoljno malih deformacija) je h = 2cu/ γ , a cu se uzima kao prosjek u zoni ispod naredne razupore a čija je visina B/2 (B = širina iskopa). Za kose razupore oslonjene na tlo može se koristiti izraz za nosivost kosog temelja kao mjera zaštite od mogućeg sloma tla i deformacija sustava. Faktor sigurnosti na tako izračunatu nosivost treba biti veći od 3. Često se koriste i sidra za stabilnost i nedeformabilnost iskopa uz zagatne stijene. Ona se moraju izvesti sa sidrenom dionicom izvan zone loma tla (klin tla). H/5

traka tla između sidra i klina koja se smatra efektivnom za sidro

H sidro 45-ϕ/2

6 SIDRA U TLU I STIJENAMA Iskopi građevnih jama i velike denivelacije često zahtijevaju uporabu potpornih konstrukcija koje zbog uvjeta iskopa, svoje vitkosti, karaktera zahvata (privremeni ili stalni) zahtijevaju pridržanja po visini. Ta pridržanja preuzimaju sile koje rasterećuju potpornu konstrukciju i omogućuju joj vitkost i manju deformabilnost. Takvi se zahvati izvode kod zagata i kod betonskih dijafragmi (npr. kod iskopa dubokih jama za interpolacijske zgrade-garaže i podrumi). Najstariji, ali još uvijek korišteni postupak pridržanja, su razupore (slika 1.) koje se postavljaju tako da se oslanjaju na obje strane iskopa (npr. kanali ili šahtovi) ili su kose podupore. Sile u takvim razuporama dobiju se iz dijagrama opterećenja na stijenke, koji se određuju prema materijalu u kojem se izvodi zahvat temeljem iskustvenih pokazatelja. Ukupni iznos sile na potpornu konstrukciju može se umanjiti uporabom pridržanja na potpornoj konstrukciji. Ako se u jednoj ili više točaka spriječe ili smanje deformacije u potpornoj konstrukciji (zagatnoj stijeni) momenti savijanja na stijenu se smanjuju i time omogućuju izvedbu jeftinije konstrukcije uz ograničenje deformacija stijene. Sidra mogu biti iskorištena umjesto razupora, kao trajno ili privremeno rješenje. Za razliku od razupora, uporaba sidara omogućuje slobodan radni prostor i prednapinjanje stijene što pozitivno djeluje na umanjenje deformacija stijene.

H

pijesak

meka do srednje tvrda glina

tvrda ispucala glina

slika 1. Raspodjela tlakova na potpornu konstrukciju sa razuporama

7 U slučaju jednostranih stijena za preuzimanje sila mogu se koristiti sidra, koja silu predaju u tlo preko pilota, sidrene ploče ili sidrene dionice. (sl.2).

slika 2. Mogućnosti predaje sile u tlo za sidrene konstrukcije Piloti preuzimaju horizontalnu silu iz sidra preko sidrenog bloka gdje se sile uravnotežuju. Pri tome jedan pilot ima tlačnu a drugi vlačnu silu.

slika 3. Piloti kao usidrenje

Ravnoteža sila na usidrenu potpornu konstrukciju mora dati dubinu zabijanja D (iz jednadžbe momenata oko neke točke – obično oko sidra- a iz sume horizontalnih sila dobije se veličina sile u sidru, slika 4).

8

slika 4. raspodjela sila na stijenu sa sidrom

Sidro može biti položeno horizontalno ili koso. Položaj i smjer sidra ovisi o uvjetima u tlu, dozvoljenim deformacijama i geometriji i krutosti stijene. Na slici 5. prikazano je koso sidro i uvjeti ravnoteže. Za isti slučaj klizne plohe horizontalno sidro umanjilo bi silu N i T ali bi imalo veću horizontalnu silu.

slika 5. Koso sidro i uvjeti ravnoteže Sidro mora predati silu u tlo. Pri tome njegova čvrstoća mora biti dovoljna da ne pukne, a mjesto sidrenja (sidreni blok ili sidrena ploča) mora biti dovoljno daleko od klizne plohe da se razviju otpori u tlu koji se aktiviraju djelovanjem sidrene sile na sidrenom bloku. Pasivni otpor koji se formira ispred sidrene ploče zahtijeva i udaljenost od klizne

9 plohe (da se ne preklapaju klizne plohe od pasivnog loma ispred ploče i klina tla) i dubinu sidrenja (slika 6). Nakon što se odredi dubina d2 i sila koju može preuzeti sidreni blok (različito se određuje za nekoherentno i koherentno tlo) može se odrediti veličina bloka (H i L) koji treba preuzeti silu iz sidra.

slika 6. Djelovanje sila na sidrenu ploču u pijesku, određivanje tlakova Za slučaj koherentnog tla računa se s nedreniranom čvrstoćom kao da se radi o pilotu koji prenosi silu u tlo na plohi H x L (slika 7).

slika 7. Prenos sile sidra u koherentnom tlu

Sidrena ploča ukapa se u tlo na potrebnu dubinu d2, a sila koju može preuzeti od sidra ovisi o čvrstoći tla (nedreniranoj u koh. tlu i kutu unutarnjeg trenja za kp u nekoh. tlu), što je prikazano na slici 8. Faktor sigurnosti uzima ogleda se u glini u smanjenju udjela kohezije u čvrstoći (2cu umjesto 4cu u sili pasivnog otpora) i u smanjenju utjecaja vertikalnog naprezanja u tlu (Kp=1).

10

slika 8. Račun sila na sidrenu ploču glini (lijevo) i pijesku (desno) Ponekad se čitava platna ili visoke a tanke grede (ravninski elementi) mogu koristiti kao zatege, npr. u obalnim konstrukcijama. Svaka zatega mora imati osiguranu trajnost u pogledu materijala (popuštanje, čvrstoća, korozija) i u pogledu preuzimanja sila koje se pojavljuju za čitavog vijeka trajanja konstrukcije. U tlu se često izvode sidra u bušotinama u kojima se sila iz sidra prenosi prionjivošću na tlo, preko injektirane smjese. U bušenu rupu u tlu (do potrebne dubine) instalira se šipka sidra tako da se njen najdublji dio injektira injekcijskom smjesom pod tlakom i tako ostvari veza s tlom. Tlo će u toj zoni biti zbijeno od injektiranja i omogućiti preuzimanje veće sile. Preostali dio sidra se zaštiti od korozije odgovarajućim oblogama.

SIDRA U STIJENAMA Sidra se vrlo često koriste u stijenama, naročito kod tunela (primarna zaštita iskopa) , kod potpornih zidova ili kod osiguranja stijenskog masiva od utjecaja pukotinskog sustava (pokosi, temelji i sl.). Posmična čvrstoća spoja stijene i injektiranog sidra ocjenjuje se prema iskustvenim dijagramima i mjerenjem nosivosti sidra u pokusu ispitivanja sidra na čupanje (prema za to pripremljenim postupcima-standardima). Približno se posmična čvrstoća spoja može procijeniti na temelju jednoaksijalne čvrstoće uzorka stijenske mase ili broja udaraca N(SPT) u mekšim stijenama. Ukupna sila trenja sidro-stijena jednaka je

T = π ⋅ D ⋅ L ⋅τ

,

gdje je D = promjer fiksnog dijela bušotine, L= duljina tog dijela, a τ= prionjivost sidrostijena.

11

τ = f ⋅ N SPT , f = 3 − 5, [kN / m 2 ]

τ = 0 .1 ⋅ q u ,

Sličan izraz vrijedi i za tlo, kada sidro prenosi silu u tlo prionjivošću.

posmično naprezanje između čelika i stijene, N/mm2

Ispitvanja pokazuju da se trenje (sila prionjivosti) ne aktivira u isto vrijeme po čitavoj duljini fiksne dionice (slika 9), nego da se s povećanjem sile u sidru maksimalni posmični napon seli prema kraju sidrene dionice.

udaljenost od početka fiksne zone gdje se prenosi prionjivost (m) fpu = maximalni napon prionjivosti

sl.9. Razvoj posmičnih naprezanja uzduž zone nosivosti sidra sa silom

dionica u kojoj se ostvaruje zaštita od korozije

sidrena dionica, injektirana masa osigurava prionjivost sidra i tla

12

Na slici 10. prikazani su razni slučajevi izvedbe sidrene dionice.

Jednostruko sidro zamjenjuju danas višestruka sidra u istoj bušotini, kako bi se bolje iskoristila nosivost sidrene dionice, koja se kod jednog sidra nikada u potpunosti ne aktivira.

a) fiksna zona čitavom duljinom prenosi opterećenje, od krajeva prema sredini, tako što se koncentracija opterećenja na krajevima širi prema sredini

b) opterećenje se prenosi od kraja prema naprijed, kako se sila povećava,

c) višestruka sidra u istoj bušotini- osiguravaju jednoličniju raspodjelu naprezanja u bušotini kako sila raste

d) višestruka neovisna sidra u istoj bušotini – omogućuju veće duljine zone sidrenja uz jednoličniju raspodjelu naprezanja po obodu

slika 10. Razni uvjeti izvedbe sidra i broja sidara u bušotini Posebno se vodi računa o izvedbi bušotine, o zaštiti sidra od korozije, mjerenju nosivosti probnog sidra, te o tipu i konzistenciji injekcijske smjese (vodocem faktor).

13

Nosivost sidara je od 10 do nekoliko stotina tona (u boljim stijenama). Faktori sigurnosti su od 1.4-2, ovisno o namjeni i uvjetima. Novije tehnologije postižu velike nosivosti uz jednostavnost izvedbe.

14

a)

b)

c)

d) / e)

Dijagrami za određivanje vrijednosti kod tečenja vode oko zagatne stijene za homogeno tlo (prema Lancellotta, 1995.). a) određivanje izlaznog gradijenta za dvostruku zagatnu stijenu b) određivanje izlaznog gradijenta za pijesak u podlozi s ograničenom debljinom c) određivanje izlaznog gradijenta za jednostruku zagatnu stijenu d) određivanje količine procjedne vode za dvostruku zagatnu stijenu e) određivanje količine procjedne vode za jednostruku zagatnu stijenu

15

f) određivanje izlaznog gradijenta kod brane (homogeno tlo)