POTPORNI ZIDOVI – OBLIKOVANJE I DRENIRANJE Potporni zidovi su masivne ili raščlanjene, trajne ili privremene građevine

koje podupiru vertikalne ili strme zasjeke terena, ili nasut materijal.

Razne mogućnosti primjene potpornih zidova u građevinarstvu prikazane su na

slici (a) zasjek za široku cestu, (b) plato, (c) rampa za ulaz za gradski tunel, (d)

masivni zid pristaništa, (e) zidovi za skladište rude, (f) upornjak mosta sa bočnim

krilima, (g) upornjak mosta sa poprečnim krilima).

2

Zahvati: usjeci i nasipi za ceste i željeznice, platoi za zgrade u zasjeku ili na

nasipu, prometne površine u gradovima iznad razine kolnika, pristupne rampe za

visoke mostove, ili usjeci ispod nivoa terena kod pristupa u tunele, pothodnik i sl.

Potporni zidovi služe za pristajanje brodova, za regulaciju vodotoka kroz naselja, a

njima se mogu učvrstiti i povisiti obale radi zaštite od poplava. Primjenjuju se

također za skladište rude, da bi se većom visinom materijala uz rubove bolje

upotrijebila korisna površina. Nasipi koji služe kao pristup mostovima i propustima

završavaju kratkim potpornim zidovima na kojima je i konstrukcija mosta. Te zidove

nazivamo upornjacima. Nasip se na upornjake može priključiti krilnim zidovima na

njega poprečno ili paralelno s njegovom osi.

Slika 1.2. Upornjak

Potporni zidovi redovito podupiru nasut materijal kojemu je površina iza zida na

višoj koti nego što je kota terena ispred njega. Zato materijal iza zida nazivamo

zasip. Širina zasipa ovisi o načinu kako se zid gradi i o vrsti materijala koji on

podupire.

3

Primjeri zida sa zasipom razli čite širine

Gabioni

zid od armiranog tla

Potporni zidovi često se izvode u praksi: u usjecima prometnica, pri izvedbi nasipa u ograničenom prostoru, u vrtovima i sl. Geometrijski odnosi kod potpornih zidova posljedica su statičkog proračuna, ali i tehnologije izvedbe i pozitivnog iskustva. Zid mora izdržati horizontalne sile koje izazivaju posmik po temeljnoj plohi, sile savijanja u presjeku, nosivost tla ne smije biti prekoračena, globalna stabilnost zida mora biti zadovoljena. Posebno je važan dio odvodnja vode iza zida. Neka pravila koja se odnose na izbor geometrijskih odnosa i načine dreniranja obrađena su u nastavku. Potporni zidovi mogu biti gravitacijski (ravnotežu postižu svojom težinom), sa proširenim stopama L ili T oblika (armirano betonski) ili sa pomoćnim krilima (counterfort), kao što pokazuje slika (skiciran je i položaj armature.

različiti tipovi potpornog zida

sile na potporni zid

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

5

5

Sile koje djeluju na potporni zid (tlakovi tla i vode, težina zida, otpor tla na temelju) utječu na : 1. nosivost temeljnog tla (ra čuna se kao za plitki temelj) qu = Fs x qdop = c Nc dc ic + 0.5 γ B Nγ iγ + γ D Nq dq iq 2. klizanje temelja po temeljnoj plohi faktor sigurnosti protiv klizanja treba biti sile otpora Fs = --------------------- = min 1.5 za nekoherentno tlo aktivne sile = min 2 za koherentno tlo a da se pri tome trenje tla i zida računa kao µ = (2/3 - 1) tgϕ , cb = (0.5-0.75) c 3. prevrtanje zida oko prednjeg kuta temelja zida pri čemu se mora postići sigurnost: stabilizirajući moment Fs = ------------------------------- = min 1.5 za nekoherentno tlo moment prevrtanja = min 2 za koherentno tlo 4. opći slom tla oko zida (prema pravilima provjere stabi lnosti pokosa) Normalna naprezanja na temeljnoj plohi računaju se kao za plitki temelj, iz vertikalne sile i momenta na temeljnoj plohi. Koristi se samo pritisnuta površina temeljne plohe, a ta se može regulirati nagibom zida, položajem temeljne plohe, geometrijom stope.

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

6

6

qmax/min = P/A ± M/W = P(1/A ± e/W) ≤ qdop , Fs = 3-4 OBLIKOVANJE POTPORNOG ZIDA Na slici 1 sugerirane su dimenzije potpornih zidova. Budući da se proračun potpornog zida provodi uz pretpostavljene dimenzije koje se nakon izračuna sila kontroliraju po tome da li zadovoljavaju uvjete nosivosti i ravnoteže uz faktore sigurnosti, korisno je početi s nekim dimenzijama zida koje iskustveno i tehnološki moraju biti zadovoljene. a) b)

slika 1. Geometrija potpornog zida , a) gravitacijski, b) s produženom stopom.

min 20-30 cm

ispod dubine smrzavanja

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

7

7

UTJECAJ NAGNUTOSTI PLOHE Kod gravitacijskih zidova važno je da se tlačna sila u svakom presjeku održi unutar jezgre presjeka. Ta sila je rezultanta svih sila koje djeluju na zid: tlak od tla, tlak od vode, opterećenje na površini. Naprezanje od tla i vode djeluje okomito na plohu zida, osim ako se zid ne sliježe pa se tada i ta naprezanja zakreću prema dole, za kut unutarnjeg trenja ili kut trenja zida i tla. Time se smanjuju momenti i ekscentricitet na temeljnoj plohi. Ako se ta ploha zakosi onda se značajno postiže opisani efekt. To se preporuča kod masivnog zida , dok se kod armiranog zida (vidi sl. 1) proširenjem stope temelja zida može aktivirati dodatna težina tla na stopi i time utjecati na položaj rezultante (slika 2). (a) (b) w W1 R W R’ slika 2. Gravitacijski zid (a) s nakošenom zadnjom plohom ima povoljnije djelovanje sile tlaka od tla, a armirani zid (b) s proširenom stopom dobiva dodatnu silu koja vraća rezultantu prema središtu temeljne plohe (tlak tla djeluje na drugoj ravnini a dodatno se pojavljuje sila težine tla iznad zida koja smanjuje ekscentricitet rezultante, ali raste tlak na temeljnu plohu) UTJECAJ ISTAKNUTE STOPE TEMELJA Često su horizontalne sile na zid veće od otpora klizanja na temeljnoj plohi. Taj problem se može riješiti izvedbom zuba na temelju koji aktivira pasivni otpor kao dodatni otpor klizanju zida (slika 3).

slika 3. Izvedba zuba na temeljnoj plohi aktivira pasivni otpor po kliznoj plohi ispred zuba, što povećava otpor djelujućim horizontalnim silama

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

8

8

ARMIRANJE ZIDA Armiraju se karakteristični presjeci zida prema momentima koji djeluju na njih od rezultantnog opterećenja od sila od tla i zida te od reaktivnih tlakova temeljnog tla.

Treba obratiti pažnju na činjenicu da armatura na gornjoj slici odgovara naprezanjima u betonu od rotacije zida, ali da slijeganje zid:zasip iza zida može dati i drugačiju armaturu (ako se zid sliježe tada je vlačna donja zona u stopi iza zida).

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

9

9

DRENIRANJE ZIDA Mnogo je slučajeva oštećenja potpornih zidova (nagnuti, puknuti, deformirani i sl.) usljed djelovanja vode. Hidrostatski tlak djeluje jednakim silama bez obzira na prostor koji ispunjava voda (samo pukotina iza zida ili kanal), a taj ovisi o pornim tlakovima po visini zida. Za slučaj kada nema tečenja vode taj tlak je proporcionalan visini vode iza zida. U slučaju strujanja vode usljed nekog tipa drenaže iza zida tlakovi se mijenjaju. Na slici 4. prikazani su slučajevi pojedinih drenaža i njihov utjecaj na tlakove na zid od tlaka vode. Svakako je potrebno vodu iza zida odvesti kontrolirano u neku zonu izvan zida, što se radi ili kroz rupe u zidu ili uzdužnom odvodnjom do nekog šahta.

slika 4. Utjecaj drenaže na porne tlakove na kliznoj plohi; potrebno je razlikovati tlakove

vode na kl. plohi (za proračun stabilnosti na toj kl.plohi) od tlakova vode na zid, koji utječu na njegovo dimenzioniranje

Sile na zid nastaju od tla (efektivna naprezanja) i od vode. Efektivna naprezanja računaju se za slučaj strujanja preko γ’’ = γ’ + i γw (tj. γ’’ = γ’ + i γw= γ - (γw - i γw) = γ-u), tj. za strujanje prema dole se povećavaju tlakovi od tla zbog strujne sile vode, a tlak od vode se smanjuje iz istog razloga (pazi: vertikalni tlakovi od tla se prenose u horizontalne tlakove na zid preko Ka, a voda ima jednake tlakove u svim smjerovima). Opet se može računati da je tlak od tla moguće računati ili kao tot-porni ili kao efekt-strujni tlak vode.

klizna ploha

porni tlakovi na kl. plohi

dren

drenažni sloj

raspodjela pornog tlaka

klizna ploha

dren

klizna ploha

porni tlakovi

drenažni sloj

hidrostatski tlak

stvarni tlak vode

tlak vode na zid

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

10

10

RUPE U ZIDU Ako se ne pravi dren iza zida uzduž njegove ravnine tada je potrebno vodu koja se skuplja iza zida ispustiti na prednju stranu zida putem otvora raspoređenih na visini koja osigurava prikupljanje vode. Ti otvori moraju stalno biti u funkciji. Postavljaju se na razmacima 2-3 m. Zidovi se štite od dolaska vode s površine u njegovu pozadinu nepropusnim kapama zasipa iza zida koje sadrže i odvodne kanale uzduž zida, kako se ne bi prelijevala voda preko zida. Drenažni materijal mora biti pažljivo odabran oko otvora i drenova kako se ne bi desilo ispiranje tla i blokada otvora (drena). To se postiže primjenom tzv. filterskog pravila kojim se osigurava prolaz vode i spriječava ispiranje čestica materijalom filtra za materijal ispune. Danas se često koriste umjetni drenovi tipa geosintetika koji se jednostavno postavljaju i efikasno djeluju.

Vrijede filterska pravila za zasip, osnovno tlo i otvore u zidu: D15 filter ≤ 5 D15 filter ≥ 5 D85 filter > 1 d85 osn. tlo d15 osn. tlo promjer otvora D = za filterski materijal, d = za osnovni materijal gdje je D15 odnosno d85 promjer od kojeg je 85% (odnosno 15%) mase materijala manjeg promjera (promjer kroz koji prolazi 15% odnosno 85% materijala).

GF OSIJEK-Mehanika tla i temeljenje, 99/00 Predavanje 4: oblikovanje potpornih zidova, dreniranje MM

11

11

DODATAK - ANALIZA SILA ZA RAZLIČITE VRSTE DRENAŽE

bez vode kosa/horizont. drenaža

osnovni zid - potopljeno tlo, bez drenaže

vertikalna drenaža bez drenaže