Sveučilište u Zagrebu Diplomski sveučilišni studij Građevinski fakultet Smjer: GEOTEHNIKA Nasute i potporne građevine 13 Prof. dr. sc. Tomislav Ivšić Građevinski fakultet Zagreb T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 1
Proračuni ukopanih stijena PROJEKTNI ZAHTJEVI Stabilnost zida i sustava pridržanja / sidrenja Stabilnost dna iskopa (mehanički i hidraulički slom) Ukupna stabilnost pokosa s potpornom konstrukcijom Rezne sile u zidu i poduporama (nosivost, radne sile) Pomaci konstrukcije i tla susjedne građevine i instalacije Dodatne sile u susjednim građevinama ili instalacijama zbog izgradnje T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 2
Proračuni ukopanih stijena PRORAČUNSKI POSTUPCI ciljano predviđanje ispunjenja projektnih zahtjeva TRADICIONALNO pojednostavljeni postupci, empirijski pristup RAZVOJ RAČUNALNE TEHNIKE znatan napredak proračunskih i projektnih postupaka, jednostavnije uključivanje novih spoznaja SADAŠNJE STANJE (prakse, propisa, znanja) mnogo različitih metoda Kako usporediti i kako vrednovati? T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 3
OSNOVNI NAGLASAK : Potporne konstrukcije predstavljaju primjer međudjelovanja (interakcije) tla i konstrukcije bitno različita obilježja materijali, dimenzije, ponašanje Kod potpornih zidova relativno jednostavno međudjelovanje (granična ravnoteža, mali pomaci) Kod ukopanih stijena s pridržanjima: - bitan je mehanizam prijenosa sila (tlo ispred zida, podupore) - fleksibilnost zidova varira u velikom rasponu utjecaj na raspodjelu zemljanih pritisaka, momenata, pomaka i sila u pod. - složenost međudjelovanja raste s brojem podupora i njihovom popustljivošću - tip veze podupore i stijene - način izgradnje ( iskop ili zasipavanje) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 4
Teorijski zahtjevi za opće rješenje RAVNOTEŽA Σ F = 0, Σ M = 0 KOMPATIBILNOST - kontinuirana funkcija deformacija s derivacijama - slom, pukotine diskontinuiteti MEHANIČKO PONAŠANJE konstitucijski odnosi (naprezanje deformacija) ij = [ D ] ε ij - u matrici D sadržane su sve specifičnosti mehaničkog ponašanja: nelinearnost, ireverzibilnost, utjecaji povijesti opterećenja, porni pritisci RUBNI UVJETI (za sile i pomake) - ravninsko stanje naprezanja (poseban slučaj općeg stanja) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 5
Postupci proračuna ukopanih stijena 1. ZATVORENA ANALITIČKA RJEŠENJA - teorijski zamisliva rješenja koja zadovoljavaju opće zahtjeve - danas: samo za jednostavnije rubne uvjete ili probleme uz pretpostavku linearno elastičnog tla (beskorisno za opis sloma) - upotrebljiva u problemima temeljenja u prosječnim ili tvrđim tlima i stijenama pri manjim opterećenjima i deformacijama (npr. Boussinesquovo rješenje i slično) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 6
2. POJEDNOSTAVLJENI POSTUPCI 2.1 Granična ravnoteža - pretpostavljena klizna ploha s kriterijem sloma - ravnoteža u krutom bloku Coulombova metoda 2.2 Rješenja s poljem naprezanja - pretpostavka: tlo je svugdje u točki sloma (kriterij sloma + jedn.ravnoteže) - primjeri: Rankine (AKT-PAS), rješenja Sokolowskog - točna rješenja za različite rubne uvjete: rješavanje diferencijalnih jednadžbi hiperboličkog tipa npr. metodom karakteristika 2.3 Limitna (granična) analiza - teoremi gornje (kinematika) i donje (statika) granice - ne zadovoljavaju sve opće uvjete (dominira problem stabilnosti, nema pomaka, ne razlikuju podupore, faze izgradnje) - Korekcije s mjerenjima (empirijske) bolja predvidivost za tipične sluč. - Jednostavni za korištenje ( prve ocjene, grube analize) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 7
3. NUMERIČKE ANALIZE 3.1 Greda na oprugama dno luke - iskop reakcije gornje konstrukcije 80 74 64 pritisci tla na dijafragmu 32 -Problem reduciran na gredu na popustljivim osloncima (izvorno: LIN EL) koji zamjenjuju tlo ili dio tla (pasivni) + posebne opruge za podupore ili sidra -Kontrola sile u oprugama na slom (aktivni i pasivni) Poboljšanja greda na nelinearnim oprugama - Krivulje pritisak-pomak se računaju za svaku dubinu (kontrola pasivnog i aktivnog tlaka) - Nagib p / y predstavlja generaliziranu Winklerovu konstantu (promjenjivu s dubinom i pomakom) - krivulje p y nisu konstitucijske jednadžbe nego numerička aproksimacija veze pritisaka i pomaka konstrukcije T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 8
3.2 Puna numerička analiza ( numerička simulacija ) - postupci koji pokušavaju zadovoljiti sve teorijske zahtjeve, uključiti realne konstitucijske modele i rubne uvjete s terena Sekvencijalna analiza- proračuni po fazama (konačno stanje jedne faze je početno stanje za drugu) bolja simulacija nelinearnih procesa i parametara ovisnih o povijesti opt. konačne diference ili konačni elementi (numerički aparat) - točnost predviđanja konst. modeli, parametri -traže specijalistička znanja (inž., mehtla, num.) -kontrole i prikazivanje rezultata, -parametarske analize (studija) izbor mjerodavnih par. - Kad je dosta točno? ( za proj. ili za istraž.?) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 9
Pojednostavljeni postupci a) stijena slobodna na dnu ( free earth support ) b) stijena ukliještena na dnu (fixed earth support) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 10
Pojednostavljeni postupci c) postupak Tchebotarioffa pretp. zglob d) postupak prema Danskim pravilima T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 11
Utjecaj krutosti zida meki zid dijafragma žmurje dijafragma kruti zid kruti zid meki zid žmurje pomak prema iskopu (cm) horizontalna naprezanja T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 12
Primjer jednostavnijeg proračuna s nelinearnim oprugama T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 13
Simulacija izgradnje T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 14
Simulacija izgradnje T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 15
Simulacija izgradnje T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 16
Opća stabilnost usidrenog sklopa ploha sloma Analiza opće stabilnosti kružnom kliznom plohom sidrišna duljina ravna linija mehanizam sloma utvrđen eksperimentalno aktivni klin dodatna provjera duljine sidara kružni luk dio kružnog luka pasivni klin zamjenjujući kruti blok T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 17
Nestabilnosti na dnu iskopa MEKE GLINE PIJESCI pomaci i nestabilnosti zbog protjecanja vode F s = c u N c / ( H + q ) T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 18
Građevna jama centar Branimir T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 19
B R A N I M I R O V A 1 27 slijeganje ( mm ) slijeganje ( mm ) Građevna jama centar Branimir - monitoring D IN-R 3 2 M-R 20 m D R A Š K O V I C E V A D IN-R 57 55 53 49 T R P I M I R O V A interpolacija ARMIRANOBETONSKA DIJAFRAGMA IN-R 1 3 2 M-R IN-R 2 1 D M-R R 10 47A R 11 4A 4 IN-R M-R D reperi na zgradama klinometri na zgradama inklinometri i reperi u naglavnici dijafragme parovi mikrometara i inklinometara, reperi u naglavnici horizontalni deformetri zaokret ( mm / m ) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1.7.01. 1.8.01. 1.9.01. 1.10.01. 1.11.01. Trpimirova 47a Draskoviceva 49 / 2 1.12.01 1.1.02. 1.2.02. 1.3.02. 1.4.02. 1.5.02. Draskoviceva 55 Branimirova 27 2 0 1 0-10 -1-2 -20-3 -4-30 -5 1.2.01. 1.3.01. 1.4.01. 1.5.01. 1.6.01. 1.7.01. 1.8.01. ekstremi: 1.9.01. 1.10.01. 1.11.01. 1.12.01 1.1.02. 1.2.02. 1.3.02. 1.4.02. 1.5.02. Draskoviceva 49 / 1 Branimirova 27 / 3 1.8.01. 1.9.01. R - A R - B 1.10.01. 1.11.01. 1.12.01 R - C R - D 1.1.02. 1.2.02. 1.3.02. R - E R - F 1.4.02. T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 20
Dubina ( m ) osi mjernih cijevi d Horizontalni pomak ( cm ) -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Moment savijanja ( knm / m' ) 300 200 100 0-100 -200-300 0 x 1 2 2 4 6 + prema tlu - prema jami D 8 10 12 + prema jami 14 16 18 faza 1 faza 3 faza 6 faza 7 faza 9 20 300 200 100 0-100 -200-300 T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 21
Deformacije tla i potporne konstrukcije u vremenu Primjer izmjerenih pomaka: -slobodna površina terena, razuprta ukopana stijena (čelične talpe) -Tlo: meka do polučvrsta glina T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 22
Pomaci tijekom iskopa Opterećenje poluprostora analogno kao za slijeganja i slom temelja Vertikalna naprezanja i pomaci Opterećenje granične ravnine Horizontalna naprezanja i pomaci na vertikalnoj ravnini Opterećenje poluprostora Slijeganja + slom temelja Rasterećenje granične ravnine Rasterećenje poluprostora Preslikano na dno iskopa Preslikano na dno iskopa trenutno dugotrajno T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 23
Pomaci tijekom iskopa Primjer izmjerenih pomaka- iskop pored stambene zgrade T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 24
Pomaci tijekom iskopa Primjer izmjerenih pomaka: duboka građevna jama T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 25
Mjereni pomaci ukopanih stijena Zbirni prikaz izmjerenih pomaka u iskopima T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 26
Mjereni pomaci ukopanih stijena Zbirni prikaz izmjerenih pomaka u iskopima poduprtim in-situ zidovima Tlo: čvrste gline i pijesci Maksimalni izmjereni horizontalni pomaci (mm) tanki piloti čel. žmurje dijafragme čavlano tlo bušeni piloti bet.zidovi Maksimalna izmjerena slijeganja (mm) DUBINA ISKOPA DUBINA ISKOPA T.Ivsic NP 13 2020 / 2021 27