Seminarski Rad

Predmetni nastavnik: IZRADIO:

dr.sc. Sonja Zlatović prof.v.šk. Zvonimir Salkić inž.građ., JMBAG:2402008234

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBUIvana Lučića 5, HR – 10 000 Zagreb

Politehnički specijalistički diplomski stručni studijSpecijalizacija graditeljstvo

- NISKOGRADNJA -

Predmet: SUVREMENE METODE U GEOTEHNICI

Programski zadatak: Dimenzioniranje potporne konstrukcije

Proračun slijeganja temelja

Analiza stabilnosti kosine

Laboratorijske vježbe

Kolničke konstrukcije pješačkih staza, parkirališta i PUO-a Uvod

U Zagrebu, 12. veljače 2009.

Stranica 1 od 23

Sadržaj:

1. DIMENZIONIRANJE POTPORNE KONSTRUKCIJE....................................................................12. PRORAČUN SLIJEGANJA TEMELJA.........................................................................................63. ANALIZA STABILNOSTI KOSINE.............................................................................................94. LABORATORIJSKE VJEŽBE....................................................................................................125. LITERATURA........................................................................................................................17

Suvremene metode u geotehnici Zvonimir Salkić

1. DIMENZIONIRANJE POTPORNE KONSTRUKCIJE

Potrebno je dimenzionirati betonski potporni zid za zadanu denivelaciju terena u suhom šljunkovitom materijalu sa slijedećim parametrima:

c = 0 kPa = 36° = 18 kN/m3

= 100° = 15°

Denivelacija terena je h=6,00 m', a aktivni tlak proračunati će se analitičkom metodom.Za potporni zid potrebno je provesti kontrolu nosivosti tla ispod temelja, kontrolu stabilnosti na prevrtanje i kontrolu stabilnosti na klizanje po temeljnoj plohi.

Stranica 1


-koeficijent aktivnog tlaka računa se prema Coulombovoj teoriji;

-aktivni pritisak tla je;

-horizontralna komponenta koeficijenta aktivnog tlaka je;

-horizontralna komponenta aktivnog tlaka je;

- rezultantna sila aktivnog tlaka EA

Stranica 2


Nakon proračuna sile aktivnog tlaka dimenzioniran je potporni zid prema slici dolje, te je nadalje potrebno proračunati zadovoljava li uvjete stabilnosti.

Stranica 3


Kontrola naprezanja u tlu ispod temeljne stope zida

-vertikalna i horizontalna naprezanja od zida i tla

-moment savijanja oko točke A (u sredini temeljne stope)

Kontrola nosivosti tla ispod temeljne stope zida

Dopušteno opterećenje tla prema Brinch Hansenu

Stranica 4


-za temeljnu traku faktori oblika iznose 1,0

-ekscentritet u smjeru širine dna temelja eb

Maksimalno proračunato naprezanje temeljnog tla manje je od dopuštenog naprezanja po Brinch Hansenu , te stoga temelj zadovoljava.

Kontrola stabilnosti na prevrtanje

-kontrola na prevrtanje se provodi oko točke B na temeljnoj stopi zida

(zadovoljava)

Kontrola stabilnosti na klizanje po temeljnoj plohi

(zadovoljava)

Stranica 5


2. PRORAČUN SLIJEGANJA TEMELJA

Za temelj samac širine B=2,60m, duljine L=1,10 i dubine Df=0,90m koji prenosi opterećenje od 120 kPa potrebno je izračunati slijeganje tla pod temeljem za zadano tlo.Temeljno tlo se sastoji od dva horizontalna homogena sloja s nivoom podzemne vode na 1,40 m' ispod površine.

Sloj 1:1 = 18 kN/m3.............................................zapreminska težina MV= 8 Mpa.....................................................modul stišljivosti 1' = 8 kN/m3

......................zapreminska težina uronjenog tla

Sloj 2: = 19 kN/m3............................................zapreminska težina MV= 6MPa .....................................................modul stišljivosti

Stranica 6


Proračun naprezanja u tlu na različitim dubinama;

Red.br

dubina h Naprezanje

[m] [kPa]1 0,00 =0 0,00

2 0,90 = 0,90x18 = 16,20

3 1,40 = 1,4x18 = 25,20

4 3,0 = 25,2+1,6x8= 38,00

5 4,5 = 38,0+ 1,5x 9 = 51,50

6 6,0 = 51,50+ 1,5x19 = 65,00

Naprezanje na temeljnoj plohi - =120 kPa

Dio dodirnog naprezanja uslijed kojeg se ostvaruje slijeganje:qo= - Df x 1 = 120 – 0,90 x 18 = 103,80 kPa

Dodatno naprezanje računato po Steinbreneru

Redbr

dubina h

dubina od temeljnog tla

h' mi = L/2:hi ni = B/2:hiutjecajni faktor Ni Ns=4xNi

Naprezanje 4xNi x

qo

[m] [m] [kPa]1 0,90 0,00 0,00 0,00 0,25 1,00 103,802 1,15 0,25 5,20 2,20 0,25 1,00 103,803 1,40 0,50 2,60 1,10 0,25 1,00 103,804 2,20 1,30 1,00 0,42 0,11 0,44 45,675 3,00 2,10 0,62 0,26 0,06 0,23 24,086 4,50 3,60 0,36 0,15 0,021 0,08 8,727 6,00 5,10 0,25 0,11 0,01 0,05 4,98

Budući da je riječ o naprezanjima u homogenom i izotropnom tlu od koncentrirane sile, za određivanje utjecajnog faktora za raspodjelu naprezanja pod temeljem Ni koristi se dijagram po Boussinesqu.

Stranica 7


- slijeganje 1 sloja

- slijeganje 2. sloja

s= s1+s2=6,95+0,44=7,4cm

Ukupno predviđeno slijeganje temeljne stope iznosi 7,4cm.

Stranica 8


3. ANALIZA STABILNOSTI KOSINE

Za prikazanu homogenu kosinu potrebno je odrediti minimalni faktor sigurnosti na klizanje.Faktori sigurnosti biti će računati u programu GEOSLOPE 2004 (Bishopova metoda) za kosinu bez prisustva vode, potpuno potopljenu kosinu i djelomično potopljenu kosinu.

Stranica 9


1). Proračun kosine bez prisustva vode – kosina zadovoljava uvjete stabilnosti Fs = 1,798 > 1,5

2). Proračun potpuno potopljene kosine – kosina ne zadovoljava uvjete stabilnosti Fs=1,082 <1,50

Stranica 10


3). Proračun djelomično potopljene kosine – kosina zadovoljava uvjete stabilnosti Fs=1,751 <1,50

Stranica 11


4. LABORATORIJSKE VJEŽBE

UVOD

U sklopu laboratorijskih vježbi obavljenih u laboratoriju GEOKON-Zagreb obradit će se ispitivanje slijeganja (konsolidacije) tla edometarskom metodom.

Laboratorijskim ispitivanjem tla u edometru dobivaju se podaci o veličini i vremenskoj ovisnosti slijeganja uzorka tla pod vertikalnim opterećenjem, gdje su horizontalne deformacije spriječene, pa se takvo ispitivanje zove još i testom jednodimenzionalne deformacije tla.

Rezultati takvog ispitivanja mogu se koristiti u predviđanju veličine i brzine slijeganja tla na terenu uz određene pretpostavke (Terzaghi);

tlo mora biti horizontalno uslojeno i homogeno ( da bi se zadovoljio uvijet jednodimenzionalnog slijeganja i toka vode)

tlo mora biti potpuno saturirano vodom karakteristike tla moraju biti konstantne odnos deformacije –e i naprezanja -mora biti linearan.

U slučaju da nisu zadovoljene navedene pretpostavke, u tlu se mogu pojaviti horizontalna i posmična naprezanja koja se u edometarskom pokusu ne razmatraju, te bi rezultati pokusa bili nepouzdani.

Pojam konsolidacije tla

Kada se tlo saturirano vodom optereti nekim teretom, zbog nestišljivosti vode dolazi do povećanja tlaka porne vode i u tom trenutku voda preuzima vanjsko opterećenje. Zbog povećanog pornog tlaka dolazi do dreniranja vode iz pora tla, te se opterećenje postepeno prenosi na tlo. Preuzimanjem vanjskog opterećenja, smanjuje se volumen tla u istoj količini koliko iznosi volumen istisnute vode, taj se proces zove konsolidacija tla.

Konsolidacija tla se može ilustrirati pojednostavljenim modelom na slici br. 1 sa spremnikom punim vode i oprugom koja simulira ponašanje tla.

Slika br 1. Analogija opruge s konsolidacijom tla

Stranica 12


Vidljivo je da kada nanesemo opterećenje na spremnik s vodom svo opterećenje preuzima na sebe voda, u onom trenutku kada je omogućeno istjecanje vode (1b) opruga preuzima opterećenje i dolazi do smanjenja volumena u spremniku.

Kod nekoherentnih materijala istjecanje vode iz tla se događa gotovo trenutno, te nije moguće izmjeriti prirast slijeganja, stoga se laboratorijsko ispitivanje konsolidacije obavlja isključivo za koherentna, slabopropusna tla.

EDOMETARSKI POKUS

Ispitivanje konsolidacije ili jednodimenzionalni test deformacije tla izvodi se edometrom.Edometar je laboratorijski uređaj čiji su sastavni dijelovi;

okrugli čelični prsten dvije porozne ploče sa filter papirom posuda za potapanje uzorka čelična ploča sa udubljenjem za ravnomjerno prenošenje opterećenja sustav za opterećenje (sustav s polugom i utezima) mjerni uređaj za mjerenje pomaka deformacije

Postupak:1. Izvaže se i izmjeri se visina i unutarnji promjer čeličnog prstena.2. Postavi se neporemećen uzorak na ravnu ploču, čelični prsten sa zakošenim

bridom utisne se u uzorak, te se nožem odsječe višak istisnutog uzorka. Od ostatka uzorka odaberu se 3 nova uzorka radi ispitivanja sadržaja vlage i specifične mase tla (mjereno piknometrom).

3. Zatim se izvaže uzorak tla sa čeličnim prstenom.4. Pripremljen uzorak postavi se između dvije porozne ploče sa filter papirom, te

se pažljivo spusti u posudu za vodu. Posuda se zatim napuni vodom tako da cijeli uzorak bude potopljen.

5. Postavi se čelična ploča na vrh gornje porozne ploče. Uređaj za nanošenje opterećenja namjesti se na čeličnu ploču, te se na njega postavi mjerni uređaj na kojem se očitanje umjeri na nulu.

6. Kad je uređaj za mjerenje namješten nanosi se početno opterećenje (najčešće 40kPa), te se bilježe očitanja slijeganja uzorka na 4 s, 8 s, 15 s, 30 s, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h i 24 h. . . .Općenito, potrebno je bilježiti slijeganja dok se deformacija ne umiri, budući dasu uzorci u laboratoriju niski (2,5 cm) umirenje deformacije se dogodi 24 sata nakon nanošenja opterećenja. Stoga, slijedećeg dana nanosimo dvostruko veće opterećenje, te taj postupak ponavljamo do projektiranog opterećenja. Nakon što smo izmjerili najveće opterećenje, ponavljamo isti postupak pri rasterećivanju uzorka.

7. Nakon izvedenog ispitivanja, potrebno je ponovno izvagati uzorak tla s prstenom, zatim izvaditi uzorak, osušiti ga u peći 12 – 18 sati, te ponovno ga izvagati kao bi dobili vlažnost konsolidiranog uzorka tla.

Stranica 13


PRIKAZ REZULTATA I PRORAČUNI

Mjerenjem uzorka prije i poslije pokusa dolazimo do pojedinih vrijednosti koje su potrebne za prezentaciju i interpretaciju rezultata ispitivanja.Vaganjem vlažnog i osušenog uzorka prije i poslije ispitivanja dobiju se podaci o sadržaju vode mw=wi/ms, a mjerenjem u piknometru saznajemo specifičnu masu čvrstih čestica s= ms/Vs. Iz navedenih podataka lako se izračunaju koeficijenti pora prije i poslije pokusa prema, e = Vp/Vs.

Stranica 14

uzorak tla


Pod djelovanjem određenog stupnja opterećenja dolazi do visinske deformacije uzorka -;

=>

gdje je -e0 početni koeficijent pora, a -e trenutni koeficijent pora. Koeficijent pora nadalje možemo izraziti u odnosu na promjenu visine uzorka, kao

Prema tome i rezultate ispitivanja možemo prikazati na dva načina: kao odnos visinske deformacije i efektivnog naprezanja ' (' dijagram), ili odnos koeficijenta pora e i efektivnog naprezanja ' (e-' dijagram).

Slika 2. a) ' dijagram b) e' dijagram

Na apscisi oba dijagrama nanosimo vrijednost nametnutog naprezanja, s tim da je na e' dijagramu naprezanje naneseno u logaritamskom mjerilu. Vidljivo je na e' dijagramu da su naprezanje i koeficijent pora gotovo u linearnom odnosu, te je stoga taj dijagram prikladniji za tumačenje rezultata mjerenja.

Dijagram na slici 2b. od točke A do točke B prikazuje odnos e' pri opterećenju, dok od točke B do točke C prikazuje rasterećnje uzorka. Veličina naprezanja u B je najveće naprezanje koje je tlo u prošlosti bilo izloženo i zove se naprezanje prekonsolidacije P. Nagib krivulje logV~ e za V'>P zovemo indeksom kompresije i označavamo sa CC, a nagib krivulje logV~ e za V'<P zovemo indeksom rekompresije i označavamo sa CR.Izrazi za CC i CR dati su prema slici 2:

Stranica 15

verti

kaln

a de

form

acija

-

(%)

koefi

cije

nt p

ora

-e

efektivno naprezanje -'(kPa) efektivno naprezanje -'(kPa)


Nadalje, iz e' odnosa možemo izračunati koeficijent stišlivosti aVi i modul stišljivosti MVi u određenom intervalu ispitivanja;

Poznavajući iznos povećanog naprezanja imodul stišljivosti MVi, dobijemo relativnu

deformaciju sloja tla, , te ukupnu deformaciju tog sloja kao , gdje je h0

debljina tog sloja.

Trenutna, primarna i sekundarna konsolidacija

Ponekad nam podaci o ukupnom iznosu slijeganja tla na terenu neće biti dovoljni, pa ćemo morati promatrati prirast slijeganja kroz vrijeme.

U edometarskom ispitivanju zamijećeno je da istovremeno sa nanošenjem opterećenja na uzorak dolazi do trenutnog slijeganja tla malog iznosa, koje djelomično nastaje zbog slijeganja zraka u porama.Primarnom konsolidacijom nazivamo slijeganje uzorka koje nastaje pod djelovanjem vanjskog opterećenja u ovisnosti o vremenu, a događa se jer dolazi do premještanja čvrstih čestica, otjecanja porne vode i smanjenja volumena pora.Nakon što je primarna konsolidacija završena, tj. kada smo uklonili opterećenje, vidljive su daljnje deformacije, takvo slijeganje nazivamo sekundarnom konsolidacijom. Sekundarna konsolidacija poslijedica je puzanja čvrstih čestica, zanemarive je vrijednosti u odnosu na primarnu, pa se stoga često i ne razmatra.

Prema Terzaghijevom proračunu za tijek slijeganja potrebno je definirati koeficijent konsolidacije cv,

gdje je k koeficijent propusnosti, e je koeficijent pora, w je jedinična težina vode, a av je koeficijent stišljivosti.Rezultat vremenskog tijeka slijeganja se najčešće prikazuje dijagramom gdje je vidljiv odnos između normaliziranog slijeganja U i vremenskog faktora T.

Stranica 16


, gdje je t vrijeme, a H debljina sloja kroz koji se drenira.

Stupanj slijeganja definira se kao , gdje je s(t) slijeganje u trenutku t, a s je konačno

slijeganje.

5. LITERATURA

Dr.sc. Sonja Zlatović dipl.ing.građ. – Uvod u mehaniku tla, udžbenik TVZ-a u Zagrebu

Prof.dr Ervin Nonveiller, dipl.ing.građ. – Mehanika tla i temeljenje građevina, Školska knjiga 1979

Prof. Krishna Reddy, UIC - Experiment 11 (Consolidation test) Laboratory Testing

Jean-Pierre Bardet – Experimental soil mechanics

Stranica 17


Edometri u Geokonu-Zagreb

Stranica 18

Documents

Seminarski Rad