46
SVEUĈILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET DIPLOMSKI RAD Upotreba geomreža za poboljšanje mehaničkog ponašanja nasipa na autocestama Darijo Laloš Zagreb, rujan 2015.

Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

Embed Size (px)

DESCRIPTION

proračunski model tla armiranog jednoosnim geomrežama, analiza stabilnosti konstrukcije, Geostudio, Tensar

Citation preview

Page 1: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

SVEUĈILIŠTE U ZAGREBU

GRAĐEVINSKI FAKULTET

DIPLOMSKI RAD

Upotreba geomreža za poboljšanje mehaničkog ponašanja

nasipa na autocestama

Darijo Laloš

Zagreb, rujan 2015.

Page 2: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama
Page 3: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

SADRŢAJ: Opis zadatka ............................................................................................................................................ 4

1. Geosintetici ...................................................................................................................................... 5

1.1. Uvod ........................................................................................................................................ 5

1.2. Povijest .................................................................................................................................... 6

1.3. Vrste geosintetika i njihova svojstva ....................................................................................... 7

1.4. Spajanje geosintetika ............................................................................................................... 8

2. Djelovanje geosintetika u graĊevinarstvu ..................................................................................... 10

3. Potporni zid od armiranog tla ........................................................................................................ 12

3.1. Metalna armatura ................................................................................................................... 12

3.2. Armatura od plastiĉnih masa ................................................................................................. 13

3.3. Nasipni materijal ................................................................................................................... 13

3.4. Lica graĊevina od armiranog tla ............................................................................................ 14

4. Trajnost geosintetika ..................................................................................................................... 15

5. Koeficijenti sigurnosti ................................................................................................................... 16

6. Ĉvrstoća ......................................................................................................................................... 18

7. Tensar RE i UX jednoosne mreţe ................................................................................................. 18

8. Analiza stabilnosti ........................................................................................................................ 20

8.1. Općenito o programu slope/w .............................................................................................. 20

8.2. Poĉetni model ........................................................................................................................ 22

8.3. Odabir poĉetnih parametara armiranog tla ............................................................................ 23

8.4. Utjecaj gustoće armiranja ...................................................................................................... 25

8.5. Utjecaj nagiba armature u odnosu na horizontalu ................................................................. 27

8.6. Utjecaj kuta unutarnjeg trenja tla i duljine armature ............................................................. 30

8.7. Utjecaj promjena površinskog opterećenja............................................................................ 35

8.8. Utjecaj vlaĉne ĉvrstoće armature ........................................................................................... 37

8.9. Dodatne analize stabilnosti .................................................................................................... 40

9. Zakljuĉak ....................................................................................................................................... 44

10. Literatura ................................................................................................................................... 45

11. Prilozi ........................................................................................................................................ 46

Page 4: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 4

OPIS ZADATKA

Na autocesti Zagreb – Macelj ,dionica Krapina – Macelj na pojedinim dijelovima trase

provodi se zaštita pokosa nasipa armiranjem tla. Radi se o dvije lokacije desnog pokosa

nasipa na dionici Macelj – Krapina, kod ĉvora Trakošćan. Prva dionice zaštite pokosa nasipa

armiranim tlom duga je 142 metra, maksimalne visine 10 metara, a druga je dionica duljine 90

metara , maksimalne visine 10,5 metara.

Armirani nasipi se izvode na mjestima gdje se zbog ograniĉenja gabarita nasip mora izvesti u

uţem podruĉju od podruĉja koje bi zahtijevao stabilni nasip bez zaštite ili gdje bi nasip zbog

nagiba u terenu bio predugaĉak. Upravo je ograniĉenje gabarita, zbog neposredne blizine

susjedne prometnice, rezultiralo odabirom rješenja armiranja tla desnog nasipa od km 51+140

do km 51+366.

U fazi projektiranja razmatrani su razliĉiti sustavi armiranja tla, a za dokaz stabilnosti i

potrebe izrade troškovnika, u obzir je uzet „Terramesh” sustav. Kao alternativa tom sustavu

predviĊeni su: „Green Terramesh” sustav i nasipi armirani jednoosnim geomreţama. [2]

Cilj ovog zadatka je izabrati mjerodavni proraĉunski model tla armiranog jednoosnim

geomreţama, te mu uz pomoć programskog paketa Geoslope provjeriti globalnu stabilnost.

TakoĊer, potrebno je varirajući pojedine parametre koji utjeĉu na stabilnost konstrukcije

prikazati njihov utjecaj na faktor sigurnosti.

Page 5: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 5

1. GEOSINTETICI

1.1. UVOD

Proizvodi od sintetiĉnih materijala, namijenjeni upotrebi u zemljanim graĊevinama (i općenito

u graditeljstvu) u većoj su se mjeri pojavili prije ĉetrdesetak godina i otada se njihova

primjena ubrzano širi. Prvi znaĉajniji proizvodi takve vrste bili sintetiĉki tekstili, koji su se

upotrebljavali u prometnicama i hidrotehnici u cilju stabilizacije odnosno ojaĉanja tla, tako da

su u poĉetku svi sliĉni proizvodi nazvani geotekstili. No, kako su se u graĊevinarstvu poĉeli

koristiti proizvodi od polimernih materijala, koji se nikako ne mogu svrstati pod geotekstile,

uveden je naziv geosintetici.

Upotreba proizvoda od sintetiĉkih materijala izazvala je jednu od najvećih revolucija u

graĊevinarstvu. To otkriće mogli bi se ĉak usporediti s dostignućima poput armiranog betona

u graĊevinarstvu ili općenito pojavom elektronskih raĉunala u tehnici. Naime, korištenjem

geosintetika pri izvoĊenju potpornih konstrukcija, omogućena je njihova racionalizacija i

povećanje sigurnosti. [7]

Danas se geosintetici rabe u svim podruĉjima graditeljstva, kao što su prometnice,

hidrotehniĉke graĊevine, podzemne graĊevine, mostovi, zgradarstvo, sportski objekti, objekti

zaštite okoliša, a takoĊer se ĉesto koriste i u poljoprivredi i šumarstvu.

Page 6: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 6

1.2. POVIJEST

Razliĉite vrsta geosintetika primjenjivale su se tisućama godina kroz povijest, ponajprije u

svrhu stabilizacije tla. Ipak, geosintetici su prvi put znaĉajnije upotrebljeni u graĊevinarstvu,

tek 1953. godine u Nizozemskoj, kada su katastrofalne poplave uništile oko 150 000 hektara

tla. Nakon te katastrofe poĉelo je ostvarenje Delta – projekta za obnovu zemlje. U projektu su

zbog nedostataka kvalitetnih prirodnih materijala, upotrebljeni sintetiĉki materijali u

kombinaciji s pijeskom. Izvedeni su tako da je folija od najlonskih traka debljine 1,0 mm i

širine 10,0 cm, povezana s najlonskim vrećama napunjenim pijeskom, poloţena na pješĉano

morsko dno, radi spreĉavanja erozije uslijed djelovanja morske vode i valova.

Krajem 60-ih godina prošlog stoljeća u Francuskoj zapoĉinje tvorniĉka proizvodnja netkanih

tekstila koji su bili namijenjeni za pojaĉanje donjeg sloja pri izvedbi cesta i ţeljezniĉkih

pruga. Ubrzo nakon Francuske i druge zemlje poput Velike Britanije, SAD-a, Austrije poĉinju

s proizvodnjom netkanih tekstila. Polimerne mreţe prvi put su upotrijebljene u Engleskoj i

Japanu oko 1965. godine, a svrha im je bila ojaĉati slabo nosivo tlo kod prometnica. U

Hrvatskoj se geosintetici koriste oko 30 godina, najviše za potrebe izgradnje prometnica, a u

posljednje vrijeme i kod odlagališta otpada. [7]

Page 7: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 7

1.3. VRSTE GEOSINTETIKA I NJIHOVA SVOJSTVA

Prema graĊi i funkciji, geosintetici se mogu podijeliti na:

Geotekstile - geotekstili se sastoje od posebno sloţenih i uĉvršćenih vlakana, tako da

najĉešće imaju izgled i graĊu neke vrste "filca". U tlu, odnosno graĊevinama,

obavljaju više funkcija kao što su: razdvajanje, armiranje, filtriranje i dreniranje.

Geomembrane - Geomembrane su nepropusne folije, a sluţe za brtvljenje-

spreĉavaju prolaz vode ili plinova.

Geokompozite - Geokompoziti su sloţeni materijali koji se sastoje od geotekstila i

geomreţa ili od geomembrana i geomreţa, ili kombinacija tih materijala, s drugim

materijalima, a sluţe za prije spomenute funkcije i njihove kombinacije.

Geomreţe - Geomreţe su geosintetici otvorene graĊe kod kojih su otvori mnogo

veći od dimenzija materijala. Glavna im je svrha armiranje, a u nekim sluĉajevima

mogu sluţiti i za razdvajanje materijala. Proizvede se od polietilena visoke gustoće

(HDPE) ili polipropilena (PP) posebnom tehnologijom ekstrudiranja. Time se

postiţe orijentacija molekula polimera, neka vrsta prednaprezanja, ĉime se znaĉajno

povećavaju mehaniĉke karakteristike materijala. Ĉvorovi su integralni dio strukture i

osiguravaju krutost mreţa u svim smjerovima u ravnini. Takve geomreţe svojom

visokom vlaĉnom ĉvrstoćom i malim istezanjem uspješno armiraju nasip od

koherentnog ili nekoherentnog materijala. Koriste se za izradu armiranih potpornih

konstrukcija bez posebne obrade lica pokosa, a moguće ih je koristiti u razliĉitim

kombinacijama s licem od prefabriciranih elemenata. [1]

Svojstva geosintetika:

Djeluju filtrirajuće.

Djeluju odvajajuće.

Imaju velike vlaĉne ĉvrstoće.

Nije ih moguće parati.

Ne jedu ih ţivotinje koje ţive u tlu (krtice, štakori).

Kemijski su postojani na odreĊena oneĉišćenja koja se mogu pojaviti u tlima.

Mogu biti obojeni, a boja im je postojana.

Page 8: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 8

1.4. SPAJANJE GEOSINTETIKA

Geosintetici se rade u ograniĉenim širinama i duţinama, tako da se u neprekinutim

površinama, mogu upotrijebiti samo kod manjih graĊevina. Pri većim projektima treba ih

nastavljati, odnosno spajati. Spajanje ovisi o vrsti geosintetika i o zahtjevima graĊevine.

Najjednostavnije je spajanje preklapanjem, a izvode se još i šivanje (kod geotekstila),

vezivanje (kod mreţa), lijepljenje i posebne kombinacije spojeva. Spojevi su oĉekivano

najslabija mjesta, pa njihovoj izradi valja obratiti najveću pozornost. Pri projektiranju

graĊevina spojeve treba predviĊati na mjestima na kojima će biti manje ugroţeni, odnosno

tako da u sluĉaju popuštanja spoja, šteta uzrokovana popuštanjem bude minimalna.

Preklapanje je najjednostavniji naĉin spajanja geosintetika. Primjenjuje se ako iznad njega

dolazi odreĊena masa tla koja pritisne spoj, kao što su primjerice nasipni slojevi kod

prometnica. Za tu je vrstu spojeva vaţna veliĉina preklopa. Veliĉina preklopa ovisi o poloţaju

i funkciji spoja u graĊevini, o vrsti tla i nekim drugim uvjetima, pa se odreĊuje projektom.

Pribliţno, veliĉina preklopa iznosi 30 do 50 cm, a kod geomreţa 15 do 25 crn.

Slika 1.1. Spajanje geomreţa preklapanjem

Šivanje se koristi za geotekstile, a rezultat šivanja su pouzdani i ĉvrsti spojevi. Veliĉina

preklopa moţe se pri tome smanjiti do 1.0 crn. Upotrebljavaju se posebni ruĉni šivaći strojevi

i poseban sintetiĉni konac (PE, PA). Debljina konca mora biti takva da odgovara ušici igle

šivaćeg stroja, te da konac lako prolazi kroz materijal, bez prevelikog trenja i oštećivanja

materijala.

Page 9: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 9

Slika 1.2. Naĉini spajanja geotekstila šivanjem

Spajanje lijepljenjem rijetko se primjenjuje zato što postoji malo lijepila kojima se

geosintetici mogu pouzdano slijepiti, a dobra su ljepila poput sintetiĉnih smola, skupa. Ipak,

geotekstili se mogu slijepiti termiĉkim naĉinom pomoću plamenika, ali taj naĉin nije sasvim

siguran, pa se rjeĊe provodi.

Ako se preko spojenih mjesta treba prenijeti vlaĉna sila mogu se izraditi posebni spojevi koji

podnose tu silu. Izvode se tako da se na obje strane geotekstila naĉini obrub. U oba obruba

uvuĉe se neki nosivi element (ĉvrsta šipka i sl.), a obrubi se poveţu skupa pomoću plastiĉnih

ili metalnih prstenova ili kopĉi. [1]

Slika 1.3. Posebni spoj

Page 10: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 10

2. DJELOVANJE GEOSINTETIKA U GRAĐEVINARSTVU

Razliĉiti tipovi geosintetika (tekstili, mreţe, membrane, kompoziti) mogu u graĊevinama

obavljati razne funkcije, prilagoĊene izvedbi radova i/ili dugotrajnom dobrom sluţenju

graĊevine.

Geosintetici imaju znatnu vlaĉnu ĉvrstoću, a (slabo) tlo nema to svojstvo. Stoga se odreĊenim

kombiniranjem tih dvaju materijala moţe dobiti poboljšano stanje. Ovisno o naĉinu

opterećenja i poloţaju geosintetika moguća su dva osnovna tipa armiranja:

membranski tip i

posmiĉni (sidreni) tip armiranja.

Budući da trenje izmeĊu geosintetika i tla je dovoljno da se na kratkim duţinama u

geosinteticima razviju maksimalna naprezanja na vlak, obiĉno nisu potrebne velike duţine

sidrenja. Zbog toga se potporni zidovi mogu raditi i na strmijim padinama. [7]

Zahtjev koji se postavlja pred geosintetiĉki material, koji se koristi za armiranje i izvoĊenje

potporne konstrukcije, je da mora biti dovoljno vodopropustan. Tako osim armiranja ima i

ulogu drenaţe, ĉime se smanjuju horizontalna opterećenja, a osigurava maksimalno trenje na

spoju geosintetiĉkog materijala s tlom.

Razliĉite vrste geosintetika (geotekstili ili geomreţe) imaju sliĉno djelovanje na armiranje, ali

postoje i odreĊene razlike. U sluĉaju armiranja geomreţom, dolazi do uklještenja kamenih

zrna u njenim otvorima, tako da zrna vire kroz otvore. Tako se dobiva meĊupovršina s

potencijalno vrlo jakim trenjem, što doprinosi uĉinkovitosti armiranja. Osim toga, mreţe

imaju znatno veće module krutosti od tekstila.

Page 11: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 11

Slika 2.1. Uklještenje kamenih zrna u otvorima geomreţe [9]

Page 12: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 12

3. POTPORNI ZID OD ARMIRANOG TLA

Potporni zid od armiranog tla je graĊevina uklopljena u nasip i s njime ĉini jednu cjelinu. Kao

cjelina djeluje kao gravitacijski savitljivi potporni zid, a osnovi su ovakve graĊevine nasute

graĊevine. Nasip u podruĉju armiranja izvodi se od nekoherentnih materijala da se izbjegne

utjecaj hidrostatskog pritiska. Vlaĉne sile preuzima, kako mu i ime kaţe, armaturom koja se u

tlo ugraĊuje tijekom izvedbe. Razlikujemo metalnu i armaturu od plastiĉnih masa. Lice

graĊevine zaštićeno je posebnim komadima ili gradivom koje ujedno moţe biti i armatura.

Nema posebno oblikovanog temelja, ali podlijeţe provjeri dodirnih pritisaka.

Slika 3.1. Potporni zid od armiranog tla

3.1. METALNA ARMATURA

Od metalne armature najviše se koriste metalne trake. Osim traka koriste se i metalne mreţe, a

razlikujemo glatku i rebrastu armaturu. Metalna armatura ima puno veće module krutosti od

armaturu od plastiĉnih masa. Danas ih sve više zamjenjuju razne vrste sintetiĉkih materijala.

Slika 3.2. Metalne trake za armiranje tla

geosintetik

nasip

nasip

podloga

gotovikomadi

lica

podloga

armatura (metalne trake,geosintetik,geomreže)

Page 13: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 13

3.2. ARMATURA OD PLASTIĈNIH MASA

Postoje dvije vrste armatura od plastiĉnih masa. Prvi su se u upotrebi pojavili geotekstili. Po

naĉinu izvedbe mogu biti netkani, tkani, pleteni i sl, te razliĉite kakvoće. Primjenjuju se kao

armature i kao filtarski i odvajajući slojevi. Geomreţe se pojavljuju se nešto kasnije i još

uvijek se ispituju raznovrsne mogućnosti njihove primjene u graditeljstvu. Sve više

zamjenjuju pocinĉane metalne mreţe u raznim primjenama.

Potporni zid armiran geosintetiĉki materijalima (uglavnom geosinteticima) ima mnoge

prednosti u odnosu na uobiĉajene potporne konstrukcije, posebice kada se potporni zid gradi

na udaljenoj lokaciji. Cijena potpornih zidova armiranih geosinteticima je obiĉno manja, jer

se kao graĊevni materijal koristi tlo, a za izvedbu nije potrebna teška mehanizacija niti

posebno osposobljeni radnici. Osim toga, potporni zidovi armirani geosinteticima su

fleksibilni pa njihova funkcionalnost neće biti ugroţena slijeganjem temeljnog tla. [7]

Nosivu funkciju kod potpornih zidova armiranih geomreţama preuzima meĊudjelovanje

izmeĊu tla i armature, odnosno geomreţe, što znaĉi da trenje koje se javlja u reaktivnoj zoni

konstrukcije zida izmeĊu armature od plastiĉnih materijala i tla, drţi konstrukciju zida u

stabilnom stanju.

3.3. NASIPNI MATERIJAL

Kao nasipni materijal koristi se nekoherentno tlo. Takav materijal dobro prianja uz armaturu i

ima dobra filtrirajuća svojstva. Potporne graĊevine od armiranog tla ne dimenzioniraju se na

djelovanje hidrostatskog tlaka. Minimalni zahtjevi parametara tla su: [7]

Page 14: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 14

3.4. LICA GRAĐEVINA OD ARMIRANOG TLA

U poĉetku su se geosintetici za armiranje koristili samo u nasipima i potpornim zidovima

sporedne namjene. Vanjski izgled tih objekata nije zadovoljavao ni najosnovnije estetske

zahtjeve. Nakon što je ustanovljeno da konstrukcije koje su bile armirane na taj naĉin mogu

zadovoljiti stroge konstrukcijske zahtjeve, više se paţnje poĉelo pridavati i vanjskom izgledu

objekata.

Prvobitno je lice zida od armiranog tla igralo bitnu ulogu u prijenosu naprezanja. Aktivni

pritisak s lica trakama se preuzima i prenosi u tijelo graĊevine trenjem. Kasnije je uoĉeno da

lice zida od armiranog tla igra vrlo malu ulogu u preuzimanju naprezanja. Lice je nuţno kod

uspravnih nasipa, a kada nasip ima odreĊeni nagib, lice ima više estetsku nego nosivu ulogu.

[5]

Lice potpornih graĊevina ĉine fasadni elementi. Geosintetik smanjuje boĉni pritisak na

fasadne elemente u odnosu na pritisak iza klasiĉnih betonskih potpornih zidova pa zbog toga

fasadni elementi mogu biti razmjerno tanki i lagani. Privremene, pogotovo graĊevine vrlo

kratkog trajanja, mogu se izvoditi bez lica s tim da se vodi raĉuna da rubni dijelovi ne budu

opterećeni iz razloga sigurnosti.

Slika 3.3. Trodimenzionalni prikaz armiranog zida s fasadnim elementima [9]

Page 15: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 15

4. TRAJNOST GEOSINTETIKA

Trajnost geosintetika je vaţan ĉimbenik u primjeni ovih suvremenih materijala u graditeljstvu.

Geotekstili koji zadovoljavaju uvjete trajnosti smatraju se prihvatljivima za korištenje u

graĊevinarstvu. Njihova svojstva vremenom se mijenjaju i postaju slabija od onih koja su

imali odmah nakon proizvodnje. Tako se prema stupnju gubitka tih svojstava u vremenu moţe

govoriti o trajnosti geosintetika.

Geosintetici mogu imati drugaĉiji sirovinski sastav i/ili drugaĉiji naĉin proizvodnje što kod

izlaganja uvjetima u tlu (pri izvedbi i pri korištenju) ima razliĉit utjecaj na trajnost njihovih

funkcionalnih svojstava, a time i na ukupnu trajnost konstrukcije.

Suvremena saznanja i dugogodišnja iskustva u korištenju geosintetika omogućila su razvoj

postupaka procjene razliĉitih utjecaja koji izazivaju pad svojstava geosintetika, bilo putem

laboratorijskih ispitivanja bilo putem terenskih ispitivanja. Danas su razvijene i

općeprihvaćene mnogobrojne norme kojima se utvrĊuju svojstva geosintetika (vlaĉna

ĉvrstoća, propusnost, trajnost, osjetljivost na svjetlost, fizikalna svojstva i sliĉno).

Prije procjene ili odreĊivanja trajnosti geosintetika potrebno je poznavati njihova svojstva,

kako ona zahtijevana tako i raspoloţiva. Neophodno je imati i uvid u sastav i graĊu

geosintetika, tipove polimera od kojih su graĊeni, proces proizvodnje te prisutnost dodataka i

stabilizatora. Povijesni razvoj primjene kao i empirijski dokazi trajnosti pomoću geosintetika

izvaĊenih iz tla vaţni su elementi u ocjeni trajnosti ovih materijala. Postoji niz ĉimbenika koji

utjeĉu na njihovu degradaciju u tlu. To su okolina iznad površine tla (klimatski utjecaji),

okolina ispod površine tla, utjecaj samog tla, kemijski i mikrobiološki utjecaji, utjecaj

opterećenja i mehaniĉkog oštećenja (tlaĉno i vlaĉno opterećenje), zajedniĉko djelovanje

vlaĉnog opterećenja s utjecajima okoline, opterećenja tijekom ugradnje (mehaniĉka oštećenja)

te dinamiĉka opterećenja.

Page 16: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 16

5. KOEFICIJENTI SIGURNOSTI

Koeficijenti sigurnosti koji se koriste u proraĉunima vezani su i za djelovanja okoline i uvjete

izvedbe te brojĉano iskazuju utjecaje na trajnost vaţnih svojstava geosintetika. Parcijalni

koeficijenti sigurnosti su neophodni kako bi se uzeli u obzir razliĉiti degradacijski mehanizmi.

Parcijalni koeficijenti sigurnosti koji se koriste u projektiranju, prvenstveno kod armiranog

tla, omogućuju redukciju u ĉvrstoći radi mehaniĉkog oštećenja, kemijskog djelovanja i

sliĉnog. Koeficijenti sigurnosti za svako djelovanje kojim se umanjuje ĉvrstoća veći su od

jedan, ili jednaki jedan. Na primjer, mehaniĉko oštećenje općenito ima mali utjecaj na

naprezanja, ali smanjuje ĉvrstoću, pa je parcijalni koeficijent za takvo djelovanje jednak 1 ili

veći od 1.

Prije primjene parcijalnih koeficijenata neophodno je definirati projektiranu ĉvrstoću. U

nekim sluĉajevima projektirana ĉvrstoća je minimalna karakteristiĉna dugotrajna ĉvrstoća

definirana od proizvoĊaĉa.

Koeficijenti sigurnosti, koji se primjenjuju pri projektiranju graĊevinskih konstrukcija koje

koriste geosintetiĉke elemente, nisu jednaki onima koji se uzimaju u obzir pri korištenju

standardnih materijala (beton, metal, drvo). Kod geosintetika oni moraju biti mnogo veći.

Parcijalni koeficijenti sigurnosti mogu biti korišteni za razliĉite primjene u izgradnji kako bi

se konaĉno dobio ukupni koeficijent sigurnosti koji će osigurati konstrukciju od

najnepovoljnijeg djelovanja.

Koerner (1994.) je ovako definirao odreĊivanje ukupnog koeficijenta sigurnosti:

Tdop=Tgran/Fs, gdje je:

Tgran - graniĉna vlaĉna ĉvrstoća prema standardnom pokusu

Tdop - dopuštena vlaĉna ĉvrstoća za konaĉno projektno rješenje

Fs - koeficijent sigurnosti

Page 17: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 17

Fs = FSID* FSCR * FSCD * FSBD, gdje je:

FSID - koeficijent sigurnosti za mehaniĉka oštećenja pri ugradnji

FSCR - koeficijent sigurnosti za utjecaj puzanja

FSCD - koeficijent sigurnosti protiv kemijskog djelovanja

FSBD - koeficijent sigurnosti protiv biološkog djelovanja

Vrijednosti parcijalnih koeficijenata sigurnosti i prosjeĉni koeficijent sigurnosti koji se koriste

u razliĉitim primjenama prikazani su u tablici ispod.

Tablica 5.1. Tablica parcijalnih koeficijenata sigurnosti prema namjeni konstrukcije

VRIJEDNOSTI PARCIJALNIH KOEFICIJENATA

SIGURNOSTI

PRIMJENA FSID FSCR FSCD FSBD FSmin FSpros FSmax

neasfaltirane ceste 1.1 - 1.6 1.5 - 2.5 1.0 - 1.5 1.0 - 1.2 1.65 4.43 7.2

asfaltirane ceste 1.2 - 1.5 1.5 - 2.5 1.1 - 1.6 1.0 - 1.2 1.98 4.56 7.2

nasipi 1.1 - 1.4 2.0 - 3.0 1.0 - 1.4 1.0 - 1.3 2.2 4.63 7.64

pokosi 1.1 - 1.4 2.0 - 3.0 1.0 - 1.4 1.0 - 1.3 2.2 4.63 7.64

zidovi 1.1 - 1.4 2.0 - 3.0 1.0 - 1.4 1.0 - 1.3 2.2 4.13 7.64

nosivost 1.2 - 1.5 2.0 - 3.0 1.0 - 1.6 1.0 - 1.3 2.4 5.52 9.36

Vidljivo je da se ukupni koeficijent sigurnosti, koji se koristi pri projektiranju geotehniĉkih

konstrukcija armiranog tla pomoću geosintetika prosjeĉno kreće oko FS = 4,5 - 5 što je vrlo

visoka vrijednost u odnosu na koeficijente sigurnosti u graĊevinarstvu. [5]

Page 18: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 18

6. ĈVRSTOĆA

Vlaĉna ĉvrstoća je moţda i najvaţnija karakteristika geotekstila, jer u većini sluĉajeva

odraţava funkciju sposobnosti armiranja. Prilikom ispitivanja vlaĉne ĉvrstoće mjeri se i

uzduţna deformacija, odnosno istezanje, pa se kao znaĉajan podatak moţe odrediti i najveće

izduţenje pri lomu. Iz odnosa naprezanja i uzduţne deformacije moţe se odrediti i modul

krutosti. Na ponašanje materijala s obzirom na odnos naprezanje – izduţenje utjeĉe više

faktora, poput vrste materijala, temperature i graĊe geotekstila. Temperatura ima znaĉajan

uĉinak na vlaĉne karakteristike geotekstila.

Najveća nepoznanica je dugotrajna ĉvrstoća, zato što još nema mjerenih podataka o ĉvrstoći

materijala nakon duţeg perioda. Stoga pri dimenzioniranju armature za stalna opterećenja

treba raĉunati s relativno malom ĉvrstoćom geosintetika. Geosintetiĉki materijal mora biti

dovoljno ţilav da po potrebi omogući preraspodjelu boĉnog pritiska u sluĉaju preopterećenja

dijela potpornog zida izvedenog po principu armiranog tla. [1]

7. TENSAR RE I UX JEDNOOSNE MREŢE

Tensar ima širok spektar sustava koji se koristi za izgradnju upornjaka mostova, potpornih

zidova i strmih padina, a većina njih se oslanjaju na jedan dio Tensar tehnologije koji osobito

jaĉa tlo i stvara mehaniĉki stabilizirano tlo (MSE) - Tensar jednoosna geomreţa.

Slika 7.1. Tensar jednoosna geomreţa [9]

Page 19: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 19

Postoje dvije vrste jednoosne geomreţe iz Tensara, RE i UX, obje su napravljene od

odabranih razreda polietilena visoke gustoće (HDPE). Dugoroĉno opterećenje obiljeţava

Tensar jednoosne geomreţe, što je i opseţno istraţivano u posljednjih 30 godina i to je

neovisna certifikacija i potvrdila, tj. potvrĊuje podobnost mreţe za pojaĉanje tla strukture s

dizajnom ţivota od 120 godina. Tensar jednoosne geomreţe su vrlo izdrţljive i robusne.

Njihova dugoroĉna snaga i faktori koriste se za odreĊivanje projektne ĉvrstoće što je dobro

testirano i dokumentirano. Mreţe su dostupne u rasponu snaga, a odlikuju se dugim, tankim

otvorima i integralnim ĉvorištima i dizajnirane su za mehanizam uklještenja s agregatom. [8]

Page 20: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 20

8. ANALIZA STABILNOSTI

8.1. OPĆENITO O PROGRAMU SLOPE/W

Proraĉun stabilnosti je proveden programom Slope/W. Program koji rješava dva faktora

sigurnosti: jedan zadovoljava ravnoteţu sila, a drugi ravnoteţu momenata. Slope se koristi

metodom graniĉne ravnoteţe kako bi izraĉunao faktor sigurnosti nestabilnih kosina.

Jednostavnom formulacijom analizira jednostavne i sloţene probleme kosina koristeći razne

metode za izraĉunavanje faktora sigurnosti. U konkretnom sluĉaju sve analize su provedene

Spencerovom metodom.

Formulacija graniĉne ravnoteţe pretpostavlja:

tlo se ponaša kao Mohr–Coulombov materijal

postoji klizno tijelo koje klizi po kliznoj plohi proizvoljnog oblika

za sve lamele faktor sigurnosti je isti (on je konstantan duţ klizna plohe)

Metode lamela mogu biti predoĉene kao specijalan sluĉaj rješenja osnovne graniĉne

ravnoteţe. Na slici 8.1. prikazana su djelovanja na kruţnu kliznu plohu i lamelu. [6]

Slika 8.1.Djelovanja na kruţnu kliznu plohu i lamelu [4]

Page 21: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 21

W– ukupna teţina lamele širine b i visine h

N – normalna sila na bazu lamela

S – tangencijalna sila na bazi svake lamele

E – horizontalna normalna sila izmeĊu lamela

X – vertikalna meĊulamelarna posmiĉna sila

D – vanjsko linijsko opterećenje

kW – horizontalno seizmiĉko opterećenje dodano kroz centar svake lamele

R – radijus za kruţnu kliznu plohu

x – horizontalni pomak od središta svake lamele do središta rotacije

d – proporcionalna udaljenost od linijskog opterećenja do središta rotacije

a – proporcionalna udaljenost od teţišta vanjskog pritiska vode do središta rotacije

A – rezultanta vanjskog pritiska vode

ω – kut vanjskog linijskog opterećenja od horizontale

α – kut izmeĊu tangente na središte baze svake lamele i horizontale

U većini sluĉajeva analiza stabilnosti armiranog tla sadrţi dva tipa provjere:

provjera lokalne stabilnosti

provjera globalne stabilnosti

Obje provjere se mogu zasnivati na metodi graniĉne ravnoteţe, traţeći kritiĉnu kliznu plohu

tla s minimalnim koeficijentom sigurnosti. Klizna ploha moţe biti kruţna, kombinirana

(krugovi i pravci), ili sastavljena od serije pravaca. Ona moţe prolaziti kroz armirano tlo ili

ispod njega. Tipiĉna kritiĉna klizna ploha kod konstrukcija od armiranog tla sastavljena je od

dva pravca koji se sijeku na donjoj trećini visine potporne konstrukcije i prikazana je na slici

8.2. crvenom bojom. [7]

Slika 8.2.Prikaz mogućih slomova kroz armirano tlo i izvan njega [3]

Page 22: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 22

8.2. POĈETNI MODEL

IzraĊen je model na kojem se metodom graniĉne ravnoteţe ispituje stabilnost konstrukcije.

OdreĊuju se klizne plohe i njihovi pripadajući faktori sigurnosti. U model ulaze podaci o tlu –

specifiĉna teţina, kohezija i kut unutrašnjeg trenja pojedinih slojeva. Svi materijali se

ponašaju po Mohr-Coulombovom zakonu.

Tablica 8.1. Karakteristike materijala

Nasip N1

(ţuto)

Nasip N2

(zeleno)

Tlo T1

(plavo)

Tlo T2

(rozo)

γ (kN/m3) 18 20 19 18

φ (°) 39 23 44 20

c (kN/m3) 0 13 0 20

Na slici 8.3. prikazane moguće klizne plohe kroz nasuto nekoherentno tlo bez dodatnog

opterećenja od prometa. Parametri materijala su zadani u tablici 8.1. Nasip nije stabilan jer je

faktor sigurnosti manji od 1,0.

Slika 8.3. Poĉetni model (Model 0)

1

2

3

4

0.822

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 23: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 23

8.3. ODABIR POĈETNIH PARAMETARA ARMIRANOG TLA

Za projektiranje armiranog tla prvo moramo pretpostaviti duţinu armature za potrebnu visinu

konstrukcije. Preporuĉen minimalni omjer duţine armature iza zida (L) i visine zida (H)

iznosi 0.5. [7]

L/H=min 0,5

Taj odnos je odreĊen na osnovi dosadašnjih iskustava u projektiranju i graĊenju potpornih

konstrukcija od armiranog tla i u našem sluĉaju iznosi Lmin=7,3 m. Drugi bitan uvjet je da

sloj nasipa nekoherentnog materijala do prvog reda armature mora biti debljine minimalno 40

cm. Nadalje, debljina slojeva tla izmeĊu pojedinih armatura (D) je preporuĉena sljedećim

izrazom: [7]

D= H/20

U našem sluĉaju debljina slojeva bi trebala iznositi oko 0,7 m. Zbog većih naprezanja,

preporuĉuje se manja debljina slojeva pri dnu u odnosu na debljinu slojeva pri vrhu

armiranog zida.

Na slici 8.4. prikazan je model tla armiranog geomreţama i opterećenog površinskim

opterećenjem. Parametri tla jednaki su poĉetnom modelu (model 0). Armirano tlo podijeljeno

je na tri karakteristiĉna presjeka (A, B i C) prema poloţaju u konstrukciji.

Page 24: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 24

Slika 8.4. Poĉetni model armiranog tla (Model M1)

Tablica 8.2. Prikaz parametara korištenih u analizi za model M1

Model M1

Dio armiranog zida A B C

Parametri tla Model 0

Visina dijela armiranog

zida (m) 5 5 4,5

Tip geomreţe Tensar 120RE Tensar 80RE Tensar 55RE

Vlaĉna ĉvrstoća

ograniĉena puzanjem za

prosjeĉnu godišnju

temperaturu zraka 10°C

(kN/m)

50 33 23

Debljina slojeva tla

izmeĊu pojedinih

armatura D (m)

0,6 0,7 0,8

Broj geomreţa po visini 8 7 6

Duljina armature (m) 10 10 10

Opterećenje (kN/mˇ2) 30 30 30

Page 25: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 25

8.4. UTJECAJ GUSTOĆE ARMIRANJA

Analiza se provodi na smanjenju gustoće armiranja na tri karakteristiĉna dijela armiranog tla:

A, B i C. Svi ostali parametri su jednaki kao u modelu M1. U tablici 8.3. prikazana su tri

sluĉaja s razliĉitim gustoćama armiranja. Poloţaj klizne plohe ostaje jednak u sva tri sluĉaja a

zadan je prema slici 8.2.

Tablica 8.3. Tablica gustoće armiranja

Naziv

modela

Karakteristiĉni

presjek A

Karakteristiĉni

presjek B

Karakteristiĉni

presjek C

Faktor

sigurnosti

Razmak

D (m)

Broj

geomreţa

Razmak

D (m)

Broj

geomreţa

Razmak

D (m)

Broj

geomreţa

Model M1 0,6 8 0,7 7 0,8 6 4,011

Model M2 0,8 6 0,9 6 1,0 4 2,694

Model M3 1 4 1,5 3 1,5 3 1,856

Slika 8.5. Prikaz klizne plohe i faktora sigurnosti za model M1

1

2

3

4

4.011

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 26: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 26

Slika 8.6. Prikaz klizne plohe i faktora sigurnosti za model M2

Slika 8.7. Prikaz klizne plohe i faktora sigurnosti za model M3

1

2

3

4

2.694

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

1

2

3

4

1.856

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 27: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 27

Analiza je pokazala da smanjenje gustoće armiranja znatno utjeĉe na faktor sigurnosti, što je i

oĉekivano jer je manja ukupna otpornost armature. Armiranje geomreţama se razlikuje od

armiranja metalnim trakama po tome što je cilj armiranja geomreţama stvoriti kompozit od

armature i tla koje ĉine materijal poboljšanih karakteristika. Prevelikim razmacima se

smanjuje utjecaj geomreţa na tlo.

8.5. UTJECAJ NAGIBA ARMATURE U ODNOSU NA HORIZONTALU

Analiza utjecaja nagiba armature na stabilnost konstrukcije izvršena je za kuteve od -4° do

+4° u odnosu na horizontalu. Svi ostali parametri jednaki su kao u modelu M2 i ostaju jednaki

kroz analizu.

Tablica 8.4. Parametri korišteni u modelu M2

Model M2

Dio armiranog zida A B C

Parametri tla Model 0

Visina dijela armiranog

zida (m) 5 5 4,5

Tip geomreţe Tensar 120RE Tensar 80RE Tensar 55RE

Vlaĉna ĉvrstoća

ograniĉena puzanjem za

prosjeĉnu godišnju

temperaturu zraka 10°C

(kN/m)

50 33 23

Debljina slojeva tla

izmeĊu pojedinih

armatura D (m)

0,8 0,8 1,0

Broj geomreţa po visini 6 6 4

Duljina armature (m) 10 10 10

Opterećenje (kN/mˇ2) 30 30 30

Page 28: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 28

Slika 8.8. Horizontalno poloţena armatura (Model M2)

Slika 8.9. Armatura nagnuta +2° u odnosu na horizontalnu

1

2

3

4

2.694

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

1

2

3

4

2.737

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 29: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 29

Slika 8.10. Armatura nagnuta -2° u odnosu na horizontalnu

Graf 8.1. Prikaz faktora sigurnosti u odnosu na nagib armature

1

2

3

4

2.715

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

2,673

2,696

2,715 2,727

2,694

2,722

2,737

2,758 2,772

2,6

2,65

2,7

2,75

2,8

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Fa

kto

r s

igu

rn

ost

i

Nagib u odnosu na horizontalu [°]

Page 30: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 30

Analiza utjecaja nagiba armature na stabilnost konstrukcije je pokazala na nagib do 4° u

odnosu na horizontalu nema velikog utjecaja na faktor sigurnosti. Promjena faktora sigurnosti

za svaki stupanj promjene nagiba je oko 1%.

8.6. UTJECAJ KUTA UNUTARNJEG TRENJA TLA I DULJINE ARMATURE

Analiza se provodi variranjem duljine armature i kuta unutrašnjeg trenja nasutog tla.

Provjerava se faktor sigurnosti za kliznu plohu koja prolazi kroz armirano tlo i iza njega.

Prikazat će se utjecaj promjene kuta unutrašnjeg trenja nasipa na faktor sigurnosti za kliznu

plohu koja prolazi kroz armirani dio nasipa. Za analizu koristimo parametre iz modela M1 u

kojem mijenjamo kut unutarnjeg trenja nasipa N1 (ţuto) i duljinu armature.

Na slici 8.11. prikazan je model tla s kutem unutrašnjeg trenja φ=25 i kliznom plohom koja

prolazi kroz armirani dio nasipa. Analiza pokazuje da je konstrukcija stabilna.

Slika 8.11. Prikaz klizne plohe i faktora sigurnosti s kutem unutrašnjeg trenja φ=25

1

2

3

4

2.306

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 31: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 31

Graf 8.2. prikazuje utjecaj promjene kuta unutrašnjeg trenja nasipa (od φ=15 do φ=45) na

faktor sigurnosti za kliznu plohu koja prolazi kroz armirani dio nasipa. Krivulja postotka

promjene faktora sigurnosti nam prikazuje kolika je promjena faktora sigurnosti u postotcima

za svaki korak povećanja kuta unutarnjeg trenja.

Graf 8.2. Promjena faktora sigurnosti u odnosu na kut unutrašnjeg trenja nasipa

Iz grafa 8.2. je vidljivo da promjena kuta unutrašnjeg trenja ima znatan utjecaj na stabilnost

armirane konstrukcije. Za kuteve veće od 25° pri svakom povećanju kuta od 5° faktor

sigurnosti se poveća za oko 20%.

Postavlja se pitanje da li je kut unutarnjeg trenja nasipa φ=25 dovoljan da se zadovolji

globalna stabilnost konstrukcije. Na slici 8.12. prikazana je klizna ploha koja prolazi iza

armiranog dijela nasipa i njezin faktor sigurnosti (Fs=0,956) ne zadovoljava uvjet stabilnosti.

1,23 1,732

2,306 2,86

3,463 4,011

4,952

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

0

1

2

3

4

5

6

15 20 25 30 35 40 45

Fakt

or

sigu

rno

sti

Unutarnji kut trenja

Faktor sigurnosti Postotak promjene faktora sigurnosti

Page 32: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 32

Slika 8.12. Kritiĉna klizna ploha iza armiranog dijela nasipa (φ=25)

Minimalni kut unutarnjeg trenja da se zadovolji globalna stabilnost nasipa iznosi φ=35. Taj

sluĉaj je prikazan na slici 8.13. gdje se vidi da faktor sigurnosti za kritiĉnu kliznu plohu koja

prolazi iza armiranog dijela nasipa zadovoljava uvjet stabilnosti (Fs=1,514).

Slika 8.13. Kritiĉna klizna ploha iza armiranog dijela nasipa(φ=35)

1

2

3

4

0.956

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

1

2

3

4

1.514

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 33: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 33

Za nasipe koji se grade na mjestima gdje je teško dostupan (ili neisplativ za dovoz na

gradilište) kvalitetan nasipni materijal, moţe se povećati duljina armiranja nasipa kako bi se

zadovoljila globalna stabilnost konstrukcije. Na slici 8.14. nasip je armiran geomreţama po

cijeloj širini i korišteno je nekoherentno tlo s kutem unutarnjeg trenja φ =30. Kritiĉna klizna

ploha zadovoljava uvjet stabilnosti i prolazi dijelom kroz armirani dio nasipa, a dijelom iza

njega.

Slika 8.14. Kritiĉna klizna ploha za nasip armiran po cijeloj širini (φ=30)

Na slici 8.15. prikazana je kritiĉna klizna ploha koja prolazi iza armiranog dijela nasipa i

zadovoljava uvjet globalne stabilnosti za parametre korištene u modelu M1.

1

2

3

4

1.507

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 34: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 34

Slika 8.15. Kritiĉna klizna ploha koja prolazi iza armiranog dijela nasipa za model M1

1

2

3

4

1.711

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 35: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 35

8.7. UTJECAJ PROMJENA POVRŠINSKOG OPTEREĆENJA

Analiza utjecaja promjena površinskog opterećenja na faktor sigurnosti klizne plohe koja

prolazi kroz armirani dio nasipa izvršena je za površinska opterećenja od q=50 kN/m2 do q=0

kN/m2. Svi ostali parametri su jednaki kao u modelu M1.

Slika 8.16. Nasip opterećen površinskim opterećenjem q

Iz grafa 8.3. vidljivo je da se smanjenjem vrijednosti površinskog opterećenja povećava faktor

sigurnosti. Krivulja postotka promjene faktora sigurnosti nam otkriva da su puno veće

promjene faktora sigurnosti pri manjim opterećenjima dok se te promjene ustaljuju pri većim

opterećenjima.

1

2

3

4

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-1

4

9

14

19

24

29

q

Page 36: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 36

Graf 8.3. Promjena faktora sigurnosti u odnosu na površinsko opterećenje

3,365 3,502 3,651 3,823 4,011 4,227 4,465 4,743 5,087 5,448 5,912

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

0

1

2

3

4

5

6

7

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Fa

kto

r si

gu

rno

sti

Opterećenje (kN/mˇ2)

Faktor sigurnosti Postotak promjene faktora sigurnosti

Page 37: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 37

8.8. UTJECAJ VLAĈNE ĈVRSTOĆE ARMATURE

Analiza utjecaja promjena vlaĉne ĉvrstoće armature na faktor sigurnosti klizne plohe koja

prolazi kroz armirani dio nasipa izvršena je po koracima od 15% poĉetne vrijednosti ĉvrstoće

u modelu M2. Svi ostali parametri modela M2 ostaju nepromijenjeni.

Na slici 8.17. prikazani su poloţaji sva tri karakteristiĉna presjeka (A, B i C) armiranog tla na

modelu M2.

Slika 8.17. Karakteristiĉni presjeci A, B i C na modelu M2

U tablici 8.5. prikazane su vrijednosti ĉvrstoće armature za sva tri karakteristiĉna presjeka (A,

B i C) koje su korištene u analizi.

Page 38: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 38

Tablica 8.5. Promjena vlaĉne ĉvrstoće geomreţa u karakteristiĉnim presjecima

Presjek A Presjek B Presjek C

Poĉetna vlaĉna

ĉvrstoća Q

(kN/m)

50 33 23

15% poĉetne

vlaĉne ĉvrstoće

K (kN/m)

7,50 4,95 3,45

-5xK (kN/m) 12,5 8,25 5,75

-4xK (kN/m) 20,00 13,20 9,20

-3xK (kN/m) 27,50 18,15 12,65

-2xK (kN/m) 35,00 23,10 16,10

-1xK (kN/m) 42,50 28,05 19,55

Q 50,00 33,00 23,00

+1xK (kN/m) 57,50 37,95 26,45

+2xK (kN/m) 65,00 42,90 29,90

+3xK (kN/m) 72,5 47,85 33,35

Analiza utjecaja promjene vlaĉne ĉvrstoće geomreţa na stabilnost konstrukcije je pokazala da

vlaĉna ĉvrstoća geomreţa ima znatan utjecaj na faktor sigurnosti. Iz krivulje postotka

promjene faktora sigurnosti s grafa 8.4. moţe se zakljuĉiti da je promjena faktora sigurnosti

puno veća pri većim vlaĉnim ĉvrstoćama. Zato je bitno u projektu koristiti vrijednosti vlaĉne

ĉvrstoće reducirane za faktor sigurnosti za utjecaj puzanja FSCR.

Page 39: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 39

Graf 8.4. Promjena faktora sigurnosti s promjenom vlaĉne ĉvrstoće geomreţa

1,343 1,512 1,724 1,972 2,288 2,694

3,226 3,959

5,048

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0

1

2

3

4

5

6

-5x -4x -3x -2x -x 0 +x +2x +3x

Fa

kto

r si

gu

rno

sti

Čvrstoća

Faktor sigurnosti Postotak promjene faktora sigurnosti

Page 40: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 40

8.9. DODATNE ANALIZE STABILNOSTI

Nakon odabira svih parametara armiranog tla bitnih za stabilnost konstrukcije vaţno je

napraviti dodatne analize u kojima ćemo provjeriti sve ostale moguće kritiĉne klizne plohe

kako je prikazana na slici 8.2. Dodatne analize izvršit ćemo na modelu M1.

Na slici 8.18. i 8.19. prikazane su kritiĉne klizne plohe za karakteristiĉni presjek C.

Slika 8.18. Klizna ploha kroz armirani dio

1

2

3

4

2.573

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 41: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 41

Slika 8.19. Klizna ploha kroz nearmirani dio

Na slici 8.20. prikazana je kritiĉna klizna ploha za karakteristiĉni presjek B koja prolazi

dijelom kroz armirani dio nasipa a dijelom kroz nearmirani, a na slici 8.21. ona prolazi samo

kroz nearmirani dio.

Slika 8.20. Klizna ploha kroz armirani i nearmirani dio

1

2

3

4

4.599

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina

(m

)

-2

3

8

13

18

23

28

33

1

2

3

4

2.284

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 42: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 42

Slika 8.21. Klizna ploha kroz nearmirani dio

Na slici 8.22. prikazana je kritiĉna klizna ploha za karakteristiĉni presjek C koja prolazi

dijelom kroz armirani dio nasipa a dijelom kroz nearmirani, a na slici 8.23. ona prolazi samo

kroz nearmirani dio.

Slika 8.22. Klizna ploha kroz armirani i nearmirani dio

1

2

3

4

2.723

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

1

2

3

4

1.783

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 43: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 43

Slika 8.23. Klizna ploha kroz nearmirani dio

1

2

3

4

1.910

udaljenost (m)

-2 3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53

vis

ina (

m)

-2

3

8

13

18

23

28

33

Page 44: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 44

9. ZAKLJUĈAK

Armirani nasipi se izvode na mjestima gdje se zbog ograniĉenja gabarita nasip mora izvesti u

uţem podruĉju od podruĉja koje bi zahtijevao stabilni nasip bez zaštite. Pri usporedbi s

ostalim rješenjima potpornih konstrukcija poput armirano betonskih konstrukcija,

konstrukcije od armiranog tla su se pokazale kao ekonomski vrlo isplativo rješenje, estetski su

prihvatljive i moguće ih je brzo i jednostavno uklopiti u okolinu.

UtvrĊeni su parametri koji imaju veći ili manji utjecaj na stabilnost konstrukcije korištenjem

geotehniĉkog programa Slope/w. Izborom vlaĉne ĉvrstoće geomreţa, gustoće armiranja i

unutarnjeg kuta trenja nasutog tla najviše smo utjecali na stabilnost konstrukcije. Pravilnim

izborom tih parametara i poštivanjem preporuka iz dosadašnjih iskustava u projektiranju i

graĊenju potpornih konstrukcija od armiranog tla, osiguravamo njihovu trajnost i stabilnost.

Page 45: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 45

10. LITERATURA

[1] Babić, B.: Geosintetici u građevinarstvu, HDGI, Zagreb, 1995.

[2] Bajtl, S.: Izvedbeni projekt Autocesta Zagreb- Macelj, dionica Krapina-Macelj,

Werkos d.o.o, oznaka evidencije KM-ZP-AN-K1-0102-04

[3] German Geotechnical Society: Recommendations for Design and Analysis of Earth

Structures using Geosynthetic Reinforcements – EBGEO, Translation of the 2nd German

Edition, 2011

[4] GeoSlope/W (2007) Stability of a Mechanically Stabilized Earth Wall , GEO-

SLOPE/W International, Calgary, Alberta, Canada

[5] Koerner, R.: Designing with Geosynthetics, 2005.

[6] Szavits-Nossan, V.: Uvod, skripta s predavanja, 2014.

[7] Suljić, N.: Potporne konstrukcije, RGGF, Tuzla, 2010.

[8] TensarTech Zemljani potporni sistemi: Upornjaci mostova, potporni zidovi i strmi

pokosi, katalog proizvoda

[9] http://www.tensar.com

Page 46: Upotreba Geomreža Za Poboljšanje Mehaničkog Ponašanja Nasipa Na Autocestama

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUĈILIŠTA U ZAGREBU

Upotreba geomreţa za poboljšanje mehaniĉkog ponašanja nasipa na autocestama 46

11. PRILOZI

PRILOG 1 – Karakteristiĉni popreĉni presjek

PRILOG 2 – Tlocrtni prikaz ĉvora Trakošćan