Днес Savo Kusić се фокусира върху дървени прозорци, дърво-алуминиеви прозорци, прозорци по поръчка, врати и заявки за оферта. Този текст остава като геотехнически архив и не е оферта за проектиране на подпорни стени, геотехнически проучвания или земни работи.
Методи за определяне на пасивно земно налягане
Пасивно земно налягане се появява само в случай, че деформацията на стената към земята е достатъчно голяма, за да активира вътрешното съпротивление на земята, което се противопоставя на външната сила. Франциус експериментално установи, че за да се активира пасивно земно налягане, е необходимо движение на стената в случай на мокър пясък s=30_h_1,5, а в случай на подводен пясък s=23h2,5, където движението s е в mm, а h е височина на стената в m. Следователно, ако височината на стената е h=3,0 m, за да се активира пасивното налягане, в случай на мокър пясък е необходимо движение на стената по посока на земята s=156 mm. Въпреки това, тъй като такова голямо движение на стената не е разрешено в повечето случаи, то се обработва по един от следните начини:
a) Ако височината на стената е малка, какъвто е случаят с нивото на основата CD (фиг. 1a), пасивният земен натиск Ep не се взема предвид, докато почвеният слой пред нивото CD може впоследствие да бъде изкопан или ерозиран и се изчислява само с активния земен натиск Ea върху цялата височина на стената AB.
b) В случай на по-висока височина на стената (фиг. 1b), вместо пасивния земен натиск Ep от страна на стената CD, Ea се приема като съпротивление, което се противопоставя на силите Ea1 и Ea2.
c) В случай на опори, които трябва да приемат големи хоризонтални сили, е необходим пълен пасивен натиск Ep по цялата височина на стената AB, за да се противопостави на атакуващата сила R (фиг. 1c). В този случай предварително се извършва деформация на почвата с помощта на хидравлични крикове и ако почвата се състои от мека глина или подобен материал, който се деформира силно при натоварване, този материал се заменя на необходимата ширина b с чакълен материал, чийто ъгъл на вътрешно триене е голям и който може лесно да се уплътнява, така че да се изключат последващи деформации на почвата под натоварването на конструкцията.
Фиг. 1. Случаи на ефект на пасивен земен натиск
Има няколко метода за определяне на пасивното земно налягане, сред които най-известните са графичните методи на Кулон и Ребхан-Понсле.
Графичен метод на Кулон
Съгласно този метод се приема реална плъзгаща повърхност, както и че вътрешното съпротивление на почвата се състои само от триене, без кохезия (c=0). Тъй като пасивният земен натиск се явява като съпротивителна сила, това са ъгълът на вътрешно триене на почвата и ъгълът на отклонение на силата Ep от нормалата към стената с обратен знак, т.е. -δ и -ϕ (фиг. 2a).
Ако вътрешната повърхност на стената е AB и ако приемем произволна плъзгаща се повърхност AC, външната сила Ep се противопоставя на теглото W на плъзгащата се призма ABCA и съпротивлението на триене Q по плъзгащата се повърхност AC. Тъй като тежестта W се познава по своята величина, посока и посока, докато силите Q и Ep се познават по своята посока и посока, възможно е да се създаде план на силите (фиг. 2b), от който се определя величината на силата Ep.
Фиг. 2. Пасивно земно налягане Кулон
Обаче, тъй като е необходимо най-малкото пасивно налягане Ep,min, съответстващо на критичната плъзгаща повърхност AC, върху която плъзгащата се призма най-вероятно ще се формира и избута най-много под въздействието на външна сила, това се прави по следния начин (фиг. 3).
Фиг. 3. Определяне на пасивно земно налягане EP от Coulomb
Начертани са няколко произволни плъзгащи се повърхности AC1, AC2, AC3. . . и за всяка съответна плъзгаща се призма определете теглото W1 = AΔABC1 x 1,00 x γ, W2 = AΔABC2 x 1,00 x γ, W3 = AΔABC3 x 1,00 x γ. След това за всяка призма се прави съответен план на силата и силите EP1, EP2, EP3… Тези сили се прилагат в подходящ мащаб към диаграмата на силите EP и допирателната към тази диаграма е успоредна на абсцисната ос, дава най-малката стойност Ep, на която съответства критичната повърхност на плъзгане AC. Недостатъкът на този метод е, че поради графичното си решение може да даде сила Ep, която много се отклонява от реалността. Следователно този метод се използва рядко.
Графичен метод на Culmann
Съгласно този метод се приема, че пасивният земен натиск Ep действа под ъгъл -δ спрямо нормалата към носещата стена, че линията на естествения наклон на почвата припокрива ъгъла -ϕ с хоризонталата и че позиционната линия припокрива ъгъла -(δ+ϕ) с линията на стената (фиг. 4a). В състояние на гранично равновесие трите действащи сили W, Q и Ep се пресичат в една точка. Тъй като силата W е известна по посока, величина и посока, а силите Q и Ep по посока и посока, можем да начертаем план на силите (фиг. 4b). Ако завъртим този триъгълник на силите с 90°- ϕ в посока, обратна на часовниковата стрелка, силата W ще падне в посоката на линията на естествения наклон на земята AN, силата Q в посоката на плъзгащата се повърхност AC, а силата Ea в посоката на позицията линия BH, тъй като ъгълът между силите W и Q е α+ϕ, докато ъгълът между Ep и нормалата към стената е δ, а посоката на силата Ep съвпада с посоката на позиционната линия BH (фиг. 4a).
Фиг. 4. Определяне на пасивно земно налягане чрез Кулон
Процедурата за определяне на пасивния земен натиск е както следва (фиг. 4c). От подножието на стената A начертаваме няколко произволни плъзгащи се повърхности AC1, AC2, AC3…. Всяка от тези повърхности съответства на плъзгаща се призма ABC1, ABC2, ABC3…, чиято дължина е перпендикулярна на чертежа приемаме, че е равно на единица. Ако теглата на тези земни призми W1 = AΔABC1 x 1,00 x γ, W2 = AΔABC2 x 1,00 x γ, W3_ = AΔABC3 x 1,00 x γ, където γ е обемното тегло на почвата, приложено към линията на естествения наклон на почвата AN, ще получим точки I, II, III… Като начертаем линии, успоредни на линията на положение от тези точки, получаваме пресечни точки R1, R2, R3… Триъгълници A_I_R1, A_II_R2, A_III_R3 са силовите равнини W, Q и Ep за съответните плъзгащи се повърхности. Чрез свързване на точките R1, R2, R3… получаваме линията на Кулман на пасивните земни налягания, така наречената Еп линия на Кулман. Допирателната към тази линия, успоредна на линията на естествения наклон на почвата, дава най-малката дължина KK’, която по отношение на силите W дава пасивния земен натиск Ep.
Ако разширим посоката AK до пресечната точка с линията на терена, получаваме плъзгаща се повърхност с най-малко съпротивление AC.
Метод на Rebhann-Poncelet
Според този метод процедурата е подобна на тази за определяне на активен земен натиск с тази разлика, че силата Q действа под ъгъл -ϕ спрямо нормалата към плъзгащата повърхност, а силата Ep под ъгъл -δ спрямо нормалата към линията на стената. Според Ребхан, AΔABC = AΔACD (фиг. 5a). Процедурата за определяне на пасивния земен натиск е както следва:
Фиг. 5. Определяне на пасивно земно налягане според Rebhann-Poncelet
От крака на стената A изчертаваме линията на естествения наклон на почвата под ъгъл -ϕ спрямо хоризонталата.
От върха на стената B начертаваме позиционната линия BH под ъгъл -(δ+ϕ). В точката M на пресечната точка на позиционния и естествения земен наклон на линията, нормалата се повдига до пресечната точка L с полукръг над AN като диаметър.
С отварянето на компаса AL прехвърляме точката L в D (AL=AD).
Чрез чертане от точката D, успоредна на позицията линия до пресечната точка C с линията на терена, получаваме едната страна на триъгълника на земното налягане DC = e. Прехвърляйки точката C към F (DC= DF) и спускайки нормалното CK до линията на естествения наклон на почвата, получаваме триъгълника на земното налягане DCF, от който получаваме Ep=1/2_γ_ ef, където γ е обемното тегло на почва.
Линия AC представлява плъзгащата се повърхност. Диаграмата на пасивното земно налягане е ba (фиг. 5b). Получава се на базата на формата
Ep = xh/2, откъдето x = 2_Ep_/h
Точката на атака на силата Ep е на височината на центъра на тежестта на триъгълника abc. Силата Ep действа под ъгъл -δ с нормалата към носещата стена.
Посочените методи, единици, формули и стойности са прехвърлени от исторически източник и не са заместител на геотехническо проучване, статично изчисление, проект на подпорна стена или план за изпълнение. Възможността за мобилизиране на пасивна устойчивост зависи от допустимата деформация, действителните параметри и напластяване на почвата, подпочвените и повърхностните води, дренажа, допълнителните натоварвания, сеизмичните въздействия, ерозията, изкопните работи, строителните фази и съседните сгради. Решението за конкретен терен трябва да бъде определено от подходящи проучвания и оторизирани геотехнически и строителни експерти съгласно действащата нормативна уредба.