Archív szakértői tartalom: a szöveg és a beszkennelt képletek történeti elméleti beszámolót őriznek, de nem geotechnikai tanulmányok, támfalprojektek, stabilitási számítások, meglévő fal értékelése, ásatási terv vagy kiviteli utasítás. A talaj- és víznyomás az adott talajtól, rétegződéstől, tömörödéstől, vízelvezetéstől, talajvíztől, geometriától, falmozgástól, járulékos terheléstől, fagytól és szeizmikus hatástól függ. Minden valós esethez vizsgálati munka, laboratóriumi adatok, érvényes szabványok és egy felhatalmazott geotechnikai és építőmérnök közös ellenőrzése szükséges.
Ma Savo Kusić a fa ablakokra, fa-alumínium ablakok, egyéni ablakok, ajtó és ajánlatkérés. Ez a cikk történelmi archívum marad, és nem kínál geotechnikai tervezést, számítást vagy támfalak építését.
Földnyomás a támfalakon
A támfal által megtámasztott földtömeg nyomást gyakorol rá, hajlamos arra, hogy transzlációsan előre tolja (1a ábra) vagy tolja (1b ábra). A talajnyomás E nagysága több tényezőtől függ, köztük a talaj legfontosabb fizikai tulajdonságaitól, a fal deformációjától, a talaj nedvességtartalmától és a talajvíz állapotától, a fal magasságától, a külső terheléstől és a fal belső felületének érdességétől.
_Kép1— a tartófal transzlációs mozgása és forgása.
Földnyomás nyugalmi állapotban
Ha a támfal merev és mozdíthatatlan, akkor a rá ható nyomást nyugalmi földnyomásnak nevezzük, és E-vel jelöljük.0. Pontosan ez a nyomás uralkodik a zavartalan talajban a megfigyelt mélységben, a talaj saját súlya és esetleg a korábban erodált rétegek előterhelése hatására. A nyugalmi földnyomás ritka, és csak bizonyos esetekben fordul elő, például szilárd kőzetbe alapozott támfalaknál, majd zárt alagút- és csőprofiloknál, valamint masszív, teljesen mozdulatlan dokkoknál (1. ábra).2).
Kép2- nyugvó földnyomás egy hatalmas dokkon.
Aktív földnyomás
Ha a tartófal E nyomás hatására előremozdul vagy forog a lábpont A, vagy valamilyen alsó pont körül, ami az összenyomható talajban rendszeres eset, az előbb említett zárt és masszív szerkezetek kivételével, akkor a fal mögötti földtömeg kitágul. Ha a fal mozgása elég nagy, akkor a fal mögötti talaj egy része, az ABCA prizma letörik, és lecsúszik az AC csúszófelületen (ábra).2). A csúszó prizma által a támfalra gyakorolt nyomást aktív földnyomásnak nevezzük, és Ea-val jelöljük. Ez a nyomás lényegesen alacsonyabb, mint a nyugalmi nyomás, kb0,5hogy0,7_E0_. Az ABCA földprizma csúszása következtében a kialakult AC csúszófelület mentén τ nyírófeszültségek lépnek működésbe, amelyek ellenzik a csúszást és csökkentik a földnyomást. Abban a pillanatban, amikor az ABCA prizma csúszni kezd, a τ nyírófeszültségek elérik a legnagyobb értéket, ami azt jelenti, hogy ebben a pillanatban az aktív földnyomás E értéke a legkisebb. Ezért Ea a földnyomás alsó határértéke.
Terzaghi földnyomás-próbák homokanyaggal h= magasságú falon1,50 mkimutatta, hogy az aktív földnyomás Ea alsó határértékének eléréséhez a fal átlagos vízszintes elmozdulása Δl_5/10.000a fal magassága vagy a fal tetejének elfordulása Δl of1/5.000_h a láb körül A.
Passzív földnyomás
Ha a falat kívülről a talaj belseje felé nyomjuk (3 ábra), akkor a fal hátrafelé mozog és a talaj tömörödik. Amikor a fal mozgása elér egy bizonyos Δl értéket, az ABCA földprizma elválik a talajtól, amelyet a külső erő további hatására az AC csúszófelület felfelé tol. A talaj ellenállása a prizma ABCA szétválásának pillanatában a külső erő hatásával szemben passzív földnyomás Ep. Ez a legmagasabb felső határérték, amelyet a földnyomás elérhet.
A nyugalmi földnyomást kísérletileg, míg az aktív és passzív földnyomást számítási módszerrel, analitikai vagy grafikus módszerekkel, valamint a talaj fizikai jellemzőinek ismerete alapján határozzák meg, általában laboratóriumi módszerekkel.
Ábra 3 – passzív földnyomás és csúszó prizma.
Fontos az alkalmazáshoz: az aktív, passzív és tétlen állapotot nem csak a struktúra neve választja ki. Bizonyítani kell a megengedett faleltolódást, az effektív feszültségeket, a vízelvezetést vagy a víztelenítést, a talajvíz szintjét és változását, a járulékos terheléseket, valamint a fal előtti talajveszteség lehetőségét. A nyomásállapot helytelen megválasztása veszélyeztetheti a csúszás, borulás elleni stabilitást, a talaj teherbírását és a fal szilárdságát.
A nyugalmi nyomás együtthatójának meghatározása K0
Ha a támfal statikus nyomásnak van kitéve, a támfal méretezésénél az aktív földnyomásnál nagyobb E0 statikus nyomást kell alkalmazni. Méretük az aktív és a passzív földnyomás között van, a talaj típusától és tömörödésétől függően.
A talajfelszín alatti t mélységben a talaj saját súlyából eredő függőleges nyomás σt = γ·t. Ha nincs lehetőség a talaj oldalirányú tágulására, a vízszintes nyomás σh = γ·t·K0, ahol K0 = σh/σt.
K0 a nyugalmi nyomás. A nyugalmi nyomás együtthatója a következő módon határozható meg a triaxiális teszttel.
A nyugalmi nyomás mélységéből vett háborítatlan talajmintát a triaxiális berendezésbe helyezzük, ahol az oldalirányú nyomást σ3 függőleges terhelés hatására σ1 úgy állítjuk be, hogy ne forduljon elő oldalirányú deformáció, azaz a minta oldalirányú deformációja a nullával egyenlő legyen. A σ’1 és σ’3 effektív feszültségek értékeit a σ’1 – σ’3 diagramra alkalmazzuk (4⟧) diagramra (4⟧) kapott egyenes kezdővonala meghatározza a K0 = σ’3/σ’1.
Ábra 4 — a nyugalmi nyomás K__0 együtthatójának meghatározása triaxiális teszttel.
Petermann szerint a nyugalmi nyomási együttható hozzávetőleges értékei
tömörített homokhoz K0 = 0,40 – 0,45
laza homokhoz K0 = 0,45 – 0,50
agyaghoz K0 = 0,60 – 0,75
Laboratóriumi értékek: Az alábbi hozzávetőleges tartományok az eredeti szöveg részét képezik, de nem helyettesítik a reprezentatív minták, a geológiai modell és a tervezési értékek vizsgálatát. A képletek, alsó indexek és aposztrófok OCR-jelölését minden számítás előtt ellenőrizni kell egy hiteles forrással.
Az aktív földnyomás meghatározásának módszerei — Coulomb elmélete
Coulomb volt az első, aki terepi tapasztalatok alapján publikálta a földnyomás elméletét (1770. év). A laza talajt tartó támfalra nézett. Egy ponton eltávolította a falat, miáltal a földtömeg egy AC csúszófelületen csúszott, amely a vízszintessel a szöget zárt le (5 ábra). A terepfelület BC, a csúszófelület AC és a támfal AB által határolt ABC csúszó földprizma W súlya egyszerre hat a támfalra és a csúszófelületre. Az aktív földnyomás Ea nagyságát Coulomb a következő két feltevés alapján határozta meg:
-
hogy a csúszófelület valódi felület;
-
hogy a három ható erő: a csúszóprizma súlya W, a tartófal ellenállása Ea és a súrlódási ellenállás Q a csúszófelület AC mentén egy pontban metszi egymást, ami azt jelenti, hogy az erők síkja zárt. E feltevés szerint a határegyensúlyi állapotban a W súlyt a tartófal Ea ellenállása és a csúszófelület mentén kialakuló Q súrlódási ellenállás egyszerre törli.
Kép 5 — az aktív földnyomás meghatározása Coulomb elmélete szerint.
A korábbi feltételezések nem felelnek meg a valóságnak. A csúszófelület nem egyenes, hanem ívelt felület. A három ható erő metszéspontja csak egy esetben áll fenn, amikor a fal mögötti terep felszíne vízszintes, a fal belső felülete függőleges és az Ea erőirány vízszintes, míg a többi esetben nem. Az aktív földnyomás meghatározása azonban ezen eltérések ellenére továbbra is a Coulomb-elméletre épül, mivel az sok esetben gyakorlatilag használhatónak bizonyult.
Az aktív földnyomás meghatározásához Ea Coulomb feltételezte, hogy a W földtömeg súlyának hatására a tartófal elmozdul, és kialakul az aktív földnyomás ABC prizma. Feltéve, hogy a talaj belső ellenállása csak súrlódásból áll. Coulomb a W súlyt két komponensre bontja, az egyik az aktív földnyomási erő Ea irányában, a másik az eredő súrlódási ellenállás Q irányában a csúszófelület mentén (ábra 1).5b). Ennek során Coulomb továbbá feltételezi, hogy az alkatrész belső súrlódási szöget zár be a csúszófelület normáljával AC, és az Ea komponens δ eltérési szöget zár be a fal AB belső felületének normáljával. A W erőt irány, nagyság és irány határozza meg.
Adott, a vízszintessel α szöget bezáró csúszófelületre a W erőt az ABC alapprizma felületéből kapjuk hosszra.1,0 mmerőleges a tervre és a talaj térfogati tömegére γ, W=AΔABC x1,00x γ. Az Ea és Q erők irány szerint ismertek. Az erőterv alapján (ábra).5b) és a kapott szinusztétel:
_Kép6— a ható erők egy pontban történő metszés esete.
Ez a minta csak abban az esetben helyes, ha a terep vízszintes (v=0), a fal belső felülete függőleges (θ=0) és az erő iránya Ea vízszintes (δ=0), azaz amikor a fal teljesen sima (ábra).6).
Ehhez a különleges, úgynevezett Rankine esethez a következőket kínáljuk:
A W súly ebben az esetben W =0.5·γ·h_2/tg_α, ahol γ a talaj térfogatsúlya.
Ha az elülső értéket bevisszük az Ea egyenletébe, a következőket kapjuk:
Az előző egyenlet egy tetszőleges AC csúszófelületre vonatkozik. Meg kell azonban határozni az Ea erőt a kritikus csúszófelületre, vagyis arra, amelyiken a legvalószínűbb a csúszás. Ez lesz az a felület, amely a legmagasabb értéket adja az aktív földnyomás max Ea.
Egy adott falmagasság H és a belső súrlódás állandó szöge ϕ az aktív földnyomás értéke a csúszófelület vízszinteshez viszonyított α dőlésszögével változik. A max Ea értéket akkor kapjuk meg, ha az Ea-t α-val megkülönböztetjük, és a különbséget nullára állítjuk:
A képlet nem számológép: a beolvasott egyenleteknek olvashatatlan kitevői, indexei, szögei és előjelei lehetnek. Ezeket nem másolják be a projektbe megbízható szakértői forrással való összehasonlítás, az egységek ellenőrzése, a modell feltevések és az eredmények független ellenőrzése nélkül. A számításnak tartalmaznia kell a vizet, a vízelvezetést, a falkorona menti terheléseket, a szeizmikus hatást és az összes vonatkozó határesetet.
ϕ és δ
A belső súrlódási szöget ϕ a laboratóriumban határozzák meg. Mérete a talaj típusától, páratartalmától és tömörödésétől függ. Bizonyos talajtípusoknál a ϕ szög értéke általában a 1.
Table 1 — a ϕ belső súrlódási szög közelítő értékei bizonyos talajtípusoknál.
Az Ea erő normáltól a fal belső felületéhez viszonyított eltérési szöge δ függ a fal és a mögötte lévő talaj alakváltozásától, valamint a fal belső felületének érdességétől. Ha a talaj süllyedése nagyobb, mint a fal süllyedése, ami a leggyakoribb eset, akkor a δ szög pozitív, a fal és a talaj közötti súrlódás felfelé hat. Ha a fal süllyedése nagyobb, mint a talaj esése, ami kivételes eset, akkor a δ szög negatív, a fal és a talaj közötti súrlódás lefelé hat. A δ szög határértékei teljesen sima falfelületre δ=0, teljesen érdesre δ=ϕ. Általában a δ=2/3_ϕ_ kerül alkalmazásra, azzal a ténnyel, hogy a fal talaja tartósan védve van az erős nedvesedéstől. Ha a fal mögötti talaj erős földrengéseknek van kitéve, akkor a δ=ϕ/2 kerül alkalmazásra, ha pedig nagyon nedves: δ=0.
A szögek tervezési értékei: A táblázatos és leíró ϕ és δ értékek nem vonatkoznak közvetlenül egy adott helyre. A paraméterek megválasztásának meg kell felelnie a talaj típusának és állapotának, a beépítés és tömörítés módjának, a vízelvezetésnek, a fal várható elmozdulásának, az érintkezés érdességének és a vonatkozó projektszemléletnek.
A földnyomás eloszlása a fal mögött és az erő támadási pontja Ea
_Kép7— a talajnyomás eloszlása a tartófalnak az A lábpont körüli forgása során.
A földnyomás eloszlása a fal belső felülete mentén függ a tartófal deformációjától, a fal mögötti talajfelület alakjától és a fal belső felületének alakjától.
Az Ea aktív földnyomás támadáspontja a fal belső felülete mentén fennálló nyomáseloszlástól és annak alakjától függ. Mindig a nyomásdiagram felületének súlypontjának magasságában van.
Coulomb elfogadta, hogy a fal mögötti földnyomás a mélységgel lineárisan növekszik, mint a víznél, az ún. a földnyomás hidrosztatikus eloszlása (ábra).7). A hidrosztatikus nyomáseloszlás azonban csak abban az esetben áll fenn, ha a fal az A láb vagy valamilyen alsó pont körül forog, míg minden más esetben attól eltér.
Ha a tartófal az A lábpont körül, vagy valami alacsonyabb pont körül forog, a talaj lefelé mozdul (ábra).7a), ahol nincs nyomás a talaj belseje felé. Ebben az esetben a legkisebb ellenállású M felületeken talajcsúszás lép fel1C1, M2C2… párhuzamos a csúszófelülettel AC, ami akkor következik be, ha a fal elfordulása elég nagy ahhoz, hogy az ABCA csúszóprizmát képezze.
Ezért ebben az esetben a nyomás a mélységgel arányosan növekszik, vagyis a földnyomás-eloszlás a Coulomb-féle hidrosztatikus. Az aktív földnyomás diagramot az Ea erő és a h falmagasság ismeretében kapjuk meg, mivel az Ea erő megegyezik az abc nyomásdiagram területével (ábra).7b):
Ea=x·h/2, honnan x=2Ea/h,
vagyis mivel Ea = ½ γh2Ka, x = γhKa.
_Kép8— a földnyomás eloszlása, amikor a fal a felső B vagy valami magasabb L pont körül forog.
Ha a tartófal a fal teteje B vagy valami magasabb pontja körül L elfordul (ábra.8a) a felső részben a talaj belseje felé tolódik, ami ennek következtében a legkisebb ellenállású felületek mentén felfelé tolódik M1C1, M2C2…
A fal kellően nagy elforgatásakor egy AC csúszófelület alakul ki, amely mentén az extrudálás során a csúszóprizma lefelé csúszik. A felső részben a talaj tolása miatt passzív földnyomás jelenik meg, amely lényegesen nagyobb, mint az aktív, és ezen a részen a bd nyomásdiagram megfelel a Ep passzív nyomásnak (8b ábra). Mivel az Ea teljes földnyomás függ az ABCA földprizma méretétől, és egyenlő az abe nyomásdiagram háromszögfelületével, ez a diagram a további menetében csökkenni fog, amíg a felülete egyenlővé nem válik az abe háromszögfelülettel. A tényleges nyomásdiagram ebben az esetben görbe vonalú bc, amely matematikailag nem határozható meg. Az ac diagram felületének S súlypontja azonban a háromszögdiagram felületének súlypontja felett van, ami a támfal stabilitásának szempontjából kevésbé kedvező, mert az Ea erő támadáspontja magasabban van. Terzaghi szerint a tartófal magasságának felében található.
Ha a tartófalat transzlációban előre mozgatjuk (9a ábra), akkor az a nyomás, amely a mozgás előtt megfelelt a nyugalmi állapotban lévő földnyomásnak E0, csökken, ezáltal kisebb ellenállású felületek nem jelennek meg, viszont a fal kellően nagy elmozdulásakor_AC_ egy csúszófelületet hoz létre_AC_, amely mentén a föld_C____ csúszófelület csúszik. lefelé. Mivel a teljes nyomás megegyezik a nyomásdiagram abe háromszögterületével (9b ábra), a nyomásdiagram a további lefolyása során csökkenni fog. A tényleges nyomásdiagram az ac görbe vonal, amely matematikailag nem határozható meg. Terzaghi szerint a S súlypont a 0,40 – 0,45_h_.
Ábra 9 – a földnyomás eloszlása a támfal előrefelé irányuló transzlációs mozgása során.
A földnyomás meghatározásának módszerét szélsőséges értéknek tekintve, amely a legnagyobb az aktív és a legkisebb a passzív érték, Coulomb elmélete a földnyomás extrém módszerének tekinthető.
Végső műszaki megjegyzés: a nyomáseloszlás és a támadáspont a szerkezet tényleges deformációjától függ. A földnyomáson, a vízelvezetésen és a hidrosztatikus nyomáson kívül ellenőrizni kell a globális és belső stabilitást, a csúszást, az elmozdulást, a talaj teherbírását és megülepedéseit, a falak és az alapozás szilárdságát, az eróziót, a kimosódást, a kitermelési fázisokat és az ideiglenes stabilitást. A meglévő fal mozgást, repedéseket, kidudorodást vagy ellenőrizetlen vízszivárgást mutató állapota azonnali szakmai felmérést igényel.