Archyvinio eksperto turinys: tekstas ir nuskaitytos formulės išsaugo istorinę teorinę istoriją, bet nėra geotechninis tyrimas, atraminės sienos projektas, stabilumo skaičiavimas, esamos sienos įvertinimas, kasimo planas ar vykdymo instrukcijos. Žemės ir vandens slėgis priklauso nuo konkretaus grunto, sluoksniavimo, tankinimo, drenažo, gruntinio vandens, geometrijos, sienų judėjimo, papildomų apkrovų, šalčio ir seisminio poveikio. Kiekvienu realiu atveju reikalingas tiriamasis darbas, laboratoriniai duomenys, galiojantys standartai ir bendras įgalioto geotechnikos ir statybos inžinieriaus patikrinimas.
Šiandien Savo Kusić daugiausia dėmesio skiria mediniams langams, mediniai-aliuminio langai, priskirti langai, durys ir prašymai pateikti citatą. Šis straipsnis lieka istoriniu archyvu ir nėra geotechninio projektavimo, skaičiavimo ar atraminių sienelių statybos pasiūlymas.
Žemės slėgis atraminėse sienelėse
Žemės masė, kurią palaiko atraminė sienelė, daro ją spaudimą, linkusi ją stumti į priekį (1a pav.) arba stumti (1b pav.). Žemės slėgio dydis E priklauso nuo kelių veiksnių, tarp kurių svarbiausios fizinės grunto savybės, sienos deformacija, dirvožemio drėgmė ir gruntinio vandens būklė, sienos aukštis, išorinė apkrova ir sienos vidinio paviršiaus šiurkštumas.
_Paveikslėlis1— atraminės sienos judesys ir sukimasis.
Žemės slėgis ramybės būsenoje
Jei atraminė sienelė yra standi ir nepajudinama, ją veikiantis slėgis vadinamas žemės slėgiu ramybės būsenoje ir žymimas E0. Būtent toks slėgis vyrauja netrikdomame dirvožemyje stebimame gylyje, veikiamas paties dirvožemio svorio ir galbūt iš anksto apkraunant anksčiau eroduotus sluoksnius. Žemės slėgis ramybės būsenoje yra retas ir atsiranda tik tam tikrais atvejais, pavyzdžiui, esant tvirtoje uolienoje įmūrintoms atraminėms sienoms, tada su uždarais tunelių ir vamzdžių profiliais bei masyviomis prieplaukomis, kurios yra visiškai nejudančios (1 pav.).2).
_Paveikslėlis2- žemės slėgis ant didžiulio doko.
Aktyvus žemės slėgis
Jei atraminė siena veikiama spaudimo E pasislenka į priekį arba sukasi aplink pėdos tašką A, ar kokį žemesnį tašką, o tai yra įprasti atvejai gniuždomame grunte, išskyrus minėtas uždaras ir masyvias konstrukcijas, tada už sienos esanti žemės masė plečiasi. Jei sienos judėjimas yra pakankamai didelis, dalis už sienos esančio grunto, prizmės ABCA, nulūžta ir nuslysta slydimo paviršiumi AC (pav.2). Slėgis, kurį slankioji prizmė daro į atraminę sienelę, vadinamas aktyviuoju žemės slėgiu ir žymimas Ea. Šis slėgis yra žymiai mažesnis nei ramybės būsenos slėgis, maždaug0,5į0,7_E0_. Dėl žemės prizmės ABCA slydimo išilgai suformuoto slydimo paviršiaus AC suveikia šlyties įtempiai τ, kurie priešinasi slydimui ir mažina žemės slėgį. Tuo momentu, kai prizmė ABCA pradeda slysti, šlyties įtempiai τ pasiekia didžiausią reikšmę, o tai reiškia, kad tuo momentu aktyviojo žemės slėgio E reikšmė yra mažiausia. Todėl Ea yra žemutinė ribinė žemės slėgio vertė.
Terzaghi žemės slėgio bandymai su smėlio medžiaga ant h= aukščio sienos1,50 mparodė, kad norint pasiekti apatinę aktyviojo žemės slėgio ribinę vertę Ea, vidutinis horizontalus sienos poslinkis Δl_5/10.000sienos aukštis arba sienos viršaus sukimasis Δl iš1/5.000_h aplink koją A.
Pasyvus žemės slėgis
Jei spaudžiame sieną iš išorės link grunto vidinės pusės (3 pav.), siena judės atgal ir gruntas sutankins. Sienos judėjimui pasiekus tam tikrą reikšmę Δl, nuo žemės atsiskirs molinė prizmė ABCA, kurią toliau veikiant išorinei jėgai slydimo paviršius AC stums aukštyn. Atsparumas, kurį gruntas suteikia išorinės jėgos poveikiui prizmės atsiskyrimo momentu ABCA, yra pasyvus žemės slėgis Ep. Tai didžiausia viršutinė ribinė vertė, kurią gali pasiekti žemės slėgis.
Žemės slėgis ramybės būsenoje nustatomas eksperimentiniu būdu, o aktyvusis ir pasyvusis žemės slėgis gali būti nustatomas skaičiuojant, naudojant analitinius arba grafinius metodus ir remiantis žiniomis apie fizines dirvožemio charakteristikas, dažniausiai nustatomas laboratorinėmis priemonėmis.
Paveikslas 3 – pasyvus įžeminimo slėgis ir slankioji prizmė.
Svarbu taikant: aktyvioji, pasyvioji ir tuščiosios eigos būsena nepasirenkama tik pagal struktūros pavadinimą. Turi būti įrodytas leistinas sienos poslinkis, efektyvūs įtempiai, nusausintos ar nenusausintos sąlygos, gruntinio vandens lygis ir kitimas, papildomos apkrovos ir galimas grunto praradimas prieš sieną. Neteisingai parinkta slėgio būsena gali pakenkti stabilumui nuo slydimo, apvirtimo, grunto laikomosios galios ir sienos stiprumo.
Ramybės slėgio koeficiento K0
Tuo atveju, kai atraminę sienelę veikia statinis slėgis, nustatant atraminės sienelės matmenis reikia taikyti statinį slėgį E0, kuris yra didesnis už aktyvųjį įžeminimo slėgį. Jo dydis yra tarp aktyvaus ir pasyvaus žemės slėgio, priklausomai nuo dirvožemio tipo ir sutankinimo.
Gylyje t žemiau žemės paviršiaus vertikalus slėgis nuo paties dirvožemio svorio yra σt = γ·t. Jei nėra galimybės grunto plėstis į šoną, gylyje t veikia horizontalus slėgis σh = γ·t·K0, kur K0 = σh/σt.
K0 yra ramybės slėgis. Ramybės slėgio koeficientą galima nustatyti triašiu bandymu tokiu būdu.
Nepažeisto grunto mėginys, paimtas iš ramybės slėgio gylio, dedamas į triašį aparatą, kuriame šoninis slėgis σ3, veikiant vertikalią apkrovą σ1, sureguliuojamas taip, kad neatsirastų šoninė deformacija, t.y. bandinio šoninė deformacija būtų lygi. Efektyviųjų įtampų σ’1 ir σ’3 reikšmės pritaikomos diagramai σ’1 – σ’3 (pav. 4), kurios pradinė nuolydžio dalis yra nuolydžio linija, ir nustato reikšmę K0 = σ’3/σ’1.
Paveikslas 4 – ramybės slėgio koeficiento K__0 nustatymas triašiu bandymu.
Pagal Petermanną, apytikslės ramybės slėgio koeficiento reikšmės yra
sutankintam smėliui K0 = 0,40 – 0,45
biriam smėliui K0 = 0,45 – 0,50
moliui K0 = 0,60 – 0,75
Laboratorinės vertės: toliau pateikti apytiksliai diapazonai išlieka originalaus teksto dalimi, bet nepakeičia reprezentatyvių mėginių, geologinio modelio ir projektinių verčių. Prieš atliekant bet kokį skaičiavimą, formulių, indeksų ir apostrofų OCR žymėjimas turi būti patikrintas pagal patikimą šaltinį.
Aktyvaus žemės slėgio nustatymo metodai — Kulono teorija
Kulonas pirmasis, remdamasis lauko patirtimi, paskelbė žemės slėgio teoriją (1770. m.). Jis pažvelgė į atraminę sienelę, laikančią purų dirvožemį. Vienu metu jis pašalino sieną, dėl kurios žemės masė slydo išilgai slydimo paviršiaus AC, pasvirusiu kampu a su horizontale (5 pav.). Slenkančios žemės prizmės ABC svoris W, apribotas reljefo BC, slydimo paviršiaus AC ir atraminės sienelės AB, vienu metu veikia atraminę sienelę ir slydimo paviršių. Aktyvaus žemės slėgio Ea dydį Kulonas nustatė pagal šias dvi prielaidas:
-
kad slydimo paviršius būtų tikras paviršius;
-
kad trys veikiančios jėgos: slydimo prizmės svoris W, atraminės sienos varža Ea ir trinties varža Q išilgai slydimo paviršiaus AC susikerta viename taške, vadinasi, jėgų plokštuma yra uždara. Remiantis šia prielaida, ribinės pusiausvyros būsenoje svorį W vienu metu panaikina atraminės sienelės varža Ea ir trinties varža Q išilgai slydimo paviršiaus.
Vaizdas 5 – aktyvaus įžeminimo slėgio nustatymas pagal Kulono teoriją.
Ankstesnės prielaidos neatitinka tikrovės. Slydimo paviršius yra ne tiesus, o lenktas paviršius. Trijų veikiančių jėgų susikirtimas egzistuoja tik vienu atveju, kai reljefo paviršius už sienos yra horizontalus, vidinis sienos paviršius yra vertikalus, o jėgos kryptis Ea yra horizontali, o kitais atvejais jos nėra. However, despite these deviations, the determination of active earth pressure is still based on the Coulomb theory, as it has proven to be practically usable in many cases.
Norint nustatyti aktyvųjį žemės slėgį Ea Kulonas darė prielaidą, kad dėl žemės masės W poveikio įvyko atraminės sienelės judėjimas ir susidaro aktyvaus žemės slėgio prizmė ABC. Darant prielaidą, kad vidinė grunto varža susideda tik iš trinties. Kulonas išskaido svorį W į du komponentus: vieną aktyvios žemės slėgio jėgos Ea kryptimi, kitą - susidariusios trinties pasipriešinimo Q kryptimi išilgai slydimo paviršiaus (1 pav.).5b). Tai darydamas, Kulonas taip pat daro prielaidą, kad komponentas veikia vidinės trinties kampu su normalia slydimo paviršiaus AC kampu, o komponentas Ea veikia nukrypimo kampu δ su normaliu vidiniu sienos paviršiumi AB. Jėga W nustatoma pagal kryptį, dydį ir kryptį.
Tam tikram slydimo paviršiui kampu α su horizontale jėga W gaunama iš įžemintos prizmės ABC ilgio paviršiaus.1,0 mstatmenai planui ir tūriniam dirvožemio svoriui γ, W=AΔABC x1,00x γ. Jėgos Ea ir Q žinomos pagal kryptį. Remiantis jėgų planu (pav.5b) ir turime sinuso teoremą:
_Paveikslėlis6— veikiančių jėgų susikirtimo viename taške atvejis.
Šis modelis tinkamas tik tuo atveju, kai reljefas yra horizontalus (v=0), vidinis sienos paviršius yra vertikalus (θ=0) ir jėgos kryptis Ea horizontali (δ=0), t. y. kai siena yra visiškai lygi (pav.6).
Šiam ypatingam, vadinamam Rankine atveju, turime:
Svoris W šiuo atveju yra W =0.5·γ·h_2/tg_α, kur γ yra dirvožemio tūrinis svoris.
Jei įvesime priekinę reikšmę į Ea lygtį, gausime:
Ankstesnė lygtis nurodo savavališką slydimo paviršių AC. Tačiau būtina nustatyti jėgą Ea kritiniam slydimo paviršiui, t. y. tam, ant kurio greičiausiai slysta. Tai bus paviršius, kuris suteikia didžiausią aktyviojo žemės slėgio vertę max Ea.
Esant tam tikram sienos aukščiui H ir priimtam pastoviam vidinės trinties kampui ϕ, aktyvaus žemės slėgio vertė kinta priklausomai nuo slydimo paviršiaus pasvirimo kampo α į horizontalę. Reikšmė max Ea bus gauta, jei Ea atskirsime α ir skirtumą nustatysime lygų nuliui:
Formulė nėra skaičiuotuvas: nuskaitytose lygtyse gali būti neįskaitomi rodikliai, indeksai, kampai ir ženklai. Jie nėra nukopijuojami į projektą, nelyginant su patikimu ekspertų šaltiniu, patikrinus vienetus, modelio prielaidas ir nepriklausomą rezultatų kontrolę. Skaičiavimas turi apimti vandenį, drenažą, apkrovas išilgai sienos vainiko, seisminį poveikį ir visus susijusius ribinius atvejus.
Kampų ϕ ir δ
Laboratorijoje nustatomas vidinės trinties kampas ϕ. Jo dydis priklauso nuo dirvožemio tipo, drėgmės ir tankumo. Tam tikro tipo dirvožemiui kampo ϕ vertė paprastai svyruoja per lentelėje 1.
Table 1 – apytikslės tam tikrų tipų dirvožemio vidinio trinties kampo ϕ vertės.
Jėgos Ea nuokrypio kampas δ nuo normalaus į vidinį sienos paviršių priklauso nuo sienos ir už jos esančio grunto deformacijos bei nuo sienos vidinio paviršiaus šiurkštumo. Jei grunto nuosėdos yra didesnės nei sienos nuosėdos, o tai yra dažniausiai pasitaikantis atvejis, tada kampas δ yra teigiamas, trintis tarp sienos ir žemės veikia aukštyn. Jei sienos nuosėdos yra didesnės už grunto nuosėdas, o tai yra išskirtinis atvejis, tai kampas δ yra neigiamas, trintis tarp sienos ir žemės veikia žemyn. Kampo δ ribinės vertės yra visiškai lygaus sienos paviršiaus δ=0, visiškai grubus δ=ϕ. Apskritai naudojamas δ=2/3_ϕ_, nes sienos gruntas yra nuolat apsaugotas nuo stipraus drėkinimo. Jei už sienos esantis gruntas yra veikiamas stiprių žemės drebėjimų, taikomas δ=ϕ/2, o jei jis labai šlapias δ=0.
Kamtų projektinės vertės: lentelės ir aprašomosios vertės ϕ ir δ nėra tiesiogiai taikomos konkrečiai vietai. Parametrų pasirinkimas turi atitikti grunto tipą ir būklę, įrengimo ir sutankinimo būdą, drenažą, numatomą sienos judėjimą, kontakto šiurkštumą ir atitinkamą projekto požiūrį.
Žemės slėgio pasiskirstymas už sienos ir jėgos atakos taškas Ea
_Paveikslėlis7— žemės slėgio pasiskirstymas, kai sukasi atraminė sienelė aplink pėdos tašką A.
Žemės slėgio pasiskirstymas palei vidinį sienos paviršių priklauso nuo atraminės sienos deformacijos, nuo už sienos esančio grunto paviršiaus formos ir nuo sienos vidinio paviršiaus formos.
Aktyvaus žemės slėgio Ea atakos taškas priklauso nuo slėgio pasiskirstymo vidiniame sienos paviršiuje ir nuo jos formos. Jis visada yra slėgio diagramos paviršiaus svorio centro aukštyje.
Kulonas pripažino, kad žemės slėgis už sienos didėja tiesiškai didėjant gyliui, kaip ir vandens, vadinamasis. hidrostatinis žemės slėgio pasiskirstymas (pav.7). Tačiau hidrostatinio slėgio pasiskirstymas egzistuoja tik tuo atveju, kai sienelė sukasi aplink koją A ar kokį žemesnį tašką, o visais kitais atvejais nuo jo nukrypsta.
Jei atraminė sienelė sukasi aplink pėdos tašką A arba kokį nors žemesnį tašką, dirvožemis juda žemyn (Pav.7a), kur nėra stūmimo į dirvožemio vidų. Šiuo atveju grunto slydimas atsiranda ant mažiausio pasipriešinimo M paviršių1C1, M2C2… lygiagrečiai su slydimo paviršiumi AC, kuris atsiranda, kai sienos sukimasis yra pakankamai didelis, kad susidarytų slankioji prizmė ABCA.
Todėl šiuo atveju slėgis didėja proporcingai gyliui, t.y. žemės slėgio pasiskirstymas yra pagal Kulono hidrostatinį. Aktyvaus žemės slėgio diagrama bus gauta remiantis žiniomis apie jėgą Ea ir sienos aukštį h, nes jėga Ea yra lygi slėgio diagramos abc plotui (pav.7b):
Ea=x·h/2, iš kur x=2Ea/h,
tai yra, kadangi Ea = ½ γh2Ka, x = γhKa.
_Paveikslėlis8— žemės slėgio pasiskirstymas, kai siena sukasi aplink viršutinę dalį B arba aukštesnį tašką L.
Jei atraminė siena apsisuka aplink sienos viršų B arba aukštesnį tašką L (pav.8a), viršutinėje dalyje yra stūmimas į dirvos vidų, kuris dėl to stumiamas aukštyn išilgai mažiausio pasipriešinimo paviršių M1C1, M2C2…
Esant pakankamai dideliam sienos sukimuisi, susidaro slydimo paviršius AC, kuriuo ekstruzijos metu slydimo prizmė slysta žemyn. Dėl grunto stūmimo viršutinėje dalyje atsiranda pasyvus žemės slėgis, kuris yra žymiai didesnis už aktyvųjį, o toje dalyje slėgio diagrama bd atitinka pasyvųjį slėgį Ep (8b pav.). Kadangi bendras žemės slėgis Ea priklauso nuo žemės prizmės ABCA dydžio ir yra lygus slėgio diagramos abe trikampiam paviršiui, ši diagrama tolesnėje eigoje mažės, kol jos paviršius taps lygus trikampio paviršiui abe. Šiuo atveju tikroji slėgio diagrama yra kreivinė bc, kurios negalima nustatyti matematiškai. Tačiau diagramos ac paviršiaus svorio centras S yra aukščiau trikampės diagramos paviršiaus svorio centro, o tai mažiau palanku atraminės sienelės stabilumui, nes jėgos Ea atakos taškas yra aukščiau. Pasak Terzaghi, jis yra per pusę atraminės sienos aukščio.
Jei atraminė sienelė pastumiama į priekį transliacijoje (9a pav.), slėgis, kuris prieš judėjimą atitiko žemės slėgį ramybės būsenoje E0, sumažėja, todėl mažesnės varžos paviršiai neatsiranda, tačiau sienai judant pakankamai dideliais, išilgai_AC_, susidaro slydimo paviršius AB_C. žemyn. Kadangi bendras slėgis yra lygus slėgio diagramos abe trikampio plotui (9b pav.), slėgio diagrama toliau mažės. Faktinė slėgio diagrama yra išlenkta linija ac, kurios negalima nustatyti matematiškai. Pasak Terzaghi, svorio centras S yra aukštyje 0,40 – 0,45_h_.
Paveikslas 9 – žemės slėgio pasiskirstymas atraminės sienelės transliacinio judėjimo metu į priekį.
Atsižvelgiant į žemės slėgio nustatymo metodą kaip kraštutinę vertę, didžiausią aktyviajai ir mažiausia pasyviajai, Kulono teorija laikoma kraštutiniu žemės slėgio nustatymo metodu.
Baigiamoji inžinerinė pastaba: slėgio pasiskirstymo ir smūgio taškas priklauso nuo faktinio konstrukcijos deformacijos būdo. Be žemės slėgio, drenažo ir hidrostatinio slėgio, reikia patikrinti globalų ir vidinį stabilumą, slydimą, poslinkį, grunto nešamumą ir nuosėdas, sienų ir pamatų stiprumą, eroziją, išplovimą, iškasimo fazes ir laikiną stabilumą. Esamos sienos būklę, kurioje matomas judėjimas, įtrūkimai, išsipūtimas ar nekontroliuojamas vandens nutekėjimas, reikia nedelsiant įvertinti profesionalų.