Dzisiaj Savo Kusić koncentruje się na oknach drewnianych, oknach drewniano-aluminiowych, oknach na zamówienie, drzwiach i zapytaniach ofertowych. Niniejszy tekst pozostaje archiwum geotechnicznym i nie stanowi oferty projektowania ścian oporowych, badań geotechnicznych ani robót ziemnych.
Metody wyznaczania biernego parcia gruntu
Pasywne parcie gruntu pojawia się tylko w przypadku, gdy odkształcenie ściany w kierunku gruntu jest na tyle duże, że aktywuje się opór wewnętrzny gruntu, który przeciwstawia się sile zewnętrznej. Franzius ustalił doświadczalnie, że do zadziałania biernego parcia gruntu niezbędny jest ruch ścian w przypadku mokrego piasku s=30_h_1,5 oraz w przypadku piasku podwodnego s=23h2,5 gdzie przemieszczenie s jest wyrażone w mm, a h to wysokość ściana w m. Dlatego też, jeśli wysokość ściany wynosi h=3,0 m, aby uaktywnić parcie bierne, w przypadku mokrego piasku wymagany jest ruch ściany w kierunku gruntu s=156 mm. Ponieważ jednak w większości przypadków tak duży ruch ściany jest niedopuszczalny, można sobie z tym poradzić w jeden z następujących sposobów:
a) Jeżeli wysokość ściany jest niewielka, jak ma to miejsce w przypadku stopy fundamentowej CD (rys. 1a), bierne parcie gruntu Ep nie jest brane pod uwagę, o ile warstwa gruntu przed stopą CD może zostać następnie wykopana lub zerodowana i jest obliczana tylko przy aktywnym parciem gruntu Ea na całej wysokości ściany AB.
b) W przypadku większej wysokości ściany (rys. 1b) zamiast biernego parcia gruntu Ep na część ściany CD, przyjmuje się Ea jako opór przeciwstawiający się siłom Ea1 i Ea2.
c) W przypadku rozpórek, które muszą przyjąć duże siły poziome, wymagany jest pełny nacisk bierny Ep na całej wysokości ściany AB, aby przeciwstawić się sile ataku R (rys. 1c). W takim przypadku odkształcanie gruntu odbywa się wcześniej za pomocą dźwigów hydraulicznych, a jeśli grunt składa się z miękkiej gliny lub podobnego materiału silnie odkształcającego się pod obciążeniem, materiał ten zastępuje się na wymaganą szerokość b materiałem żwirowym, którego kąt tarcia wewnętrznego jest duży i który łatwo się zagęszcza, dzięki czemu wykluczone są późniejsze odkształcenia gruntu pod obciążeniem konstrukcji.
Rys. 1. Przypadki biernego efektu parcia gruntu
Istnieje kilka metod wyznaczania biernego parcia gruntu, spośród których najbardziej znane to metody graficzne Coulomba i Rebhanna-Ponceleta.
Metoda graficzna Coulomba
Według tej metody przyjmuje się rzeczywistą powierzchnię ślizgową oraz to, że opór wewnętrzny gruntu składa się wyłącznie z tarcia, bez spójności (c=0). Ponieważ bierne parcie gruntu występuje jako siła oporu, są to kąt tarcia wewnętrznego gruntu oraz kąt odchylenia siły Ep od normalnej do ściany przeciwnego znaku, tj. -δ i -ϕ (rys. 2a).
Jeśli wewnętrzna powierzchnia ściany wynosi AB i jeśli przyjmiemy dowolną powierzchnię ślizgową AC, sile zewnętrznej Ep przeciwstawia się ciężar W przesuwanej pryzmy ABCA i opór tarcia Q wzdłuż powierzchni ślizgowej AC. Ponieważ ciężar W jest znany ze swojej wielkości, kierunku i kierunku, podczas gdy siły Q i Ep są znane z kierunku i kierunku, możliwe jest stworzenie planu sił (rys. 2b), na podstawie którego określana jest wielkość siły Ep.
Rys. 2. Coulomb pasywne parcie gruntu
Jednakże, ponieważ wymagane jest najmniejsze ciśnienie bierne Ep,min odpowiadające krytycznej powierzchni ślizgowej AC, na której najprawdopodobniej utworzy się pryzmat ślizgowy i zostanie on najbardziej wypchnięty pod wpływem siły zewnętrznej, robi się to w następujący sposób (rys. 3).
Rys. 3. Wyznaczanie biernego parcia gruntu EP metodą Coulomba
Rysowanych jest kilka dowolnych powierzchni ślizgowych AC1, AC2, AC3. . . i dla każdego odpowiedniego pryzmatu przesuwnego określ wagę W1 = AΔABC1 x 1,00 x γ, W2 = AΔABC2 x 1,00 x γ, W3 = AΔABC3 x 1,00 x γ. Następnie dla każdego pryzmatu tworzony jest odpowiedni plan sił i wyznaczane są siły EP1, EP2, EP3… Siły te przykłada się w odpowiedniej skali do wykresu sił EP i styczna do tego wykresu równoległa do osi odciętych daje najmniejszą wartość Ep, który odpowiada krytycznej powierzchni ślizgowej AC. Wadą tej metody jest to, że ze względu na rozwiązanie graficzne może dać siłę Ep znacznie odbiegającą od rzeczywistości. Dlatego ta metoda jest rzadko stosowana.
Metoda graficzna Culmanna
W tej metodzie zakłada się, że bierne parcie gruntu Ep działa pod kątem -δ z normalną do ściany oporowej, że linia naturalnego nachylenia gruntu zachodzi na kąt -ϕ z poziomem, a linia położenia pokrywa się pod kątem -(δ+ϕ) z linią ściany (rys. 4a). W stanie równowagi granicznej trzy działające siły W, Q i Ep przecinają się w jednym punkcie. Ponieważ siła W jest znana poprzez swój kierunek, wielkość i kierunek, a siły Q i Ep przez swój kierunek i kierunek, możemy narysować plan sił (rys. 4b). Jeśli obrócimy ten trójkąt sił o 90°- ϕ w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, siła W spadnie w kierunku linii naturalnego nachylenia gruntu AN, siła Q w kierunku powierzchni ślizgowej AC, a siła Ea w kierunku linii położenia BH, gdyż kąt pomiędzy siłami W i Q wynosi α+ϕ, natomiast kąt pomiędzy Ep a normalną do ściany δ oraz kierunek siły Ep pokrywa się z kierunkiem linii położenia BH (rys. 4a).
Rys. 4. Wyznaczanie biernego parcia gruntu metodą Coulomba
Procedura określania biernego parcia gruntu jest następująca (rys. 4c). Z nogi ściany A rysujemy kilka dowolnych powierzchni ślizgowych AC1, AC2, AC3…. Każda z tych powierzchni odpowiada przesuwnemu pryzmatowi ABC1, ABC2, ABC3…, którego długość prostopadła do przyjętego przez nas rysunku jest równa jedności. Jeżeli ciężary tych ziemskich pryzmatów W1 = AΔABC1 x 1,00 x γ, W2 = AΔABC2 x 1,00 x γ, W3 = AΔABC3 x 1,00 x γ, gdzie γ to ciężar objętościowy gruntu, przyłożony do linii naturalnego nachylenia gruntu AN, otrzymamy punkty I, II, III… Rysując linie równoległe do linii położenia z tych punktów, otrzymamy punkty przecięcia R1, R2, R3… Trójkąty A_I_R1, A_II_R2, A_III_R3 są płaszczyznami sił W, Q i Ep dla odpowiednich powierzchni ślizgowych. Łącząc punkty R1, R2, R3… otrzymujemy linię Cullmanna biernego parcia gruntu, tzw. Linię Ep Cullmanna. Styczna do tej linii, równoległa do linii naturalnego nachylenia gruntu, daje najmniejszą długość KK’, co w odniesieniu do sił W daje bierne parcie gruntu Ep.
Jeśli przedłużymy kierunek AK do przecięcia z linią terenu, otrzymamy powierzchnię ślizgową o najmniejszym oporze AC.
Metoda Rebhanna-Ponceleta
Według tej metody procedura jest podobna jak przy wyznaczaniu czynnego parcia gruntu z tą różnicą, że siła Q działa pod kątem -ϕ z normalną do powierzchni ślizgowej, a siła Ep pod kątem -δ z normalną do linii ściany. Według Rebhanna AΔABC = AΔACD (rys. 5a). Procedura określania biernego parcia gruntu jest następująca:
Rys. 5. Wyznaczanie biernego parcia gruntu według Rebhanna-Ponceleta
Od podstawy ściany A rysujemy linię naturalnego nachylenia gruntu pod kątem -ϕ z poziomem.
Od szczytu ściany B rysujemy linię położenia BH pod kątem -(δ+ϕ). W punkcie M przecięcia położenia i naturalnego nachylenia terenu normalna zostaje podniesiona do przecięcia L z półkolem powyżej AN jako średnicy.
Wraz z otwarciem kompasu AL przenosimy punkt L do D (AL=AD).
Rysując od punktu D równoległego do linii położenia do przecięcia C z linią terenu, otrzymujemy jeden bok trójkąta parcia gruntu DC = e. Przenosząc punkt C do F (DC= DF) i obniżając normalną CK do linii naturalnego nachylenia gruntu, otrzymujemy trójkąt parcia gruntu DCF, z którego otrzymujemy Ep=1/2_γ_ ef, gdzie γ to ciężar objętościowy gruntu.
Linia AC reprezentuje powierzchnię ślizgową. Wykres parcia biernego gruntu to ba (rys. 5b). Uzyskuje się go na podstawie formularza
Ep = xh/2, skąd x = 2_Ep_/h
Punkt ataku siły Ep znajduje się na wysokości środka ciężkości trójkąta abc. Siła Ep działa pod kątem -δ z normalną do ściany nośnej.
Podane metody, jednostki, wzory i wartości pochodzą ze źródła historycznego i nie zastępują badań geotechnicznych, obliczeń statycznych, projektu ściany oporowej ani planu wykonawczego. Możliwość mobilizacji oporu pasywnego zależy od dopuszczalnych odkształceń, rzeczywistych parametrów i uwarstwienia gruntu, wód gruntowych i powierzchniowych, drenażu, dodatkowych obciążeń, oddziaływań sejsmicznych, erozji, wykopów, etapów budowy i sąsiednich budynków. Rozwiązanie dla konkretnego terenu musi zostać określone przez odpowiednie badania i uprawnionych rzeczoznawców geotechnicznych i budowlanych, zgodnie z obowiązującymi przepisami.