Analiza stabilnosti i dimenzioniranje potpornog zida

1. Uvod

Program „Analiza stabilnosti i dimenzioniranje potpornih zidova“ jedan je u nizu programa koji se bavi potpornim zidovima ali je njegova prednost, u odnosu na druge, u cjelovitosti. Naime ulazni podaci obuhvaćaju sve moguće vrste i položaje opterećenja na zidove a zidovi mogu biti, od klasičnih potpornih do masivnih zidova. Osim toga, nakon upisa ulaznih podataka ispis dokumenta je praktično gotov projekt jer se kao rezultat proračuna dobiva: Analiza stabilnosti zida, nacrt armature, poprečni presjek zida,  iskaz armature, dijagram momenata savijanja i troškovnik.
Program je u potpunosti usklađen sa svim izmjenama (do kraja 2018. god) Eurokoda 2, Eurokoda 7 i Eurokoda 8 kao i Hrvatskoj normi HRN EN 1997-1:2012/NA.
U odnosu na druge programe, u ovom programu, po prvi puta u teoriji, uz pomoć posebnog algoritma, omogućena je analiza stabilnosti potpornog zida i u slučaju kada je kut nagiba pokosa iza zida veći od kuta unutrašnjeg trenja tla.
Tekstualni dio programa koji se odnosi na Troškovnik, za razliku od ostalog dijela programa, moguće je mijenjati i prilagoditi potrebama ili ako nije potreban ne treba ga printati. Pri tome količine radova nije moguće mijenjati.
Iako je program „Analiza stabilnosti i dimenzioniranje potpornog zida“ rezultat višegodišnjeg rada i testiran sa svim mogućim vrstama i položajima opterećenja kao i oblicima zida, uvijek postoji mogućnost za dopunu i poboljšanje programa.
Autor će biti zahvalan svima koji imaju neku konstruktivnu primjedbu ili dopunu, kako bi se program mogao poboljšati.

 

2. Unos podataka

2.1. Karakteristike tla

U Formu Karakteristike tla unose se podaci o kutu unutrašnjeg trenja (φ), kohezije (c) i nagibima svakog sloja tla kao i nagiba pokosa iza i nagiba padine ispod zida. Ovim programom prvi put je moguća analiza stabilnosti i za slučaj kada je prirodni kut nagiba kosine veći od kuta unutrašnjeg trenja prvog sloja tla. Radi procijene rotacije temelja, predviđen je i upis prosječne vrijednosti modula stišljivosti temeljnog tla (Ms). Rotacija temelja i otklon vrha zida (uz pretpostavku krutog zida) dobiveni su na temelju razlike slijeganja u karakterističnim točkama temelja.

2.2. Djelovanja

U Formu Djelovanja unose se svi podaci o djelovanjima i položaju djelovanja – opterećenjima na zid, kao što su: prometno opterećenje, opterećenje temeljem ili na pr specijalnim vozilom, linijsko opterećenje, točkasto opterećenje, NPV (nivo podzemne vode iza zida) i potresno opterećenje a_max (DA ili NE).
Ukoliko se u analizi stabilnosti uzima potres, seizmički koeficijent pritiska „K“ određuje se prema izrazu kojeg su predložili Mononobe & Okabe.
Ukoliko se računa bez potresa, keoficijent aktivnog pritiska „Ka“ određen je prema izrazu Coulomb – Poncelet.

2.3. Dimenzije zida

2.3.1. Općenito

Podatke o dimenzijama zida (plavi brojevi) unosi projektant a ostali podaci (crni brojevi) ovisni su o unesenim podacima. Nakon svakog unosa moguće je, tipkom Rekalkulacija provjeriti rezultat – vrijednosti iskorištenosti (U%) za prevrtanje, klizanje i projektnu otpornost tla u tablici u Formi 3. Provjeru rezultata moguće je obaviti neogranićeni broj puta, Naravno, ukoliko su neki od tih vrijednosti veći od 100%, potrebno je promijeniti neodgovarajuću dimenziju zida (širinu i ili visinu temeljne stope ispred ili iza zida, nagib zida, produljiti konzolu ili povećati sile prednaprezanja u sidrima) dok se ne postigne vrijednost manja od 100% .

 

2.3.2. Obložni zid

Obložni zid se u principu izvodi na mjestima gdje je pokos strm i relativno stabilan i sa relativno tankim zasipom ili bez zasipa između zida i tla. U tom slučaju aktivna klizna ploha odgovara pokosu terena (napr kod lesa skoro vertikalna), a taj nagib klizne plohe može se dobiti fiktivnim kutem unutrašnjeg trenja kako je to objašnjeno u uputstvu za korištenje programa.
Možda se neće svi složiti s ovim načinom odabira parametara tla ali je vrlo jednostavno napraviti kontrolu proračuna stabilnosti na prevrtanje, minimalnom promjenom fiktivnog kuta unutrašnjeg trenja i uočiti da se povećanjem kuta unutrašnjeg trenja povećava iskorištenost U (%) a smanjenjem tog kuta smanjuje i iskorištenost (povećava se faktor sigurnosti na prevrtanje)

 

2.3.3. Masivni zid

Masivni zid u ovom programu oblikovan je kao klasični masivni zid, gdje dimenzije zida ovise o visini zida i širini u kruni zida. Nakon određivanja tih vrijednosti, putem Rekalkuacije, dobivaju se sve ostale dimenzije „klasičnog“ masivnog zida. Te podatke treba upisati, u Formu 3, u odgovarajuće čelije u lijevoj vertikali (na primjeru iz članka, umjesto h_B=1,2 u lijevoj vertikali upisati h_B= 1,74 iz desne vertikale, itd). Umjesto tih vrijednosti mogu se upisati i bilo koje druge vrijednosti, ali to onda nije „klasični“ oblik potpornog zida. Budući da je visina zida H jednaka zbroju visina slojeva tla, potrebno je u Formi 1 – Karakteristike tla smanjiti visinu jednog od gornja dva sloja. Naime visina trećeg sloja, u ovom programu uvijek je jednaka visini temeljne stope uz tlo.
Kod masivnih zidova, od prikazane armature, potrebni su samo ankeri iz temelja (Poz. 5).

2.4. Sidra, konzola i kontrafore

2.4.1. Sidra

Ukoliko zid ima sidra (do 5 sidara u jednoj vertikali), u Formi Sidra i konzola (Slika 4) u liniji „Sidra“ upiši „DA a ako nema upiši „NE“. Podaci o svim sidrima unose se u tablicu u Formi 4.
Ukoliko se upiše prekratka slobodna dionica pojedinog sidra, slijedi napomena o minimalnoj duljini slobodne dionice i tada treba promijeniti tu vrijednost. Nosivost sidra postiže se duljinom sidrišne dionice pa se tako odabirom prave sidrišne dionice može regulirati razmak sidara. Preporuča se da razmaci vertikala u kojima se nalaze sidra, budu i iz estetskih razloga podjednaki (na pr 2 m).
Zadana sila u sidru je sila prednaprezanja sidra po m² zida.

2.4.2. Konzola

Ukoliko zid ima konzolu, u Formi 4 Sidra i konzola i liniji „Konzola“, upiši „DA“ a ako nema upiši „NE“.
Izvedbom rasteretne konzole dobiva se znatno ekonomičniji zid, jer se konzolom bitno smanjuje moment savijanja u presjeku zida uz temelj. Povećanje stabilnosti zida postiže se samo ako je širina konzole veća od širine dijela temeljne stope prema tlu,
Konzola je izuzetno efikasna za povećanje stabilnosti zida u slučaju ako je rub konzole u kontaktu s kliznom plohom (aktivnog klina) budući da aktivni pritisak ispod konzole, u tom slučaju kreće od nula. Prilikom određivanja širine konzole „bk“ treba paziti da konzola nije preširoka jer bi sa velikom širinom konzole vlačna zona ispod konzole mogla biti sve do spoja zida sa temeljem. U tom slučaju, u fazi izgradnje zida – do konzole, glavna armatura ne pokriva vlačnu zonu, koja je u tom trenutku na strani zida uz tlo. Ukoliko su ankeri iz temelja dovoljno dugački, tada je armaturom pokrivena i ta vlačna zona.

2.5. Kontrafore

Ukoliko je predviđena izvedba kontrafora, u Formi 5. Kontrafore , izaberi DA a ako kontrafora nema, izaberi NE.  Izvedbom kontrafora može se uštedjeti na betonu zida, smanjenjem visine presjeka zida u kruni i na kontaktu sa temeljem, ali pri izradi kontrafora treba voditi računa i o utrošku betona i rada za izradu kontrafora.

S produljenjem temelja na mjestu kontrafora efikasno se može povećati stabilnost zida a da pri tome nije potrebno povećavati širinu temelja “B” po čitavoj duljini zida. To naročito vrijedi za temelje u stjenovitom tlu jer se u tom slučaju bitno smanjuju troškovi iskopa u stijeni (iskop samo za temelje kontrafore). Čak niti sa ovakvom izvedbom (što se tiče duljine temelja kontrafore) ne treba pretjerivati jer se u tom slučaju znatno povećava potresna sila (ukoliko se zida računa sa potresom).

Zadovoljavajući rezultat dobiva se produljenjem temelja kontrafore već za cca 1 m (kao u originalu ovog programa).

2.6. Gradivo

Upisom vrijednosti u Formu 6, program omogućava, preko padajućih menia, izbor klase betona, vrste armature (RA za temelj i RA ili MA za zid), profila i razmaka glavne i razdjelne armature, zaštitnog sloja i ograničenje pukotina (Slika 6).

2.7. Profil terena

Radi proračuna količina iskopa, zasipa i drenaže potrebno je u Formu 6 upisati, pet koordinata terena (plave brojke u tablici) prirodnog tla u zoni izvedbe zida i privremeni nagib iskopa iza zida (za vrijeme izvedbe zida) (Slika 7).