Curs Sprijiniri

8/2/2019 Curs Sprijiniri

1/14

Curs Probleme Speciale de Fundatii Pagina 1 din 1

SPRIJINIRI CU PALPLANSE. ELEMENTE CONSTRUCTIVE SI TEORII DE CALCUL

Elemente constructive

Palplansele sunt elemente de constructie utilizate pentru realizarea unor lucrari de sustinererezistente si etanse. Sub protectia peretilor verticali din palplanse se pot realiza excavatii adnci sub

nivelul apei subterane.

Din punct de vedere al materialului din care sunt alcatuite palplansele pot fi de lemn, beton armatsau metal. De regula lucrarile realizate din palplanse au un caracter provizoriu, dupa realizarealucrarilor de fundatii fiind recuperate putnd fi refolosite.

Exista nsa si situatii cnd palplansele (de regula din beton armat) ramn ca elemente definitive ncadrul unor lucrari cum sunt: constructiile portuare (cheiuri, moluri, debarcadere), fundatii depoduri si fundatii directe (pentru asigurarea protectiei mpotriva afuierii respectiv pentru crestereacapacitatii portante a terenului de fundare foarte compresibil), ecrane de etansare sub baraje (pentruinterceptarea infiltratiilor si marirea lungimii liniilor de curent (fig.1).

Al 3-lea rand de cadre

PLAN

Piloti principali

Dulap distantierCorniere

Palplanse

a

SECTIUNE VERTICALANivel apa Nivel apa

Elevatie pila

Fundatie

Incinta de

palplanse

Nivel teren

Suprastructura

b

Radier

PilotiPerete de palplanse

d

Nivel apa Cablu deancoraj

Umplutura

Radier

Perete de palplanse

Piloti de ancorare

Fundul albiei

c

f

Nivel teren

Nivel apa

Linii de curent

Baraj

Perete de

palplanse

`

Stalp

Fundatie

Incinta de palplansePamant foarte

compresibil

Suprafete decedare potentiale

e Fig.1 Exemple de lucrari provizorii sau definitive realizate din palplansea, lucrare de sustinere complexa cu palplanse si cadre din lemnb, protectie definitiva mpotriva afuieriic si d, Perete de palplanse definitiv n cadrul cheiurilor

e, Incinta de palplanse definitiva pentru asigurarea capacitatii portante n cazul unei fundatii directepe pamnt foarte compresibilf, perete de palplanse definitiv utilizat la un baraj pentru reducerea volumului de exfiltratii


2/14


Palplansele din lemn se utilizeaza n cazul incintelor de dimensiuni reduse, cu adncimi pna la 4.0-5.0 m. Se realizeaza din brad sau stejar sub forma de dulapi cu grosimea de 610cm sau grinzi cusectiune pna la 20x25 cm. Lemnul trebuie sa fie sanatos, fara noduri sau crapaturi.

Este neindicata folosirea lemnului uscat, ntru-ct n contact cu apa, dupa introducerea n teren s-arumfla si s-ar ncovoia, pierzndu-si etanseitatea.

a

b

c

d>6cm

d>10cm

d>6cm

Fig.2 Tipuri de mbinari n cazul palplanselor din lemna, coada de rndunicab, n jumatatea lemnuluic, cu lamb si uluc

La lucrari mici, dulapii pot fi joantivi(alaturati) sau pe doua rnduri, cusuprapunere partiala; de obicei nsa serealizeaza mbinari etanse de diferiteforme (fig.2): n coada de rndunica, a,

n jumatatea lemnului, b, cu lamb siuluc, c. Ulucul se face putin mai strmtdect lambul pentru ca acesta sa intrefortat.

Introducerea n teren se face prin batere sau vibrare. Pentru a nu se degrada capetele palplanselor seprotejeaza cu o bratara metalica. Vrful se teseste n partea cu lamb si se protejeaza cu un sabot dintabla de fier. nfigerea palplanselor din lemn se face cu lambul nainte; datorita tesiturii de la vrf n

aceasta zona se dezvolta o mpingere care preseaza ulucul palplansei n lambul celei precedente,curatindu-l totodata de pamnt.

minim 5cm

Fig.3 Realizarea colturilor incintelordin palplanse din lemn

Pentru batere palplansele se solidarizeaza doua cte doua cuajutorul unor scoabe. nainte de nfigerea n teren se introducpiloti de ghidaj din lemn, la colturi si la schimbarile dedirectie ale peretelui de palplanse, precum si n lungulacestuia, la cel mult 4.0-5.0 m. Pilotii au sectiune patrata sisunt prevazuti cu uluce, n care patrund lambii palplanselormarginale (fig.3).

ntre piloti se prevad clesti sau moaze de ghidaj din dulapi de lemn paraleli, prinsi cu scoabe siseparati initial prin pene si distantieri. nfigerea se face n pachete de cte 8-10 palplanse cuprinse

ntre doi piloti succesivi. Pentru ca panourile sa-si pastreze directia baterea se face n scara, cutrepte de cel mult 1.0 m asa cum se poate vedea n fig.4. Dupa ce a ajuns la capatul pachetului,

utilajul revine si introduce n continuare si celelalte palplanse.


3/14


4/14


b0 b0

b0

b0

b0

b0

hx

hx

hx

dF dF

dF

dF

dF

dF

hx

hx

hx

dst

dst

dst dst

dst

dst

KRUPP "Z"

LARSSEN

KRUPP

KRUPP "U"

DE WEDEL

Fig.6 Sectiuni de palplanse metalice de diferite tipuri

max

max

max

max

a

b

c

d

Fig.7 Tipuri principale de sectiuni de palplansea, U, b, S, c, Z, d, liniare

Din punct de vedere al pozitiei mbinariifata de axa neutra a peretelui exista 4 tipuride sectiuni transversale de palplanse (fig.7):- palplanse n U la care mbinarilese gasesc pe axa peretelui la fiecareintersectie ntre axa si perete (fig.7, a),- palplanse n S la care mbinarilese gasesc pe axa peretelui din doua n douapuncte de intersectie ntre axa si perete(fig.7, b),- palplanse n Z la care mbinarile

se afla n afara axei peretelui alternnd pe oparte si pe alta (fig.7, c),- palplanse liniare la care profilulpalplansei este o linie dreapta n lungul axeiperetelui si mbinarile se afla pe axaperetelui (fig.7, d).

Dispunerea mbinarilor influenteaza rigiditatea peretelui. Astfel palplansele n U la care

mbinarile (care permit lunecari n lungul axului lor vertical)m se afla n zona de eforturi tangentialemaxime provenite din ncovoiere, sunt mai putin rigide dect palplansele n Z la care mbinarilese afla n fibra extrema unde eforturile tangentiale sunt nule. Cele mai flexibile palplanse sunt celeliniare, la care si capacitatea de a rezista la momente ncovoietoare este mica, datorita modulului lorde rezistenta redus.

n cele mai multe cazuri peretele din palplanse se realizeaza din baterea acestora cu ajutorul unorberbeci cu abur sau Diesel suspendati n crligul unei macarale.

La palplansele metalice nchiderea rostului (a mbinarii) pentru etanseizarea peretelui se realizeazadaca palplansa n curs de batere trage de rostul cu palplansa batuta. Din aceasta cauza ordinea debatere se stabileste astfel nct reactiunea terenului pe tesitura de la baza palplansei care se bate s-o

ndeparteze, n timpul baterii, de palplansa vecina gata batuta.


5/14


Berbec

Ultima pereche Prima pereche

Palplanse batute

Panou in curs de batere

Ghidajul a fost omis

pentru claritate Fig.8 Schema de batere a palplanselor n panouri

Baterea palplanselor se face npanouri: prima pereche de palplanseeste ridicata si introdusa prin batere peo lungime suficienta pentru a sementine la verticala. Se adauga 6-12perechi de palplanse care se ridica si se

asambleaza la prima pereche, ntregpanoul fiind sustinut de cadrul deghidaj (fig.8). Se ncepe apoi cubaterea partiala a ultimei perechi depalplanse din panou si se continua cuperechi din ce n ce mai apropiate deprima pereche.

Peretii din palplanse metalice potatinge lungimi de 30.0 m. n taranoastra palplansele metalice se procuradin import si, ca atare, se folosesc nlucrari deosebite.

Calculul peretilor de palplanse

Calculul peretilor de palplanse autoportanti n pamnturi necoezive

n cazul peretilor de palplanse metodele de calcul utilizate de regula considera ca deplasarile suntsuficient de mari att pentru mobilizarea mpingerii active ct si a rezistentei pasive.Se admite schema simplificata de calcul din fig.9 conform careia:

C

b

IMPINGEREAACTIVAREZISTENTA

PASIVA

C

c

Rp

R

0.2Df0

zc

a

z

Ra

h

B

A

a

D

DfC

Fig.9 Calculul peretelui autoportant pamnturi necoezive

- presiunile de deasupra punctului de rotatie sunt mpingerea activa, n spatele peretelui sirezistenta pasiva n fata peretelui,- centrul de rotatie, C, se afla la cca. 0.2t0 de la baza peretelui,

- presiunile ce se dezvolta sub centrul de rotatie sunt nlocuite cu o rezultanta R careactioneaza n centrul de rotatie.Adncimea la care mpingerea activa egaleaza rezistenta pasiva, sub cota excavatiei este:


6/14


( ) apa

pa

a

KK

KD

KK

KDa

=

=

(1)

Fisa t0 necesara rezulta din echilibrul de momente fata de punctul C:

( ) ( ) 06

30

0 =++ apa KKt

htaDR (1)

n care Ra este rezultanta presiunilor pe portiunea AO.( ) 0

)(

6

)(

60

30 =+

haDKK

Rt

KK

Rt

ap

a

ap

a

(2)

Radacina reala a ecuatiei (2) reprezinta fisa necesara t0.Fisa totala rezulta ca:

00 2.0 tatt ++= (3)

Momentul maxim apare n sectiunea n care forta taietoare se anuleaza:

( ) 02

2= apa KK

zR (4)

de unde:

( )apa

KK

Rz

=

2(5)

iar momentul maxim are valoarea:

( ) ( ) ++= apa KKz

hzaHRM6

3

max (6)

Un caz particular de perete autoportant este cel liber la partea superioara (fig.10).

P

R

tt0

O

z0

h

Mmax

(

kp-k

a)

Fig.10 Calculul unui perete de palplanse liber la partea superioara

Din conditia de echilibru pe orizontala rezulta ecuatia de gradul 3 de mai jos:

( ) ( )0

660

30 =

hKK

Pt

KK

Pt

apap (7)

a carei solutie se stabileste prin ncercari.Pentru prima ncercare valorile t0 pot fi luate orientativ din tabelul 1 n functie de valoarea unghiuluide frecare interna .


7/14


Tabelul 1Valori aproximative pentru t0

20 25 30 35 40t0 1.6h 1.2h 0.9h 0.7h 0.5h

n practica pentru asigurarea unei ncastrari suficiente n teren fisa palplanselor t se determina prinmajorarea cu 20% a fisei de calcul t0:

02.1 tt = (8)Pentru dimensionarea sectiunii palplanselor se determina valoarea momentului maxim de

ncovoiere cu relatia:

( ) ( ) 300max 61

zKKzhPM ap += (9)

unde:

( )ap KKP

z

=

20 (10)

Calculul peretilor de palplanse autoportanti n terenuri pur coezive

D

Df

Rp

Ra

R

Df0

0.2D f0

h

0

-2c A

C

B

4cu-q

Dq =

Fig.11 Calculul peretelui autoportant pamnturi coezive

Teoretic diagrama de mpingere activa prezinta, lapartea superioara a peretelui, o zona de tensiuni(fig.11).

n general, din cauza altor fenomene care pot duce lacresterea mpingerii active, ca de exemplu umplereafisurilor cu apa, n proiectare se admite o diagrama depresiuni din mpingerea activa, pna la nivelul

excavatiei, calculata ca pentru o umplutura fictiva dematerial necoeziv cu =20.

Din echilibrul de momente n jurul punctului C rezulta:

( ) ( ) 042

2

00 =+ qct

htDR ua (11)sau:

( ) ( ) 024 020 = hHRtRqct aau (12)

Rezolvarea ecuatiei anterioare conduce la determinarea fisei necesare:

02.1 tt = (13)

Momentul maxim apare n sectiunea z n care forta taietoare se anuleaza:( ) 04 = qczR ua (14)

de unde:

( )qc

Rz

u

a

=

4(15)


8/14


Calculul peretilor de palplanse ancorati

Ca si n cazul peretilor autoportanti modelele de calcul ale peretilor ancorati considera fie cadeplasarile sunt suficient de mari pentru a se atinge starea limita de eforturi n teren, fie ca peretiipot fi considerati ncastrati elastic n teren, presiunile de contact fiind, n acest caz, proportionalecu deplasarile laterale.

Considerarea starii limita de eforturi n teren

a b Fig.12 Considerarea starii deeforturi n teren

Calculul peretilor ancorati cu considerarea starii limita deeforturi n teren se face, n general, cu doua grupuri demetode, depinznd de lungimea fisei peretelui si derigiditatea terenului de sub cota excavatiei.

Daca lungimea fisei peretelui este mica sau terenul de subcota excavatiei este deformabil (nisipuri afnate, argile moi),atunci peretele se deformeaza ca n fig.12, a, si se admite cael este liber sa se roteasca si sa se deplaseze n teren, subcota excavatiei, terenul oferindu-i o simpla rezemare.

Daca lungimea fisei este mare sau terenul de sub cotaexcavatiei este rigid (nisip ndesat, argile tari) atunci peretelepoate fi considerat fixat n teren si n zona de subexcavatie apar doua reactiuni de semn contrar care asigurafixarea peretelui n teren (fig.12, b).

1. Metoda peretelui liber

n fig.13 sunt prezentate diagramele de presiuni, momente si deplasari n cazul peretelui liber.

a

x

Rp

Ray'

h3

Fa

y

( )xKK ap ( )fa DDK +

Ra

Rp

yy

qc4

Dq =

Mmax

D

Df

Fig.13 Metoda peretelui liber

Distanta a poate fi calculata ca adncimea la care presiunea neta se anuleaza:

( )apa

KK

pa

=

(16)

Ecuatia de moment fata de punctul de ancorare este:

ap RyRy =' (17)

nlocuind rezistenta pasiva cu:

( )2

2xKKR app = (18)


9/14


si:

xahy ++=3

2' 3 (19)

obtinem din ecuatia (17):

( )

++= xahx

KKRy apa

3

2

2

3

2 (20)

sau:

( ) 023

323 =+

+

yRah

KKx

KKx a

apap (21)

Rezolvarea ecuatiei anterioare conduce la aflarea distantei x si deci a fisei peretelui:xaDf += (22)

Forta de ancoraj poate fi apoi dedusa din ecuatia de echilibru de forte orizontale:

paa RRF = (23)

n cazul n care terenul este pur coeziv iar diagrama de mpingeri este ajustata la o diagramastandard cu = 20, c = 0 kPa, sau n cazul n care avem o succesiune de strate: nisip necoeziv pna

la cota excavatiei si argila pur coeziva sub cota excavatiei, rezistenta pasiva a terenului este datanumai de coeziune si ecuatia (20) devine:

( ) 02

4 3 =

+

fufa

DhqcDyR (24)

sau:

04

22 3

2 =

+

qc

RyhDD

u

aff

(25)

care, dezvoltata, conduce direct la valoarea fisei peretelui.

Forta din ancoraj poate fi calculata cu relatia (23).

Din expresia rezistentei pasive se poate constata ca, n cazul terenurilor pur coezive, peretele devineinstabil daca

04 = qcu (26)sau:

25.0 Dc

(27)

Metoda peretelui liber este recomandata n cazurile n care fisa peretelui este mica sau penetreazan materiale deformabile: nisipuri afnate, argile moi.

2. Metoda peretelui fixat

Contra-rezistenta terenului este nlocuita cu o forta concentrata, Rb, (fig.14) care actioneaza ladistanta 0.2 y de la baza peretelui.

Metoda consta n alegerea unei distante y, calculul lui Rb din echilibru static si apoi se traseazadiagrama de momente. Distanta y trebuie sa corespunda cu punctul de anulare al momentului de lapartea de jos a peretelui. Daca aceasta conditie nu este ndeplinita se alege ca nou y distanta pna lapunctul de anulare a momentului si calculul se reia.

O varianta simplificata a acestei metode este metoda grinzii echivalente (fig.14).


10/14


Fa

Rb

D

Df

a

PRESIUNI

Y

0.2Y

x

Fa

Rb

Pa

Pb

Pb R'b

Rb

a-x

Y-aY-x

MOMENTE GRINDA ECHIVALENTA

Fig.14

Metoda grinzii echivalente face uz de faptul ca distanta x, de la cota excavatiei pna la punctul deanulare al momentului (O n fig.14) este o functie de unghiul de frecare interna (Blum, 1931,Verdeyen si Roisin, 1961). n fig.15 se prezinta variatia distantei x cu unghiul al terenului subcota excavatiei.

- x/D -

-0-

0

10

20

30

40

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Fig.15

Relatia din fig.15 a fost stabilita admitnd ca coeficientul rezistentei pasive este Kp = 2/Ka. Odatastabilita distanta x rezolvarea grinzii echivalente superioare ne conduce la aflarea reactiunii Rb.Pentru grinda echivalenta inferioara se scrie ecuatia de momente fata de punctul de aplicatie alfortei Rb si se obtine distanta necunoscuta y apoi valoarea lui Rb rezulta din ecuatia de proiectie:

x

xapp ab

= (28)

( ) ( )0

3232

2' =

+

ayayKKR

xaxy

xap

apbb

(29)

de unde rezulta y.

yDf = 2.1 .

Forta Fa este preluata fie de cabluri fixate n teren prin injectare fie prin intermediul placilor deancorare. Pentru cele prevazute cu placa se analizeaza doua probleme si anume:- stabilirea pozitiei placii n raport cu palplansa si cu suprafata terenului,- dimensionarea placii.


11/14


Placa se aseaza n general la o adncime foarte mica astfel nct cablul de ancoraj sa fie practicorizontal. Este necesar ca pozitionarea placii sa se faca ntr-o zona n care terenul este asigurat sprea se putea conta pe rezistenta pasiva a terenului. Examinnd sectiunea din fig.16 se constataurmatoarele:

I

II

III

h

t

LA

zA

2450

+

2450

+

245tg

th

0

245tg

z0A

Fig.16

- daca palplansa ar ceda pe toata naltimea, n spatele ei s-ar desprinde un masiv de alunecare

marginit de un plan (I) nclinat cu unghiul2

45 + fata de orizontala; prin urmare nu este admisibil

ca plac sa se aseze n interiorul acestui masiv,- daca palplansa ar ceda, desprinzndu-se complet de teren, acesta ar ramne cu un taluz liber (II)

nclinat cu unghiul, pornind de la nivelul fundului excavatiei, deci placa nu poate fi situata nici nmasivul situat la stnga acestui taluz,- n sfrsit, pentru a se putea conta pe ntreaga rezistenta pasiva, planul (III) nclinat cu unghiul

245

pornind de la baza placii (adncimea zA) nu trebuie sa ntretaie planul (I) de mpingerea

activa, cu alte cuvinte se cere ca

+

+

+>

245

245

tg

z

tg

thL AA (30)

sau

( )

++

+>

245

245

tgztgthL AA (31)

n care LA este distanta orizontala ntre palplansa si placa de ancorare.Zona optima de amplasare a placii este deci cea hasurata n figura 16.

Pentru calculul placii se au n vedere urmatoarele situatii:- daca placa este asezata la suprafata terenului, n fata sa se mobilizeaza rezistenta pasiva iar nspate mpingerea activa a pamntului, ambele cu distributie triunghiulara, mpingerea activa avndacelasi sens cu forta de ancoraj (fig.17, a).


12/14


a b

PAp

PAa

pK aK zA

P'Ap

P'Aa

pK aK zA

z'A

Fig.17

Daca placa are naltimea zA rezistenta pe care o opune este data de relatia:( )apAaApAAaApA KKzKzKzPPR === 222 21

2

1

2

1 (31)

daca placa este asezata cu latura superioara la adncimea zA (fig.17b), diagramele mpingerilor audistributii trapezoidale si se poate scrie:

( ) ( )apAAAaApA KKzzPPR == 22 '21

'' (32)

Punctul de prindere a cablului sau barei de ancorare trebuie sa fie n dreptul centrului de greutate altrapezelor.Valoarea rezistentei RA trebuie sa depaseasca pe cea a fortei din ancoraj TA. n mod curent seadmite:

( )

a

s

pAAA K

F

KzzT

22 '21 (33)

unde coeficientul de siguranta Fs = 1.52.

Calculul de mai sus s-a facut pentru un metru liniar din peretele de palplanse. n cazul cnd placilede ancorare au latimea bA si se aseaza la distantele dA ntre axe, relatia anterioara devine:

( ) Aas

pAAAA bK

F

KzzdT

22 '

21

(34)

De fapt, n situatia placilor discontinue problema nu mai este plana ci spatiala ntru-ct fiecare placava antrena n cedare un masiv de pamnt marginit si de suprafete laterale pe care se dezvolta frecariinterne. Pentru cazurile curente se accepta nsa relatia (34).

n unele cazuri, la lucrari mari, ancorajul se realizeaza, n loc de placi, cu piloti, folosindu-se doipiloti nclinati, cu capetele solidarizate ntr-un bloc de beton (fig.18).


13/14


Pil

ot1

Pilo

t2

1 2

P1

P2

TA

Fig.18

Pilotul 1 este solicitat la compresiune iar cel de-al doilea la smulgere. Valorile fortelor respective se

pot obtine grafic sau analitic cu relatiile:

( )21

21 sin

cos

+= AA dTP (35)

( )21

12 sin

cos

+= AA dTP (36)

3. Calculul hidraulic al peretilor de palplanse

Asa cum s-a aratat la nceputul acestui paragraf referitor la calculul palplanselor, adncimea fiseitrebuie sa asigure si stabilitatea fata de antrenarea hidrodinamica fenomen care se manifesta maiales n nisipuri fine, relativ uniforme, nisipuri prafoase, prafuri sau prafuri nisipoase, atunci cndevacuarea apei se face direct din excavatie. Daca se considera schema din fig.19 se observa ca,pentru o diferenta de nivel piezometric H, traseul minim al liniei de curent are lungimea H + 2t iargradientul efectiv maxim rezulta:

Pompa

Palplansa

Sorb

Nivelul apei

subterane

H

tl

Fig.19


14/14


tH

Hief +

=2

(37)

Pentru asigurarea stabilitatii la afuiere se pune conditia:

afs

cref

F

ii

_= (38)

n care Fs_af este un coeficient de siguranta care, n cazurile curente, se ia egal cu 2. Pe de alta parte,se stie ca gradientul critic de antrenare hidrodinamica este dat de relatia:( ) ( )

w

ws

wcr

ni

==1

(39)

n care este greutatea volumica n stare submersata, n este porozitatea pamntului, s greutateaspecifica a particulelor (scheletului) din pamnt iar w este greutatea specifica a apei. Admitndpentru cazurile obisnuite n=40%, s=26.5kN/m

3 si w~10 kN/m3 rezulta icr~1. Cu aceasta valoare

egalnd expresiile (37) si (38) se obtine valoarea fisei t care sa asigure stabilitatea la afuiere:

2

1_ = afsFH

t (40)

Daca se ia Fs_af= 2 rezulta2Ht= .

Cu notatiile din fig.19 debitul Q m3 /ora care trebuie evacuat prin epuisment direct dintr-o sapaturasprijinita cu palplanse poate fi calculat cu relatia:

UkHqQ = (m3 /ora) n care H este dat n metri, k n m/ora, U este perimetrul sapaturii(lungimea totala a peretelui depalplanse) n metri iar q este un debit specific stabilit n hidraulica subterana n functie de rapoartele

l

tH +si

tH

H

+unde l este naltimea totala a stratului de apa deasupra patului impermeabil (fig.20).

Valoarea q poate fi obtinuta si din graficul din fig.20.

1.21.00.80.60.40.200

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1tH

H=

+

75.0tH

H =+

50.0tH

H=

+

0.0tH

H=

+

Fig.20

Date post:	06-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	greenproject4
View:	411 times
Download:	10 times

Curs Sprijiniri

Documents