reclame:
atunci când o masă a solului este reținută la un nivel superior de un perete de reținere, masa reținută a solului tinde să alunece și să-și asume o pantă plană pentru echilibru, care este rezistată de peretele de reținere. Aceasta exercită presiune asupra peretelui de reținere, cunoscut sub numele de presiune laterală a Pământului. De obicei, peretele de reținere este construit mai întâi și apoi solul din spatele peretelui este umplut; prin urmare, solul reținut este adesea numit umplutură. Partea din spate a peretelui este fie verticală, fie ușor înclinată spre verticală, iar presiunea laterală a Pământului este ușor înclinată spre orizontală datorită frecării peretelui și înclinării spatelui peretelui.
mărimea presiunii laterale a pământului depinde de următorii factori:
i. tipul și amploarea mișcării peretelui și tulpina orizontală rezultată în umplere.
reclame:
ii. proprietățile materialului de rambleu, inclusiv densitatea (sec), coeziunea (C) și unghiul de rezistență la forfecare (sec) (sec).
iii. condițiile apelor subterane din rambleu, cum ar fi adâncimea pânzei freatice și proviziile pentru drenaj.
iv. gradul de rugozitate a suprafeței spatelui peretelui de reținere.
v. panta spatelui peretelui de reținere.
reclame:
vi. adâncimea peretelui de reținere, adică înălțimea umpluturii care trebuie reținută.
vii. înclinarea suprafeței de umplere cu orizontală.
viii. sarcini suplimentare pe suprafața de umplere, cum ar fi sarcini de trafic sau construcții suplimentare, dacă există.
tipuri de presiune laterală a Pământului:
există trei tipuri de bază de presiune laterală a Pământului.
reclame:
acestea sunt:
1. Presiunea activă a Pământului.
2. Presiunea pasivă a Pământului.
3. Presiunea Pământului în repaus.
reclame:
aceste trei tipuri de bază ale presiunilor laterale ale pământului sunt discutate mai jos:
1. Presiunea activă a Pământului:
figura 15.1(a) prezintă un perete de susținere de înălțime H cu o rambleu având o suprafață orizontală. Dacă peretele de reținere nu ar fi acolo, umplerea ar presupune o pantă plană stabilă. Știm că solurile fără coeziune își asumă o pantă stabilă egală cu unghiul de frecare internă fără suport lateral. Prin urmare, atunci când un rambleu este reținut, pană de sol deasupra unei anumite pante tinde să alunece și să se îndepărteze de restul rambleului pentru echilibru. Acest lucru tinde să împingă sau să rotească peretele departe de umplutură dacă peretele este liber să se miște sau să se rotească.
mișcarea peretelui departe de rambleu determină extinderea rambleului, rezultând eliberarea de stres, reducând astfel presiunea laterală a Pământului. Astfel, cu cât este mai mare mișcarea peretelui departe de umplutură, cu atât este mai mare tulpina orizontală din umplutură, sub formă de expansiune, și cu atât este mai mică presiunea laterală a Pământului. Inițial, atunci când peretele se află într-o stare de repaus, un element tipic de umplere la orice adâncime este supus stresului vertical datorită greutății proprii a solului deasupra elementului și presiunii laterale a Pământului în direcția orizontală. Starea de stres pentru elementul de sol este reprezentată de cercul lui Mohr (I) din Fig. 15.1(b), unde OB este stresul vertical și OA1 este presiunea laterală a Pământului în repaus.
când presiunea laterală a Pământului tinde să împingă sau să rotească peretele departe de umplutură, mișcarea peretelui departe de umplutură determină extinderea umpluturii, rezultând eliberarea de stres, reducând astfel presiunea laterală a Pământului. Astfel, cu cât este mai mare mișcarea peretelui departe de umplutură, cu atât este mai mare tulpina orizontală din umplutură, sub formă de expansiune, și cu atât este mai mică presiunea laterală a Pământului.
reclame:
acest lucru este prezentat în Fig. 15.1 (b), prin cercul lui Mohr (II), în care XlX = xlx3 = OA2 este presiunea laterală redusă a Pământului, în timp ce tensiunea verticală, egală cu XlX = xlx1 = OB, rămâne constantă. Scăderea presiunii laterale a Pământului determină astfel creșterea diametrului cercului Mohr, determinându-l să se apropie de plicul de avarie al lui Coulomb.
scăderea presiunii laterale a Pământului datorată mișcării peretelui departe de umplutură și expansiunii ulterioare și eliberării de stres continuă până când cercul lui Mohr atinge învelișul de defecțiune al Coulomb al materialului de umplere. Când cercul lui Mohr atinge plicul de eșec, așa cum arată cercul lui Mohr (III) în Fig. 15.1(b), materialul de umplere este pe punctul de a eșua (echilibru limitativ) și nu poate avea loc o scădere suplimentară a presiunii laterale a Pământului. Presiunea minimă laterală a Pământului exercitată asupra peretelui de reținere, atunci când peretele se îndepărtează de umplutură, iar materialul de umplere se află în echilibrul limitativ, este cunoscut sub numele de presiune activă a Pământului.
când peretele se îndepărtează de rambleu, se spune că rambleul este în stare activă și presiunea minimă laterală a Pământului exercitată de rambleu în stare activă în starea sa de echilibru limitativ este cunoscută sub numele de presiune activă a Pământului. Presiunea activă a Pământului apare atunci când cercul de solicitări al lui Mohr în orice punct al umplerii atinge plicul de eșec al lui Coulomb.
presiunea activă a Pământului este notată cu simbolul pa, iar unitățile sale sunt kN/m2, t/m2 sau kgf/cm2. Toți pereții de reținere, care sunt liberi să se miște sau să se rotească, sunt în mod implicit supuși presiunii active a pământului și sunt proiectați să reziste la fel.
2. Presiune pasivă a Pământului:
toți pereții de susținere nu sunt de obicei așezați pe suprafața solului pe partea din față, ci sunt așezați la o anumită adâncime. Prin urmare, peretele de reținere are sol la o anumită adâncime pe partea din față. Când peretele se îndepărtează de umplere din cauza presiunii active a pământului, acesta se deplasează de fapt spre solul din partea din față.
mișcarea peretelui este rezistată de solul din față și exercită o presiune laterală asupra peretelui, într-o direcție opusă celei a presiunii active a pământului, așa cum se arată în Fig. 15.2. De asemenea, mișcarea peretelui spre solul din față determină comprimarea solului, ceea ce, la rândul său, crește presiunea laterală din solul din față.
astfel, cu cât este mai mare mișcarea peretelui spre solul din față, cu atât este mai mare tulpina orizontală din solul din față, sub formă de compresie, și cu atât este mai mare presiunea laterală a Pământului din solul din față opusă celei a presiunii active a Pământului. Acest lucru este prezentat în Fig. 15.3, prin cercul lui Mohr (II), în care XlX = xlx3 = OA2 este presiunea laterală crescută a Pământului, în timp ce tensiunea verticală, egală cu XlX = xlx1 = OB, rămâne constantă. Creșterea presiunii laterale a Pământului determină scăderea diametrului cercului lui Mohr așa cum arată cercurile lui Mohr (II) și (III), iar cercul lui Mohr se reduce la un punct, așa cum este reprezentat de punctele A4 și B, care devin concurente.
creșterea suplimentară a presiunii laterale a Pământului din solul din față o face mai mare decât stresul vertical. În acest stadiu, presiunea laterală a Pământului devine stresul principal major, iar stresul vertical devine stresul principal minor. Acest lucru este arătat de cercurile lui Mohr (IV), (V), (VI) etc., provocând din nou o creștere a diametrului cercului lui Mohr.
creșterea diametrului cercului Mohr îl determină să se apropie de plicul de eșec al lui Coulomb. Creșterea presiunii laterale a Pământului datorită mișcării peretelui spre solul din față și comprimarea consecventă continuă până când cercul lui Mohr atinge învelișul de avarie al Coulomb al solului din față.
când cercul lui Mohr atinge anvelopa de defecțiune, așa cum arată cercul lui Mohr (VIII) în Figura 15.3, solul din față este pe punctul de a eșua (echilibrul limitativ) și nu poate avea loc o creștere suplimentară a presiunii pământului lateral. Presiunea maximă laterală a Pământului exercitată asupra peretelui de reținere, atunci când peretele se deplasează spre solul din față, în timp ce atinge echilibrul limitativ, este cunoscută sub numele de presiune pasivă a Pământului.
când peretele se deplasează spre solul din față, se spune că solul din față este în stare pasivă, iar presiunea maximă laterală a Pământului exercitată de solul din față în stare pasivă în starea sa de echilibru limitativ este cunoscută sub numele de presiune pasivă a Pământului. Presiunea pasivă a Pământului apare atunci când cercul de solicitări al lui Mohr în orice punct al solului din față atinge plicul de eșec al lui Coulomb.
un alt exemplu practic de presiune pasivă a Pământului este cazul cheii de forfecare furnizate sub baza unui perete de reținere. O cheie de forfecare prezentată în Fig. 15.3 este prevăzut pentru a îmbunătăți stabilitatea peretelui împotriva alunecării. Când peretele de reținere se îndepărtează de umplere din cauza presiunii active, cheia de forfecare se deplasează, de asemenea, în aceeași direcție, dar spre solul de sub baza peretelui din partea din față.
aceasta generează o presiune pasivă a Pământului asupra cheii de forfecare. Este notat cu simbolul pP, iar unitățile sale sunt kN/m2, t/m2 sau kgf/cm2. Presiunea pasivă a Pământului este de fapt o forță stabilizatoare care îmbunătățește stabilitatea peretelui de reținere, spre deosebire de presiunea activă a Pământului.
3. Presiunea Pământului în repaus:
figura 15.4 prezintă un perete de susținere a subsolului în care peretele este fixat rigid pe placa subsolului. Prin urmare, peretele de susținere al subsolului este fixat în poziție și nu se poate îndepărta de umplere atunci când este supus presiunii laterale a Pământului. Presiunea laterală a Pământului exercitată de umplutura pe un perete de reținere care este fixat în poziție și nu se poate mișca este cunoscută sub numele de presiune a Pământului în repaus.
este notat cu simbolul p0, iar unitățile sale sunt kN/m2, t/m2 sau kgf/cm2. Pe măsură ce peretele nu se mișcă, presiunea pământului exercitată nu provoacă nicio încordare laterală și, prin urmare, nu există nicio extindere a umpluturii și nici o eliberare de stres. Prin urmare, presiunea Pământului în repaus este întotdeauna mai mult decât presiunea activă a pământului pentru aceeași adâncime a solului.
bontul unui pod este fixat rigid pe placa punții podului și este, de asemenea, fixat în mod similar în poziție și, prin urmare, supus presiunii Pământului în repaus.
astfel, presiunea laterală a Pământului exercitată asupra unui perete de reținere depinde de direcția și întinderea mișcării peretelui. Figura 15.5 prezintă variația presiunii laterale a pământului pe axa y în funcție de mișcarea peretelui. Când peretele se îndepărtează de umplere, presiunea laterală scade odată cu creșterea mișcării peretelui; presiunea minimă laterală a Pământului exercitată pe perete este cunoscută sub numele de presiune activă a Pământului.
când peretele se deplasează spre sol, presiunea laterală a Pământului generată crește odată cu creșterea mișcării peretelui; presiunea maximă laterală a Pământului generată pe perete este cunoscută sub numele de presiune pasivă a Pământului. Presiunea laterală a Pământului exercitată pe perete atunci când peretele este fixat în poziție este cunoscută sub numele de presiune a Pământului în repaus.
derivarea expresiei pentru presiunea Pământului în repaus:
când un material este supus unor solicitări tridimensionale (3D), de-a lungul celor trei axe de coordonate, x, y și respectiv z, tulpina de-a lungul axei x poate fi calculată din principiile mecanicii materialelor ca –
ex = 1/e …(15.1)
unde ex este tulpina orizontală (în direcția X), E este modulul de elasticitate al solului, iar XV este raportul lui Poisson. În cazul presiunii Pământului în repaus-
ex = 0 …(15.2)
XXX = XXX = p0 …(15.3)
Substituirea acestor valori în Eq. (15.1), avem –
ex = 1/E = 0
sau p0 – μ(p0 + σz)= 0 ⇒ p0 – µp0 – μσz= 0 ⇒ p0 – (1 + μ) = μσz
p0 = σz …(15.4)
p0 = K0σz …(15.5)
unde K0 este coeficientul de pământ presiune la odihnă și σz este verticală stres ca urmare a auto-greutatea solului la adâncimea z, unde pământul arteriale in repaus este de a fi calculat –