Ωθήσεις γαιών σε αντηριδωτούς τοίχους

Ντόκο, Κατερίνα

Earth pressures on strutted walls

Διπλωματική εργασία

Author

Ντόκο, Κατερίνα

Date

2023-07-26

Advisor

Belokas, Georgios

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΝΤΟΚΟ ΚΑΤΕΡΙΝΑ_SIGNED_FIN.pdf (9.478Mb)

Keywords

Τοίχοι αντιστήριξης ; Ωθήσεις γαιών ; Αντηριδωτός τοίχος ; Διάγραμμα ωθήσεων γαιών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εστιάζει στο πως επηρεάζουν οι πλευρικές ωθήσεις γαιών έναν αντηριδωτό τοίχο αντιστήριξης που βρίσκεται σε αμμώδες έδαφος. Γίνεται σύγκριση διαφόρων διαγραμμάτων περιβαλλουσών ωθήσεων γαιών , που έχουν προταθεί με την πάροδο των χρόνων από διάφορους ερευνητές , όπως οι Terzaghi – Peck , Tschebotarioff, Sabatini και Twine-Roscoe. Στην παρούσα εργασία, διερευνήθηκαν μεθοδολογίες επίλυσης των βαθιών εκσκαφών και ειδικότερα συγκρίθηκαν εμπειρικές μέθοδοι στατικής επίλυσης με αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων. Στο Κεφάλαιο 1 έγινε μια θεωρητική έρευνα στην οποία βασίστηκαν οι υπολογισμοί του προβλήματος και στο Κεφάλαιο 2 έγιναν αναλυτικές αναφορές στις ωθήσεις γαιών και τον υπολογισμό τους κατά τους Rankine και Coulomb. Στο Κεφάλαιο 3 έγινε εκτενέστερη αναφορά σε θεωρίες ερευνητών για το πως επηρεάζουν οι ωθήσεις γαιών έναν αντηριδωτό τοίχο, οι οποίες είναι βασισμένες σε περιβάλλουσες διαγραμμάτων των ωθήσεων σε συνεκτικά και μη συνεκτικά εδαφικά υλικά. Στη συνέχεια στο Κεφάλαιο 4 έγινε στατική επίλυση του προβλήματος με βάση τις ημι-εμπειρικές μεθόδους (ισοστατικών δοκών και κατανομής του φορτίου) που αναλύθηκαν στο Κεφάλαιο 3, μεταβάλλοντας κάθε φορά την γωνία εσωτερικής τριβής φ’ της άμμου και στο Κεφάλαιο 5 έγινε η ίδια επίλυση με πεπερασμένα στοιχεία, με την βοήθεια του λογισμικού Phase2 8.0. Επιλέχθηκαν δυο τύποι αντηρίδας, Α και Β, που διέφεραν στο μέτρο ελαστικότητας μεταξύ τους. Ο κάνναβος πεπερασμένων στοιχείων από ορθογωνικά στοιχεία σχεδιάστηκε έτσι ώστε να είναι 10 μέτρα το βάθος και 50 μέτρα το πλάτος για τις ενεργητικές ωθήσεις ενώ 100 μέτρα το πλάτος για τις παθητικές ωθήσεις, να επαρκούν, για να μην υπάρχει επίδραση των συνοριακών συνθηκών. Σκοπός ήταν να γίνει σύγκριση μεταξύ των εμπειρικών μεθόδων με την αριθμητική επίλυση και να βρεθούν οι αξονικές δυνάμεις σε κάθε αντηρίδα για τις διάφορες περιπτώσεις. Γενικά υπάρχουν διαφορές στις τιμές των αξονικών δυνάμεων σε κάθε αντηρίδα, μεταξύ της μεθόδου των ισοστατικών φορέων και της μεθόδου κατανομής του φορτίου με τις αναλύσεις των πεπερασμένων στοιχείων. Πιο συγκεκριμένα, για την αντηρίδα A σε όλες τις αναλύσεις, το εκτιμώμενο φορτίο της με εφαρμογή περιβαλλουσών ωθήσεων είναι κατά 63.42 έως 78.32% μεγαλύτερο σε σχέση με το υπολογισμένο φορτίο από τις αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων. Αντίστοιχα, στις δύο βαθύτερες το εκτιμώμενο φορτίο της πρώτης αντηρίδας με εφαρμογή περιβαλλουσών ωθήσεων είναι κατά 14.95 έως 53.11% μικρότερο σε σχέση με το υπολογισμένο φορτίο από τις αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων. Δηλαδή, η απόκλιση είναι μεγάλη στα μικρά βάθη και συνεπώς οι μέθοδοι περιβαλλουσών ωθήσεων γαιών είναι κατάλληλες μόνο για προκαταρκτικές αναλύσεις, για την αρχική επιλογή της διατομής της αντηρίδας.

Abstract

This thesis focuses on how lateral earth pressures affect a strutted wall located in a sandy soil. A comparison is made of various earth pressure envelope diagrams, which have been proposed over the years by various researchers, such as Terzaghi – Peck, Tschebotarioff, Sabatini and Twine – Roscoe. In this research, methodologies for the solution of deep excavations were investigated and in particular, empirical static solution methods were compared with finite element analyses. In Chapter 1, a theoretical investigation was made on which the problem’s calculations were based on and in Chapter 2 detailed references were made to earth pressures and their calculation according to Rankine and Coulomb. In Chapter 3, a more extensive reference was made to the researchers’ theories of how earth pressures affect a retaining wall, which are based on earth pressure envelope diagrams in cohesive and non-cohesive soil materials. Then, in Chapter 4, a static solution of the problem was performed based on the semi-empirical methods (isostatic beam and load distribution) which were discussed in Chapter 3, varying each time the internal friction angle φ’ and in Chapter 5 the same solution was performed with the finite element method, using Phase2 8.0 software. Two types of struts, A and B, were chosen, which differed from each other in the elastic modulus. The finite element cantilever of rectangular elements was designed, the of depth 10 m and the width of 50 m for the active pressures and 100 m for the passive pressures, in order to be sufficient and avoid the effect of boundary conditions. The aim was to compare the empirical methods with the numerical analysis and to find the axial forces in each strut for the different cases. In general, there are differences in the values of the axial forces on each strut between the isostatic beam method and the load distribution method with the finite element analysis. Specifically, for strut A in all analyses, its estimated load by applying ambient pressure is 63.42 to 78.32% greater than the calculated load from the finite element analysis. Similarly, in the two deepest ones, the estimated load of the first strut by applying the earth pressure methods is 14.95 to 53.11% smaller than the calculated load from the finite element analysis. That is, the discrepancy is large at sallow depths and therefore, the earth pressure envelopes methods are only suitable for initial selection of the strut cross-section.