Pressão do solo nos muros de contenção. Pressão do solo nas estruturas

Os principais elementos de uma cava a céu aberto, cava ou vala sem fixação de talude é a altura H e largura eu saliência, sua forma, inclinação e ângulo de repouso α (arroz. 9.3). O colapso da saliência ocorre mais frequentemente ao longo da linha sol localizado em um ângulo θ em relação ao horizonte. Volume abc chamado de prisma de colapso. Prisma colapsoé mantido em equilíbrio por forças de atrito aplicadas no plano de cisalhamento.

A violação da estabilidade das massas de terra é frequentemente acompanhada pela destruição significativa de pontes, estradas, canais, edifícios e estruturas localizadas em maciços deslizantes. Como resultado da violação da resistência (estabilidade de um talude natural ou talude artificial), são formados elementos característicos deslizamento de terra(arroz. 9.4).

Estabilidade da inclinaçãoé analisado usando a teoria do equilíbrio limite ou considerando o prisma de colapso ou deslizamento ao longo da superfície de deslizamento potencial como um corpo rígido.

Arroz. 9.3. Esquema de declividade do solo: 1 - declividade; 2 - linha deslizante; 3 - linha correspondente ao ângulo de atrito interno; 4 - possível contorno do talude durante o colapso; 5 - prisma de colapso da massa do solo

Arroz. 9.4. Elementos de deslizamento de terra
1 - superfície deslizante; 2 - corpo de deslizamento; 3 - parede do box; 4 - posição do talude antes do deslocamento do deslizamento; 5 - declive rochoso

Estabilidade da inclinação depende principalmente da sua altura e tipo de solo. Para estabelecer alguns conceitos, consideremos dois problemas elementares:

• estabilidade de encostas de solo idealmente solto;
• estabilidade de taludes de um maciço de solo idealmente coeso.

Estabilidade de taludes de solo perfeitamente solto

Consideremos no primeiro caso a estabilidade das partículas de um fluido idealmente de fluxo livre. solo, compondo a inclinação. Para fazer isso, compomos a equação de equilíbrio para uma partícula sólida M, que fica na superfície da encosta ( arroz. 9,5,a). Vamos expandir o peso desta partícula F em dois componentes: normal N para a superfície da encosta AB e tangente T A ela. Ao mesmo tempo, a força T tende a mover a partícula M ao pé da encosta, mas será impedido pela força oposta T" que é proporcional à pressão normal.

Estabilidade de taludes de um maciço de solo perfeitamente coeso

Considerar Estabilidade da inclinaçãoINFERNO alto H k para solo coeso ( arroz. 9.5.6). Um desequilíbrio em uma certa altura limite ocorrerá ao longo de uma superfície plana deslizante DC, inclinado em um ângulo θ em relação ao horizonte, visto que a menor área de tal superfície entre os pontos EM E D terá um avião DC. As forças de coesão específica atuarão em todo este plano COM.

As plataformas que limitam as saliências que não funcionam são chamadas de bermas. Existem bermas de segurança, bermas de limpeza mecânica e bermas de transporte. As bermas de segurança são iguais a 1/3 da distância em altura entre as bermas adjacentes. As bermas de limpeza mecânica costumam ser maiores ou iguais a 8 metros (para chegada de escavadeiras para limpeza de rocha solta).

As bermas de transporte são áreas deixadas no lado não útil da pedreira para a circulação de veículos. As bermas de segurança são plataformas deixadas no lado não útil da pedreira para aumentar a sua estabilidade e reter pedaços de rocha em ruínas. Geralmente eles estão ligeiramente inclinados em direção à inclinação da saliência. As bermas devem ser deixadas após no máximo 3 saliências. O prisma de colapso é a parte instável da saliência entre a inclinação da saliência e o plano de colapso natural e é limitado pela plataforma superior. A largura da base do prisma de colapso (B) é chamada de berma de segurança e é determinada pela fórmula: .

Procedimento para o desenvolvimento de mineração a céu aberto

A ordem de desenvolvimento da mineração a céu aberto dentro de uma pedreira não pode ser definida arbitrariamente. Depende do tipo de jazida em desenvolvimento, da topografia da superfície, da forma da jazida, da posição da jazida em relação ao nível superficial dominante, do seu ângulo de incidência, espessura, estrutura, distribuição por qualidade dos minerais e tipos de sobrecarregar. Uma outra consequência é a escolha do tipo de mineração a céu aberto: superfície, profundidade, terra firme, terra alta ou sopé. A nossa acção posterior é uma decisão preliminar fundamental sobre o campo da pedreira - a sua possível profundidade, dimensões ao longo do fundo e da superfície, ângulos de inclinação dos lados, bem como as reservas totais da massa movida e dos minerais em particular. Também são estabelecidas possíveis localizações de consumidores de minerais, lixões, rejeitos e suas capacidades aproximadas, o que permite traçar possíveis direções e formas de movimentação da carga da pedreira. Com base nas considerações anteriores, são estabelecidas as possíveis dimensões do campo mineiro, a sua localização em relação à topografia superficial, bem como os contornos aproximados do loteamento mineiro do futuro empreendimento. Só depois disso, tendo em conta a capacidade prevista da pedreira, é que se começa a resolver o problema da ordem de desenvolvimento das operações mineiras no âmbito da pedreira. Para acelerar o comissionamento de uma pedreira e reduzir o nível de custos de capital, a mineração começa a ser realizada onde a jazida mineral está mais próxima da superfície. O principal objetivo da mineração a céu aberto é a extração de minerais do subsolo com a escavação simultânea de um grande volume de estéril cobrindo e fechando o depósito, é alcançado com uma organização clara e altamente econômica do principal e mais caro processo de mineração a céu aberto - a movimentação do maciço rochoso das faces até os pontos de recepção em armazéns e lixões (até 40%). A eficiência da movimentação das cargas da pedreira é alcançada pela organização de fluxos estáveis ​​​​de minerais e estéril em relação aos quais são resolvidas as questões de abertura dos horizontes de trabalho do campo da pedreira, bem como das capacidades dos veículos utilizados. As soluções técnicas para a mineração a céu aberto e seus resultados econômicos são determinados pela relação entre o volume de estéril e as operações de mineração em geral e pelos períodos de atividade a céu aberto. Essas proporções são quantificadas usando a taxa de remoção.

Trincheiras íngremes e meias trincheiras

De acordo com o ângulo de inclinação, as valas capitais são divididas em íngremes. Trincheiras íngremes de tipo profundo são geralmente internas. De acordo com a localização em relação à lateral da pedreira, são divididos em transversais e diagonais. Valas transversais íngremes são utilizadas nos casos em que o ângulo total de inclinação da parede da cava é menor. Valas íngremes diagonais são comumente usadas para acomodar transportadores e elevadores de veículos. Trincheiras íngremes são típicas quando bermas de transporte (rampas) são deixadas no lado não útil.

Congressos temporários

A principal diferença entre congressos temporários e deslizantes é a seguinte:

1. As rampas temporárias não se movem (não deslizam) durante a mineração alternada das bordas superiores e inferiores dentro das rampas;

2. A construção de rampas temporárias, via de regra (em rochas duras e semiduras) inclui a perfuração e detonação do bloco rochoso dentro da rampa até a altura da saliência e cravação da rampa, na maioria das vezes com movimentação do declive do piso rochoso explodido. com escavadeira ou trator;

3. O desenvolvimento de congressos antigos é realizado por escavação de rocha explodida com carregamento em transporte rodoviário;

O percurso das saídas temporárias é simples ou circular, o fator de alongamento de um percurso temporário simples depende principalmente da largura da área de trabalho. As saídas de carros podem ser adjacentes aos horizontes na encosta guia, na encosta suavizada (com inserção suave) e no local. A adjacência na encosta principal é típica das saídas nos horizontes superiores, já trabalhados durante a passagem dos carros por essas saídas.

Na resolução de problemas práticos, a partir do estado geral de tensões da massa de solo, costuma-se distinguir em uma tarefa separada a determinação das forças transmitidas pelo solo às faces verticais ou inclinadas da estrutura. Estruturas típicas para as quais a avaliação da pressão do solo E é essencial são vários tipos de muros de contenção (Fig. 6.1, a), paredes de embasamento (Fig. 6.1, b), encontros de pontes (Fig. 6.1, c), estruturas hidráulicas (Fig. 6.1, c), estruturas hidráulicas (Fig. 6.1, c). . 6.1, c). . 6.1, d), cercas de fossos, lintéis, etc.

Arroz. 6.1. Pressão do solo em diversas estruturas.

1 - área (“prisma”) de colapso do solo;

2 - a área (“prisma”) de soerguimento do solo.

Como experimentos e observações de campo mostraram de forma convincente, a pressão do solo E na estrutura depende significativamente da direção, magnitude e natureza dos deslocamentos das faces de contato verticais ou inclinadas da estrutura, ao longo das quais ocorre a interação com a massa do solo.

Considere o efeito dos deslocamentos no exemplo do muro de contenção mais simples (Fig. 6.2). No caso de uma parede seguramente imóvel (Fig. 6.2, c), as deformações do solo ocorrem sem expansão lateral e, portanto, sob a ação apenas do próprio peso do solo, podemos tomar , fórmula 3.23). Neste caso, a pressão lateral total por unidade de comprimento da parede (na direção perpendicular ao plano xz) é determinada como E 0 = ξγ gr h 2 /2. A pressão E 0 é chamada pressão de repouso, visto que o valor do coeficiente ξ em E 0 corresponde ao caso de ausência de deslocamentos laterais do solo.

Arroz. 6.2. A dependência da pressão do solo na magnitude e direção

deslocamento horizontal de uma parede ou estrutura.

Sob a ação da pressão do solo, podem ocorrer deslocamentos U da estrutura para longe do solo de aterro (na Fig. 6.2 tomado com sinal negativo, ou seja, U< 0). При этом в массиве грунта образуются поверхности скольжения, и постепенно формируется область обрушения, которую называют colapso do prisma (cunha)(1 na Fig. 6.2, b). As forças de resistência ao cisalhamento decorrentes do deslocamento do solo levam a uma diminuição da pressão do solo, que, com o valor de deslocamento U a da estrutura, determinado pela formação do prisma de colapso, atinge o valor limite (mínimo), denominado pressão ativa ou impulso E a (Fig. 6.2, a). Como os experimentos demonstraram, para atingir E a são necessários deslocamentos muito pequenos da parede em relação ao solo (U a ≥ (0,0002 ... 0,002) h, onde h é a altura da parede em m).

Muitas vezes, como resultado da ação de forças externas, as estruturas movem-se em direção ao solo. Isso pode se manifestar em estruturas que percebem grandes cargas horizontais, por exemplo, no caso do encontro de uma ponte em arco (Fig. 6.1, c), estruturas hidráulicas (Fig. 6.1, d) como resultado da pressão da água a montante.

Ao mover a parede U para o chão (Fig. 6.2, d), um prisma de elevação(2 na Fig. 6.2, d) e surgem forças de resistência ao cisalhamento que impedem o levantamento. Como resultado, ocorre uma reação cada vez maior do solo ao longo da borda da parede, que no momento da formação do prisma de elevação atinge um valor máximo denominado pressão passiva ou pressão do solo E p (Fig. 6.2, a). Para o desenvolvimento e criação de pressão passiva sobre o solo, é necessário um grande deslocamento U p da parede para o solo, significativamente (em 1 ... 2 ordens de grandeza) excedendo U a. Isto é causado, em particular, pela compactação do solo atrás da parede. Sob a ação de uma carga externa que desloca à força a parede para o solo, o solo é primeiro compactado e só então começa a se formar a superfície deslizante - o soerguimento do solo.

Assim, sob pressão ativaé entendida como a pressão limite do solo de aterro na parede (estrutura) sob condições em que a parede é deslocada do aterro (devido à deformação da base devido à pressão de aterro) e o solo atrás da parede passou para um estado de equilíbrio limite. Pressão passiva- este é o valor limite da reação (pressão reativa) quando a parede é forçada a se mover em direção ao solo sob condições em que o solo atrás da parede entra no estado de equilíbrio limite (dentro do prisma de elevação). Ressaltamos que em relação à estrutura, a pressão ativa é a ativa, e a pressão passiva é a força reativa. A pressão ativa sobre o solo pode ser uma das razões para a perda de estabilidade de uma estrutura ou parede (cisalhamento, rolamento e tombamento).

Para determinar as pressões ativas e passivas em estruturas maciças de alta rigidez na prática de projeto, geralmente são utilizadas soluções aproximadas, baseadas nos conceitos da teoria do equilíbrio limite (LFT - ver Seção 3.1), considerados a seguir.

AGÊNCIA FEDERAL DE EDUCAÇÃO

INSTITUIÇÃO ESTADUAL DE ENSINO SUPERIOR PROFISSIONAL

Universidade Estadual de Vyatka

Faculdade de Construção e Arquitetura

Departamento de Ecologia e Segurança Industrial

B.I.Degterev organização segura de terraplenagem

Diretrizes

para exercícios práticos

Disciplina "Segurança de vida"

Publicado por decisão do conselho editorial e editorial da Vyatka State University

CDU 658.345:614.8(07)

Degterev B.I. Organização segura de terraplenagens. Orientações para exercícios práticos da disciplina “Segurança de vida”. - Kirov: Editora de VyatGU, 2010. - 12 p.

As diretrizes consideram as principais causas de acidentes de trabalho durante trabalhos de terraplenagem. São fornecidos métodos para calcular perfis de taludes e fixar paredes de fossas e valas. Os materiais de referência necessários são fornecidos e as ilustrações são apresentadas. Tarefas compiladas para cálculos.

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©B.I.Degterev, 2010

© Universidade Estadual de Vyatka, 2010

Construindo um perfil de declive. Cálculo da fixação das paredes de fossas e valas

Os principais tipos de terraplenagem na construção industrial e civil são o desenvolvimento de fossas, valas, planejamento de canteiros, etc. Uma análise das lesões na construção mostra que as obras de terraplenagem são responsáveis ​​por cerca de 5,5% de todos os acidentes; do total de acidentes com desfecho grave para todos os tipos de trabalho, 10% estão associados a terraplanagens.

A principal causa de lesões durante a terraplenagem é o colapso do solo, que pode ocorrer devido a:

a) ultrapassar a profundidade padrão de escavação sem fixadores;

b) violação das regras para desenvolvimento de valas e fossas;

c) disposição inadequada ou insuficiente estabilidade e resistência das fixações das paredes de valas e fossas;

d) desenvolvimento de fossas e valas com taludes insuficientemente estáveis;

e) a ocorrência de cargas adicionais não contabilizadas (estáticas e dinâmicas) provenientes de materiais de construção, estruturas, mecanismos;

f) violação da tecnologia de terraplenagem estabelecida;

g) a ausência de sistema de drenagem ou sua disposição sem levar em conta as condições geológicas do canteiro de obras.

1. Dispositivo de inclinação

Os principais elementos de uma cava a céu aberto, cava ou vala sem fixação têm as larguras indicadas na Figura 1 eu e altura h saliência, formato da saliência (plana, quebrada, curvilínea, escalonada), ângulo de inclinação α , inclinação da encosta (relação entre a altura da encosta e seu início h : eu).

Arroz. 1 - elementos geométricos da saliência:

hé a altura da saliência; eué a largura da saliência; θ - ângulo limite

equilíbrio de declives; α é o ângulo entre o plano de colapso e

horizonte; ABC - prisma de colapso; φ - ângulo de repouso

Estabelecer uma altura segura de saliência, declividade de taludes e largura de berma mais conveniente é um procedimento importante no desenvolvimento de fossos e valas, cuja eficiência e segurança das obras de terraplenagem dependem de sua correta execução.

É permitida a realização de trabalhos relacionados com a presença de trabalhadores em escavações com taludes sem fixações em solos graneleiros, arenosos e silto-argilosos acima do nível do lençol freático (tendo em conta a ascensão capilar) ou solos drenados por desidratação artificial na profundidade da escavação e a inclinação das encostas especificadas na tabela 1.

Na estratificação de vários tipos de solo, a declividade das encostas é atribuída de acordo com o tipo menos estável desde o colapso da encosta.

A inclinação das encostas das escavações com profundidade superior a 5 m em todos os solos (homogêneos, heterogêneos, umidade natural, alagados) e com profundidade inferior a 5 m quando o fundo da escavação estiver abaixo do nível do lençol freático deve ser estabelecido por cálculo.

tabela 1

Inclinação normativa da encosta em h≤ 5 m de acordo com SNiP

O cálculo pode ser realizado de acordo com o método de N. N. Maslov, estabelecido em. Em todos os casos, o talude estável deverá ter um perfil de talude variável que diminui com a profundidade da escavação. A metodologia leva em consideração os seguintes fatores:

a) alteração nas características do solo em suas camadas individuais;

b) a presença de carregamento adicional da berma do talude com carga distribuída.

Ao calcular a inclinação do declive, o perfil é definido para suas camadas individuais com uma espessura Δ Z= 1 ... 2 m, que deve estar vinculado à estratificação natural das camadas deste solo.

O esquema para construção de um perfil de talude é mostrado na Figura 2.

Fórmulas de cálculo para coordenadas X eu, m, tem o seguinte formato:

a) para o caso geral de berma carregada ( R 0 > 0)

, (1)

R 0

X 0

Z eu h

α eu

X eu

Arroz. 2 - esquema de construção de perfil de talude

b) para o caso especial de berma descarregada ( R 0 = 0)

. (2)

Nas fórmulas (1) e (2), são aceitas as seguintes notações:

UMA =γ · Z eu · tgφ;

B=P 0 · tgφ + C;

γ - peso volumétrico do solo, t/m 3;

COM- coesão específica do solo, t/m 2;

R 0 - carga uniformemente distribuída pela superfície do talude, t/m2.

É conveniente resumir os resultados do cálculo em uma tabela (Tabela 2).

Com base nos dados de cálculo, é construído um perfil de talude igualmente estável.

mesa 2

Cálculo do perfil de um talude igualmente estável de acordo com o método de N. N. Maslov

Exercício 1

Ao realizar trabalhos de escavação relacionados à escavação da cava, é possível o colapso do solo e ferimentos aos trabalhadores. Para evitar um acidente, é necessário calcular a inclinação admissível da escavação nas profundidades de 5 e 10 m para solo argiloso.

Para um poço com 5 m de profundidade:

a) determinar o ângulo entre a direção da encosta e a horizontal e a relação entre a altura da encosta e a sua localização;

b) esboce a borda do poço.

Para um poço com 10 m de profundidade:

a) calcular o perfil de uma encosta igualmente estável, resumir os dados em uma tabela em forma de tabela. 2;

b) de acordo com a tabela de cálculo, construir um perfil de talude.

Pegue os dados iniciais da tabela 3.

Tabela 3

Dados iniciais para tarefa 1