Έλεγχοι σχεδίασης τοίχων αντιστήριξης σύμφωνα με το ACI 318-19

Κατά τη διαδικασία σχεδίασης τοίχου αντιστήριξης από σκυρόδεμα, το πρώτο βήμα είναι να ορίσουμε το προκαταρκτικές διαστάσεις και ελέγξτε το σταθερότητα αυτής της προκαταρκτικής γεωμετρίας κατά ανατροπή, ολίσθηση, Στην περίπτωση που η βάση εκτείνεται επίσης μακριά από το συγκρατημένο έδαφος. Η ολοκλήρωση αυτών των ελέγχων ευστάθειας περιλαμβάνει τον υπολογισμό όλων των δυνάμεων που ασκούνται στη δομή συγκράτησης. Αυτά τα φορτία, όταν συνυπολογίζεται, είναι τα στοιχεία που απαιτούνται για τη διενέργεια ελέγχων σχεδιασμού στον τοίχο αντιστήριξης από σκυρόδεμα και τη διασφάλιση των διαστάσεων και του παρεχόμενου οπλισμού, θα είναι σε θέση να αντέξει τα τελικά φορτία κατάστασης. Using our Retaining Wall Design Software, it is possible to perform the stability checks required during the process of a concrete retaining wall design.

Try our Retaining Wall Calculator

Συνοψίζοντας, Οι έλεγχοι σχεδιασμού στα διάφορα εξαρτήματα ενός τοίχου αντιστήριξης από σκυρόδεμα περιλαμβάνουν:

• η δύναμη τριβής που θα αποτρέψει την ολίσθηση του τοίχου είναι το συνολικό κατακόρυφο φορτίο πολλαπλασιαζόμενο με τον συντελεστή τριβής εδάφους-σκυροδέματος που ορίζεται για το εδαφικό υλικό υποδομής και η δύναμη ολίσθησης είναι το αποτέλεσμα της πλευρικής πίεσης του εδάφους που διατηρείται και της πίεσης που σχετίζεται με την παρουσία επιβάρυνσης
  • Κρίσιμο τμήμα: Βρίσκεται στη βάση του στελέχους, στην πρόσοψη της βάσης του τοίχου αντιστήριξης. For shear strength check, ACI 318 allows using the section at a distance ρε from the base as the critical one.
  • Δρούσες δυνάμεις: Διατηρήθηκε η ενεργός πίεση του εδάφους και η πρόσθετη πίεση που προέρχεται από επιπρόσθετα φορτία.
  • Επιπτώσεις προς έλεγχο: Flexure and shear at the critical section cantilever retaining wall’s stem.
• Φτέρνα
  • Κρίσιμο τμήμα: Βρίσκεται στη διεπαφή μεταξύ του στελέχους και της βάσης του τοίχου. For shear strength check, ACI 318 allows using the section at a distance ρε from the interface as the critical one.
  • Δρούσες δυνάμεις: Διατηρημένο βάρος εδάφους, heel self-weight, και προσαύξηση κάθετης δράσης. Soil pressure below the base could be included, but is usually neglected for being conservative.
  • Επιπτώσεις προς έλεγχο: Shear and flexure at the critical section cantilever retaining wall’s heel.
• Δάχτυλο του ποδιού
  • Κρίσιμο τμήμα: Located at the face of the stem. For shear strength check, ACI 318 allows using the section at a distance ρε from the face of the stem as the critical one.
  • Δρούσες δυνάμεις: Πίεση κάτω από το δάχτυλο του ποδιού. Το παθητικό αυτο-βάρος του εδάφους που δρα πάνω από το δάχτυλο του ποδιού συνήθως παραμελείται, καθώς μπορεί να διαβρωθεί ή να αφαιρεθεί.
  • Επιπτώσεις προς έλεγχο: Shear and flexure at the critical section cantilever retaining wall’s toe.
• Κλειδί διάτμησης (εάν περιλαμβάνονται)
  • Κρίσιμο τμήμα: Βρίσκεται στη διεπαφή μεταξύ του κλειδιού διάτμησης και της βάσης τοίχου.
  • Δρούσες δυνάμεις: Παθητική πίεση εδάφους.
  • Επιπτώσεις προς έλεγχο: Shear at the critical section cantilever retaining wall’s key.

Load Factors as per ACI-318

When performing a design check on a concrete cantilever retaining wall as per the requirements of ACI-318, all the external forces that act on the structure and generate an internal force at the critical section, are factored in according to their nature, ως εξής:

• For lateral earth pressures, due to the soil’s weight and additional loads, the factor for calculating ultimate state loads is \(1.6\)
• For the structure’s self-weight, the factor for calculating ultimate state loads is \(1.2\)

Those factors reflect the probability of exceeding the calculated “exact” αξία, for the case of the structure’s self-weight, the probability of being exceeded is quite low, and therefore the factor is close to 1.0, ωστόσο, external forces such as the weight and lateral pressure of the retained soil and the surcharges are more likely to take a higher value, and that’s why the load factor is closer to 2 than to 1.

Resistance reduction factors as per ACI-318

Apart from increasing the forces acting on the structure, its resistance is also reduced by applying some factors, following the LRFD (Σχεδιασμός συντελεστή φόρτωσης και αντίστασης) approach. Each resistance value is reduced as follows:

• For flexure resistance, assuming the member is tension controlled, the reduction factor is \(0.9\)
• For shear resistance, the reduction factor is \(0.75\)

Design requirements as per ACI-318

Comparing the ultimate state internal forces to the reduced member resistance to that internal force, it is possible to determine whether the provided concrete section and embedded reinforcement are strong enough or not. This can be expressed in the following two equations:

• For nominal moment resistance \(M_n\) and ultimate state moment \(M_u\)

\(\phi \; M_n \geq M_u\)

• For nominal shear resistance \(V_n\) and ultimate state shear force\(V_u\)

\(\phi \; V_n \geq V_u\)

Additional requirements as per ACI-318

Apart from fulfilling the requirements mentioned above, ACI-318 presents some additional requirements for successfully completing a Concrete Retaining Wall Design:

• The reinforcement calculated for flexure on any component of the structure is checked against the beam minimum required flexural reinforcement. According to ACI-318, the beam formula is used instead of the one-way slab formula because of the lack of redundancy:

\(ΕΝΑ_{μικρό, \; ελάχ} = frac{3 \τ.μ.{f'_c}}{f_y} b_w d\)

• Once the required steel area for flexure is calculated, the section is checked to ensure it is tension controlled, in other words making sure that the reinforcement steel yields before concrete cracks:

\(\varepsilon_t = \frac{\varepsilon_c}{ντο}(d-c) > 0.005\)

Οπου \(c = frac{ένα}{\βήτα_1}\), \(α = 1.31 A_s\), \(\varepsilon_c = 0.003\) (assuming concrete cracks at that strain level), και \(d\) is the distance from the compression edge to the center of the reinforcement in tension.

• Some minimum transverse reinforcement area is calculated for each component of the Cantilever Concrete Retaining Wall, using the ratios given in Table 11.6.1 of ACI-318
• Development and splice lengths are also calculated for each component of the Cantilever Concrete Retaining Wall, using the criteria given in 25.4.2 of ACI-318

SkyCiv Retaining Wall Calculator

Η SkyCiv προσφέρει μια δωρεάν Αριθμομηχανή Τοίχων αντιστήριξης που θα ελέγχει την ολίσθηση σε τοίχο αντιστήριξης και θα πραγματοποιεί ανάλυση σταθερότητας στους τοίχους αντιστήριξής σας. Η SkyCiv προσφέρει μια δωρεάν Αριθμομηχανή Τοίχων αντιστήριξης που θα ελέγχει την ολίσθηση σε τοίχο αντιστήριξης και θα πραγματοποιεί ανάλυση σταθερότητας στους τοίχους αντιστήριξής σας, Η SkyCiv προσφέρει μια δωρεάν Αριθμομηχανή Τοίχων αντιστήριξης που θα ελέγχει την ολίσθηση σε τοίχο αντιστήριξης και θα πραγματοποιεί ανάλυση σταθερότητας στους τοίχους αντιστήριξής σας, Στην περίπτωση που η βάση εκτείνεται επίσης μακριά από το συγκρατημένο έδαφος, Η SkyCiv προσφέρει μια δωρεάν Αριθμομηχανή Τοίχων αντιστήριξης που θα ελέγχει την ολίσθηση σε τοίχο αντιστήριξης και θα πραγματοποιεί ανάλυση σταθερότητας στους τοίχους αντιστήριξής σας! With the paid account, it is also possible to perform design checks as per ACI on the retaining wall.

Υπολογιστής τοίχου αντιστήριξης