Duboko temeljenje

TANJA ROJE-BONACCI

DUBOKO TEMELJENJE I POBOLJŠANJE TEMELJNOG TLA

SVEUČILIŠTE U SPLITU, GRAĐEVINSKO–ARHITEKTONSKI FAKULTET

Split, 2008.

1

UVOD

1

2

OSNOVNE VRSTE TEMELJENJA

4

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3 3.1 3.2 4 4.1 4.2 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12

4 7 7 10 11 11 12

PLITKO TEMELJENJE PRODUBLJENO TEMELJENJE DUBOKO TEMELJENJE HIBRIDNO TEMELJENJE TEMELJENJE NA POBOLJŠANOM TLU POSEBNE VRSTE TEMELJA PODTEMELJNE GRAĐEVINE

ODABIR NAČINA I DUBINE TEMELJENJA ODABIR PREMA ZAHTJEVIMA GRAĐEVINE

O DABIR PREMA KRITERIJU DOZVOLJENOG SLIJEGANJA DUBOKO TEMELJENJE

14 14 15 16

PODJELA DUBOKIH TEMELJA PREMA STUPNJU POREMEĆAJU OKOLNOG TLA 16

P R IJ ENOS SILA KOD DUBOKIH TEMELJA PILOTI

19 34

O PĆENITO

34 PODJELA PILOTA PREMA NAČINU IZVOĐENJA 38 PODJELA PILOTA PREMA VRSTI MATERIJALA 39 PRIJENOS SILA 41 P RORAČUNI NOSIVOSTI PILOTA 42 N EGATIVNO TRENJE 58 P ILOT OPTEREĆEN VODORAVNOM SILOM 60 S LIJEGANJE PILOTA 77 G RUPE PILOTA 78 P RIMJENA EUROCODE 7 U PROJEKTIRANJU PILOTA 85 POGLAVLJE 7 E UROKODA 7 – PILOTI E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED . V RSTE I NAČINI IZVOĐENJA PILOTA 103

6

DUBOKI MASIVNI TEMELJI ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

7

VLAČNI TEMELJI

7.1 7.2 7.3

O PĆENITO 5.2 P LITKI VLA Č NI TEMELJI DUBOKI VLA Č NI TEMELJI

ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED . E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED . E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED .

3

1

UVOD

TEMELJ je dio građevine kojim se opterećenja iz KONTROLIRANE građevine prenose u PRIRODNU sredinu, tlo, na način da građevina bude trajno upotrebljiva. TEMELJ je sastavni dio svake građevine, a oblik temelja i dubina temeljenja ovise o vrsti građevine i osobinama tla ispod nje. Temelj nikad nije sam sebi svrha. Na slici 1.1 prikazani su osnovni pojmovi vezani uz temelj.

dodirni pritisak dubina temeljenja D

f

površina tla p

0

temeljna ploha

širina temelja B Slika 1.1 Osnovni pojmovi kod temelja Izbor načina temeljna može se prikazati dijagramom kao na slici 1.2. Način temeljenja ovisan je o nizu čimbenika koje je potrebno utvrditi prije projektiranja temelja. U protivnom temeljenje može biti ograničavajući čimbenik u ostvarenju projektirane građevine kako tehnički tako pogotovo ekonomski. Iz tog razloga potrebno je vrlo pažljivo pristupiti radnjama opisanim na slici 1.2 . PRIKUPLJANJE PODATAKA O GRAĐEVINI, POJEDINOSTIMA IZ PROJEKTA I PODATAKA O PODTEMELJNOM TLU PODACI O GEOLOGIJI LOKACIJE PRIKUPLJANJE PODATAKA O TEMELJENJU SUSJEDNIH GRAĐEVINA PROGRAM I IZVEDBA ISTRAŽNIH RADOVA OCJENA PODATAKA I ODABIR NAČINA TEMELJENJA PLITKO TEMELJENJE

DUBOKO TEMELJENJE

HIBRIDNO TEMELJENJE

TEMELJENJE NA POBOLJŠANOM TLU

Slika 1.2 Postupak projektiranja temeljenja (Collin, 2002. i Lymon i dr. 2006.) Collin daje izbor između tri mogućnosti. Njegov prijedlog moguće je i proširiti. Tako Lymon i drugi (2006.) uvodi pojam HIBRIDNOG TEMELJENJA. Radi se o kombinaciji pilota i ploča za potrebe temeljenja izrazito visokih zgrada. Metoda nije 1

nova, spominje se još 1996. (El-Mossallamy), ali joj je tek Lymon dao odgovarajući naziv. Za odabir vrste i načina temeljenja, osim u najjednostavnijim slučajevima plitkog temeljenja, često je presudan izvođač i oprema s kojom isti raspolaže. Nerijetko izvođači, za vlastitu tehnologiju, nude i vlastite projekte. Kako se tehnologija i dalje razvija tako se mogućnosti temeljenja šire do neslućenih razmjera. U posljednjih dvadesetak godina pojavilo se niz novih tehnologija u području dubokog temeljenja. To se posebno odnosi na tehnologije izrade stupnjaka – pilota. Tu se može ukazati na tehniku mlaznog injektiranja, tehniku izrade mikropilota, tehnniku miješanja ja licu mjesta (Mixed in place, MIP) i raznih vrsta nabijenih, šljunčanih pilota sa ili bez dodatka veziva i armatura. Nove tehnologije izbrisale su oštru granicu između nosivih, čvrstih tijela, pilota, uglavnom armiranih i poboljšanja temeljnog tla mikropilotima, šljunčanim pilotima i mlazno injektiranim pilotima. U tom smislu upozorava se čitatelj da je na geotehničaru vrlo ozbiljna odluka kako će tretirati neku od mjera poboljšanja tla. Dok je kod pilota djelovanje jasno, kod nekih od novih tehnologija učinci se miješaju, što može biti opasno po građevinu koja se na takve temelje polaže. Tehnika mlaznog injektiranja razvila se iz injektiranja za potrebe brtvljenja pri izgradnji velikih brana. Izgradnja velikih brana je danas gotovo zaboravljena, ali je tehnologija injektiranja ostala, napredovala i preobrazila se u vrlo korisnu tehnologiju za izvedbu između ostalog i dubokih temelja. To naravno ne isključuje klasične izvedbe pilota, ali bitno širi mogućnost njihove primjene. Tehnika izrade mikropilota razvila se iz potrebe izvedbe pilota na mjestima gdje je teško doprijeti u tlo glomaznim strojevima, kao na pr. kod sanacije starih temelja kada je potrebno raditi u niskim podrumima. Osim te primjene mikropiloti su u upotrebi kao mjera poboljšanja temeljnog tla. Nose razne nazive i izvode se na razne načine i od različitih materijala, ali se sve svodi na isto, tj. na stupove malih promjera izvedene na licu mjesta ili zabijene u tlo. Tehnologije su vrlo različite. Betonski mikropiloti mogu imati armaturu u središtu poprečnog presjeka. Armatura je obavijena malterom metodom injektiranja. Sve ostalo su varijante. Tehnika izvedbe poboljšanja tla, koju u svom dijagramu odlučivanja spominje Collin (2002.), sastoji se od niza različitih zahvata. To može biti poboljšanje 2

svojstava izvedbom šljunčanih pilota, izvedenih različitim tehnologijama, ali u suštini istog smisla; povećanja gustoće podtemeljnog tla i ubrzanja procesa konsolidacije učinkom radijalnog dreniranja. Može biti dinamička stabilizacija, nabijanje površine tla teškim utegom koji sustavno slobodno pada kao i dubinsko vibriranje tla. Tu spada i zamjena površinskih slojeva tla uz upotrebu geotekstila koji tlu dodaje vlačnu čvrstoću i omogućuje odvajanja slojeva razne krupnoće bez potrebe izvedbe filtarskog sloja. U poboljšanje podtemeljnog tla spadaju razne tehnike zamjene temeljnog tla mješavinom tla i veziva. I posljednje, ali ne i konačno, tu spadaju različite tehnike izvedbe mikropilota, mlazno injektiranih stupnjaka i slični podtemeljni zahvati U ovom radu pokušati će se prikazati neka novija tehnološka dostignuća u posebnim zahvatima kod temeljenja. Pri tom valja napomenuti da se gotovo svakodnevno pojavljuju novosti u tehnološkim mogućnostima ali osnovna ideja ostaje ista. KAKO GRADITI NA LOŠEM TLU ZAHTJEVNE GRAĐEVINE U BILO KOJEM SMISLU. Za podsjetnik čitatelju navesti će se samo nekoliko primjera: -

temeljenje nebodera;

-

izgradnja mostova u dubokoj vodi na mulju;

-

izgradnja gradova na nepodesnim terenima,

-

temeljenje naftnih platformi, itd. (čitateljima je prepuštena nadopuna).

3

2

OSNOVNE VRSTE TEMELJENJA

Klasifikacija temeljenja po vrstama naizgled je jednostavna. Razni autori priklanjaju se raznim podjelama prema vlastitom iskustvu i nahođenju. U ovom radu prikazat će ih se nekoliko, s tim da je detaljna podjela prijedlog autora, kao rezultat dugogodišnjeg iskustva. Jednu od podjela dao je Meyerhof (1951.) na način prikazan na slici 2.1. To je teoretska podjela po odnosu tla izvan temelja i položaja temeljne plohe, a služi za određivanje faktora nosivosti N c i N γ . Da bi problem mogao riješiti, Meyerhof je morao odabrati geometriju koja će poslužiti za određivanje potrebnih jednadžbi ravnoteže. Da bi riješio postavljenu zadaću Meyerhof dijeli temelje na one kružnog poprečnog presjeka i kavdratičnog poprečnog presjeka. a)β= -90°

β

b)-90° 20

Pijesak ili pjeskovito tlo iznad sloja čvrste gline

1.25 0.75 - 1.25

< 20 (> 8) > 20

Meka glina ili prah iznad sloja čvrste gline

0.40 0.70

30

< 20 (> 8) > 20

Čvrsto kohezivno tlo bez nadsloja

0.40 0.40 - 0.90

Veličina koeficijenta pritiska tla na plašt temelja (K S ) izrazito je ovisna o uvjetima u tlu koji su uspostavljeni nakon ugradnje dubokog temelja. Kod kopanih dubokih temelja tlo se razrahljuje te ova vrijednost može pasti na vrijednost koeficijenta aktivnog tlaka K A . Kod zabijenih dubokih temelja tlo se oko temelja zbija, te vrijednosti koeficijenta pritiska tla na plašt temelja mogu narasti do veličine koeficijenta pasivnog otpora tla K P . U idealnim uvjetima, kada bi mogli tlo zamijeniti temeljem, a da nema vodoravnih deformacija u tlu, K S bi trebao odgovarati koeficijentu tlaka mirovanja K 0 . Tablica 4.6. Odnos adhezije (c a ) i kohezije (c u ) u nedreniranim uvjetima za bušene pilote u koherentnom materijalu (prema Vesić, 1967.) Vrsta tla

Faktor adhezije

Vrijednost

Londonska glina

ca / cu

0.25-0.7

Osjetljiva glina

ca / cr

1.0

Golder (1957)

Glina koja buja

ca / cu

0.5

Mohan & Chandra (1961)

4.2.2.4

Referenca Tomlinson (1957)

Nosivost trenjem po plaštu u nekoherentnom tlu

Granična nosivost trenjem po plaštu u nekoherentnom tlu određena je posmičnom čvrstoćom (q t ) između plašta temeljne konstrukcije i tla u dodiru, koja prema izrazu (4.11) za nekoherentno tlo ima oblik q t = K s γz tgδ

(4.15)

odnosno izraz za ukupnu silu koja se može prenijeti trenjem preko plašta postaje: QP =

1 L O ∫ O q t dz = F Fs o s

L

∫ [K s γ z tgδ] dz

(4.16)

o

Neke vrijednosti koeficijenta pritiska tla na plašt K s i kuta trenja plašt-tlo δ, prikazane su u tablicama 4.7 i 4.8 kao iskustvene vrijednosti koje se koriste u praksi. Vrijednosti veličina K s i δ ovise o vrsti tla, gradivu od kojeg je izrađen temelj, obradi površine plašta i načinu ugradnje dubokog temelja u tlo. 31

Za posmičnu čvrstoću između plašta i tla izraženu pomoću jediničnog otpora trenjem f s u nekoherentnim materijalima može se upotrijebiti izraz (4.14). Neke vrijednosti veličine f s za temelje u nekoherentnim materijalima date su u tablici 4.9. Tablica 4.7 Približne vrijednosti Ks za neke zabijene pilote (prema Poulos&Davis, 1980.) Vrsta materijala pilota

Vrijednost K s

beton

1.5 ± 10 %

čelik okrugli presjek

1.1 ± 10 %

čelik H presjek

1.6 ± 10 %

Tablica 4.8 Vrijednosti K s i δ za zabijene pilote prema Broms, 1966. (iz Cernica, 1995.) Ks

Vrsta materijala pilota

δ

mala relativna gustoća tla

velika relativna gustoća tla

čelik

20°

0.5

1.0

beton

3/4 ϕ

1.0

2.0

drvo

2/3 ϕ

1.5

4.0

Tablica 4.9 Prosječne vrijednosti jediničnog otpora trenjem f s za temelj ravnih površina plašta u nekoherentnom materijalu u ovisnosti o relativnoj gustoći (prema Cernica, 1995. )

Dr

Prosječna vrijednost jediničnog otpora trenjem f s (kPa)

< 0.35

10

0.35 - 0.65

10-25

0.65 - 0.85

25-70

> 0.85

70 - 110

Relativna gustoća tla

4.2.2.5

32

Nosivost trenjem po plaštu u stijeni

Iako je na izgled besmisleno izvoditi duboke temelje, u ovom slučaju pilote, na način da im je značajni dio izveden u stijeni, u praksi se to ipak događa. U tom slučaju trenje po plaštu postaje vrijedno pažnje, naročito ako se radi o pilotima većih promjera – pilonima. Postoji značajna literatura koja se bavi samo ovom problematikom (Willie, 1991). Novija istraživanja ukazala su na znatan utjecaj trenja po plaštu kod ovakvih dubokih temelja. Pregled ovih rezultata moguće je naći u literaturi (Zertsalov i Konyukhov, 2007.). Prema Serranoa i Olalla (2007.) postoje dvije grupe autora koji daju terenska rješenja trenja po plaštu kod dubokih temelja u stijeni. Obje grupe vezuju tu nosivost za jednoosnu čvrstoću intaktne stijene, σc. Jedna grupa daje teoretsko rješenje preko linearne zavisnosti, a druga preko funkcije kvadratnog korijena iz jednoosne čvrstoće σc. Obije grupe daju i koeficijente za popravke. Autori navode konačan izraz za proračun trenja po plaštu kako slijedi: τgr = ασ ck

[MN/m ] 2

(4.17)

pri čemu je: α - bezdimenzionalni koeficijent popravka, ovisan o jednoosnoj čvrstoći stijene i kreće se od 0,1 do 0,4 za linearni odnos, odnosno od 0,1 do 0,8 – češće od 0,2-0,6 za odnos preko drugog korjena ; k - je eksponent koji za prvu grupu autora iznosi 1, a za drugu 0,5 ili vrlo blizu njemu; σc – u [MN/m2]. U spomenutom radu od Serranoa i Olalla (2007.) autori daju rezultate svojih istraživanja preko niza dijagrama. Standard DIN 4014 predlažu nosivost na plašt u ovisnosti o jednoosnoj čvrstoći, σc prikazane u tabeli Tabela 4.10 Nosivost trenja po plaštu u ovisnosti o jednoosnoj čvrstoći σ c [MN/m2]

τ gr. [MN/m2]

0,5

0,08

5,0

0,5

20

0,5

33

5 5.1

PILOTI OPĆENITO

Piloti su duboki temelji kod kojih je dužina bitno veća od poprečnog presjeka. Predstavljaju stupove koji silu s građevine prenose duboko u tlo. Mogu djelovati kao pojedinačni temelji ili u grupi, spojeni naglavnom konstrukcijom. Češća je njihova primjena u grupi. Piloti mogu u tlo prenositi i vlačnu silu koja se javlja u slučaju kada piloti djeluju kao par kod prijenosa momenata u tlo. Piloti se mogu izvoditi i kao kosi. Naglavna konstrukcija prenosi i preraspodjeljuje opterećenja od građevine na pilote. Piloti su najstarija vrsta dubokog temeljenja. Prema Das, (2000.) piloti se koriste u uvjetima i na način prikazan na slici 5.1.

Slika 5.1 Uvjeti korištenja pilota Na slici 5.1 (a) je piloti koji opterećenje prenosi kroz loše tlo u čvrstu stijensku podlogu, na vrh, bez sudjelovanja trenja po plaštu. Na slici 5.1 (b) pilot prenosi opterećenje dijelom na vrh a dijelom trenjem po plaštu u homogenom tlu. Pilot na slici 5.1 (c ) prenosi u tlo i vodoravna opterećenja nastala djelovanjem momenata iz nadzemnog dijela građevine, uslijed djelovanja vjetra ili potresa. Na slici 5.1 (d) pilot prolazi kroz tlo koje reagira na promjenu vlage, buja ili se radi o tlu koje može 34

kolabirati ka na pr. les. Tada je temeljenje na pilotima jedino moguće rješenje ako se dobro nosivo tlo nalazi na razumno dohvatljivoj dubini. Na slici 5.1 (e) prikazan je pilot koji je opterećen vlačnom silom. Ovakvi se piloti mogu pojaviti kod dalekovodnih stupova, platformi za vađenje nafte, i građevina pod značajnim utjecajem uzgona. Na slici 5.1 (f) prikazana je primjena temeljenja na pilotima stupa mosta kod kojeg postoji mogućnost pojave erozije riječnog korita oko stupnog mjesta. Na slici 5.2 prikazano je niz slučajeva primjene temeljenja na pilotima uz raspravu o opravdanosti odnosno neopravdanosti primjene takvog načina temeljenja.

Slika 5.2 Uvjeti prikladni za temeljenje na pilotima, Kleiner (1981.) Za preporučiti je primjenu pilota u slučajevima sa slike 5.2 a, i c. Za slučaj 5.2 b postoje mogućnosti poboljšanja podtemeljnog tla pa piloti nisu uvijek optimalno rješenje. U slučajevima sa slike 5.2 d i e nema potrebe za temeljenjem na pilotima osim ako se ne radi kao i na slici 5.1 f o mogućoj pojavi erozije ispod temelja. U ostalim slučajevima potrebno je razmotriti opravdanost izvedbe pilota ovisno o kakvoći glina i stvarnom stanju na terenu. U nastavku je dan dijagram toka odlučivanja pri odabiru vrste pilota prema preporukama Ureda za geotehničko inženjerstva, Građevinskog odjela, Gradske uprave Hong Konga (GEO 96).

35

procj en a pote rećen ja na t em elj e

procj en a uvj eta u tlu i zah tje va kon st rukcije

j esu l i p il oti n užn i

NE

DA razmatre nje teh ničkih u vjeta za od abir vrste pilota u vjeti u tl u

u vje ti o pte reć enj a

uvje ti u tj ecaja na oko liš

p li tko te mel jenje

ogr ani če nja loka cije

rang l ista o d gova ra jući h tipo va pilo ta prema teh ni čkim p okaza teljima ra ng lis ta od g o vara j ućih ti pova pilota p rema cijen i koštan ja rang li sta o d gova ra jućih tipova pilo ta pr ema izvod ljivost i kona čn a rang l ista prema svim poka zate lji ma PR IKAZ DOBIV ENI H POD ATAKA INVE STITO RU S PREPO RU KOM ZA O DABIR

Dijagram toka (1) odlučivanja pri odabiru vrste pilota (Prema GEO Publication No. 1/96) Sličan dijagram toka za odabir načina temeljenja preporuča i Američki institut za očuvanje šuma (Collin 2002.). Dijagram toka dan je u nastavku.

36

Prikupljane podata ka o g rađev ini, de talji projekta , pod aci o lokaciji

generaln a geo loška si tuaci ja na lokaciji

p rikup ljanj e po datak a o t eme ljenju okolnih g rađevina

iz raditi program i izv esti is tražne radov e

oc jeniti po datk e i od ab rati na čin temel j enja

poboljšan j e po dtem eljno g tla

dubo ko te melje nje

druge vrst e du boko g teme ljen ja

za bijen i pilot i

p litko t emeljenje

o dabit vrste za bije nih pilota pror ačun n osivo sti i dužine prora čun p otrebn og nabija ča

pro ra čun zadovol java

NE

DA prip rema nacrt a i tr oško vnika

Dijagram toka (2) za odabir načina temeljenja - Američki institut za očuvanje šuma (Collin 2002.)

37

5.2

PODJELA PILOTA PREMA NAČINU IZVOĐENJA

Ovo je podjela prema tehnologiji izvođenja. Moguće ju je povezati s podjelom dubokog temeljenja općenito, kako je to učinjeno u poglavlju 4.1, jer i ona ovisi o tehnologiji. Kod ove podjele težište je na tehnologiji i načinu izvedbe, a ne toliko na utjecaju na okolno tlo u kojem se piloti izvode. Pojavom novih tehnologija ovo se područje znatno proširilo u posljednje vrijeme. Nekoliko primjera dano je na slici 5.3. Piloti se klasičnim tehnologijama izvode kao zabijeni, utisnuti i kopani . Kada su malog promjera izvode se kao zabijeni, nabijeni, utisnuti i svrdlani . Prva tri tipa prilikom izvedbe izazivaju zbijanje tla u prostoru u kojem se izvode pa spadaju prema prethodnoj podjeli u pilote koji zbijaju tlo. To ne vrijedi onda kada se zabijaju čelični profili ili cijevi s otvorenim dnom. Kopani piloti se izvode kada su većih promjera. Mogu se kopati bez zaštite, pod zaštitom bentonitne isplake ili pod zaštitom cijevi-kolone, koja se tijekom betoniranja pilota vadi. U ovu grupu spadaju i elementi dijafragmi, najčešće za ovu svrhu armiranobetonskih, koje kao zasebni elementi predstavljaju pilote pravokutnog poprečnog presjeka i njihovu kombinaciju. Izvode se iskopom pod zaštitom bentonitne isplake. Primjenom ove tehnologije ne zbija se okolno tlo.

Metoda mlaznog injektiranja donijela je novu vrstu pilota – stupnjaka, izvedenih u prethodno razrahljenom – razbijenom tlu u koje se pod pritiskom ugrađuje vezivno sredstvo. Time se u tlu dobiva čvrsto tijelo nepravilnog vanjskog ruba. Metoda mixed in place stvara u tlu stupnjake izvedene od autohtonog tla pomiješanog s veznim sredstvom.

Slika 5.3 Nekoliko primjera pilota izvedenih u tlu Piloti se često koriste za temeljenje u vodi. Tada dio pilota, koji izlazi iz tla i prolazi kroz vodu, ujedno služi kao stup. 38

5.3

PODJELA PILOTA PREMA VRSTI MATERIJALA Drveni piloti su najstarija vrsta pilota po materijalu. Ako se nalaze u području s visokom

podzemnom vodom moraju se izvesti tako da se uvijek nalaze ispod razine podzemne vode jer u tom slučaju ne trunu. Na slici 5.4 prikazano je temeljenje na pilotima stare jezgre Stockholma i posljedice spuštanja razine podzemne vode ispod glava pilota.

Slika 5.4 Rezultat istražne jame ispod temelja zgrade u staroj jezgri Stockholma (Bohm i Stjerngren, 1981.) Danas se u Europi koriste malo, ali su u SAD još uvijek u upotrebi u znatnim količinama. Čelični piloti mogu biti različitih oblika i različito utjecati na zbijanje okolnog tla.

prethodno je rečeno da cijev zatvorenog vrha zbijaju okolno tlo dok ta ista cijev otvorenog vrha, zabijena u tlo, vrši vrlo mali poremećaj okolnog tla. Čelični piloti se ne preporučuju kao trajna vrsta temelja zbog korozije, iako su im

sve druge osobine vrlo povoljne. Ako se primjene treba izvesti antikorozivnu zaštitu (premazi, elektroosmoza, debljina stijenki). Za slučajeve ugradnje pilota u agresivnu sredinu, koriste se predgotovljeni, armiranobetonski piloti, koji su manje osjetljivi na agresivno djelovanje vode. Armirano-betonski, predgotovljeni, prednapregnuti piloti su se pojavili kao

zamjena za drvene pilote. U prvom su trenutku imitirali drvene i po obliku. Kasnije im poprečni presjek postaje višekutan, a zatim pravokutan. Dobra im je strana što predstavljaju provjereni proizvod kod kojeg se može postići standardizirana kakvoća. Mana im je ograničenje dužine kako prilikom prijevoza tako i prilikom ugradnje. Ne 39

mogu se nastavljati, a i višak dužine predstavlja poteškoću. Potrebno ih je proračunati na savijanje prilikom prijevoza na gradilište i podizanja pri zabijanju. Betonski piloti izvedeni na licu mjesta . Ovi piloti nemaju armature. Može ih se

koristiti samo onda ako piloti nije opterećen na savijanje. Često se koriste u grupi kao poboljšanje temeljnog tla. Najčešće se izvode kao nabijeni, utisnuti i/ ili vibrirani. Armirano-betonski piloti izvedeni na licu mjesta . Tehnologije izvedbe su

različite. Prostor za pilote može se izvesti nabijanjem, zabijanjem, bušenjem i kopanjem. Zajedničko im je da se armatura ugrađuje na licu mjesta pa se dužina koševa može prilagoditi potrebama na terenu. Betoniraju se također na licu mjesta a način ugradnje betona ovisi o vrsti tehnologije izvođenja. Betoniraju se kontraktor postupkom ili ugradnjom suhog betona u otvor izveden u tlu, što ovisi o tipu tehnologije izvođenja. Ove tehnologije opisati će se naknadno. U ovu skupinu spadaju piloti izvedeni tehnologijom dijafragme. Šljunčani piloti izvode se na licu mjesta nabijanjem šljunka u tlo. Služe kao

poboljšanje temeljnog tla. Ovi piloti zbijaju okolno tlo, što im je i svrha. Ujedno djeluju kao uspravni drenovi te ubrzavaju proces konsolidacije. Treba ih pažljivo primjenjivati jer u sitnozrnom tlu mogu izazvati povećanje pornih pritisaka i smanjenje efektivnih naprezanja. Time izazivaju upravo suprotan učinak od poboljšanja uvjeta u tlu. Piloti od kombiniranih materijala. Najčešće se radi o kombinaciji čelika i

betona.

Mogu se izvoditi i kombiniranjem plastičnih cijevi, metalnih umetaka (I

profila, željezničkih šina i slično) i betonske ispune. Kod malih profila ispune je malter ili smjese za injektiranje. Miješani se materijali najčešće koriste kod mikropilota. Piloti od mješavine tla i veziva. U ovu grupu spadaju mlaznoinjektirani stupnjaci

i piloti izvedeni Mix in place tehnologijom. Nastaju miješanjem tla i veziva koje se ubacuje različitim postupcima. Proizvođači opreme tvrde da se u svježu smjesu tla i veziva može ugraditi i armatura te teko nastaju armirane, nosive konstrukcije. Mnogo se koriste za izvedbu zaštite građevnih jama jer su ujedno i vodonepropusne ako se ugrađuju u kontinuiranu stijenku.

40

5.4

PRIJENOS SILA

Piloti uvijek zadovoljavaju uvjet da je D/B>4 te se mogu računati prema Meyerhofovim izrazima za temelje kod kojih je β=90°. Prema prijenosu sila razlikujemo: − pilote koji nose na vrh; − pilote koji nose isključivo trenjem po plaštu (lebdeći piloti) − pilote koji nose kombinirano. Kod pilota koji nose na vrh i trenjem po plaštu, može se trenje po plaštu usvojiti samo za tla sa većim čvrstoćama na smicanja i to samo onda kada je moguće mobilizirati trenje po plaštu za što je potreban relativni pomak između tla i pilota (vidi sliku 4.5 i 5.5). Ukoliko pilot prolazi kroz izrazito stišljive slojeve ili slojeve podložne naknadnom slijeganju dolazi do pojave negativnog trenja koje povećava ukupnu silu koju pilot vrhom prenosi u tlo.

Slika 5.5 Odnos veličina sila koje pilot u tlo prenosi vrhom i trenjem po plaštu ovisno o kakvoći slojeva kroz koje prolazi (vodoravno šrafirani dijagram je raspodjela vrijednosti trenja po plaštu). Vlastita težina pilota nije uključena. Slika 5.5 a) prikazuje pilot koji nosi uglavnom na vrh i nešto vrlo malo trenjem po plaštu. Slika 5.5 b) prikazuje način prijenosa sila kod lebdećih pilota. Slika 5.5 c) prikazuje prijenos sile trenjem i na vrh s dominantnom nosivošću u čvrstom sloju.

41

Slika 5.5 d) prikazuje povećanje ukupne sile koju pilot nosi na vrh zbog pojave negativnog trenja. Uobičajena je pretpostavka da se za ostvarenje punog trenja po plaštu treba ostvariti pomak (slijeganje) pilota od 2,5 mm (vidi: Smith 1960. i Paikowsky i dr. 1995.). Nasuprot tome prema Bowles (1988.), potreban je pomak pilota pod opterećenjem od oko 0.1B, gdje je B promjer pilota, da bi se ostvarila nosivost na vrh. Kod pilona i pilota velikog promjera ovo je nedopustivo velika, a i malo vjerojatna vrijednost, pa se pretpostavlja da to vrijedi isključivo za pilote malog promjera, reda veličine do 400 mm. Iz ukupnog pomaka potrebno je isključiti elastično deformaciju samog pilota. U stvari, svi piloti nose na trenje više ili manje. Tek kad je mobilizirano puno trenje po plaštu može se ostvariti nosivost na vrh. Odnos nosivosti na trenje po plaštu i na vrh je ovdje od bitne važnosti, ali je jasno da se trenje po plaštu ne može izbjeći. Prema istraživanjima FHWA (US Savezna administracija za autoceste, (Paikowsky i Hart, 2000.) pokazalo se u praksi da postoji značajno trenje po plaštu i kod onih pilota koji su projektirani kao da nose samo na vrh. Za ekonomično projektiranje pilota važno je poznavati stvarni odnos Q v /Q p . Kod pilota koji završavaju na čvrstoj stijeni, nosivost na vrh je i pored svega toliko veća od nosivosti po plaštu da zahtijeva posebno izučavanje. Piloti dijelom izvedeni u stijeni neosporno nose trenjem po plaštu u dijelu koji prolazi kroz stijenu. Trenjem po plaštu za ovakve slučajeve bavi se niz autora te se podaci mogu naći u literaturi, (Serranoa, Olallab, 2004; Zertsalov, Konyukhov, 2007) 5.5

PRORAČUNI NOSIVOSTI PILOTA

Nosivost pilota može se odrediti kao : -

ono opterećenje koje uvjetuje slom u gradivu pilota;

-

ono opterećenje pri kojem je u tlu mobilizirana puna čvrstoća na smicanje.

U inženjerskom smislu, nosivost može biti postignuta pri mnogo manjem opterećenju. To je ono opterećenje pri kojem pilot postiže tolerantnu granicu slijeganja za građevinu kojoj je namijenjen. U tom je smislu prihvaćen Terzaghi-ev prijedlog, da se za graničnu nosivost pilota uzme ono opterećenje, koje kao tolerantnu granicu slijeganja izaziva veličinu od 1/10 promjera ili širine pilota. Ova tolerancija može biti dobra kod pilota manjih promjera. Kod pilota velikih promjera ovo ne daje zadovoljavajuće rješenje. 42

Najčešće zadovoljavajuće rješenje, najgrublje rečeno, daje proračun granične nosivosti koja se zatim dijeli s odabranim faktorom sigurnosti. Tako se dobiva radno ili dozvoljeno opterećenje. EUROKOD 7 daje drugo rješenje. Ovaj pristup ne zadovoljava u slučajevima kada se radi o građevinama koje su vrlo osjetljive na slijeganja i još više, na diferencijalna slijeganja. Tada je potrebno izvršiti precizne proračune nošenja pilota po plaštu

i na vrh. Ukupno slijeganje

sastojati će se tada od elastične deformacije samog pilota, elastoplastične deformacije tla u koje je pilot ugrađen i slijeganja ispod vrha pilota. Za grupe pilota analiza je još složenija u slučaju oštrih zahtjeva u pogledu slijeganja. Najbolja rješenja daju rezultati probnih ispitivanja pilota, ali se ona rijetko rade jer su skupa. EUROKOD 7 ih pretpostavlja kao standardni postupak. 5.5.1 Proračun nosivosti prema teoriji graničnog stanja plastične ravnoteže

Usvoji li se jednadžba (4.1) za proračun ukupne sile koju jedan pilot može preuzeti, općenito se može pisati, koristeći rješenje prema teoriji graničnih stanja plastične ravnoteže za nosivost na vrh i Coulomb-ov zakon za trenje po plaštu: Q f = A b (cN c + σ 0 N q + 0.5γ dN γ ) + O ∫ (c a + γ zK s tgδ)dz − W L

(5.1)

0

gdje je A b -površina poprečnog presjeka vrha pilota promjera φ=d, O-opseg pilota a W-vlastita težina pilota. Za pilote izvedene u glini, uvažavajući da je ϕ≅0, vrijedi da je N q =1 a N c je konstanta, izraz (5.1) se može pojednostavniti u slijedeći oblik: L

Q f = A b (cN c + σ 0 ) + O ∫ c a dz − W

(5.2)

0

Kohezija c je vrijednost dobivena za nedrenirane uvjete iz troosnog pokusa u laboratoriju ili dobivena iz rezultata krilne sonde (Roje-Bonacci, 2007). Za pilote koji nemaju proširenje baze na vrhu, moguće je slijedeće pojednostavljenje ako vrijedi da je A b ∗σ 0 ≅W: L

Q f = A b cN c + O ∫ c a dz

(5.3)

0

U tablici 5.1 date su vrijednosti faktora nosivosti N c prema nekim autorima.

43

Tabela 5.1 Vrijednosti N c za gline kod kojih vrijedi da je ϕ≅0 (Mayerhof, 1959.) Izvor

Nc

izduženi temelj kvadratični ili kružni temelj Craig:

5,7 6,8 5,7

Sanglerat:

Skempton: izduženi poprečni presjek (za elemente dijafragmi) Skempton, Meyerhof: teoretsko rješenje, modelska ispitivanja i potvrda terenskim ispitivanjima Sowers, na modelima Mohan, za ekspanzivne gline

7,5 9 5