Mehanika tla i temeljenje 2 dio MUSTAFA SELIMOVIC

UNIVERZITET "DZEMAL BlJEDIC" MOSTAR GRABEVINSKI FAKULTET

IS

Ii,

Prof. dr. MUSTAFA SELIMOVIC, dip!. ing. grad.

:a,

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE

DIO II TEMELJENJE

MOSTAR ,2000. god. 3

AUTOR: Prof. dr. Mustafa Selimovic, dip!' ing. grad., redovni profesor Gradevinskog fakulteta Univerziteta "Dzemal Bijedic" u Mostaru

Supruzi Rasemi

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE dio Il- Temeljenje RECENZENTI: Akademik prof. dr. Dzevad Sarae, dip!. ing. grad., prof. dr. Hamid Dolarevic, dipl. ing. grad.

Starnpano uz finansijsku pomoc Austrijske vlade i WUS-a, Austrija. Printed with the support of the Austrian Federal Chancellery and WUS Austria.

Objavljivanje ovog udZbenika odobrilo je Nastavno - naueno vijece Gradevinskog fakulteta u Mostaru, Odlukom broj: 120-20/99,27.1.1999. godine. IZDAVAC: Gradevinski fakultet Univerziteta "Dzemal Bijedic" u Mostaru Univeriitetsko-sportsko-rekreacioni centar, Mostar UREDNIK: Prof. dr. Mehmed Saric, dip!. ing. grad. LEKTURAI KOREKTURA: Muhamed Sator i Nusret Omerika TEHNICKI UREDNIK I DIZAJNER NASLOVNE STRANE: Salko Pezo, akademski slikar IZRADA CRTEZA: Sead Zebic, grad. teh. KOMPJUTERSKA OBRADA: Lutvo Haznadarevic, dip!. ing. mas. Dragi Tiro, dipl. ing. mas. STAMPA: IC Mostar, Mostar TIRAZ:500

....

Izdavanje ovog udZbenika finansijski su potpomogli i : ~ Elektroprivreda BiH, Sarajevo, Hidroelektrane na Neretvi, Jablanica. ~ Preduzece za puteve "Mostar:', Mostar ~ J.P. "Vodovod", Mostar > J.P. "Komos", Mostar ~ G.P. "Hercegovina", Mostar > Autoprevoz, putnicki saobracaj, Mostar > "Sarajevo osiguranje" d.d. Sarajevo, Filijala Mostar > Zavod za zastitu kultumo - historijskog i prirodnog naslijeda, Mostar Autor se svima zahvaljuje.

Cll' - Katalogizacija u publikaciji Nacionalna i univerzitetska biblioteka Bosne i Hercegovine, Sarajevo 624.151/.159(075.8)

SELIMOVlC, Mustafa Mehanika tia i temelje1ue I Mustafa Selimovic. [izrada crteia Sead Zebic]. - Mostar : Gradevinski fakultet, 2000. - Dio : ilustr. ; 24 em Dio 2: Tcmcljenjc. - 658 str. - Bibliografija: str. 619-629 ISBN 9958-9474-3-9 COlllSSIBIH-lD 0 Na osnovu MISLIENJA Federalnog ministarstva obrazovanja, nauke, kulturc i sporta, broj: 04-15-1857/00, od 20.04.2000. godine, knjiga: Mehanika tla i temeljenje" (dio I Mehanika tla) autora prof.dr. Mustafe Selimovicaje proizvod iz clana 19. tacka 13. Zakona 0 porezu na promet proizvoda i usluga na Giji se prome! ne plata porez na promet proizvoda.

2

3

PREDGOVOR Mehanika tta i temeljenje gradevina posljednjih decenija dozivjeli su nagli razvoj, sto je posebno usavrseno upotrebom numerickih metoda i savremene kompjuterske tehnologije, izazivajuCi danas pravu revoluciju u inzenjerskoj praksi. Za prihvacanje novih koncepcija, njihovoga razvoja i unapredivanja potreban je i novi pristup koji ce nas dovesti do rjesenja koja ce bolje odgovarati od nekih dosadasnjih. Pri ovome potrebno je predznanje iz klasicnih metoda i rjesenja iz ove i drugih bliskih disciplina. Iz prakticnih razloga knjiga je podijeljena u dva dijela: "Mehanika tla" i "Temeljenje", koji su se i do sada obieno odvojeno izueavali. Novim nastavnim planom i programom na Gradevinskom fakultetu u Mostaru ove dvije oblasti izucavaju se kroz jedan kolegij, radi eega je namjera autora da se gradivo prezentira objedinjeno. Prvo izdanje knjige "Mehanike t1a" je preradeno, inovirano, dopunjeno i prilagodeno novom sadrfuju ove knjige. Podjela je izvrsena u 13 poglavlja, koja cine zaokrliZenu cjelinu, ali su medusobno povezana u izlaganjima, pojmovima i tematici. Knjiga je namijenjena kako studentima gradevinarstva, arhitekture, rudarstva i inzinjerske geologije kao udzbenik, tako i inzenjerima u praksi na rjesavanju geotehnicke problematike. Radi ovoga je gradivo obradeno sire i potpunije nego sto se moze izloziti na redovnim predavanjima. Prilozeni dijagrami i tabele preuzete iz strane iIi nase literature i prakse mogu korisno posluziti i inZenjerima u praksi. Teoretski dijelovi obradeni su prema klasicnim metodama, novim spoznajama i rezultatima istraZivanja objavljenim u obirnnoj svjetskoj literaturi. Pokusano je da se istakne zasto su potrebne odredene osobine, kako ih determinisati iii izmjeriti, u kojem obimu i kako ih stvamo koristiti u praksi. U prvom dijelu knjige Mehanika tla u sedam poglavlja date su potrebne znacajke mehanike tla kao egzaktne nauke, koje treba upoznati prije razmatranja tehnickih rjesenja za temeljenje objekata. Prva dva poglavlja upucuju studenta iii inzenjera kako da "osjeti" tIo, njegovo ponasanje i osobine, neophodl1e za daljnje poznavanje materije i uspjesan rad u praksi. Putem opstih postavki, Iaboratorijskih i terenskih ispitivanja dolazi se do spoznaje 0 raspodjeli napona, nosivosti i slijeganju t1a, sto je obradeno u trecem poglavlju. Kako voda utjece i efekti njenog djelovanja na tlo i njegovu konsolidaciju prikazano je u cetvrtom poglavlju. Metode odredivanja aktivnog i pasivnog pritiska tla prezentirane su u narednom, petom poglavlju u obimu i na naCine koji omogucuju upotrebu j njihov odabir 5

Sadrzaj

prema terenskim uslovima. U sklopu ove materije obradeni su djelomicno i podzemni pritisci, prema klasicnim teorijama. Sesto poglavlje obuhvaca uzroke pojava nestabilnosti, klasifikaciju i vise metoda proracuna stabilnosti kosina, dok su sedmim poglavljem opisane neke metode ojacanja tla.

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE DIOll TEMELJENJE Predgovor ........................................................................... '" '" ..........

U ovom, drugom dijelu knjige, Temeljenje, dati su opsti pnnClpl projektovanja i proracuna temelja, ukljucujuci i osnovne postavke Eurocoda 7, koji se odnosi na geotehnicke radove (poglavlje Vill). Metode i proracun plitkog i dubokog temeljenja obuhvacene su poglavljem devet i deset, a zagati od nasutih materijala u poglavlju jedanaest. Materija je izlozena u sirem obimu tako da je moze shvatiti student pocetnik, a vjerujem da korisno moze posluziti i inzenjerima u praksi. U poglavlju dvanaest obradene su, pored osiguranja iskopa i asanacije kiizista, ankerisanja u tIu i stijenskom masivu, koji se posljednjih decenija veoma intenzivno primjenjuju u gradevinarstvu, rudarstvu, arhitekturi i prilikom zastite objekata. Osnove dinamicki opterecenih temelja i neke druge specificne metode temeljenja obradene su u trinaestom poglavlju jer smatramo, njihovo poznavanje nuznim, prilikom temeljenja i zastite objekata. Ovom knjigom prikazani su klasicni postupci prilikom proracuna i izvodenja temelja, kao i savremene metode i pravci, koji revolucionisu tehniku temeljenja. Ona ima svrhu da stimulira mladi kadar na daljnja proucavanja, razmisljanjai unapredenja, a ne na odbacivanja tradicionaInih metoda gradenja. Cijenim da ce ova knjiga korisno posluziti u poslijeratnoj obnovi i izgradnji zemlje i da ce nadomjestiti sadasnji nedostatak ove strucne literature kod nas. Ako i djelimicno u ovom smislu bude primljena ova knjiga, ona ce ispuniti svoju osnovnu namjenu. Autor je nastojao u knjizi koristiti sto razumljivije i prihvatljivije izraze, 8tO nije bilo jednostavno zbog nepostojanja tradicije i odgovarajucih tennina. Lektori M.Sator i N.Omerika u)ozili su dosta truda da tekst bude pristupacan, citak i jasan. Posebnu zahvalu dugujem recenzentima, akademiku prof. dr. Dzevadu Saracu i prof. dr. Hamidu Dolarevicu, koji su svojim primjedbama i savjetima doprinijeli boljoj obradi j jasnoci pojedinih oblasti. Prof. dT. Mustafa Selimovic Mostar, 2000. godine

6

5

SADRZAJ ......................................................................................... 7 POGLA VLJE VIII OSNOVNI PRINeIPI TEMELJENJA GRAlJEVINSKIH OBJEKATA ....................................................................................... 19 25. UVOD OPTERECENJA I METODE TEMELJENJA ............................ 21 25.1. Specificnosti geotehnickih radova u gradevinskom konstrukterstvu ........................................................................... .. 25.2. OpCi principi projektovanja tetnelja .......................................... .. 25.2.1. Projektovanje temelja proracunom .................................. .. 25.2.2. Ostali nacini projektovanja temeljenja ............................. . 25.2.3. Geotehnicko - inzenjerski izvjestaj i geotehnicke kategorije ...................................................... . 25.3. Opterecenja koja djeluju na temelj ............................................ .. 25.3.1. Glavna opterecenja .......................................................... .. 25.3.2. Dopunska opterecenja ...................................................... .. 25.3.3. Posebna opterecenja ........................................................ .. 25.4. Metode temeljenja ..................................................................... .. 25.4.1. Opcenito 0 plitkom temeljenju ........................................ . 25.4.2. Opcenito 0 dubokom temeljenju ...................................... .

22 24 25 27 27 29 29 30 31 32 32 36

POGLAVLJE IX PLITKO - DIREKTNO TEMELJENJE ........................" .............. . 43 26. KRITERIJI, DIMENZIONIRANJE, SlJJEGANJE I ANALIZE PLITKOG TEMELJENJA ............................•..... 45 26.1. Osnovni kriteriji plitkog temeljenja ............................................. . 26.2. Proracun napona na kontaktnoj povrsini temelja i tla ................ .. 26.3. Dimenzioniranje plitkih temelja ....................................... , ......... .. 26.3.1. Krajnje granicno stanje i granicno stanje upotrebljivosti ................................................................... . 26.3.2. Dopusteno opterecenje prema kriteriju sloma tla.. ........... . 26.3.3. Dopusteno opterecenje prema kriteriju dopustenih sIijeganja ........................................................................... . Temeljenje

45 47 50 50 52 55 7

Sadriaj

Sadriaj

26.3.3.1. Numericke vrijednosti modula deformacija tla ...... 26.3.3.2. Kriterij dopustenih opterecenja za koherentno i nekoherentno tlo..................................................... 26.4. Metode odredivanja slijeganja plitkih temelja ............................. 26.4.1. Proracun trenutnog slijeganja fleksibilnih i krutih plitkih temelja ......................................................... 26.4.2. Procjena slijeganja plitkih temelja na pijesku i sljunku ............................................................................... 26.4.3. Pocetno slijeganje plitkih temelja na zasicenoj glini......... 26.4.4. Slijeganje ekseentricno opterecenih temelja ..................... 26.5. Proracun kontaktnih napona za lineamu raspodjelu ..................... 26.6. Primjena kompjuterskih metoda za analizu i projektovanje plitkih temelja ........................................................ 26.6.1. Metoda konacnih diferencija - razlika ............................. 26.6.2. Metoda konacnih elemenata ..............................................

55 57 60 60 63 65 68 71 81 81 84

27. TEMELJI SAMCI ........•.................................•........................ 87 27.1. Neannirani temelji ...................................................................... 27.2. Armirano - betonski temelji.. ..................................................... 27.3. Ekscentricni temelji .................................................................. 27.4. Arrnirano - betonski temelji U obliku ljuske ............................. 27.4.1. Konusna ljuska .................................................................

87 89 92 94 94

28. TEMELJNI NOSACI................................................•.•.....•....• 97 28.1. Uvodna objasnjenja ...................................................................... 28.2. Temeljni nosaci ispod zidova ....................................................... 28.3. Temeljni nosaci ispod stupova ..................................................... 28.4. ProraCUl1 temeljnih nosaca ............................................................ 28.4.1. Rjesenje za Winklerov poluprostor .................................

97 97 98 102 102

29. TEMELJNE PLOCE .............................................................. 107 29.1. Tipovi i primjena temeljnih ploca .............................................. 29.2. Staticka analiza temeljnih ploca ................................................... 29.2.1. Konvencionalna metoda proracuna ................................... 29.2.2. Aproksimativan metod proracuna fleksibilnih temelja ...............................................................................

107 107 108 110

POGLAVLJEX DUBOKO -INDIREKTNO TEMEUENJE ................................. 115 30. TEMELJENJE NA SIPOVIMA ........................................... 117 8

Teme/jenje

30.1. Opcenito 0 funkciji sipova ........................................................... 117 30.2. Klasiftkacija i konstruktivne pojedinosti sipova ., ....................... 118 30.2.1. Drveni sipovi ...................................................................... 120 30.2.2. Celicni sipovi .................................................................... 123 30.2.3. Prethodno izliveni annirano - betonski i prednapregnuti sipovi ........................................................ 127 30.2.3.1. Zabijeni annirano - betonski sipovi ........................ 127 30.2.3.2. Spojeni prethodno izliveni arrnirano betonski sipovi ........................................................ 132 30.2.3.3. Prednapregnuti annirano betonski sipovi .............. 133 30.2.4. Sipovi koji se izvode na lieu mjesta .................................. 134 30.2.4.1. "Franki" sipovi ......................................................... 135 30.2.4.2. Sistem "Express" sipova .......................................... 137 30.2.4.3. Benoto sipovi .......................................................... 139 30.2.4.4. Sipovi izvedeni busenjem mehanickim svrdlom ................................................................... 142 30.2.4.5. Hidraulicka stabilizacija sipova-suspenzijom ......... 144 30.2.5. Nadglavne annirano - betonske konstrukcije .................... 146 30.3. Zabijanje sipova .......................................................................... 149 30.3.1. Klasicna oprema za zabijanje sipova ................................ 150 30.3.2. Vibraciono zabijanje sipova ............................................. 155 30.3.3. Zabijanje sipova iznad vode ............................................. 156 30.4. Ispitivanje nosivosti sipova .......................................................... 158 30.4.1. Instalacije za ispitivanje sipova ........................................ 159 30.4.2. Metode ispitivanja sipova ................................................. 161 30.4.2.1. Test sa konstantnim prodiranjem sipa (CRP test) ............................................................... 161 30.4.2.2. Ispitivanje sa inkrementima opterecenja odrzavanog do konsolidacije (ML test) ................. 162 30.4.2.3. Kombinovani CRP i ML test ..............................~:: 163 30.4.2.4. Probno opterecenje sajednakim dijelovima sile u trajanju od 60 rninuta ................................... 164 30.5. Mehanizam prenosenja opterecenja sa sipa na tlo ........................ 165 30.6. Odredivanje nosivosti pojedinacnih sipova .................................. 167 30.6.1. Staticke metode proracuna zasnovane na stepenu mobilizacije otpomosti tla ................................................ 168 30.6.1.1. Staticki obrasci za dopustenu nosivost sipa ........... 170 30.6.1.2. Metode definisanja faktora nosi vosti u nekim tlima ............................................... ........... 173 30.6.1.3. Metode definisanja otpora trenjem iIi adhezijom u nekim tlima ......................................... 180 30.6.2. Proracul1 sile sloma sipa dinamickim izrazima ................. 185 Temeljenje

9

Sadriaj

Sadrzaj

30.6.3. Proraeun sile sloma iz penetracionih opita u busotinama ..................................................................... 30.6.3.1. Proraeun baziran na standardnom penetracionom testu ................................................ 30.6.3.2. Proraeun zasnovan na statickom penetracionom testu ................................................ 30.6.3.3. Proracun baziran na ispitivanju krilnom sondom ...................................................... 30.6.4. Proracun baziran na probnom opterecenju sipa ................ 30.6.5. Iskustvene formule i vrijednosti za nosenje pojedinacnog sipa ............................................................. 30.6.5.1. Vrijednosti i izrazi prema DIN normama ............... 30.6.5.2. Formule za proracun nosivosti sipa ........................ 30.6.6. Nosivost sipa temeljenog na stijenskom masivu .............. 30.7. Slijeganje pojedinacnog sipa ........................................................ 30.S. Izvijanje sip ova u du ..................................................................... 30.9. Nosivost i sIijeganje grupe sipova ................................................ 30.9.1. Ponasanje grupe sipova ..................................................... 30.9.2. Nosivost grupe sipova ....................................................... 30.9.3. Slijeganje grupe sipova ..................................................... 30.9.4. Ekscentricno opterecena grupa sipova .............................. 30.10. Horizontalno optereceni sipovi ................................................. 30.10.1. Pojedinacni sip opterecen horizontalnom silom ............. 30.lO.2. Principi proracuna grupe sipova ..................................... 30.10.3. yrupe kosih sipova ......................................................... 30.10.4. Sip opterecen horizontalnom silom i momentom ...........

1S7 187 1S9

32. KESONSKO - PNEUMATSKO TEMELJENJE ................ 279 190 190 191 192 194 195 198 203 204 205 209 214 21S 220 220 224 227 230

31. TEMELJENJE NA BUNARIMA ......................................... 237 31.1. Opcenito 0 dubokim masivnim temeljima ................................... 31.2. Bunari :......................................................................................... 31.3. Konstrukcija otvorenog bunara ................................................... 31.4. Izvodenje bunara kao temelja ...................................................... 31.4.1. Izrada i postavljanje bunara .............................................. 31.4.2. Kopanje i spustanje bunara ............................................... 31.5. Opterecenje i dimenzioniranje bunara ......................................... 31.5.1. Opterecenje bunara ........................................................... 31.5.2. Trenje na omotacu bunara ................................................. 31.5.3. Dimenzioniranje zidova bunara ........................................ 31.6. Bunari kao temelji objekata ......................................................... 31.6.1. Primjena bunara kao temelja ............................................ 31.6.2. Proracun temelja na bunarima .......................................... 31.7. Temeljenje na sanducastim bunarima .........................................

237 238 240 244 244 245 253 253 256 258 261 261 262 266

lO--------------------~~~-------------------

Temeljenje

31.7.1. Primjena i oblici sandueastih bunara ................................ 267 31.7.2. Proracun sanducastih bunara ............................................ 269 31.S. Temeljenje na sanducima sa dnom .............................................. 272 31.S.1. Primjena, izrada i spustanje sanduka sa dnom .................. 273 31.S.2. Proracun sanduka sa dnom ............................................... 276

32.1. Primjena i principi kesonsko - pneumatskog temeljenja ............ 279 32.2. Konstrukcija kesona i oprema za pneumatsko temeljenje .................................................................................... 282 32.2.1. Konstrukcija kesona ........................................................ 282 32.2.2. Oprema za pneumatsko temeljenje .................................. 284 32.3. Izrada i postavljanje i spustanje kesona ....................................... 287 32.3.1. Izrada i postavljanje kesona i opreme ............................... 287 32.3.2. Spustanje kesona ............................................................... 288 32.4. Radovi pri kesonskom temeljenju ............................................... 291 32.5. Principi dimenzioniranja kesona ................................................. 294 32.5.1. Opterecenja kesona i temelja ............................................ 295 32.5.2. Dimenzioniranje kesona ................................................... 297 32.5.3. Dimenzioniranje dijelova iznad kesona ............................ 299

POGLAVLJE Xl ZAGATI I GRADEVINE OD NASUTIH MATERIJALA .............. 303

33. JEDNOZIDNI ZAGATI- PRIBOJI .................................... 305 33.1. Upotreba i vrste jednozidnih zagata - priboja ............................. 305 33.1.1. Drveni zagatni zidovi ........................................................ 306 33.1.2. Celieni zagatni zidovi ....................................................... 312 33.1.3. Armirano - betonski zagatni zidovi ................................... 317 33.1.4. Zagatni zidovi od talpi prenapregnutog betona ................ 318 33.1.5. Betonske dijafragme kao zagatni zidovi ........................... 319 33.1.5.1. Tankostijene dijafragme ......................................... 319 33.1.5.2. Debelostijene dijafragme ........................................ 321 33.1.6. Ankerisani zagatni zidovi ................................................. 324 33.1.7. Injekcione zavjese kao zagati ........................................... 328 33.2. Dimenzioniranje jednozidnih zagata ........................................... 331 33.2.1. Opterecenje zidova zagata ................................................ 331 33.2.2. Konzolni slobodnostojeci zagatni zid ............................... 337 33.2.2.1. Grafoanalitieka metoda proraeuna .......................... 337 33.2.2.2. Analiticki metod proracuna .................................... 339 33.2.3. Konzolni zagatni zid sa djelovanjem horizontalne sile ................................................................ 342 Temeljenje

II

SadriiC{j

Sadriaj

33.2.3.1. Grafoanaliticka metoda proracuna ........................ 33.2.3.2. Analiticka metoda proracuna ................................ 33.2.4. Konzolni zagatni zid zabijen u sloj gline .......................... 33.2.5. Neki specificni slucajevi opterecenja ............................... 33.2.6. Ankerisani zagatni zidovi ................................................. 33.2.6.1. Grafoallaliticka metoda proracuna .......................... 33.2.6.2. Analiticki proracull slobodnostojeceg allkerisanog zagata .................................................. 33.2.6.3. Proracun ankerisanog zagatnog zida zabijenog u pijesak .................................................. 33.2.6.4. Proracun ankerisanog zagatnog zida zabijenog u glinu ..................................................... 33.2.6.5. Redukcija momenata savijanja kod ankerisanih zagatnih zidova .................................... 33.2.6.6. PoloZaj i dimenzioniranje zone ankerisanja ........... 33.3. Zagatni zidovi sa vise razupora Hi zatega .................................... 33.4. Cirkulacija vode ispod zagatnih zidova ....................................... 33.4.1. Ispumpavanje vode ........................................................ 33.4.2. Hidraulicki proracun zagata i stabilnost tla ...................

342 342 343 345 347 348 350

355 356 359 364 368 369 370

373 375 376 378 382 384 387 388 389 390 394

35. GRADEVINE OD NASUTIH MATERIJALA .............•••.••. 405 35.1. Dvod, definicije i historija gradenja ............................................ 405 35.2. Vrste i namjena gradevina od nasutih materijaia ........................ 408 35.2.1. Homogene nasute brane i nasipi ....................................... 408 35.2.2. Zonirane nasute brane i nasipi .......................................... 411 35.2.3. Nasute brane sa uzvodnim vodonepropusnim ekranom ............................................................................ 418 35.2.4. Nasipi za saobracajnice .................................................... 421 12

Temeljenje

422 425 426 428 430 431 434

352

34. ZAGATI ZA TEMELJENJE U VODI •.......••••••...•.••.•..•••..•. 373 34.1. Dpotreba i vrste zagata ................................................................ 34.1.1. Nasuti zemljani zagati ....................................................... 34.1.2. Nasuti kameni zagati ......................................................... 34.1.3. Drveni zagati ..................................................................... 34.1.4. Celicni zagati .................................................................... 34.1.5. Betonski i armirano - betonski zagati ............................... 34.2. Rad pod zastitom zagata .............................................................. 34.3. Dimenzioniranje zagata ............................................................... 34.3.1. Hidrostaticke i hidrodinamicke sile .................................. 34.3.2. Proracun dijelova zagata ................................................... 34.3.3. Provjera stabilnosti zagata ................................................

35.3. Istrazivanje za temeljenje i ispitivanje materijala nasutih objekata ........................................................................... 35.4. Dimenzioniranje nasipa i brana ................................................... 35.4.1. Opterecenje nasipa i brana ................................................ 35.4.2. Stabilnost nagiba kosina ................................................... 35.4.3. Stabilllost kosina i temelja ................................................ 35.4.4. Filtracija vode kroz branu i temelj .................................... 35.4.5. Distribucija normalnih i smicuCih napona i deformacije nasutih gradevina ..........................................

POGLA VLJE XII OSIGURAN]E ISKOPA, ASANACl]A KLIZISTA I PRIM]ENA ANKERISAN]A .......................................................... 439 36. PRIPREMNI RADOVI U TLU I OSIGURANJE GRADEVINSKE JAME ....••....•.....•..•.•.••......•.......•.•.......••..... 441 36. 1. Opcen ito 0 gradevinskoj jami ...................................................... 441 36.2. Pripremni radovi u tIu i na gradilistu ........................................... 442 36.2.1. Pristupni putevi ................................................................. 442 36.2.2. Priprema gradilista za izgradnju ....................................... 444 36.3. Metode iskopa i njihova stabilnost .............................................. 445 36.3.1. Siroki i uski iskop bez razupiranja .................................... 445 36.3.2. Stabilnost pokosa u sirokom iskopu ................................. 447 36.3.2.1. Stabilnost pokosa u koherentnom tIu .................. 447 36.3.2.2. Stabilnost pokosa u nekoherentnom tlu .............. 448 36.3.2.3. Stabilnost pokosa u stijenskom masivu .............. 449 36.4. Razupiranje uskih iskopa ............................................................. 451 36.4.1. OpCi principi razupiranja .................................................. 451 36.4.2. Razupiranje drvenom gradom ........................................... 452 36.4.3. Osiguranje celicnim talpama i profilima .......................... 455 36.4.4. Razupiranje uskog iskopa prenosnom metalnom oplatom ............................................................ 457 36.5. Razupiranje sahtova ..................................................................... 459 36.6. Podupiranje sirokih iskopa .......................................................... 460 36.7. Osiguranje gradevinske jame dijafragmom ................................. 465 36.8. Staticki tretman osiguranja gradevinske jame ............................. 474 36.8.1. Poduprte zastitne konstrukcije .......................................... 475 36.8.2. Hidrostatski pritisak kod dijafragrni ................................. 476 36.9. Snizenje nivoa podzemne vode unutar gradevinske jame ........... 480 36.9.1. Doticanje i ispumpavanje vode ......................................... 480 36.9.2. Otvoreno pumpanje vode .................................................. 482 36.9.3. Pumpanje iz cijevnih bunara ............................................. 484 Temeljenje

13

Sadrioj

Sadrzaj

36.9.4. Pumpanje iz busenih bunara ............................................. 486 36.9.5. Proracun dotoka podzemne vode u iskop ......................... 488 36.9.6. Ostale metode snizenja i presijeca~e dotoka podzemne vode ................................................................. 489

POGLA VLJE XIII SPECIFICNE METODE TEMELJENJA ..................................... 569 39. DINAMICKI OPTERECENI TEMELJI ............................. 571

37. ASANACIJE NESTABILNIH KOSINA .............................. 493 37.1. Osnovni podaci 0 klizistima i istraZivanjima .............................. 493 37.2. Metode asanacije klizista ............................................................. 498 37.2.1. Rasterecenje i opterece~e dijelova klizne povrsine ............. 498 37.2.2. Dreniranje nestabilnih kosina ............................................... 501 37.2.3. Izvodenje asanacionih objekata ............................................ 504 37.3. Osmatranje pokreta i efekata asanacionih radova ....................... 509 37.4. Neki primjeri asanacije klizista ................................................... 511

38. ANKERISANJE U TLU ......................................................... 521 38.1. Opcenito 0 ankerisanju ................................................................. 521 38.1. L Historijski razvoj i defmicije ................................................... 521 38.1.2. Osnovni elementi ankerisanja i vrste ankera ........................... 523 38.2. Nacin djelovanja i prenos sile prednapregnutog geotehnickog ankera ..................................................................... 528 38.2.1. Nacin djelovanja prednapregnutog geotehnickog ankera ................................................................ 528 38.2.2. Prenos ankerne sile u temeljno tIo .......................................... 531 38.2.3. Zastita geotehnickih ankera ..................................................... 531 38.3. Karakteristicne primjene geotehnickih ankera ............................. 532 38.3.1. Ankerisanje u podzemnim objektima ...................................... 533 38.3.2. Ankerisanje na povrsini terena ................................................ 536 38.4. Proracun ankerisanja ..................................................................... 542 38.4.1. Opcenito 0 proracunu sila u ankerima ..................................... 542 38.4.2. Proracun ankerisanja u podzemnim radovima ........................ 544 38.4.2.1. Proracun ankera u kaloti .................................................. 544 38.4.2.2. Tunelska obloga od ankera i prskanog betona ................. 548 38.4.3. Proracun ankerisanja na povrsini terena ................................. 551 38.4.3.1. Proracun sile prednaprezanja ankera kod stabilizacije kosina ........................................................... 551 38.4.3.2. Proracun sile zatezanja u pasivnom ankeru ....................... 554 38.4.4. Proracun sile nosenja prednapregnutih dubokih ankera .......... 555 38.5. Ankerni temelji ............................................................................. 559 38.5.1. Proracun temelja opterecenih siiom zatezanja ........................ 559 38.5.2. Proracun pomocu metode sile cupanja u tlu ........................... 561 38.5.3. Proracun sile cupanja savremenim metodama teorije plasticnosti ................................................................... 563 14

Temeljenje

39.1. Efekti vibracija na tlo ..................................................................... 39.2. Oscilacije i sopstvene frekvencije tla ............................................ 39.3. Apsorpcija vibracija ....................................................................... 39.4. Seizmicko opterece~e tla .............................................................. 39.4.1. Seizmicki proracun metodom spektralne analize ...................... 39.4.2. Aktivni i pasivni seizmicki pritisak tla ......................................

571 573 576 577 581 584

40. SA VREMENE METODE IZRADE PODZEMNIH KONSTRUKCUA .................................................................. 591 40.1. 40.2. 40.3. 40.4. 40.5.

Opcenito 0 podzemnim konstrukcijama ....................................... Kontinualne dijafragme ................................................................ Injektiranje pomocu visokog vodnog pritiska .............................. Sabijanje tla vibroflotacijom ........................................................ Osrnatranje temelja naftnih platformi ...........................................

591 592 594 597 598

41. PODZEMNI CJEVOVODI ................................................... 601 41.1. Pritisak na podzernne cjevovode ................................................... 601 41.2. Seizmicki brdski pritisak na podzemne ukopane objekte ............. 603

42. PODUPlRANJE I PODGRADIVANJE ............................... 607 42.1. Razlozi za podupiranje i podgradivanje ....................................... 42.2. Metode podupiranja ...................................................................... 42.3. Metode podgradivanja temelja ..................................................... 42.3.1. Podgradivanje temelja kontinualnim trakama ......................... 42.3.2. Podgradivanje temelja pri zastiti gradevinske jame ................. 42.3.3. Podgradivanje temelja stupovima iIi sipovima ....................... 42.3.4. Podgradivanje temelja sipovima ............................................. 42.3.5. Pojacavanje injektiranjem .......................................................

607 607 612 612 613 614 615 617

LITERATURA ................................................................................ 619 LISTA SIMBOLA .......................................................................... 631 INDEKS AUTORA ..•.•.••.•••..•.•..~ ..................................................... 639 INDEKS POJMOV A ........••.....••..................................................... 643 Temeljenje

15

Sadrzaj

TUMAC SPECIFICNIH IZRAZA ................................................ 647 GRCKI ALFABET

.........................................................................

POGLAVUEVrn 655

o AUTORU ...................................................................................... 657

OSNOVNI PRINCIPI TEMELJENJA GRADEVINSKIH OBJEKATA

Moto u knjizi prof dr. Nonveillera: "Mehanika tla i temeljenie zradevina": ... "Temelji gradevina uvijek su bili pastorcad, zato sto nema slave u temeljenju i sto uzroci uspjeha iIi neuspjeha feie skriveni duboko u tlu; ali djela osvete temelja zbog pomanjkanja brige 0 njima mogu biti veoma zbunittjuca ... " (K. Terzaghi, predavanje na Building Research

Congressu, London, 1951) 16------------------~~~------------------­

Temeljenje

]7

VIII

OSNOVNI PRINCIPI TEMELmN.JA GRADEVINSKIH OB.JEKATA

U

ovome poglavlju izloZeni su osnovni principi temeljenja gradevinskih objekata i neki elementi iz Evrokoda 7 (Eurocode 7), "Geotehnicko projektovanje" - generalni pravilnik, koji je izdao Evropski komitet za standardizaciju (1994), a kojem ce se u buducnosti prilagoditi i nasi standardi. Uporedo je data i sada koristena podjela opterecenja i drugi elementi iz Pravilnika 0 tehnickim normativima za temeljenje gradevinskih objekata ("S!. list SFRJ" 15/90). Kao uvod za naredna razmatranja date su podjele i metode temeljenja, njihove vrste i moguca primjena. Pored osnovne podjele na plitko i duboko temeljenje, koja je prema nekim autorima neadekvatna, navedeni su neki osnovni principi i za siroko primjenjivane podzemne konstrukcije.

19

25. Uvod, opterecenja j metode temeijenja

25.UVOD OPTERECENJA I METODE TEMELJENJA Temelj objekta definise se kao sastavni dio gradevinskog objekta visoko, nisko i hidrogradnje, koji je u direktnom kontaktu sa tlom, odnosno stijenskim masivom i koji prima i prenosi opterecenje sa objekta na tlo, odnosno stijenski masiv. Tlo se usljed opterecenja objekta deformise i tako deformisano vraca na konstrukciju objekta reaktivno opterecenje. Prihvaca se i ovdje princip da ukupno aktivno opterecenje treba biti jednako reaktivnom opterecenju. Tlo i konstrukcija objekta deformisu se zajedno, radi cega je potrebno projektovanje temelja razmatrati skupa sa konstrukcijom objekta i obratno. Uzajamno njihovo razmatranje i projektovanje dovodi do povoljnUih tehnickih i ekonomskih rjesenja cjelokupnog objekta. Problemi temeljenja vezani su najcesce i za velike razlike u naponima, koje prima tlo, odnosno konstrukcija objekta, koja je sacinjena od kvalitetnijeg materijala, nego sto je to prirodno i heterogeno tlo. Zbog ovoga se javlja poireba za prosirenjem temeljne konstrukcije koja ovisi od: (i) velicine opterecenja, (ii) vrste i osobina tla, odnosno stijenskog masiva, (iii) dubine temeljenja, (iv) tipa objekta i nacina prenosenja opterecenja. Projektovanje temelja zapocinje analizom opterecenja od konstrukcije objekta, ciji je sistem unaprijed defil1isan. Prema odabranol11 sistemu konstrukcije pronadu se sile koje trebaju da se prel1esu preko temelja l1a pojedinim I11jestima ispod objekta. Na osnovu poznatih vanjskih sila od konstrukcije objekta odreduje se: 0) vrsta temeljenja, (ii) dubina i oblik temelja, (iii) specificl10 opterecenje, (iv) slijeganje i konsolidacija, (v) materijal temelja, (vi) nacin i organizacija izvodel1ja itd. Iz ovih elemenata proizlazi da za projektovanje temelja treba poznavati faktore kao sto su: (a) opterecenja koja trebaju biti prenesena sa konstrukcije objekta na sistem temeljenja; (b) zahtjevi lokalnih gradevinskih uslova; (c) ponasanja i naponsko - deformacione osobine tla, koje ce biti podloga za usvojeni sistem temeljenja; (d) geoloski i geotehl1icki uslovi tla. Inzenjersko temeljenje je cista kombil1acija mehanike tIa, mehanike stijena, konstrukterstva, gradevil1skih disciplina, inzel1jerske geologije, hidrogeologije i odgovarajuce inzenjerske prakse. Ovo sve skupa moglo bi se nazvati "umjetnost" temeljenja. Temeljenje

21

filII Osnovni prine/pi temeljelJja graaevinskih ob/ekata

Kada se detenninise koje je temeljenje najekonomicnije, mzenjer mora uzeti u obzir, kod daljnjeg projektovanja, strukturu optereeenja, uslove t1a i tolerantna slijeganja. Opcenito se temeljenje moze podijeliti na: (i) plitko i (ii) duboko temeljenje. U poglavlju IX i X obradene su ove vrste temeljenja, dok su u poglavJju XI i XII dati nacini izvodenja priboja, zagata, gradevina od nasutih materijaia, osiguranja iskopa, ankerisanja i asanacija kIizista. Neke specificne metode temeljenja date su u poglavlju xm.

25.1. SPECIFICNOSTI GEOTEHNICKIH RADOVA U GRAf>EVINSKOM KONSTRUKTERSTVU Za projektovanje temelja neophodno je poznavartie osobina tla dobivenih u laboratoriji i/ili na terenu, sa odgovarajueim tehnickim analizama i proraeunima, sto je obradeno u prvom dijelu ove knjige, u Mehanici tla. Sire promatrano, gradevinsko - geotehnicko inzenjerstvo' koristi ova saznanja i istraZivanja za primjenu razlicitih gradevinskih zahvata i tehnologija u Zemljinoj kori (Szavits Nossan i Ivsic, 1994). Poznato je da zahvati u tlu i stijenskom masivu datiraju od pradavnih vremena, a oni su izvodeni na bazi razlicitih tradicionalnih iskustava i rutinerstva, bez provodenja posebnih istrazivanja i proracuna. Medutim, danasnja tehnologija izgradnje objekata zahtijeva racionalan i savremen pristup rjesavanja slozenih geotehnickih zahvata u tlu i masivu. Temelj kao posebna i posljednja spona u prelaznom elementu izmedu konstrukcije i tla moze osjetno utjecati na konstrukcioni sklop cijelog objekta. U vrijeme priprema ovog izdanja u Evropi (Evropska zajednica) je pokrenuta inicijativa uskladivanja raznih evroPskih propisa iz ove i drugih oblasti. Evrokod 7 (Eurocode 7 - EC 7) odnosi se na geotehnicke aspekte projektovanja objekata i gradevinskih radova i to sa osnovnim zahtjevima za: 0) cvrstocom, OJ) stabilnoscu, (iii) odriavanjem i (iv) trajnoscu gradevinskog objekta. U cilju definisartia "geotehnickih kategorija" Eurocode 7 posebno propisuje pojedinacno i detaljno zahtjeve za: faznim istrazivanjem, opsegom, kolicinom, kvalitetom, uzajamnostima, interpretacijom rezuI tata, itd. Posebno znacajna je i podloZnost svih rezultata istrazivartia stain oj reviziji, dopuni i izmjeni, ovisno 0 novodobijenim laboratorijskim, terenskim, modelskim i drugim podacima kojima se treba kompletirati cjelokupna slika 0 podlozi za temeljenje objekta. Kao sto je i uobicajeno, EC 7 predvida takoder dvije faze geotehnickog (ii) projektna (glavna) istraZivanja i to: (i) prethodna (preliminarna)

22

Temeljenje

25. Uvod, optereeen/a i metode temeljcn/a

istraZivanja. Ovome treba svakako dodati i (iii) kontrolna istrazivanja u fazi izvodenja i eksploatacije objekta. Prethodnim istramim radovima odreduje se opca pogodnost lokacije za predvideni objekat iii konstrukciju, procjenjuju promjene koje mogu nastupiti izvodenjem radova, te omogucuje planiranje slijedecih projektnih istraZivanja. Projektnim istraZivanjem treba dobiti potrebne infonnacije za geotehni6ki zahvat, ukljucujuei metode, lokaciju i proces izvodenja istraZivartia. Moguee je preklapanje ovih dviju faza geotehl.1ickih istraZival.1ja, a po potrebi predvidaju se i naknadni istrami radovi, sve dok se postepenim postupkom ne rijese sve znacajne osobine razmatrane lokacije. Za usvajanje geotehl.1ickih parametara i njihovo vrednovartie potrebno je sire znanje iz savremene mehanike tla i stijena, kao i iz geologije, hidrogeologije, seizmike, ekologije i drugih bliskih oblasti. U vrednovanju i definiranju geotehnickih i projektnih parametara treba imati mjeru, s obzirom na potreban cilj i namjeru, te se kao putokaz navodi Burlandov (Burland, 1987) "trokut mehanike tIa" (s1. 25.1.), kojim se uspostavlja odredena ravnoteia izmedu primijenjene mehanike, pOl.1a~anja tla, odnosno stijenskog masiva i realnog tla u profilu povezano sa iskustvom geotehnicara. PROFIL

ISTRAIN! RADOVI

ISKUSTVO

PRIMJENJENA

PONASANJE

TLA

• ISPITIVANJA • TERENSKA MJERENJA

MEHANIKA TLA

• IDEALIZACI JA • MODELIRANJE ·ANALIZE

Sl. 25.1. "Trokut mehanike tIa" (Burland, 1987)

Tehnicki propisi mnogih zemalja bazirani su na metodi dopustenih (dozvoljenih) napona tla i stijenskog masiva. EC 7 predvida granicna stanja iznad kojih konstrukcija, odnosno tlo iIi masiv, vise ne zadovoljava proracunske zahtjeve. Pritom raspoznaju se dva stanja: (i) krajnje granicno stanje nosivosti (Ultimate limit state) i (ii) granicno stanje upotrebijivosti (Serviceability limit states). EC 7 zahtijeva od konstrukcije i temelja odgovarajucu trajnost (Durability) i propisuje projektne situacije i projektne zahtjeve. ----------------------~~~--------------------~23

Temeljenje

VIII Osnovni principi temeijerifa graclevinskih objekata

Krajnje granicno stanje nosivosti odnosi se na bilo kakav oblik sloma koji moze ugroziti sigurnost Ijudi. Granicno stanje upotrebljivosti odnosi se na stanja iza kojih specificirani kriteriji upotrebljivosti nisu vise zadovoljeni. Projektne situacije cine skupovi razlicitih fizickih pojava koje treba studirati i dokazati da one iskljucuju pojavu kriticnog stanja a to su: 1) Kombinacije razlicitih opterecenja. 2) Prirodna okolina tla iii stijenskog mas iva koja ukljucuje: a) efekat erozije, ispiranja i iskopa 5to rnijenja geometriju povrsine tla; b) efekat hemijske erozije; c) klimatsko razaranje; d) efekat smrzavanja i forrniranja ledene kore; e) efekat oscilacija nivoa podzemne vode ukljucujuCi efekat dreniranja, mogucnost plavljenja, greske u drenaznom sistemu itd; f) pojavu plinova u tIu; g) ostale efekte vremena i okoline na cvrstocu i osobine materijala; raspored i klasifikacija razlicitih zona u tlu i stijenskom masivu, ukljucujuci i metode ispucalosti masiva, slojevitost, kraske fenomene, rasjede, supljine izazvane otapanjem; prirodu okoline itd.; h) potresi; i) rudarske aktivnosti; j) tolerancije u deformacijama konstrukcije; k) uticaj susjednih konstrukcija itd. Projektne situacije dijele se na stalne, privremene i izvanredne (Tomlinson i Boorman 1995; Szavits - Nossan i Iv sic, 1994; Baguelin i Boorman 1992). Projektni zahtjevi predvidaju provjeru svake moguce situacije, kao i provjeru da nije prekoraceno nijedno granicno stanje. Provjera se vrSi s jednom iii sa vise predvidenih metoda Ee 7, ciji se rezultati morl'tiu da uporede sa odgovarajucim iskustvenim rezultatima, kadaje to moguce. Trajnost konstrukcije mora se obezbijediti za predvideni vijek trajanja radi cega se razmatraju: izlozenost, upotreba i koristenje objekta, osobine upotrebljenih materijala, oblik elemenata i konstruktivnih detaIja, zastitne mjere, kvalitet rada, nivo nadzora, odrZavanje objekta i s1.

25.2. Opel PRINCIPI PROJEKTOVANJA TEMELJA Evrokod 7 predvida cetiri metode projektovanja ito: 1) pomocu proracuna; 2) pomocu propisanih mjera; 3) na bazi rezultata probnih opterecenja iii modelskih ispitivanja i 24

Temeljenje

25, Uvod, oplerecenja i metode temeijenja

4) metodom osmatranja.

25.2.1. PROJEKTOVANJE TEMELJA PRORACUNOM Projektovanje proracunom ukljucuje sve proracunske modele opterecenja, pomake, osobine tia i drugih materijala, geometriju objekta i odredena ograllicenja, kao 8to su npr. prihvatljive deformacije. Svi ovi elemellti modela nazivaju se projektne velicine. Kad god je to moguce, proracun treba usporediti sa osmatranjima na terenu iz prijasnjih projekata, te modelima iIi analizama. Opterecenja, koja mogu biti koncentrisana, ravnomjerna i prouzrokovana pomacima (od temperature iIi slijeganja), razvrstavaju se prema trajanju na: (i) trajna - stalna (G); (ii) promjenljiva (Q); (iii) prouzrokovana nezgodama vanredna (nepredvidelli dogadaji). U stalna opterecenja spadaju tezina objekta i instalacija, u promjenjiva naturena opterecenja iIi opterecenja vjetrom j snijegom, a u nepredvidene dogadaje npr. sudar vozova iIi eksplozija. S obzirom na promjenu uprostoru, opterecenja mogu biti fiksna i slobodna, odnosno pokretna, a S obzirom na uticaj na tIo, trajna (dugotrajna), trenutna (kratkotrajna) i povremena (privremena). Evrokod 7 propisuje vrijednost projektnih velicina - projektnog opterecenja (Fd) - (osim zemljanog pritiska) koje se dobije direktno iIi iz izraza: (25.1.)

gdje je:

Fk - karakteristicna veliCina opterecenja, a YF - parcijalni faktori sigurnosti za opterecenja i odgovarajuci uticaj (tabela 25.1.), koji se detaljnije mogu naci u Eurocodeu 7. Parcijalni faktori sigurnosti za granicno stanje upotrebljivosti iznose YF = 1,0. Parcijalnifaktori sigurnosti za konvencionalne projektne situacije pri konacnom granicnom stariju

).>

»> »>

Stalno opterecenje ukljuCivo: tezina gomj.e konstrukcije tlo, sti'ena i voda Promjenljivo opterecenje: opterecenje vjetrom i nametnuto 0 tereeen' e

Temeljenje

1,0 1,0

0,95

1,3

1,50

1,0

25. Uvod, opterecenja i metode temeljer!J'a

VIII Osnovni prineipi temeljenja graaevinskih objekata

Parcijalni fakton su potrebni radi uzimanja nesigurnosti materijalnih osobina i razlika izmedu vrijednosti dobijenih "in situ" i onih utvrdenih laboratorijskim iIi terenskim ispitivanjima kao i nesigurnosti vezane za stepen krutosti iii duktilnosti tla, odnosno stijenskog mas iva, vremenske netacnosti kod utvrdivanja nosivosti tla iii konstrukcije, geometrijskih podataka, te uticaja raznih aktivnosti kod izgradnje na osobine tla i stijenskog masiva. Projektne velicine materijalnih osobina (parametara tla i masiva) Xd utvrduju se direktno iIi pomocu karakteristicne vrijednosti Xk preko izraza: Xd = Xklrm ' (25.2.) gdje je Ym parcijaini faktori sigurnosti za materijalne osobine (tabela 25.2,), koji se mogu detaIjnije naci u Eurocodeu 7. Parcijalni faktori sigumosti materijalnih osobina za uobicajene projektne situacije za konacno granicno stanje

tg c'

1,20 - 1,25 1,50 - 1,80

({J

Za granicna stanja pri izvodenju objekta kada ne postoji veliki rizik za zivot i druS1vene posIjedice, mogu se primjenjivati drugi korijeni iz velicina datih u tabeli. Ove se velicine ne odnose na proracun sipova, vee za uobicajene proracune, a sluze kao vodilja kad se ova metoda parcijalnih faktora sigurnosti ne primjenjuje. Parcijalni faktor sigurnosti materijalnih osobina za granicno stanje upotrebljivosti uzima se u vrijednosti Y /11 = 1,0. Geometrijski podaci vezani za nagibe povrsina t1a i masiva, nivoe voda, granice izmedu slojeva, kote iskopa, dimenzije i oblik temelja itd., trebaju se birati saglasno dimenzionalnim tolerancijama konstruktivnih pravila iIi radnih specifikacija. Alternativno, one se mogu uzeti u obzir kada se biraju vrijednosti za optereeenje i materijalne osobine. Ogranicenja su definisana u Eurocode 7 kao prihvatljiva ogranicena vrijednost za parcijalne deformacije, koje zadovoIjavaju zahtjeve za granicna stanja upotrebljivosti konstrukcije. Totalna i diferencijalna sIijeganja i reIativne rotacije temelja moraju se procijeniti i sagledati da ne vode nekom od granicnih stanja. Kod proracuna diferencijalnih sIijeganja moraju se uzeti u obzir slucajne iii sistemske promjene osobina tla, raspodjela opterecenja, nacin izvodenja radova i krutost konstrukcije. Proracunskoj metodi geotehnickog projektovanja posvecena je u Ee 7 velika painja, jer je on ipak najcesci nacin dokazivanja granicnih stanja.

26

Temeljenje

Geotehnicki proracuni (analize) obuhvacaju i parametarske analize, tj. analizu osjetljivosti krajnjeg rezultata na promjene geotehnickih parametara. U prvom dijelu Mehanike tla date su neke od ovih vidova analiticke metode proracuna: nosivosti tla (teorija plasticnosti), raspodje/e napona ispod temelja i u tlu, slijeganja, kao i neke poluempiricke metode.

25.2.2. OSTALI NACINI PROJEKTOVANJA TEMELJENJA Projektovanje propisanim mjerama koristi se kada proracunski modeli nisu na raspolaganju iii su nepotrebni. Ove mjere ukljucuju tabele dopustenih pntisaka za razne klasifikacije tla i stijenskog masiva. Ovaj vid projektovanja uobicajen je kod konzervativnog naCina projektovanja i za prostije slucajeve temeIjenja. Probno opterecenje, u pravoj velicini iIi reducirane razmjere, na plocama, sipovima iIi na drugim dijelovima konstrukcije, konsti se za projektovanje temelja, sto je prije i kod nas koristeno. Pritom treba uzeti u obzir razlike izmedu ispitne lokacije i realne situacije, koje se l1aroCito ocituju u razlikama uslova u tlu i ispitnom mjestu, vremenskim efektima, razmjeri, trajanju opterecenja, itd. Probno optereeenje se cesto koristi kod projektovanja sipova, ako se rezultati koriste direktno za projektovanje iii kao kontrola proracunate nosivosti. Eksperimentaini modeli takoder se koriste za projektovanje iIi kontrolu proracunatih vrijednosti. Metoda osmatranja koristi se za eventualne korekcije projekta tokom njegovog izvodenja. Za ovo je potrebno uspostaviti sistem osmatranja (monitoring) u toku izvodenja u intervalima, koji omogueuju brzu i pravovremenu interpretaciju i eventualnu korekciju projekta. U prethodnom postupku projektant treba definisati prihvatljive granice ponasanja (npr. deformacije) konstrukcije, te pIanirati aktivnosti ako se stvamo ponasanje objekta nade izvan predvidenih granica, Metode osmatranja primjenjuju se cesto kod nasutih objekata, kao i kod drugih tipova brana radi korekcija temelja projekta u toku izvodenja iIi nakon njegovog zavrSetka, u ciIju provjere ponasanja pojedinih dijelova iIi cjelokupnog objekta.

25.2.3. GEOTEHNICKO - INZENJERSKI IZVJESTAJ I GEOTEHNICKE KATEGORIJE Evrokod 7 zahtijeva izradu geotehnickog izvjestaja i geotehnickog projektnog izvjestaja, koji skupa cine dio ukupnc projektne dokumentacije, koja se odnose na geotehnicku problematiku. Ovaj posljednji izvjestaj nije bio uobicajen u gradevinskoj praksi, a ima opravdanja da se prihvati i da bude u Temeljenje

27

VlIl Osnovni prineipi temeljenja graaevinskih objekata

sklopu gIavnog projekta (Szavitz - Nossan i Ivsie 1994; European Committee for Standardization, 1994). Osnovu geotehnickog projektnog izvjestaja cini geotehnicki izvjestaj, koji pored uvoda sadrii: generalni opis gradilista; generalnu geologiju pros:ora; opis t!a i masiva na bazi historijskih podataka, neposrednih ispitivanja busotma, probmh istrainih radova; osmatranje gradilista i laboratorijska ispitivallja, diskusiju dobijenih rezuitata, te zakljucke i preporuke, kao i eventualne dodatne terenske i laboratorijske istraine radove. Ovaj izvjestaj treba da sadrzi i detaljan plan nadzora radova, koji treba provjeravati radove tokom izvodenja, iii koji traii odrzavanje objekta nakon izgradnje. Eurocode 7 predvida tri geotehnicke kategorije. Svakom kategorijom utvrduje se opseg i kvalitet geotehnickih istraznih radova, sIozenost proracuna, obim i nivo provjere u toku izvodenja objekta. Na ovaj nacin daje se slozenost, tezina i kompleksnost pojedinog geotehnickog projekta. a) Prva geotehnicka kategorija obuhvata relativno jednostavne konstrukcije kao npr.: objekte sa silom po stupu manje od 250 kN, iIi ispod zida manjom od 100 kN/m, potporne ili razuprte konstrukcije nize od 2,0 m, niske nasipe ispod 3,0 m, jednospratne i dvospratne zgrade na plitkim temeljima iIi jednostavnijim sipovima, manje iskope za infrastrukturu, drenaie, objekte koji se mogu projektovati na bazi iskustva itd. U ovu kategoriju ne mogu se ukljuCiti objekti Iocirani na slozenim terenima kao sto su: deponije, nagnuti i ruceviti tereni, mehka i rahla tla. nekompaktirani nasipi, iskopi ispod nivoa podzemne vode, bujajuee gline, te veoma ispucali vodopropusni i trosni stijenski masivi. b) Druga geotehnicka kategorija odnosi se na objekte i konstrukcije kod kojih su potrebni obimniji i kvalitetniji geotehnicki podaci i analize koje mogu zadovoljiti uobicajene postllpke projektovanja. Uslovi u tlu i masivu mogu se u ovoj kategoriji utvrditi pomoeu uobicajenih rutinskih metoda i laboratorijskih ispitivanja uz primjenu konvencionalnih postupaka projektovanja. Ovdje spadaju plitka temeljenja, sipovi, obimniji iskopi, stupovi mostova, ankerisanja, nasipi i dr. c) U trecu geotehnicku kategoriju spadaju svi veoma slozeni geotehnicki slucajevi, koji ne ulaze u prve dvije kategorije, kao npr.: objekti sa izuzetno velikim optereeelljima, visespratnice, brane, veliki mostovi, tuneli i podzemni objekti, temelji optereeeni velikim dillamickim silama, priobaille kOl1strukcije, veliki tomjevi, nuklearne centrale, temelji slozenih hidro i termoobjekata, objekti osjetljivi na seizmiku, iskopi u slozenim geotehnickim uslovima itd. Vidljivo je da ove kategorizacije odreduju obim i kvalitet geotehnickih aktivnosti, uz odreaeni geotehnicki rizik. Istraini radovi podeseni su ovim geotehnickim kategorijama.

28

Temeljenje

25. Uvod, opterecenja i metode temelje1lia

lstraini radovi za prvu kategoriju ukljucuju vizuelni pregled lokacije i manje istrame radove, pomoeu plitkih istrainih jama, plitkih busotina i penetracijskih testova. U drugu i trecu geotehnicku kategoriju ukljucuju se sve tri faze istraznih radova: preliminarna, projektna i kontrolna, koja su objasnjena u prvom dijelu Mehanike tla. Proces projektovanja temelja odvija se fazno. U prvoj fazi pripremaju se nacrti konstrukcije i potrebne podloge u kojima su vidljivi svi stupovi, zidovi i raspored opterecenja. Svi vidovi opterecenja moraju biti prikazani. Druga faza obuhvaca studiranje i odabiranje karakteristika tla dobivene istraiivanjem terena. Trecom fazom determinise se dubina temelja i obicno odlucuje 0 nacinu tipu temeljenja. Sa dubinom, tipovima temelja i nosivosti tla ulazi se u cetvrtu fazu, u kojoj se vrse proracuni i ocjenjuju ukupna slijeganja konstrukcije, t~ provjeravaju granicna stanja nosivosti i upotrebljivosti. Ovom fazom definise se I organizacija izvodenja, nadzor, osmatranje i odrZavanje objekta.

'.">"

. 25.3j/ OPTERECENJA KOJA DJELUJU NA TEMELJ Optereeenja od objekta su uglavnom poznata vee samim izborom konstrukcije objekta. Ona se dobiju racunanjem svih sila i optereeenja koja djeluju na konstrukciju, zajedno sa vlastitom tezinom konstruktivnih elemenata, cime se dobiju sile koje djeluju na pojedine temelje. . . Prema sada vazeeem "Pravilniku 0 tehnickim normativima za temelJenJe aradevinskih objekata", vrste optereeenja koja djeluju na temelj unekoliko se ~azlikujl1 od predlozenih vrsta optereeenja Evrokod 7, i dijele se na: (i) glavna, (ii) dopunska i (iii) posebna opterecenja. Ova optereeenja uzimaju se shodno propisima koja vaie za proracun predvidenih gradevinskih objekata.

25.3.1. GLA VNA OPTERECENJA U glavna optereeenja ubrajajll se: (i) sopstvena tezina objekta, (ii) k~~isno optereeenje, (iii) hidrostatski pritisak vode i uzgon, (iv) fiItracioni i pomi pnusak, (v) aktivni i pasivni otpor tla, te (vi) pritisak rnirovanja tla. .. Sopstvena tezina konstrukcije i tla dobije se iz zapremmsklh.:ezma. (slle na jedinicu zapremine) i zaprernina pojedinih dijelova konstrukclJe obJekta. v'

•

--------------------~~~-------------------29

Tel11eUenje

25. Uvod. opterecenja i metode temeije,ya

VIII Osnovni prinelpi temelje,ya graaevinskih objekata

Prilikom uzimanja vlastite tezine t1a treba voditi racuna je Ii tlo suho, viaZilo, zasiceno iii potopljeno i uzeti izraze navedene u prvom dijelu Mehanike tla. Ukoliko se ne raspolaZe sa podacima laboratorijskih ispitivanja jedinicnih tezina tla, mogu se uzeti podaci iz tabela. Orijentaciono se npr. jedinicna tezina zapreminska tezina vlaZnog tla (r) krece od 15,0 - 22,0 kN/m3, a najcesce 18,0 3 20,0 kN/m , ukoliko tlo ne sadr.zi organske iii rudne materije (Dolarevic, 1987.). Korisno opterecenje objekta odreduje se prema tehnickim propisima za odgovarajuci objekat, odnosno konstrukciju i moze da djeluje kao: (i) trajno, (ii) trenutno i (iii) povremeno opterecenje. Hidrostatski pritisak i uzgon uzima se u obzir ako je tlo zasiceno vodom, a djeluje podjednako na sve strane i okomito na vodonepropusnu povrsinu. Ovaj pritisak mora se uzeti u obzir ako se temelj objekta nalazi ispod nivoa podzemne vode. Filtracioni pritisak javlja se u porama tla i pukotinama stijenskog masiva, ako se voda krece sa veceg na nizi potencijal. Njegova veliCina srazmjerna je hidraulickom gradijentu, (i .r w), filtracionog toka podzemne vode u razmatranoj tacki (vidjeti tacku: "Uzgon i filtracione sile"). Filtracioni iIi hidrodinamicki pritisak djeluje na cestice tla i masiva kao sila mase u pravcu kretanja vode, cime skrece rezultantu sila u neki kosi poloZaj. Porni pritisak - natpritisak javlja se u porama iIi pukotinattla masiva, ako su ispunjene vodom i ima hidrostatski karakter. Porni pritisak (u) ili neutralni napon ima za posljedicu smanjenja ukupne otpornosti tla na smicanje (0"= 0' - u tj. T = C + (a - u). tglp). Ovaj porni pritisak javlja se u mladim geoloskim formacijama i to prvenstveno u stisljivom tIu male propusnosti. Aktivni i pasivni pritisak, kao i pritisak mirovanja, proracunava se prema teorijama i na nacin opisan u prvom dijelu knjige u poglavlju: "Pritisak na potporne konstrukcije".

25.3.2. DOPUNSKA OPTERECENJA Dopunska opterecenja uzimaju se prema odgovarajuCim proptstma za razmatrane objekte. Ako je velicina dopunskog opterecenja blizu velicine korisnog opterecenja iii vlastite tezine, one se uzima u proracunu u svim fazama analize opterecenja temeIja. U dopunska opterecenja spadaju: (i) uticaj puzanja, bubrenja i skupljanja tla; (ii) kapilarni pritisak; (iii) pritisci od smrzavanja; (iv) seizmicki i dinamicki uticaji; (v) hidrostatski uticaj kod sprijecene filtracije vode, kada se na povrsini formira ledena kora. 30

Temeljenje

Puzanje, bubrenje i skupJjanje 1Ia uzima se u obzir ako moze utjecati na konstrukciju objekta i izazvati stetne posljedice. Puzanje tla pojavljuje se u glinovitom tlu usljed viskoznih deformacija. Ono nastaje relaksacijom napona kod stalne deformacije i lagahnom deformacijom zrna tla pri konstantnom opterecenju. Bubrenjem tla nastaje povecavanje, a skupljanjem smanjenje zapremine tla. Povecanje saddine vode izaziva bubrenje t1a a smanjenje sadr.zine vode do granice skupljanja izaziva skupljanje tla. Bubrenje i skupIjanje tla mogu izazvati neravnomjerno slijeganje i ostecenje objekta. Ove pojave desavaju se kod glinovitih materijala. Bubrenja mogu izazvati povecane pritiske na temelje objekta ako su sprijecene deformacije. Skupljanje tla dovodi do smanjenja pritiska ispod dijeJova temelja objekta, sto proizvodi neravnomjerno slijeganje i ostecenje objekta. KapiIarni pritisak javlja se u zasicenom tIu vodom u porama, koje su medusobno povezane i nalaze se iznad nivoa podzemne vode. Velicina kapilarnog pritiska ovisi 0 velicini i rasporedu uskih i sirokih pora u tlu, temperaturi vode, pravcu kretanja vode i visilli kapilarnog penjanja vode, sto se odreduje ispitivanjima u laboratoriji (vidjeti u prvom dijelu: "Kapilarnost i kapilarne sile"). Prosjecni kapilami pritisak kod koloidnih glina iznosi preko 300 kN/m 2, dok kod sitnog pijeska iznosi sarno do 6,0 kN/m2• Pritisci od zamrzavanja javljaju se ispod temelja pri temperaturi ispod 0° C (273,15 K), ako su pore i supljine ispunjene potpuno iIi djelomicno vodom. VeliCina pritiska odreduje se mjerenjem i ispitivanjem zaledenih povrsina pn raznim niskim temperaturama. Seizmicke sHe na temelje konstrukcije odreduju se propisima za aseizmicko gradenje (Pravilnik 0 tehnickim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmickim podrucjima) iii na osnovu izmjerenih seizmickih parametara. Vrsta tla i nivoi podzemnih voda mogu da dovedu do povecanja osnovnog stepena seizmicnosti, radi cega je potrebno ustanoviti ove osobine na razmatranoj mikrolokaciji. Preko temelja objekta prenose se i rasprostiru u po!uprostor tla sile izazvane vibriranjem i dinamickim opterecenjem, u obliku periodicnih iii neperiodicnih siia, iIi u obliku djelovanja udarom iIi ekspIozijom. Ovi vidovi opterecenja su specificni i zahtijevaju posebna izucavanja i proracune temeIja j tla.

25.3.3.. POSEBNA OPTERECENJA U obuhvatiti djelovanje posljedica

posebna opterecenja ubraJaju se ona opterecenja koja se ne mogu prethodnim vidovima opterecenja. Tu prvenstveno spada lucno u tlu, koje nastaje u posebnim slucajevima deformacije tla, kao smicucih napona na granicama mase tIa, koja se nalaze u stanju Temeljenje

31

25. Uvod, opterecl!nja i met ode temeijenja

VIJI Osnovni principi temeljenja gradevinskih objeknta

graniene neravnoteZe. Ovo lueno djelovanje utjeee na raspodjelu i na velieinu pritiska, na granicnim povrsinama mase tla, koje se uzima u obzir u kombinaciji sa drugim silarna, ako to daje nepovoljnije opterecenje (Dolarevic, 1987).

viseugaonog presjeka. Temelji samd se danas rijetko izvode od kamena, opeke iIi betonskih blokova, a najcesce od nabijenog iii armiranog betona. Moguci su razni oblici temelja, kao sto su npr.: pravougli, pravougli sa gornjim zakosenim liceIllo stepenast sa jednom iii vise stepenica. Na slici 2S.2.a-f dati su razni moguci oblici temeljnih stopa za nearmirani i armirani beton.

25.4. !METODE TEMELJENJA Postoji vise metoda temeljenja objekata i raznih oblika i velicina temelja i uglavnom one zavise od tehnickih karakteristika objekta iii konstrukcije i osobina tla, odnosno stijenskog masiva. Uobicajena je klasifikacija temeljenja prema nacinu i dubini oslanjanja temelja na tlo i masiv na: 1. plitko iIi direktno temeljenje i 2. duboko iii indirektno temeljenje.

f-tH

25.4.1. /OPCENITO 0 PLITKOM TEMELJENJU . Plitkim temeljima nazivamo takve temelje cija je sirina veca iii jednaka dubini temelja ispod terena, a obratno dubokim temeljima. Plitkim temeljenjem mogu se smatrati sva povrsinska temeljenja kod kojih se opterecenje od gradevine direktno prenosi na tIo preko kontaktne povrsine, koja je uglavnom i najcesce ravna i priblizno okomita na pravac djelovanja opterecenja. Plitko temeljenje primjenjuje se u slucajevima kadaje nosivo tlo relativno plitko, a odgovarajucim konstruktivnim sistemom moze se obezbijediti odgovarajuca sigumost. Po pravilu, plitko je temeljenje ekonomicnije od dubokog temeljenja, te ga treba primjenjivati uvijek i tame gdje se odgovarajucim mjerarna moze postici potrebna stabilnost objekta u pogledu nosivosti i slijeganja tla ispod objekta. Danas postoji vise tehnickih rjesenja za poboljsanje nosivosti, odnosno cvrstoce na smicanje i smanjenje slijeganja tla, tako da se i slabija tla mogu pripremiti za plitko temeljenje. Plitko - direktno temeljenje obavlja se na viSe nacina, sa temeljima raznih oblika i velicina. U osnovi razlikuju se slijedeci tipovi temelja: a) temeIji sarnd; b) temeljne trake, temeljni nosaci; c) temeljni rostilji - temeljne trake u dva pravca; d) temeljne ploce - raYne, ojacalle rebrima i kasetirane (celijaste). . Izbor tipa plitkog temeljenja ovisi od vise faktora, a u biti od dispozicije obJekta, njegove tezine i nosivosti tla. a) Temelji samci koriste se obicno kod manjih tezina objekta i boljih karakteristika tla i to ispod stupova okruglog, kvadratnog, pravougaonog iii

32-----------------------------------------------Temcljenje

® Sl. 25.2. Tipovi temelja samaca: nearmirani beton za celicni stup (a), zako.fena gornja povrsina temelja (b), stepenasti temelj (c), plocasti armirani temelj (d), zakosen armirano - betonski temelj (e), temelj u vidu pecurke -ljuske (/).

Ukoliko je vece opterecenje, a tlo slabijih osobina, potrebno je povecati povrsinu nalijeganja, sto se postize temeljnim trakama u jednom iii u oba pravca, iIi temeljnim plocama. b) Temeljne trake prenose opterecenje sa zidova iii sistema stupova na tlo (s1.25.3.-a,b). Ekonomicnije je i tehnicki lakse izvesti temeljne trake nego vise pojedinacnih temelja, posebno kada su blizu jedan drugog. Osim temeljnih traka koriste se za veca opterecenja i temeljne trake ojacane nosacima - gredama, llajcesce sa gornje strane (sI.25.3.-c). Oblici temeljnih traka mogu biti i trapezastog iIi drugog oblika (sL2S.3.-d,e), ovisno 0 konstruktivnim pojedinostima objekta.

Temeljenje

33

25. Uvod. opterecenja i metode temeljenja

VIII Osnovni principi temeljenja grailevinskih objekata

c) Temeljni rostilj prenosi opterecenje na tIo preko unakrsno postavljenih temeljnih traka - nosaca (sI.25.4.). Ako su trake blizu jedna drugoj, razmatra se mogucnost izrade temeljne ploce, za koju je iskop za temelje jednostavniji.

PRES JE K

A-A

®

r

B

iffi-'_.38-

ril

1

,r

,f--L

\,

~

"',f----L

@

Sl.25.4. Temeljni rOStilj sa zakosenom gornjom povrsinom temelja.

,r

"

Sl.25.3. Tipovi temeljnih traka - teme!jnih nosaea: ispod zida (a). ispod pojedinaenih stupova (b), temeljna traka ojaeana gredom na gornjoj strani (c), osnova trapezastog oblika temeljne trake (d) i temelji samci spojeni temeljnom trakom (e).

d) Temeljne ploce raYne, ojacane stopama oko stupa iIi gredama, te celijaste - kasetirane - sanducaste ploce (s1.25.5.) koriste se na t1ima slabe nosivosti, kao i u slucaju kada su stupovi samci iIi temeljne trake - grede na malom odstojanju. Temeljne ploce su korisne za redukciju diferencijainog slijeganja na tlu razlicitih fizicko - mehanickih osobina ili gdje je siroka varijacija u opterecenju izmedu susjednih stupova. Ovaj vid temeljenja je krajnji slucaj plitkog temeljenja. Ojacavanje ploca moze biti izvedeno prema dolje (sI.25.5. - b) iIi prema gore (s1.25.5. - c). Povoljnije je ojacavanje ploca prema gore, ako to dozvoljava tehnicka koncepcija objekta. Na slici 25.5.- d dataje sanducasta iii celijasta p\oca, koja se primjenjuje kod veoma stisljivog i podvodnog tla. 34

Temeljenje

Sl. 25. 5. Tipovi temeljnih ploea: ravna ploea (a). ploea ojaeana oko stupova pr~ma d()~e (b), ploea ojaeana gredama - rebrima (e), celijasta - sandueasta temeljna ploea (d).

-----------------------------------------------35 Temeljenje

25. Uvod, opterecenja i me/ode temeljenja

VllI Osnovni principi temeljenja gradevinskih objekata

."\

25.4.2.1 OPCENITO 0 DUBOKOM TEMELJENJU Pod duboldm - indirektnim temeljenjem smatramo sva ona duboka temeijenja kod kojih se opterecenje od objekta prenosi ulna dublje nosive slojeve tla pomocu posebnih konstruktivnih elemenata. Duboko temeljenje primjenjuje se uvijek u slucaju kada su gornji slojevi slabo nosivi i jako stisljivi, a boIje nosivo tlo nalazi se relativno duboko ispod povrsine tla. Normalna funkcija indirektnih konstrukcijaje da prenese opterecenje od objekta na dublje zone t1a bolje nosivosti i manje stisljivosti. Duboko temeljenje nezamjenjivo je za temeUe objekata i konstrukcija iznad nivoa vode, kao sto su temeIji stupova mostova, kejovi, naftne platforme itd. Prenosne konstrukcije dubokog temeljenja dijele se obicno na:

@

®

SI.25.6. Temeljenje na sipovima: na povrSlnt mocne mehke gline (a), na nasipu (b),konstrukcija iznad nivoa vode (c), ispod nivoa podzemne vode (d), obalni stup mosta (e) i obaloutvrda od ankerisanih sipova (j), gdje je: mehka glina (J), sabijeno tlo (2), nasip (3), stijena (4), voda (5), anker - zatega (6), sip na pritisak (7) i sip na zatezanje (8). 36----------------------~~------------------------

Temeljenje

a) b) c) d)

sipove (pilote); bunare; kesone (pneumatsko temeijenje); podzemne konstrukcije specijalnog izvodenja (dijafragme, te razna poboljsanja tIa). Odabiranje tipa dubokog temeljenja ovisi 0 mnogo uticajnih faktora kao npr. od: (i) vrste tla, (ii) vi sine podzemne i povrsinske vode, (iii) vrste objekta i konstruktivnih pojedinosti, te od (iv) nacina i mogucnosti izvodenja pojedinih vrsta dubokog temeljenja. a) Sipovi raznih tipova su prvi indirektni elementi koji su od pamtivijeka koristeni za prenosenje opterecenja na dublje zone vece nosivosti t1a i manjeg slijeganja. Koriste se u slucaju da u normalnom nivou tla nije moguce preuzeti opterecenje objekta temeUima samcima trakama iii temeIjnim plocama (sl. 25.6. a), iii konstrukcija lezi na dubokom stisljivom tlu - nasip (sl. 25.6. b). Temeljenje pomocu sipova je konvencionalni metod izgradnje konstrukcija iznad nivoa vode (s1. 25.6. - c), iii ispod nivoa podzemne vode (s1. 25.6. - d), kao i kod izrade upornjaka mostova i obaloutvrda (sl. 25.6. - e,f). Sipovi se koriste za preuzimanje sile u ankerima kod priboja, zagata i sl. (sl. 25.6. - f), kao i kod sanacije klizista. Sipovi se izvode pojedinacno, u jednom iIi vise redova, vertikalno iii koso, ovisno 0 vrsti opterecenja. Mnogobrojna teoretska i eksperimentalna ispitivanja ukazuju da mehanizam nosivosti sipova u sljunkovito - pjeskovitom i koherentnom tlu nije jos ni danas dovoljno razjasnjen. b) Bunari se primjenjuju u slucajevima kada je pobijanje sipova iii talpi oteZano zbog heterogenosti tia i pojave kamenitih .blokova, samaca iIi konglomerata. Kada su manje dubine do nosivog t1a, pobijanje sipova je obicno neracionalno, jer je potrebna glomazna mehanizacija za mali obim radova. Terenski uslovi, tehnicka sredstva koja stoje na raspolaganju, prostorni smjestaj, eventualne vibracije na susjedne objekte i sl. utjecu na opredjeljenje za izvodenje bunara. Bunari se izvode najcesce pojedinacno i obicno su okruglog presjeka (sl. 25.7. - a), a mogu biti i povezani u jedan sistem kod veceg koncentrisanog opterecenja (sl. 25.7. - b i c). Sanducasti bunari (sl. 25.7. - d) izvode se u slicnim okolnostima kao i okrugli bunari. Razlicitog su oblika i cesto se rade van mjesta primjene, pa se kao plovni objekti dovoze do mjesta temeljenja i spustaju posebnim kranovima sa skele iIi plovnog objekta. c) Kesonsko iii pneumatsko temeljenje (sI.25.8.) primjenjuje se za vece dubine (max. do 35,0 m) i kada se ne.moze u bunaru osvojiti priliv vode, odnosno unosenje materijala u bunar. . Dovodenjem komprimiranog zraka odredenog pritiska u radni prostor kesona sprecava se prodor vode, omogucuje dobar uvid urad i obezbjeduje siguran kvalitet temelja. Medutim, rad radnika u kesonu ogranicen je na kratko vrijeme i Temeljenje

VIII Osnovni principi temeljenja grailevinskih objekata

25. Uvod, opterecerifa i metode temeljerifa

skopcan je sa mnogim ljudskim, transportnim i zdravstvenim poteskoeama, zbog cega se ovaj vid temeljenja primjenjuje sarno u izuzetnim slucajevima.

objekta izvodi se armirano - betonska dijafragma, preko koje se prenosi optereeenje objekta na dublje zone tla.

-,-+-,I

i

*"+-Ilt!

\

'- >I'

Al-r--,-l-r-1rh~ ~ ~I

- -I -~

-

-l

SI.25.7. Temeljenje na bunarima: pojedinacan okrugli bunar (a), spojeni bunari (b), odvojeni bunari povezani u zajednicku konstrukciju (c) i sanducast bunar (d).

SI.25.8. Keson za pneumatsko temeljenje: radni prostor (1), dovod zraka (2), odvod zraka (3), penjalice (4), korpa za iskopani materi;jal (5), ostrica kesona (6), bentonitska suspenzija (7), ulaz u radnu komoru (8), izvoz materijala (9).

Primjena armirano - betonskih dijafragmi posebno je podesna u urbanim sredinama, gdje se najcesee izvode temelji u neposrednoj blizini postojecih objekta i u skucenom gradilisnom prostoru. Na ovaj nacin rjesava se osiguranje gradevinske jame i koristi kao nosivi konstruktivni temeljni dio objekta.

Danas je razvijena tehnika masinskog busenja iIi iskopa velikih cilindricnih profila do znatnih dubina, tako da je u posljednje vrijeme ovaj vid temeljenja prakticki potisnuo pneumatsko temeljenje. d) Podzemne konstrukcije izvode se posljednjih decenija raznim specijalnim strojevima u cilju vodozaptivanja terena, osiguranja gradevinske jame, temeljenja objekata, kako kod plitkog, tako i kod dubokog temeljenja. OVdje prvenstveno spadaju vodozaptivne ili nosive dijafragme. Pod dijafragmom se podrazumijeva podzemni zid male debljine izveden masinskim iskopom uskog rova, koji se ne razupire vee privremeno osigurava bentonitskom suspenzijom. Iskop i ispuna glinovitim, nearmiranim i armiranim betonom vdi se po kampadama i u fazama (s1. 25.9.). Kao konstruktivni elemenat 38

Temeljenje

r 51.25.9. lzvoaenje dijafragme: izliven beton (l),faza betoniranja (Il),faza iskopa (Ill), gdje je: bentonitska suspenzija (1), kontraktor (2), ugraaen beton (3). grabilica (4). -----------------------------~-e-m-e-lj-·el-lj-e-----------------------------39

VIII Osnovni prineipi temeljerUa graaevinskih objekata

Pored dijafragmi u podzenme konstrukcije iIi poboljsanja osobina tla, koriste se danas sve vise metode: konsolidacionog i veznog injektiranja, plitkog i dubokog sabijanja tla (vibroflotacija), dinamicke konsolidtlcije, kao i druge metode koje ce biti opisane u metodama poboljsanja osobina tla. Kod temeljenja slozenih objekata sa razlicitim opterecenjima, te kod raznolikog sastava tia po dubini, koriste se kombinovane vrste plitkog i dubokog temeljenja. Kao primjeri vise kombinovanih razlicitih metoda temeljenja prikazana su dva poznata svjetska centra, na slikama 25.10. a i b.

POGLAVUEIX

PLITKO - DIREKTNO TEMELJENJE

?-----'. DJELIHICNO RASPAONur A DJEUMICNO HE G LTNAC ),,'.3 m BUN

~RASPAOtlUT

BETONOM ZAPUNJEN

PJESCARUZDuiNI PRESJEK

1. SlUPA PO L.S UN

N.P.V.

/'

NASIPI HEHK! GlINOVIlI·lAPOR

.I'

' - RASPAONUt PJESCAR 7.3 m 8UNAR BE TONOM

~ ~> ~;:~O~JEN

MJ. TOMLINSON, 1995.

1~~~~~~~~~:J~~~~~~~~HEKAHE GlINE

PJESCANI SUUNAK

" Ako jc tc/uw[ogija veliki stroj, zn.al1jc je zasigumo gorivo koje ga pokrece. " A. TojjZer, 1972.

(" Future SIwek") Sl.25.10. Duboko bunarsko lemeljenje banke za razvoj u Singapore (a) (Tomlinson i Boorman, 1995) i presjek !croz Shell Centre u Londonu sa razliCitim metodama temeljenja i dijagramom slijeganja (b) (Measor i Williams 1962).

40

Temeljenje

41

"

.~

~

!IN: FLI1'R)O~DlRE~n mMELIE~m '; ~

,',\

"

prvom dijelll analizirani su osnovni kriteriji plitkog U temeljenja, dat metod proracuna kontaktnih napona, obrazlozeno dimenzioniranje i slijeganje plitkih temelja, te dat osvrt na primjenll kompjuterskih metoda kod analize i projektovanja pTitkih temelja. Pored dimenzioniranja prema kriteriju sloma tla i kriteriju dopllstenih slijeganja, date su opste postavke za krajnje granicno stanje i granicno stanje llpotrebljivosti, koja se predvidaju Evropskim standardima za geotehnicko projektovanje (Eurocode 7). NaCin dimenzionisanja temelja samca dat je za nearmirane i armirane betonske temelje, opterecene centricno ekscentricno, kao i njihovi konstruktivni detalji. Temeljni nosaci analizirani su za opterecenja koja se prenose preko zidova i pojedinacnih stupova. Za temeljne ploce dati su osnovni tipovi i njihova primjena. Staticka analiza prikazana je za konvencionalni nacin proracuna, kan i za proracun fleksibilnih plnca na elasticnoj podlozi. U ovom poglavljll Qbradeni su: 26.

Kriteriji, dimemjrmiranje, sl(jeganje i analiza plitkog temeljenja. 27. Temelji samci. 28. Temeljni nosaCi i 29. Temeljne place.

43

26. Kriteriji, dimellziollirarlje, slijegallje i allalize pliliwg lemeijellja

26. ruTERIJI, DIMENZIONIRANJE, SLIJEGANJE

I ANALIZE PLITKOG TEMELJENJA Prema Terzaghiju i Pecku (Tercagiju i Peku) plitkim temeljenjem definisu se takvi temelji kod kojih je sirina veca iIi jednaka dubini temelja, kako je to i u uvodnom dijelu navedeno. Obicno se pod plitkim iIi direktnim temeIjenjem podrazumijevaju sva povrsinska temeIjenja i nacini osianjanja u kojima se opterecenje od gradevine prenosi na tlo, preko kontaktne povrsine, koja je uglavnom ravna i priblizno okomita na pravac djelovanja opterecenja (DolareviC, 1987). Ova definicija moze da se prihvati za normalne velicine temelja, ali ne i za uske i veoma siroke temelje. Zbog ovoga neki autori preporucuju izbjegavanje termina "plitko temeljenje", tako da se u geotehnickom izvjestaju definise odnos dubine prema sirini temelja.

26.1. OSNOVNI KRITERIJI PLITKOG TEMELJENJA U prvom dijelu dat je pristup projektovanju temelja sa aspekta nosivosti, sIijeganja i konsolidacije tla ispod temeija. Medutim, neke vame promjene u tlu nastaju neovisno 0 dodatnim naponima izazvanim opterecenjem temelja, 0 kojima treba voditi racuna pri odredivanju elemenata temelja. Primjeri takvih kolebanja u tiu su: (i) bubrenje i skupljanje tla pod uticajem vIai:nosti i temperatumih uslova, (iO dubina smrzavanja, (iii) isusivanje, (iv) opasnost od ispiranja tla, (v) klizanje kosina, (vi) rudarska i druga regionalna slijeganja, (vii) slijeganja za vrijeme udara, eksplozija i vibracija, iii drugi slicni uticaji. Potreban je oprez kod analize efekata ovih promjena na konstrukciju, bilo da uticu na lokaciju temeljl;l iIi na poduzimanje potrebnih tehnickih mjera, kako bi se izbjegle nepozeljne posljedice. Dimenzije temelja projektuju se prema kriticnom opterecenju, odnosno dopustenom naponu i slijeganju ustanovljene vrste tia i stvame velicine opterecenja. Medutim, kod usvajanja dubine temelja mora se voditi racuna 0 minimalnom ukopavanju koje je ovisno 0 navedenim klimatskim i drugim faktorima i promjenama u tIu. Mnoge zemlje definisale su standardima rninimalne dubine temeljenja s obzirom na dubinu smrzavanja. U Norveskoj npr. i sjevemim regionima Kanade utvrdeno je da je efekat izdizanja tla usIjed smrzavanja do dubine 1,2 - 2,0 metra Temelje1/je

45

26. Kriteriji, dimenziolliranje, slijeganje i allaIize plitkog temelje/1ja

IX Plitko - direkmo temeljenje

sa velieinom izdizanja 10 - 30 em (Tomlinson i Boonnan, 1995). Prema Britanskom standardu preporucuje se minimalna dubina od 0,45 m, za obezbjedenje temelja protiv smrzavanja, osim u predjeIima sa duiim periodima mraza, gdje je veca dubina pozeljna. Normalno je da dubina temelja bude ispod dubine u kojoj se osjecaju sezonske kJimatske pojave. Do ove dubine su obieno nize vrijednosti cvrstoce na srnieanje tIa, sto ovisi 0 vrsti tla i lokalitetu. Efekti klimatskih promjena variraju po dubini, a krecu se od 1,20 - 1,50 m, a u tropskim i suptropskim podrucjima i dublje. Dubina smrzavanja odreduje se na osnovu visegodisnjih mjerenja, osmatranja i iskustva. Orijentaeiono, mogu se usvojiti u nasim podruejima slijedece dubine smrzavanja: a) za podrueja sa sredozemnom kIimom i nadmorskom visinom ispod 500 m n.m. dubina treba da iznosi 0,40 m. b) za podrueja sa kontinentalnom kfimom minimalnu dubinu smrzavanja usvojiti 0,80 m. Na ove dubine potrebno je dodati jos 0,10 - 0,20 m radi obezbjedenja, da ne dode do smrzavanja ispod samih temelja (DoIarevic, 1987). Probleme u temeljenju mogu da izazovu bubrenja i skupljanja, oduosno isusivanja pojedinih vrsta tIa, kao sto su npr. glinovita i i10vicasta t1a. Kod sijunka, pijeska i pjeseane prasine ne postoji stetna opasnost od isusivanja i skupljanja, odnosno bubrenja. Ispitivanjem treba ustanoviti dubinu ovih promjena, jer se kod nekih vrsta tia, i kod male tezine objekta, mora nekada temeljiti i na dubini 3,0 m, da bi se izbjegle pojave isusivanja i bubrenja. U izvjesnim slueajevima mora se voditi racuna 0 efektima korijenja vegetacije i drveca. Efekti vlaznosti razliciti su sa vegetacijom i bez vegetacije i drveca, a korijenov sistem, koji doseze i do 5,0 m dubine, moze da izazove i odredene pritiske. Poteskoce sa ispiranjem i erozijom uglavnom su vezane za pjeScana tla. Unutarnja erozija moze biti rezultat filtracije podzenme vode kroz pore i pukotine, koja ispire fine eestice tia, sto dovodi do slijeganja i urusavanja tla. Posebne poteskoce u temeljenju moze izazvati filtracija vode iz otpadnib industrijskih devastiranih materijala u deponijama i kod fIotacije ruda, sto moze dovesti i do urusavanja takvih deponija. U ovome slucaju se mora ispitati dubina ispiranja i postaviti temelje dublje iii preuzeti tehnicke mjere zastite razmatranog podrucja. Povrsinska erozija javlja se kod sipkih i nevezanih kategorija tla u podrucjima sa jakim vjetrovima i tekucim - najcesce bujicarskim tokovima vode. Pored odredivanja dubine temeIja, na osnovu moguce erodivnosti tla, potrebne su i tehnicke mjere povrsinske i dubinske zastite, ukljucujuci i posumljavanja. Opcenito, podrucja sklona klizanju treba izbjegavati za gradnju. Kod plitkih klizanja mogu se poduzeti tehnicke mjere na spreeavanju uzroka klizanja.

46

Temeljenjc

Opterecenje temelja ce nekada malo i nimalo uticati na faktor sigufl1osti, ali ostali uticaji kao zasijecanja, nasipanja, navodnjavanje, odvodnje i s1. imaju znacajan efekat na stabilnost kosina. Kod stijenskih masiva primjenjuju se ankerisanja i injektiranja, u cilju poboljsanja i osiguranja padina, kosina i zasjeka. Ponasanje objekata sa temeljima u pritisnutim zonamaje drugaeije od onih u zatefucim zonama sire razmatranog podrucja. U prvom slucaju kose sile teze da slome objekat, a u drugom da ga razvuku. Opcenito, u ovim slueajevima i kod opterecenja temelja horizontalnim silama treba izvrsiti provjeru stabilnosti na klizanje koja se obezbjeduje sa povecanjem dubine temeljenja i drugim tehnickim mjerama. EkspJotacijom podzemnih sirovina, metodom pumpanja nafie, prirodnog gasa i soli iz podzemlja stvaraju se suplji podzemni prostori koji imaju negativnog efekta na povrsinu zemlje. Kod nas je poznat ovaj slueaj u podrueju Tuzle, gdje je zbog crpljenja soli (isoljavanja) doslo do utonuca dijelova grada i ostecenja pojedinih objekata. U ovakvim i rudarskim podru¢jima potrebne su posebne mjere kod temeljenja i izgradnje objekata. Temeljenja vezana za vibracije i udare mogu se podijeliti u dvije kategorije: (i) eksterne vibracije izazvane, seizmickim aktivnostima, zeljeznickim tunelima i izvodackim aktivnostima, te (iiJ vibracije izazvane ekscentricnom rotacijom iii udarom strojeva unutar objekta. Za aseizmicko gradenje postoje propisi prema kojima se vrsi temeljenje objekta dok u drugom slucaju temeljenje predstavlja posebnu specijalnost koja se u literaturi zasebno obraduje. Najcesce to su izolovani i duboki temelji koji se odvajaju od osnovne konstrukcije, prema specificnim metodama.

26.2. PRORACUN NAPONA NA KONTAKTNOJ POVRSINI TEMELJA I TLA Opterecenje od objekta na tlo prenosi se preko kontaktne - dodirne povrsine temelja i tla u dublje zone tla ispod temelja. Ovi naponi nazivaju se kontaktni naponi i dijelom su obradeni u prvom dijelu ove knjige (12.1.). Proracun se provodi na dva nacina ito: (i Jpravolinijskom raspodjelom pritisaka na dodirnoj povrsini i (iiJ metodom elasticnosti. Do sada uobicajen nacin pravolinijske raspodjele pritisaka predstavlja veoma grubu aproksimaciju stvarne raspodjeJe pritisaka koja se dobija tacnijim i savremenim metodama proracuna, baziranim na deformabilnosti (savitljivosti) temelja i stisljivosti tla. Pri proracunu metod om elasticnog poluprostora koristi se postupak izjednacavanja deformacije temelja objekta i tla, odnosno princip podudarnosti elasticne linije temelja i linije slijeganja tla.

Temeljenje

47

26. Kriteriji, dim(!IIziollirallje, slijeganje i analize plitkog IClIleijellja

IX Plitko - direkwo temeljenje

U cilju odredivanja reaktivnog pritiska na kontaktu temelja i tla za prvi slucaj proracuna koristio se ranije madul reakcije tla (koeficijent poste1jice - k). On se zasniva na pretpostavci da je napon «(j), odnosno pritisak (p), proporcionaian slijeganju (s) u svakoj tacki poluprostora ispod optereeene = k . s) nazvana jos povrsine (vidjeti prvi dio, tacka 8.3.3.). Ova hipoteza Winklerova hipoteza, a u suprotnosti je sa postavkama teorije elasticnosti i to zbog slijedeeih razloga: a) Temelj se ne slijeze ravnomjemo, vee je po pravilu ugnut prema dolje. b) Tio se ne slijeze sarno ispod optereeene povrsine, vee se ono prenosi i na bokove (sl. 26.1.). c) Velicina modula reakcije tla dobije se ispitivanjem tla na kruZnim plocama raznih dimenzija, koje utjecu na dobivene veliCine modula reakcije tla. Sa poveeanjem dimenzija ispitne ploce dobijena vrijednost opada i obratno. Danas se po pravilu interakcija izmedu temelja i t1a racuna prema metodi elasticnosti. Od krutosti i elasticnosti temelja, te 0 vrsti tla ovise kontaktni pritisci i oni se medusobno razlikuju, a jos vise se udaljuju ad pravolinijske raspadjele pritisaka (s1.26.1.). Za ocjenu apsolutne krutosti temeljne konstrukcije primjenjuje se koeficijent apsolutne krutosti (K), za koji postoji vise izraza u Iiteraturi (Dolarevie, 1987). Za Iinijske pravougaone temeljne nosace koeficijent apsoiutne krutosti moze se odrediti iz izraza:

«(j

Ukoliko je koeficijent krutosti (K) za okruglu temeljnu plocu dijametra D (m) veei iii jednak 0,4, temeijna okrugla ploca smatra se krutom, tj.:

.!..L>

(26.3.) K -- 6 Eb 4 - 0 , 4 • Et D Za krute (sL26.1.-a,c,d) i fleksibilne (sL26.1.-b) temelje, kao i za neke vrste tla dati su na slici 26.1. kontaktni pritisci (naponi), iz kojih se vide razlike u oblicima raspodjele pritisaka i slijeganja na kontaktu temelj - tIo (Dolarevie, 1987).

~ I

4

3

(26.1.)

@

gdje je:

Eb, Et - modul deformacija betona:, odnosno tla (MN / m

2

);

lk - moment inercije poprecnog presjeka temelja (m4); B - sirina temeljnog nosaca (m); L - duzina teme1jnog nosaca (m).

S1.26.1. Sematski prikaz slijeganja krutog temelja (a) i fieksibilnog (b), gdje je: slijeganje (1), sa elasticnom linijom temelja (3) i linijom slijeganja Ila (4), te dijagramom pritiska (2) ito za glinu (a-2), pijesak i sljunak (c-2) i sred'1;i tip materijala (d-2).

Ukoliko je K 24, temeljni nosac moze se smatrati apsolutno krutim. Za kvadratne

(L = B)

i pravougle

~) temeJjne ploce krutost se odreduje

prema izrazu: (26.2.)

Za K 2 0,4 48

@

@

Ys temeljna ploca se smatra krutom. Temeljellje

Dok su za glinu pritisci veei na krajevima nego u sredini temelja (sI.26.1.- a-2) dotle su kod pijeska i sljunka pritisci veei u sredini, nego na krajevima temelju, koji su prakticki beznacajni (sI.26.1.-c), (Tomlinson i Boorman, 1995). Ovakve raspodjele kontaktnih pritisaka proizlaze iz krutosti, odnos1l0 fleksibilnosti (elasticnosti) temelja i osobina tla. Kod apso\utl1o krutog sistema temelja elasticna linija slijeganja temelja je prava linija (sI.26.1.a-3), dok je teoretska linija slijeganja tla za ravnomjerno optereeenje kriva izbocena .pr.ema dolje (s1.26.1.a-4). Posto u svakoj tacki mora postojati kontakt izmedu temelJa I tla, Temeijenje

49

IX Plitko - direktllo temeUenje

i linija slijeganja t1a mora biti prava. Ovo dovodi do preraspodjele pritisaka i to tako da se na krajevima poveeavaju, a u sredini smanjuju (kod koherentnog tla i stijenskog masiva), 8tO opet ovisi 0 vrsti tla. Kod fleksibilnog temelja slucaj je suprotan (sI.26.1.-e), tj. elasticna linija slijeganja temelja je jace izbocena prema dolje (sI.26.1.e-3), nego linija slijeganja tla (sI.26.l.e-4) za ravnomjemb optereeenje. U ovome slucaju podudamost Iinije slijeganja tla i elasticne linije temelja izaziva koncentraciju reaktivnog pritiska na sredini, a smanjenje na krajevirna.

26.3. DIMENZIONlRANJE PLITKIH TEMELJA Temeljem objekta treba da se obezbijedi siguran oslonac gornJoJ konstrukciji i njeno normalno funkcionisanje. Da bi se ovo postiglo, moraju, kod dimenzioniranja plitkih temelja, biti ispunjena dva osnovna uslova ito: a) Optereeenje konstrukcije na .temelj mora biti znamo manje od optereeenja koje moze da izazove slom tla ispod temelja, odnosno zahtijeva se odredeni koeficijent sigurnosti u odnosu na pojavu sloma. b) Slijeganje temelja treba biti u dopustenim granicarna, odnosno mora biti toliko da one ne izazove stetne posljedice na konstrukciji objekta. Sazeto receno, dimenzioniranje temelja vrsi se na bazi dopustenih napona, odnosno dopustenog opterecenja tIa, koje se dobije na bazi kriterija sloma tIa, odnosno kriticnog opterecenja, te kriterija dopnstenih sIijeganja. Nacrt Evropskog pravilnika za geotehniku (Eurocode 7) obraduje sire uslove za dimenzioniranje plitkih temelja samaca, traka, rostilja i ploca, koji se radi uporedbe sa nasom dosadasnjom praksom saieto navode u narednoj tacki.

26.3.1. KRAJNJE GRANICNO STANJE I GRANICNO STANJE UPOTREBLJIVOSTl Evrokod 7 predvida provjeru barem slijedeeih granicnih stanja: (i) gubitak opee stabilnosti, (ii) nosivost tla, (iii) slom usljed klizanja, (fv) slom konstrukcije zbog pomjeranja temelja, (v) prekomjerna slijeganja, te (vi) nedozvoljene vibracije. Predvidaju se dvije metode dimenzioniranja plitkih temelja: a) direktna metoda dimenzioniranja sa svim vrstarna analiza za svako granicno stanje uz koristenje proracunskih modela, projektovanih velicina i parametara tla, te b) empirijska metoda proracuna koristenjem i uporedenjem iskustava, rezultata terenskih j laboratorijskih ispitivanja. 50

TemeUellje

26. Kriteriji, dimenzioniranje, s/ijeganje i al1aliz(' plitkog fcmeUenja

Prva metoda obuhvaea modele bolje od druge, koji opisuju mehanizme sloma tia za krajnje granicno stanje (za kriticno opterecenje), te anaiizu deformacija za granicno stanje upotrebljivosti (Szavitz - Nossan i Ivsie 1994.). Krajnja granicna stanja kod plitkih temelja provjeravaju se za: (i) nosivost tla, (ii) opeu stabilnost, (iii) klizanje, (iv) optereeenje sa velikim ekscentricitetom, te (v) slomkonstrukcije usljed pomaka temeljne konstrukcije. Proracnn nosivosti tla provodi se poluempirijskim metodama baziranim na "in situ" testovima iii opaianjima temelja na slicnom tlu. Daju se preporuke za odredivanje nosivosti tla i stijenskog masiva poluempirijskim metodama baziranim na rezultatirna dobivenih presiometrom. Opca stabilnost provjerava se u slucajevima temeljenja na kosinama i prirodnim padinama, pored iskopa iIi potpornih konstrukcija, uz obale rijeka, kanala, jezera, morskih obala, te pokraj rudnika iii drugih podzemnih objekata. Za slucaj da tlo iIi stijenski masiv ispod temelja ukazuje na uslojenost iii diskontinualnost moraju se njihove osobine uzeti u obzir kod preqiostavljenog mehanizma sloma i proracunskog modeia sa izabranim parametrima cvrstoee i deforrnabilnosti. Kontrola opasnosti od klizanja temelja provjerava se kako za drenirano tako i nedrenirano tlo, analitickim i empirijskim metodama. Definirajuei pojam velikog ekscentriciteta (npr. 1/3 sirine odnosno duzine pravouglog temelja), EC traii posebne mjere opreza (npr. konzervativno odredivanje potrebne sirine temelja). Prop is zahtijeva takoder provjeru vertikalnih 1 horizontal nih diferencijalnih pomaka temelja konstrukcije izazvanih projektovanim optereeenjem pri konacnom granicnom stanju. Ako pomaci temelja izazvani optereeenjem za konacno granicno stanje vode slomu konstrukcije, potrebne su obimnije i slozenije analize, sto klasificira konstrukciju u treeu geotehnicku kategoriju. Kod granicnog stanja upotrebijivosti treba odrediti ukupna i diferencijalna slijeganja tla, te slijeganja usljed rotacije temelja u tIu. Propisi EC 7 dopustaju koristenje, izmedu ostalih i primjenu naponsko deformacionih metoda, te prilagodene elasticne metode za proracun slijeganja tla, ispod temelja. Naponi u tIu racunaju se na osnovu raspodjeJe napona u elasticnom i u izotropnom i homogenom poluprostoru, uz linearnu raspodjelu kontaktnih pritisaka. Za slijeganje koristi se integracija vertikalnih specificnih deformacija, uz primjenu modula stisljivosti dobivenih laboratorijskim ispitivanjirna, iIi ispitivanjima "in situ". Diferencijalna slijeganja i relativne rotacije treba procijeniti i uporediti sa kriterijumom za granicno stanje upotrebljivosti. Propis Ee 7 traii da se kod plitkih temelja diferencijalna slijeganja pretpostave min 10,0 mm, osim ako nisu Temeljenje

5]

26. Kriteriji, dimellziollirallje, s/ijegollje i onalize plitkog lemeljenjo

IX Plitko - direktllo temeljenje

kOllstruktivno sprijecena gorqjom konstrukcijom, bez obzira na proracunom dobijene vrijednosti. Temelje izlozene vibracijama treba dimenzionirati tako da ne dode do rez~nancije izmedu frekvencije vibrirajuceg stroja i frekvencije tla, te da vibracije ne lzaZOVU nedopustena slijeganja.

26.3.2. DOPUSTENO OPTERECENJE PREMA KRITERIJU SLOMATLA

+ q.'N q . S q .!.q + 0'5· y'·B'·Ny . Sy . 1y'

nagiba opterecenja, prouzrokovanog horizontalnom silom H paralelno sa efektivnom (korisnom) stranicom B ': Iq :::: 1- [0,7 H/(V + A'.c'.ctgcp')];

ic =

=e'Jltg N

200

0

S{ml

0

150

za pravougaoni oblik temelja;

Sq

=1 +sincp' za kvadratni iii kruzni oblik temelja;

Sy

=1-0,3(B

Sy

=0,7 za kvadratni iIi krumi temelj;

Sc

........

(26.5.)

oblika temelja:

Sq :::: 1

kP~

:!;

UJ

Nc = (Nq

(iqNq-l)/(Nq-1).

k)

zapravougaoni temelj;

(26.8.)

Oznake ujednadzbi 26.4. obrazlozene su u poglavlju 14. Vrijednosti dobivene za projektovanu nosivost tla prerna mnogim autorima i propisima se medusobno raziikuju, sto ovisi 0 datim izrazima za projektovane faktore. Vrkljan i Matkovic (1994) uporedili su projektovane nosivosti tla (dopustena nosivost) odredene Terzaghijevim i EC 7. izrazom i formulom datoj u Pravilniku (s1.26.2.). Uocljivo je da sadasnji Pravilnik u odredenom domenu daje nesto konzervativnije rezuitate zbog nepovoljnog uticaja propisanog faktora dubine (de).

sa slijedecim bezdimenzionalnim projektnim faktorirna: ~ nosivosti: Nq

}

iy = 1- [H/(V + A'.c'.ctgcp')];

. .. U pogiaviju 14. obradenaje detaljnije nosivost tla ispod temelja na osnovu kntenJa sloma tla i dopustenog opterecenja. Kriticno opterecenje (opterecenje ~loma iii granicno opterecenje - fJJ), odnosno dopusteno opterecenje (qd) odredeno Je prema modelima vise autora i prema Pravilniku 0 tehnickim normativima za temeljenje gradevinskih objekata (Pravilnik). U ovoj tacki bit ce prezentirana neka novija saznanja i izrazi za kriticno opterecenje tIa. ~ EC 7 preporucuje za projektovanu nosivost u dreniranim uslovima: . -Q = c·'N A ·c· Se 'le

~

0.50

Sr= 0.9S Se= 1.01 dc= 1.35

1.0

1.S

2.0

0.9& 1.02 1.35

0.94 1.03 1.23

0.92 1.04 1.18

(26.6.)

=(sqNq-l)/(Nq-1) za pravougaoni, kvadratni

iIi kruzni oblik temelja; ~ nagiba opterecenja, prouzrokovanog horizontalnom silom H paralelno efektivnoj stranici temelja L': ~ --------------------~~---------------------Temeljenje

SI.26.2.

Prikaz dopustenih opterecenja prema:

Terzaghiju

F, = 2,0(1) iF, =3,0(2),

Evrokod 7. sa F", =1,2(3), Pravilniku F", =1,2(4)iF", =1,8(5), za dubinu temelja D =1,Om i osobine tla:

ip =

30" ,c = 0,

r = 19 kPa (Vrkljan, Matkovic, 1994).

Temeljellje

53

IX Plitko - direktno temeljellje

26. Kriteriji, dimenzioniralljc, slijeganje i analize plitkog feme/jenja

Seizmicka nosivost tla za plitke temelje je dosada nedovoljno izucavana i publikovana. Nedavno je Richards (Ricards i dr., 1993) razvio teoriju seizmicke nosivosti, od koje se iznose najosnovnije postavke (Tomlinson, Boorman, 1995).

U slucaju kh

=kv =0 jednadzba 26.9. postaje: qj = c· Ne +y. N q +0,5 'YB .B·Ny ,

(26.12.)

Na slici 26.3.-b dati su odnosi seizmickih i statickih faktora nosivosti

(N ~c N~q i N;{y ) sa uglovima -0 i uglovima smicanja qJ • '

26.3.3. DOPUSTENO OPTERECENJE PREMA KRITERIJU DOPUSTENIH SLlJEGANJA

SI.26.3. Elasticno slijeganje fleksibilnog (1) i krutog (2) temelja@ sa dijagramom

vrijednosti koeficijenata a,aav iar ovisno 0 odnosu duiine i sirine (L/B) temelja

@ gdje je

V

Poissonov koeficijent, a M modul deformacija - elasticnosti (Braja,

Da bi se odredilo slijeganje neke tacke ispod temelja, potrebno je poznavati: (i) sastav tla (ii) modul deformacija - stisljivosti i (iii) raspodjelu napona u tlu (vidjeti poglavlje 12.). Ove osobine i njihovo definisanje opisani su u navedenom poglavlju, te ce u ovoj tacki biti prezentirani sarno podaci 0 modulu deformacija i dozvoljenim opterecenjima iz literature i vaZecih propisa za koherentno i nekoherentno tlo. U narednoj tacki date su i druge metode proracuna slijeganja plitkih temelja.

1995).

Na izvjesnom odstojanju plitkih temelja moze doci do ostecenja, odnosno sloma tla za vrijeme seizmickih dogadaja. Na slici 26.3. prikazanaje priroda sloma tla ispod temelja za ovu analizu. Na ovoj slici uglovi a AE i apE za aktivni i pasivni plitisak bazirani su na uslovima Coulombovog (Kulonovog) mehanizma sloma (s1.26.3-a). Na bazi ove teorije, seizmicku kriticnu nosivost za trakaste temelje moguce je izraziti kao: qjE = c· NeE +y' D· NqE + 0,5· y. B· N yE , (26.9.) gdje su:

NeE' N qE iN yE - seizmicki faktori nosivosti i funkcije su ugla smicanja qJ i ugla -0, tj.:

NeE' NqE i NrE = r( 1,00

pijesak

...

STlSiJIVdsTI . .

Mv

!O

0,65

Vrlozbijen

Tabela 26.2. '

.'

Tabela 26",

0

Zbijen pijesak

. .

("%}T

(qdJ

q=Y·D(,,%,)

Re!ativna zbijenost

ID

Moduli stisljivosti za koherentno tlo .....

))opuStefiO opterecerije.·

800

Vrlo zbijen 0,85

Vrijednosti date u tabelama 26.3. i 26.4. odnose se na glavna i dodatna opterecenja, te za oznaceno minimalno opterecenje tla (q = y . D). Sirina temelja uzeta je pod pretpostavkom da iznosi do 80 cm, a slijeganje 2,5 cm, s tim da je nivo podzemne vode nizi od sirine stope temelja (B). Vrijednosti u datim tabelama mogu se koristiti u intervalu opterecenja (q) 1 - 40

(k%2)

i za sirine temelja B od 0,80 do 1,60 m, ako se posluzimo

aproksimacijom da odredenom produktu B· r . D odgovara isto tako ukupno dopusteno opterecenje qj' B j = q2 . B2 . Dakle, vrijednosti izmedu qd lineamo se interpoliraju po I D i q. Ako je razlika izmedu stope temelja i nivoa podzemne vode manja od sirine temelja B, zadane vrijednosti smanjuju se za 50

(o/m2 ).

Temeljellje

57

26. Kriteriji, dimenziolliranje. s/ijeganje i allalize plitkog tellleljenja

IX Plit/w - direknw temeljenje

Dopustena nosivost koherentnog t1a, ako se uzme u obzir osnovno i dodatno opterecenje za sirinu temelja 80 em, a za dopusteno slijeganje 2,5 em, moze se dobiti iz izraza: Dopu.fteno opterecerije za koherentno tlo Tabela 26.4. .,.. ( ..... Indcks!, '. Kqnzistc\1SiJll ".

j'"

.'. ....

.' •. •.. Pra1lina:.,2<

konzisteilcije . ..,

· · :. )" 1. C'c .....•.....

Vrlo mehka

", '

,,". "

0,00

.

20

SO 0,7S 100 1,0

1,0

Polutvrda

200

1,2S

400

q'd =qd +q,

gdje je q d dato u tabeli 26.4., a q =

'

Polutvrda 1,25

Tvrda

.

N~vrij&lnost

OPISTLA .

0,7S

Kruto plasticna

"

".

0,50

Tvrda

Temeljenje na pijesku i sljunku na minimalnoj dubini 0,75 m (Burland, Burbidge, 1985) Tabela 26.5.

0,25

Mehka Srednje plasticna

Ako je dopusteno slijeganje manje od 5 em i B manje od 1,60 m, onda se moze koristiti dati izraz 26.15. uz linearnu interpolaeiju. U tabeli 26.5. dataje proracunata - dopustena nosivost temelja na pijesku i sljunku U ovisnosti od broja udaraea prj SPT (standardni penetraeioni test). Uzima seda nivo vode ne dospijeva do nivoa temelja i da slijeganje u duzem periodu ne prelazi 5 em, za jedan izolirani trakasti temelj. Vrijednosti nosivosti za temelje samee sirine do 3,0 m mogu se priblizno dva puta povecati. (Tomlinson, Boonnan, 1995; Burland, Burbidge, 1985).

Vrlo zbijen pijesak i sljunak Zbijen pijesak i sljunak Srednje zbijen pijesak i sljunak Rastresit pijesak i sljunak

e(,,%2) ,

Za sirinu temelja (m)

SPT ' ....•.

DoplIsteno opterecenj

l.0

'.""

>SO 30-50 10-30 S - 10

800 SOO- 800 150-S00 SO- ISO

"'2,0 600 400-600 100-400 50-100

•. ·4,0 SOO 3OO-S00 100-300 30 - 100

Temeljenje na glinovitom tlu minimalne dubine 1,0 m ispod nivoa tla (Burland, Burbidge, 1985)

(26.14.)

.Nedreninlnli

r .D .

cvrstoca na snllcanje

Za sirine temelja B izmedu 80 i 160 em, a za dozvoljeno slijeganje vece od 2,5 em (Sd > 2,5) moze se izracunati dozvoljeno opterecenje kohe~entnog tla iz izraza:

U%2)

(26.15.)

>300

800

600

400

150 - 300

400- 800

300-500

150 - 250

75 - 150

200 -400

150 - 250

75 - 125

40·75

100 - 200

75 -100

50-75

20-40

50 - 100

25 - 50

Beznacajno

gdjeje: qd - vrijednost iz tabele 26.6. za koherentno tlo;

B

sirina temelja u em; dopusteno slijeganje, stirn ako je izraz 32· Sd / B veci od jedan, ova se jednadzba ne moze primijeniti.

Sd -

Ako se u statickom proracunu uzimaju u obzir sarno glavna opterecenja, vrijednosti se mogu smanjiti za 20%, a ako se ukljuce i posebna opterecenja, vrijednosti u tabeli se mogu povecati za 20%.

58

. Temeljellje

aluvi'alne line

Proracunata dopustena opterecenja temelja na glinovitom tlu data su u tabeli 26.6. (Burland, Burbidge, 1985). Rezultati su bazirani na londonskoj glini, s tim da u duzem periodu slijeganja ne prelaze 5 em.

TClI1cljmje

59

IX Plilko - direktno temeljenje

26. Krileriji, dimellZiollirallje, slijegallje i allaljze plitkog temeijellja

26.4. METODE ODREDIVANJA SLlJEGANJA PLITKIH TEMELJA

(26.20.)

U osnovi se sIijeganje temelja i tIa, usljed vanjskog opterecenja, moze podijeliti na: (i) trenutno (direktno, momentalno iii elasticno) slijeganje (PO) i (ii) konsolidaciono slijeganje, odnosno konsolidacija (Pe). Trenutno slijeganje temelja odigrava se za vrijeme iIi odmah nakon izgradnje objekta. Konsolidacija tla odvija se u dliZem vremenskom periodu, ovisno 0 vrsti tla i uslovima dreniranja vode iz tla. SIijeganje temelja razmatrano je u poglaviju 13, kao i u tacki 26.3. pri analizi kriticnog opterecenja temelja. Nacin proracuna sIijeganja temelja bit ce analiziran sa vise detaija u slijedecim podtackama.

Vrijednosti aav iar mogu se dobiti iz dijagrama na slici 26.3. (Braja,

1995). Ako se nestisljivi sloj stijenskog masiva nalazi na ogranicenoj dubini (H), onda stvarno sIijeganje moze biti manje od racunski dobivene vrijednosti prema datim jednadzbama. Medutim, ako je dubina veca od 2B - 3B, stvarno slijeganje nece se znatnije mijenjati. Vertikalno konacno slijeganje u bilo kojoj tacki na povrsini elasticnog poluprostora (p d) kruzne iIi pravougaone ravnomjerno opterecene povrsine moze se takoder dobiti iz jednacine (analogne jednadzbi 26.16.) koju je dao Schleicher (Slajher, 1926) u obliku (Dolarevic, 1987):

26.4.1. PRORACUN TRENUTNOG SLIJEGANJA FLEKSIBILNIH I KRUTIH PLITKIH TEMEUA

i Pd =

gdjeje: Teoretski, ako je D trenutno elasticno slijeganje

=0

i H

(p.)

I

=co

(s1.26.3.), a za idealno fleksibilni temelj

prema Harriju (1966), moze se izraziti u obliku:

q' B (

Pe =M I-v

2

\a

'2'

(26.16.)

(26.21.)

q - ravnomJerno opterecenje na tlo (za ukopani (kN/m qo - pritisak od vanjskog opterecenja (kN/ m2 ); y' - efektivna tei:ina na jedinicu zapremine (kN / m 2

temelj:

q= qo - r· D)

);

3

);

Vrijednosti koeficijenata oblika i krutosti (Cd) Tabela267 Icc

(26.18.)

C,.CcC.C

T.ernelj c

c

KruZni Kruini (krut;)

(26.19.)

--------------------~~----------------------Temeljellje

Kvadratni (krnti) Pravougaoni

c

TACKE (Slika26.7.)

Kvadrami

Meautim, za slucaj krutog temelja trenutno slijeganje je drugaCije od prethodnog i moze se dobiti iz izraza: 60

i

(26.17.)

a ta vrijednost je, ovisno 0 odnosu duzine i sirine temelja (L/ B), prikazana na dijagramu slike 26.3., LiB - duzina, odnosno sirina temelja (m). Srednje trenutno slijeganje za fleksibilni temelj moze se, takoaer, prikazati u obliku:

jPe =7~-V2}xavl·

}

Cr koeficijent oblika i krutosti temelja (tabela 26.7.);

za centar fleksibilnog temelja, gdje je:

a~ ~H ~::)+nl{ ~+:)}

2

D - dubina ukopavanja (m);

za ugao fleksibilnog temelja i

Ir-Pe-=-q-~-B-(I-_V-2-}x-,---,

Cd;' B (l-v

L/ B '" 1,5 -2,0 -3,0 5,0 -10,0 ; 100,0

It:

Prosjecno'

c'C·c 1.00 0.79 1,12 0,99

b

l

0,64 0.79 0,56 0,99

0.64 0,79 0,76 0.99

0,64 0,79 0.76 0,99

0.85 0,79 0,95 0.99

1.36

0,67

0,89

0,97

1,15

1.12 1,35 1.68 2.12 3.60

1,30 1,52 1,83 2,25 3,70

1,52 1,78 2,10 2,53 4,00

'cC,

0,76$1 0,88 1,05

1.26 2,00

I

1,4 2.20

CC'"

(kN/ m

2 ) - u literaturi koristi se oznaka E i termin M - modul deformacija modul elasticnosti; v - Poissonov (Poasonov) koeficijent, koji se aproksimativno moze uzeti za: rastresit pijesak 0,20 - 0,40; srednje zbijen pijesak 0,25 0,40;

Temeljenje

61

26. KriterUi, dimenziolliran.ie, slUegallje i allalize plilkog u:meljenja

IX Plitko - direktno temeljellje

zbijen pijesak 0,30 - 0,45; muljevit pijesak 0,20 - 0,40; pijesak i sljunak 0,15 - 0,35; srednje plasticna glina 0,20 - 0,50 (Braja, 1995). Terzaghi (1955) preporucuje ovaj koeficijent u ne§to izmijenjenim velicinama. lednadzba 26.21. moze se koristiti i za slijeganje krutih temelja kruznog iii kvadratnog oblika (tabela 26.7.), koji se ravnomjerno slijezu po cijeloj opterecenoj povrsini.

@

5

.....__....._r ----. I

7----;®

1

I

! ~...;;I!.o~I!----~

2.,r

B

I

l

m

-11'-_ _8==--_-11'--

-J

m

+

Sl.26.4. Oblici temelja sa tackama u kojim su dati koeficijenti oblika u tabeli 26. 7.

Za krute temelje pravougaonog oblika ravnomjerno slijeganje (Po) moze se priblizno proracunati na osnovu slijeganja fleksibilnog temeIja u pojedinim tackama iz izraza: 1 (26.22.) Po = '3 (2pc + Pk)' gdje je: Pc i Pk slijeganje fleksibilnog temelja u tacki c i k. Slijeganje tacke izvan opterecene povrsine, kod krumog presjeka na odstojanju r (tacka n), moze se izracunati za kruti krumi temelj (sl. 26.4.-b), iz izraza: 2 . B P =-P . arc Sill-. (26.23.) n 7[ C 2r Slijeganje proizvoljne tacke izvan (s1. 26.4.-a, tacka n), iIi unutar opterecene povrsine, moze se dobiti superponiranjem slijeganja ugaonih tacaka od opterecenja razlicitih pozitivnih i negativnih pravougaonika, koji imaju zajednicki ugao u toj tacki. Tako npr. za tacku n (s1. 26.4.-a) formiraju se pravougaonici ciji ce zbir slijeganja biti:

Pn = p(n,l,2,3)+ p(n,3,4,S)- p(n,1,6,7,)- p(n,5,8,7) 62

Temeljenje

(26.24.)

Ovakav nacin proracuna slijeganja moguc je i za izlomljeni oblik temelja. Ovaj postupak obrazlozen je u prvom dijelu knjige, kod iznalaZenja napona ispod pojedinih tacaka.

26.4.2. PROCJENA SLlJEGANJA PLlTKIH TEMELJA NA PlJESKU I SLJUNKU Iz analize proracuna slijeganja temelja date u poglavlju 13. vidljivo je da se slijeganje temelja na pijesku i sljunku i drugim nasutim zrnastim materijalima obavi odmah nakon opterecenja temelja. S obzirom daje tesko uzeti neporemecene uzorke tla iz ovakvih materijala, ne praktikuje se laboratorijsko ispitivanje za determinisanje njegovih deformacionih karakteristika. Slijeganje temelja na pijesku i sljunku procjenjuje se poluernpirijskim metodama baziranim na SPT (Standardni penetracioni test - Standard penetration tests) iIi CPT (Staticki penetracioni test siljkom - Cone penetration tests). Danas postoji vise poluempirijskih izraza za proracun slijeganja temelja na pijesku i sljunku, od kojih se za neke navodi sarno koristena literatura. a) Priblizno slijeganje na bazi SPT ustanoviJi su Schultze i Sharif (Sulce i Sarif, 1973) na bazi odnosa izmedu broja udaraca (N), dimenzija temelja (L i B) dubine ukopavanja temelja (D) i koeficijenta slijeganja, (s) t;:.z.:ti.:.:.,:_ _ _ _ _ _~

P

S'q

NO,87

(1 + O,4D/B)

za H/B>2 - ,

(26.25.)

gdje je: q - opterecenje u ravni temelja (kN/m 2 ); s - koeficijent slijeganja (mmJkN / m2) - dijagram na slici 26.5. N - broj udaraca; D i B - dubina ukopavanja, odnosno sirina temelja (m); H - dubina ispod temelja do cvrste baze (m). Izraz je ustanovljen na bazi korelacije broja udaraca (N) sa osrnatranim slijeganjem objekata. Za odnos H / B < 2 koriste se redukcioni faktori iz tabele

26.8. (Tomlinson i Boorman, 1995). Burland i Burbidge (1985) ustanovili su drugi empiricki odnos na bazi rezultata SPT, za slijeganje temelja na pijesku i sljunku, koji sadrzi: faktor oblika, korekcioni faktor dubine, vremenski faktor, srednji neto pritisak, maksimalni efekat pritiska u ravni temelja i indeks pritiska (Tomlinson i Boorman, 1995). b) Priblizno siijeganje na bazi ispitivanja statickim prodiranjem siljka prema Schmertmann-u i dr., (1978) moze se izraziti u obliku (Tomlinson i Boorman, 1995; Braja, 1995): Temeljenje

63

IX Plitko - direktllo /emel)ell)e

26. Kriteriji, dimellziollirallje, slijegallje i allalize plitkog /emeljenja

(26.26.)

Moduli deforrnacija (M - kN/ m 2 ) dobiju se mnozenjem statickog otpora prodiranja Siljka (Ckd ) sa 2,5 za kvadratne, odnosno sa 3,5 za trakaste temelje.

~

o

z

~E 10D~~========~==~------~

-- >< 02

01

W

./

B

«

g :z g

!;!

/

L

o

~

L/B=S

O.~L.5--~--~2~~3.....4-5:----:'1':-0---:::20;;-:3:=O-::4Q;;!SO SIRINA TEMEUA (m J

IS

1.0 0.5

I

2

0.91 0.76

0.89 0.72 0.46

0.52

5

lOa

0.87 0.&9 0.43

0.65 0.&5 0.39

,

~

~

,.,"

KORISTl SE M=2.S Ckd ~

0..

W

A

L t.

06

v

~

~:I

'"

lL

'"

28

....

V

....

.... z !!!

OS

....

~

::l: W

04

~~

~ B -'

03

"

I

,,A-.. .L>IO B

,

,"

~

LIp =q-q. ,,"

~

o

,,

II

J q'=rD

~Z,,:c;:r;ME-bliil 2

KOR 1ST! SE M=3.S Ck

8

B

BxL

B z,,1->IO

B

qp

DUBINA SlUKA I",

~

/

Sl.26.5. Dijagram koeficijenta slijeganja (s) ovisno 0 sirini temelja (B) dobiven na bali rezultata SPT (a), sa skicom temelja (b) i tabelom redukcionog Jaktora za H / B < 2 (26.10.), prema Schultzeu i Shariju, 1973).

"

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

O.G

UTICAJNI FAKTOR VERllKALNIH NAPONA Iz

Sl.26.6. Dijagram uticajnog Jaktora vertikalnog napona (IJ prema Schmertmannu i dr. (1978) (a), sa skicom i oznakama ukopanog temelja (b).

gdje je:

C, == 1- 0,5!L - korekcioni faktor dubine; !1 p

Cz == 1+ 0,21og10 (

vrijeme gOdine) . . 0,1 - vremenskI faktor puzanJa;

!1 p == q - q' == q - y . D - neto opterecenje u ravni temelja;

1z - uticajni faktor vertikalnih napona (s1.26.6.); !1 z - debljina sloja tla;

M - modul deformacije (Es oznaka u originaJu); B i L - sirina i duzina temelja.

26.4.3. POCETNO SLIJEGANJE PLITKIH TEMELJA NA ZASICENOJ GLINI Op6enito je, za slucaj konstantnog modula deformacija tla (M) pogodna metoda lanbua i dr. (1956), koja je modifikovana od strane Christiana i Caniera (Kristian i Karier, 1978). lednadzba predstavlja prosjecno pocetno slijeganje fleksibilnog temelja (p e) na zasicenom glinenom tIu (Poissonov koeficijent V 0,5), a ima oblik (Tomlinson i Boorman, 1995; Braja, 1995):

Uticaj vertikalnog napona I z dobije se iz dijagrama na slici 26.6. i to za kvadratne temelje kriva za pravougaone

64

1J{ = 1, a za trakaste temelje kriva 1J{ > 10. Vrijednosti

1J{ < 10 dobiju se interpolacijom. Temeljell)e

(26.27.) gdjeje: Al - faktor ovisi

(H / B)

0

odnosu debljine opterecenog sloja i sirine temelja (L/ B) temelja (s1.26. 7.-b).

i od odnosa duzine i sirine Temeljel1je

65

IX Plitko - direktno temeUenje

A2 - faktor ovisan od odnosa dubine ukopavanja (D) i sirine (D/ B) temelja (sI.26.7.-a).

nJ~ * o

~J:

~

KVADRATNI

~ ____~~~~:f=======1~KRgU~M'2:~ O,S~

0

f

:.::

I I I

adoP)' iIi znatno niii, potrebno je mijenjati dimenzije temelja. Sa ovako dob}venim naponima izracuna se hvatiste rezultante napona, koje bi se trebalo poklopiti sa hvatistem - napadnom tackom (A) sile P. Ako je razlika velika, proracun se ponavlja sa drugim poloZajem osi e - e. Za Iaksi proracun maksimalnog napona (a j ) sluii dijagram na slici 26.15.c, kojije dao Hulddunker(Hildillker, 1964), (Dolarevic, 1987). Dijagram se koristi tako, da se prvo izracuna poloZaj normalne kompollellte rezultante, odnosno ekscentricitet prema osima temelja (ex i e y), a zatim njihov odnos prema stranama

(E i(5), tj.:

M

M

ex =_x_ e =-_Y te I

J:.v. _

~126

~9 /t38 141

142

137

118

110

~

39 78&75. '5

34

23

2

IS

k

11.3

"

-=

®

33

I

BLOt A

20

,[;

21

10[;

22

lit..

X

81.26.21. Modeliranje objekala metodom konacnih elemenata: temeljna traka na tlu uz koristenje pravougaonih elemenata (a), kosina uz koristenje trokutastih i cetverougaonih elemenata (b), (Tomlinson, Boorman, 1995), te mreia konacnih elemenata za temelj na stijenskom masivu (c), (Jasarevic, Miscevic, 1994). Granicni uslovi: nema horizon/alnih pomjerarlja (A), nema horizontalnih ni vertikalnih pomjerarlja (B), Cvorne tacke (C).

84

(26.69.)

gdje je:

®

y

.

za cio konstruktivni sistem:

1

10

28

tiS

Ii'-

[S]=[kX8},

9

68

®

za jedan konacni elemenat:}

@

r-!165 ,0"

Osnovne nepoznate su pomjeranja (u i v) unutar svakog elementa, saglasno funkciji pomjeranja koja zadovoljava kompatibilnost pomjeranja. Naponi u elementima ovise 0 velicini pomjeranja (8) vrhova trougla iii cetverougla. Koristenjem funkcije pomjeranja i fizicke osobine materijala ogranicene elementima moguce je izracunati izraze koji povezuju ova pomjeran,ja i sile (S) aplicirane u cvornim tackama elemenata. Ovi izrazi predstavljaju se matricom krutosti (k) posmatranog elementa. Sumiranjem matrica krutosti za svaki elemenat formira se za cio konstrukcioni sistern, ukupna iii globalna matrica krutosti (K) i sa vektorom spoljnjeg opterecenja (R) rjesava se sistem uslovnih jednadzbi ravnoteze cvorova prema pomjeranjima za date konturne uslove. Na bazi dobivenih pomjeranja i datih karakteristika izracunaju se naponi u svakom konacnom elementu. U matricnoj formi to se moze prikazati ovako:

Temeljenje

Metode konacnih elemenata, kao i konacnih diferencija (razlika), danas predstavljaju najcesci nacin proracuna temeljnih konstrukcija. Posljednjih dvadeset godina ucinjen je rapidni napredak, kako u kvalitetu tako i u mogucnosti proracuna, pocev od jednostavno linearno elasticnih do vrlo slozenih nehomogenih i anizotropnih sredina, uzimajuci u obzir istodobno i geometrijsku nelinearnost, vremenske uticaje i sl. Osnovno je da proracunski model mora na najpogodniji nacin reprezentovati stvarno stanje tla, odnosno stijenskog mas iva. Danas u svijetu postoji vise razlicitih programa koji se koriste za simulaciju mehanickih pojava u geotehnickim problemima. Program FLAC \~as~ Lagrangian Analysis of Continua), koji koristi metodu konacnih diferencIJa I programski paket Z - SOIL (Zace Services Ltd Lausanne j Zei E~gineering I~c. Washington), koji koristi metodu konacnih elemenata za ravno stanJe deformacIJa, prilagodeni su numerickom rjesavanju geotehnickih problema. Postoji mogucnost provodenja linearne i nelinearne analize stanja (Jasarevic, Miscevic, 1994).

Teme/jellje

85

27. Temelji samci

\

27.\TEMELJI SAMeI j

U ta6ki 25.4. dataje definicija i tipovi temelja samaca, te njihova primjena. U uvodnom dijelu poglavlja 26. opisani su eiementi 0 kojima se treba voditi racuna kod usvajanja dubine temelja. Kada temelji samci, iIi trakasti temelji, nose vece opterecenje, kriticna sirina temelja bit ce ovisna 0 dopustenom opterecenju da. Debljina temelja je giavna za procjenu otpornosti na slom usljed savijanja iii smicanja temelja koje nastaje liZ spoj stupa i temeljne ploce. Kod nearmiranih temelja slom usljed savijanjaje glavni faktor za ocjenu sigurnosti. Ovo moze biti obezbijeoeno pomocu adekvatne debljine, sa stepenicama iii bez njih iii zakosenja gomje strane, od stupa iIi zida do dna sirine temelja (sI.25.2. i 27.1.). Sirinu i dubinu temelja treba u svakom slu6aju ekonomski analizirati, jer npr. stepenasti temelj, iako sa manjom koli6inom betona, moze hiti skuplji od jednostavne rayne povrsine, zbog opiate i vremena izvooenja. U narednim izlaganjima bit ce razmatrani konstruktivni detalji i proracuni nearmiranih i armiranih betonskih, centricno i/ili ekscentricno opterecenih temelja.

27.1. NEARMIRANI TEMELJI na tIo

Ako specificno opterecenje na temelj nije veliko, a dopuSteno opterecenje znacajno, onda se temelj moze izvesti od nearmiranog betona, opeke

(qdOP)

iii blokova. U ovome slucaju temelj se moze izvesti bez veceg prosirenja i bez armiranja.

Sl.27.1. Konstrukcija masivllog nearmiranog temelja: ravan temelj (a) i stepenast temelj (b).

Temeljenje

87

27. Temelji samci

IX Plitko - direktno temeljenje

Minimalna velieina temelja samaca ovisna je 0 mogucnostima i naeinu iskopa temelja. Mehanizovan iskop zahtijeva vecu sirinu od ruenog iskopa, te kod dimenzioniranja temelja samaca i ovaj elemenat treba imati u vidu. U seizmieki aktivnim podrucjimazahtijeva se minimalno armiranje temelja i njihovo povezivanje zbog prenosenja seizmiekih sila. Rasprostiranje opterecenja od stupa, na t10 uzima se pod pretpostavkom da se odvija pod ugIom od 45 0 , (sI.27.1.) ali ono prakticki ovisi 0 vrsti materijala od kojeg je izveden temeIj, te se ugao rasprostiranja (a) moze dobiti iz izraza (Dolarevic, 1987): t

ga=.!!:.=.(120 q)Yz a

(27.1.)

f3 p

gdjeje:

(kN/ m

2 q - prosjeeni pritisak na kontaktu tIo - temeIj ); f3p - marka betona - evrstoca na pritisak uzorka kocke, poslije 28 dana

(kN/m

2

).

Za temelje od lomljenog kamena iii opeke u kreenom maiteru, iIi suhi zid od lomijenog kamena uzima se: tga =. 2,0 . Za temelje od IomIjenog kamena iIi bIokova u cementnom maIteru uzimaju se vrijednosti koje vaZe za MB 10. Vrijednosti ugla tga, za razne vrijednosti kontaktnog pritiska (q), ovisno 0 marki betona, date su u tabeli 27.1. Ukoliko je potrebno vece prosirenje nearmiranih temelja, zbog raspodjele opterecenja na intenzitet dopustenog opterecenja, rade se radi ustede u betonu stepenasti temelji (s1.27.1.-b). Stepenice temelja moraju biti izvan linije rasprostiranja opterecenja.

Nearmirani temeIji izvode se danas sarno ispod zidova klasiene izgradnje iIi ispod stupova koji prenose manja opterecenja. Za savremene gradevine i veca opterecenja ovi temelji se u praksi ne koriste.

27.2. ARMIRANO - BETONSKI TEMELJI Armirano - betonski temelji samci su obicno kvadratnog, pravougaonog iii "L" obIika, koji prenose vertikainu iIi kosu centrienu, iii ekscentrienu silu, koja izaziva moment savijanja. TemeIj moze biti ravan iii sa zakosenom gornjom stranom (sI.25.2.-d i e; sI.27.2.). Redoslijed projektovanja armirano - betonskih temelja u osnovi svodi se na slijedece postupke: a) Definisanje povrsine osnove temelja preko podjele ukupnog opterecenja stupa (P) na bazu temeIja i dopustenog pritiska na tIo. b) Proraeun ukupne dubine (debljine) temeIja prema zahtjevu probijanja stupa smicarijem po njegovom obimu kroz temelj. c) Izabiranje tipa temelja sa nagibnom povrsinom iIi bez nje. d) Kontrolisanje dimenzija temeIja preko smicuceg napona u kritienom presjeku na smicanje (s1.27.2.). e) Proracun momenta savijanja u kritienom presjeku (sL27.2.-a: 1 - 1,22) i armature, te njeno dispoziciono rjesenje. f) Kontrola napona za beton i armaturu.

1.5h

KRITICNI PRESJECI- POVRSINE Z PR IJANJEM

Tabela27 1

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 88

Eritisci natlo i.·

q

(klV/

m2 )

100 200 300 400 500 600 700

13p .· - markabetona 10 . . . . . . . 1.09 1.55 1.89

······15 0.90 1.26 1.55 1.78 2.00

MN/m 2 )

I,

>

.20··/'" 0.78 1.09 1.34 1.55 1.73 1.89 2.00

------------~---------------------------------

Temeljenje

1.5h

t:,

Vrijednosti tga za razne marke betona

Red:. b(.>'

al

POVRSINA

A

T

,---t- ..

.01'- BW+:--l I.Sh ' ....__ 1 __ ...'

.,f.

~

"'----;,...,;...--""

I Sl.27.2. Armirano - betonski temelji samci sa zako§enom gornjom povr§inom (a) i ravnom povr§inom (b), sa kriticnim presjecima kod proracuna za probijanje po obimu stupa. Opterecenje (P) je ukupno opterecenje od stalnog (G) i promjenjivog (Q) opterecenja Temeljenje

89

IX Plitko - direktno temeljenje

27. Temelji samci

U narednom prikazu daju se dva pristupa proracunu temelja, cije razlike u dobivenim vrijednostima nisu velike (s1.27.2.-a i b). Ukupna visina (h) odreduje se iz uslova probijanja stupa po njegovom obimu kroz temelj (sI.27.2'-ra,,"",),~t,-·._:_ _--, P

h

dopusteni napon za direktno smicanje, koji je u osnovi veci od

J

dopustenih glavnih smicucih napona za annirani beton (r r ;;:: T (Doiarevic, 1987). Prema Tomlinsonu i Boormanu (1995) debljina (d) temeljne ploce dobije se iz izraza (s1.27.2.-b): d_ q.(L.B-A') (27.3.) - r[2-,-(a~+-b")+-2-n-.l~,5.,h}""-r

Debljina temelja (d) mora biti usvojena tako da glavni napon bude u dopustenim granicama. Ovo se iznalazi iz uslova da tangencijalni (smicuci) napon (Tb) bude u dopustenim granicama, a on se za presjek c - d iii d - e dobije iz izraza (s1.27.2.-a):

S O,9d (b + 2d)'

Tb

c.LCB-a)-d

(27.4.)

@

2

S =~[p-(b+2dXa+2d)·ql 4

iii za kvadratni presjek temeija:

(27.2.)

2(a+b)rr'

gdje je: Tr -

gdje je poprecna sila:

1 ,v1&

• ..

I

I

B

• eII' i ,

sC

S == O,2S[P- (a + 2dY .q] Prema slikama 27.2. i 27.3.-a kriticni presjek za smicanje je uzduz ravni 3 - 3, na odstojanju d iIi I,Sd prema Tomlinsonu i Boormanu (1995), te je smicuci napon za presjek na odstojan?'-=·u:..d::..::........_ _ _----::-::-t:~~-:1 ·L·c q·O,5·(B-a)-d Tb = = , (27.6.) L·d L·d gdjeje: q - neto opterecenje na povrsinu izvan presjeka (3 - 3), koji se razmatra (analogno jedn. 27.5., za poprecnu silu S); B - sirina temeljne stope; aid - stranica i staticka visina temeljne ploce; c - dobivena preostaia sirina temeljne stope od kriticnog presjeka. U slucaju stepenastih temelja lice svake stepenice predstavlja kriticni presjek i smicuci napon treba kontrolisati sa reduciranom debljinom na svakoj stepenici. Kod nagnutih gornjih povrsina temelja potrebno je smicuci napon kontrolisati u dva iIi vise presjeka, odnosno provesti proracun prema slici 27.2.-a i datim izrazima. Ukoliko su smicuci naponi veci od dopustenih, potrebno je povecati debljinu temelja. Izbjegavati kosu armaturu za preuzimanje smicucih napona. Momenti savijanja (M 1-1 i M 2-2) racunaju se za kriticne presjeke uz lice stupa (1-1 i 2-2), a dobiju se iz izraza (sI.27.3.-a lijevo):

~

M 1-1

== (L-b).B. (L-b)L q ;

2

M 2_ 2 =O,l25qL(B-ar

Ir III - .--

--'--

---

"'"-

-

1-1 i 2-2 KR1TiCNI PRESJECI ZA MOMENTE 3-3 KRlTICNI PRESJEK ZA SMICANJE

-

!l/2

90

(M l-l i M 2-2) (a) i sema armiranja temeljne stope (b). Temeljenje

2

1

(27.7.)

odnosno na m temelja:

S/.27.3. Sema za proracun smicuceg napona (r b ) po kriticnom presjeku 3 - 3 i momenta savijanja

2

1

II.. 1..11

®i

(27.5.)

Mll =O,125q(L-b?; M 22 ==O,l25q(B-aY· Na bazi dobivenih momenata savijanja izracuna se potrebna povrsina armature i odaberu profili armature. Uobicajena raspodjela armature temelja dataje na slici 27.3.-b. Kod kvadratnih oblika temelja armatura se rasporeduje ravnomjerno, na citavoj povrsini temelja. Kod pravougaonih oblika armatura za momenat M 1_ 1 (po Temeljenje

91

IX Plitko - direktno temeljenje

27. Temelji samei

duzem rasponu, ako konzola nije velika) obicno se jednoliko rasporeduje na sirinu temelja (B), dok se arrnatura za momenat M 2-2' moze jace koncentrisati u srednjem dijelu duzine (L). Kod temelja opterecenih momentom savijanja (M) i centricnom silom (P) proracun se provodi na isti, prije opisani nacin. Prethodno je potrebno odrediti ivicne napone a j i a 2' da bi se odredila debljina temelja i potrebna armatura. Na bazi dobivenih ivicnih napona proracuna 'se poprecna (smicuca) sila (S) na strani gdje su veci ivicni naponi (sI.27.4.). TemeIjna ploca projektuje se sa simetricnim dimenzijama i armaturom.

Medutim, kod djelovanja vertikalnog opterecenja i horizontalne sile, odnosno momenta savijanja istog znaka na temelj, racionalnije je temelj postaviti ekscentricno u odnosu na osovinu stupa (s1.27.5.-b). U ovome slucaju najracionalnije dimenzije temelja dobiju se ako se izabere ekscentricitet (e) tako da su ivicni naponi isti, iii priblimo isti (sL27.5.-b i 27.6.-a). Ovim ekscentricitetom dobije se ravnomjema raspodjeJa kontaktnih napona (aJ i(2 )·

@ +-I-;"-OSOVINA KONSTRUKCIJE

d

.l.(L-aJ - d 2

n ·-·-st~

-i-f===+-+REZULTANTA OPTERECENJA

a

SI.27.5. Ekscentricno opterecen temelj samac (a) i postavljanje stupa ekscentricno na bazu

temelja, time se dobije ravnomjerno opterecenje na tlo (b).

B

(9

~*~--------~---------T S1.27.4. Ekscentricno opterecen temelj sa semom za dimenzioniranje

27.3. EKSCENTRICNI TEMELJI Ukoliko na stup djeluje, pored vertikalnog centricnog opterecenja (P) i horizontalna sila (H) iIi momenat savijanja (M), temeljna ploca imat ce izduzen oblik u pravcu ekscentriciteta. Rezultanta (R) od vertikalnog (P) i horizontalnog (H) opterecenja sijece kontaktnu povrsinu na odstojanju e od centra (sl.27.5.-a), te se maksimalna i minimalna opterecenja, odnosno naponi na tlo (0'1 iO'z) odreduju na prije opisan nacin (tacka 26.5.).

92

Temeljenje

®

,r

6,

[1111111 ~IIIIIIIIIIIII ill &2 00 SItE: P

-61~H -6,~

~b2

-=0111l1I0IIl b2

..

j~rl-

..

I-

B

VI~

00 . MOMENTA :M

S1.27.6. Ekscentricni temelji: raspocfjela pritiska (a) detalji armature ekscentricnog temelja

samca (b).

Temeljenje

93

27. Temefji samci

IX Plitko - direktno temefjenje

Iz uslova da ivicni naponi (a 1 i a 2) budu jednaki dobije se ekscentricitet temelja (sI.27.5.-b i 27.6.-a) tj.: P·e-H ·h-M =0

e=H.hp+M·1 . .

(27.8.)

temelja zanemaruju. Iz ravnoteze sila na bazi kruznog presjeka promjera B, bit ce prema slici 27.7.-b (Nonveiller, 1981): .

.

a·sma·O=a·sma·

vrsi se na vee opisan nacin. Armatura se postavlja na cijeloj duZoj strani temelja, iIi se prema kraju duzina armature smanjuje (s1.27.6.-b). Armatura se postavlja na izravnato, temeljno tlo iIi, 8to je cesci slucaj, na izravnavajuei beton zastitne debljine oko 5 cm, 5tO ovisi 0 nivou podzemne vode.

4·sina

B2·n

= - _ . p,

(27.10.)

4

iz cega proizlazi napon:

J

Proracun treba provesti posebno za stalno i posebno za ukupno opterecenje. Iz ovakvog pristupa odrede se optimalni uslovi za utvrdivanje velicine ekscentriciteta, postivajuei dopusteno opterecenje tla. Odredivanje debljine temelja (t) potrebne armature (Fpat) i smicuee sHe (S)

B2·n

4 Q

(27.11.)

p=a=-·n B2'

gdje je:

o = -B2·n - .-

4'sma

y.

v

- povrsma na plastu konusa;

a v = a· sin a - vertikalni napon na konusnoj Ijusci.

@

27.4. ARMIRANO ~ BETONSKI TEMELJI U OBLlKU LJUSKE Temelji u obliku ljuske mogu biti konusnog oblika (sI.25.2.-f) iIi kao vitoperna povrsina u obliku hiperbolicnog paraboloida (Dolarevie, 1987; Nonveiller, 1981). Ovakve konstrukcije temelja prenose opterecenje na tlo osnim pritiskom i zatezueim siJama. Temelji u obliku Ijuske imaju prednost nad plocastim temeljima za slucaj jako opterecenih stupova i nedovoljne nosivosti tla. Armirano - betonske Ijuske mogu biti manjih dimenzija u odnosu na debele presjeke armirano - betonskih ploca, te su sa ovoga aspekta i ekonomicnije. Dopu5teno opterecenje tla ispod ovakvih temelja racuna se kao i za ravne temeljne povrsine. Oplata za izvodenje ovih temelja je slozenija od ravnih temelja, te je pri analizi ekonomicnosti potrebno ovaj elemenat uzeti u obzir. Odredene izvodacke prednosti ima hiperparabolicno paraboloidni oblik temelja u odnosu na konusni.

27.4.1. KONUSNA UUSKA

Na osnovu provedenih ispitivanja od strane Nichollsa i Izadija (Nikolsa i Izadija, 1968) dopusta se pretpostavka da su pritisci na tlo u ravni temeljne osnove ravnomjerno raspodijeljeni, tj. (s1.27.7.): p = Q. A

(27.9.)

Zbog svodnog djelovanja tIa unutar konusa i krutosti temeIja raspodjela pritiska na pIastu je neravnomjerna (sI.27.7.-a, crtkano). Ove razIike se kod manjih 94

Temeljenje

N....

@

A

SI.27.7. Sematski prikaz pritisaka i optere!:enja na konusnu rotacionu Ijusku: pritisci u tlu ispod konusne ljuske (a). tlocrt ljuske sa elementarnim veliCinama (b). prikaz proraeuna ljuske (c). dio plasta konusne rotacione Ijuske sa silama za proracun (d). (Nollveiller. 1981).

Na dijeIu pJasta (5) uspostavlja se ravnoteZa sa silom optereeenja (Q) putempritiska (p) na unutarnjoj strani plasta i sa radijalnom silom (NJ, te se moze izrazitijednadzbom u obliku (sI.27.7.-d): 2m· N, . COSo: = Q - r2·n· p, Temeljenje

(27.12.)

95

IX Plitko - direktno temeljenje

gdjeje: r

0

., •

,m a , a

28, Temeljni nosaCi

Odr

e mill;,""a 'i~ na lju,ku ~it ce,

Ns =

I

--p·s·tga. 2n". s· sina ·cosa 2

28. TEMELJNI NOSACI (27.13.)

28.1. UVODNA OBJASNJENJA

Iz ove jednadzbe vidljivo je da se sila N, smanjuje od Ns = 00, kada je

s = 0 i N, = 0 ako je s = S . Promjena sile N" sa s je hiperbola. Prema slici 27.7.-b, za ravnotezu sila na jednoj polovici elemenata plasta vrijedi: 2Nq, ·ds = 2r(p ·ds ·cosa

dN s ' sin a),

(27.14.)

gdjeje: Nq, - tangentna sila u smjeru paralela, koja djeluje u presjeku plasta;

Ns iNs + dNs - sile u smjeru meridijana. Iz jednadzbe 27.13. izracunarno dN s i uvrstimo u jednadZbu 27.14., te cemo dobiti tangeneijalnu silu:

Q . tga ,- ( cosa+-sma·tga 1 . } N o =---+s' p·sma 2

2n·s·

(27.15.)

Analizom ove jednadzbe proizlazi da se N mijenja po hiperboli, kojoj se ordinate zbrajaju sa ordinatama pravca, dok se kod sile N s ove velicine odbijaju. Minimalna veliCina N q, bit ce ako se derivira po s i izjednaci sa nulom, tj.: dNq, =0'

as

s . mm

' B

=--~r============

2.fi~eos2a+0,5sin2a

Temeljni nosaci prenose na tlo optereeenje od zidova a ona mogu biti integralno vezana za temeljne nosace (betonski iii armirano - betonski zidovi) iIi odvojena od temelja (zidovi od blokova, opeke i s1.), kao sto je prikazano na slici 25.3.-a. Cest je slucaj prenosenja opterecenja sa dva iii vise stupova na temeljne nosace, odnosno temeljne trake, koje mogu biti ojacane gredama sa gomje strane. Tipovi temeljnih traka, odnosno nosaca, mogu biti razliciti, a neki od njih prikazani su na slici 25.3. Proracun temeljnih nosaca provodi se: (i) bez uzimanja deformacija u obzir, iIi (ii) sa uzimanjem u obzir deformacija tla i objekta i njihov uticaj na raspodjelu kontaktnih napona. U prvom slucaju dijagrami kontaktnih napona imaju pravolinijski oblik dok su u drugom slucaju obicno krivolinijskog oblika. Proracun bez deformacija provodi se shodno staticki odredenIm uslovima ravnoteze, kao krut temelj, dok se uvodenjem deformacija, u drugom slucaju, temeljni nosac promatra kao staticki neodredena konstrukcUa. U ovome slucaju kontaktni naponi dobiju se izjednacavanjem deformacija tla ispod temelja sa deformacijama konstrukcije iznad kontaktne povrsine. Tlo se uzima kao elasticno optereceni poluprostor, sa konstantnim modulom deformacija za svaki sloj tla i iii sa eventualnom promjenom modula pri izmjeni pritiska. Analiza se, dakle, provodi kao temeljni nosac na elasticnoj podlozi.

(27.16.)

28.2. TEMELJNI NOSACI ISPOD ZIDOVA

Mjesto minimuma tangeneijalnih silaje izmedu: 0,55S < s <

%S.

(27.17.)

Potrebna armatura dobije se iz poznatog izraza: fa = Nq, .

(27.18.)

(Ja

Potrebna debljina Ijuske odredtUe se iz uslova da napon pritiska od radijalnih sila N, ne prede dopustenu cvrstocu betona na pritisak. Ljuska je uz stup najdeblja, ana krajevima treba biti tolika da sigurno zastiti armaturu od brde ( 7lO em). Armatura u pravcu meridijana iznosi 20% osnovne armature. Hiperbolicno - parabolicna ljuska sastoji se od cetiri kvadratne povrsine hiperbolicnih paraboloidakvadraticne osnove. Detaljnije 0 ovoj ljusci moze se naci u literaturi (vidjeti Nonveiller, 1981). 96 ------------------------------------------------Temeljenje

Za temelj izraden skupa sa zidom kriticni presjek za moment savijanja (M) je uz lice zida Yj - Yj a za smicuci napon presjek Y2 - Y2, na odstojanju d od liea zida (s1.28.1.-a). Za dimenzioniranje se uzima 1,0 m duzine zida i provodi se na analogan nacin kao i za temelje samee (Mae Ginley i Choo, 1995). Za slucaj temeljnog nosaca, koji nosi zid odvojen od temelja, osnova za projektovanje je maksimalni moment (M max) U sredini, a transverzalne sile (T) za smicuci

(rb )

na ivicama zida (s1.28.1.-b), tj.:

=P~~-P~~=P(b-a)

M

b24

max

a24

8

' (28.1.)

T = q (b - a) = ~ (b - a) . t

2

b TemeJjenje

2 97

IX Plitko - direktno temeljenje 28. Teme(jni l10saCi

a udaljenost rezultante (R) za opterecene stupove (s1.28.2.) dobije se iz izraza:

®

d

P2·~_P2·~ x=-----.

a

~+P2

(28.3.)

R

Kod nesimetricnog opterecenja (1\ i P2)' mogu se oblikovanjem temelja izjednaciti ivicni kontaktni naponi (a) temeljnog nosaca. Jedna od mogucnosti je postavljanje temeljnog nosaca centricno prema rezultanti opterecenja (s1.28.2.). U ovome slucaju je duzina temelja: L = (Lz + x). 2. (28.4.)

T

tOO

p.

M

1- --SUB. I. Temeljni nosal!: temelj i zid zajedno izveden (a) i odvojeno (b).

Relativno tanki i savitljivi temelji daju neravnomjeme kontaktne pritiske upravno na osovinu zida. U ovim slucajevima mogu se uzeti u obzir deformacije od savijanja temelja kao i uticaj vrste tla na raspodjelu pritisaka, odnosno kontaktnih napona. Kod proracuna trakastih temelja, odnosno temeljnih nosaca ispod kontinualnih zidova sa neravnomjemim opterecenjem po duzini zida, momente savijanja i transverzalne sile treba odrediti prema stvamom opterecenju. Za siucaj neravnomjemog slijeganja tla ispod zidova, moze se u racun uzeti to sIijeganje, jer odgovarajucim linijama deformacija odgovaraju i linije momenata savijanja i transverzalnih sila (Kostic, 1980).

28.3. TEMELJNI NOSACI ISPOD STUPOVA Temeijni nosac prenosi na tlo opterecenje od dva iIi vise stupova, na istom iIi razlicitom razmaku, sa istim iii razlicitim opterecenjem. lz ovoga proizlazi da raspodjeJa kontaktnih napona moze biti ravnomjerna kada stupovi opterecuju temelj simetricno iIi linearno promjenjiva, ako je opterecenje nesimetricno. Za temelj sa dva opterecena stupa (~iP2) potrebna povrsina temeIja (A), za dopusteno opterecenje tla CqdOP) bit ce:

A=~+P2 =~, Iqdop

98

Iqdop

Temeljenje

(28.2.)

k

"I

Ll2

A

L/2

I,,:

'I

v

1

6tlltttl11tlttttttlfftjb

,r

-B

v

$1

'I

O=_R_. p. > B.L ) 1

P.2

qt SI.28.2. Nesimetril!an temeljni nosal!

(1\ >.r;)

Druga mogucnost je da se prosiri osnova temelja pren:a stra~.i gdje je. v~ca sila. Na ovaj naCin dobije se trapezoidni oblik stope temelJa, kOJ1 se konstl U ogranicenom prostoru. U ovome slucaju dopustena nosivost ~laje lineamo ovisna.o sirini temeljne stope, te je uobicajeno da se sirina temelJa odabere tako da Je dopusteno opterecenje, za odabranu sirinu, iskoristeno na obakraja. Prema slici 28.3.-a proizlazi povrsina temelja (A) i udaljenost tezista (s) trapezoidne povrsine:

A = BJ +B2 .L, 2 s[

=(BI +2B2 ).!::.-; B[ +B2 3

+ B2 ). ~. B[ +B2 3 Moment inercije trapezne povrsine U odnosu na teziste je: S2

(28.5.)

= (2BI

Temeljenje

99

IX Plitko - direktno temeljenje

28. Temeljni nosaci

2

2] .~,3

Is= BI +4B1Bz +B2 BI +B2 odakle se dobije momenat otpora:

(

W;

36

=~==(BI2 +4Bl ·B2 +B/]. L2; BI + 2B2

SI

2 = ~ = (Bl + 4B

B2 + B2 S2 2BI + B2 Ivieni naponi na kra'evima temel"ne ede: W2

0"12

,

(28.6.)

j •

==

12 (28.7.)

2]. L2 . 12

2R (l±-R.e)

(Bl + B2 )L

tla i razmak izmedu stupova dovoljno velik. Rjesenja mogu biti i takva da se preko zajednicke grede opterecenje prenosi centrieno na temelj. Temeljni nosaei ispod niza stupova slieni su kontinualnim nosaeima preko vise otvora, koji su optereceni reaktivnim opterecenjem, a njihovi stupovi predstavljaju oslonce konstrukcije. Zbog ovoga se ovi temeljni nosaei eesto nazivaju kontragredama, eemu je prilagodena i glavna armatura. Gomja armatura je najjaea u poljima, a donjaje najjaea nad osloncma - stupovima (sL28.4.). Pored glavne armature temeljnog nosaea potrebno je proraeunati i armaturu stope u popreenom pravcu, raeunajuci je kao konzolu, kako je to i prije obrazlozeno.

(28.8.)

Wl,2'

@

f5t-'"-r--f'}~:'22J

fT.

~\

PRESJEK

,I

I

®

I

m . --w--f·S

I Ie

?1

Sl.28.4. Sema armature temeljnog nosaca (a), sa dijagramom transverzalnih sila (b) i momentima savijanja (c).

L JI

Sl.28.3. Temeljni nosac trapeznog oblika (a) i zajednicka greda za susjedne stupove uz postojeCi objekat (b).

U urbal1iziral1im podruejima eesto se konstrukcija temelja postavlja uz postojeci objekat. Zajedl1iekom gredom se spaja ekscentrieno opterecel1i temelj stupa n~ ~emelj unutarnjeg stupa u istoj iii razlicitim visinama (sI.28.3.-b). Temelji mogu bIt! trapezoidnog oblika iIi pravougaonog, ako je velika dopustena nosivost lOO----------------------~~~---------------------­

Teme/jenje

Temeljni rostilji (sI.25.4.) rjeSavaju se obieno uz pretpostavku linearne raspodjele pritisaka, bez uzimanja u obzir uvijanja - deformacija. Rjesenje se zasniva na rjesavanju jednadzbi u vezama (evoristima) unakrsnih temeljnih nosaea, koje proistjeeu i"z uslovajednakosti u unakrsnim taekama. Kosi, zatezuci naponi mogu se smanjiti izradom horizontalnih vuta. Proraeun, konstrukcija i armiranje je u osnovi analogno rjesavanju temeljnih traka, odnosno nosaea u jednom pravcu. Teme/jenje

101

IX Plitko - direktno temeljenje

28. Temeljni nosaCi

28.4. PRORACUN TEMELJNm NOSACA Proracun stvame raspodjele napona izmeou grede i tla provodi se na vise naCina, od kojih izdvajamo: a) L~neamo defo~abilno tIo, poznato kao Winklerov poluprostor; b) Lmeamo elastlcan homogen neizmjeran poluprostor; c) Nehomogeno i nelineamo stisljivo tIo. . Kao s~o ~e naveden~, r~spodjela napona na kontaktnoj plohi temelja ovisi 0 ~toStl ten:el.J~ I de~ormac~omm osobinama tla. Uzima se da su pomak tacaka po OSI grede I ~hJeganJe tl.a l~p~d .temelja meousobno jednaki. Na bazi ovakvog odno.sva PO~azl se kod sVlh rJesenJa od poznate osnovne diferencijalne jednadzbe elastlcnostl grede, a ona glasi (Nonveiller, 1981):

Winklerov poluprostor predstavlja sarno priblizno deformacione osobine tIa ispod temelja. Stisljivo tlo zamijenjeno je sistemom elasticnih opruga (federa), koje se deformiraju sarno ispod optereeene grede (81.28.5.-a). Realno tlo se ponasa drugacije i deformacije od opterecenja sire se i izvan grede, sto je vidljivo na slici 28.5.-b. Ove razlike utjecu na deformaciju osi grede i reakcije izmedu tla i grede. Ovaj model ne zadovoljava nas u cijelosti, ali se ipak veoma cesto koristi, jer su analiticka rjesenja diferencijalne jednadZbe (28.9.) relativno jednostavna, a dobiveni rezultati realniji od onih dobivenih uz pretpostavku linearne raspodjele reakcije tla. Pomjeranje tacke na povrsini Winklerova poluprostora linearno je proporcionalan intenzitetu opterecenja p(x) , tj.:

_ p(x)

Sx --k-'

4

d s

EI=d7=-[P(x)-q(x))B,

(28.9.)

gdje je k poznati modul reakcije tla

gdje je: I - moment inercije grede

(m

);

s - slijeganje - pomak ose grede

(k%3 ).

Dokazano je da u intervalu 0 < S < SI (s~ - pocetni dio slijeganja) odnos

E - modul elasticnosti grede (kN/ m 2 ); 4

(28.10.)

(m);

p(x) - reakcija izmedu grede i tla (kN/ m2 ); q(x) - opterecenje grede l1a mjestu x (kN/ m2 ). Na ovaj nacin dobijemo funkcionalnu ovisnost izmeou pomaka tacaka osi temeljne grede S(x) i pomaka na povrsini tla ispod grede S'(x). Ova ovisnost ovisi elasticnim osobinama grede i deformacionih osobina t1a.

°

izmedu pis daje vecu reakciju p od stvamih, a za pomak S> SI manje od stvarnih (Nonveiller, 1981). Vidjeli smo da modul reakcije tla (tacka 8.3.3.) nije konstantna velicina, vee ovisi 0 velicini opterecenja (p), te 0 obliku i velicini opterecene ispitne plohe. U tabeli 28.1. date su vrijedl10sti za modul reakcije tla (k1 ) prema Terzaghiju (1955), za ispitnu povrsil1u 30 em x 30 em i za razliCite vrste tla i njegovu zbijenost. Za slucaj vecih ispitnih povrsina Terzaghi predlaZe korekcije u obliku (Nol1veiller, 1981): za nekoherentno tIo:

k = k (B'+1)2 1

28.4.1. RJESENJE ZA WINKLEROV POLUPROSTOR

2B'

'

za koherel1tno tio:

k=~

{Jsti'll~I~;J~ ;~1 ...

I

a md a tlid

.'

.

.: h

I

:.,.

I. II ~+-1

I

. I --11--1' .. "

I

V r.

I

I I I . I

. r! tl

I

@

@

S=8-12mm

• • @)

@

~

.

".

Listwi

Klasa

KIa",

U

LiielllienO Juri1eliruoo drvo " Cetinari 'KJasa U'

Liirnri Klasa

13.00

II 10.00

7.00

14.00

12.00

14.00

11.00

16.20

II 13.70

10.50

S.50

0.00

11.50

10.00

10.50

8,50

18,00

10.80

0.25

0,25

0.00

0,35

0.35

0.25

0,25

0.35

0.35

11.00

8.50

6.00

12.00

10,00

11.00

8,50

15.00

12,00

IU

I.

.

,cbezJ!l1lOOenlb vlakano

:piiniaiOm

.

'MioCeQlu .

a c.ld

2,00

2.00

2.00

3,00

3.00

2.00

2.00

4,90

4.30

2.50 0.90

2.50 0.90

2.50 0,90

4.00 1.20

4.00 1.20

2.50 1,20

2.50 1,20

4,90 1.30

4.90 1.10

0,90

0.90

0.90

1.20

1,20

0,90

0,90

1.50

1.50

3.50

3.00

2.50

4.00

3.50

3.50

3.00

4,00

3.50

"mild

~;.

-- II

...

S.l'0p..cm ":.';; , ~'

'7.POdiiiii.··

"lid

:%;p~."

~<

" .ld

Koeficijenti korekcije k" za masivno drvo Tabela 302

vlamost% .'

®

(30.1.) gdje je: A-srednja povrsina presjeka sipa, a a dop-dopusteni napon drveta. Vrijednosti dopustenih napona zavise od vrste i klase drveta, procenta vlage, vrste naprezanja i vrste opterecenja (tabe\a 30.1.). Ukoliko su sipovi Temeljenje

a cild

·6.SliliCOiueod .

Sl.30.3. Nastavak drvenih sipova: drvene podvezice sa sarqfima (a), meausohno spojeni policilindri (h), metalni prstenovi sa sarafima (c), cijevne cahure (d) i metalne podvezice sa sarafima (e).

122

(j l.ld

4;POdiiiiil.pritiMk

;!J!!,~sile

I ~ 6=8-10mm

..I....ie

.•....

Musivno drvo

'CCiinari

..

3.P.~--

,/'

Tabela 30.1.

>:8/60 iii 1011 00

681200

8/60 ili 10190

"

.

8/180ili 101225

127

30. Temeijellje na Jipovima

X Duboko-illdirektllo temeijenje

Ovi sipovi, prethodno izliveni, kvadratnog SU, okruglog, heksagonalnog iIi oktogonalnog presjeka, sa klasienom uzduznom i popreenom armaturom. Projektovanjem se treba obezbijediti: (i) otpomost na momente savijanja od podizanja, rukovanja i transporta sipa, (ii) prenosenje vertikalnog optereeenja od zabijanja sipa i temelja konstrukeije, i (iii) preuzimanje momenta savijanja od boenog opterecenja. Popreeni kvadratni presjek obieno iznosi od 25x25 em do 45,Ox45 em. Najeesce se rade duzine od 6,0 do 15,0 m, a izuzetno do 25,0 m, sto ovisi 0 velieini popreenog presjeka. Da bi se izbjeglo prekomjerno izvijanje, prilikom rukovanja i zabijanja preporueuju se u tabeli 30.5. duzine sipa kvadratnog presjeka (Tomlinson i Boorman,1995). HVAHSTE 500 em od

@

glove Sipo

1500 HZ PRELAlNI 010

1050

RAH-tAK 17.5 em

11111 I I

1075 RAZMAK 7.0 em

F+H C' IIIIIIIIIIIIIIIIJWO

~

eega se izvode zatvorene uzengije iii kao spiraina armatura. Na duzini od oko tri sirine sipa, na oba kraja, popreena armatura treba da iznosi najmanje 0,6% zaprernine, a u srednjem dijelune manje od 0,2% (s1. 30.5.). Na slici 30.5. dati su armatumi naerti za sipove kvadratnog presjeka 35/35 em u dvije varijante (sl. 30.5.-a i c), kao i za ortogonalni suplji presjek (s1. 30.5.-b), sa eelienim Siljkom na dnu sipa. Sipovi se u horizontalnom poloZaju izbetoniraju u eijeJoj svojoj duzini, te nakon potrebne pravilne njege i odieZavanja zabijaju se u tIo do projektovane dubine. Za transport sipova ugraauju se posebne kuke, jedna iIi dvije, i to obieno na odstojanjima kojima se izjednaeavaju negativni i pozitivni momenti savijanja od vlastite tezine sipa. Moguea su hvatista i na drugim odstojanjima, ali je potrebno da poduzna (glavna) armatura preuzme dobivene momente savijanja, bez velikih ugibanja kako bi se izbjeglo stvaranje veeih pukotina na sipovima (s1.30.6.).

CIs ~\

4)f25m~

)If 6mrn

~b

~

78.7

TV~I CElICN! SILJAK

025L

io---"1

O.2SL

~

I

~

Hillin :Mmox: PLl40

~~

.kn-I

H m<

o E

U STIJENI III KOMPAKTNOM LOMERATU

SUO. 13.

DETAU BENOTO

RASPOREDA SJPOVA

Presjek kroz ekran od Benoto sipova i injekcione zavjese (a) i skica rada sa Benoto strojem i detaljima sipova (b).

Busenje pomocu Benoto strojeva vrSl se istovremenim utiskivanjem oblozne cijevi pritiskom i laviranjem. Iskop se vrsi posebnom grajferkom, a razbijanje samaca iii cvrsCih materijala obavlja se posebnim razbijacima. 140 ------------------------------~~~el-Ile~'lj~-e-,y~-e----------------------------

S1.30.14. Pogledna Benoto stroj: loranj (1), celicna cijev-obloina kolona (2), grabilica za izvlacenje materijala iz cijevi (3), lijevak za istresanje izvatlenog materijala (4), sanke (5), papuce (6), obujmice za laviranje i pritiskivanje c!ievi (7), (Hjeldnes, 1992). ------------------------------~~~e-m-el~Ue-,y~·e-----------------------------141

X DubOko-illdirektllo tellleijellje

30. Tellleljenje

Oblozna kolona (ceJicna eijev) izraduje se u dijeJovima duzine do 6,0 m. Kada je eijev utisnuta u tlo u visini radne pJatforme, zavari se naredni elemenat eijevi i tako redom sve dok se ne postigne zahtijevana dubina. Tokom betoniranja eijev se povremeno izvlaci i na istim mjestima autogeno reZe. Na slici 30.14. datje izgled Benoto stroja, koji se na vlastitim sankama uzduZno moze pomjerati, koristeci nozne oslonee. Ovi sipovi se iskljuCivo koriste kao stojeci, stirn da se ukapaju u dobro tlo oko 1,5 d. Buseni, i na lieu mjesta izliveni sipovi znacajno se koriste i kao vodozaptivni i/ili nosivi podzemni ekrani u jednom iii dva reda sipova, koji se medusobno dodiruju iIi zasijeeaju. Na brani Wadi al Megenin u Libiji izvedeno je Benoto strojem 457 sipova, dijametra 97 em i ukupne duzine od 7.168 m, u vidu vodonepropusnog i nosivog podzemnog ekrana (Senic i Selimovic, 1973). Dobra vodonepropusnost obezbijedena je medusobnim zasijeeanjem sipova od 7 ern, a nosivost armiranjem svakog drugog sipa (sl. 30.13.). Armatura je radena u kosevima duzine 6,0 m i nastavljena iznad oblozne kolone preklapanjem i varenjem. Prosjecno napredovanje busenja u aluviju, armiranja, betoniranja i manipulaeije strojem iznosilo je 0,4 m1h.

l1a

.-

~ 20

n

\~ 250 };;O

10

m

I

I

"

~ 30

I I I I

40 0

2

;§

I I

0

:E

~

I

40

ML ispitivanje izvodi se sa opterecenjem (Q) u inkrementima (~Q) jednake iIi razlicite velicine. Dijelovi opterecenja nanose se brzo i zadrzavaju se dok slijeganje postigne minimaillu velicillu (s=0,025 do 0,05 mm/dan). Za ovo ispitivanje potrebno je duze vrijeme, Ilarocito ako se sipovi ispituju u malo propusnom tlu. U glinovitom tlu ovakav nacin ispitivanja moze da traje i vise od 60 dana (Whitaker i Cooke, 1966). Na slici 30.30. dat je tipican dijagram ovisnosti opterecertia (Q), slijeganja (s) i vremena (t). Ukoliko je probni sip opremljen instrumentima, kao na slici 30.27., moguce je silu podijeliti na dio koji sip nosi po svome obimu (Qo) i na dio (Qv), koji se prenosi preko baze sipa (sl. 30.30.-c). Kada se provodi ovakav postupak u tIu manje propusnosti, obavlja se potpuna konsolidacija pornog pritiska, te se dobiva rezultat sila i deformacija za drenirani slom tIa.

':!

~

50 75

100 10 em

CRP i ML ispitivanja cesto se kombinuju pri odredivanju nosivosti sipova. Prvo se za odabranu silu Q opterecuje sip inkrementima sile, koji se postepeno· povecavaju nakon svake parcijalne konsolidacije slijeganja, odnosno prodiranja sipa. U narednoj fazi dostignuto opterecenje se povecava uz konstantnu brzinu slijeganja sve do sloma. Na slici 30.31. dat je dijagram ovoga kombinovanog ispitivanja, do konacne faze opterecenja, koje izaziva slom tia oko sipa, uz primjenu konstantne brzine prodiranja sipa, koji je prije toga bio opterecivan inkrementima sile do konsolidacije.

125

Ml-op;t

I

(

I1 12

:z

3000

w -, :z w

2000

1500

I 115~

10

CRP opit

I

1250

w

j

"" W

I~~~----__ 11----__--,------l~+PO --I -...

'u

I

1000

I-

14

PROLAZNO VRfJEME t(hl

r

0..

o

o

25.4

50.8

76.2

SI.30.30. Tipican rezultat ML probnog opterecenja sipa: dijagram opterecenje/ slijeganje Qis (a), dijagram vrijeme/ slijeganje tis (b), (Tomlinson i Boorman, 1995);

ovisnost opterecenjal s/(jeganjel vrijeme-QIslt (c), (Nollveiller, 1981).

101.6

127.0

254

SLIJEGANJE s{mm)

Sl.30.3]. Dijagram ovisnosti sliieganja sipa (s)

0

opterecenju (Q) za kombinovani test ML i

CRP (Whitaker i Cooke, 1966). Im----------~----------~~--------------------Temeijellje

Temeljenjc

163

30. Temeljellje Ila sipovima X Duboko-illdirekillo temeljel/je

30.4.2.4. Probno opterecenje sajednakim dijelovima sUe u trajanju od 60 minuta

Cesto se iz dijagrama ovisnosti optereeenja (Q) i slijeganja (s) ne moze dovoIjno tacno definisati sila sloma (Qr). Zato postoje u literaturi prijedlozi da se odabere inkrement sHe priblimo 118 Qf (prognozno), te da svaka od njih djeluje jedan sat i registruju krivulje po kojima se sip slijeze sa vremenom (Stoil, 1961). Rezultati se obieno prikazuju sa tri vrste dijagrama iz kojih se moze odrediti sila sloma (s1. 30.32.).

@

@

@ VRIJEME tlminl

-0 E

30'

60'

Z

x 0 w

~

«

z

~~ Q

~

:::;

'"~

1rl

.§

OJ

~

,

~ z

,'"w

'"

06

0

t;;o

'"

~

"-

3

2

Q.

0

0

UKUPNO SLlJEGANJEsJminl

SlIJEGANJE 5'30"500- s3t!lmml

SI.30.32. Dijagram slijeganja (s): sa vremenom (t) za razne faze opterecenja (a), prema opterecenju Q (b), za posljednjih 30 minuta s '30 prema opterecenju (C), (Nonveiller, 1981}.

Prvim dijagramom se prikazuje tok slijeganja za svaki inkrement opterecenja u vremenu od 60 minuta (sl. 30.32-a), a drugim odnos izmedu ukupne sile Q i ukupnog slijeganja S60 (sl. 30.32.-b). Iz treceg dijagrama vidljiv je odnos izmedu sile Q u prirastu za svako optere6enje i slijeganja nastala u vremenu od 30 i 60 min uta S'30 (sl. 30.32.-c). Tacke za svaki prirast opterecenja (Q/S'30) nalaze se na dva pravca razlicitog nagiba. U presjecistu ova dva pravca nalazi se kriticno opterecenje (Qd, pri kojem nastupa piasticni slom tla is pod baze sipa. U zemljama Evrope primjenjuju se razlicite metode za izvodenje testa probnim opterecenjem sipa. U Svedsk~j se koristi metoda konstantne brzine prodiranja od 0,5 mmlmin (CRP). Sipovi koji nose na bazi izlaiu se najmanje trostruko projektovanom opterecenju. Sipovi koji nose po obimu (glinovitotlo) opterecuju se najmanje do sHe pri kojoj nastaje slijeganje od 20 mm, a u nekoherentnom tlu silom koja izaziva deformaciju preko 60 mm. Duzina sipova i moguei ~roblemi pri zabijanju prognoziraju se u Svedskoj terenskim ispitivanjem pomocu Svedske penetracione metode (Nonveiller, 1981). . U Danskoj se koristi kombinovani CRP i ML postupak. U prvoj fazi optereeuje se inkrementima sile i zadrZava do konsolidacije dok sila postigne 95% 164

Tellleljel/je

velieine proraeunate sile sloma iii kada brzina prodora sipa dospije 0,3 mm/min. U drug~j fazi optereeuje se silom koja izaziva konstantnu brzinu prodiranja od 0,3 mrnImin, sve do sloma tla. U Norveskoj se primjenjuje CRP metoda sa optereeenjem koje izaziva konstantnu brzinu prodiranja sipa od 1 mrnImin.

30.5. MEHANIZAM PRENOSENJA OPTERECENJA SA SIPA NA TLO Optereeenje sa objekta na sipove prenosi se preko nadglavne konstrukcije, kojom se povezuju glave sipova. Nekada se jedan dio. optereeenja ~ovjer~va t~u ispod nadglavne konstrukcije, a drugi ~io tlu oko vSIP?va. Me?ut~m, tesko J~ uskladiti deformacije t1a ispod ova dva sIstema prenosenJa opterecenJa, te se radl ove slozenosti cjelokupno optereeenje objekta povjerava sipovima. Uknpno opterecenje (Q) od objekta prenosi se preko pojedinacnih sipova na tlo, djelorriicno trenjem izmedu vanjskog omotaca sipa i tIa (Qo), a djelom~~n~ normalnim naponirna preko vrha sipa (Qv) (sl. 30.33.). Iz ovakvog odnosa silJedl da ce se granicna sila sloma sipa (Qf) postici onda kada se nadmasi sila otpora smicanja izmedu omotaca sipa i tla (OQf) i ispod baze sipa (vQf), tj.:

Qj=oQj+vQf' (30.7.)

pri cemuje (sL 30.33.-a): D

oQ J = fO·oTj(z)·dZ; o

gdje je: 0- opseg sipa; Av - presjek u stopi sipa; vllf - kriticno opterecenje na vrhu sipa;

r - cvrstoca tla na smicanje izmedu omotaca sipa i tla. o .f Cvrstoca na smicanje po omotacu sipa nije uvijek jednaka cvrstoci tla na smicanje, vee ovisi 0 stepenu hrapavosti sipa, stepenu konsolidacije tla i s1. Otpor na smicanje izmedu sipa i tla bit ce:

or j

=a

. c' + (an - u )tgq/,

(30.8.)

gdje je a koeficijenat koji izraZava odnos izmedu kohezije (c') i adhezije (a), izmedu sipa i tla. ----------------------~~~--------------------1~ Temeljenje

30. Temeijel1je no Iipovimo

X Duboko-indirektno temeijellje

Opcenito se ukupna nosivost sipa izraZava kao suma otpora trenjem pO omotacu (Qo) i otpora vrha sipa (Qv), tj.:

Q = Qo + Qv' (30.9.) Sirina na koju se prenosi opterecenje preko vrha sipa na tIo iznosi priblizno (6-1O)r (r=poluprecnik sipa) (s1. 30.33.-b). Sila sipa (Q) razlicito se raspodjeIjuje na dio sile na trenje po omotacu (Qo) i na dio sile koji se prenosi preko baze sipa (Qv). Ova raspodjela opterecenja ovisna je 0 geomehanickim osobinama pojedinih sIojeva tIa i elasticnoj deformaciji sipa. Na slici 30.34. sematski su prikazani osnovni slucajevi ovih odnosa sila po omotacu i na vrhu sipa (Qo i Qv).

Kada se sip oslanja na cvrsto tlo (s1. 30.34.-a), najveci dio sHe prenosi se u tlo putem njegovog vrha, a sarno manji dio preko omotaca (Q==Qv). Odnos Qv/Qo ovisi 0 slijeganju cvrstog sloja, deformacionim osobinama sipa i osobinama mehkog sloja. Sip zabijen u homogenom tIu (sl. 30.34.-b) prenosi veci dio sile trenjem po omotacu sipa (Q == Qo). Na slici 30.34.-c prikazan je sip zabijen u rahlom j dijelom u zbijenom tlu. Evidentno je da se nosivost po omotacu (Qo) povecava u zbijenom sloju. Sip zabijen dijelom u stisljivi sloj, koji se moze naknadno slegnuti, moze izazvati i negativno trenje (sl. 30.34.-d). Zato se sila koja se prenosi preko vrha sipa moze znatno povecati. Kada se izmedu dva zbijena sloja javlja treCi stisijiviji sloj, onda je moguce da u prvoj fazi opterecenja ~ stisljiv~~ sloju dode do povecanja nosivosti po omotacu (sI.30.34.-e). Medutlm, kaslllJe dolazi do slijeganja stisljivog sloja sto dovodi do negativnog trenja, a time i do smanjenja dijela nosivosti po omotacu (Qo), odnosno do povecanja nosivosti na vrhu sipa (Qv) (Nonveiller, 1981; Dolarevic, 1987) .

....... ~. "-::" . ". \ ••

"t

@

@

Q

Q

••••

D

o

Q

@

@

Q

Q

"D~

~2Qo

://; I I

o.v

Q

I

y. . '

C:'..••.

I

SI.30.34, Sematski prikaz raspoqjele sile sipa (Q) na omotac (Qo) i na bazu vrha sipa (Qv): sip na evrstom tlu (aj, sip na homogenom sloju (bj, sip na rahlom i zbijenom sloju (c), sip u stisljivom sloju-Ilegativno trellje (d) i (e), gdjeje: mehko tlo (1), tvrdi sloj (2), rahli materijal (3), zbijelli sloj (4), stisljivi sloj (5).

30.6. ODREDIVANJE NOSIVOSTI POJEDINACNIH SIPOVA v

" Sl.30.33.

Serna sila otpora izmeau sipa i tla i zone plasticnog sloma (a) i raspodjela vertikalnih napona u flu ako sipa (b), sa zonom plasticnog sloma (spiralnog oblika) (1) i dijagramom vertikaillih napona (2).

Iz prethodnih razmatranja vidljivo je da sipovi prenose opterecenje preko dodime povrsine sipa sa tlom. Kod proracuna ta se nosivost sipa obieno dijeli na povrsinu oslanjanja vrha sipa (Ay) i na povrsinu po omotacn sipa (Ao), Preko povrsine vrha sipa prenosi se pritisak na tlo sarno u pravcu osi sipa, a povrsina po obimu sipa prenosi trenjem pritiske i zatezanje u pravcu osi sipa i pritiske upravno na osovinu sipa. Za nosivost upravno na dodimu povrsinu (vrh sipa) mjerodavno je ----------------------------~~~el-ne~.lj~·eT~v-e-------------------------167

166

Temeljenje

30. Teme/jenje na sipovima

X Duboko-illdirektllo temeljenje

dopusteno specificno opterecenje tla (qdop) na odgovarajucoj dubini i za odgovarajuci pravae opterecenja. Za nosivost u praveu dodirne povrsine mjerodavno je dopusteno specificno opterecenje na trenje (PdOp) nosecih slojeva uz omotac sipa. Ovo opterecenje na trenje zavisi od pritisaka upravno na dodirnu povrsinu, od vrste tla, te od hrapavosti povrsine sipa. Nosivost vrha sipa ovisi od cvrstoce tla, a posebnu ulogu ima veliCina povrsine osianjanja vrha sipa. Zbog ovoga su povoljniji sipovi koji se izraduju na lieu mjesta, jer se nabijanjem mogu prosiriti vrhovi sipa. Kada se opterecenje sipa prenosi putem trenja, onda ono moze povecati iIi smanjiti njegovu nosivost. Tada se mora racunati sa obmutim ucinkom trenja na sip. Ovo negativno trenje, zbog kojeg se sila sto je pojedini sip prenosi preko baze na tlo, moze se povecati (Nonveiller, 1981). Nosivost jednog sipa opterecenog u praveu njegove osovine, odnosno veliCina sile pod kojim nastupa slom t1a ispod vrha i po obimu sipa, moZe se proracunati na mnogo nacina, prema vise razliCitih metoda i prema raznim autorima i institueijama. Generalno bi se sve metode i postupci mogli svrstati u slijedece grupaeije: ~ Staticke racunske metode, odnosno obrasei bazirani na stepenu mobilizaeije otpomosti tla na smieanje, tj. proracun prema osobinama slojeva tla u kojem se sip izvodi; ~ Dinamicke metode, odnosno obrasei koji uzimaju u obzir otpomost tla, odnosno slijeganje registrovano prilikom pobijanja sipova; ~ Obrasei u kojima se koriste rezultati statickog i dinamickog penetraeionog sondiranja u istramim busotinama; ~ Rezultati slijeganja pri probnom opterecenju sipova; ~ Obrasei prema stecenom iskustvu na izvedenim gradevinama. S obzirom na mogucnost usvajanja razliCitih pretpostavki za proracun, postoje i razlicita misljenja i obrasei za ovakvo odredivanje nosivosti sipa. Dobiveni rezultati prema vise metoda se medusobno razlikuju, te se obicno proracUll provodi prema vise metoda i usvajaju oni najprihvatljiviji iIi prosjecni rezultati.

30.6.1. STATlCKE METODE PRORACUNA ZASNOVANE NA STEPENU MOBILlZAC[JE OTPORNOSTI TLA

Za ovaj nacin proracuna nosivosti sipa potrebno je poznavati osobine tia koje se dobiju sondiranjem i geomehanickim ispitivanjem uzoraka tla. Ukoliko znamo parametre cvrstoce slojeva, kroz koje prolazi sip, moze se izracunati otpor tIa, koji djeluje na obim i vrh sipa. Kraca analiza za ove dvije komponente dataje u tacki 30.5. 168

Temeljenje

Otpor izmedu obima sipa i tla obicno je manji od cvrstoce tla na smieanje ('r J = c' + a~ . tgcp') i datje izrazom30.8. Otpor pO obimu sipa (oQr) racuna se prema izrazu 30.7., iIi: D

oQJ

= f z'r]

.

2r1C' dz,

(30.lO.)

o

iii za 't=konstantno, tj.

o"" in

~ o

o :z:

NC

20

'"'..'-::7.. _~-"'I ·.·.·······1043

44 45 46 47 48 49 50

c)

53.70 51.08 56.13 55.20 58.66 59.66 61.30 64048 64.07 69.71 66.97 75.38 70,01 81.54 73.19 88.23

78.60 74.30 82.45 80.62 86.48 87.48 90.70 94.92 95.12 103.00 99.75 111.78 104.60 121.33 109.70 131.73

143.23 134.56 151.16 146.97 159.48 160.48 168.22 175.20 177.40 191.24 187.04 208.73 197.17 227.82 207.83 248.68

114.82 108.08 120.91 117.76 127.28 128.28 133.97 139.73 140.99 152.19 148.35 165.76 156.09 180.56 164.21 196.70

;..

...

80:· 167.51 157.21 177.07 172,00 187.12 188.12 197.67 205.70 208.77 224.88 220.43 245.81 232.70 268.69 245.60 293.70

100'· .- ..

.200 275.59 257.99 292.85 283.80 311.04 312.03 330.20 342.94 350.41 376.77 371.70 413.82 394.15 454.42 417.82 498.94

189.13 177.36 200.17 194.31 211.79 212.79 224.00 232.96 236.85 254.99 250.36 279.06 264.58 305.37 279.55 334.15

Tabela .W 7(na~tav{lk) ".........: .-.. :

.

.'.

-

..

300. ' . 343.40 321.22 365.75 354.20 389.35 390.35 414.26 429.98 440.54 473.42 468.28 521.08 497.56 573.38 528.46 630.80

400 401.36 375.28 428.21 414.51 456.57 457.57 486.54 504.82 518.20 566.70 551.64 613.65 586.96 676.22 624.28 744.99

. 500

452,96 423.39 483.88 468.28 516.58 517,58 551.16 571.74 587.72 631.25 626.36 696.64 667.21 768.53 710.39 847.61

I I

Janbu - ova metoda. lanbu (1976) predvida proracun nOSivosti vrha sipa (Qv) po opstem izrazu analo om ostalim autorima, tj.:

Qv = Av eN: 1000 80 0 500

At d

:~~::~,.

o-

01--- .... ~.~,: ..

10 ~ 80 • u 60 z 40

a:

10 8 6

o ;;,

« u.

#' //

~/

//, 7

~ ~ ~~ ~V

_n' = no,

/?5 /.......././ ~/ f)~r-

!l~D: .... /~

..-!~

4

~

1

0

Nt

o

20

?,:\

"'~1I:':>

I

>V>

". en o :z:

(30.36.)

I

40 0"20

+ q'N; ,

L

o

~

~

10

I

/

."" /, ' /

~ !\ '\

1]'=90· 1)'=75·

~ q

20

I

30

UGAO SHICANJA TLA

40

45

't' (0)

SI.30.37. Faktori nosivosti prem{l .Ianbuu (1976), (Braja, /995). 178

Y,'lIIeljellje

Temeljel1je

179

X Duboko-indireklllo temeljenje

Faktori nosivosti

30. Teme/jellje lIa sipovima

N; i N;

racunaju se uz Pretpostavku sloma tJa oko

a)

vrha sipa, slicno kao na slici 30.37. Faktori nosivosti racunaju se prema izrazima:

N; = ~gqy + ~1 + tg qy r.e 2

2r g

(t q> ,

(30.37.)

(30.39.)

N; i N;, te ugla smicanja cpo Ugao

gdje je 11' dato na slici 30.37. u ovisnosti od

11' moze da varira do 70° u mehkim glinama do oko 105° u zbijenom pjescanom tlu.

30.6.1.3. M etode definisanja otpora trenjem iii adhezijom u nekim tlima Otpor sipa trenjem po obimu (Qo) dat je jednadzbama: 30.7. i 30.10., uzimajuci u obzir cvrstocu t1a na smicanje izmedu omotaca sipa i tla (z T f) i jedn. 30.13. koristeci Meyerhofov izraz za otpor trenjem po obimu sipa (c"). Sila po omotacu sipa moze se dobiti i preko jedinicnog koeficijenta trenja (f) u obliku (Braja, 1995):

gdje je:

(30.3S.) gdje je: 0- obim dijela sipa; Az -dio duzine sipa, gdje je fkonstantna velicina (s1. 30.38.); f - jedinicni koeficijent trenja na bilo kojoj dubini z.

@ o JEDINICNI KDEFICIJENT TRENJA ~~----,f---f \

0'

:§ -j----;----,f-

K - koeficijent pritiska tla; (j~ - efektivni vertikalni napon;

0- ugao trenja izmedu tla i sipa. U stvarnosti K varira sa dubinom. PribliZno se moze uzeti da je jednak Rankineovom pasivnom koeficijentu pritiska tla, Kp, koji moze biti i manji od koeficijenta pritiska pri mirovanju, Ko, na vrhu sipa. Braja (1995) preporucuje slijedece vrijednosti koeficijenta K: ~

~ ~

N

Otpor trenjem n pijesku. Jedinicni koeficijent trenja if) po obimu sipa, na bilo kojoj njjegovoj dubini (z), moze se definisati u obliku (Braja, 1995):

Buseni iIi rnlazom izvedeni sipovi: Ko::::l-sincp. Zabijeni sipovi sa niskim utiskivanjem (istiskivanjem): (1-1,4) Ko. Zabijeni sipovi sa velikim utiskivanjem (istiskivanjem): (1-1,S) Ko.

}

(30.40.)

Za posljednje vrste zabijenih sipova Bhusan (1982) preporucuje izraze ovisne 0 relativnoj gustoci I D' Gedn. 4.17.):

K . tgo

= 0,18 + O,0065I D

Efektivni vertikalni napon «(j~

i K = 0,50 + 0,008I D'

(30.41.)

) povecava se sa dubinom na maksimalne

dubine D'=(l5-20)d, a poslije postaje konstantan (s1. 30.3S.-b). Ova kriticna dubina ovisi 0 vise faktora, kao sto su npr.: ugao smicanja, zbijenost, relativna gustoca i s1. Kod konzervativnog pristupa pretpostavlja se da iznosi: D'=15d. Vrijednosti ugla trenja izmedu sipa i tla (8) ovisne 0 uglu smicanja (cp'), u razlicitim uslovima kontakta, dati su u tabeli 30.S. (Kulhawy, 1984). Vrijednasti ugla 8 u razliCitim uslavima kantakta

f-=konst.

SL30.38. Sema atpara fla aka sipa (a) i dijagram jedinicnag kaeficijenta atpara trenjem za sipave u pijesku (b).

180

Temeljerije

Gladak (prekriven) ceJiklpijesak Grub (naboran) - celiklpijesak Gotovi sipovi - betonlpijesak Na lieu mjesta izvedeni - betonlpijesak Drvo/pijesak

O,5cp'-O,7cp' O,7cp'-O,9cp' O,8cp'-1,Ocp' 1,Ocp'

----------------------------~T.~eJ-lle~'lj~·er~ij-e-------------------------

181

30. Temeljellje 110 Iipovimo

X Duboko-il1direkmo temeijellje

A. metod: Vijayvergiya i Focht (1972) su zasnovali ovaj metod na

1)

Meyerhof (1976) je ustanovio da se srednja vrijednost jedinicnog otpora trenjem - koeficijent trenja (fs,) za zabijene sipove sa velikim utiskivanjem moze dobiti, takoder, i preko vrijednosti standardnog penetracionog otpora, kao:

/,,(kN 1m2)

= 2N,

(30.42.)

pretpostavei da je istiskivanje tla usljed zabijanja sipa rezultat pasivnog bocnog pritiska na bilo ko' o' dubini ida' e jedinicni srednji otpor trenjem: A /"

gdje je:

gdje je: N - srednja vrijednost standardnog penetraeionog otpora - srednji broj udaraea. Za slabo utiskivane zabijene sipove isti autor preporucuje izraz:

/" (kN / m

2 )

= N.

(30.43.)

Iz ovoga slijedi ukupna sila nosenja sipa po obimu:

Qo

= O· D· f sr .

(30.44.)

Otpor trenjem u glini. Postoji vise metoda za dobijanje jedinicnog koeficijenta trenja, od kojih se navode tri metode (A., ex i f3 metode, (Braja,

b)

1995):

o

01

02

03

./

10

@

@

KOEFICIJENT A

04

v-

nedefinirana kohezija ICu)

0.5

v

=

Al +~ +AJ +K.

D

(30.47.)

\\ \\ \

\

0.75

0.50

~

u.

..: 60

\

::.:

I I

1\\ \ \\ \

srednja velicina

\~> dija~azan I'~ "

0 I

f...=.L.C u

~ \

vrijednosti

UJ

I

ii

\

~

:z w -,

Afsf' A ( 6~+ 2 Cu)

,(30.46.)

gdje je: A], A 2 , A3 .... povrsina dijagramn vertikalnih efektivnih napona, a leu, 2C", kohezija nedreniranog tla u pojedinim slojevima D], D 2 , D3 .... (sl. 30.39. b, c, d).

!-

~ ' ---

"i

...

0.2 5

70

80

D j +2 cu ·D2 +3 c u ·D3 +K

jC u •

3Cu, •••.

\

3CU

50

_

' CU -

D

too

:z Cl

_, (j

@

E

::::>

slici 30.39.-c i d, tj.:

vertikalni efektivni nap on (li y)

a

'"

a;,

I--

_ 40

(30.45.)

eu - srednja velicina kohezije nedreniranog uzorka (7',;:,5';-_ _+_---'7__"'i 0

'.

t>. K;o.~~~~.~~~~!~12r,:",·',: 0,03 0,05 0

~:~~~

".

XO

o

*Za Cu do 0,1 MN/nll1lOqu se primijeniti tcstovi sa krihlOUl sondom" prcko 0.1 MN/ll1 prhl~el~ujc se tnonouksijulni opit cvrstoce na pritisak.

0,06 0.10

Specificna nosivost - trenje na obimu sipa (T m) data je u tabeli 30.13. shodno DIN normi 4014/2 i 4014/3. Vrijednosti u ovoj tabeli (tab.30.l3.) za nekoherentno tlo vaze za slijeganje sipa s>2cm. Za 0