Temeljenje Na Stijenskoj Masi

Ivan Vrkljan

15 Temeljenje na stijenskoj masi Prikazani su osnovni principi temeljenja na stijenskoj masi

15-Temeljenje na stijenskoj masi.doc

Inženjerska mehanika stijena

2

15 Temeljenje na stijenskoj masi 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7

Uvod .................................................................................................................................3 Inženjersko-geološki uvjeti temeljenja .................................................................................4 Tipovi temelja ...................................................................................................................6 Dopušteno opterećenje plitkih temelja .................................................................................6 Posebni problemi temeljenja ...............................................................................................9 Rječnik .............................................................................................................................9 Literatura ........................................................................................................................10

3

15 Temeljenje na stijenskoj masi

15.1 Uvod Dok je nestabilnost kosina uglavnom posljedica vlastite težine nestabilnog dijela, nestabilnost temelje posljedica je vanjskih opterećenja koja se unose u stijensku masu. Kako opterećenje uvijek izaziva građevina, u analizama temeljenja potrebno je razmatrati interakciju građevine i temeljnog tla.

Opterećenje građevine definirano iznosom i raspodjelom

Naprezanje i deformacija građevine Ako su veća od dopuštenih Oštećenje ili slom građevine

Opterećenje temelja

Deformiranje stijenske mase

Naprezanje stijenske mase Ako su veća od dopuštenih

Slom stijenske mase

Slika xxx Pojednostavljeni dijagram toka interakcije građevine i stijenske mase kod problema temeljenja (S.D. Priest citirano prema Hudson i Harrison (1997) Uobičajene građevine prenose u tlo opterećenja koja i slabija stijenska masa preuzima bez većih problema. Kod ovih građevina istraživanjima se treba provjeriti eventualno postojanje spilja u krškim terenima ili sposobnost bubrenja stijena. Velike razvedene građevine kao što su veliki bolnički kompleksi, aerodromski terminali i sl. pokrivaju velike površine te je za očekivati promjenjive uvjete temeljenja. Često su temelji opterećeni velikim silama jedan pored drugog te treba voditi računa o interakciji djelovanja. Industrijski objekti kao što su turbine, reaktori, akceleratori i sl. zahtijevaju izrazito stabilne temelje pod dinamičkim djelovanjima o čemu treba voditi računa tijekom istražnih radova čak ako se radi i o kvalitetnoj stijenskoj masi. Visoke građevine kao što su piloni velikih mostova i tornjevi, generiraju velika vodoravna i vertikalna opterećenja zbog djelovanjem potresa i vjetra. Opterećenja mogu dostići graničnu nosivost (bearing capacity) čak i srednje čvrstih stijena. Temeljenje mostova i vijadukata često zahtijevaju rješavanje dva problema: (a) problem nosivosti i dopuštenih slijeganja kao kod klasičnih problema, (b) problem stabilnosti kosina na kojoj se temelj nalazi. Vrlo često je ovaj drugi problem prioritetan jer u potpunosti kontrolira stabilnost temelja.

Inženjerska mehanika stijena

4

Temeljenje visokih lučnih brana je jedan od najsloženijih i najodgovornijih geotehničkih zahvata. Njihova izgradnja značajno je utjecala na razvoj mehanike stijena a naročito na razvoj velikih terenskih ispitivanja. Kod ovih građevina pojavljuje se problem stabilnosti centralnog dijela brane u koritu rijeke kao i problemi stabilnosti krila brane na svakoj od obala. Vrlo često su inženjerskogeološki uvjeti različiti na jednoj i drugoj obali što značajno komplicira projektiranje ovakvih građevina.

Slika xxx Stabilnosti kosina kao prioritetan problem temeljenja mostova i vijadukata

Slika xxx (a) Lučna brana Osiglietta u Italiji; Lučna brana Karun 3 u Iranu 15.2 Inženjersko-geološki uvjeti temeljenja Slika xxx prikazuje neke tipične inženjersko-geološke situacije koje se javljaju pri temeljenju građevina na stijenskoj masi.

5

15 Temeljenje na stijenskoj masi

Tlo pokriva stijensku masu. Površina stijenske mase približno ravna. Idealni uvjeti za temeljenje građevina. površina stijenske mase (bedrock)

Površinu stijenske mase teško je utvrditi. Mehanička svojstva stijenske mase variraju u širokim granicama. Teško odrediti dubinu temeljenja i dopušteno opterećenje.

Krška područja kriju izrazito nepravilne oblike površine stijenske mase, neočekivane nivoe podzemne vode, skrivene neispunjene kaverne.

Stijensku masu predstavlja izmjena slojeva čvrste stijene (pješčenjak, vapnenac) i slabe stijene (lapor, glinac, muljac i sl.). Slojevi čvrste stijene mogu stvarati probleme tijekom izvođenja pilota. Fliš

Rasjedi ispunjeni stišljivom ispunom kompliciraju temeljenje. U zoni rasjeda teško je utvrditi pravu inženejrskogeološku sliku terena. Velika razlika deformacijskih svojstava ispune rasjeda i osnovne stijenske mase može izazvati neugodna diferencijalna slijeganja građevine.

Tlo pokriva teško ispucanu stijensku masu. Ispucanost stijene za posljedicu ima značajno reduciranje njene nosivosti a mogu se javiti i povećana slijeganja kao posljedica zatvaranja pukotina.

Slika xxx Različiti uvjeti temeljenja u stijenskoj masi

6

Inženjerska mehanika stijena

15.3 Tipovi temelja Skica

Opis Plitki temelji Temeljenje u širokom iskopu. Pozornost treba obratiti na stabilnost kosina građevne jame.

Temeljenje na zabijenim ili bušenim pilotima.

Temeljenje teških građevina na bušenim pilotima ili oknima.

Slika xxx Različiti tipovi temelja 15.4 Dopušteno opterećenje plitkih temelja Dopušteni kontaktni pritisak (dopušteno opterećenje stijenske mase) (allowable bearing pressure) temelja je maksimalno naprezanje koje stijena može podnijeti a da se ne ostvare prekomjerna slijeganja niti da stijenska masa dođe u stanje granične ravnoteže. . Pri tome se treba voditi računa da naprezanja ne prekorače dopuštena naprezanja betona temelja. U vrlo kvalitetnoj stijenskoj masi visoke čvrstoće, ovaj drugi uvjet (čvrstoća betona) može biti glavni ograničavajući čimbenik. Pri izračunavanju nosivosti (bearing capacity) temelja po metodama graničnog ravnotežnog stanja mora se voditi računa o složenosti i različitim modelima loma prikazanim na slici xxx. Ne postoji jedinstven pristup određivanju nosivosti stijenske mase. Prikazat će se jedan jednostavan način koji daje informaciju o redu veličine nosivosti stijenske mase. Pokusi na izotropnoj stijeni pokazuju da se granična nosivost dostigne kod slijeganja temelja od 4 do 6% njegove širine.

7

15 Temeljenje na stijenskoj masi

Razmotrimo model loma prikazan na slici xxx. Homogena stijenska masa na kojoj se kani graditi ima kriterij čvrstoće prikazan gornjom anvelopom Mohrovih krugova na slici xxx. Pretpostavimo da je opterećenje temelja prouzročilo frakturiranje stijene u zoni (A) ispod temelja. Stijenska masa nakon frakturiranja ima manju čvrstoću te je njen kriterij čvrstoće prikazan donjom anvelopom na istoj slici. Pretpostavimo da je najveće vodoravno naprezanje (ph), koje može biti mobilizirano radi podupiranja slomljene zone (A), jednako jednoosnoj tlačnoj čvrstoći stijenske mase. Ova vrijednost određuje manje glavno naprezanje u slomljenoj zoni (A). Veće glavno naprezanje koje stijensku masu u zoni (A) dovodi u stanje granične ravnoteže ima vrijednost (qf). Naprezanja (qf).i (ph) definiraju krug koji tangira kriterij čvrstoće slomljene stijenske mase. Naprezanje (qf).predstavlja graničnu nosivost stijenske mase (bearing capacity). Ova analiza vodi ka zaključku da granična nosivost homogene stijenske mase ne može biti manja od njene jednoosne tlačne čvrstoće. Ako stijenska masa ima konstantan kut trenja (Φ) i jednoosnu tlačnu čvrstoću (qu) (Mohr-Coulombov materijal), granična nosivost stijenske mase je

q f = qu ( N Φ + 1)

(1)

gdje je

Φ  N Φ = tan 2  45 +  2 

(2)

Dopušteni kontaktni pritisak (pa) dobije se djelenjem nosivosti sa faktorom sigurnosti (F)

pa = pa qf

qf F

Dopušteni kontaktni pritisak stijenske mase (allowable bearing pressure) Granična nosivost stijenske mase (bearing capacity)

(3)

8

Pojava pukotina (cracking)

Drobljenje (crushing)

Stvaranje klinova (wedging)

Razvoj pukotina kao posljedica povećanja opterećenja stijenske mase. Ovisno o raspodjeli naprezanja na temeljnoj stopi i svojstvima stijenske mase u stanju loma, slijeganja mogu dostići najveća dopuštena

Inženjerska mehanika stijena

Slijeganje uslijed zatvaranja pora (punching) U slabo cementiranim sedimentnim stijenama može se desiti nereverzibilno slijeganje bez pojava pukotina i stvaranja klinova uslijed loma strukture porozne stijene

Posmični lom (Shear)

Slika xxx Modeli loma stijene ispod temelja građevine (Ladanyi, 1972; Goodman, 1980)

9

15 Temeljenje na stijenskoj masi

τ

Kriterij čvrstoće stijenske mase

Kriterij čvrstoće stijenske mase nakon sloma (zona A) σt

ph

qf

Jednoosna tlačna čvrstoća stijenske mase

σ

Nosivost stijenske mase

qf

ph=qu qu=Jednoosna tlačna čvrstoća stijenske mase

A

Slika xxx Analiza nosivosti stijenske mase 15.5 Posebni problemi temeljenja • • • •

Značajni se problemi mogu javiti u slučaju kada stijenska masa sadrži bubrive i nestabilne minerale. Kemijski procesi u stijenskoj masi nekada mogu proizvesti spojeve koji su agresivni na beton. Lako topive stijene, kao što su gips i sol, zahtijevaju poseban tretman kod građevina s izraženim tečenjem podzemne vode. Temeljenje na području slijeganja površine terena uslijed podzemnog rudarenja.

15.6 Rječnik ultimate bearing capacity, qe, qult (FL-2)—the average load per unit of area required to produce failure by rupture of a supporting soil or rock mass (ASTM: D 653). bearing capacity (of a pile), Qp, Pp (F)—the load per pile required to produce a condition of failure (ASTM: D 653). allowable bearing value (allowable soil pressure), qa, pa(FL-2)—the maximum pressure that can be permitted on foundation soil, giving consideration to all pertinent factors,with adequate safety against rupture of the soil mass or movement of the foundation of such magnitude that the structure is impaired (ASTM: D 653). allowable pile bearing load, Qa, Pa (F)—the maximum load that can be permitted on a pile with adequate safety against movement of such magnitude that the structure is endangered. (ASTM: D 653).

Inženjerska mehanika stijena

10

Allowable bearing pressures = dopušteni kontaktni pritisak = dopušteno opterećenje stijenske mase bearing capacity=nosivost, granična nosivost bearing resistance=nosivost bearing resistance failure=lom dosezanjem nosivosti 15.7 Literatura Hudson, J.A. and Harrison J.P.,2000, Engineering Rock Mechanics, An introduction to the principles, Pergamon, 444 p., p.p.298-308 Goodman, R.E., (1980), Introduction to Rock Mechanics, Wiley, New York, pp.288-333 Franklin J.A., Dusseault, M.B., (1989), Rock Engineering, McGraw-Hill Publishing Company, 600 p. Brady, B.H.G., Brown; E.T., (1985), Rock Mechanics for Underground Mining, George Allen and Unwin (Publishers) Ltd, 527 p.

EN 1536 Execution of special geotechnical work-Bored piles EN 1537 Execution of special geotechnical work-Ground anchors EN 1538 Execution of special geotechnical work-Diaphragm walls prEN 12699 Execution of special geotechnical work-Displacement piles prEN 12715 Final draft Execution of special geotechnical work-Grouting prEN 12716 Execution of special geotechnical work-Jet Grouting prEN 12794 Precast concrete foundation piles EN 12063Execution of special geotechnical work-Sheet-pile walls