kvasniČka-geotehniČki istraŽni radovi za duboke graĐevne jame

Predrag Kvasnička:

GEOTEHNIČKI ISTRAŽIVAČKI RADOVI ZA DUBOKE GRAÐEVNE JAME

9/20/2011Free PowerPoint Template from

www.brainybetty.com2

Svojstva tla

Djelovanja: opterećenja i pomaci

Granične vrijednostipomaka

Dimenzije

Projekt

Proračunski model

Norme (parcijalnikoeficijenti)

Što pri geotehničkom projektiranju treba uzeti u obzir?



Polazište za istraživačke radove

Parametri materijala tla u geotehnici (moduli, parametri čvrstoće, koeficijenti propusnosti i sl.) nisu poznati unaprijed. Njih treba odrediti na temelju rezultata istraživačkih radova, a prema postavljenom konstitucijskom modelu.

Geotehnički istraživački radovi su formalno podloga za geotehničko projektiranje, ali su ujedno i skup podataka na temelju kojih se opravdava i dokazuje konačno geotehničko rješenje iz čega slijedi da su geotehnički istražni radovi sastavni dio geotehničkog projektiranja.



Sadržaj

Regulativa – eurokodoviIstraživački radoviPrikaz rezultata ispitivanja na primjerima iz prakseNovi trendovi



Što kaže regulativa?

Konstrukcijski Eurokodovi (Eurocodes) obuhvaćaju skupinu normi za konstruktorsko i geotehničko projektiranje građevina. One trebaju poslužiti kao sredstvo da se dokaže kako građevine udovoljavaju osnovnim zahtjevima. U nadležnosti su Povjerenstva Europske unije (CEC).

Eurokod 7 (za geotehniku) se sastoji od tri dijela:EN 1997-1 Dio1: Opća pravila (izašao i kao Britishstandard 1997-1:2004)ENV 1997-2 Dio 2: Projektiranje uz pomoćlaboratorijskih ispitivanja,ENV 1997-3 Dio 2: Projektiranje uz pomoć terenskih ispitivanja.

regulativa



Eurokod 7, Dio 2.+3.

To je komplementarni dio uz Dio 1. s ciljem postizanja sigurnog i ekonomičnog geotehničkog projektiranja. On će uspostaviti vezu između projektnih zahtjeva u Dijelu 1., posebno poglavlja 3. “Geotehnički podaci” i rezultata laboratorijskih i terenskih ispitivanja.

U njemu nisu normirana geotehnička ispitivanja jer jeCEN osnovao Odbor za geotehnička istraživanja i ispitivanja (TC 341) s tim ciljem.

Svrha ovog dijela (objedinjenog 2. i 3. dijela iz dosadašnje verzije EC7) je da se navedu ključni zahtjevi za opremu i postupke ispitivanja, za izvještavanje interpretaciju i prikaz rezultata, konačno, za određivanje vrijednosti geotehničkih parametara za projektiranje.

regulativa



Veza: projektiranja i istraživačkih radova

- granična stanja- geotehničke kategorije- parcijalni koeficijenti- karakteristične vrijednosti

izvedene vrijednostiparametara tla

in situ ispitivanja } zahtjevi laboratorijska ispit. }

vrijednostiparametara

Koji tip ispitivanja odabrati?

u domeni EN 1997 - 1

obuhvaćeno s ENV 1997 - 2 i 1997 - 3: PARAMETRI

preko korelacija

ili izravno

>

>

>

>>

regulativa



Kako odrediti projektne vrijednosti geotehničkih parametara?

Karakteristična vrijednost geotehničkog parametra je ujedno i njegova reprezentativna vrijednost.

To je često srednja vrijednost rezultata ispitivanja na većem volumenu tla.

Očekuje se da neće biti bitno različita od vrijednosti koja se tradicionalno uzima u većini projekata.Izvedena vrijednost geotehničkog parametra je veličina dobivena: teoretski, preko korelacije i empirijski. Služi da se odredi karakteristična vrijednost geotehničkog parametra, a zatim i projektna vrijednost se određuje iz karakteristične (uz primjenu parcijalnih faktora sigurnosti).

regulativa



ISTRAŽIVAČKI RADOVI ZA GRAĐEVNE JAME => KAKO ZAPOČETI?

Istraživanja treba prilagoditi zadatku! Treba si postaviti pitanja, primjerice:

•Kako zadovoljiti osnovne zahtjeve? => gran. stanja: ULS i SLS

•Kakva su stalna i pokretna opterećenja? •Je li moguć prodor vode (hidraulički slom)?

istraživački radovi



KOJE PARAMETRE MATERIJALA TREBA ODREDITI (za ULS i SLS)?Dijagram odnosa naprezanja i deformacija za razna stanja naprezanja => odabire se model ponašanja

ε

σ

početni modul, Eo

SLOM! parametri čvrstoće => c i ϕ

razina radnih naprezanja

A

trajna deformacija

rast

ereć

enje

povratni modul, Er




Istraživački radovi mogu biti (EC 7/3):Prethodni:Podaci o inženjerskogeološkim karakteristikama terena, o površinskim i podzemnim vodama te o nekim geotehničkim svojstvima tla – na temelju :

Inženjerskogeoloških i hidrogeoloških karata, aerofotogrametrijskih snimaka. ispitivanja susjednih područja => Rječju: baza podataka!

Za projektiranje i gradnju: geofizički, in situ pokusi, bušotine i/ili sondažne jame za uzorkovanje, laboratorijska ispitivanja, Trebaju dati geotehničke parametre => u nastavku

Kontrolni:Tijekom gradnje i izvođenja radova na projektu, pregled iskopa, provjere i dodatna ispitivanja da se ustanovi jesu li radovi u suglasju s onim što je predviđeno ili naručeno.

regulativa



Ispitivanja za projektiranje i gradnju

Laboratorijska ispitivanja,edometarski pokustroosni pokus– konsolidirani drenirani (CU)– konsolidirani nedrenirani (CD)– nekonsolidirani nedrenirani (UU)




EdometarEdometar – laboratorijski uređaj za ispitivanje deformabilnosti uzoraka tla

uzorak

porozni kamen(omogućava jednoliko dreniranje uzorka)

kapa uzorkamikroura(mjeri pomak δ)

prsten koji sprečavabočnu deformaciju




Određivanje Određivanje edometarskogedometarskog modula na modula na temelju pokusa u temelju pokusa u edometruedometru

σ

e

σ

e stupanj prekonsolidacije OCR = σP

σg

rasterećenje

cr

cccr

cr

cccr

σg σg σp

ee

E o

zoed Δ

+⋅Δ=

Δ=

)1('' σεσ



www.brainybetty.com15 ventil (1) ventil (2)ventil (3)

poroznapločica

uzorak

gumena membrana

gumeni prsten

kapa uzorka

klip

osno opterećenje

voda u ćeliji

ispusni ventil

menzura za ΔV

mjerenje vertikalnogpomaka uzorka

manometar za Δu

σc

Δσ1

σc

σc

σc

Δσ1

Uređaj za troosni posmik – za E i za c i ϕistraživački radovi



σ

τ

σ3 = σ'3

2θ

ϕ

(Δσd)f

σ1 = σ'1

2θ

(Δσd)f

A

Bτ f = σ' tgϕ

θσ3 σ3

σ1

σ1

θ = 45 + ϕ2

Konsolidirani drenirani pokus (CD) – za dobropropusne materijale




Konsolidirani-nedrenirani pokus (CU)

σ

τ

σ'3f = σ3 - Δuσ'3 = σ'c

τ f =c' + σ' tgϕ'

c

σ1f = σ3 + σ - Δuσ'1f = σ3 - Δu

stanje efektivnihnaprezanja pri slomu

početno stanje naprezanja

trag ukupnih naprezanja

trag efektivnihnaprezanja

Δu

rahli i zbijeni uzorak (norm. kons. i prekonsolidirani)

σ

τ


c

trag efektivnih napreza

trag ukupnih naprezanjaslom

−Δu




Nekonsolidirani nedrenirani pokus (UU)- nedrenirana čvrstoća cu

σ

τ


c'

slom u pokusujednoosne čvrstoće

Mohrovi krugovi (ukupnih naprezanja)

za UU pokus

ϕ'

cu

kruž. efekt. nap. pri slomu

σ'3f

σc1σf1

ϕ = 0

qσ'1f




Ispitivanja za projektiranje i gradnju

Terenski istraživački radovi:

geofizička ispitivanja,mjerenja osobina tla in situ ibušenja i vađenja uzoraka.




Geofizička ispitivanja

geoelektričnaseizmička




Geoelektrična ispitivanja

baterija mjerni mostnaponska mjernaelektroda

strujna mjerna elektroda

polje električnihpotencijala

u tlu




Seizmička ispitivanja – vrste mehaničkih valova u tlu

površinski valuzdužni val

poprečni val smjer kretanja vala

smjer kretanja vala

zgušnjavanje i razrjeđivanje u smjeru kretanja vala

čestice titraju okomito na smjer kretanja vala




Mjerenja brzina valova s površine

udar

geofonipojačalo

reflektirani val uprvom sloju

reflektirani val udrugom sloju

smjer vala

računalo

•refleksija,•refrakcija,•SASW




Karakteristične vrijednosti vs brzina za neke geomaterijale:

Iz vs, možemo odrediti, primjerice, modul posmika: G = ρ .vs

2 , gdje je ρ gustoća tla.




Mjerenje osobina tla in situ

statički penetracijski pokus i piezokon (oznaka, eng.: CPT i CPTU)

presiometarski pokus,

standardni penetracijski pokus (SPP, eng. SPT),

terenska krilna sonda,

plosnati dilatometrom, DMT i

mjerenja u podzemnoj vodi.




Statička penetracijska sonda - CPT

qc ... specifični otpor stošca (sila na stošcu podijeljena s njegovom površinom),

- fs ... specifični otpor plašta (sila na plaštu podijeljena s površinom plašta),

-R1 ... jedinični koeficijent trenja: fs / qc (za istu dubinu).




Cone Penetration Testing (CPT)

Real-Time readings in computer screenPenetration at 2 cm/s

Sand

Clay

Buried Crust

Clay




Presiometarski pokus (Menardov presiometar)

bušo

tina

ispi

tna

dion

ica

pres

iom

etar

ska

sond

a

eksp

andi

rajuća

dion

ica

šipka

vodovi

PC

tlak u presiometarskoj ćeliji, ppr

omje

na v

olum

ena

pres

. ćel

ije, V

zona I.početno

opterećenje

zona II.pseudo-

elastično ponašanje

zona III.plastično

ponašanjeΔp

ΔV

p0

V0

VpVE o Δ

Δ⋅⋅+⋅= )1(2 ν

Youngov modul tla




Standardni penetracijski pokus, SPP (standard penetration testing, SPT)

φ 50 mm

500

mm

300

mm

nož

rasklopni cilindar

kuglica

rupe za zrak

NCERN ⋅⋅⋅= Nr

60 60λ Popravni koeficijenti za duljinu šipke i vertikalno naprezanje




Krilna sonda- određivanje nedrenirane čvrstoće tla na terenu)

h

meko, prašinasto-glinovito tlo

krilna sonda

krilca

d τf = cu

povećanje nedrenirane čvrstoće vlaženjem i sušenjem

c raste s dubinom jer i efektivnanaprezanja odvlastite težinerastu s dubinom

kora

površinaef

ektiv

na n

apre

zanj

a u

tlu o

d vl

astit

e te

žine

σg

σg' od z1

z

z1

z

cu od z1

krilcaploha slomatla

zakretni momentRPV

32

273,0

3

2dM

dhd

Mcfvf ⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

==π

τ




Plosnati dilatometar (DMT)

dilatometar

utisna šipka

pneumatski ielektrični vodovi

uređaj za upravljanje i umjeravanje

tlačna cijev

uzemljenje

tlačna boca

IDMT = (p1 - p0) / (p0 - u0),KDMT = (p0 - u0) / σ'v0,EDMT = 34,7 (p1 - p0).




Plosnati dilatometar (lijevo) i položaji membrane

čeličnamembrana

P0 P1

95mm

50mm

čeličnamembrana




Podobnost sustava za mjerenja u podzemnoj vodi, ovisno o vremenu njihova odziva i svrsi mjerenja

uvjeti u temeljnomtlu

šljunak,krupan pijesak

sitan pijesak, krupanprah

sitan prah,glacijalni nanos,

glinaSvrha mjerenja

mjerenje razinepodzemne vode iliraspodjele pornogtlaka i njihovihkolebanja

bušotina za opažanje,otvorena cijevfiltar na vrhu cijevi

otvorena cijevfiltar na dnu cijevipiezometar(hidraulički,pneumatski, električni)

filtar na dnu cijevipiezometar(hidraulički,pneumatski,električni)

mjerenje promjenapornog tlaka uslijednjegovih kolebanja,crpenja, iskopa,opterećenja ilirasterećenja, učinakazabijanja pilota, ili radipraćenja npr. kosina

filtar na vrhu cijevipiezometar(hidraulički,pneumatski, električni)

filtar na vrhu cijevipiezometar(hidraulički,pneumatski, električni)

piezometar(hidraulički,pneumatski,električni)

0,6

1+2

m0,

6fil

tar

betonska brtva

cijev d=50 mm

nasip od priručnog materijala

bentonitna brtva

saturirani pijesak

bentonitna brtva

ispuna

Piezometar (otvoreni sustav)




Vađenje uzoraka iz bušotina – motorna granitura i tankostjeni cilindar za vađenje neporemećenih uzoraka

pogonskimotor

pumpastezna glava

vitlo(dizalica)

kolotura

četveronožnitoranj

transmisija

uvodna kolona

bušeča šipka

isplaka

jezgrena cijev

dijamantna kruna

isplačni bazen

Du 2,5 mm

Dn

Dv

glava sventilom

čelični cilindar




Umjesto zaključka- prema Mulabdić (2004)

U RH se za određivanje svojstava tla i stijena sustavno koriste in situ ispitivanja. Istražni radovi se sve više obavljaju u fazama, pri čemu se u prvoj fazi obavljaju geofizička i in situ ispitivanja. Međutim, činjenica je da se primjenom i razvojem ovih ispitivanja prvenstveno bave znanstvenici i ljudi iz laboratorija, a manje se osjeća interes projektanata da se ona više koriste u svakodnevnom poslu. Širom primjenom tih ispitivanja napravio bi se korak prema poboljšanju geotehničke prakse.




Prikaz rezultata ispitivanja –(prema EC7, BS EN 1997-1:2004

Geotehnički izvještaj – je elaborat u kojemu su prikazani rezultati svih istražnih radova zajedno s ocjenom njihove valjanosti, a u skladu s pretpostavkama pri interpretaciji rezultata ispitivanja.Geotehnički projektni izvještaj mora sadržavati: geotehnički izvještaj, sve podatke, metode i rezultate proračuna za dokazivanje zahtjeva sigurnosti i uporabivosti. Investitor mora dobiti izvadak iz GPI-ja sa navedenim zahtjevima za opažanje i nadzor.

prikaz rezultata ispitivanja



Poslovno-stambeni objekt, Iblerov trg(Ivšić, T. 1997)

Konačni cilj geotehničkih istražnih radova je definiranjetzv. projektnog profila. To je model prostornog rasprostiranja slojeva s rasponima karakterističnih vrijednosti mehaničkih svojstava tla na lokaciji građevne jame.Svojstva tla koja se istražuju i definiraju moraju biti prilagođenadaljnjim analizama za dokazivanjeda građevina udovoljava osnovnim zahtjevima (EC7 i u Zakon o gradnji).





U osnovnom skupu informacijao tlu obično su:- geološki sastav i debljine

slojeva te razine podzemne vode,

- parametri čvrstoće, deformabilnostii vodopropusnostigeomaterijala.




SPT

0 200 400 600qu (kPa)

aksijalna čvrstoća

brzina posmičnih valova (down hole)brzina posmičnih valova (model)

0 20 40 60 80N (SPT)

0 200 400 600vs (m/s)

0 20 40 60 80100% frakcija

nasipčvrsta glinašljunakkruta glina

0 20 40 60 80w (%)

% glina% glina+prah+pijesakgranica plastičnostiprirodna vlažnostgranica tečenja

30

25

20

15

10

5

0

dubi

na (m

)

Iblerov trg, Importanne galerija, Szavits-Nossan et al. (1999)

Poslovno-stambeni objekt, Iblerov trg





Rezultati troosnihispitivanja donje gline:

- CIU (gore),

- prosj. vrijed. čvrstoćedonje gline u totalnim naprezanjima, povezanes ispit. s gr. jame na Starčevićevom trgu (dolje)





•naprezanje prekonsolidacije




Ilustracije radi, slojevi ne moraju biti uvijek paralelni s površinom, već za pravu sliku stanja treba poznavati i geološke značajke sredine (Jakovlje, prema Mihalić, S.)

3. Primjer: prikaz rezultata ispitivanja



Rezime (i prema Ivšić, 1997)

Geotehnički istraživački radovi su (kao sastavni dio geotehničkog projektiranja) usmjereni zadatak, jer njihovu provedbu treba uskladiti s:

– geološkom prirodom tla, raspoloživim postupcima i metodama istraživanja,

– mogućim i očekivanim rješenjima temelja i zahvata te – predviđenim analizama u postupku projektiranja.

Svaka je lokacija slučaj za sebe, pa nema strogih pravila za odabir načina istraživanja.Geotehnički istraživački radovi ne služe samo za dobivanje projektnih parametara tla, nego ih treba sagledati u cjelini svih zbivanja na lokaciji.Eurokodovi 7 i 8, pri izboru parametara, upućuju ne samo na rezultate ispitivanja sa istraživane lokacije, već traže da se u obzir uzme šire područje. Pri tome u obzir treba uzeti geološki sastav i odabrane parametre za susjedna i srodna područja. (baza podataka!)



Novi trendovi



Primjer proračuna pomaka zagatne stijene na “klasičan” način i s uzimanjem u obzir malih deformacija – Plaxis Bulletin, 19.03.2006. Ustanovljeno je da se uzimanjem u obzir malih deformacija (u krutim tlima):• Dobiva “krući” odgovor sredine (manje je područje uključeno),•Manja su slijeganja iza stijene i manje je njihovo rasprostiranje,

Ovo je ponašanje u skladu s Peck (1969) gdje se navodi da se slijeganja iza stijene šire maksimalno 2x (dubina iskopa).



Troosni uređaj s mogućnošću mjerenja pomaka (deformacija) na uzorku

Iblerov trg, Importanne galerija, Kvasnička et. al. (1996)

novi trendovi



Literatura:Atkinson, J. H., Salfors, G. (1991). Experi-mental determination of stress-strain-time characteristics in laboratory and in situ tests. Proc. Tenth Euro-pean Conf. Soil Mechanics and Foundation En-gi-neering. Rotterdam: Balkema. III: 915-956.Burland, J.B. 1989. "Small is beautiful" - the stiffness of soils at small strains, Ninth LauritsBjerrum Memorial Lecture. Ca-nadian Geotechnical Journal 26(4): 499-516.Ivšić, T. (1997). Terenski geotehnički istražni radovi, Seminar Sanacija temelja –poddgrada objekata i izgradnja interpolacija. HUMTGI i HDGI.Kvasnička, P., Zlatović, S. i Matešić, L. (1996). Rezultati cikličkih troosnih pokusa s kontroliranom deformacijom, za Geokon-Zagreb d.o.o., Građevinski fakultet.Kvasnička, Predrag; Matešić, Leo; Skračić, Sebastian. Izrada geotehničkih podloga Zagreba primjenom GIS-a. // Građevinar : časopis Hrvatskog društva građevinskih inženjera. 50 (1998) , 1; 19-27 Kvasnička, P & Matešić, L. (2001). Geotechnical data base for the city of zagreb and itsapplication in site response analyses // Proceedings of Fourth International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics / Prakash, Shamsher (ur.).San Diego : University of MO-Rolla, 2001. 1-8 Mihaljević, I., Dašić, G., Kvasnička, P. i Matešić, L.. (2006) Design of a Retaining Structure for an Excavation Pit for the Construction of the VIPNET Underground Garage, Danubian-European Conference, Ljubljana (in print). Mulabdić, M. (2004). Hrvatska iskustva u primijeni in istu ispitivanja tla. Razprave IV posvetovanja slovenskih geotehnikov, RogaškaSlatina. pp 11-24. Szavits-Nossan, V., Kovačević, M.-S. i Szavits-Nossan, A. (1999) Posmična krutost i deformacije tla: novi pogledi. // Građevinar. 51, 12; 783-792. Zlatović, Sonja; Kvasnička, Predrag; Matešić, Leo; Pavić, Branimir.Precizna mjerenja malih deformacija tla na Građevinskom fakultetu u Zagrebu Razpravedrugega posvetovanja slovenskih geotehnikov - Rogla 96 / Logar, J, Majes, B. (ur.). Ljubljana : Slovensko geotehnično društvo, 1996. 43-50. http://www.cenorm.be/cenorm/businessdomains/technicalcommitteesworkshops/centechnicalcommittees/index.asp

http://bib.irb.hr/prikazi-rad?&rad=7350







kvasniČka-geotehniČki istraŽni radovi za duboke graĐevne jame

Documents