szavits-g6 temelji na pilotima c-radno

6. Temelji na pilotima

6.1. Svrha, vrste i izvedba pilota

Piloti su uspravni ili gotovo uspravni stupovi izgraeni sa svrhom da

prenesu optereenje graevine u dublje bolje nosive slojeve tla. Brojni

arheoloki nalazi ukazuju da drvene pilote ljudi koriste ve vie tisua

godina za pridravanje nastambi uz obale rijeka i jezera, a prvi ih spominje

starogrki povjesniar Herodot. Do poetka prolog stoljea ugraivali su se

u tlo zabijanjem raznim napravama uz pomo padajuih utega, da bi se

sredinom prolog stoljea poeli koristiti i stupovi izgraeni u posebno

izvedenim buotinama. Za buenje tla primijenjeni su postupci koji su izrasli

iz postupaka ve razvijenih za istraivanje nafte. Istraivanje nafte je inae

odigralo znaajnu ulogu u razvoju pilota, ne samo kao izvorite ideja i

postupaka za njihovo graenje, ve su brojna istraivanja utjecaja na

nosivost pilota provedena po narudbi naftne industrije kad je zapoelo

vaenje nafte i plina iz podmorskih nalazita koje je trailo sigurno

temeljenje naftnih platformi na obino slabo nosivom morskom dnu.

Danas se u praksi susree veliki broj razliitih vrsta pilota. Te se vrste

razlikuju kako po materijalu iz kojeg su piloti izraeni, tako i po nainu

njihove ugradnje u tlo. Dimenzije dananjih pilota mogu biti vrlo razliite.

Promjeri im se kreu od kojih desetak centimetara kod mikropilota pa do

vie metara kod temelja velikih mostova i platformi. Duine im se mogu

kretati od par metara do vie od stotinu metara pri emu se ove posljednje

2 6 TEMELJI NA PILOTIMA

opet susreu kod naftnih ili plinskih platformi u moru kao i kod temelja

velikih mostova.

Na nosivost i deformacije pilota bitno utjeu ne sama graa i dimenzije

tijela pilota, ve i nain izvedbe, posebno njegove ugradnja u tlo. Da bi se pri

projektiranju pilota ovi utjecaji razumno obuhvatili, poeljno je vrste pilota

razvrstati na nain koji odraava razlike u njihovom kasnijem ponaanju.

Jedno takvo razvrstavanje prikazuje slika 6-1. Prikazano razvrstavanje

provedeno je prvenstveno prema nainu njihove ugradnje. Tako e zabijeni

piloti pri svom prodiranju razmicati tlo te time poveavati boni pritisak tla

na njegovo tijelo. O bonom pritisku razmjerno ovisi i nosivost pilota pa e

poveani boni pritisak poveati i nosivost pilota. S druge strane, pri izvedbi

buenog pilota do razmicanja tla nee doi, ve moe doi ak do blagog

skupljanja buotine, a time i do smanjenja bonog pritiska tla na pilot.

Zabijeni piloti zabijaju se danas u tlo posebnim napravama. To su

obino dizelska zabijala ili dizelske makare, motorni vibratori ili rjee

statiki utiskivai. Dizelska zabijala sastoje se iz elinog cilindra i k elinog

klipa koji je povezan s odgovarajuim utego u jednu cjelinu. Takvo se zabijalo

prikljui preko nakovnja na glavu (gornji kraj) pilota. U cilindar zabijala

ubrizga se dizelsko gorivo, a klip s utegom se pusti da padne. Pri padu klip

Slika 6-1 Jedno od moguih razvrstavanja pilota (prema Simons i Menzies,

2000)

6.1 SVRHA, VRSTE I IZVEDBA PILOTA 3

sabije i ugrije zrak koji zapali gorivo. Gorivo pri eksploziji povea pritisak

nastalog plina, a ovaj pak uzdigne klip. Pri tome se ispusti izgorjela smjesa

goriva i zraka iz cilindra. Nakon to dosegne najviu toku, klip pone padati

pa zapoinje novi ciklus rada zabijala. Nekad su ta zabijala radila na vodenu

paru, no danas se takve naprave rijetko susreu. Rad makare pri zabijanju je

vrlo buan i izaziva prilino zamjetne i neugodne vibracije u tlu. Nakon udara

klipa u nakovanj, pilotom se ire dinamiki valovi koji izazivaju znatna

naprezanja u pilotu. Da bi pilot pri zabijanju svladao otpor tla, a da pri tome

ne bude napregnut preko do granice oteenja, mora se unaprijed izabrati

makara pogodnih karakteristika. irenje se elastinih valova u pilotu

prilikom zabijanja moe relativno jednostavno pratiti to omoguuje korisne

interpretacije kako za kontrolu naprezanja tako i za procjenu budue

nosivosti pilota. Zabijeni piloti izvode se iz elika razliitih profila, armiranog

ili prednapetog betona, a danas rijetko i od drveta. Mogu se izvoditi kao

uspravni ili kao kosi i mogu biti stalnog ili promjenjivog presjeka, obino pri

dnu ui, a pri vrhu iri.

Bueni piloti1 izvode se obino lijevanjem betona u prethodno izvedenu

buotinu. Buotina se izvodi posebnim buakim strojem (garniturom) uz

koritenje posebnih svrdala, nabijaa, grabilica i drugih naprava. Da bi se

osigurala buotina od uruavanja, u rastresitom i slabijem tlu potrebno ju je

osigurati. To se moe bilo uz pomo cijevi koja se utiskuje u buotinom kako

napreduje iskop ili uz pomo isplake, vode s dodatkom nekoliko postotaka

visoko plastine gline (bentonit) i ponekad nekih drugih kemijskih dodataka.

Razina se isplake dri iznad razine podzemne vode ime se namee

procjeivanje isplake iz buotine u okolno tlo. Time se postie stabilnija

stjenka buotine. Kako se voda djelomino filtrira prije ulaska u okolno tlo,

stvara se na stjenci buotine tanki sloj slabo propusnog bentonita koji

prenosi tlak vode na skelet okolnog tla i time dodatno uvruje stjenku

buotine. U gotovu buotinu, kojoj je prethodno dobro oieno dno, sputa

se ko eline armature, a zatim se buotina ispunjava svjeim betonom.

Ugradnja betona mora se provesti posebnim postupkom ulijevanja kroz

kontraktorsku cijev (kontraktor postupak) na dno buotine.

Kontraktorska cijev mora neprestano ostati u masi svjeeg betona kako bi se

izbjeglo mijeanje betona i isplake to bi vrlo nepovoljno djelovalo na

kvalitetu budueg betona. Armaturni ko se moe ugraditi i nakon

betoniranja sputanjem uz pomo vibracija u svjei beton. Glavu novog

pilota treba nakon stvrdnjavanja osloboditi betona koji je loe kvalitete jer je

1 U SAD samo zabijene pilote nazivaju pilotima (engl. pile), dok buene pilota

nazivaju stupovima (engl. shaft).


bio u dodiru s bentonitnom isplakom. Zbog uvjeta ne mijeanja betona s

isplakom, dno kontraktor cijevi mora stalno biti u svjeem betonu, a to trai

da se betoniranje pilota izvede u jednom mahu bez ikakvih prekida. Bueni

se piloti uglavnom izvode uspravni, ali se uz odreene potekoe mogu

izvesti i blago zakoeni.

Osim zabijenih i buenih pilota, razvijen je i niz drugih postupaka i

tehnika od kojih su mnoge patentirane u vlasnitvu pojedinih izvoaa.

Meu takvim pilotima bili su i uvrtani (sistemi Atlas i drugi)2.

Piloti se rijetko izvode kao izolirani stupovi, vee se ee smjetaju u

grupe povezane na glavama naglavnom gredom ili ploom. Osni razmak u

pilota u grupi moe biti razliit, ali se obino kree od dva do deset promjera

pilota. Naglavna ploa se redovito izvodi od armiranog betona u koju su

piloti uklijeteni.

Obzirom da pouzdanost prognoze nosivosti i deformacija pilota nije

jako velika, esto se provode probna ispitivanja nosivosti, pogotovo ako

projekt obuhvaa vei broj pilota. Probnim ispitivanjima dolazi se do

pouzdanijih pokazatelja nosivosti i openito ponaanja pilota to omoguuje

korekciju osnovne projektne zamisli.

6.2. Uzduno optereeni piloti

Nosivost pojedinanog pilota na uzduno optereenje

Optereenje pojedinanog pilota prikazuje slika 6-2. Optereenje pilota

prenosi se preko glave pilota na tijelo pilota. Tom se optereenju pridruuje

teina pilota (i teina tla iznad baze pilota ako je ova ira od tijela). Tim se

teinama suprotstavlja otpor tla na bazi i otpor po platu pilot, .

Nosivost ili otpornost pilota na vertikalno optereenje definira se kao

otpor pilota vertikalnom optereenju na ravnini A-A pri slomu tla, kad pilot

pone nekontrolirano tonuti u tlo. Prema oznakama sa slike 6-2, nosivost je

dna izrazom

(6.1)

2 vidi na pr. detaljnije u Fleming i dr. (1992), Tomlinson (1995)

6.2 UZDUNO OPTEREENI PILOTI 5

Veliina reducirana je otpornost baze pilota i jednaka je

otpornosti baze umanjenoj za teinu pilota (i tla iznad baze ako je ova ira od

tijela pilota). Otpornost na bazi pilota moe se izraziti kao

(6.2)

gdje je prosjeni kontaktni pritisak izmeu baze pilota i tla (jedinina

otpornos na bazi), a je povrina baze. Slino se moe izraziti i otpornost

po platu pilota

(6.3)

gdje je jedinina otpornost po platu, je opseg poprenog presjeka

pilota, je duljina pilota ispod povrine terena, a je dubina ispod povrine

terena.

Ako se s oznai reducirana jedinina otpornost baze pilota

Slika 6-2 Uzduno optereeni pilot


(6.4)

te ako se usvoji uobiajeno pojednostavljenje da je jedinina teina pilota

priblino jednaka jedininoj teini tla, odnosno da vrijedi

(6.5)

gdje je vertikalno naprezanje u tlu na razini baze, slijedi iz (6.4)

(6.6)

Uz to pojednostavljenje nosivost pilota na razini tla moe se izraziti kao

(6.7)

Ako se primijeni izraz za nosivost tla ispod plitkog temelja kao okvir za izraz

za nosivost tla na bazi, odnosno ako se prihvati da nosivost baze moe

izraziti kao

(6.8)

i ako se zanemari srednji lan na desnoj strani gornjeg izraza jer se pokazuje

malim u odnosu na druga dva lana, slijedi za reduciranu nosivost na bazi

(6.9)

U sluaju nedreniranih uvjeta za sitnozrno tlo ( ) vrijedi

pa se izraz (6.9) reducira na jednostavan oblik

(6.10)

U sluaju dreniranih uvjeta za krupnozrno tlo ( , ,

), izraz (6.9) reducira se na oblik


(6.11)

U praksi se izraz (6.10) koristi za odreivanje nosivosti na bazi pilota u

sitnozrnim tlima, a izraz (6.11) za odreivanje nosivosti na bazi pilota u

sitnozrnim tlima.

Ako se pretpostavi Coulombov zakon vrstoe za jedinini otpor tla na

platu pilota, moe se pisati

(6.12)

gdje su i parametri trenja izmeu tla i plata pilota. Uobiajeno je da se za

nedrenirane uvjete za sitnozrno tlo stavi i ( -metoda) pa e

jedinina otpornost po platu iznositi

(6.13)

Takoer je uobiajeno da se u dreniranim uvjetima za krupnozrno tlo

pretpostavi da je , te stavi , pa e tada izraz (6.12)

poprimiti oblik ( -metoda)

(6.14)

Kako mnogi parametri. esto teko mjerljivi, utjeu na veliine i u

izrazima (6.13) i (6.14) te na veliinu u izrazu (6.10) odnosno veliinu

u izrazu (6.11), najbolji nain za njihovo odreivanje su povratne analize iz

dobro opaanih probno optereenih pilota u tlu koje odgovara

karakteristikama tla za koje se trai predvianje. Upravo je taj postupak

proveo niz autora na irokoj bazi probno optereenih pilota za razliite

prilike u tlu. Ova su istraivanja pokazala da treba razlikovati zabijene od

buenih pilota, to je razumljivo iz razloga objanjenih u uvodu ovog

poglavlja. Na slijedeoj tablici su prikazani esto koriteni empirijski izrazi

za proraun nosivosti pojedinanog pilota za vertikalno optereenje (Tablica

6-1). Za zabijene pilote to su preporuke Amerikog instituta za naftu (API

1987), a za buen pilote preporuke Reesa i dr. (Rees i dr. 2006).


Tablica 6-1 Empirijski izrazi za jedininu otpornost na stopi i jedininu

otpornost po platu pojedinanog uzduno optereenog pilota

vrsta

pilota

nedrenirano stanje

(sitnozrna tla)

drenirano stanje

(krupnozrna tla)

zabijeni

(API 1987)

( odrediti kao srednju

vrijednost u podruju

)

za

za

( cjevasti pilot

puni pilot)

NSPT Nq -1

(-) (-) (0) (MPa)

0- 4 8 15 2

4-10 12 20 3

10-30 20 25 5

30-50 40 30 10

50+ 50 35 12

bueni

(Rees i dr.

2006)

za

za

(MPa)

0.025 6.5

0.050 8.0

0.100 8.7

0.200 9.0

(za MPa tretiraj

tlo kao stijenu)

za

za

za tretiraj

tlo kao stijenu;

MPa

zanemari gornjih 1.5 m ispod

povrine terena i donjih b m u

sitnozrnom tlu

za

za

MPa

MPa

pijesak

za

za

ljunak

za

za

za

vlani pilot

Pouzdanost za :


Neki autori spore opravdanost korelacije parametara otpornosti baze i

otpornosti po platu s nedreniranom vrstoom i zagovaraju teoretski

opravdanije korelacije s efektivnim parametrima vrstoe (Fellenius 1999).

Makar je prigovor opravdan, problem je to se u literaturi nalazi vrlo malo

podataka o probno ispitanim pilotima za koje ujedno postoje podaci o

efektivnim parametrima vrstoe tla. Postojei fond podataka omoguuju

samo vrlo grube korelacije. Kao primjer tablice 6-2 i 6-3 prikazuju takve

preporuke prema kojima se nosivost pilota odreuje uvijek za drenirane

uvjete.

Tablica 6-2 Raspon vrijednosti koeficijenta za proraun jedinine

otpornosti na stopi pilota u efektivnim naprezanjima (Fellenius

1999)

Vrsta tla efektivni kut trenja (0) (*)

glina 25-30 3-30 prah 28-34 20-40 pijesak 32-40 30-150 ljunak 35-45 60-300 (*) slui za proraun

Tablica 6-3 Raspon vrijednosti koeficijenta za proraun jedinine otpornosti

na platu pilota u efektivnim naprezanjima (Fellenius 1999)

Vrsta tla efektivni kut trenja (0) (*)

glina 25-30 0.25-0.35 prah 28-34 0.27-0.50 pijesak 32-40 0.30-0.60 ljunak 35-45 0.35-0.80 (*) slui za proraun

Osim navedenih empirijskih izraza, u literaturi je navedeno jo niz

drugih. Tablice 6-4, 6-5 i 6-6 prikazuju preporuke njemake norme DIN

1054 (2005) za jednine otpornosti na stopi i na platu. Usporedbom

razliitih prijedloga mogu se uoiti znatne razlike meu rezultatima.

Preporua se u praksi koristiti vie metoda kako bi se lake ocijenilo u kojem

se rasponu mogu oekivati stvarne veliine nosivosti. Takoer se preporua

da se tlo ispita na vie naina (CPT, SPT, laboratorij) te da se usporede

rezultati i utvrdi raspon nosivosti. Ako se nosivost pilota odreuje raunski

iz prikazanih ili slinih izraza, preporua se primjena konzervativnog


rjeenja s faktorom sigurnosti3 od barem 2.5 do 3. Kod znaajnijih

graevina svakako bi trebalo provesti probna ispitivanja pilota na terenu.

Tablica 6-4 Ovisnost jedinine otpornosti na stopi i na platu buenih pilota u

krupnozrnom tlu (DIN 1054); dubina ukopavanja u nosivo tlo barem 2.5

m, promjer pilota izmeu 0.3 i 3 m, piloti izvedeni uz pomo zacjevljenja

ili isplake, nosivo tlo ispod stope barem 3b ili 1.5 m

Prosjena vrijednost otpora iljka CPT,

(MPa)

(MPa)

(MPa)

0 0 5 0.04

10 2 0.08 15 3 0.12 20 3.5 0.12 25 4 0.12


sitnozrnom tlu (DIN 1054); dubina ukopavanja u nosivo tlo barem 2.5 m,

promjer pilota izmeu 0.3 i 3 m, piloti izvedeni uz pomo zacjevljenja ili

isplake, nosivo tlo ispod stope barem 3b ili 1.5 m

nedrenirana vrstoa, (MPa)

(MPa)

(MPa)

0.025 0.025 0.10 0.8 0.040 0.20 1.5 0.060

vee od 0.20 0.060


stijeni (DIN 1054); dubina ukopavanja u nosivo tlo barem 2.5 m,

promjer pilota izmeu 0.3 i 3 m, piloti izvedeni uz pomo zacjevljenja ili

isplake, nosivo tlo ispod stope barem 3b ili 1.5 m

jednoosna vrstoa, (MPa)

(MPa)

(MPa)

0.5 1.5 0.08 5.0 5.0 0.50

20.0 10.0 0.50

3 faktor sigurnosti = nosivost/karakteristino optereenje


Slijeganje pojedinanog pilota pod uzdunim

optereenjem i aktiviranje komponenti otpornosti

Brojna mjerenja probno optereenih pilota upuuju na zakljuak da se

otpornost po platu pilota u potpunosti aktivira ve pri vrlo malim

slijeganjima pilota, dok je za postizanje pune otpornosti na stopi pilota

potrebno znatno vee slijeganje pilota, negdje reda veliine njegova

promjera. To e se odraziti i na oblik krivulje slijeganja koja prikazuje odnos

slijeganja pilota i veliine nametnutog vertikalnog optereenja.

Teoretsko odreivanje krivulje slijeganja, usprkos brojnim manje ili

vie sloenim teorijama, esto nije u skladu s mjerenjima probno

optereenih pilota. S druge strane, usporedba i analiza rezultata mjerenja

brojnih probno optereenih pilota ukazuje u veini sluajeva na postojanje

pravilnosti meu krivuljama koje pokazuju odnosa slijeganja pilota i otpora

na njegovoj stopi. Ako se te krivulje normaliziraju tako da se otpor baze za

neku vrijednost slijeganja podijeli s njenim otporom pri slijeganju koje

odgovara 1/10 promjera pilota (koji se javlja priblino pri slomu tla ispod

stope), a slijeganje pilota s njegovim promjerom, brojne eksperimentalno

mjerene krivulje padaju u jedan uski raspon tvorei gotovo jedinstvenu

krivulju odnosa normaliziranog slijeganja i normaliziranog otpora stope.

Pojednostavljeni oblik normalizirane poligonalne krivulje slijeganja

stope pilota prihvatio je i njemaki DIN 1054 u obliku kao prikazuje slika

6-3. Vrijednosti karakteristinih toaka na toj poligonalnoj krivulji prikazane

su na tablici 6-7 za krupnozrno tlo, a na tablici 6-8 za sitnozrno tlo.

Tablica 6-7 Normalizirane otpornosti tla na stopi pilota ovisno o

normaliziranom slijeganju pilota za razliito zbijena krupnozrna tla;

s = slijeganje pilota, b = promjer pilota

s/d

srednje zbijeni dobro zbijeni

(DIN 1054:2005)

Rees,

O'Neill

(1988) otpor iljka CPT-a, qc (MPa)

10 15 20 25

0 0 0 0 0 0

0.02 0.35 0.35 0.40 0.44 0.37

0.03 0.45 0.45 0.51 0.56 0.51

0.10 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00


Tablica 6-8 Normalizirane otpornosti tla na stopi pilota ovisno o

normaliziranom slijeganju pilota za sitnozrna tla razliitih

nedreniranih vrstoa; s = slijeganje pilota, b = promjer pilota

s/d

srednje do poluvrsto

teko gnjeivo

(DIN 1054:2005)

Rees, O'Neill

(1988)

nedrenirana vrstoa, cu (MPa)

0.10 0.20

0 0 0 0

0.02 0.44 0.60 0.77

0.03 0.56 0.73 0.88

0.10 1.00 1.00 1.00

Za usporedbu, na istim tablicama su prikazane i prosjene

normalizirane vrijednosti prema slinom istraivanju za buene pilote Reesa

i O'Neilla (1988).

Slika 6-3 Idealizirani oblik normaliziranih krivulja slijeganja za otpornost tla

na stopi, na platu i itav pilot (prema DIN 1054:2005)


Na slici 6-3 prikazana je i idealizirana bi-linearna krivulja mobilizacije

trenja po platu pilota ( ). Veliina slijeganja pilota y pri kojoj se u

potpunosti mobilizira trenje po platu prema DIN 1054:2005 iznosi

(6.15)

Pomou ovih krivulja se, za odreenu otpornost na stopi pilota, , i za

odreenu otpornost na platu pilota, , moe zbrajanjem za isto slijeganje

rekonstruirati prognozna krivulja slijeganja pilota koja bi se, na primjer,

dobila probnim optereenjem

(6.16)

Takva se krivulja moe u praksi koristiti za prognozu slijeganja

pojedinanog pilota pri nekoj zadanoj vertikalnoj sili.

Negativno trenje

Prilikom ugradnje pilota deformira se okolno tlo i rastu tlakovi vode. Uslijed

toga zapoinje proces konsolidacije koji prati slijeganje tla. Kako je pilot

znatno krui od tla, slijeganje tla e izazvati relativne pomake na suelju

pilota i tla, a ovo pak posmina naprezanja. U gornjim dijelovima pilota ta e

naprezanja vui pilot prema dolje, znai u suprotnom smjeru od smjera

posminih naprezanja koja nastaju prilikom optereivanja pilota. Zbog toga

se ta posmina naprezanja nazivaju negativnim trenjem. Negativno trenje

optereivat e pilot i tiskati ga u dubinu. To e pak izazvati reakciju tla u

donjem dijelu pilota u istom smjeru kao i pri obinom optereivanju pilota.

Negdje unutar visine pilota postojat e vodoravna ravnina kao granica

izmeu obinog i negativnog trenja. Ta se ravnina naziva neutralnom.

Presjek neutralne ravnine s pilotom mjesto je najvee uzdune sile u pilotu

nastale konsolidacijom tla. U praksi treba provjeriti otpornost tijela pilota na

tu silu. Ona se moe izraunati iz raspodjele pune veliine otpornosti tla na

platu to je obino prihvatljiva pretpostavka jer su dovoljni vrlo mali

relativni pomaci tla i pilota za puno aktiviranje te otpornosti. Mada

negativno trenje ponekad zabrinjava inenjere jer misle da ono smanjuje

otpornost tla za normalno uzduno optereenje pilota, ta bojazan ne stoji jer

e pri prvom jaem vanjskom uzdunom optereenju trenje u gornjim

dijelovima pilota promijeniti smjer, i tlo nee izgubiti na svojoj otpornosti.

Jedina posljedica negativnog trenja je poveana uzduna sila u pilotu. Ta e


sila s dubinom rasti od veliine uzdune sile na glavi pilota pa sve do

neutrane ravnine. Nakon toga uzduna e sila padati do veliine optornosti

tla na stopi pilota. Pri dimenzioniranju pilota tu uzdunu silu treba uzeti u

obzir.

Negativno trenje moe se javiti i od drugih uzroka. Jedan moe biti

optereenje na povrini tla u okolini pilota, a drugi moe biti sniavanje

razine podzemne vode.

Otpornost i slijeganje tla za vertikalno optereenu

grupu pilota

Grupa pilota je gotovo redoviti oblik temeljne konstrukcije koja ukljuuje

pilote. Sastoji se iz naglavne grede ili naglavne ploe koja pri povrini tla

povezuje pojedinane pilote u grupi. Prijenos optereenja s naglavne

konstrukcije u pilote i u tlo je sloen pa korektno modeliranje takve

konstrukcije dovodi do vrlo sloenih, opsenih i do nedavno praktiki

neprovedivih prorauna. Iz tog su razloga inenjeri pribjegli bitnom

pojednostavljenju problema koje omoguuje ipak neke pribline procjene. U

dosadanjoj primjeni takvi su se postupci potvrdili barem u sluajevima kad

precizne prognoze deformacija i otpornosti nisu bitne. U znaajnijim

projektima potrebno je takav proraun interakcije provesti primjenom neke

od suvremenih numerikih metoda.

Jedan jednostavan postupak omoguuje grubu procjenu otpornosti tla

za vertikalno optereenu grupu pilota. Taj se postupak svodi na slijedee:

otpornost tla za grupu vertikalno optereenih pilota jednaka je manjoj

vrijednosti od zbroja otpornosti tla za pojedinane pilote i otpornosti tla za

blok koji omeuje pilote u grupi s naglavnom konstrukcijom, i tretira se kao

masivni pojedinani plitki temelj.

Za slijeganje grupe pilota takoer se esto koristi jedan

pojednostavljeni model prikazan na slici 6-4. Zamisao je da se pretpostavi

neko irenje vertikalnog naprezanja u tlu od naglavnice u dubinu tla pod

nekim nagibom, ovdje H:V = 1:4 u homogenom tlu. Na dvije treine dubine

pilota nalazi se vodoravna ravnina. Presjenica te ravnine s formom irenja

naprezanja ini tlocrtni lik na koji treba jednoliko raspodijeliti vanjsko

optereenje na grupu. Slijeganje grupe je tada slijeganje uslijed optereenja

tog tlocrtnog lika, a koji se rauna uobiajenim postupcima prorauna

slijeganja za plitke temelje.

6.3 POPRENO OPTEREENI PILOTI 15

6.3. Popreno optereeni piloti

Nosivost na popreno optereenje prema Bromsu

PRETPOSTAVKE BROMSOVE TEORIJE

Broms (1964a i b4) je predloio teoriju nosivosti pilota na popreno

optereenje za dva jednostavna praktina sluaja: prvi koji razmatra

vodoravno optereeni pilot u homogenom sloju tla s konstantnom

nedreniranom vrstoom , i drugi, koji razmatra vodoravno optereeni

pilot u krupnozrnom tlu konstantnog kuta trenja . Na temelju onda

poznatog manjeg broja ispitivanja vodoravno optereenih pilota objavljenih

u literaturi, Broms je zakljuio da se podijeljeni otpor pri slomu tla moe

aproksimirati veliinom za sitnozrna tla u nedreniranim uvjetima, a

veliinom za krupnozrna tla u dreniranim uvjetima (Slika 6-5.) Pri

tome je mogui pasivni otpor tla prema Rankineovim uvjetima uz

, a je jedinina teina tla, pretpostavljena kao

4 vidi i Poulos i Davis (1980)

Slika 6-4 Uz priblini proraun raspodjele vertikalnih naprezanja ispod grupe

pilota: (a) u tlu priblino homogene krutosti ("plutajui" piloti), i (b) za

sluaj kad piloti prenose vertikalno optereenje u krui sloj (piloti koji

nose preko kraja)


konstantna s dubinom5. Takoer je utvrdio da je kod sitnozrnog tla otpor pri

povrini tla manji pa je predloio pojednostavljenje pri kojem se zanemaruje

otpor tla u tom sluaju do dubine od 1.5 irine pilota .

Pri vodoravnom optereenju pilot se zakree oko toke A (Slika 6-5). To

znai da e se prijelazom u veu dubinu od toke A smjer otpora tla

promijeniti. Za zadanu vodoravnu silu i njeno hvatite duina ukopanog

dijela pilota mora biti takova da otpornosti tla du pilota i sila budu u

ravnotei. Ujedno u svakom presjeku pilota otpornost presjeka na savijanje

mora biti vea od momenta savijanja. U suprotnom doi e do plastinog

poputanja presjeka. U svojim analizama Broms je pretpostavio da je

karakter plastinog poputanja presjeka pilota duktilan to znai da e i

nakon plastinog poputanja presjek pri daljnjem savijanju zadrati istu

otpornost. Za sluaj raspodjele otpora u sluaju krupnozrnog tla, Broms je u

analize uveo pojednostavljenje da se otpor tla ispod toke rotacije A moe

zamijeniti jednom koncentriranom pasivnom silom otpora . Prema

Poulosu i Davisu (1980), ovo pojednostavljenje daje vee sile za zadani

pilot nego bez njega, u nekim sluajevima i preko 30 %. Meutim, prednost

pojednostavljenja su znatno jednostavniji izrazi koji se dobiju analizom,

pogotovo uzme li se u obzir usporedba s ispitanim pilotima te jednostavnu

pretpostavku o veliini otpornosti tla , koje ne opravdavaju veu analitiku

tonost.

5 To je u sluaju suhog tla; u sluaju da je podzemna voda pri povrini terena,

umjesto treba u izraze uvrstiti , tj. .

(a) (b)

Slika 6-5 Raspodjela podijeljenog otpora p pri slomu tla vodoravno

optereenog pilota promjera b: (a) sitnozrno tlo, nedrenirano stanje, (b)

krupnozrno tlo, drenirano stanje (prema Broms, 1964a i 1964b)


Broms je analizirao posebno sluaj za sitnozrno tlo, a posebno za

krupnozrno tlo. U oba sluaja razmatrao je i sluaj da je pilot na vrhu

uklijeten u naglavnu konstrukciju koja se ne moe zakretati oko vodoravne

osi. Takoer se moe dodati da se rjeenja za krupnozrno tlo mogu koristiti i

u sluaju nedreniranih uvjeta za normalno konsolidirano sitnozrno tlo, kod

kojeg nedrenirana vrstoa raste razmjerno dubini sa zakonitou da je

, ako se veliina zamijeni s

(6.17)

SITNOZRNAO TLO, SLOBODNI VRH

U analizu je pogodno uvesti normalizirane veliine , ,

, normalizirano optereenje , normaliziranu otpornost tla

i normalizirani najvei moment savijanja u pilotu . Za

pilot sa slobodnim vrhom, prema slici 6-6 (slobodan, kratki), uvjet

Slika 6-6 Raspodjela pritisaka, poprenih sila i momenata savijanja u

vodoravno optereenom pilotu u glini (prema Broms, 1964a)


vodoravne ravnotee daje za ( je dubina na kojoj je poprena sila u

pilotu jednaka nuli)

(6.18)

Ravnotea momenata obzirom na hvatite sile H daje

(6.19)

odnosno za normalizirano optereenje i uz izraz (6.18) slijedi za

normalizirani najvei moment savijanja

(6.20)

Normalizirana duina ukopanog dijela pilota je tada

(6.21)

Vee optereenje trait e i veu dunu pilota da bi se odrala

ravnotea. To poveanje ima smisla sve dok najvei moment savijanja ne

dosegne otpornost na savijanje presjeka pilota. Kad je dosegnuta ta

otpornost na savijanje, mogue je daljnje savijanje pilota bez poveanja

otpora presjeka i bez poveanja otpora tla, odnosno, dosegnuta je ukupna

horizontalna nosivost pilota.

U praktinoj primjeni, za zadanu silu H treba prvo odrediti najvei

moment savijanja iz izraza (6.20), zatim izabrati presjek pilota koji e imati

dovoljnu otpornost na taj moment savijanja, te konano odrediti najmanju

potrebnu duljinu pilota iz izraza (6.21). Ovi su izrazi predoeni grafiki

dijagramima na slici 6-7.

SITNOZRNO TLO, UKLJIJETENI VRH

Razmatrajui uklijeteni pilot u glini, slika 6-6, koristei pritom iste oznake

za normalizirane veliine kao i za slobodni pilot, mogue je predvidjeti

nekoliko sluajeva. Prvi je kratki pilot koji se pomie paralelno sa svojim

osnovnim poloajem. Iz ravnotee sila u vodoravnom smjeru slijedi, kao i za

slobodni pilot, izraz (6.18) za veliinu . Najvei moment savijanja sad je na

vrhu pilota pri naglavnoj konstrukciji koja ga ukljeuje i iznosi


(6.22)

to je jednako sluaju sa slobodnim pilotom uz , izraz (6.20). Potrebna

normalizirana duina pilota je

(6.23)

Daljnjim poveanjem sile, raste potrebna dujina prema izrazu (6.18) sve

dok moment savijanja ne dosegne otpornost presjeka pilota na savijanje. Za

duktilni karakter nosivosti presjeka pilota mogue je daljnje poveanje sile

H. Moment savijanja na vrhu pilota zadrat e svoju vrijednost pri

plastinom poputanju, a pilot e se zakretati sve dok maksimalni moment

savijanja na dubini ne dosegne otpornost presjeka na savijanja. U tom

trenutku e pilot imati dva plastina zgloba, jedan na vrhu, a jedan na dubini

. Ako se pretpostavi da je otpornost oba presjeka na savijanje ista,

normalizirani momenti savijanja u tim presjecima e iznositi (iz uvjeta

ravnotee momenata)

Slika 6-7 Najvei moment savijanja (lijevo) i potrebna duljina vodoravno

optereenog pilota u glini pri slomu tla (preraeno prema Broms,

1964a)


(6.24)

a potrebna normalizirana duljina pilota je

(6.25)

gdje slijedi iz

(6.26)

to nakon uvrtavanja izraza (6.24) daje

(6.27)

i konano uvrtavanjem u (6.25) daje za potrebnu normaliziranu duljinu

pilota

(6.28)

Izrazi (6.22) i (6.23) prikazani su crtkano, a (6.24) i (6.28) s crta-toka na

slici 6-7. Iz ovih se analiza vidi da je za prijenos iste vodoravne sile potreban

krai uklijeten od slobodnog pilota. Sluaj s dva plastina zgloba kod

uklijetenog pilota u praksi ne bi trebalo koristiti zbog moguih velikih

pomaka koji su potrebni za aktiviranje tog oblika deformacije.

KRUPNOZRNO TLO, SLOBODNI VRH

Na slian nain kao i problem pilota u sitnozrnom tlu za nedrenirano stanje,

Broms je rijeio i problem pilota u krupnozrnom tlu za drenirano stanje

(Broms, 1964b). Pretpostavio je da otpor vodoravnom pomaku pilota prua

otpor pritisak koji je proporcionalan pasivnom otporu prema Rankineovoj

teoriji pasivnog otpora prema kojoj je koeficijent pasivnog otpora

.

Kao i u sluaju pilota u nedreniranom sitnozrnom tlu, pogodno je uvesti

iste normalizirane veliine, osim za normaliziranu vodoravnu silu koja se za

sluaj krupnozrnog tla definira kao , za normalizirani otpor tla


, za normalizirano optereenje za normalizirani najvei

moment savijanja koji se definira kao . Kao to je ranije reeno,

uvodi se pojednostavljenje kojim se pasivni otpor ispod toke rotacije A

zamjenjuje koncentriranom silom u toci A.

Za kruti pilot, koji rotira oko neke toke A pod djelovanjem

horizontalne sile H najvei moment se razvija na normaliziranoj dubini

gdje je poprena sila u pilotu jednaka nuli (slika 6-8). Iz uvjeta vodoravne

ravnotee do dubine slijedi za tu dubinu

(6.29)

a normalizirani najvei moment savijanja

(6.30)

6-8 Raspodjela pritisaka, poprenih sila i momenata savijanja u vodoravno

optereenom pilotu u pijesku (prema Broms, 1964b)


Veza izmeu normalizirane sile i potrebne duljine pilota

(udaljenosti izmeu hvatita sile i toke rotacije pilota A slijedi iz uvjeta

ravnotee momenata oko toe rotacije A, u kojoj je moment savijanja jednak

nuli,

(6.31)

Izrazi (6.30) i (6.31) prikazani su na slici 6-9. Daljnje poveanje sile H dovest

e do poveanja duljine pilota, ali to ima smisla samo do trenutka kad najvei

moment savijanja dosegne otpornost presjeka na savijanja. U tom se

trenutku u toci najveeg momenta stvara plastini zglob pa poveanje

duljine pilota ne doprinosi njegovoj nosivosti.

KRUPNOZRNO TLO, UKLIJETENI VRH

Razmatrajui uklijeteni pilot u pijesku, slika 6-8, koristei iste oznake za

normalizirane veliine kao i za slobodni pilot, mogue je predvidjeti nekoliko

sluajeva. Prvi je kratki pilot koji se pomie paralelno sa svojim osnovnim

poloajem. Iz ravnotee sila u vodoravnom smjeru slijedi

(6.32)

dok za najvei normalizirani moment savijanja, koji je sada na vrhu uz

naglavnu gredu, slijedi

(6.33)

to je jednako izrazu (6.30) ako se stavi . Kako je poprena sila na

dubini jednaka nuli, slijedi da tu ne samo to je moment savijanja jednak

nuli, ve je tu i minimum momentne raspodjele (slika 6-8).

Daljnjim poveanjem sile H raste potrebna dubina pilot L sve dok

najvei moment savijanja na vrhu pilota (pri naglavnoj gredi) ne dosegne

otpornost presjeka pilota na savijanje. U tom se trenutku otvara u toj toci

plastini zglob. Poveanje se nosivosti pilota moe postii njegovim daljnjim

produenjem. U tom sluaju raste moment savijanja i pri dnu pilota (toka B)

sve dok i on ne dosegne otpornost presjeka pilota na savijanje kad se otvara

drugi plastini zglob. Ako se pretpostavi da su otpornosti na savijanje


presjeka pilota u oba plastina zgloba, na vrhu i na dnu pilota, jednaki, slijedi

iz momentne ravnotee obzirom na dno pilota

(6.34)

odnosno nakon sreivanja

(6.35)

Potrebna duljina pilota je i u ovom sluaju ona iz izraza (6.32). Zanimljivo je

napomenuti da u sluaju dvaju plastinih zglobova, za zamjenjujua silu u

toki rotatacije B vrijedi .

Izrazi za potrebnu duljinu slobodnog (6.31) i uklijetenog pilota, s

jednim ili dva plastina zgloba (6.32) kao i izrazi za potrebni moment

otpornosti presjeka pilota za slobodni pilot (6.30) te za uklijeteni pilot s

jednim plastinim zglobom (6.33), odnosno s dva plastina zgloba (6.35),

prikazani su na slici 6-9.

Praktina primjena dijagrama sa slike 6-9 slijedi slijedei postupak. Za

zadanu vodoravnu silu, profil tla te uvjete ukljetenja na vrhu pilota izabere

Slika 6-9 Najvei moment savijanja (lijevo) i potrebna duljina vodoravno

optereenog pilota u pijesku pri slomu tla (preraeno prema Broms,

1964b)


se pilot s potrebnom otpornou presjeka na svijanje (lijevi dijagram), a

zatim se odredi potrebna duljina pilota (desni dijagram).

6.4. Projektiranje pilota prema Eurokodu 7

Provjera pouzdanosti temelja na pilotima slijedi postupak opisan u Poglavlju

2. Treba obratiti panju da se u pojedinim proraunskim pristupima

postupci za provjeru pouzdanosti temelja na pilotima za vertikalno

optereenje razlikuju od postupaka za ostale geotehnike konstrukcije pa i

od postupaka za provjeru pouzdanosti temelja na pilotima pod poprenim

optereenjem. Tako se u proraunskom pristupu 1 parcijalni koeficijenti za

otpornost osno optereenih pilota aktiviraju na razini karakteristine

otpornosti stope, , i karakteristine otpornosti plata, , ili alternativno

karakteristine otpornosti cijelog pilota, , a ne na razini

karakteristinih vrijednosti parametara tla. To znai da su mogue dvije

alternative za odreivanje proraunske vrijednosti otpornosti tla kod osno

optereenog pilota, prva

(6.36)

ili druga

(6.37)

Openito su parcijalni koeficijenti za otpornost tla na stopi, , za otpornost

tla na platu, , i za ukupnu otpornost tla, , meusobno razliiti. Takoer

treba napomenuti da se oni razlikuju i za razliite vrste pilota, zabijane,

buene, uvrtane kao i za karakter optereenja pilota, tlak ili vlak. Prema

proraunskom pristupu 1, parcijalni koeficijenti za parametre vrstoe tla

(efektivni kut trenja, nedrenirana vrstoa) kod uzduno optereenih pilota

uvijek su jednaki jedinici za obje kombinacije koeficijenata, K1 i K2 (osim u

posebnim sluajevima kad parametri tla imaju utjecaj na djelovanje na pilot,

na primjer pri proraunu negativnog trenja).

Za popreno optereene pilote po tom pristupu parcijalni koeficijenti se

aktiviraju na razini parametara tla!

6.4 PROJEKTIRANJE PILOTA PREMA EUROKODU 7 25

Posebnost u Eurokodu 7 je proraun karakteristine vrijednosti

otpornosti tla , i . Te se veliine odreuju uz pomo

posebnih korelacijskih koeficijenata ija veliina ovisi o broju probno

ispitanih pilota na lokaciji, ako su takova ispitivanja provedena, ili o broju

sondanih profila (buotina) iz kojih su odreeni parametri tla za proraun

otpornosti, ili iz broja dinamikih udarnih pokusa kojim se dinamiki ispituje

nosivost pilota. Proraun karakteristine vrijednosti slijedi slijedei format

(6.38)

gdje oznaava mjerenu ili proraunatu otpornost tla (ili alternativno

otpornost na stopi, , ili otpornost na platu, ) na jednom mjestu (ili

jedno probno ispitivanje nosivosti, ili jedna buotina iz koje su odreeni

parametri tla ili dinamiko ispitivanje jednog pilota), a su korelacijski

koeficijenti iz tablice 6-9. Oznaka srednje oznaava srednju vrijednost, a

oznaka min najmanju vrijednost veliina iz vie probnih mjerenja ili vie

buotina na istoj lokaciji. Veliine su prikazane u tablici 6-9 ovisno o nainu

odreivanja mjerenih ili proraunatih otpornosti kao i o broju ispitivanja ili

buotina n (broj modela pilota).

Tablica 6-9 Korelacijski koeficijenti za odreivanje karakteristinih

otpornosti tla uzduno optereenih pilota prema EN 1997:2004

iz statikog probnog optereenja (n = broj probno optereenih pilota)

n = 1 2 3 4

1.40 1.30 1.20 1.10 1.00

1.40 1.20 1.05 1.00 1.00

iz parametara tla (n = broj buotina, sondanih profila)

n = 1 2 3 4 7 10

1.40 1.35 1.33 1.31 1.29 1.27 1.25

1.40 1.27 1.23 1.20 1.15 1.12 1.08

iz dinamikih pokus (n = broj ispitanih pilota)

n =

1.60 1.50 1.45 1.42 1.40

1.50 1.35 1.30 1.25 1.25


Reference

API (1987). API Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing

Fixed Offshore Platforms. Report RP-2A. American Petroleum Institute.

Broms, B. B. (1964a). Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soils. Journ. Soil

Mechanics and Foundations Division, ASCE, vol. 90, SM2: 27-63.

Broms, B. B. (1964b). Lateral Resistance of Piles in Cohesionless Soils. Journ. Soil

Mechanics and Foundations Division, ASCE, vol. 90, SM3: 123-156.

DIN 1054 (2005). Ground - Verification of the safety of earthworks and foundations.

DIN Deutsche Institut fr Normung e.V., Berlin.

Fellenius, B. H. (1999). Basics of Foundation Design. 2nd Expanded Edition. BiTech

Publishers Ltd., Richmond, B.C.

Fleming, W. G. K., Weltman, A. J., Randolph, M. F., Elson, W. K. (1992). Piling

Engineering. 2nd Edition. Blackie Academic & Professional. Glasgow & London.

Poulos, H. G., Davis, E. H. (1980). Pile foundation analysis and design. John Wiley &

Sons. New York.

Rees, L. C., ONeill, M. W. (1988). Drilled Shafts: Construction Procedures and Design

Methods. US Department of Transportation, Federal Highway Administration,

Office of Implementation. McLean, VA.

Rees, L. C., Isenhower, W. M., Wang, S.-T. (2006). Analysis and Design of Shallow and

Deep Foundations. John Wiley & Sons, New Jersey.

Simons, N., Menzies, B. (2000). A Short Course in Foundation Engineering. Thomas

Telford, London.

Tomlinson, M. J. (1995). Pile Design and Construction. Longman Scientific &

Technical, Harlow.

szavits-g6 temelji na pilotima c-radno

Documents