temeljenje_-_uvod

Temeljenje

Antun Szavits-Nossan

2012.

Temeljenje Uvod (ASN 2012) 1

Sadraj

Uvod Plitki temelji

Granina stanja Nosivost plitkih temelja Slijeganje temelja samaca Interakcija konstrukcija-temelj-tlo

Temelji na pilotima Granina stanja Uzduno optereenje pilota Popreno optereenje pilota Piloti u grupi


Uvod

Temelj i temeljenje Vrste temelja Projektiranje temelja Zakonski okvir projektiranju u RH Projekti i drugi dokumenti Projektiranje i istrani radovi Elementi mehanike tla vani za temeljenje Osnovi projektiranja prema Eurokodu 7 Umjesto zakljuka: ponaanje temelja i

pojednostavljenja


Temelj i temeljenje

Temelj: dio konstrukcije koji prenosi optereenja ostalih dijelova konstrukcije u tlo;

Uspjeni temelj: temelj koji sigurno i ekonomino prenosi optereenja u tlo uz zadovoljenje niza uvjeta koje namee vrsta, svrha i ivotni vijek konstrukcije, svojstva temeljnog tla, raspoloiva sredstva za izvoenje temelja,

Temeljenje: radnje koje treba planirati (projektirati), izvoditi i dovriti da bi se izgradili temelji;

Teoretsku osnovu za projektirane temelja ine mehanika tla, teorija konstrukcija te mehanika materijala iz kojeg je izgraen temelj (zie, beton, elik, drvo, )


Vrste temeljenja

Temelji

Plitki Samci

Trake, rotilji, ploe

Duboki Piloti, piloti s ploom

Bunari, kesoni

Temelji s poboljanjem tla ili

ojaanjem

Injektiranje

Zbijanje i pred-optereenje

Ojaanje temelja


Plitki temelji


dubina

( ) duljina

( ) irina

temej samac

temeljna traka

temeljni rotilj

temeljna ploa

stopa, temeljna stopa

Duboki temelji - piloti


Piloti nosivi na kraju Piloti nosivi na trenje, plivajui piloti

Piloti produeni u stupove

kej

stup

stup

slabo tlo tlo v

od

a

brod

piloti

vrsto tlo ili stijena

Duboki temelji bunari i kesoni


Bunar (alternativno: keson)

Keson (alternativno: pneumatski keson)

stup

plat

no

voda

slabo nosivo tlo

dobro nosivo tlo

pneumatska komora

iskop

Posebni temelji - ojaanja

Naknadna izvedba podruma


zid

piloti

sidro

Statika shema

spona - ojaanje starog temelja

spona

Projektiranje temelja

Planiranje se u praksi provodi u fazama, a prikazuje u raznim dokumentima: idejni, glavni i izvedbeni projekti. Za projektiranje temelja potrebno je poznavati ili osigurati: 1. Vrsta konstrukcije i djelovanja: geometrija tlocrt i presjeci, statiki sustav,

trajna, prolazna i izvanredna optereenja potres, dodatni uvjeti za temelje dozvoljeni pomaci i deformacije, trajnost, (Arhitektonski i konstrukterski projekt);

2. Plan i izvjetaj o geotehnikim istranim radovima: tlocrt terena, poloaj i vrsta buotina i drugih istranih radova, rezultati terenskih ispitivanja, vrsta i rezultati laboratorijskih pokusa, djelovanja s lokacije potresi, pritisak vode, ; opseg i vrsta istranih radova ovise o vrsti i geometriji temelja i djelovanjima s lokacije; (Geotehniki elaborat)

3. Geotehniki projekt: a) Izbor vrste, dimenzije i naina izvedbe temelja ukljuivo poboljanje tla (iskustvo), b) izbor parametara tla za provjeru mehanike otpornosti i stabilnosti temelja (iz istranih

radova), c) provjera mehanike otpornosti i stabilnosti u kritinim situacijama tijekom izvoenja i ivota

konstrukcije, trajnost, izvodivost, trokovi, plan kontrole i osiguranja kvalitete, (mogue prilagodbe ili iteracije prvenstveno unutar toke 3, ali i ire vezano na toke 1 racionalnija konstrukcija, ili 2 istrani radovi prilagoeni vrsti, dimenzijama i optereenju temelja i sl.; iteracije se provode u skicama, dok se u projektima prikazuje i dokazuje izabrano rjeenje)


Zakonski okvir projektiranju u RH


Zakoni

(Zakon o prostornom planiranju i gradnji,)

Tehniki propisi

(betonske konstrukcije, eline konstrukcije, drvene konstrukcije, )

Temeljne norme

(Eurokodovi, HRN EN 199x; x: 0-Osnove, 1-Djelovanja, 2-Betonske konstrukcije, 3-eline konstrukcije,, 7-Geotehnike konstrukcije, 8-Konstrukcije otporne na

potres, ..)

Pratee norme i preporuke

(., za terenska i laboratorijska ispitivanja, za izvoenje, )

Priznata i usporediva pravila struke

Projekti i drugi dokumenti

Vrste projekata i dokumenata Podloge

Geodetske Geoloke Geotehniki istrani radovi Hidroloke Seizmoloke Klimatoloke

Projekti Geodetski Arhitektonski Graevinski

Konstrukcijski Geotehniki

Elektrotehniki Strojarski

Razina projekata

Idejno rjeenje

Idejni

Glavni dokaz mehanike otpornosti i stabilnosti

Izvedbeni rjeavanje detalja


Graevinska dozvola

Istrani radovi i geotehniko projektiranje


Elementi mehanike tla vani za temeljenje 1

Povijesni okvir zaostajanje mehanike tla za drugim graevinskim temeljnim znanostima, vodo-propusnost, efektivna naprezanja

Jedan od glavnih razloga kasnog razvoja mehanike tla kao sustavnog dijela graevinarstva bila je potekoa u spoznaji da razlika u posminoj vrstoi izmeu pijeska i gline ne lei toliko u razlici kuta trenja meu njihovim esticama, koliko u vrlo velikoj razlici oko milijun puta u njihovoj propusnosti. Promjene srednjeg naprezanja u vodom zasienoj glini ne moe proizvesti bilo kakvu promjenu komponente vrstoe koja ovisi o trenju sve dok nije prolo dovoljno vremena za istjecanje (ili utjecanje) vode kako bi se ostvarila odgovarajua promjena volumena. (Bishop & Bjerrum, 1960)

Tek je Terzaghi (1936) jasno izrazio osnovni zakon ponaanja vodom zasienih tla koristei pojam efektivnih naprezanja: Naprezanja se u bilo kojoj toci tla mogu izraunati iz ukupnih glavnih naprezanja 1, 2, 3 koja djeluju u toj toci. Ako su pore tla ispunjene vodom pod tlakom , ukupna naprezanja se sastoje iz dva dijela. Jedan dio djeluje u vodi i na vrste estice jednako u svim smjerovima. Zove se tlak vode (Terzaghi ga naziva neutralnim naprezanjem). Razlika 1 = 1 , 2

= 2 i 3 = 3 predstavlja viak nad tlakom vode (ili neutralnim

naprezanjem) koji svoje sjedite ima iskljuivo u vrstoj fazi tla. Taj se dio ukupnih glavnih naprezanja naziva efektivnim glavnim naprezanjima. Promjena neutralnog naprezanja () ne mijenja volumen tla i praktiki nema utjecaja na stanje naprezanja pri slomu. Porozni materijali (kao to su pijesak, glina ili beton) reagiranju na promjenu -a kao da su nestiljivi i kao da im je unutarnje trenje jednako nuli. Svi mjerljivi utjecaji promjene naprezanja, kao to su kompresija, distorzija, i promjena posmine vrstoe iskljuivo su posljedica promjene efektivnih naprezanja 1, 2

i 3 . Zbog toga, bilo koje istraivanje stabilnosti zasienog tla zahtijeva poznavanje ukupnih

i neutralnih naprezanja (ili tlaka vode) .



Model vodom zasienog tla i deformacije estice, skelet, pore, voda: vodom zasieno tlo sastoji se iz nakupina krutih estica u

meusobnom dodiru (skelet tla) i vode u porama meu esticama.

Volumenska i distorzijska deformacija: materijali u tlu, estice, skelet i voda mogu se deformirati. U mehanici tla pogodno je ukupnu deformaciju promatrati kao zbroj komponente kojom se mijenja samo volumen materijala bez promjene njegova oblika i komponente kojom se mijenja oblik (distorzija) bez promjene volumena (distorzija: promjena oblika bez promjene volumena). Opaa li se deformacija tla, opaa se zapravo deformacija skeleta pa su to identini pojmovi.

Mehanizam koji objanjava princip efektivnih naprezanja Krutost skeleta obzirom na promjenu tlaka vode: Krute estice tvore skelet tla sposoban za

prijenos sila. U nekom malom volumenu tla tlak vode u porama na estice djeluje jednoliko podijeljenim normalnim optereenjem po itavom oploju svih estica. Takvo optereenje estica nazivamo homogenim (homogenost: neovisnost nekog svojstva o poloaju u prostoru). Uz pretpostavku izotropnosti materijala iz kojeg je estica sastavljena, od takvog homogenog optereenja javlja se homogeno polje izotropnog naprezanja na bilo kojem prerezu kroz esticu ukljuivo i mjesta dodir meu susjednim esticama (izotropnost: neovisnost nekog svojstva o smjeru u prostoru). Neposredna i posredna opaanja u eksperimentima ukazuju da je deformacija skeleta, a time i estica, u promatranom malom volumenu tla izazvana takvim homogenim i izotropnim optereenjem praktiki zanemariva.



Krutost vode: Volumen vode zanemarivo se mijenja promjenom njenog tlaka. Kae se da je voda kruta obzirom na promjenu volumena. Suprotno, voda nema krutost (ne opire se distorziji) obzirom na promjenu oblika ili distorziju.

Efektivno naprezanje: ako se skelet tla optereti ravnotenim optereenjem bez promjene tlaka vode, to e se optereenje prenijeti kroz estice i dodirna mjesta meu njima. Prosjena vrijednost takvog optereenja na povrini nekog zamiljenom ravnog presjeku kroz tlo (presjeka kroz estice i pore) naziva se efektivnim naprezanjem. Obzirom da se to optereenje pronosi iz estice na esticu samo na mjestima dodira, optereenje estice nee biti homogeno po itavom oploju estice, ve e doi do njegove koncentracije na mjestima dodira meu esticama. Od tog se optereenja estice i skelet mogu deformirati (utiskivanje estice u esticu, drobljenje na mjestu dodira estica, meusobno klizanje i kotrljanje dviju susjednih estica).

Promjena volumena vode jednaka suprotnoj promjeni volumena pora: kako su estice krute obzirom na promjenu volumena, svaka promjena volumena tla odvija se na raun suprotne promjene volumena pora.

Prijenos sila kroz tlo: Iz gornjih razmatranja slijedi da se tlak vode u porama prenosi vodom i esticama, dok se razlika ukupnog naprezanja i tlaka vode, ili efektivno naprezanje, prenosi skeletom. Ta se razlika naziva efektivnim naprezanjem. Deformacija skeleta uzrono i posljedino je povezana promjenom efektivnih naprezanja (to naprosto slijedi iz opaanja da promjena tlaka vode uz isto takvu promjenu ukupnog naprezanja ne uzrokuje zamjetljivu deformaciju skeleta ili tla).



Drenirano stanje u vodom zasienom tlu, vlanost, drenirana vrstoa i drenirana analiza Drenirano stanje u tlu je stanje u kojem voda slobodno istjee ili utjee u tlo prema Darcyevom

zakonu procjeivanja, neovisno o promjeni volumena skeleta. Tipini primjer je vrlo sporo ili stalno optereenje slabo propusnog tla ili umjereno sporo ili stalno optereenje dobro propusnog tla. Drenirano stanje je obino stanje kojem se pribliava proces konsolidacije.

Openito u dreniranom stanju deformacija tla ukljuuje i promjenu njegova volumena, a time i promjenu njegove vlanosti ili koeficijenta pora ) kao mjere koliine vode u porama.

vrstoa tla raste s porastom normalnog efektivnog naprezanja (ili srednjeg efektivnog naprezanja = (1

+ 2 + 3

)/3 pri slomu priblino po zakonu trenja ili Mohr-Coulombovom zakonu. Kako e pri veem srednjem efektivnom naprezanju volumen pora, a time i vlanost kao mjera volumena vode u tlu, biti manji nego pri manjem , to znai da se vrstoa moe izraziti i kao funkcija vlanosti. Manje vlano tlo pri slomu e imati veu vrstou od vie vlanog tla iste vrste.

U dreniranim uvjetima u tlu vrstoa e, dakle, u svakom elementu tla biti funkcija ukupnog srednjeg naprezanja = 1 + 2 + 3 3 i tlaka vode u porama (pornog tlaka) . Pri tome e veliina tlaka vode u porama biti uvjetovana slobodnim procjeivanja vode kroz tlo, a ne deformacijama tla.

Za drenirane uvjete analiza deformacija i analiza stabilnosti provodi se u efektivnim naprezanjima te koritenjem parametara krutosti i vrstoe izraenih preko efektivnih naprezanja i odreen iz, na primjer, tro-osnih pokusa provoenih u dreniranim uvjetima na vrlo kvalitetnim uzorcima (tzv. efektivni ili drenirani parametri; na pr. Youngov modul = 1

/1, Poissonov broj = 3/1, posmina vrstoa f =

+ tan).



Nedrenirano stanje u vodom zasienom tlu, vlanost, nedrenirana vrstoa i = 0 analiza Nedrenirano stanje vodom zasienog tla je stanje u kojem je ukupni volumen vode u svakom

malom dijelu tla stalan (ili se voda ne giba ili je ukupno istjecanje vode nadomjeteno jednako takvim utjecanjem). Tipini primjeri su naglo optereena slabo propusna tla (gline, prahovi), ali i dobro propusna tla (pijesci i ljunci) kod vrlo brzih optereenja kao to su potresi. Kad se novo optereenje ustali, poinje proces konsolidacije pa je nedrenirano stanje obino poetno stanje procesa konsolidacije. Kako nedrenirano stanje spreava volumensku deformaciju tla, ono ima bitan utjecaj na krutost tla i njegovu vrstou.

Zbog velike krutosti estica tla i vode (praktiki beskonane) obzirom na promjenu volumena, bilo kakva promjena tlaka vode , a time ni bilo koja promjena srednjeg ukupnog naprezanja = 1 + 2 + 3 3 u nedreniranim uvjetima nee nimalo promijeniti volumen tla. S druge strane, vrstoa tla raste s porastom normalnog efektivnog naprezanja (ili srednjeg efektivnog naprezanja = (1

+ 2 + 3

)/3 pri slomu priblino po zakonu trenja ili Mohr-Coulombovom zakonu vrstoe. Kako e pri veem srednjem efektivnom naprezanju volumen pora, a time i vlanost kao mjera volumena vode u tlu, biti manji nego pri manjem , to znai da se vrstoa moe izraziti i kao funkcija vlanosti. Kako je vlanost u nedreniranim uvjetima konstantna, bit e i vrstoa konstantna, neovisno o srednjem naprezanju . Ta se vrstoa naziva nedreniranom vrstoom i oznaava s u. Tlak vode e biti uvjetovan deformacijama u tlu koje nije mijenjalo volumen kao i srednjem ukupnom naprezanju, ili = .

Izrazi li se u nedreniranim uvjetima posmina vrstoa f preko ukupnih naprezanja uz koritenje Mohr-Coulombovog zakona, iz uvjeta da je vrstoa u tim uvjetima neovisna o ukupnom normalnom naprezanju ili srednjem ukupnom naprezanju slijedi f = u + tan 0 = u. Oznai li se nagib Mohr-Coulombovog pravca vrstoe s u, slijedi u = 0. Otuda analizi stabilnosti preko ukupnih naprezanja u nedreniranim uvjetima potjee naziv = 0 analiza.



Za nedrenirane uvjete analiza deformacija i analiza stabilnosti provodi se u ukupnim naprezanjima te koritenjem parametara krutosti i vrstoe izraenih preko ukupnih naprezanja i odreen na primjer iz tro-osnih pokusa provoenih u nedreniranim uvjetima (tzv. ukupni ili nedrenirani parametri; na pr. Youngov modul = 1/1, Poissonov broj = 3 1 = 0.5, posmina vrstoa f = u + tanu uz u = 0).

Naelno se za nedrenirane uvjete analiza deformacija i analiza stabilnosti moe provesti i u efektivnim naprezanjima koristei efektivne ili drenirane parametre krutosti i rstoe, ali bi pri tome trebalo poznavati kao deformacije tla utjeu na promjenu pornih tlakova. Kako to danas u praksi nije niti jednostavno niti pouzdano mogue utvrditi, takve se analize u praksi izbjegavaju (na primjer, danas nema pouzdanog naina odreivanja nedrenirane vrstoe iz poznatih efektivnih parametara i ; neto je laki, ali ipak nepouzdan, sluaj odreivanja nedreniranog iz dreniranog Youngovog modula ako se pretpostavi da je tlo linearno elastino i izotropno obzirom da za takvo tlo posmini modul ne ovisi o uvjetima dreniranja, tj. = ,

slijedi iz =

2 1+ i =

2 1+ da je =

3

2 1+; ovaj posljednji izraz bit e posebno

upitan za sluaj normalno konsolidiranog tla kod kojeg je izraen jaki porast pornih tlakova pri nedreniranom smicanju).

Iz navedenih se razloga nedrenirani parametri krutosti, a posebno vano nedrenirana vrstoa za meka sitnozrna tla, u praksi odreuju iz nedreniranih pokusa na neporemeenim uzorcima uz posebnu panju da im je vlanost pri ispitivanju ostala priblino jednaka onoj u tlu na terenu. S tim ciljem najpogodniji su ili nekonsolidirani nedrenirani tro-osni pokusi (UU) na uzorcima najvie kvalitete (krutost i vrstoa), u manjoj mjeri (za vrstou) pokus jedno-osne vrstoe (posebna vrsta UU pokusa pri kojoj je 3 = 0) ili terenski pokusi krilnom sondom ili u manjoj mjeri statikom penetracijskom sondom (vrstoa).



Konsolidacija Konsolidacija u tlu je nestacionarna, u vremenu promjenjiva, pojava procjeivanja i

deformacija u tlu koja se sastoji iz meudjelovanja procesa procjeivanja podzemne vode (Darcyev zakon) koji izaziva promjene volumena pora (ili vlanosti) i promjene efektivnih naprezanja nastale iz te promjene volumena pora. Matematiki se konsolidacija izraava kao problem poetnih i rubnih uvjeta odgovarajuih diferencijalnih jednadbi procjeivanja, ravnotee, naprezanja i deformacija te kontinuiteta.

Ako je konsolidacija izazvana naglom promjenom optereenja nekog volumena tla iza koje ono staje nepromijenjeno, poetak konsolidacije obiljeavaju nedrenirani uvjeti, a pri kraju se tlo asimptotski pribliava dreniranim uvjetima u tlu - u tom je sluaju konsolidacija proces u kojem se kroz vrijeme i postupno odigrava prijelaz iz nedreniranih u drenirane uvjete u tlu. Nedrenirani i drenirani uvjeti u tlu omeuju takav proces konsolidacije.

Zbog svoje sloenosti, u praksi temeljenja se openito trodimenzionalni proces konsolidacije, kad je to mogue, pojednostavljuje rjeenjem jednog slinog jednodimenzionalnog problema, ili se razmatraju samo njegovi krajnji sluajevi: nedrenirano i drenirano stanje, a trajanje se procesa konsolidacije samo priblino procjenjuje..

Danas je mogue analizirati sloene dvo- pa i trodimenzionalne sluajeve konsolidacije, ali samo uz pomo sloenih numerikih postupaka na raunskom stroju. Rezultati takvih analiza su, meutim, u dananjoj praksi esto nepouzdani zbog problema oko dovoljno pouzdanog odreivanja raspodjele parametra vodo-propusnosti ( iz Darcyevog zakona) u deformacijama zahvaenom volumenu tla kao i rubnih uvjeta na rubovima tog podruja.


Geotehniko projektiranje prema Eurokodu 7

(HRN EN 1997-1:2008, -2:2008)


Sustav Eurokodva

Projektiranje bilo koje graevinske konstrukcije (iznad tla) obvezno ukljuuje i primjenu Eurokoda 7; na primjer, relevantni paket za projektiranje betonskih konstrukcija ini: HRN EN 1990 Eurokod: Osnove projektiranja

konstrukcija; HRN EN 1991 Eurokod 1: Djelovanja na konstrukcije HRN EN 1992 Eurokod 2: Projektiranje betonskih

konstrukcija HRN EN 1997 Eurokod 7: Geotehniko projektiranje HRN EN 1998 Eurokod 8: Projektiranje konstrukcija

otpornih na potrese


Sadraj Eurokoda 7-1 (Geotehniko projektiranje, 1. dio Opa pravila) HRN EN

1997-1:2004

Obuhvaa: Planiranje terenskih i laboratorijskih geotehnikih istranih radova Geotehniko projektiranje razliitih geotehnikih konstrukcija:

Osnove geotehnikog projektiranja Geotehniki podaci Nadzor, opaanje i odravanje Nasipavanje, odvodnja, poboljanje tla i armiranje Plitki temelji Temelji na pilotima Sidra Potporne konstrukcije Hidrauliki slom Opa stabilnost Nasipi Dodaci (parcijalni i korelacijski faktori, pozadina proraunskih pristupa 1, 2 i 3, granine

vrijednosti pritiska tla na vertikalne zidove, analitika metoda prorauna nosivosti tla, primjer prorauna slijeganja, nosivost plitkih temelja na stijeni, granine vrijednosti deformacija konstrukcija i temelja, podsjetnik za provoenje nadzora i opaanja ponaanja)


Sadraj Eurokoda 7-2 (Geotehniko projektiranje -- 2. dio: Istraivanje i ispitivanje

temeljnoga tla) - HRN EN 1997-2:2007)

Obuhvaa

Planiranje istraivanja tla

Uzorkovanje tla i stijena te mjerenja podzemne vode

Terensko ispitivanje tla i stijena

Laboratorijsko ispitivanje tla i stijena

Izvjetaj o istraivanju terena

Dodaci Popis rezultata geotehnikih standardnih ispitivanja, planiranje, primjer dugotrajnog ispitivanja tlaka podzemne vode, CPT i CPTU ispitivanje, presiometarsko ispitivanje, SPT,


Osnovni pojmovi 1

Bitni zahtjevi na konstrukciju: nosivost, uporabivost, robusnost, trajnost, pouzdanost i otpornost na poar

Geometrijski podaci (a): svi geometrijski podaci koji opisuju konstrukciju ukljuivo i tlo (u posljednjem sluaju to se debljine slojeva, razina podzemne vode i td.)

Djelovanje (F, , ) : optereenje silom, temperaturom ili pomakom na konstrukciju (stalna G, promjenjiva Q, sila u sidru P, udesna A, potresna AE , )

Uinak djelovanja (E): sila, moment, naprezanje ili tlak; ili, pomak, rotacija ili deformacija u nekom presjeku, dijelu ili itavoj konstrukciji koji nastaju zbirom svih djelovanja na konstrukciju u nekom trenutku njenog izvoenja ili koritenja

Parametri materijala konstrukcije ukljuivo tlo i stijenu (X): parametri koji su potrebni za dokaz mehanike otpornosti i stabilnosti konstrukcije ili njenog dijela putem prorauna (krutost, vrstoa, gustoa, vodopropusnost, )

Otpornost (R): najmanja sila, moment, naprezanje ili tlak koji izazivaju slom (ili prestanak nosivosti ili velike-neprihvatljive deformacije) u nekom presjeku, dijelu ili itavoj konstrukciji u nekom trenutku njene izgradnje ili koritenja; slom u bilo kom dijelu ili itavoj konstrukciji je neprihvatljivo ponaanje konstrukcije


Osnovni pojmovi 2

Najvei dozvoljeni uinak djelovanja - pomaci ili deformacije (Cd): najvei pomak, kut zaokreta ili deformacija koju konstrukcija smije doivjeti tijekom izgradnje ili koritenja, a da se ne ugrozi njena uporabivost

Granino stanje: stanje konstrukcije ili njenog dijela na granici izmeu prihvatljivog i neprihvatljivog ponaanja pod uinkom djelovanja u odnosu na otpornost (ruenje ili neprihvatljivo oteenje) R (granino stanje nosivosti) ili dozvoljeni uinak djelovanja C kod kojeg konstrukcija jo moe sluiti svojoj svrsi (granino stanje uporabivosti)

Proraunska situacija: mogui trenutak tijekom izvoenja ili koritenja konstrukcije zajedno s mehanizmom koji dovodi do prekoraenja jednog graninog stanja (ukljuuje trenutanu geometriju konstrukcije, djelovanja, proraunski model tla s pripadnim parametrima materijala ukljuivo tlo i stijenu, stanje u podzemnoj vodi zajedno s mehanizmom dosezanja graninog stanja)


Osnovni pojmovi 3 Primjeri mehanizama graninog stanja nosivosti nekih geotehnikih konstrukcija;

svaki mehanizam treba pridruiti odgovarajuoj proraunskoj situaciji (izvor: Eurokod 7-1)


Osnovni pojmovi 4

Kritine proraunske situacije: skup svih proraunskih situacija za koji se lako pokazuje da e sve ostale mogue proraunske situacije biti manje kritine s obzirom na dosezanje nekog od graninih stanja; to su one proraunske situacije za koje se provjerava da li je dolo do prekoraenja graninog stanja

Proraunski model tla: proraunska metoda i potrebni podaci (geometrijski i materijalni) o tlu koji e se koristiti u provjeri da li je u jednoj od kritinih proraunskih situacija dolo do prekoraenja graninog stanja (stvarno mehaniko ponaanje tla idealizirano u matematiko-mehaniki oblik)

Karakteristina vrijednost (indeks k): ona statistiki definirana ili utvrena veliina djelovanja, uinka djelovanja, parametra materijala, otpornosti ili geometrijskog podatka za koju je vjerojatnost da e biti prekoraena u nepovoljnom smislu manja od 5 % - to se statistiki naziva 5 postotnim fraktilom (vjerojatnost prekoraenja do 5 % smatra se jo prihvatljivom pogrekom procjene u dananje graevinarstvu) ponekad se potpuno pogreno izabire kao srednja vrijednost pojedine veliine); odnosi se i na parametre tla ili stijene koje zbog ogranienog broja ispitivanja nije priklano statistiki obraivati u tom sluaju izboru karakteristine vrijednosti parametra tla ili stijene Eurokod 7 posveuje posebnu panju te umjesto statistike obrade upuuje na opreznu procjenu karakteristine vrijednosti parametra (statistiki slino kao srednja vrijednost umanjena za pola standardne devijacije parametra)


Osnovni pojmovi 5

Proraunska vrijednost (indeks d): vrijednost djelovanja, uinka djelovanja, otpornosti ili geometrijskog podatka izvedena iz karakteristinih vrijednosti tih parametara uz ukljuenje dozvoljenog stupnja rizika od prekoraenja pojedinog granino stanje (dozvoljena vjerojatnost da se prekorai odgovarajue granino stanje); za granino stanje nosivosti Eurokod bira vjerojatnost manju ili jednaku 10-4 (0.0001), dok za granino stanje uporabivosti ta je vjerojatnost manja ili jednaka 1;

Parcijalni koeficijent (): koeficijenti ili grupa koeficijenata kojima se mnoe karakteristine vrijednosti djelovanja (F) ili karakteristine vrijednosti uinka djelovanja (E), te dijele karakteristine vrijednosti otpornosti (R) ili karakteristine vrijednosti parametara tla (M) da bi se odredile proraunske vrijednosti djelovanja, uinka djelovanja ili otpornosti. Ti su koeficijenti odreeni tako da uvaavaju vjerojatnosti rizika od prekoraenja odgovarajueg graninog stanja; na primjer, parcijalni koeficijent za stalno optereenje za sva granina stanja nosivosti iznosi 1.35 i mnoi se s karakteristinom vrijednou tog optereenja da bi se dobila njegova proraunska vrijednost (jer je procijenjeno da je vjerojatnost da stalno optereenje bude premaeno 35 % oko 10-4); za prolazno optereenje, koje je tee drati pod kontrolom od stalnog pa je i rizik od prekoraenja vei, parcijalni koeficijent je vei i obino iznosi 1.5; za granino stanje uporabivosti ti su koeficijenti u najveem broju sluajeva jednaki 1.


Osnovni pojmovi 6

Reprezentativna vrijednost (Frep) i kombinacijski koeficijenti (i): karakteristina vrijednost zamjenjujueg djelovanja koja objedinjuje neku moguu kombinaciju karakteristinih prolaznih djelovanja; dobiva se kao teinski zbroj karakteristinih vrijednosti pojedinih djelovanja uz primjenu kombinacijskih koeficijent (i) teinskih faktora (na primjer najvee prometno optereenje i najvei vjetar na mostu vrlo je malo vjerojatno da e se najvee vrijednosti tih optereenja javiti istovremeno pa e reprezentativna vrijednost prolaznog djelovanja biti puna vrijednost prometnog djelovanja i samo dio optereenja vjetra ili obratno; za neke este sluajeve Eurokod 7 predlae odgovarajue kombinacijske faktore);

Primjer za granino stanje nosivosti: rep = 11 + 22; d =

(G) + (Qrep) (na pr.: 1 = 1.00, 2 = 0.50, G = 1.35, Q = 1.50)

Primjer za granino stanje uporabivosti:rep = 11 + 22; d =

(G) + (Qrep) (na pr.: 1 = 1.00, 2 = 0.50, G = 1.00, Q = 1.00)


Osnovi projektiranja 1 Projektiranje u odnosu na granina stanja

Izbor kritinih proraunskih situacija (uvijek graninih stanja nosivosti, a obino i graninih stanja uporabivosti ponekad je provjera graninih stanja nosivosti za neku geotehniku konstrukciju dovoljan dokaz da e pomaci temelja biti mali, a njihova tona veliina nebitna pa se provjera graninih stanja uporabivosti niti ne provode)

Provjera da ni u jednoj od kritinih proraunskih situacija nije prekoraeno njeno granino stanje

za granino stanje nosivosti: d d

za granino stanje uporabivosti: d d

Primjena parcijalnih koeficijenata: proraunske vrijednosti djelovanja, proraunske vrijednosti parametara materijala (ukljuivo tla) te proraunske vrijednosti otpornosti izraunavaju se iz karakteristinih vrijednosti uz primjenu parcijalnih koeficijenata; ponekad, ako proraunski modeli nisu dovoljno sigurni, proraunska otpornost se dodatno umanjuje dijeljenjem s koeficijentom modela

Uvaavanje stupnja rizika (geotehniki razredi) Obzirom na stupanj rizika i mogue tete u sluaju havarija, uvode se tri geotehnika

razreda graevina ili njenih dijelova: 1. ili najjednostavniji, 2. ili uobiajeni (njome se bavi Eurokod) i 3. ili jako rizini za zahtjevne konstrukcije;

O razredu e ovisiti opseg i sadraj istranih radova, sloenost proraunskih modela, veliine parcijalnih koeficijenata, razrada projekta i td.


Osnovi projektiranja 2

Provjera graninih stanja Propisanim mjerama (jednostavnije konstrukcije, usporedivo iskustvo)

Proraunom (izraunavanje uinka djelovanja pomou funkcija ( ) te otpornosti pomou funkcija ( ) na temelju proraunskih modela, poznatih djelovanja i parametara materijala, ukljuivo tla i stijena; veina konstrukcija)

Ispitivanjem (probna optereenja piloti, sidra, centrifuga, )

Metodom opaanja (izvoenje konstrukcije na terenu zapoinje osnovnim projektnim rjeenjem koje se temelji na pretpostavkama o tlu dostupnim za vrijeme projektiranja, ugrauje se odgovarajua mjerna oprema na pogodnim planiranim mjestima, opaa se ponaanje konstrukcije tijekom njenog izvoenja, prilagoava se osnovno rjeenje na temelju analize odstupanja opaenog ponaanja konstrukcije od onog predvienog u osnovnom rjeenju; zahtijeva poseban oprez, organizaciju izvoenja i obueni nadzor; nije uvijek primjenjivo)


Odreivanje proraunskog modela tla 1 Opseg istranih radova za glavni projekt RAZMAK ILI BROJ BUOTINA I TERENSKIH ISPITIVANJA

Visoke i industrijske zgrade: razmak 15 do 40 m;

Graevine velikog tlocrta: razmak ne vei od 60 m;

Linijske graevine (prometnice, kanali, cjevovodi, nasipi tuneli, potporni zidovi: razmak 20 do 200 m;

Mostovi, temelji strojeva: 2 do 6 buotina po temelju;

Brane: 25 do 75 m du osi.

DUBINA BUOTINA I TERENSKIH ISPITIVANJA

Temelji samci: 3 ine temelja, ne manje od 6 m;

Temeljne ploe ili bliski temelji samci: 1.5 puta irina ploe ili grupe temelja;

Brane: 0.8 do 1.2 visine brane, ali ne manje od 6 m;

Usjeci: od dna usjeka 0.4 puta visine usjeka;

Niski nasipi: 2 m ispod poboljanog tla;

Rovovi: ispod dna rova 1.5 puta irina rova;

Iskopi (graevne jame): ispod dna iskopa 0.4 puta dubina iskopa i barem 2 m do 5 m ispod dna potporne konstrukcije;

Piloti: ispod dna pilota vie od irine grupe pilota i vie od 3 irine stope pilota, a ne manje od 5 m.


Odreivanje proraunskog modela tla 2

Faze rada u izboru karakteristinih vrijednosti parametara tla i stijene



Odreivanje reprezentativnih podataka o tlu prema klasi kvalitete uzorkovanja i klasi kvalitete uzorka tla



Klasifikacijski parametri tla i poremeenost uzorka


Odreivanje proraunskog modela tla 5 Primjenjivi laboratorijski pokusi za odreivanje geotehnikih parametara tla



Primjenjivost terenskih istranih radova



Grafiki prikaz rezultata


?

?

SPT

0 200 400 600qu (kPa)

aksijalna vrstoa

brzina posminih valova (down hole)brzina posminih valova (model)

0 20 40 60 80N (SPT)

0 200 400 600vs (m/s)

0 20 40 60 80100% frakcija

nasip

vrsta glina

ljunak

kruta glina

0 20 40 60 80w (%)

% glina% glina+prah+pijesakgranica plastinostiprirodna vlanostgranica teenja

30

25

20

15

10

5

0

du

bin

a (

m)

wL w0 wP


Odreivanje karakteristinih vrijednosti parametara tla:

Inenjerska procjena, rjee statistiki

Priblina uputa za opreznu procjenu karakteristinih vrijednosti parametra tla iz njihove srednje vrijednosti (Orr i Farrell 1999):


Parametar tla (X ) simbol k srednje/X X

Tangens efektivnog kuta trenja tan ' 0.95 Efektivna kohezija 'c 0.80 Nedrenirana vrstoa uc 0.85

Edometarski modul oedE 0.80

gustoa 1.00

Projektiranje uz pomo prorauna Proraunski uinak djelovanja Ed

d = (G) + (Q) ili d;G = G(), d;Q = Q . Kad djelovanje potjee od tla:

d = k M ili

d = E k

Proraunska otpornost Rd

d = k M ili

d = k R ili

d = k M R


Napomena 1: . , (. ) su funkcije uinka djelovanje odnosno otpornosti Napomena 2: varijante prorauna ovise o proraunskom pristupu (PP), a razlikuju se po mjestu primjene parcijalnih koeficijenata: (a) na izvoru rizika (djelovanja ili parametri materijala, ili (b) na mjestu uinka i otpornosti. Napomena 3: za granina stanja nosivosti parcijalni koeficijenti su vei od 1 za sva nepovoljna djelovanja i za otpornosti, manji od 1 za stalna povoljna djelovanja ili 0 za prolazna povoljna djelovanja, a za granina stanja uporabivosti te za jedininu teinu tla su jednaki 1.

Proraunske situacije za granino stanje nosivosti

Vrsta Opis Ozn. Uvjet Primjer

Gubitak ravnotee

Gubitak ravnotee konstrukcije kad je utjecaj otpornosti tla (d) od manjeg znaaja

EQU dst;d stb;d + d Prevaljivanje potpornog zida

Slom konstruk-cije ili tla

Slom betonskog, zidanog, elinog ili drvenog dijela konstrukcije (STR) ili tla smicanjem (GEO)

STR/GEO

d d Slom betonskog temelja, slom tla ispod temelja

Izdizanje od uzgona

Izdizanje konstrukcije uslijed uzgona

UPL dst;d stb;d + d Izdizanje uronjene konstrukcije

Hidrauliki slom

Vlani slom u tlu uslijed teenja podzemne vode

HYD dst;d stb;d Ili

dst;d stb;d

Hidrauliki slom (u dnu jame, )


Indeksi: dst nepovoljno; stb povoljno; d proraunski; - uinak djelovanja, - otpornost, uzgon, teina, tlak u porama tla, normalno tlano naprezanje (ukupno), vertikalna sila strujnog tlaka podzemne vode, - uronjena teina stupca tla na koji djeluje sila , - otpornost tla za EQU

Proraunski pristupi (PP) za GEO

Proraunski pristup (PP)

Mjesto primjene parcijalnih koeficijenata

Broj kombinacija prorauna

1 Na izvoru: primjena na djelovanja i na parametre tla (osim za pilote i sidra)

2 (dvije kombinacije parcijalnih koeficijenata za djelovanja i otpornosti; u jednoj kombinaciji parcijalni koeficijenti za djelovanje su jednaki 1, a u drugoj tu vrijednost imaju parcijalni koeficijenti za parametre tla)

2 Na mjestu uinka djelovanja: primjena na djelovanja ili uinke djelovanja i na otpornost

1 (prijedlog za primjenu u Hrvatskoj, ali samo kao alternativa za PP3 za nosivost pilota i za nosivost sidra)

3 Na izvoru: primjena na djelovanja i na parametre tla

1 (prijedlog za primjenu u Hrvatskoj za sve geotehnike proraunske situacije GEO)


Parcijalni koeficijenti za granina stanja

Granino stanje uporabivosti Svi parcijalni koeficijenti su jednaki 1

Granina stanja nosivosti

Veliina parcijalnih koeficijenata ovisi o nizu okolnosti

o karakteru karakteristine vrijednosti: djelovanja, materijalni parametri, otpornosti ili uvaavanje nesigurnih proraunskih modela

o vrsti proraunske situacije

o trajnosti proraunske situacije

o uestalosti djelovanja (trajno, promjenjivo, udesno, potresno)

o povoljnosti djelovanja: povoljno ili nepovoljno

o procjeni projektanta o ukljuenim rizicima


Parcijalni koeficijenti za granina stanja nosivosti (djelovanja) 1


Granino stanje

Djelovanje Povoljnost Simbol Vrijednost

EQU Stalno Nepovoljno G;dst 1.1

Povoljno G;stb 0.9

Promjenjivo Nepovoljno Q;dst 1.5

Povoljno Q;stb 0

Granino stanje

Djelovanje Povoljnost Simbol Vrijednost za djelovanje

neposredno na konstrukciju

posredno (kroz tlo)

STR/GEO Stalno Nepovoljno G;sup 1.35 1.0

(PP3) Povoljno G;inf 1.0 1.0

Promjenjivo Nepovoljno Q;sup 1.5 1.3

Povoljno Q;inf 0 0

ili

Parcijalni koeficijenti za granina stanja nosivosti (djelovanja) 2


Granino stanje


UPL Stalno Nepovoljno G;dst 1.1

Povoljno G;stb 0.9


Povoljno Q;stb 0

Granino stanje


HYD Stalno Nepovoljno G;dst 1.35

Povoljno G;stb 0.9


Parcijalni koeficijenti za granina stanja nosivosti (parametri tla i otpornosti; za pilote vidi jo i poglavlje o pilotima)

Tlo: EQU, UPL, GEO (PP3) (u HYD, osim , ne ulaze ostali parametri tla)

Informativno za beton i elik ()


Parametar tla Simbol Vrijednost

Tangens kuta trenja, tan 1.25

Efektivna kohezija, c 1.25

Nedrenirana posmina vrstoa, u cu 1.4

Jedno-osna tlana vrstoa, u qu 1.4

Obujamska teina 1.0

Vlana nosivost pilota (samo UPL) s;t 1.4

Nosivost sidra (samo UPL) a 1.4

Parametar Vrijednost

vrstoa betona (STR) 1.5

vrstoa elika (STR) 1.15

Umjesto zakljuka: ponaanje temelja i pojednostavljenja

Temelji su sastavni dijelovi konstrukcije ija optereenja prenose u tlo. Kontaktna naprezanja izmeu temelja i tla rezultat su mehanike interakcije

konstrukcija-temelj-tlo (kompatibilnost pomaka i sila na kontaktu temelja i tla); to se u praksi esto zanemaruje (ponekad opravdano) pa se kontaktna naprezanja pretpostavljaju neovisnim od utjecaja tla.

Problem odreivanja kontaktnog naprezanja izmeu temelja i tla sloen je zbog sloenih procesa u tlu (tlo podlono deformacijama promjenjivim u vremenu konsolidacija i puzanje koje su u sloenom nelinearnom odnosu sa optereenjem), ali i razliitim kombinacijama optereenja od strane konstrukcije tijekom njene izgradnje i ivota. Zbog toga se u praksi koristi niz pojednostavljujuih pretpostavki u postupcima dokazivanja mehanike otpornosti i stabilnosti, ija se opravdanost brani dosadanjim iskustvom. Sluajevi gdje je to iskustvo mravo ili ga nema, kao to su razliite inovacije u temeljenju ili njihova primjena izvan uobiajene prakse, trae od inenjera posebnu panju, oprez i promiljene provjere stabilnosti i otpornosti.

Uspjeno projektiranje temelja zahtijeva specijalistika znanja konstrukterstva i geotehnike, posebno mehanike tla, pa time i usku suradnju specijalista tih struka.


Reference

Bishop, A. W., Bjerrum, L. (1960). The relevance of triaxial test to the solution of stability problems. Proc. Res. Conf. Strength of Cohesive Soils. Boulder, Colorado, ASCE, 437-501.

Terzaghi, K, (1936). The shearing resistance of saturated soils. Proc. First Int. Conf. Soil Mech. & Fdn. Engng. Cambridge, Massachusetts, Harvard University, 1, 54-56


Prilog: Popis eurokodova i geotehnikih normi u Hrvatskoj

temeljenje_-_uvod

Documents