9. Predavanje MT

Mehanika tla i stijena Vlasta Szavits-Nossan

str. 1 9. predavanje EUROKOD 7

1.

Uvod

U zadnjih se dvadesetak godina u Europi razvija jedinstveni sustav normi za projektiranje građevinskih konstrukcija pod skupnim nazivom Eurokodovi. U njima je skupljeno vrlo široko svjetsko iskustvo suvremenog projektiranja, a projektiranje građevinskih konstrukcija obuhvaćeno je kroz jedinstveni pristup.

2. Os novni nov ni pri pr i nc ncii pi pr p r ojek oj ektir tir anja nj a prema pr ema eurokodovima 2.1. Bitni zahtjevi na građevinu Eurokodovi traže da svaka građevina tijekom njene izgradnje i tijekom njenog korištenja zadovolji bitne zahtjeve. zahtjeve. Ti su zahtjevi nosivost, uporabivost, otpornost na požar, robusnost, trajnost i pouzdanost. Nosivost je sposobnost konstrukcije da izdrži sva predvidiva mehanička opterećenja, bez da doživi oštećenja koja izazivaju njezino rušenje ili gubitak integriteta. Ili, nosivost je svojstvo mehaničke otpornosti i stabilnosti konstrukcije u odnosu na predvidiva mehanička opterećenja. Uporabivost predstavlja zahtjev da konstrukcija za „normalna“ opterećenja zadrži svoju bitnu bitnu funkciju kojoj je namijenjena, to jest da ostane uporabiva. Otpornost na požar je sposobnost konstrukcije da zadrži nosivost za predvidivo djelovanje požara, što je za geotehničke konstrukcije manje značajan zahtjev. zahtje v. Robusnost je zahtjev da oštećenje jednog manjeg dijela konstrukcije ne ugrozi nosivost većeg dijela konstrukcije. Trajnost je zahtjev da konstrukcija zadovolji ostale bitne zahtjeve za vrijeme njenog zahtijevanog vijeka trajanja. Pouzdanost je zahtjev da planirana svojstva konstrukcije tijekom njene izgradnje i korištenja budu ostvarena. Ovaj posljednji zahtjev traži da se pri izgradnji konstrukcije primijene metode osiguravanja kvalitete i da se konstrukcija koristi na način kako je planirano.

2.2. Projektir anje anje prema graničnim stanjima, projektne situacije Pod graničnim stanjima podrazumijevaju se granični slučajevi između prihvatljivog i neprihvatljivog ponašanja konstrukcije. Projektom treba dokazati da će konstrukcija zadovoljiti sve bitne zahtjeve u slučaju dosezanja bilo kojeg od mogućih graničnih stanja. Razlikuju se dvije grupe graničnih stanja, prema karakteru štete koja može nastati prelaskom u neprihvatljivo ponašanje konstrukcije: granična stanja nosivosti i granična stanja uporabivosti. uporabivosti. Provjera dosezanja graničnih stanja konstrukcije ili njenog dijela počinje izborom odgovarajućih projektnih situacija. situacija. Projektna situacija je jedan trenutak ili period u životu


str. 2 9. predavanje

konstrukcije, uključivo i faze izgradnje, definiran njenim oblikom i smještajem u prostoru, pripadnim opterećenjima i utjecajima te pripadnim svojstvima materijala materijala i svojstvima ugrađenih proizvoda. Izbor proizvoda. Izbor projektnih situacija treba biti sveobuhvatan što znači da znači da ne postoji moguća projektna situacija koja bi bila nepovoljnija po pitanju dosezanja nekog od graničnih stanja od već izabranih situacija. U građevinskom projektu izabrane projektne situacije treba jasno imenovati i opisati. Projektne situacije razvrstavaju se na trajne, trajne, prolazne, prolazne, slučajne (obično štetne) i potresne. potresne. Ove posljednje obrađuju se u Eurokodu 8. Karakter pojedine situacije odnosi se prvenstveno na trajanje opterećenja u odnosu na životni vijek konstrukcije, ali i na vjerojatnost njihove pojave.

2.3. Model konstrukcije Provjera zadovoljavanja zadovoljavanja bitnih zahtjeva na građevinu ili na njene dijelove provodi se pomoću modela, modela, koji više ili manje idealiziraju stvarnost. Važna je zadaća inženjera izbor odgovarajućeg modela primjerenog rješavanju njegovog problema. Model po svom karakteru može, između ostalog, biti empirijski (koriste se korelacije za određivanje svojstava tla), teoretski (analitičko rješenje) ili numerički (numeričko rješenje). Zbog neizbježnog pojednostavljenja stvarnosti, model mora obuhvatiti one vidove ponašanja konstrukcije koji su bitni za razmatranu projektnu situaciju i za razmatrano granično stanje. Na modelu će se provjeriti učinci opterećenja ili drugih vrsta djelovanja i odrediti otpornosti konstrukcije ili njenih dijelova na te učinke opterećenja. Uvijek je dobro držati se modela koji su se pokazali uspješnim u praksi.

2.4. Osnovne varijable modela i njihove karakteristične vrijednosti Osnovne varijable u analizi zadovoljenja bitnih zahtjeva na građevinu su djelovanja, F djelovanja, F , u što spadaju opterećenja, zadani pomaci, temperatura i slično, zatim parametri materijala, X , i geometrijski podaci, a. Osnovne vrijednosti tih varijabli nazivaju se karakterističnim ( , , ), gdje indeks k označava k označava da je veličina karakteristična. Djelovanja koja se prenose iz konstrukcije u tlo određuje projektant konstrukcije na osnovi pravila koja daje Eurokod 1. Karakteristična djelovanja kojima je uzrok tl o i karakteristične vrijednosti parametara tla obrađuje Eurokod 7 i ona su odgovornost geotehničara. Kako su djelovanja uzrokovana tlom uglavnom funkcije karakterističnih geotehničkih parametara, to će se problem njihovog određivanja svesti uglavnom na pro blem pro blem određivanja karakterističnih parametara tla. Djelovanja se Djelovanja se dijele na trajna (oznaka trajna (oznaka G) kao što je vlastita težina, pritisak vode, pritisak tla i slično; djelovanja prednapinjanja (oznaka prednapinjanja (oznaka P ); prolazna ); prolazna djelovanja (oznaka djelovanja (oznaka Q), kao što su prometna opterećenja, opterećenja vjetrom, opterećenja od temperature, i slično; udesna djelovanja (oznaka djelovanja (oznaka A A)) kao što je eksplozija, pad kamenja, udar broda u stup mosta, i slično; te djelovanja od potresa (oznaka ). Pojedina se djelovanja mogu javiti u kombinacijama s drugim djelovanjima (prvenstveno Q djelovanja) pa se u tom slučaju množe kombinacijskim faktorima ψ . Umnožak karakteristične vrijednosti djelovanja s kombinacijskim faktorom daje reprezentativnu vrijednost djelovanja



(10.1) gdje indeks i označava i-to djelovanje koje se može pojaviti u kombinaciji s dugih n djelovanja istovremeno. Kombinacijski faktor kvantificira udio nekog opterećenja u kombinaciji s drugim opterećenjima, kada je malo vjerojatno da će se karakteristične vrijednosti različitih opterećenja javiti istovremeno u punom iznosu. Zbog toga su kombinacijski faktori jednaki ili manji od 1. Neka se djelovanja ne pojavljuju kao sile (mada ih izazivaju) kao što je temperatura ili nametnuti pomak. Mehanička svojstva materijala pokazuju određeni rasap oko neke srednje vrijednosti. Taj se rasap obično vlada po zakonu slučajnih brojeva i može se statistički opisati normalnom raspodjelom, koju karakteriziraju simetričnost oko srednje vrijednosti i standardna devijacija. Pri tome srednja vrijednost ima značenje najvjerojatnije ili oček ivane ivane vrijednosti, dok se svakom odstupanju slučajne varijable od srednje vrijednosti, pridružuje određena vjerojatnost. Sustav eurokodova pod karakterističnom vrijednošću nekog parametra materijala , općenito smatra onu vrijednost tog parametra za koju koju je vjerojatnost pojave nepovoljnije vrijednosti manja od 5 %. Provjera ovog zahtjeva u slučaju tla i stijena rijetko je u praksi izvediva, pa je određivanje karakterističnih vrijednosti parametara tla u Eurokodu 7 riješeno na drugi način. Taj drugi način dopušta određenu dozu subjektivnosti projektanta, ali od njega zahtijeva i odgovarajuću stručnost. Karakteristične vrijednosti geometrijskih varijabli uglavnom su nazivne veličine geometrijskih karakteristika konstrukcije (veličine naznačene u projektu konstrukcije) i njihovo određivanje nije poseban problem. Primjerice, problem. Primjerice, k arakteristične arakteristične vrijednosti razine tla i razine podzemne vode mora se mjeriti ili njihove vrijednosti treba procijeniti kao gornje ili donje vrijednosti, već prema tome koja vrijednost je kritičnija za dosezanje razmatranog graničnog stanja.

2.5. Provjera zadovoljavanja bitnih zahtjeva na građevinu primjenom metode parcijalnih koeficijenata Provjera zadovoljavanja bitnih zahtjeva na građevinu metodom parcijalnih koeficijenata je postupak kojim se provjerava da proračunski učinak djelovanja (npr. moment savijanja u presjeku elementa konstrukcije ili opterećenje temelja na tlo) ne ugrožava proračunsku otpornost građevine ili njenih dijelova (npr. otpornost presjeka elementa konstrukcije na savijanje, ili pak nosivost tla). Indeks d za gornje dvije varijable dolazi od engleske riječi design – design – proračun. proračun. Za granična stanja nosivosti navedeni se zahtjev matematički može izraziti kao (10.2)

dok se za granična stanja uporabivosti on izražava obično kao (10.3)



gdje je najveći dopušteni učinak djelovanja koji još osigurava uporabivost konstrukcije. To na primjer može biti dozvoljeno slijeganje temelja ili dozvoljeno naginjanje potpornog zida. Načelno se proračunski učinci djelovanja , a proračunska otpornost građevine parametara materijala

određuju kao učinci proračunskih učinci proračunskih djelovanja kao otpornost za proračunske vrijednosti

(10.4)

(10.5)

Proračunska djelovanja i proračunski parametri materijala određuju se iz odgovarajućih karakterističnih vrijednosti tih varijabli i odgovarajućih parcijalnih odgovarajućih parcijalnih koeficijenata (10.6)

(10.7)

Parcijalni koeficijenti za djelovanje i za parametre materijala odražavaju moguće nepovoljno odstupanje odgovarajuće varijable od njene karakteristične vrijednosti u pojedinom graničnom stanju za neku dogovorenu vrlo malu vjerojatnost. vjerojatnost. Time se metoda parcijalnih koeficijenata približava zahtjevima suvremenih teorija i analiza pouzdanosti konstrukcija. Njihove su veličine određene odredbama eurokodova i obično su jednake ili veća od 1. U slučaju graničnih stanja uporabivosti parcijalni koeficijenti su obično jednaki 1. Proračunske vrijednosti geometrijskih veličina određuju se kao (10.8)

Veličina

a

odražava moguće odstupanje geometrijske veličine od njene karakteristične

(nazivne) veličine. Tako, veličine. Tako, na primjer, u analizi stabilnosti potporne konstrukcije, otpornost tla, koja drži tlo oko građevne jame, ovisi o dubini iskopa te jame. Tijekom grubih zemljanih radova na iskopu jame treba pretpostaviti da u nekom trenutku stvarna dubina iskopa može odstupiti od njene predviđene, karakteristične, vrijednosti. Eurokod 7 propisuje propis uje veličinu mogućeg odstupanja,

a,

koju u računima treba uzeti u obzir.

Budući da djelovanja mogu ovisiti i o parametrima materijala, kao što je, primjerice, pritisak tla na konstrukciju, a otpornosti mogu ovisiti i o djelovanjima, kao što š to je, primjerice primjeric e , slučaj kod nosivosti tla ispod plitkih temelja, funkcije proračunskih učinaka djelovanja i funkcije proračunskih funkcije proračunskih otpornosti mogu ovisiti o svim vrstama varijabli, kao na primjer



(10.9)

(10.10)

Umjesto primjene parcijalnih koeficijenata na izvoru nesigurnosti, tj. neposredno množenjem reprezentativnih djelovanja, odnosno dijeljenjem karakterističnih parametra materijala, mogu se prvo odrediti reprezentativne vrijednosti djelovanja i karakteristični karakteristični parametri materijala, da bi se nakon toga odredile njihove proračunske vrijednosti množenjem odnosno dijeljenjem s odgovarajućim parcijalnim koeficijentima: koeficijentima : (10.11)

(10.12)

gdje su

i

parcijalni koeficijenti za učinak djelovanja i za otpornost.

Veličine parcijalnih koeficijenata za djelovanja, osim za geotehnička, određuje Eurokod 1. Veličine parcijalnih koeficijenata za materijale i za geometrijske karakteristike, za geotehniku određuje Eurokod 7.

3. Pr P r ojek oj ekti tirr anje nj e prema pr ema E ur urok okodu odu 7 3.1. Sadržaj i pretpostavke Izabrani prostorni model rasporeda slojeva u tlu, zajedno s izabranim parametrima tla koji će se koristiti u računima, naziva se geotehničkim modelom tla. Utvrđivanje geotehničkog modela tla jedan je od najznačajnijih koraka u geotehničkom projektiranju, projektiranju , jer jer će se na njemu temeljiti svi kasniji računi i zaključci o nosivosti i uporabivosti konstrukcije. Utvrđivanje geotehničkog modela tla, za kompleksnije se geotehničke probleme oslanja na geološki model. Geološkim se modelom utvrđuju zone tla sličnog geološkog porijekla, za koje se očekuje da imaju slična mehanička svojstva. Za utvrđivanje vjerodostojnog, pouzdanog i upotrebljivog geotehničkog modela tla, potrebno je provesti primjerene i opsežne, a ujedno i ekonomične terenske istražne radove. Drugi dio Eurokoda Eu rokoda 7 posvećen je istraživanju i ispitivanju tla. Eurokod 7 traži da se karakteristična vrijednost geotehničkog parametra (parametra tla ili stijene) mora odrediti „ … na temelju rezultata i izvedenih veličina laboratorijskih i terenskih pokusa, uzimajući uzimajući u obzir usporedivo iskustvo“, iskustvo“, te se mora „ … izabrati kao oprezna procjena veličine koja utječe na pojavu graničnog stanja“. „Usporedivo“ iskustvo znači da okolnosti gradnje u razmatranom slučaju, kao što su vrsta tla ili stijena te njihova svojstva ili



vrsta konstrukcije i njen način izgradnje, izgradnje , imaju jasno izražene sličnosti koje omogućavaju omoguć avaju usporedbu s ranije izvedenim geotehničkim konstrukcijama i da je argumentiranost tog iskustva dobro dokumentirana i objavljena u dostupnoj literaturi. Eurokod 7 dalje da lje traži da se pri izboru karakteristične vrijednosti geotehničkog parametra uvaže: geološke i druge informacije, kao što su podaci iz prethodnih projekata; varijabilnost mjerenih veličina i drugih relevantnih informacija, kao što je postojeće znanje; opseg terenskih i laboratorijskih pokusa; vrsta i broj uzoraka; veličina zone tla ili stijene koja bitno utječe na ponašanje geotehničke konstrukcije za razmatrano granično stanje; sposobnost geotehničke konstrukcije da prenese opterećenje iz slabijih na jače zone jače zone u tlu ili stijeni. Pri tome karakteristične vrijednosti mogu biti manje ili veće od najvjerojatnijih vrijednosti, a u svakoj analizi treba računati s najnepovoljnijom kombinacija manjih i većih vrijednosti. Ako se koristi statistička metoda pri izboru karakteristične vrijednosti geotehničkog parametra (kad broj i raspored uzoraka te broj ispitivanja to opravdavaju), izbor karakteristične vrijednosti slijedi njenu standardnu definiciju za industrijski proizvedene materijale. U svakom slučaju, u Eurokodu Eurokod u 7 se izričito navodi da je izbor i pouzdanost geotehničkih parametara za neki projekt često važniji od samog geotehničkog modela te izbora parcijalnih koeficijenata djelovanja i parcijalnih koeficijenata materijala. Eurokod 7 traži da se u projektu dokumentira i obrazloži način izbora karakterističnih vrijednosti parametra tla i stijena. Rezultate svih geotehničkih ispitivanja treba dokumentirati u izvješću o geotehničkim istražnim radovima, radovima , dok dobivanje izvedenih veličina i obrazloženi izbor karakterističnih vrijednosti parametara tla treba, zajedeno s obrazloženim izborom projektnih situacija, graničnih stanja i pripadnim dokazima nosivosti i uporabivosti, dokumentirati u geotehničkom u geotehničkom projektu projektu..

3.2. Pet vrsta graničnih stanja nosivosti nosivosti Eurokod 7 uvodi pet graničnih stanja nosivosti: EQU: gubitak ravnoteže konstrukcije ili tla razmatranog kao kruto tijelo, tijelo , u kojem čvrstoća konstruktivnog materijala ili tla značajno ne doprinosi otpornosti ( primjerice, prevrtanje gravitacijskog betonskog zida na podlozi podlozi od čvrste stijene); stijene); STR: slom ili velika deformacija betonske, metalne, drvene ili zidane konstrukcije ili njenog elementa, uključivo temelje, pilote, sidra i potporne zidove, u kojima čvrstoća konstruktivnog materijala bitno pridonosi otpornosti (primjerice, slom pri jakom savijanju armirano-betonske dijafragme, izvijanje pilota u jako mekom tlu, klizanje blokova obalnog zida na vodoravnim reškama među blokovima, popuštanje čelične šipke geotehničkog sidra pod vlačnim opterećenjem, propadanje podložne ploče sidra kroz sloj prskanog betona zaštitne potporne konstrukcije, slom pilota od vodoravnog opterećenja); opterećenja);



GEO: slom ili velika deformacija tla pri tla pri kojoj čvrstoća tla ili stijene bitno pridonosi otpornosti (primjerice, slom tla ispod temelja, slom tla oko vodoravno opterećenog pilota, veliko slijeganje s lijeganje pilota, pil ota, naginjanje potpornog zida, čupanje sidra s idra iz tla, slom i propadanje tla iznad tunelskog iskopa, klizanje i odron tla, tla, značajno popuštanje oslonca luk a mosta, izdizanje i slom dna građevne jame u mekom tlu); UPL: gubitak ravnoteže konstrukcije ili tla uslijed uzgona vode ili drugih vertikalnih sila (primjerice, izdizanje lagane podzemne konstrukcije pod pritiskom uzgona podzemne vode, izdizanje i probijanje probij anje slabo propusnog sloja tla na dnu građevne jame od uzgona podzemne vode u nižem vodonosnom sloju, čupanje temelja dalekovodnog stupa); HYD: hidrauličko izdizanje (hidraulički slom), interna erozija tla uzrokovana hidrauličkim gradijentima gradijentima (primjerice, hidraulički slom u pjeskovitom dnu građevne jame uslijed vertikalnog strujanja vode prema dnu jame, interna erozija pjeskovitog tla od strujanja vode u nasipu i stvaranje erozijskih kanala).

Oznake EQU, STR, GEO, UPL i HYD dolaze od engleskih riječi equilibrium (ravnoteža), structural (kostrukcijski), geotechnical (kostrukcijski), geotechnical (geotehnički), (geotehnički), uplift (uzgon) i hydraulic (hidraulički). Parcijalni koeficijenti za djelovanja i za svojstva materijala razlikuju se za pojedina od ovih pet graničnih stanja. Forma provjere zadovoljenja bitnih zahtjeva za građevinu za ovih pet graničnih stanja nosivosti metodom parcijalnih koeficijenata prikazuje tablica 10-1. 10 -1. Iako naoko različitih formi, provjere otpornosti za sva granična stanja nosivosti mogu se svesti na ono za granična stanja STR/GEO. Razlika među graničnim stanjima nosivosti se uvodi radi mogućnosti primjene različitih parcijalnih koeficijenata. Ove parcijalne koeficijente popisuju tablice 9-2 do 9-6. Za granična stanja STR i GEO koeficijenti su grupirani u grupu A za djelovanja, dj elovanja, grupu M za materijale uključivo tlo, i grupu R za otpornosti. Za ostala granična stanja nosivosti parcijalni koeficijenti za materijale i otpornosti su zajednički. Za STR i GEO, grupe su podijeljene na podgrupe, ovisno o proračunskom pristupu pristupu za provjeru otpornosti. Opći izraz za provjeru otpornosti za to granično stanje nosivosti, prema grupama parcijalnih koeficijenata, tada glasi

(10.13)

Ovim izrazom obuhvaćeni su svi mogući slučajevi postavljanja parcijalnih koeficijenata, bilo neposredno uz uzorke učinaka (djelovanja) i uzroke otpornosti (parametri tla), bilo neposredno na same učinke ili same otpornosti. U otpornosti. U tablici 9-2 dane su vrijednosti parcijalnih koef koefici icije jena nata ta za djelo djelova vanj njaa ( ) i učinke učinke djelo djelovan vanja ja ( ), pri pri čemu su, uz uz upora uporabu bu jedn jednih, ih, drugi jednaki 1, a njihova uporaba ovisi o proračunskom pristupu za provjeru otpornosti. Eurokod 7 navodi tri projektna pristupa za provjeru otpornos ti, koji se odnose na granično stanje STR i GEO, dok za ostala granična stanja navodi jedinstven pristup. Ta se tri projektna pristupa uglavnom razlikuju po fazi računa u kojoj će se primijeniti parcijalni koeficijenti: da li na izvorne podatke (djelovanja i svojstva materijala) ili na rezultate proračuna (učinke djelovanja i otpornosti).



Hrvatska je, za sve geotehničke proračunske situacije, prihvatila proračunski pristup 3 (PP3), s tim da se za vertikalnu nosivost pilota i za nosivost sidara, kao alternativa, alternat iva, može koristiti proračunski pristup 2 (PP2). Za PP3 vrijedi sljedeća kombinacija vrijednosti parcijalnih koeficijenata iz tablica 9-2 do 9-4: (10.14)

pri čemu su djelovanja direktno na konstrukciju i težina konstrukcije (primjerice, temelja), a su djelovanja koja se prenose kroz tlo i težina tla (primjerice, tla (primjerice, sile od aktivnoga tlaka). Ilustracija projektnog pristupa 3 prikazana je na slici 9-1.

Tablica 9-1. 9-1. Provjera stabilnosti za pet graničnih stanja nosivosti metodom parcijalnih koeficijenata



Tablica 9-2. Granično stanje STR i GEO: parcijalni koeficijenti za djelovanja i učinke djelovanja

Tablica 9-3. 9-3. Granično stanje STR i GEO: parcijalni koeficijenti za parametre tla

Mehanika tla i stijena Vlasta Szavits-Nossan Tablica 9-4. 9-4. Granično stanje STR i GEO: parcijalni koeficijenti za otpornosti

Tablica 9-5. 9-5. Granična stanja EQU, UPL i HYD: parcijalni koeficijenti za djelovanja




Tablica 9-6. 9-6. Granična stanja EQU, UPL i HYD: parcijalni koeficijenti za geotehničke parametre i otpornosti

1.25 1.25 1.4

Slika 9-1. Proračunski Proračunski pristup 3 (PP3) za granično stanje nosivosti tla ispod temelja potpornog zida (presjek A-A)

9. Predavanje MT

Recommend Documents