GLAVA 12 - FUNDIRAWE SO KOLOVI 12.1. Op{to za dlabinsko fundirawe ^esto se nalaga objektite da se gradat na tereni ~ii povr{inski sloevi se sostaveni od po~veni materijali so slabi ili nedovolno visoki nosivi karakteristiki. Vo tie slu~ai fundiraweto na objektite treba da se izvr{i vo podlabokite sloevi, odnosno vo sloevite so posolidni nosivi i deformabilni karakteristiki. Fundiraweto pri koe tovarite od objektite se prenesuvaat na podlabokite nosivi sloevi od po~venata sredina se narekuva dlabinsko fundirawe. Toa mo`e da se izvr{i so pomo{ na kolovi, bunari i kesoni. Koj na~in na dlabinsko fundirawe }e se primeni zavisi pred sé od geomehani~kiot sostav na terenot, od karakterot, od goleminata i od vidot na objektot, od steknatoto iskustvo za izveduvawe na dlabinskoto fundirawe, a sekako i od tehni~ko-ekonomskata optimalnost za izveduvawe na objektot.
12.2. Fundirawe na kolovi Fundiraweto na kolovi pretstavuva najstar na~in na fundirawe voop{to primenuvan. Ovoj na~in na fundirawe se primenuva vo slu~aite kade primenata na voobi~aenoto fundirawe tehni~ki i ekonomski ne e vozmo`no da se ostvari. Primenata na fundiraweto na kolovi ja isklu~uva potrebata od iskop na grade`na jama, kako i potrebata za izveduvawe na konstrukcii ili postrojki za za{tita na jamata od povr{inski i podzemni vodi. Kolovi go prenesuvaat tovarot od konstrukciite preku trieweto koe se javuva pome|u obikolnata povr{ina na kolot i po~venata sredina i otporot na vrvot na kolot.
Сл. 12.1 Ako kolot pobien ili izlean vo po~venata sredina treba da prenese vertikalna sila P0, toga{ del od taa sila }e se prenese, odnosno primi, od trieweto koe se javuva na obikolnata povr{ina na kolot, a ostanatiot del od otporot na vrvot na kolot, odnosno po~vata. P0 = Pσ + Ptr kade: Pσ Ptr
- nosivost na kolot od otporot na vrvot - nosivost na kolot od trieweto
Vo zavisnost od odnosot pome|u goleminite Pσ i Ptr se razlikuvaat dva vida kolovi: stoe~ki i lebde~ki. Ako Pσ e zna~itelno pogolema od Ptr , toga{ mo`e da se smeta deka celokupniot tovar se prenesuva preku otporot na vrvot, pa takvite kolovi se vikaat stoe~ki. Ako pak, Ptr zna~itelno ja nadminuva goleminata Pσ , toga{ se smeta deka celokupniot tovar se prenesuva samo preku otporot na trieweto na obikolnata povr{ina, pa takvite kolovi se narekuvaat lebde~ki.
Сл. 12.2 Nosivosta na kolot ne zavisi samo od fizi~ko-mehani~kite karakteristiki na sredinata vo koja{to e pobien, tuku zavisi i od negovata geometrija, kako i od materijalot od koj e izraboten kolot, t.e.
od negovite jakosni karakteristiki, kako i od na~inot na primawe na tovarite od gornata konstrukcija, odnosno dali kolot e tovaren samo na pritisok ili i na pritisok i na sovivawe, ili pak, ponekoga{ duri i na zategnuvawe. Tovarite od celata gorna konstrukcija, ili od poedine~nite nejzini konstruktivni elementi, re~isi sekoga{ se prenesuvaat na po~venite sloevi, ne so eden kol, tuku so grupa od kolovi. Grupata kolovi na gornata strana e zafatena so nadkolova plo~a, i zaedno formiraat kolov temel. Se razlikuvaat dva vida kolovi temeli: so niska i so visoka nadkolova plo~a.
Сл. 12.3 Spored vidot na materijalot od koj se izraboteni, kolovite mo`at da bidat: drveni, betonski, armiranobetonski, prednapregnati, ~eli~ni ili kombinirani. (Poseben vid se ~akalestite kolovi, koi slu`at za podobruvawe na slabonosivite po~vi.) Spored popre~niot presek, kolovite mo`at da bidat: kru`ni, kvadratni, mnoguagolni, a i so poslo`eni formi, t.e. kombinirani. Vo odnos na podol`niot presek, kolovite mo`at da bidat: cilindri~ni, konusni ili so nepravilna forma i toa so: ostar, tap ili pro{iren vrv. Sporen pravecot na pobivaweto mo`at da se vertikalni i kosi.
12.3. Drveni kolovi Drvenite kolovi se upotrebuvani u{te vo najstarite vremiwa za fundirawe na `iveali{tata vo po~etocite na civilizacijata. Nivnata primena e prodol`ena sé do dene{ni vremiwa, a posebno treba da se istaknat uspe{nite fundirawa na drveni kolovi vo slabonosivi materijali na mnogu golemi i poznati objekti vo Stariot i Sredniot vek (neodamna i vo Ohridskoto Ezero bea otkrieni ostatoci od kolovi, a nekoi objekti vo Venecija fundirani na kolovi pred nekolku stotini godini i denes se vo upotreba). Drvoto kako materijal e mnogu lesno za obrabotka, poseduva solidni jakosni karakteristiki, a e i postojano (ne truli) dokolku sekoga{ se nao|a pod nivoto na podzemnata voda. No, poradi ogromnata
ekspanzija na betonot kako grade`en materijal, drvenite kolovi denes imaat sé pomala upotreba. Za drveni kolovi se upotrebuva ~amova i borova gra|a, so kontroliran izbor vo se~eweto taka da se upotrebuva neobrabotena, odnosno obla, samo so ednostavno simnuvawe na grankite i korata. Dol`inata na drvenite kolovi se dvi`i od 4-12 metri, a pre~nikot e do 18sm, mnogu retko pove}e. Za postignuvawe na pogolemi dol`ini se vr{i nastavuvawe (sl. 12.4). Za postignuvawe na pogolemi popre~ni preseci se vr{i grupirawe na nekolku kolovi (sl. 12.5).
Сл. 12.4
Сл. 12.5
Kolovite na vrvot se obrabotuvaat so cel polesno da se probijat niz po~venite sredini pri pobivaweto. Obrabotkata mo`e da bide samo za{iluvawe na vrvot (za mali dlabo~ini i meki po~veni sredini sl.12.6.a) ili pak, vrvot da se op{ie so metalni op{ivki (za pogolemi dlabo~ini i za tvrdi i slabo koherentni po~vi - sl.12.6.b).
Сл. 12.6
Drvenite kolovi isto taka se obrabotuvaat i na drugiot kraj t.e. obrabotka na glavata, bidej}i taa treba bezbedno da gi primi udarite pri pobivaweto na kolot. Glavata malku se zakosuva i op{iva so ~eli~en lim ili obra~i (sl.12.6.v).
12.4. Pobivni betonski, armirano-betonski i prednapregnati kolovi Kolovite izraboteni od beton, armiran beton i prednapregnat beton imaat golema primena pri fundiraweto na kolovi zaradi solidnite jakosni karakteristiki koi gi poseduvaat. Zaradi toe mo`at da se izrabotuvaat so mali popre~ni preseci i golemi dol`ini, dokolku toa go dozvoluvaat geomehani~kite karakteristiki na sredinata vo koja se pobivaat. Vakvite pobivni kolovi pretstavuvaat solidna zamena na drvenite, bidej}i drvoto sé pove}e e deficitaren materijal. Dodatno, se upotrebuvaat na mesta kade del od kolot bi bil vo voda, a del na suvo, pa drvenite kolovi ne bi mo`ele da se primenat. Me|utoa primenata im e ograni~ena ako treba da bidat vo dopir so vodi koi sodr`at meterii {tetni za betonot, kako {to se na primer sulfatite. Pobivnite armirano-betonski kolovi se izrabotuvaat vo rabotilnica, betonska fabrika ili na gradili{teto i po postignuvaweto na potrebnata jakost (obi~no posle 28 dena) se spremni za pobivawe. Takvite kolovi treba da se dimenzioniraat kako vo fazata na eksploatacija na objektot, isto taka i vo fazata na pobivaweto. Mestoto na podigaweto ili na potpiraweto, odnosno postavuvaweto na ankerite za prifa}awe na kolovite od soodvetnite depoa, treba da bidat izbrani taka da se obezbedat isti momenti po apsolutna vrednost, vo potporite i poleto, od nivnata sopstvena te`ina (sl.12.7).
Сл. 12.7
Armiraweto, odnosno gustinata na uzengiite ili odot na spiralnata armatura, treba da e pogusto na kraevite (vrvot i glavata) na kolot, a poretko vo sredinata na kolot (sl.12.8).
Сл. 12.8 Pobivnite betonski, armirano-betonski i prednapregnati kolovi se izrabotuvaat od beton so povisoki marki i po mo`nost treba proizvodstvoto da im e industrisko. Vo popre~en presek se naj~esto kvadratni ili kru`ni, a vo podol`en presek cilindri~ni ili konusni. Poradi relativno maliot popre~en presek, agregatot od koj se izrabotuvaat, treba da e so pomali granulacii i da obezbeduva dovolno visoki marki. Armirano-betonskite i prednapregnatite kolovi poseduvaat i solidna nosivost kako na pritisok, taka i na sovivawe, a prednapregnatite i na zategnuvawe. Pobivnite betonski, armirano-betonski i prednapregnati kolovi se pobivaat po mehani~ki pat, pri {to so analizirawe na podatocite koi se dobivaat vo tekot na pobivaweto mo`e da im se kontrolira i procenuva nosivosta, na sekoj kol poedine~no, pa spored toa i na celiot kolov temel.
12.5. Lieni betonski i armirano-betonski kolovi Lienite betonski i armirano-betonski kolovi se naj~esto primenuvani pri fundiraweto na kolovi. Nivnata primena vo posledno vreme e sé poizrazena i tie ~esto imaat prednost pred drugi vidovi na kolovi. Toa doa|a ottamu {to vo svetot postojat pove}e sistemi koi se taka opremeni i mehanizirani so {to mo`e da se izveduvaat kolovi so razli~ni dijametri (ponekoga{ mnogu golemi), od 25-150 cm pa i pove}e, da se postignat golemi dlabo~ini, razli~ni nakloni, da se lijat vo prisustvo na visoki podzemni i povr{inski vodi, kako i da se izveduvaat vo blizina na gotovi i osetlivi objekti. Takvite kolovi go pravat fundiraweto, pri odredeni geolo{ki, hidrogeolo{ki i geomehani~ki uslovi, tehni~ki i ekonomski opravdano, a ponekoga{ duri i edinstveno.
Naj~esto kolovite izlieni na lice mesto, ako prenesuvaat samo vertikalni sili, se betonski, me|utoa ako tie osven vertikalni prenesuvaat i horizontalni sili i momenti, pa osven na pritisok se tovareni i na sovivawe, a ponekoga{ i na zategnuvawe, zadol`itelno se pravat i kako armirano-betonski. Naj~esto samo gornata tretina na takvite kolovi prima tovar od tipot na momenti i sili na smaknuvawe, pa taka mo`e samo tie delovi da se armiraat, a dolnite delovi (kade momentite i transverzalnite sili ve}e se gubat) mo`e da bidat izraboteni bez armatura. Spored na~inot na izveduvaweto lienite kolovi mo`e da se podelat vo tri grupi: I. kolovi koi se lijat vo po~vata bez primena na za{titna cevka II. kolovi koi se lijat vo po~vata so primena na za{titna cevka, koja vo fazata na betoniraweto se vadi III. kolovi koi se lijat vo nadvore{na ~eli~na obloga, t.e. za{titna cevka koja predhodno e pobiena ili izdup~ena do potrebnata dlabo~ina i koja zasekoga{ ostanuva kako sostaven del na kolot Kolovite od prvata grupa mo`e da se re~e deka ve}e ne se primenuvaat. Kolovite od tretata grupa se primenuvaat samo vo isklu~itelni slu~ai, koga na primer fundiraweto se vr{i vo sredini so prisustvo na podzemna voda koja sodr`i {tetni hemiski materii po betonot, pa betonot i vo fazata na betoniraweto i potoa treba da e za{titen od dejstvoto na takvite materii. Kolovite od vtorata grupa se vo najgolema primena i tie mo`at da se podelat na: (1) kolovi kaj koi za{titnata cevka se pobiva i (2) kolovi kaj koi za{titnata cevka se doveduva do potrebnata dlabo~ina po principot na sonda`noto dup~ewe t.e. so vtisnuvawe i rotirawe. Za prv pat lieni betonski kolovi so pomo{ na za{titna cefka, koja vo fazata na betoniraweto se vadi, se primeneti vo 1899 godina vo Kiev, Ukraina, poznati pod imeto [traus. Ovde se nakratko razgledani samo mal del od golemiot broj tipovi t.e. patentirani sistemi za izveduvawe na kolovi od vtorata grupa. 12.5.1. Kolovi Simpleks Izvr{uvaweto na “Simpleks” kolovite se sostoi vo toa da za{titnata cevka, ~ij pre~nik e od 30-60 cm i debelina na yidot od okolu 20mm, se pobiva vo po~vata, taka da materijalot okolu istata se zgusnuva. Cevkata na dolniot kraj e snabdena so eden betonski vrv, koj po izvlekuvaweto na cevkata po betoniraweto ostanuva kako sostaven del na kolot. Cevkata na dolniot del e malku pro{irena, kako delumno bi se eliminiralo trieweto me|u cevkata i okolnata sredina vo tekot na pobivaweto i nejzinoto vadewe.
Сл. 12.9 Po pobivaweto na cevkata do proektiranata dlabo~ina se po~nuva so betonirawe, pri {to betonot se vnesuva so specijalen sad - cilindar, koj pri betoniraweto poleka se podiga (slika 12.10). Betonot se nabiva so te`ok nabiva~, ~ija te`ina e od 20-30 kN. So postojano dodavawe na beton i negovo nabivawe za{titnata cevka postepeno se izvlekuva.
Сл. 12.10 Za{titnata cevka vo sekoj moment na betoniraweto treba da bide pod nivoto na betonot za okolu 80 cm, kako ne bi do{lo do navleguvawe na podzemna voda vo kolot, koja bi predizvikala prekin vo betonskata masa. Pozitivna strana im e {to se gradat relativno lesno. Negativna strana im e {to poradi pobivaweto i sozdavaweto na potresi ne mo`at da se primenat vo gradski sredini kade ve}e ima izgradeno objekti. 12.5.2. Kolovi Franki Kolovite “Franki” se izveduvaat na sli~en na~in kako i kolovite “Simpleks” samo mesto gotov betonski vrv i nabivawe so udirawe na za{titnata cevka, kaj ovie kolovi dolniot del od cevkata se ispolnuva so
suv beton i so te`ok nabiva~ se udira po toj betonski ~ep, taka da poradi trieweto me|u betonot i vnatre{nata povr{ina na cevkata se vr{i pobivawe do potrebnata dlabo~ina (slika 12.11.a, b). Otkako }e se postigne potrebnata dlabo~ina, t.e. proektiranata dlabo~ina na fundirawe, so zgolemena energija na nabivawe se razbiva ~epot, pri {to sega se dodava sve` beton, koj se nabiva so istovremeno izvlekuvawe na za{titnata cevka (slika 12.11.v, g).
Сл. 12.11 Se podrazbira deka i ovie kolovi mo`at da bidat armirani. Obi~no armaturata se postavuva vo gornite delovi na kolot, odnosno na dol`inata na koja kolot vo zavisnost od nadvore{nite tovari prima vertikalni sili, momenti i transverzalni sili. Ako kolot treba da e armiran po celata dol`ina, armaturniot “ko{“ se postavuva so digalka neposredno po razbivaweto na betonskiot ~ep. Naj~esti dijametri se 520 mm i 600 mm, a mo`at da se dostignat dlabo~ini i do 30 m pa i pove}e. Ovoj vid na kolovi ja ima taa dobra strana {to na vrvot, t.e. bazata dobiva pogolem dijametar so {to mu se zgolemuva nosivosta na vrvot. Negativna strana im e taa {to pri pobivaweto sozdavaat potresi, pa ne sekoga{ mo`at da se primenat vo blizina na gotovi i osetlivi objekti. 12.5.3. Kolovi “Benoto” Kolovite izraboteni po sistemot “Benoto” se sli~ni na bunari. Iskopot se vr{i pod za{tita na ~eli~ni cevki ∅500-1500 mm, a vo isklu~itelni slu~ai i do 2000 mm, debelinata na yidovite na za{titnata cefka e od 6-12 mm, a dol`inata od okolu 5-6 m, pri {to za pogolemi dlabo~ini se nadovrzuvaat. Vtisnuvaweto na za{titnata cevka se vr{i so pomo{ na hidrauli~en sistem so koj e snabdena “Benoto” opremata, pri {to istovremeno cevkata naizmeni~no rotira okolu podol`nata oska so pomo{ na dve horizontalni hidrauli~ni presi. Paralelno so vtisnuvaweto na za{titnata cevka se vr{i iskop na materijalot od nea,
so pomo{ na grajfer koj slobodno pa|a od odredena visina i e otvoren, pri toa zafa}a materijal, mehani~ki se zatvara i se iznesuva zafateniot materijal. Te`inata na grajferot e 5-25 kN. Vo slu~aj na naiduvawe na zdravi samci grajferot ne mo`e da se koristi, pa razbivaweto se vr{i so gleto, a potoa se prodol`uva rabotata so grajferot. “Benoto” kolovite mo`e da se izveduvaat i so pro{irena no`ica kako i pod naklon do 6:1. So ovoj sistem se postignuvaat pokraj golemi dijametri i golemi dlabo~ini, do nekolku desetici metri.
Сл. 12.12 Otkako }e se postigne potrebnata dlabo~ina na fundirawe, se po~nuva so betonirawe, ako kolot treba da e armiran, toga{ armiraniot ko{ se postavuva pred betoniraweto. Betoniraweto se izveduva po voobi~aenite metodi za vakov vid na rabota, a nabivaweto se vr{i od vibraciite, odnosno dvi`ewata koi se sozdavaat od postepenoto izvlekuvawe i naizmeni~no rotirawe na za{titnata cevka. Po potreba nabivaweto mo`e da se vr{i i so pu{tawe na grajferot da pa|a slobodno od odredena viso~ina. “Benoto” sistemot mo`e da se koristi i za izrabotka na komplikuvani yidovi za podgrada i ograduvawe na grade`ni jami ili drugi potrebi vo fundiraweto. Pozitivna strana im e toa {to imaat golemi dijametri i dostignuvaat golemi dlabo~ini, pa so toa primaat t.e. prenesuvaat isklu~itelno golemi tovari. Negativna strana im e sekako cenata poradi specijalnata i te{ka oprema naj~esto se skapi.
12.6. Nosivost na kolovi Nosivosta na edine~en kol zabien ili izlien vo po~vata zavisi od pove}e faktori, kako {to se: dimenziite na kolot, materijalot od koj e
napraven, kako i materijalot vo koj kolot e postaven, a isto taka i od vidot na tovarite koi kolot treba da gi prevzeme od gorniot objekt i da gi prenese na i vo po~venata sredina. Ako kolot e stoe~ki, odnosno vrvot na kolot e fundiran vo zdrava karpa so jakost pogolema od jakosta na materijalot na kolot, toga{ za takviot kol merodavnata sila, koja toj mo`e da ja primi, zavisi samo od osobinite na kolot, t.e. od dimenziite i materijalot od koj e napraven. Ako kolot e lebde~ki ili stoe~ki, no so vrv ne vo zdrava karpa, tuku vo drug vid disperzna po~va ~ii jakosni karakteristiki so sigurnost se pomali od jakosnite karakteristiki od materijalot na kolot, toga{ nosivosta na kolot zavisi najmnogu od karakteristikite na po~venata sredina i dimenziite t.e. geometrijata na kolot. Postojat pove}e razli~ni metodi za presmetuvawe na kriti~nata, odnosno dozvolenata nosivost na edine~en kol. Spored (~lenot 144 od pravilnikot za tehni~kite normativi za temelewe na grede`ni objekti, Slu`ben list na SFRJ broj 15 od 1990 godina, koe kaj nas e vo va`nost) dozvolenoto, odnosno kriti~noto optovaruvawe na eden kol treba da se presmeta barem po dve od metodite koi baziraat na edna od slednite osnovi: • obrasci bazirani na stepenot na mobilizacijata na otpornosta (jakosta) na po~vata • obrasci bazirani na podatocite od stati~koto penetraciono sondirawe • obrasci bazirani na rezultati dobieni pri nabivaweto na kolot • obrasci bazirani na podatoci od probnoto tovarewe na kolot • spored iskustvo od gotovi kolovi pobivani ili lieni vo sli~ni ili isti po~veni sredini. 12.6.1. Metod na Tercagi Ovoj metod spa|a vo grupata koja bazira na stepenot na mobilizacijata na otpornosta (jakosta) na po~vata. Grani~nata nosivost e dadena so slednata formula: n
Pgr = Fi ⋅ (k1 ⋅ c ⋅ N c + k 2 ⋅ γ ′ ⋅ D f ⋅ N q + k 3 ⋅ γ ′′ ⋅ r ⋅ N γ ) + U ⋅ ∑ hi ⋅ f si i =1
kade:
F - povr{ina na glavata (presekot) na kolot k1, k2, k3 - koeficienti koi zavisat od formata na popre~niot presek na kolot (kvadraten ili kru`en) c - kohezija na slojot vo koj se nao|a vrvot na kolot Nc, Nq, Nγ - faktori na nosivost po Tercagi γp - volumenska te`ina na po~vata pod kotata na fundirawe
γs
- volumenska te`ina na po~vata nad kotata na fundirawe - efektivni dlabo~ini na fundirawe - polupre~nik ili polustrana na kolot - visina na i-tiot sloj kaj pove}eslojni sredini - specifi~no triewe me|u po~vata i obvivkata na kolot za i-tiot sloj na pove}eslojna po~va - obikolka na kolot
Df r hi fsi U
Po Tercagi - Pek (1967 godina) specifi~noto triewe i faktorite na formata se dadeni vo slednite dve tabeli: Vid na po~va pra{ini i glini so lesno gme~iva konzistencija glini so mnogu cvrsta konzistencija rastresit pesok zbien pesok zbien ~akal
k1 k2 k3
za kru`ni kolovi 1,3 1,0 0,6
fs (kN/m2) 7-30 45-80 11-32 32-64 45-90
za kvadratni kolovi 1,3 1,0 0,8
So analiza na gornata ravenka se zaklu~uva deka ~lenot vo malata zagrada e kriti~na nosivost na po~vata na kontaktot po~va - vrv, pa ovoj ~len pomno`en po povr{inata na presekot na kolot ja dava kriti~nata nosivost na vrvot, a vtoriot ~len ja dava kriti~nata nosivost od trieweto po obvivkata na kolot. Dozvolenata nosivost se dobiva od ravenkata: P=
Pij Fs
kade: Fs - faktor na sigurnost, koj e vo granicite 2,0-3,0 12.6.2. Metod na stati~ko - penetraciono sondirawe Ako na terenot na koj treba da se gradi objekt koj treba da bide fundiran na kolovi, pokraj drugite istra`uvawa izvr{eni se i istra`uvawa so stati~ki penetrometar, toga{ mo`e podatocite dobieni od stati~koto penetraciono sondirawe da se iskoristat za presmetuvawe na kriti~nata - dozvolenata nosivost na enine~en kol so kru`en presek, ako konusot i cevkata na penetrometarot dostignale do dlabo~inata do koja treba da dostignat i kolovite.
Poznato e deka so stati~koto penetraciono sondirawe se dobivaat otporot na po~vata na vrvot od penetrometarot od prodirawe na konusot na penetrometarot niz po~venata sredina, kako i otporot na trieweto me|u po~vata i povr{inskata obvivka na cevkata na penetrometarot. Ako konusot i cevkata na penetrometarot stignale do kotata do koja treba da se pobijat ili izleat i kolovite, toga{ za taa dlabo~ina poznati se otporot na po~vata na vrvot na penetrometarot Rp i otporot na trieweto po obvivkata na cevkata Rf. Grani~nata nosivost na kolot e zbir od grani~nite nosivosti na otporot na vrvot i otporot na obikolkata:
P = Pp + Pf = R p ⋅ F + R f
U Us
Za ~isto stoe~ki kol dozvolenata nosivos na kolot e:
Pdz = 0,5 ⋅ R f ⋅ F Kaj vise~ki kolovi: Pdz =
Rp ⋅ F 3
+ Rf
U 2U s
Сл. 12.13 Koristejki ja analogijata so stati~kiot penetrometar i kolot dozvolenata nosivost na edine~en kol spored SNiP bi bila:
P = k ⋅m⋅(
Rp ⋅ F Fs
+ Rf
U ) Us
kade:
k m
- koeficient na ednorodnost na po~vata - koeficient na uslovi na rabota
F Rp Fs U Us Rf
- povr{ina na presekot na kolot - otporot na po~vata na vrvot od konusot na dlabo~ina do koja dostignuva vrvot na kolot vo kN/m2 - koeficient na sigurnost (obi~no e 2,0) - obikolka na presekot na kolot - obikolka na cevkata na penetrometarot - triewe pome|u po~vata i cevkata na penetrometarot, koga cevkata stasala do dlabo~ina do koja treba da dostigne vrvot na kolot, vo kN
Proizvodot od koeficientite k i m se dvi`i vo granicite od 0,500,80, a naj~esto se usvojuva 0,70 i zavisi od: ednorodnosta na po~vata, vidot na nadkolovata plo~a na koloviot temel, kako i od brojot na kolovite grupirani vo koloviot temel. Mnogu ~esto koeficientot na ednorodnosta na po~vata iznesuva 0,7, a koeficientot na uslovite na rabota za niska ili visoka nadkolova plo~a i brojot na kolovi vo koloviot temel pove}e od 10, iznesuva od 0,90-1,00. 12.6.3. Dinami~ki metod Za opredeluvawe na grani~nata nosivost na kolovi koi se pobivaat vo po~vata so pomo{ na parni ili dizel nabiva~i, mo`e da poslu`at rezultatite koi se dobivaat vo tekot na pobivaweto. Postojat golem broj formuli predlo`eni od razni avtori, pri {to se koristi uslovot za ednakvost na rabotata koja ja izvr{uva nabiva~ot od edna strana i rabotite od prodirawe na kolot i od elasti~nite i neelasti~nite deformacii na kolot i po~venata sredina od druga strana.
Сл. 12.14 Sledejki gi oznakite na slikata uslovot za izedna~uvawe na rabotata {to ja izvr{uva ~ukot, kako nadvore{na rabota i rabotite od
prodiraweto na kolot, kako vnatre{na rabota, mo`e da se napi{e slednata zavisnost:
Q ⋅ H = Pgr ⋅ e + Q ⋅ h + α ⋅ Q ⋅ H kade:
Q H Pgr e h α
- te`inata na ~ukot - presmetkovna visina na pa|awe na ~ukot (za parni vertikalni kolovi H=H1, a za kosi kolovi H = 0,8H1, za H1 - golemina na odot na ~ukot) - grani~na nosivost na kolot - prodirawe na kolot vo po~vata od eden udar na ~ukot, taka nare~en otkaz - golemina na otskoknuvawe na ~ukot po udarot vrz kolot - koeficient sokoj se opfa}a delot od vkupnata rabota potro{ena na neelasti~nite deformacii
Koristejki ja gornata zavisnost golem broj avtori razvile mnogu metodi za presmetuvawe na grani~nata odnosno dozvolenata nosivost na edine~en kol. Edna od popoznatite dinami~ki metodi e metodot na N.N. Gersevanov (1917god). So redica transformacii na gornata ravenka se dobiva poznatata ravenka na Gersevanov vo sledniot vid:
Pgr =
nF 2
⎡ 4Q H Q + k 2 q ⎤ ⋅ ⎢ 1+ ⋅ ⋅ − 1⎥ nF e Q + q ⎢⎣ ⎥⎦
kade:
F n
k q
- povr{ina na kol - empiriski koeficient koj zavisi od vidot na materijalot na kolot i na~inot na pobivaweto, i iznesuva 1500 kPa za armirano-betonski kolovi so naglavka (kapa) i 1000 kPa za drveni kolovi bez naglavka (kapa) - koeficient na elasti~en otpor. Za sudar na dve elasti~ni tela, na primer ~elik i drvo, se usvojuva 0,20. - te`ina na kolot
Dinami~kite formuli se mnogu ednostavni no so golemo rasejuvawe na rezultatite, pa treba da se zemat so golema rezerva, osobeno ako nedostasuva odredeno iskustvo. Pri pobivaweto vlijanie na prodiraweto na kolot niz po~venata sredina ima porniot pritisok, pa vo taa smisla treba “otkazot” (e) da se meri po pauza od 3 dena za kolovi pobieni vo pesoci i 6-10 dena za kolovi pobieni vo koherentni sredini. Sepak, za nekoherentni po~vi i pri
poseduvawe na odredeno iskustvo vo rabotata so nabiva~i, mo`e da se re~e deka dobienite rezultati za edine~nata nosivost na kolovite mo`at da se zemat kako doverlivi. 12.6.4. Probno tovarewe na kolovi Opredeluvaweto na nosivosta na kol po pat na probno stati~ko tovarewe se sostoi vo toa da kolot pobien ili izlien vo po~vata se tovari so postepeno zgolemuvawe na tovarot so pomo{ na hidrauli~na presa i kontratovar, do postigawe na grani~nata sila, pri {to kontinuirano se sledi slegaweto na kolot za vreme na dejstvuvaweto na tovarot. Nad kolot se pravi platforma koja se tovari so betonski blokovi ili drug tovar, a za da se zgolemi mo`nosta za postignuvawe na pogolemi tovari mo`e da se koristat i okolno pobieni ankerni kolovi.
Сл. 12.15 Tovarot se nanesuva vo delovi i obi~no tie iznesuvaat 1/10 - 1/15 od pretpostavenata grani~na nosivost t.e. presmetanata grani~na nosivost na kolot. Po sekoe nanesuvawe na eden stepen na tovarewe se prati slegaweto i vremeto na odr`uvawe na soodvetniot stepen na tovarewe. Sledniot stepen na tovarewe se nanesuva posle zavr{eniot proces na slegawe od predhodniot tovar. Procesot na slegawe se smeta za zavr{en ako slegaweto e <0,10mm vo poslednite 30 minuti, za kol koj e pobien ili izlien vo pesoklivi po~vi, t.e. vo poslednite 60 minuti za kol vo glinoviti po~vi. Po nanesuvawe na nekolku tovarewa (a mo`e i rastovarawe i povtorno tovarewe) slegawata }e po~nat drasti~no da rastat, {to poka`uva deka se postignala grani~nata nosivost na kolot, odnosno se iscrpila mo}ta na noseweto kako na vrvot taka i po obikolkata na kolot. Podatocite se nanesuvaat na zaedni~ki dijagrami “tovar - slegawe” i “vreme - slegawe”.
Сл. 12.16 Vo zavisnost od formata na dijagramot “tovar - slegawe” se definira grani~nata nosivost na kolot. Imeno, vo princip, formata na dijagramot “tovar - slegawe” mo`e da bide (1) so jasno izrazen lom ili (2) so nejasno izrazen lom. Jasno izrazen lom e koga pri posledniot stepen na tovarewe bez zgolemuvawe na tovarot slegawata rastat, i odnosot na slegawata pome|u pretposledniot i posledniot stepen na tvarewe e 1/5. Vo takov slu~aj za grani~na sila se zema prethodniot tovar, od koj do{lo do drasti~no zgolemuvawe na slegaweto, odnosno tovarot od koj do{lo do postigawe na odnosot 1/5 vo slegaweto pome|u dva posledovatelni , a vo slu~ajot i posledni stepeni na tovarewe. Nejasno izrazen lom e koga so poslednite stepeni na tovarewe se postignuva pribli`no linearna zavisnost pome|u tovarot i slegawata. Vo takvite slu~ai za grani~na sila se smeta silata koja se dobiva kako presek na tangentite povle~eni od po~etokot i krajot na krivata tovarslegawe.
Сл. 12.17
Dozvolenata nosivost na kolot se dobiva koga grani~nata nosivost se podeli so koeficientot na sigurnost: P=
Pgr Fs
kade:
Fs
- koeficient na sigurnost koj e naj~esto 1,5, a vo isklu~itelni okolnosti i pove}e.
Probnoto stati~ko tovarewe e sekako edna (naj)sigurna metoda za to~noto opredeluvawe na grani~nata nosivost na edine~en kol, no ovaa metoda e i mnogu skapa. Probno tovarewe mo`e da se pravi za opredeluvawe na grani~nata horizontalna sila koja mo`e da ja nosi vertikalen kol.
12.7. Raspredeluvawe na tovarite kaj lebde~kite kolovi Neka vo po~venata sredina e pobien kol so dol`ina ℓ i dijametar d. Toj prenesuva na sredinata vertikalna sila P preku trieweto pome|u po~vata i negovata obikolka. Se pretpostavuva deka celiot tovar se raspredeluva preku trieweto ramnomerno po celata dol`ina. Birbaumer razgleduval lebde~ki kol ~ija dol`ina ja deli na elementarni dol`ini po oskata z. Edna elementarna dol`ina od kolot i silata od taa elementarna dol`ina (elementarna povr{ina) se rasprostranuva pod agol α i predizvikuva napregawe vo horizontalnata ramnina na vrvot na kolot.
Сл. 12.18 Elementarniot tovar e:
dP =
P dz l
Ovoj tovar se prenesuva vrz povr{inata: 2
⎞ ⎛d F = ⎜ + z ⋅ tgα ⎟ π 2 ⎠ ⎝ Od uslovot za ramnote`a na vertikalnite tovari, ako se pretpostavi deka po~venata reakcija na ramninata z=o e rotacionen paraboloid, se dobiva: 2
1⎛d P ⎞ ⎜ + z ⋅ tgα ⎟ π ⋅ d ⋅ σ max = dz 2⎝ 2 l ⎠ odnosno:
dσ max =
Site elementarni ramninata z = 0.
2P dz ⋅ 2 π ⋅l ⎛ d ⎞ z tg α + ⋅ ⎟ ⎜ ⎠ ⎝2
povr{ini
(tovari)
Сл. 12.19 So integrirawe sleduva:
predavaat
tovar
na
σ max
l
2P dz ⋅∫ 2 π ⋅l 0 ⎛ d ⎞ ⎜ + z ⋅ tgα ⎟ ⎠ ⎝2 4P = ⎛d ⎞ π ⋅ d ⋅ ⎜ + l ⋅ tgα ⎟ ⎝2 ⎠
∫ dσ max =
Goleminata d/2 vo odnos na lּtgα e mala i mo`e da se zanemari i se dobiva:
σ max ≅
4P π ⋅ d ⋅ l ⋅ tgα
Agolot na rasprostranuvawe na tovarot α se dvi`i okolu 30º. Od uslovot na ramnote`a volumenot na aproksimiraniot rotacionen paraboloid mora da e ednakov na silata P.
P≅
1 2 4P ⋅ R ⋅π ⋅ 2 π ⋅ d ⋅ l ⋅ tgα d ⋅ l ⋅ tgα 2
Od ovaa ravenka se dobiva R:
R≅
Ako za α se usvoi 30º, toga{
R ≅ 0.54 ⋅ d ⋅ l
Agolot β pod koj zavr{uva aproksimiraniot rotacionen paraboloid zavisi od vidot na po~vata i obi~no mo`e da se usvoi 1/4 od agolot na vnatre{noto triewe φ.
Сл. 12.20 Srednoto napregawe e:
σ sr =
P 2P P ≅ ≅ 2 π ⋅R π ⋅ d ⋅ l ⋅ tgα 0.91 ⋅ d ⋅ l
Bidej}i kolovite vo koloviot temel se pove}e od eden i se na izvesno me|usebno rastojanie, doa|a do vzaemno superponirawe na napregawata od sosednite kolovi.
Сл. 12.21
O~igledno deka na odbiraweto na me|usebnoto rastojanie na me|ulebde~kite kolovi treba da mu se obrne zaslu`eno vnimanie. So ova kako i so eksperimenti doka`ano e deka najmalo me|usebno rastojanie na kolovite, koe se gleda deka zavisi od: dol`inata l, dijametarot d i karakteristikite na sredinata, treba da iznesuva od (3,0-5,0)d. Od usvoenoto me|ukolovo rastojanie mnogu zavisi dali sekoj kol vo koloviot temel }e mo`e i da ja primi stvarnata sila, so ogled na svoite dimenzii, materijal, karakteristikite na sredinata vo koja e pobien (ili izlien) i realno bezbedno da ja predade na temelnata sredina. Odredeni eksperimentalni ispituvawa poka`uvaat deka smaluvaweto na rastojanieto me|u kolovite od 5d na 3d mnogu malku vlijae na maksimalnite napregawa vo po~venata sredina vo ramninata z = 0.
12.8. Kolovi temeli 12.8.1. Opredeluvawe broj na kolovi vo koloviot temel i konstukcija na kolov temel Otkako e usvoen tipot na kolovite, nivnite dimenzii vo popre~en i vo podol`en smisol, opredelena e dlabo~inata na fundiraweto i presmetana e dozvolenata nosivost na eden kol, potrebno e da se konstruira koloviot temel. Toj pretstavuva zbir od kolovi ~ij broj i raspored e dovolen da gi primi site tovari od gorniot objekt. Vkupniot broj na kolovi se grupiraat taka {to nivnite gorni kraevi zavr{uvaat vo edna zaedni~ka nadkolova plo~a ili pak, zavr{uvaat vo dolniot del od objektot ako toj e od takov masiven tip, koj voedno izvr{uva i grupirawe na kolovite vo kolov temel (masivni potporni konstrukcii, krajni i sredni masivni stolbovi od mostovi i vijadukti, masivni kontinuirani platna i sli~no). Ako objektot treba da prenese na koloviot temel samo vertikalna sila, toga{ brojot na kolovite koi treba da ja primat taa sila treba da e:
n=
V , P
kade:
V P
- vkupna vertikalna sila od objektot, - dozvolena nosivost na eden kol.
Se razbira deka rasporedot na kolovite vo koloviot temel treba da bide simetri~en t.e. vertikalnata rezultanta V da bide vo geometriskoto te`i{te na kolovite.
Ako vertikalnata sila od objektot deluva so ekscentricitet vo odnos na geometriskoto te`i{te na kolovite od koloviot temel, toga{ brojot na kolovite treba da e malku pogolem, pa e:
n′ = μ
V , P
kade μ e koeficient koj doa|a poradi ekscenti~nosta na vertikalniot tovar, odnosno kako rezultat na vlijanieto na momentot poradi toj ekscentricitet i se dvi`i od 1,1-1,5. Po presmetuvawe na brojot na kolovite se pravi nivni raspored vo koloviot temel, pri {to me|ukolovoto rastojanie treba da bide (3-5)d, kade d e dijametarot na kolot. Kolovite se rasporeduvaat vo odnos na oskite x i y taka da formiraat kolov temel, a so toa i nadkolova plo~a so forma koja ja pretstavuva gabaritnata forma na gorniot objekt. Od krajnite kolovi redovi do rabot na nadkolovata plo~a treba da ima polovina me|ukolovo rastojanie.
Сл. 12.22 Kolovite vo koloviot temel mo`at da bidat vertikalni i kosi, ako e potrebno osven vertikalni tovari da se prenesat i zna~itelni horizontalni tovari od gornata konstrukcija vo po~veniot poluprostor.
Ako vrz kolovite se izrabotuva nearmirana masivna nadkolova plo~a, toga{ kolovite treba da navlezat vo nea najmalku (1,0-1,5)d, a ako plo~ata e armirana, toga{ navleguvaat 5-10 cm, no glavnata armatura od kolovite se ankeruva vo plo~ata najmalku do 30F, (kade F e dijametarot na armaturnata pra~ka). 12.8.2. Opredeluvawe na silite vo kolovite na koloviot temel so vertikalni kolovi Po usvoeniot broj i raspored na kolovite, t.e. po konstuiraweto na koloviot temel treba da se presmetaat silite vo site kolovi kako bi se utvrdilo dali nekoj od kolovite bi primil pogolema sila od dozvolenata. Sekako deka presmetuvaweto na stvarnite sili vo kolovite na koloviot temel, pretstavuva slo`ena rabota, osobeno ako kolovite se so razli~ni geometriski karakteristiki (presek i dol`ina), ako istite se rasporedeni vo prostor pod razli~ni nakloni na prostorniot Dekartov koordinaten sistem, ako tovarite od gornata konstrukcija se prenesuvaat preku nadkolovata plo~a vo razli~ni nasoki, ako nadkolovata plo~a e elasti~na i sli~no. Ako kolovite se vertikalni, a nadvore{niot tovar e so ekscenticitet koj dava momenti i okolu dvete oski na koordinatniot sistem pri pretpostavka na kruta nadkolova plo~a (konstrukcija), toga{ silite koi }e bidat primeni od poedinite kolovi se opredeluvaat na sledniot na~in:
Сл. 12.23 Ako povr{inata na popre~niot presek na nekoj kol od grupata e ωi, a istiot ima koordinati vo odnos na proizvolen koordinaten sistem XOY ri’ i ri”, toga{ stati~kite momenti na povr{inite na popre~nite preseci na kolovite, a vo odnos na koordinatnite oski X i Y }e bidat:
′ ′ ′ n ′ SY = ω1r1 + ω2 r2 + ... + ωn rn = ∑ ωi ri i =1
″ ″ ″ n ″ S X = ω1r1 + ω2 r2 + ... + ωn rn = ∑ ωi ri i =1
Koordinatite na te`i{teto na grupata kolovi vo odnos na sistemot XOY se:
n
r′ =
′
∑ω r
i i
i =1 n
∑ω
i
i =1 n
r ′′ =
∑ω r
″
i i
i =1 n
∑ω
i
i =1
Ako povr{inite na popre~nite preseci na kolovite se isti ({to e i naj~est slu~aj), toga{ se dobiva: n
r′ =
∑r
′
i
i =1
n n
r ′′ =
∑r
″
i
i =1
n
Momentite na inercija na povr{inite od presecite od kolovite, a vo odnos na oskite vo te`i{teto O (~ii koordinati se r’ i r’’) se: n
n
i =1
i =1
n
n
i =1
i =1
J x = ∑ J xi0 + ∑ ωi xi
2
J y = ∑ J yi0 + ∑ ωi yi
2
kade:
J xi0 , J yi0 - sopstveni momenti na inercija
ωi xi 2 , ωi yi 2 - polo`beni momenti na inercija Bidej}i sopstvenite momenti na inercija vo odnos na polo`benite momenti se mnogu mali, pa mo`at da se zanemarat i se dobiva: n
J x = ∑ ωi xi
2
i =1 n
J y = ∑ ωi yi
2
i =1
Ako site kolovi se so ist popre~en presek, toga{ se dobiva: n
J x = ω ∑ xi i =1
2
n
J y = ω ∑ yi
2
i =1
Poznato e deka napregawata kaj ekscenti~no tovaren presek vo nekoja to~ka i se:
σ=
V M x ⋅ yi M y ⋅ xi ± ± F Jy Jx
Ako predhodnata ravenka se pomno`i so ω, toga{ se dobiva:
ωσ =
ωV
±
F
ω ⋅ M x ⋅ yi n
ω ∑ yi 2
±
ω ⋅ M y ⋅ xi
i =1
Bidej}i e
ω ⋅ σ = Pi Pi =
i
F = n ⋅ω
n
ω ∑ xi 2 i =1
se dobiva:
V M x ⋅ yi M y ⋅ xi ± n ± n n 2 2 ∑ yi ∑ xi i =1
i =1
kade:
Pi V
- sila vo kolot i - vkupen vertikalen tovar.
Spored gornata formula mo`e da se presmeta silata vo bilo koj kol od koloviot temel. Se razbira deka najoptovareniot kol ne treba da ima sila pogolema od dozvolenata sila presmetana za edini~en kol, a najneoptovareniot mo`no e da bide tovaren duri i na zategnuvawe (izvlekuvawe), pa vo takov eventualen slu~aj silata na izvlekuvawe ne treba da e pogolema od dozvolenata sila na kolot na izvlekuvawe, a taa e vsu{nost komponentata na trieweto na obvivkata na kolot i po~venata sredina. 12.8.3. Nadkolova plo~a Kako {to be{e re~eno porano kolovite t.e. nivnite gorni kraevi se zafa}aat so nadkolova plo~a koja ima cel da izvr{i preraspredelba na tovarite od konstrukcijata nad kolovite. Vo po~etokot be{e re~eno deka kolovite temeli mo`at da bidat so niski i so visoki nadkolovi plo~i. ^esto povrzuvaweto na site kolovi mo`e da se izvr{i i bez posebna izrabotka na nadkolova plo~a ako objektot koj se fundira na grupa kolovi e od takov vid samiot da ja obezbeduva taa povrzanost na kolovite vo edna edinstvena celina. Takvi objekti mo`at da bidat na primer: razni masivni potporni konstrukci, re~ni kejski i pristani{ni
yidovi, masivni stolbovi od mostovi, vijadukti, temelni blokovi na mo}ni ma{ini vo industriite, energetikata i sli~no. Sepak mnogu ~esto, osobeno kaj objektite od tipot na zgradi, baraat, ako fundiraweto se vr{i na kolovi, vrz niv da se izraboti nadkolova plo~a i toa so relativno mala debelina koja vsu{nost }e ja pretstavuva i prvata plo~a od zgradata vrz koja ponatamu se gradat (oslonuvaat) ostanatite konstruktivni elementi kako {to se: yidovi, stolbovi, platna i sl. Presmetuvaweto na nadkolovata plo~a se vr{i, zemaj}i ja vo predvid nejzinata vzaemnost kako so kolovite nad nea, taka i so konstruktivnite elementi nad objektot nad nea. Poradi toa presmetuvaweto na nadkolovata plo~a bara osobena tehni~ka i ekonomska analiza: • Ako nadkolovata plo~a e nad dva kola i ako nejzinata visina e pomala od polovinata na me|ukolovoto rastojanie, toga{ plo~ata se dimenzionira spored momentot na svitkuvawe.
Сл. 12.24 M 1−1 = p
•
a −b 2
Spored ovoj moment se vr{i dimenzionirawe na plo~ata. Ako visinata na plo~ata e pogolema od polovinata na me|ukolovoto rastojanie toga{ dimenzioniraweto se vr{i spored silata na zategnuvawe.
Сл. 12.25 T = p ⋅ tgα =
V ⋅ tgα 2
a b − tgα = 2 4 h0 T=p
2a − b 4h
Potrebnata armatura e:
Aa = •
T
σ adoz
Ako temelnata plo~a e vrz tri kola a vertikalnata sila V se prenesuva na nea so stolb i ako e visinata na plo~ata pogolema od polovinata na me|ukolovoto rastojanie toga{ silata na zategnuvawe e:
Сл. 12.26 V tgα 3 a 3 a 2 − 6 tgα = 3 h0
T=
T=p
a(2 3 − 2 ) 6h0
Armaturata treba da se postavi vo pravcite na deluvaweto na silite na zategnuvawe T. • Ako stolb prenesuva vertikalna sila preku nadkolova plo~a vrz kolov temel so n kolovi, toga{, ako debelinata na plo~ata e pogolema od polovinata na me|ukolovoto rastojanie, silite na zategnuvawe na Tx i Ty }e bidat:
Сл. 12.27 za presek x = 0
Tx =
V n ⋅ h0
∑ dx
kade e: n
∑ dx
- broj na kolovi vo koloviot temel - suma na site rastojanija x levo od presekot x = 0
za presek y = 0
Ty =
V n ⋅ h0
∑ dy
kade e: n
∑ dy
- broj na kolovi vo koloviot temel - suma na site rastojanija y gore od presekot y =0
Pri presmetuvawe na nadkolovata plo~a treba da se izvr{i kontrola na usvoenata debelina na plo~ata i od uslov da ne dojde do prodirawe na kolot niz plo~ata.
