PREDAVANJE 9 KLIZIŠTA
KATEGORIJE ISKOPA
MEHANIKA TLA I STIJENA
NIVO PODZEMNIH VODA
STIŠLJIVOST TLA Stišljivost je osobina tla da se u toku vremena deformiše i sliježe. Slijeganje tla pod dejstvom opterećenja je konsolidacija, koja može biti primarna i sekundarna. Stišljivost uzorka se određuje edometarskim opitom koji služi za dobijanje sledećih parametara: MV – modul stišljivosti; aV – koeficijent stišljivosti, CC – indeks stišljivosti; CS – indeks bubrenja MV = Δσ /Δε predstavlja odnos priraštaja napona prema priraštaju deformacija
PREDAVANJE 10
DOZVOLJENI PRITISCI NA TLO
FUNDIRANJE (TEMELJENJE) Temelj je jedan od najvažnijih elemenata konstrukcije objekta. Preko temelja se opterećenje sa objekta prenosi na tlo, pri čemu se mora obezbjediti stabilnost tla, a deformacija temelja treba da bude u dozvoljenim granicama u zavisnosti od naponskoog stanja u konstrukciji objekta i eksploatacionim potrebama objekta. Osnovna podjela vrste fundiranja je na: • plitke; i • duboke temelje. Plitki temelji prenose opterećenje od objekta na tlo preko kontaktne površine između temelja i tla. U ovu grupu temelja spadaju: • trakasti temelji (nearmirani i armirani); • temeljne kontra grede (postavljene u jednom ili dva ortogonalna pravca, kada formiraju temljni roštilj); • temeljne kontra ploče; i • temelji samci. Duboki temelji prenose opterećenje objekta na tlo preko kontaktne površine između temelja i tla, kao i preko bočnih strana temelja. Kod ovih temelja odnos visine H prema širini temelja B je jednak ili veći od četiri. H/B≥4 U ovu grupu temelja spadaju: • šipovi; • dijafragme; • bunari; i • kesoni. TRAKASTI TEMELJI Trakasti temelji se postavljaju ispod nosivih zidova (zidanih opekom ili od armiranog betona). Određivanje dimenzija temelja vrši se iz uslova nosivosti tla (širina temelja - B) i uslova nosivosti betonskog presjeka na savijanje (visina temelja - H). Trakasti temelj od nearmiranog betona Širina temelja određuje se iz uslova dozvoljenih napona: σz = ΣV / Ft gdje je ΣV zbir svih vertikalnih sila koje djeluju na temeljnu spojnicu, a F t površina temeljne spojnice (Ft=B ⋅ 1.00). Tada je B = ΣV /σz dozv.
Primjer određivanja širine trakastog temelja od nearmiranog betona
Za date podatke odrediti širinu trakastog temelja od nearmiranog betona. Podaci: Vertikalna sila u zidu neposredno iznad temelja Debljina zida Ukupna težina poda i korisno opterećenje na podu Dozvoljeno naprezanje tla Dubina fundiranja Zapreminska težina tla Zapreminska težina betona
V = 100 kN/m’ dz = 25 cm p = 5.0 kN/m2 σ z dozv = 0.12 MPa Df = 1.00 m γ = 18.0 kN/m3 γb = 24.0 kN/m3
Prvo se odredi približna širina stope B. Obzirom da je nepoznata dimenzija stope, pa time i njena sopstvena težina, težina tla iznad stope i opterećenja poda u širini stope, to treba proračun početi sa pretpostavkom da je ukupna sila koja deluje u temeljnoj spojnici ΣV veća za određeni procenat u odnosu na silu V koja deluje u zidu. Teško je odrediti za svaki poseban slučaj za koji procenat treba povećati silu V. U ovom primjeru taj procenat uvećanja usvojen je 25% od sile V. Kasnijim proračunom, ako se ova pretpostavka pokaže netačnom moraju se izmjeniti dimenzije stope temelja. B = ΣV /Ϭz doz = 1.25 V /Ϭz doz = 1.25 ∙ 100 ∙ 10-3 /0.12 = 1.04 m Usvojeno: B = 1.05 m Dimenzija konzolnog prepusta temelja tada iznosi c = (B-dz)/2 = (1.05-0.25)/2 = 0.40 m Kontrola napona za usvojene dimenzije Analiza opterećenja: • vertikalna sila V = 100.00 kN/m’ • opterećenje od zemlje iznad stope (1.05-0.25) ⋅0.65⋅18.0 = 9.36 kN/m’ • sopstvena težina stope 1.05⋅0.35⋅24.0 = 8.82 kN/m’ • opterećenje od poda (1.05-0.25) ⋅5.0 = 4.00 kN/m’ Ukupno opterećenje ΣV = 122.18 kN/m’ Stvarni napon u tlu na nivou temeljne spojnice iznosi Ϭz,stv = ΣV / (B ∙ 1.0) = 122,18 ∙10-3 / (1.05 ∙ 1.0) Ϭz,stv = 0,116 MPa < σ z dozv = 0.12 Mpa Stvarni napon u tlu je u granicama dozvoljenih vrijednosti! Trakasti temelj od armiranog betona Širina temelja određuje se istim postupkom kao i kod temelja od nearmiranog betona.
Kontrola napona u tlu Po usvajanju konačnih dimenzija temelja vrši se kotrola napona u tlu, u nivou temeljne spojnice. Stvarni napon u tlu ne smije da prekorači dozvoljene napone. Ϭz,stv = ΣV / (B ∙ 1.0) ≤ Ϭz,dozv PREDAVANJE 11
TEMELJNA KONTRA GREDA Temeljne kontra grede postavljaju se ispod više stubova u nizu, i u statičkom smislu predstavljaju kontinualni nosač opterećen reaktivnim opterećenjem od tla. Dimenzije se određuju iz uslova nosivosti tla (širina temelja - B i dužina temelja - L) i uslova nosivosti betonskog preseka na savijanje i smicanje (visina konzolne ploče - H, širina grede - b, i visina grede - D)
TEMELJNA KONTRA PLOČA Temeljna kontra ploča primjenjuje se u slijedećim slučajevima: • kada trakasti temelji, kontra grede ili temelji samci ne mogu, u granicama dozvoljenih napona u tlu, da prenesu opterećenje objekta na tlo, odnosno kada su dimenzije tih temelja tolike da obuhvataju veći dio osnove objekta; • kada je jedna ili više etaža objekata ispod nivoa podzemnih voda, pa je potrebno primiti hidrostatički potisak vode i istovremeno postaviti hidroizolaciju. Postoji više načina projektovanja temeljnih kontra ploča
Temeljna kontra ploča prima reaktivno opterećenje od tla prouzrokovano od vertikalnih slila u konstrukciji objekta. Ploče mogu biti sistema proste grede, kontinualne ploče, krstato armirane ploče, kada se opterećenje prenosi do stubova i zidova preko temeljnih greda ili pečukarste konstrukcije. Temeljna rebra mogu se postavljati sa gornje ili donje strane ploče. Postavljanje temeljnih greda ispod ploče je ekonomski isplatljivije jer ima manje radova iskopa tla, ali ovaj način onemogućava postavljanja instalacija kanalizacije. Zato, kada je potrebno izvesti instalacioni razvod u nivou temeljne konstukcije, temeljne grede se postavljaju iznad ploče, pa se prostor između poda i ploče koristi za instalacioni razvod. Proračun temeljne kontra ploče radi se u svemu isto kao i proračun ploča tavanica, s tim da je opterećenje ploče jednako količniku svih vertikalnih sila i površine temeljne ploče q' = ΣV/Ft, ploče i djeluje suprotno od opterećenja tavanica. Kontra ploče se u statičkom smislu tretiraju kao ploče koje nose u jednom ili dva pravca, zavisno od odnosa raspona i položaja kontra greda.
Aksonometrijski prikaz kontra ploče sa opterećenjem u stubovima i reaktivnim opterećenjem tla koje djeluje na ploču TEMELJI SAMCI Temelj samac postavlja se ispod stuba, i prima sve statičke i dinamičke uticaje koji djeluju na stub. Dimenzije temelja se određuju iz uslova nosivosti tla (širina - B i dužina -A) i uslova prodora stuba kroz stopu temelja (visina - H). Usvaja se pretpostavka da je konstrukcija stope temelja nedeformabilna, odnosno da su naponi u tlu jednaki ispod cijele površine temeljne stope.
Oblici stope temelja zavise od oblika presjeka stuba, tako da mogu biti kvadratni, pravougaoni, kružni ili poligonalni, kao i međusobnog položaja stubova i pravca delovanja dominantnih sila koje opterećuju temelj. Uzimajući u obzir kako se vrši rasprostiranje pritisaka po dubini tla, za vertikalno dejstvo sila temeljima optimalno je da odnos stranica osnove temelja bude u funkciji jednakog odstojanja između temelja.
U slučajevima kada u jednom ortogonalnom pravcu momenti ili horizontalne sile imaju dominantne vrednosti, neophodno je povećati stranicu u čijem pravcu deluju ti uticaji. Time se povećava otporni moment osnove temelja u pravacu delovanja tih sila. Na prethodnoj slici dat je šematski prikaz delovanja horizontalne sile, Hx, u pravcu x ose, i momenta, My, koji deluje oko y ose, a u ravni V-x. Da bi se umanjili naponi u tlu izazvani ekscentričnim opterećenjem, neophodno je da otporni moment osnove temelja oko y ose bude veći od otpornog momenta osnove temelja oko x ose, odnosno Wy>Wx, što znači da je A>B. Primjer dimenzioniranja temelja samca Za date podatke odrediti tlocrtne dimenzije temelja samca! Podaci: Vertikalna sila u stubu Dimenzije stuba Odnos širine i dužine osnove temelja Ukupna težina poda i korisno opterećenje na podu Dozvoljen napon u tlu na koti fundiranja Zapreminska težina tla Zapreminska težina betona Dubina fundiranja Visina temelja
V = 1200 kN a/b = 60/40 cm 1/1.5 p = 10kN/m2 σz,doz = 0.22 MPa γ = 18.0 kN/m3 γb = 24.0 kN/m3 Df = 1.30 m H = 80 cm
Primjer dimenzioniranja temelja samca
Postupak proračuna počinje sa određivanjem približnih dimenzija stope. Kako se unaprijed ne znaju dimenzije stope kao i zapremina tla iznad stope, to se ne može pouzdano znati kolika je ukupna sila koja djeluje na nivou temeljene spojnice. Zato se za određivanje osnove stope vertikalna sila koja deluje u stubu uvećava za određeni procenat. U ovom primjeru usvojeno je povećanje sile u stubu za 25%. Potrebna približna površina osnove stope iznosi:
Ft = 1.25 ∙ 1200 ∙ 10-3/0.22 = 6.82 m2 Ft = A ∙ B = A ∙ (A/1.5) = A2/1.5 A = √ (1.5 ∙ Ft) = √(1.5 ∙6.82) = 3.198 m B = A/1.5 = 3,198/1.5 = 2.132 m Usvojeno je A/B = 3.20/2.15 m Stvarna površina stope je Ft = 3.20 ∙ 2.15 = 6.88m2
Kontrola stvarnog napona u tlu na nivou temeljne spojnice Za usvojene dimenzije temelja (prethodna slika) vrši se kontrola stvarnog napona u tlu na nivou temeljne spojnice. Analiza opterećenja: - V (vertikalna sila u stubu) = 1200.00 kN - pod (2.15 ∙ 3.20 - 0.4 ∙ 0.6) ∙ 10 = 66.40 kN - težina tla iznad temelja (2.15 ∙ 3.20 - 0.4 ∙ 0.6) ∙ 18 = 119.52 kN - težina temelja (2.15 ∙ 3.20 ∙ 0.8) ∙ 24 = 132.10 kN Ukupno opterećenje ΣV = 1518.02 kN Ϭt,stv = 1518.02 ∙ 10-3 / 6.88 = 0.22 MPa = Ϭt,dozv Stvarni napon u tlu je jednak dozvoljenom naponu, pa se usvajaju tlocrtne dimenzije temelja A x B = 3.20 m x 2.15 m MEĐUSOBNA POVEZANOST TEMELJA Temelji moraju biti međusobno povezani veznim gredama u oba ortogonalna pravca.
Vezne grede se usvajaju kao konstruktivni elementi približnih dimenzija 40/40 cm. sa minimalno propisanim procentom armiranja. Njihova uloga je dvostruka - da spriječe međusobno razmicanje temelja i da smanje diferencijalna slijeganja susjednih temelja. TEMELJENJE NA ISTOJ I RAZLIČITIM KOTAMA Treba težiti da temelji objekta budu fundirani na istoj dubini. Razlog za ovo je sadržan u činjenici da temelji fundirani na višoj koti prouzrokuju horizntalne pritiske tla koji se prenose na konstrukciju objekta koja je na nižoj koti fundirana. Kako ovo nije uvek moguće ostvariti, bilo zbog projektantskih zahtjeva ili prirodnog nagiba terena, tada se vrši postepeno kaskadiranje temelja.
U ovakvim slučajevima denivelisanje temelja se izvodi u kaskadama odnosa visine prema dužini 1/2, odnosno u praksi 50/100 cm. Na ovaj način vrši se kaskadiranje kako trakastih temelja, tako i veznih greda i kontra ploča.
Temelj susjeda je pliće fundiran od potrebne kote fundiranja novog objekta. Tada se vrši spuštanje temelja susjeda na
U slučajevima fundiranja uz, postojeće, susjedne objekte obaveza je da se temelji novog objekta izvedu na dubini fundiranja susjednog objekta. Tu postoje dva slučaja: Temelj susjeda je dublje fundiran od potrebne kote fundiranja novog objekta. Tada se temelj novog objekta mora spustiti na kotu fundiranja susjednog objekta; Spuštanje postojećeg temelja na projektovanu kotu izvodi se putem podbetoniranja istog. Da bi se izvelo podbetoniranje, potrebno je prvo izvršiti iskop ispod temelja, pa potom betonirati prostor ispod temelja. Da bi se obezbjedio dobar kontakt između postojećeg temelja i podbetoniranog dela, potrebno je donju površinu postojećeg temelja dobro očistiti od zemlje, a da bi umanjili efekte skupljanja betona dio prostora visine oko 25 cm ispod postojećeg temelja betonira se betonom sa malim vodocementnim faktorom. Ovaj sloj betona ugrađuje se nabijanjem pomoću drvenih oblica ili vibratorom.
Kako nije moguće izvršiti podbetoniranje temelja odjednom po celoj njegovoj dužini, jer bi se ugrozila stabilnost objekta, to se postupak iskopa zemlje i podbetoniranje vrši u lamelama duzine 1,0 do 1,2 m, sa preskokom ("u šah poretku”). Ovim načinom se sprečavaju deformacije postojećeg temelja i zida iznad njega. Prilikom izvođenja armiranih temelja neophodno je da armatura bude postavljena na čistu podlogu. To podrazumjeva da se ne smije postavljati armatura direktno na tlo kao što su glina, pjeskovita glina i les, jer zaprljana armatura ne može ostvariti atheziju sa betonom. Zato se ili izvodi sloj "mršavog" betona (beton čvrstoće MB5 do MB10) debljine 5 cm, na koji se postavlja armatura ili se u slučajevima postavljanja tampon sloja šljunka, armatura postavlja direktno na šljunak.
PREDAVANJE 12 Duboki temelji prenose opterećenje objekta na tlo preko kontaktne površine između temelja i tla, kao i preko bočnih strana temelja. Kod ovih temelja odnos visine H prema širini temelja B je jednak ili veći od četiri. H/B≥4 U ovu grupu temelja spadaju: • šipovi; • dijafragme; • bunari; i • kesoni. ŠIPOVI Šipovi predstavljaju konstrukciju temelja, koja uticaje od objekta prenosi na tlo putem trenja između šipa i tla, po njegovom omotaču i pritiska na tlo na njegovom vrhu. Šip je takav konstruktivni element čija je dužina znatno veća od dimenzija poprečnog preseka, i na njemu razlikujemo "vrh" koji se nalazi na njegovom donjem kraju, i "glavu" koja se nalazi na njegovom suprotnom kraju.
Sila od konstrukcije objekta (zida ili stuba) prenosi se na jedan ili više šipova putem armirano betonskog veznog elementa koji se naziva "jastuk". Jastuk ima ulogu, osim da prenese silu sa objekta na šip, da poveže šipove kako bi solidarno primili pripadajuću silu. Materijali od kojih se mogu izvoditi šipovi su raznovrsni: drvo (a), čelik (b), nearmirani beton (d) i armirani beton (c i e).
Drveni šipovi najčešće se izvode od bora, smreke ili jele. Dužine su do 20 metara. Rjeđe se koristi tvrdo drvo, kao hrast ili bukva. Njihove dužine su do 15 metara. Vrh šipa ojačava se "kapom" od čeličnog lima radi lakšeg probijanja tla i spriječavanja da se zašiljeni vrh drveta ne otupi tom prilikom. Glava šipa ojačava se prstenovima od čeličnih traka iz razloga da se drvo ne raspukne uslijed siline udaranja malja po šipu.
Ovi šipovi izvode se pobijanjem pomoću malja i makare. Makara je uređaj koji drži šip u predviđenom položaju i vrši njegovo pobijanje putem učestalog podizanja i puštanja malja na glavu šipa. Drveni šipovi, obzirom na proces truljenja drveta u vlažnom tlu, koriste se za privremene objekte. Ovo je i najveći nedostatak ovih šipova.
Čelični šipovi izvode se od profila raznih oblika poprečnog presijeka. Dužina su do 35 metara. Vrh šipa se izvodi zakošen kao bi se mogao laškše pobijati u tlo. Ovi šipovi se pobijaju pomoću makare, kako je objašnjeno kod drvenih šipova. Primjenjuju se kod privremenih objekata gde su velike sile (do 900 kN) koje treba prenijeti na tlo. Nedostatak njihove primjene je što su podložni koroziji i imaju veliku cijenu u odnosu na druge vrste šipova. Šipovi od nearmiranog i armiranog betona najčešće su korišćeni u praksi. Prema načinu izvođenja djele se na prefabrikovane i izvedene na samom terenu. Prefabrikovani šipovi redovno su armirani. Dužina su do 20 metara. Poprečni presjek je kvadratan, jer je veća površina omotača kvadratnog preseka od kružnog presjeka iste površine poprečnog presjeka. Uzengije (vilice) kod ovih šipova izvode se spiralnog oblika, s tim da su progušćene kod glave i vrha šipa zbog povećanih uticaja izazvanih koncentracijom opterećenja tih elemenata šipa od udaranja malja odnosno probijanja tla. Vrh šipa ojačan je "papučom" od čeličnog lima. Ovi šipovi koriste se na gradilištima gdje se želi njihovo brzo izvođenje, s tim da se prije otpočinjanja radova šipovi proizvedu u fabrici betona.
Šipovi izvedeni na samom terenu mogu biti nearmirani i armirani. Po načinu izvođenja mogu biti izvedeni postupkom utiskivanja u tlo i bušenjem. Sistem utiskivanja u tlo izvodi se pomoću makare koja podizanjem i spuštanjem malja potiskuje u tlo čeličnu cijev koja je do jedne trećine visine napunjena pijeskom. Prilikom udara malja u pijesak, obzirom da se stvaraju horizontalne sile od pijeska na čeličnu cijev, to cijev, zajedno sa pješčanim čepom, prodire kroz tlo. Ovim načinom stvara se kružni otvor projektovane dubine. Po dostizanju projektovane dubine čelična cijev se fiksira tako da se onemogući vertikalno pomjeranje i sa nekoliko naknadnih udaraca malja u šljunčni čep formira se proširenje na vrhu šipa. Po završetku ovog postupka čelična cijev se izvlači. U slučaju da je šip armiran, u otvor u tlu postavlja se unaprijed pripremljen armaturni koš. Po tom se vrši betoniranje. Ovaj sistem šipova u praksi je poznat pod imenom "Franki šipovi". Nedostatak primjene ovog postupka je u tome što udari malja izazivaju potrese tla, što nije preporučljivo raditi na lokacijama koje su blizu postojećih objekata, posebno ako nisu otporni na horizontalne uticaje. Ovo se posebno odnosi na zidane objekte koji nisu obezbjeđeni za prijem propisanih seizmičkih uticaja Šipovi postavljeni ispod postojećih temelja Pored prethodno navedenih tipova šipova, postoje i šipovi koji se koriste za povećanje nosivosti temelja postojećih objekata prilikom nadogradnje. Ovaj sistem šipova poznat je u praksi pod imenom "MEGA" šip. Mega šip sastoji se od segmenata dužine oko jednog metra, s tim da je prvi segment, koji je vrh šipa, zašiljen i ojačan čeličnim limom, u svemu kao kod betonskog prefabrikovanog šipa. Segmenti se međusobno povezuju čeličnim "trnovima" kako bi se prilikom izvođenja spriječilo bočno smicanje susjednih elemenata.
Ova vrsta šipova izvodi se na slijedeći način. Ispod postojećeg trakastog temelja, iskopa se tlo za pristup radnika i opreme, a širine oko 1,5 metara. Postavi se hidraulična presa koja se razupire na postojeći temelj putem valjanih čeličnih profila i na prvi segment šipa. Stvaranjem pritiska u presi, ona potiskuje prvi element do dubine njegove dužine. Po tom, postavlja se drugi element i postupak se ponavlja. Međusobno se šipovi povezuju armirano betonskim serklažom. Prilikom izvođenja ove vrste šipova veoma je važno voditi računa o kontroli projektovanog pritiska u hidrauličnoj pumpi, kako se ne bi dogodilo da šip u slučaju prekoračenja projektovane sile izvrši odizanje temelja i zida, što bi za poslijedicu imalo njihovo oštećenje. Po izvođenju šipa prostor između šipa i temelja se podbetonira. Zatim se prelazi na slijedeći šip, tako da se niz šipova izvodi sukcesivno, jer nije moguće potkopati u isto vrijeme temelj po cijeloj njegovoj dužini. NAČIN POSTAVLJANJA ŠIPOVA Osnovni princip postavljanja šipova je da se sila od stuba ili zida prenese ravnomjerno na dva ili više šipova, pri čemu se nastoji da se izbjegne ekscentrično unošenje sile u šipove. Šipovi se postavljaju u grupe, koje su međusobno povezane jastukom. Šipovi se mogu postavljati i pod uglom u slučajevima kada postoje dominantne horizontalne sile i momenti koje ne mogu primiti samo verikalno postavljeni šipovi.
Šipovi koji svojim vrhom ne dosežu nosivo tlo nose samo trenjem između omotača i tla se u praksi nazivaju "lebdeći“ šipovi.
Oni šipovi koji svojim vrhom ulaze u nosivo tlo, nose trenjem između omotača i tla i pritiskom vrha na tlo, nazivaju se "oslonjeni". Kada su vertikalni šipovi, međusobno povezani jednim armiranobetonskim jastukom, opterećeni vertikalnom silom, a pri tom je horizontalna sila mala, što je najčešći slučaj kod fundiranja arhitektonskih objekta, šipovi se postavljau simetrično u odnosu na vertikalnu silu
.
ZAŠTITA TEMELJNIH TRAKA Prilikom iskopa temeljnih jama za izvođenje temelja objekta koju su projektovani na kotama nižim od fundiranja susjeda, ulice ili okolnog terena, neophodno je, u fazi izrade temelja izvršiti njeno obezbjeđenje, kako ne bi došlo do obrušavanja zasječene zemlje. Postoji više načina za obezbeđenje temeljnih jama. OBEZBJEĐENJE ROVOVA Rovovi se izvode radi postavljanja instalacionih razvoda u tlu. Slobodnu visinu rova bez obezbjeđenja moguće je izvesti do visine od 1,5 m, jer do te visine eventualno obrušavanje tla ne može ugroziti radnike u jami. Za sve zasjeke u tlu koje ima malu vrijednost kohezije, mora se izvršiti obezbjeđenje i to posebno sa stanovišta bezbjednosti radnika u rovu. Konstrukcija osiguranja od obrušavanja može biti od drvene građe ili od čeličnih profila.
Dijafragme se mogu razupirati međusobno ako to omogućava geometrija jame.
Na mjestima gdje postoji mogućnost postavljanja horizontalnih zatega izvodi se prihvatanje dijafragmi zategama koje se ankeruju u ankerne blokove.
Na mjestima gdje postoji mogućnost postavljanja horizontalnih zatega izvodi se prihvatanje dijafragmi zategama koje se ankeruju u vertikalne privremene šipove.
Kod velikih visina iskopa temeljnih jama koriste se sistemi prednapregnutih zatega koji se ankeruju u tlo putem injektiranja betona u zonu ankerovanja. Ovaj sistem omogućava otkop temeljne jame u više koraka tako da je tokom svih faza iskopa obezbjeđena stabilnost tla.
PREDAVANJE 13 TEMELJENJE NA BUNARIMA I KESONIMA
