Sveučilište u Rijeci Građevinski fakultet Sveučilišni diplomski studij građevinarstva
TEMELJENJE (PREDAVANJA - ljetni semestar akademske godine 2011/12)
PRIREDIO: prof.dr. sc. Leo MATEŠIĆ dipl.ing.građ.
1
SADRŽAJ PREDAVANJA SADRŽAJ PREDAVANJA......................... PREDAVANJA........................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..........................................................2 ........................................2 POPI POPIS S SLIKA SLIKA 3 1 UVOD
5
2 GEOTEHNIČKO PROJEKTIRANJE.......................... PROJEKTIRANJE............................................ ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ........................................6 ......................6 2.1 Kako projektirati ..................................... ....................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .....................................................6 ...................................6 2.2 Sadržaj geotehničkog dijela projekta. .................................... ....................................................... ..................................... ..................................... ..................................... .....................................6 ...................6 2.3 Eurokod 7: norma geotehničkog projektiranja.................................... projektiranja...................................................... ..................................... ..................................... ...................................... ........................6 ....6 2.4 Reference........................... Reference............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .........................................................7 ......................................7 3 STABILNOST PADINA............................... PADINA.................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .......................................................9 ....................................9 3.1 Općenito o pojmu padina i stabilnost padina.......................................... padina............................................................ ..................................... .........................................................9 ......................................9 3.2 Osnovne postavke metoda za određivanje stabilnosti padina.................................. padina.................................................... ..................................................... ...................................10 10 3.3 Stabilnost dugačkih pokosa.................................. pokosa.................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ....................................12 ..................12 3.4 Kružne klizne plohe - grafička metoda............................................. metoda............................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ...........................15 ........15 3.5 Kružne klizne plohe - metoda lamela................................................ lamela.................................................................. ..................................... ..................................... ............................................ ..........................22 22 3.6 Reference........................... Reference............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .......................................................28 ....................................28 4 SANACIJA KLIZIŠTA............................... KLIZIŠTA................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ......................................29 ...................29 4.1 Općenito................................ Općenito.................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ....................................................29 .................................29 4.2 Postupak i mjere sanacije......................................... sanacije............................................................ ..................................... ..................................... ..................................... ............................................... ................................30 ...30 4.3 Reference........................... Reference............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .......................................................32 ....................................32 5 PLITKO TEMELJENE KONSTRUKCIJE........................... KONSTRUKCIJE............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..............................33 ............33 5.1 Vrste plitkih temelja............................... temelja.................................................. ..................................... ..................................... ..................................... .................................... ..................................... ...................................33 ................33 5.2 Odabir rješenja temeljenja građevine............................... građevine.................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ............................... .......................33 ..........33 5.3 Modeliranje odnosa temelja i tla - određivanje raspodjele kontaktnog opterećenja.............................. opterećenja....................................................42 ......................42 5.4 Reference........................... Reference............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .......................................................55 ....................................55 6 POBOLJŠANJA TLA I SANACIJA TEMELJA............................. TEMELJA............................................... ..................................... ..................................... ..................................... ......................................56 ...................56 6.1 Poboljšanja tla za potrebe temeljenja......................................... temeljenja........................................................... ..................................... ..................................... ..................................................56 ................................56 6.2 Zamjena tla.................................... tla...................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ............................................57 .........................57 6.3 Utvrđivanje stanja postojećih objekata.................................................. objekata.................................................................... ..................................... ..................................... .......................................59 .....................59 6.4 Ulegnuća temelja i pukotine na objektu................................................. objektu................................................................... ..................................... ..................................... .......................................61 .....................61 6.5 Sanacija temelja i tla ispod njih.................................. njih.................................................... ..................................... ..................................... ..................................... .................................................64 ..............................64 6.6 Osiguranje temelja postojećih objekata................................. objekata................................................... ..................................... ..................................... ......................................................67 ....................................67 6.7 Utjecaj izgradnje na postojeće objekte i njihova zaštita....................................... zaštita.......................................................... ..................................... ........................................74 ......................74 6.8 Reference........................... Reference............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .......................................................81 ....................................81 7 GEOSINTETICI U GEOTEHNICI........................... GEOTEHNICI............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .........................82 ......82 8 MLAZNO INJEKTIRANJE.......................... INJEKTIRANJE............................................ ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ....................................83 .................83 9 GEOTEHNIČKO SIDRENJE............................ SIDRENJE.............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ................................................ ..............................84 84 10 TEMELJENJE STROJEVA............................ STROJEVA.............................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ................................................85 ..............................85 10.1 Dinamika tla................................ tla................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .................................... ..........................85 ........85 10.2 Osnovno o vibracijama.......................... vibracijama............................................ ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ................................86 .............86 10.3 Dinamički opterećeni temelji................................. temelji.................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................96 ...............96 10.4 Reference.............................. Reference................................................ ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ................................................100 .............................100
2
POPIS SLIKA SLIKA 1.1SIMBOLIČKI PRIKAZ RJEŠAVANJA GEOTEHNIČKIH, INŽENJERSKIH PROBLEMA (LAMBE & WHITMAN, 1969)................................. 1969).................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... .......................5 ....5 SLIKA 1.2GEOTEHNIČKI TROKUT (MORGENSTERN, 2000)................................................. 2000)................................................................... ..................................... ..................................5 ...............5 SLIKA 1.1TIJELO NA KOSINI............................... KOSINI................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ...............................................9 .............................9 SLIKA 1.2 SLOM POKOSA................................ POKOSA................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ................................................. ...............................9 .9 SLIKA 1.2PRIKAZ EFEKTIVNIH GRANIČNIH I MOBILIZIRANIH PARAMETARA ČVRSTOĆE..............................................11 ČVRSTOĆE..............................................11 SLIKA 1.1SILE KOJE DJELUJU NA LAMELU DUGAČKE KLIZNE PLOHE................................... PLOHE...................................................... ..................................... .......................13 .....13 SLIKA 1.1SILE KOJE DJELUJU NA LAMELU DUGAČKE KLIZNE PLOHE. TOK PODZEMNE VODE PARALELAN JE S NAGIBOM TERENA.............................. TERENA................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ......................................................14 ....................................14 SLIKA 1.1SLUČAJ POTOPLJENOG POKOSA................................. POKOSA................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ...................................15 ................15 SLIKA 1.1ODABIR VIŠE KLIZNIH PLOHI DA DOBIJEMO DA MOŽEMO NAĆI KRITIČNU S NAJMANJIM FAKTOROM SIGURNOSTI.............................. SIGURNOSTI................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ...............................................16 ............................16 SLIKA 1.2PRETPOSTAVKA SINUSNOG RASPOREDA RASPOREDA NORMALNOG NAPREZANJA PO KLIZNOJ PLOHI............... .......16 SLIKA 1.1GRAFIČKA METODA ODREĐIVANJA STABILNOSTI POKOSA ZA SLUČAJ KADA JE =0, A C 0...................17 SLIKA 1.2GRAFIČKA METODA ODREĐIVANJA STABILNOSTI POKOSA ZA SLUČAJ KADA JE =0, A C 0...................19 SLIKA 1.3DIJAGAM VRIJEDNOSTI S I C.................................. C..................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ................................. ............... ....19 SLIKA 1.1GRAFIČKA METODA ODREĐIVANJA STABILNOSTI POKOSA ZA SLUČAJ KADA JE C 0, A
0 – NAČIN NAČIN 1 20
SLIKA 1.2GRAFIČKA METODA ODREĐIVANJA STABILNOSTI POKOSA ZA SLUČAJ KADA JE C 0, A
0 – NAČIN NAČIN 2 21
SLIKA 1.1UPOTREBA LAMELA ZA Z A ANALIZU STABILNOSTI POKOSA...................................... POKOSA......................................................... .......................................... ........................22 .22 SLIKA 1.2PRIMJER SLOŽENIH GEOMETRIJSKIH UVJETA USLOJENOSTI TLA......................................... TLA..................................................................23 .........................23 SLIKA 1.1ODREĐIVANJE DJELOVANJA VODE NA STABILNOST POKOSA PREKO STRUJNE MREŽE...........................24 SLIKA 1.2ODREĐIVANJE DJELOVANJA VODE NA STABILNOST POKOSA PREKO VRIJEDNOSTI PORNIH TLAKOVA PO KLIZNOJ PLOHI (PORNI SE TLAKOVI ODREDE IZ STRUJNE MREŽE)............................................. MREŽE)..................................................24 .....24 SLIKA 1.3ODREĐIVANJE DJELOVANJA VODE NA STABILNOST POKOSA POMOĆU PRODULJENE LINIJE VODE......25 SLIKA 1.2BISHOPOVA POJEDNOSTAVLJENA METODA................................... METODA...................................................... ..................................... ..................................... ................................26 .............26 SLIKA 1.1PARAMETRI ČVRSTOĆE DOBIVENI KONSOLIDIRANIM DRENIRANIM POKUSOM............................................27 POKUSOM............................................27 SLIKA 1.2TRAGOVI EFEKTIVNIH NAPREZANJA ZA NORMALNO KONSOLIDIRANO TLO. NASUPROT TOMU, KOD PREKONSOLIDIRANIH TALA TRAG EFEKTIVNIH NAPREZANJA NAPREZANJA “SKREĆE U DESNO” (SLIKA 1.3)... .....27 .27 SLIKA 1.3TRAGOVI EFEKTIVNIH NAPREZANJA ZA PREKONSOLIDIRANA TLA........................................... TLA.............................................................. ......................28 ...28 SLIKA 1.1ZNAKOVI PREPOZNAVANJA KLIZIŠTA............................... KLIZIŠTA.................................................. ..................................... ..................................... ........................................... ............................29 ....29 SLIKA 1.1USTANOVLJAVANJE VRSTE I DUBINE KLIZANJA UGRADNJOM MEKANE CIJEVI..................................... CIJEVI...........................................30 ......30 SLIKA 1.2SANACIJA KLIZIŠTA PRELAGANJEM MASA................................................ MASA.................................................................. ..................................... ........................................30 .....................30 SLIKA 1.3SANACIJA KLIZIŠTA DRENAŽNIM USJECIMA........................... USJECIMA.............................................. ..................................... ..................................... ........................................31 .....................31 SLIKA 1.4SANACIJA KLIZIŠTA HORIZONTALNIM DRENAŽNIM BUŠOTINAMA........................................ BUŠOTINAMA.......................................................... ...........................31 .........31 SLIKA 1.5SANACIJA KLIZIŠTA ARMIRANJEM GEOMREŽOM................................. GEOMREŽOM................................................... ..................................... ..................................... ..........................32 ........32 SLIKA 1.6SANACIJA KLIZIŠTA ARMIRANJE MIKROPILOTIMA............................ MIKROPILOTIMA.............................................. ..................................... ..................................... .............................32 ...........32 SLIKA 1.1TRAJNO DRENIRANJE TLA OKO I ISPOD OBJEKTA.......................................... OBJEKTA............................................................ ..................................... .................................37 ..............37 SLIKA 1.1SHEMATSKI PRIKAZ VANJSKE HIDROIZOLACIJE............. HIDROIZOLACIJE............................... ..................................... ..................................... ..................................... .............................38 ..........38 SLIKA 1.1SHEMATSKI PRIKAZ UNUTARNJE HIDROIZOLACIJE............. HIDROIZOLACIJE............................... .................................... ..................................... ..................................... ........................39 ......39 SLIKA 1.1SHEMATSKI PRIKAZ DILATACIJA............................. DILATACIJA............................................... ..................................... ..................................... ..................................... ........................................40 .....................40 SLIKA 1.2SHEMATSKI PRIKAZ DILATACIJA............................. DILATACIJA............................................... ..................................... ..................................... ..................................... ........................................41 .....................41 SLIKA 1.3SHEMATSKI PRIKAZ DILATACIJA............................. DILATACIJA............................................... ..................................... ..................................... ..................................... ........................................42 .....................42 SLIKA 1.1ELASTIČNA GREDA NA ELASTIČNOM TLU – ŠUKLJE (1974)............................................... (1974)............................................................................. ...............................44 .44 SLIKA SLIKA 1.2USP 1.2USPORE OREDBA DBA DEFORM DEFORMACI ACIJE JE TLA ISPOD ISPOD TEMEL TEMELJA: JA:(A)S (A)STIŠ TIŠLJI LJIV V POLUPR POLUPROST OSTOR; OR; (B) WINKLE WINKLEROV ROV PROSTOR; (C) DIJAGRAM DEFORMACIJE............................ DEFORMACIJE.............................................. ..................................... ..................................... ....................................46 ..................46 SLIKA SLIKA 2.2SHEMA 2.2SHEMA OVISNOSTI OVISNOSTI IZMEĐU OPTEREĆE OPTEREĆENJA NJA GREDE, GREDE, REAKCIJE REAKCIJE TLA, DEFORMACI DEFORMACIJA JA I STATIČKIH STATIČKIH VELIČINA.............................. VELIČINA................................................. ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................48 ................48
3
SLIKA SLIKA 1.1ČETVER 1.1ČETVEROKUTNI OKUTNI TEMELJ JEDNOSTRA JEDNOSTRANO NO OPTEREĆE OPTEREĆEN: N: (A) SHEMA SHEMA TEMELJA TEMELJA I OPTEREĆE OPTEREĆENJA NJA (B) RASPODJELA NAPREZANJA KAD JE REZULTANTA SILA U JEZGRI, (C) RASPODJELA NAPREZANJA S REDUCIRANIM PRESJEKOM KAD JE REZULTANTA SILA U IZVAN JEZGRE................................... JEZGRE.........................................50 ......50 SLIK SLIKA A
1.1A 1.1AKS KSON ONOM OMET ETRI RIJS JSKI KI PRIK PRIKAZ AZ SLIJ SLIJEG EGAN ANJA JA ISPO ISPOD D KONC KONCEN ENTR TRIR IRAN ANE E SILE SILE NA ELAS ELASTI TIČN ČNOM OM POLUPROSTORU.............................. POLUPROSTORU............ ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ....................................... ....................52 52
SLIKA 1.2AKSONOMETRIJSKI PRIKAZ SLIJEGANJA ISPOD KRUŽNO OPTEREĆENE POVRŠINE..................................53 SLIKA 1.2AKSONOMETRIJSKI PRIKAZ SLIJEGANJA ISPOD UGLA PRAVOKUTNO OPTEREĆENE POVRŠINE.............54 SLIKA 1.2DIJAGRAM FAKTORA KOREKCIJE
(FOX, 1948)............................... 1948)................................................. ..................................... ..................................... ..............................55 ............55
SLIKA 1.1UTVRĐIVANJE STANJA POSTOJEĆIH OBJEKATA................................. OBJEKATA.................................................... ..................................... ............................................61 ..........................61 SLIKA 1.1ODMICANJE TEMELJA – PRIMJER 1...................................... 1......................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..........................70 ........70 SLIKA 1.2ODMICANJE TEMELJA – PRIMJER 2A................................................... 2A...................................................................... ..................................... ...............................................71 .............................71 SLIKA 1.3ODMICANJE TEMELJA – PRIMJER 2B................................................... 2B...................................................................... ..................................... ...............................................72 .............................72 SLIKA 1.1NEKE VRSTE DINAMIČKIH OPTEREĆENJA.......................... OPTEREĆENJA............................................ ..................................... ..................................... ............................................ ...........................85 .85 SLIKA 1.1ŠEST NAČINA VIBRIRANJA TEMELJA.............................. TEMELJA................................................ ..................................... ..................................... ..................................... ................................86 .............86 SLIKA 1.2MODELIRANJE SUSTAVA TEMELJ–TLO (KELVIN-VOIGTOV MODEL S JEDNIM STUPNJEM SLOBODE).......87 SLIKA 1.3STUPNJEVI SLOBODE VIBRIRAJUĆEG SUSTAVA: SUSTAVA: (A) DOF=1; ( B) DOF=2; (C) DOF=2....................................88 DOF=2................................ ....88 SLIKA 1.1SLOBODNO VIBRIRANJE SUSTAVA OPRUGA–MASA............ OPRUGA–MASA.............................. .................................... ..................................... ..................................... ........................88 ......88 SLIKA 1.2POMAK, BRZINA I AKCELERACIJA SLOBODNO VIBRIRAJUĆEG SUSTAVA OPRUGA–MASA.......................90 SLIKA 1.1PRISILNO VIBRIRANJE SUSTAVA OPRUGA–MASA............................ OPRUGA–MASA.............................................. ..................................... ............................................... .............................91 .91 SLIKA 1.2PRISILNO VIBRIRANJE SUSTAVA OPRUGA–MASA: (A) VARIJACIJA FAKTORA POVEĆANJA M PREMA / N ; (B) VARIJACIJA POMAKA U VREMENU PRI REZONANCI ( = N)...................................................92 SLIKA SLIKA 1.2SLO 1.2SLOBOD BODNO NO VIBRIR VIBRIRANJ ANJE E SUSTAV SUSTAVA A OPRUGA OPRUGA–MA –MASASA-PRI PRIGUŠ GUŠIVA IVAĆ: Ć: (A) NATPRI NATPRIGUŠ GUŠEN EN SLUČAJ SLUČAJ;; (B) KRITIČNO POTPRIGUŠEN SLUČAJ; (C) POTPRIGUŠEN SLUČAJ ........................................................94 ........................................................94 SLIKA SLIKA 1.2NOR 1.2NORMAL MALIZI IZIRAN RANII PRIKAZ PRIKAZ ODNOSA ODNOSA AMPLIT AMPLITUDE UDE PREMA PREMA FREKVE FREKVENCI NCIJI JI ZA RAZLIČ RAZLIČITE ITE SLUČAJ SLUČAJEV EVE E PRIGUŠENJA KOD JEDNOLIČNOG PRISILNOG VIBRIRANJA SUSTAVA OPRUGA–MASA-PRIGUŠIVAĆ ................................... ..................................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ..................................... ............................96 ..........96 SLIKA 1.1DOPUŠTENE VERTIKALNE AMPLITUDE VIBRACIJA .................................................. ..................................................................... ..........................................98 .......................98 SLIKA 1.2DOPUŠTENE HORIZONTALNE AMPLITUDE VIBRACIJA ............................................... ................................................................. ................................. .....................99 ......99
4
1 UVOD Tlo u građevinarstvu nije moguće izbjeći, i to skoro pa uvijek ne može se birati, već se mora, kakvo već jest, samo prihvatiti. Drugi neki činitelji određuju položaj, oblik i vrstu konstrukcije građevinskog objekta. U procesu projektiranja građevinskog objekta projektantima na raspolaganju stoji veliki izbor dobro poznatih konstrukcija i gradiva, te samo jedna podloga, temeljno tlo, određeno lokacijom objekta. A tlo je takvo kakvo jest: često vrlo nehomogeno, mekše i slabije od ostalih gradiva, slabo poznatih svojstava – jer je nastalo mimo naše volje, izbora ili kontrole kvalitete. Rješavanje (geotehničkih) inženjerskih problema možemo prikazati simbolički (slika ( slika 1.1), 1.1), prema Lambe & Whitman (1969). M E H A N IK A T L A - k a r a k t e r i s t iki k e t l a v e z a n e u z o d n o s n a p r e z a n j e /d e f o r m a c ije - t e o r ijs k e a n a l iz e I N Ž E N J E R S K A G E O L O G I JA , IST R A Ž I V A N JE - sastav i o sobine tla
RJEŠENJA geotehničkih p r o b l e m a v e z a n i h u z m e h a n i k u t lal a
INŽENJERSKA PROCJENA
ISK U S T V O p r e t h o d n i p r o j e k a t i i iz v e d e n i z ah v a t a E K O N O M IK A slika 1.1
Simbolički Simbolički prikaz rješavanja geotehničkih, inženjerskih inženjerskih problema (Lambe & Whitman, 1969)
Ili geotehničkim trokutom (slika (slika 1.2., 1.2., prema Morgenstern, 2000).
p o s t a n a k t lal a geologija
P R O F IL TLA
is t r a ž i v a n ja n a t e r e n u i o p i s t lal a
ISKUSTVO R IZ I K
PONAŠANJE TLA
ODGOVARAJUĆI MODEL TLA
- lal a b o r a t o r iji j s k a / tet e r e n s k a i s p i t i v a n j a - o p a ž a n ja / m je r e n ja
- idi d e a l izi z a c i j a p o v e z a n a s o c j e n o m ( f izi z iči č k i i a n a l it iči č k i m o d e l i )
slika 1.2
Geotehnički trokut (Morgenstern, 2000).
5
2 GEOT GEOTEH EHNI NIČK ČKO O PRO PROJE JEKT KTIR IRAN ANJE JE 2 .1
KAKO PR PROJEKTIRA IRATI
Sadašnje projektiranje prema Zakon o prostornom uređenju i gradnji (NN 76/07, 38/09, 55/11, 90/11), niti prethodni Zakon o gradnji (NN br. 175/03,100/04) ne traži posebnu izjavu projektanta odnosno glavnog projektanta o sukladnosti projekta. Raniji Zakon o gradnji (NN 52/99, 75/99, 117/01 i 47/0 47/03) 3) traži tražio o tu izja izjavu vu.. Iako Iako se zako zakono nom m ne traž tražii izja izjava va proje projekt ktan anta ta o sukla sukladn dnos ostiti proj projek ekta ta,, podrazumijeva se da je projekt je sukladan sa zakonima, pravilnicima, uputama, HRN: • Lokacijskom dozvolom • Generalni urbanistički plan grada • Zakon o prostornom uređenju i gradnji (NN 76/07, 38/09, 55/11, 90/11). • Zakon o zaštiti od požara (NN br. 92/10) • Pravilnik o uvjetima za vatrogasne pristupe (NN 35/94, 55/94) • Zakon o zaštiti na radu (NN br. 59/96, 94/96, 114/03, 100/04, 86/08, 75/09) • Zakon o zaštiti okoliša (NN br. 110/07) • Zakon o mjernim jedinicama (NN br. 58/93) • Zakon o vodama (NN br. 153/09) • Tehnički propis za betonske konstrukcije (NN 139/09, 14/10, 125/10) • Tehnički propis za spregnute konstrukcije od čelika i betona (NN 119/09, 125/10) • Tehnički propis za cement za betonske konstrukcije (NN 64/05, 74/06) • Tehnički propis za čelične konstrukcije (NN 112/08,125/10) • Tehnički propis za zidane konstrukcije (NN 01/07) • Tehnički propis za drvene konstrukcije (NN 121/07, 58/09,125/10) • Ostali pravilnici, standardi i normativi kojima su određene karakteristike ugrađenih materijala kao i postupci ugradnje, upotrebe i održavanja
2. 2.22
SADRŽ SADRŽAJ AJ GEOT GEOTEH EHNIČ NIČKO KOG G DIJE DIJELA LA PRO PROJE JEKT KTA. A.
Geotehnički dio projekta mora imati poziv na Izvještaj o istražnim radovima kao i na ostale relevantne podloge. Razina razrade i sadržaja geotehničkog projekta razlikovati će se od slučaja do slučaja, a uobičajeno će sadržavati slijedeće: 1. opis lokacije i okoliša, 2. opis uvjeta u tlu, 3. opis predložene gradnje, uključivo s djelovanjima, 4. proračunske veličine parametara tla i stijena, uključivo obrazloženja, 5. izjavu o primijenjenim normama i standardima, 6. izjavu izjavu o stabil stabilnos nostiti lokaci lokacije je u odnosu odnosu na predlož predloženu enu konstr konstrukc ukciju iju kao i razinu razinu prihvatljivog rizika, 7. geotehnički proračuni, 8. preporuke za dimenzioniranje dijelova konstrukcije, 9. pregled stavaka koje treba provjeriti tijekom izvođenja ili koje trebaju održavanje ili opažanje s odgovarajućim planovima
2.3
EUROKO EUROKOD D 7: NORMA NORMA GEOTE GEOTEHNI HNIČKO ČKOG G PROJEK PROJEKTIR TIRANJA ANJA
U zadnji zadnjih h se dvades dvadeseta etakk godina godina u Europi Europi razvija razvija jedins jedinstve tveni ni sustav sustav normi normi za projek projektir tiranj anje e građevinskih konstrukcija pod skupnim nazivom Eurokodovi. U njima je skupljeno vrlo široko svjetsko iskustvo suvremenog projektiranja. To je prvi prvi takav takav sustav sustav koji koji sustav sustavno no obuhvać obuhvaća a projekti projektiran ranje je građev građevins inskih kih konstr konstrukc ukcija ija kroz jedinstveni pristup. Izradom eurokodova upravlja Tehnički komitet 270 (TC 270) Europskog odbora za normizaciju (CEN) čije su članice zemlje EU i CEFTA, a od nedavno i Hrvatska. Iza godine 2009. sustav bi trebao postati jedina norma u Europskoj uniji i još nekim zemljama, uključivo i u Hrvatskoj. Sustav eurokodova čini skup od slijedećih 10 normi: 6
•
EN 1990 Eurokod: Osnove projektiranja konstrukcija,
•
EN 1991 Eurokod 1: Djelovanja na konstru kcije,
•
EN 1992 Eurokod 2: Projektiranje betonskih kon strukcija,
•
EN 1993 Eurokod 3: Projektiranje čeličnih konstrukcija,
•
EN 1994 Eurokod 4: Projektiranje kompozitnih čeličnih i betonskih konstrukcija,
•
EN 1995 Eurokod 5: Projektiranje drvenih kon strukcija,
•
EN 1996 Eurokod 6: Projektiranje zidanih konstrukcija,
•
EN 1997 Eurokod 7: Geotehničko projektiranje,
•
EN 1998 Eurokod 8: Projektiranje konstrukcija otpornih na potrese,
•
EN 1999 Eurokod 9: Projektiranje aluminijskih konstrukcija.
Eurokodovi 2, 3, 4, 5, 6 i 9 su takozvani materijalni eurokodovi relevantni za dijelove konstrukcija iz pojedinih građevinskih materijala, dok su EN 1990, Eurokod 1, 7 i 8 zajednički za sve konstrukcije. Tako svaki od „materijalnih“ eurokodova čini cjelinu tek uz zajedničke eurokodove i bez njih se ne može koristiti. Euro Euroko kod d 7 (slu (služb žben enog og nazi naziva va EN 1997 1997)) sasto sastojiji se iz dva dva dije dijela la:: EN 1997 1997-1 -1 Geote Geotehni hničk čko o projektiranje – Dio 1: Opća pravila, te EN 1997-2 Geotehničko projektiranje – Dio 2: Istraživanje i ispitivanje tla. Kao i drugi eurokodovi, oslanja se na niz pratećih normi. To su norme za izvođenje posebnih geotehničkih radova: EN 1536:1999 Bušeni piloti, EN 1537:1999 Sidra u tlu, EN 12063:1999 Stijen Stijene e od talpi, talpi, EN 12699:20 12699:2000 00 Razmič Razmičući ući piloti piloti1, EN 14199 14199 Mikropi Mikropilot loti,i, i EN-ISO EN-ISO 13793:20 13793:2001 01 Toplins Toplinsko ko ponašan ponašanje je zgrada zgrada – Toplin Toplinsko sko projek projektir tiranje anje temelj temelja a radi izbjeg izbjegava avanja nja izdiza izdizanja nja od smrzavanja. Još nekoliko normi za posebne geotehničke radove je pri donošenju. Standardizacija laboratorijskih i terenskih pokusa na tlu i stijenama u nadležnosti je CENovog tehničkog komiteta TC 341 i u završnoj je fazi pa se uskoro očekuje njihovo donošenje. Tek će se njihovim donošenjem zaokružiti normizacija geotehničkih radova u projektiranju konstrukcija. Eurokodovi sami po sebi nisu zamišljeni kao propis s obveznom primjenom. Oni su pisani kao zaokru zaokruženi ženi sustav sustav postup postupaka aka i preporu preporuka ka za koje koje stručn stručnjac jacii odgovar odgovaraju ajućih ćih struka struka smatraj smatraju u da odražavaju trenutačna saznanja struke i čija primjena osigurava dogovorenu razinu rizika nepovoljnih događaj događaja. a. Razinu Razinu dozvol dozvoljen jenog og rizika rizika svaka svaka od zemalj zemalja a koja koja prihva prihvatiti sustav sustav euroko eurokodov dova a može može samostalno odrediti. Primjena eurokodova, posebno pri dokazivanju bitnih zahtjeva na građevinu, tada omogućuje omogućuje jasnu komunikacij komunikaciju u među stručnjacima, stručnjacima, posebno ako su oni različitih različitih struka. U načelu je moguće projektiranje projektiranje i mimo preporuka i načela koja postavlja sustav, ali je tada sustav dokazivana dokazivana složeniji i manje pregledan. Pojedine zemlje, a među njima i Hrvatska, tražit će obveznu primjenu eurokodova. Eurokodovi su pisani u obliku pobrojenih članaka. Unutar sustava tih normi članak ima ili status principa za koje nema alternative ili status preporuke koja zadovoljava principe, ali su dozvoljene alternative. Ako se primjenjuje predložena preporuka, ne treba dokazivati da ona zadovoljava principe, dok za primjenu neke alternative treba dokazivati da ona zadovoljava principe. Takvim formatom eurokodovi dobivaju na fleksibilnosti i, što je još važnije, omogućuju primjenu novo razvijenih i dokazanih dokazanih postupaka. Time je sustav eurokodova eurokodova osigurao osigurao prilagođava prilagođavanje nje stalno napredujućem napredujućem znanju u struci.
2 .4
REFERENCE
nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Kvasnička, P. (2003): Predavanja iz predmeta Mehanika tla i Geotehnika na RGN fakultetu – Zagreb Stanić, B. (2002): Uloga geotehnike u projektiranju i građenju cestovne mreže u Hrvatskoj, Pozivno predavanje, 3. Savjetovanje Hrvatske udruge za mehaniku tla i geotehničko inženjerstvo, inženjerstvo , Hvar, Hrvatska
7
Szavits-Nos Szavits-Nossan, san, A. (2002): (2002): Projektiranj Projektiranje e prema Eurokodu 7 (ENV 1997), Pozivno Pozivno predavanje, predavanje, 3. Savjetovanje Hrvatske udruge za mehaniku tla i geotehničko inženjerstvo, inženjerstvo, Hvar, Hrvatska Szavits-Nossan, A. (2009): Geotehničko inženjerstvo u tlu
8
3 STABILNOST PADINA 3. 3.11
OPĆE OPĆENI NITO TO O POJ POJMU MU PAD PADIN INA A I STABIL STABILNO NOST ST PAD PADIN INA A
U geotehnici pojam padina (pokos, kosina, eng. slope) slope) se definira kao teren čija površina stoji pod nekim kutom u odnosu na horizontalu. Padina može biti prirodna ili izgrađena. Za osnovno razumijevanje što se događa u padini pogodan je zadatak iz elementarne fizike prikazan na 3.1.1.1slika 1.1. 1.1.
G T
T
G
β
slika 1.1
N G
N
Tijelo na kosini
Pitanje koje se postavlja pri zadatku prikazan na 3.1.1.1slika 1.1 je hoće li se tijelo pomaknuti prema dolje. Rješavanjem zadatka i definiranjem kuta, µ , kao kuta kuta trenja trenja između tijela i podloge, podloge, dolazimo do odgovora da se tijelo neće pomaknuti za slučaj kada je tg µ tg β
(1.1)
>1
gdje je kut β , nagib podloge u odnosu na horizontalu. Padina u svakom slučaju predstavlja puno složeniji problem od jednostavnog slučaja tijela na kosini (3.1.1.1slika (3.1.1.1slika 1.1), 1.1), no i kod pokosa gravitacija teži pomaknuti tlo prema dolje, pa se tako može dogoditi kao što prikazuje 3.1.1.1slika 1.2, 1.2, da tlo unutar područja abcda sklizne prema dolje. PRIMJER
Iz g l e d t e r e n a n a k o n s lo m a p o k o s a
a
c
d
b
slika 1.2
Slom pokosa
Padina može biti u stanju ravnoteže, ravnoteže, stabilna padina, ili u stanju neravnoteže, neravnoteže, tj. bržeg ili sporijeg sporijeg pokretanja, klizište. Od građevinara se traži da bilo za prirodne pokose, pokose iskopa, pokose nasipa ili sl: •
analizira stabilnosti pokosa (sigurnost), 9
•
kod klizišta odredi uzroke klizanja,
•
dimenzionira stabilne pokose,
•
sanira klizišta.
Analiza Analiza stabilnosti stabilnosti pokosa pokosa temelj temeljii se na proraču proračunu nu stabil stabilnos nostiti pokosa. pokosa. Prorač Proračun un uključ uključuje uje određivanje i usporedbu posmičnih naprezanja koje se razvijaju duž klizne plohe sa posmičnom čvrstoćom tla. Analiza stabilnosti niukom slučaju nije jednostavan zadatak, i zahtijeva razmatranje nehomogenosti tla (uslojenost), toka vode u tlu i sl, te odabir potencijalnih kliznih ploha koje će se razmatrati. U analizi stabilnosti pokosa konačna ocjena stabilnosti daje se u odnosu na onu kliznu plohu iz familije kliznih ploha koja ima najmanji faktor sigurnosti.
3.2 3.2.1 3.2 .1
OSNOVN OSNOVNE E POSTAV POSTAVKE KE METOD METODA A ZA ODREĐ ODREĐIVA IVANJE NJE STAB STABILN ILNOST OSTII PADINA PADINA Zajedn Zajedničke ičke osobin osobinee svih klas klasičn ičnih ih metod metodaa
Geotehničko inženjerstvo je egzaktna znanost (egzaktan - dokaziv pomoću materijalnih činjenica, točan, potpun). Kad se od inženjera traži da odredi stabilnost nekog prirodnog ili umjetnog pokosa, on to treba učiniti pomoću alata što mu ga pruža mehanika tla. Za stabilnost pokosa su isprva razvijene tzv. klasične metode, koje su zbog tada još nerazvijenih sredstava za računanje, bile jednostavne, kako po pretpostavkama tako i po numeričkom postupku. Razvoj Razvojem em računal računala a javlja javljaju ju se novije novije sve složen složenije ije numeričke koje traž traže e dobr dobro o numeričke metode metode koje poznavanje ponašanja tla, a s tim i veći broj parametara tla nego što su tražile klasične metode. S tim je, naravno, povezana i potreba za opsežnijim istražnim radovima i laboratorijskim ispitivanjima. Zbog toga se suvremenije metode uglavnom rabe kod složenijih geomehaničkih zahvata. Klasične metode su se dugom primjenom i povratnim analizama pokazale da su primjenjive u velikom broju slučajeva, a uz određene manje modifikacije prihvaćene su i u novim europskim normama. Klasične metode se temelje na pretpostavci: da je materijal tla kruto plastičan (neki to zovu i idealno plastičan), tj. da pri naprezanjima manjim od posmične čvrstoće u njemu nema pomaka, a kad posmična naprezanja dosegnu određenu vrijednost materijal puca i stvara se klizna ploha (masa tla iznad klizne plohe je klizni disk), vrijedi Mohr-Coulombova hipoteza sloma tla ( 3.1.1.1slika 1.2 – klizna ploha abcda; klizni disk ad Kao i u svakom inženjerskom inženjerskom problemu u kojemu se razmatraju razmatraju naprezanja, naprezanja, tako je i kod metoda metoda stabilnosti pokosa potrebno odrediti ravnotežu sila za zadani problem. Sile koje treba uravnotežiti su: aktivne sile;
to su sile koje teže pokrenuti klizni disk: vlastita težina kliznog diska, sile stru strujn jnog og tlaka tlaka,, vanj vanjsk ska a opte optereć rećen enja ja (nas (nasip ip,, građe građevi vina na,, pokr pokret etna na opterećenja), potres i
reaktiv reaktivne ne sile sile
to su sile sile koje se suprot suprotstav stavlja ljaju ju aktivnim aktivnim silama silama i nastoj nastoje e stabil stabilizi izirat ratii pokos; one se javljaju u tlu, na kliznoj plohi, kao rezultat otpora samog tla; ako se ustanovi da otpor tla nije dovoljan, dodatne reaktivne sile mogu se proizvesti pomoću raznih umjetno proizvedenih elemenata kao što su: sidra, piloti, armature, zatege i sl.
Na temelju ravnoteže aktivnih i reaktivnih sila određuje se veličina i raspodjela naprezanja na kliznoj plohi.
10
Kod klasičnih metoda se ne razmatraju odnosi naprezanja i deformacija u tlu, pa raspodjela naprezanja na kliznoj plohi nije jednoznačna, tj. jednom rješenju ravnoteže sila odgovara beskonačan broj rješenja raspodjele raspodjele naprezanja. naprezanja. Kažemo da je problem statički neodređen. Da se problem problem može riješi riješititi potreb potrebno no je uvesti uvesti neke pretpos pretpostavk tavke e koje koje će u tekstu tekstu biti spomen spomenute ute uz svaku svaku metodu metodu posebno. posebno. U nastavku nastavku će se razmatrati samo tzv. klasične metode i to od jednostavnih, jednostavnih, za dugačke ravne pokose do složenijih, za kružne klizne plohe. Radi potpunosti treba spomenuti da postoje klasične klasične metode za klizne klizne plohe proizvoljnog proizvoljnog oblika, koje ovdje, međutim, međutim, nećemo razmatrati. razmatrati. Način rješavanja može biti grafički, i grafoanalitički. S razvojem računala je postupak rješavanja ubrzan, a primjena metoda pojednostavljena. Rezultat klasične metode je je tzv. faktor sigurnosti. Zbog toga ćemo se malo zadržati na njegovoj definiciji u mehanici tla.
3. 3.2. 2.22
Defin De finic icij ijaa fakto faktora ra si sigu gurn rnos osti ti
Faktor sigurnosti se definira kao odnos prosječne posmične čvrstoće tla τf prema posmičnom naprezanju uzduž potencijalne klizne plohe τ d d : F S
=
τ f
(1.1)
τ d
φ
τ
φ 'd < φ c'
c 'd < c '
σ slika 1.2
Prikaz efektivnih graničnih i mobiliziranih parametara čvrstoće.
Čvrstoća tla τ f f se definira kao granično posmično efektivno naprezanje i određuje pomoću izraza: c’+σ’ tgφ’ φ’ τ f f = c’+σ’ tg
(2.1)
gdje je: c’
kohezija,
φ’
kut unutarnjeg trenja u materijalu za efektivna naprezanja,
σ’
normalno naprezanje na potencijalnoj plohi sloma
Na sličan se način može napisati i mobilizirano posmično naprezanje: + φ' d d τ d d = c' d d+σ’ tg σ’ tgφ'
(2.2)
gdje su c d d ’ ’ i φd ’ ’ tzv. mobilizirani parametri čvrstoće, tj.onakvi kakvi trebaju biti da se u tlu može uspostaviti ravnoteža. Vrijedi, dakle, da je faktor sigurnosti odnos efektivnih graničnih i mobiliziranih naprezanja: F S =
c' +σ ' tg ϕ '
(2.3)
c' d +σ ' tg ϕ ' d 11
ili: c’ d d + σ’tgφ’ d d =
c'
+σ '
F S
tg ϕ '
(2.4)
F S
prema tome je mobilizirana kohezija: c ' d =
c' F S
(2.5)
a mobilizirani kut unutarnjeg trenja: tg ϕ ' d
=
tg ϕ '
(2.6)
F S
Ovaj pristup uključuje da je F S jednak i za koheziju i za kut trenja. Budući Budući da se u mjerenjima mjerenjima kut trenja može točnije odrediti od kohezije, povoljno je imati različite faktore sigurnosti. Tako se može definirati faktor sigurnosti za koheziju F C =
c'
(2.7)
c' d
a faktor sigurnosti za kut unutarnjeg trenja je F ϕ =
tg ϕ '
(2.8)
tg ϕ ' d
Princip ugrađivanja faktora sigurnosti u parametre čvrstoće usvojen je i u Eurokodu. određivanje F S potrebno je odrediti mobilizirane parametre čvrstoće, tj.onakve KOMENTAR: Za određivanje kakvi trebaju biti da se u tlu može uspostaviti ravnoteža (između aktivnih i reaktivnih sila). To znači da je za određivanje F S potrebno prethodno odrediti sile i naprezanja koja djeluju na klizno tijelo.
3. 3.33
STAB STABIL ILNO NOST ST DUGA DUGAČK ČKIH IH POK POKOS OSA A
Za početak razmatrat ćemo dugačke ravne klizne plohe, čiji je nagib paralelan s površinom terena. Takav jednostavan model vrijedi za neke primjere u praksi. Često se naime događa da je površinski sloj tla do neke manje dubine (4 do 6 m) rastrošen, a ispod njega je čvrst, još neraspadnuti sloj. U određenim se uvjetima promjene stanja (promjene opterećenja, razine podzemne vode) može dogoditi da se rastrošena masa pokrene. Jedan odsječak takve klizne plohe prikazuje slika 1.1. Razmatrat će se tri slučaja:
3. 3.3. 3.11
slučaj 1:
bez podzemne vode,
slučaj 2:
podzemna voda teče paralelno s površinom terena,
slučaj 3:
pokos du dulje vr vremena po potopljen.
Sluč Slučaj aj 1: 1: bez bez pod podze zemn mnee vode vode
Na slika 1.1 prikazane su sile koje djeluju na jedan odsječak kliznog tijela. Reaktivne sile N i N i T se T se odrede prema težini lamele W . W .
12
SUHO TLO
b
l
β
l e a l a m
σA z
τd
τA
σd β
W = γ * z * b
N T
slika 1.1
Sile koje djeluju na lamelu dugačke klizne plohe.
Vidimo sa slike da je širina lamele l dana l dana izrazom: l =
b
(1.1)
cos β
normalna sila na bazu lamele N iznosi: N iznosi: N = γ ⋅ bz cos β
(1.2)
tangencijalna sila na bazu lamele T : T : T = γ ⋅ bz sin β
(1.3)
Normalno naprezanje na bazi lamele, σ A, dobijemo kao omjer normalne sile i površine baze lamele (za širinu lamele uzimamo 1m'): σ A
=
N l
=
γ ⋅ b ⋅ z ⋅ cos β b
= γ ⋅ z ⋅ cos 2 β
(1.4)
cos β
Posmič Posmično no naprez naprezanj anje e na bazi bazi lamele lamele,, τ A, dobije dobijemo mo kao omjer omjer posmič posmične ne (mobili (mobilizir zirane) ane) sile sile i površine baze lamele (za širinu lamele uzimamo 1m'): τ A
=
T l
=
γ ⋅ b ⋅ z ⋅ sin β b
= γ ⋅ z ⋅ sin β ⋅ cos β
(1.5)
cos β
Mobilizirano posmično naprezanje τ d,d, nalazi se u ravnoteži sa aktivnim posmičnim naprezanjem, τ A, te korištenjem izraza 3.2.2tablica 1.1(2.2), 1.1(2.2), 3.3.1tablica 1.1(1.4) i 3.3.1tablica 1.1(1.5) dobiva se izraz: 2 τ d + d+σ’ σ’ tg φ’ = cd' + γ *z*cos β tg φ’ d = c' d
(1.6)
Uvrštavanjem izraza 3.3.1tablica 1.1(1.6) u izraz 3.2.2tablic 3.2.2tablica a 1.1(1.1) 1.1(1.1) i korištenjem izraza od 3.2.2tablica 1.1(2.3) do 3.2.2tablica 1.1(2.8) dobiva se izraz za faktor sigurnosti F s
=
τ f τ d
=
c'
γ ⋅ z ⋅ cos β ⋅ t g β 2
+
tg ϕ '
(1.7)
tg β
Za nekohrentno tlo (c=0), izraz 3.3.1tablica 1.1(1.7) poprima slijedeći obllik. F S
= tg ϕ '
tg β
(1.8)
13
Ovo rješenje pokazuje da je tlo u ravnoteži kada je kosina nagnuta pod kutem trenja φ i manjim. Jer ako se stavi F S=1, slijedi tgφ’=tgβ, tj. β=φ’! Kada je F S=1, to je labilna ravnoteža jer je tlo već praktički pred slomom.
3.3.2 3.3 .2
Slučaj Slučaj 2: pod podzem zemna na voda voda teče teče paral paraleln elno o s površ površino inom m terena terena
Na 3.3.2.1slika 1.1 prikazane su sile koje djeluju na jedan odsječak kliznog tijela.
STRUJANJE VOD E P A R A L E L N O S N A G IB O M b l
β
s
H
hp W
z
T U N
slika 1.1
Sile koje djeluju na lamelu dugačke klizne plohe. Tok podzemne vode paralelan je s nagibom terena.
Tečenje podzemne vode se može prikazati strujnom mrežom. Budući da voda teče paralelno s pokosom, pokosom, ekvipotencijale ekvipotencijale su okomite okomite na tok vode, pa tlačni potencijal potencijal h p po kliznoj plohi dobijemo dobijemo iz izraza: hp = z cos z cos2 β
(1.1)
prema tome izraz za vrijednost pornog tlaka po kliznoj plohi glasi: 2 u = h p γ w β. w = z γ w w cos β.
(1.2)
Efektivna naprezanja su, prema tome: 2 2 σ’ = σ - u = γ z cos z cos2 β - γ w z cos2 β = z ( z (γ -γ w w z cos w) cos β = z γ ’cos β
(1.3)
Potrebna posmična naprezanja da ne dođe do klizanja su: z sin β cos β τ d d = γ z sin F S
=
τ f τ d
2 γ β ⋅ ϕ γ ' tg ϕ c' = z ' cos tg ' = + γ ⋅ z sin β ⋅ cos β γ ⋅ z cos 2 β ⋅ tg β γ ⋅ tg β
(1.4) (1.5)
Za nekohrentno tlo (c=0), izraz (1.5) poprima slijedeći obllik. F S
= γ '⋅tg ϕ ' γ ⋅ tg β
(1.6)
14
3. 3.3. 3.33
Sluč Slučaj aj 3: pok pokos os dul dulje je vrem vremen ena a poto potopl plje jen n
Na slika 1.1 prikazan je slučaj potopljenog pokosa. Ovakav slučaj može biti obala rijeke, mora ili jezera. Kad se kaže "dulje vremena potopljen" misli se da nema nagle promjene razine vode jer u tom slučaju može biti mjerodavna tzv. ϕ = 0 analiza kod koje se rabi nedrenirana čvrstoća.
POTOPLJEN POKO S β
'
slika 1.1
Slučaj potopljenog pokosa.
Potrebna posmična naprezanja da ne dođe do klizanja su:
(1.1)
z sin β cos β τ = γ ' z sin F S
=
τ f τ d
=
z γ ' cos β ⋅ tg ϕ ' 2
γ '⋅ z sin β ⋅ cos β
=
c'
γ ⋅ z cos β ⋅ tg β 2
ϕ tg β
+ tg
(1.2)
Za nekohrentno tlo (c=0), izraz (1.2) poprima slijedeći obllik. F S
= tg ϕ '
tg β
(1.3)
KOMENTAR :Rezultat u slučaju 3. je isti kao i za “suhi” pokos (slučaj 1.). Kada je strujanje paralelno s kosinom F S je približno dvostruko manji nego kod suhe ili potopljene kosine jer je γ'/γ približno jednako ½ što je ujedno i najkritičniji slučaj. Iz toga slijedi da mjere sanacije klizanja (kad imamo slučaj 2.) treba usmjeriti ka smanjenju pornih tlakova na kliznoj plohi.
3. 3.44 3. 3.4. 4.11
KRUŽ KRUŽNE NE KLIZ KLIZNE NE PLO PLOHE HE - GRA GRAFI FIČK ČKA A METO METODA DA Osno Os novn vnee pret pretpo post stav avke ke
Kod kružnih kliznih ploha vrijede pretpostavke: •
da se klizna masa pomiče kao kruti disk, što znači da je poznata klizna ploha.
•
da je FS konstantan duž klizne plohe.
Budući da se položaj klizne plohe mora pretpostaviti, ne znači da ćemo “pogoditi” i kliznu plohu po kojoj će stvarno nastati klizanje. klizanje. Klizanje će nastupiti nastupiti po plohi koja ima najmanji najmanji F s. Zato uvijek treba proračunati veći broj kliznih ploha (3.4.1.1slika (3.4.1.1slika 1.1). 1.1).
15
S
S2 1
S
3
r1 F s2
F s3
F s1
slika 1.1
Odabir više kliznih plohi da dobijemo da možemo naći kritičnu s najmanjim faktorom sigurnosti.
Najviše problema stvara činjenica da je problem statički neodređen i da se mora pretpostaviti raspodjela normalnih naprezanja po kliznoj plohi.
θ
σ sin
slika 1.2
θ=
s in
θ=
0
s in
θ=
m a x
0
Pretpostavka sinusnog rasporeda normalnog naprezanja po kliznoj plohi
U grafičkoj metodi pretpostavljena je raspodjela normalnih naprezanja po funkciji sinus (slika ( slika 1.2). 1.2). Ovu je metodu metodu razrad razradio io Taylor Taylor (1948). (1948). Primje Primjenju njuje je se za homoge homogene ne pokose. pokose. Temelji Temelji se na tri pojedinačna slučaja: •
prvi kad tlo ima koheziju, a kut trenja jednak nuli (poglavlje 3.4.2), 3.4.2),
•
drugi kad tlo nema koheziju, a kut trenja različit od nule (poglavlje 3.4.3), 3.4.3),
•
treći kad tlo ima i koheziju i kut trenja (poglavlje 3.4.4). 3.4.4).
16
3.4.2
Slučajevi s c 0 i
=0
Djelovanje Djelovanje reaktivnih reaktivnih naprezanja naprezanja svodi se na reaktivne sile. Potrebno je odrediti odrediti veličinu veličinu i položaj položaj maskimalne posmične sile, T c c , koja nastaje kao rezultat maksimalnih posmičnih naprezanja duž klizne plohe.
c
S
0 = 0
P O L IG O N S IL A N
P T
r
c
N - r e z u l t a n t a s v i h n o r m a lnl n i h r naprezanja, σ, u z d u ž k l iz n e p lo h e P - n a p a d n a s i la
l t -
a l u k a l j i n u d l -
t i i v v e e e t i n n a j j l u d
rc
T c - r e z u ltl t a n t a s v i h p o s m i č n i h n a p r e z a n j a , τ , u z d u ž k liz n e p lo h e
T
c
τ= c 'd slika 1.1
Grafička metoda određivanja stabilnosti pokosa za slučaj kada je ϕ=0, a c≠0.
Veličina sile T c. Ako je materijal homogen i ima samo koheziju (T ( T φ =0 ⇒ T=T c), posmična naprez naprezanj anja a uzduž uzduž klizne klizne plohe plohe su konsta konstantn ntna a i jednak jednaka a mobili mobilizir ziranoj anoj kohezi kohezijiji (jed. 3.2.2tablica 1.1(2.5)). 1.1(2.5)). Djelovanje naprezanja naprezanja prevodi se na sile po jedinici duljine klizne plohe tako da se veličina naprezanja pomnoži s 1 m'. Veličina rezultante takvih jediničnih sila dobije se kao odnos veličina luka i njegove tetive (3.4.2.1slika (3.4.2.1slika 1.1) 1.1) T c
=
l t ⋅ c ' F S
(1.1)
Ako je čvrstoća iscrpljena: 17
F S =1,0 ⇒T c = T f = l t ⋅ c'
(1.2)
Krak sile T c c . Pogodno je postaviti uvjete ravnoteže momenata obzirom na središte kružnice jer sve sile koje su okomite na kliznu plohu prolaze kroz tu točku i ne daju moment. Iz jednakosti statičkih momenata na središte S slijedi: r ⋅l ⋅τ ⋅τ = r c c ⋅ T c c
(1.3)
gdje je: l
duljina luka,
r
polumjer kružnice,
r c c
nepoznati krak sile T c c .
Uz pretpostavku da je F S =1.0 dobijemo da je udaljenost sileT sileT c=T f f od središta S: r c
= r
l ⋅ c'
l
l t ⋅ c'
= r ⋅ = κ c ⋅ r l t
(1.4)
gdje je κ c c (čita se: kapa-c) parametar koji ovisi samo o veličini središnjeg kuta kod S. Važno je uočiti da je krak sile T c c jednak kraku sile T f f , tj. da one leže na istom pravcu.
Grafički postupak. Uz pretpostavku da su veličina i smjer aktivne sile P poznati, P poznati, odredi se njezino presjecište s pravcem sile T kroz koje mora prolaziti i sila N (3.4.2.1slika 1.1), 1.1), pa se veličina mobilizirane sile T c c može odrediti iz verižnog poligona. Faktor sigurnosti odredi se kao odnos: F S
3.4.3
Slučajevi s c = 0 i
=
T f T c
=
c'⋅l t T c
(1.5)
0
Dokaz nije tako jednostavan kao u slučaju 1. Naime, budući da posmična čvrstoća tla ovisi o normal normalnim nim naprez naprezanj anjima ima na kliznu kliznu plohu plohu (trenj (trenje!), e!), potreb potrebno no je pretpost pretpostavi avititi neki neki prirodni prirodni oblik oblik raspodjele tog naprezanja. Taylor je uzeo funkciju sinus koja ima maksimalnu veličinu u sredini, a jednaka je nuli na rubovima (gdje klizna ploha izbija na površinu). Za takvu je raspodjelu dobio parametar odnosa polumjera kružnice i polumjera djelovanja reaktivne sile od trenja. Pretpostavlja se da je raspodjela raspodjela po zakonu zakonu sinusa sinusa iz čega se izračuna izračuna udaljenost rezultante rezultante otpornih posmičnih posmičnih sila, r S: r S = κ S ⋅ r
(1.1)
gdje je r radijus klizne plohe, a κ S je funkcija središnjeg kuta Θ (theta) i očita se iz dijagrama kojeg pruža 3.4.3.1slika 1.3. Potrebno je odrediti kut ψ koji aktivna sila zatvara sa rezultantom sila normalnih normalnih na kliznu kliznu plohu. Vrijedi postavka postavka da, ako su sve sile na kliznoj plohi nagnute pod kutom ψ (prema normali), i njihova će rezultanta biti nagnuta pod istim kutem prema normali. Kada se odredi presjecište sile P, s kružnicom radijusa r S očita se ψ (slika 1.2), 1.2), a faktor sigurnosti za ovaj slučaj dobijemo iz izraza: F S =
tg ϕ tg ψ
(1.2)
18
c
= 0 0
P O L IG O N S IL A
r φ = r ⋅ κ s ⋅ s i n ψ
S
N P T r P - n a p a d n a s ila
r rs=
sr
T - r e z u ltl t a n t a s v i h p o s m i č n i h n a p r e z a n j a , τ , u z d u ž k liz n e p lo h e N - r e z u lt a n t a s v ih n o r m a ln i h naprezanja, σ, u z d u ž k liz n e p lo h e slika 1.2
Grafička metoda određivanja stabilnosti pokosa za slučaj kada je ϕ=0, a c≠0.
κc κs κc 1 .1 1 .0
κs 20
60 slika 1.3
120
Θ
Dijagam vrijednosti κ S i κ c
19
3.4.4
Slučajevi s c 0 i
0
Problem se rješava tako da se svede na jedan od dva prethodna i to tako da se, pretpostavi da je vrijednost F s1 poznata obzirom obzirom na jedan parametar parametar čvrstoće. čvrstoće. Grafički postupak postupak se provede do kraja i s1 poznata dobije F s2 koji mora biti jednak onom prvotno pretpostavljenom. Ako to nije slučaj postupak se ponovi s2 sa srednjom vrijednošću F s3 )/2 i ponavlja se dok se te vrijednosti ne izjednače. Obično su s3 = (F s1 s1 + F s2 s2 )/2 dovoljne dvije iteracije. Obzirom na dva parametra čvrstoće, postoje dvije varijante. Jednom se pretpostavi F sc sc , a drugi put F sϕ .
NAČIN 1. Pretpostavi se F sc1 1.1): sc1 (slika 1.1):
c
S
0 0
P O L IG O N S IL A 2 . iti t e r a c i j a 1 . iti t e r a c i j a P ψ 1 R T
R
2
R
N
1
c1
N
P
ψ 2
R T
φ1
2
T
c2
T
φ2
r
1
P - n a p a d n a s ila
r 2
rs=
sr 1
rc
slika 1.1
Grafička metoda određivanja stabilnosti pokosa za slučaj kada je c ≠0, a ϕ≠0 – Način 1
Problem se rješava iterativno: 1) Pret Pretpo post stav avii se vrij vrijed edno nost st F sc1 sc1 (npr.1.5) i izračuna T c1
=
c ⋅ l t F Sc1
(Opaska: time sila T c1 c1
postaje poznata veličina i s njom se mogu crtati poligoni sila), 20
2) Iz poli poligon gona a sila sila odre odredi di se se smjer smjer R1 i nacrta na slici. Očita se ψ 1 na sjecištu s r S. 3) Izr Izračunamo F sϕ 1 =
tg ϕ
, ako je različit od F sc1, sc1, postupak se ponavlja s F sc2 sc2 = (F sc1 sc1 + F sϕ )/2.
tg ψ
1.2): NAČIN 2. Pretpostavi se F sϕ 1 (slika 1.2):
c
0 0
P O L IG O N S IL A 2 . iti t e r a c i j a 1 . iti t e r a c i j a
r φ 1 = r ⋅ κ s ⋅ s i n ψ 1 r φ 2 = r ⋅ κ s ⋅ s i n ψ 2
S
P ψ 1 R T
R
1
c1
N
N
P
ψ 2
R T
φ1
2
T
c2
T
φ2
r
2
R
1
P - n a p a d n a s ila
r 2
rs=
sr 1
rc
slika 1.2
Grafička metoda određivanja stabilnosti pokosa za slučaj kada je c ≠0, a ϕ≠0 – Način 2
Problem se rješava iterativno: tg ϕ
tg ϕ
⇒ tg ψ 1 = 1) Pret Pretpo post stav avii se se F sϕ 1 (npr.1.5) i izračuna r φ1 . ⋅κ s⋅sinψ1 iz F S ϕ 1 = φ1=r ⋅κ tg ψ 1 F S ϕ 1 2) Rezult ultanta nta R1 mora sjeći presjecište P i T c. 3) Iz polig poligon ona a sil sila a se se odre odredi di T c1 4) Izr Izračunamo F Sc1
=
l t ⋅ c
=
T c F Sc1
=
l t ⋅ c F Sc1
, ako je F Sc1 T c1 ponavlja s F sϕ 2 2 = (F sc1 sc1 + F sϕ 1)/2 itd.
≈
F S ϕ 1 , imamo imamo rješenje rješenje,,
ako ne, ne, postupak postupak se
21
KOMENTAR O GRAFIČKOJ METODI: Grafička metoda se primjenjuje kad je tlo homogeno i jednostavni geometrijski i drugi uvjeti. Danas se rijetko koristi. Međutim, s pedagoške je strane još uvijek prihvatljiva jer se u njoj zorno uravnotežuju aktivne i pasivne sile i određuje faktor sigurnosti. Pogodna je kada nešto treba na brzinu izračunati, a nedostaju kompjuteri i slične alatke (primjerice na gradilištu). Za složenije se uvjete koriste metode lamela, koje su danas uglavnom vezane uz upotrebu računala. S time je postupak dobivanja F s donekle zamagljen, i dobro ga je povremeno provjeriti grafičkom metodom ili se poslužiti već gotovim dijagramima za određivanje stabilnosti koji su razrađeni za jednostavnije slučajeve.
3. 3.55 3.5.1 3.5 .1
KRUŽ KRUŽNE NE KLIZ KLIZNE NE PLOH PLOHE E - METO METODA DA LAME LAMELA LA Predn Prednost ostii metod metode e lamela lamela u odnos odnosu u na graf grafičk ičku u metod metodu u
Kod metode lamela se klizni disk dijeli na stupce (lamele) koji se promatraju pojedinačno, a zatim se traže zajednički uvjeti ravnoteže za čitavi klizni disk. Lamele pružaju dvije osnovne prednosti u odnosu na grafičku metodu: 1) U grafičkoj grafičkoj metodi metodi uvedena uvedena pretpostavk pretpostavka a o raspodjeli raspodjeli normalnih normalnih naprezanj naprezanja a na kliznoj kliznoj plohi, plohi, ovdje se dobije jednostavno iz opterećenja (težine) same lamele.
S
h
γ σ
slika 1.1
Upotreba lamela za analizu stabilnosti pokosa
22
2) Drugi je razlog razlog za upotrebu upotrebu lamela lamela – jednostavno jednostavno uzimanje uzimanje u obzir obzir složeniji složenijih h geometrijskih geometrijskih uvjeta, uslojenosti tla i strujanja podzemne vode. U nastavku bit će prikazano uzimanje u obzir strujanja podzemne vode.
R. P. V. sw CI SF
slika 1.2
3.5.2 3.5 .2
Primjer složenih geometrijskih uvjeta uslojenosti tla.
Određi Određivan vanje je djelov djelovanj anjaa vvode ode na klizni klizni disk disk
Bit će prikazana prikazana tri načina uzimanja uzimanja u obzir djelovanja djelovanja vode na klizni klizni disk. Sva tri načina daju jednako ukupno djelovanje sila od vlastite težine tla i sile od vode:
NAČIN I:
Konstruira se strujna mreža i odrede sile strujnog tlaka u čvorovima strujne mreže. Sila I je rezultanta svih tih pojedinačnih sila. U dijelu pokosa pokrivenog strujnom mrežom težina tla se računa kao produkt površine sa strujnom mrežom i γ ’ (slika 1.1). 1.1).
NAČIN II:
Iz strujne mreže (koja nije ucrtana) odredi se piezometarska linija (linija pornih tlakova). Sumirani porni tlakovi po kliznoj plohi daju rezultantu U, a u jezeru silu P (3.5.2.1slika 1.2). 1.2). (Pažnja: linija pornih tlakova po kliznoj plohi različita je od linije slobodnog vodnog lica).
NAČIN III:
Produlji se linija vanjske vode i dio ispod te linije u kliznom disku se smatra smatra da je disk disk “uronjen “uronjen”” djelom djelomičn ično o u vodu. vodu. Time Time smo “potroš “potrošili ili rezultantu tlakova od vode, P 1 iz NAČINA II i dio rezultante pornih tlak tlakov ova a U. Budu Budući ći da stru struja janj nje e ipak ipak post postoj oji,i, rezul rezulta tatt se “popra “popravi vi”” dodavanjem sile pornih tlakova U koja je “ostatak” od sile U, a dobije se mjerenjem visine od produljene razine mirne vode do piezometarske linije (slika (slika 1.3). 1.3). 1
PAŽNJA! Budući da svaka klizna ploha siječe strujnu mrežu na drugi način plohi odgovara njezina piezometarska linija.
⇒
svakoj kliznoj
23
S
N A Č IN I
C
W
re ž a s t r u j n a m
2
D B j e z e r o
I
W '1
A
I - u k u p n i s t r u jnj n i t l a k n a A B D A ( r e z u l t a n t a s v i h s t r u jnj n i h t l a k o v a p o c i j e lol o j s t r u jnj n o j m r e ž i)i ) W ' 1 - u r o n jej e n a t e ž i n a A B D A W 2 - u k u p n a t e ž in a B C D B slika 1.1
Određivanje djelovanja djelovanja vode na stabilnost pokosa preko strujne mreže
N A Č IN II C
U K U P N A T E Ž IN A T I J E L A ACEA
d n o l i c e o v o n d o b s l o k a l i n i j a r s k a o m e ta z e i p
W
R E Z U L TA N T A T L A K O VA O D VODE NA AB
∇ ≡
P1
E
B
u
A u
P I E .Z O M E T A R
u
- R E Z U L T A N T A P O R N IH T L A K O V A P O K L IZ N O J PLOHI U
slika 1.2
Određivanje djelovanja vode na stabilnost pokosa preko vrijednosti pornih tlakova po kliznoj plohi (porni se tlakovi odrede iz strujne mreže).
24
N A Č IN III C
p i e z o m e t a r s k a l ini n i j a
W4 D
∆u γ w
∇ ≡
B
E
p r o d u l j e n a l ini n i j a v a n j s k e vode
W '3
A
U
∆u
F
1
. . . u r o n j e n a t e ž ini n a A B E F A .. .u k u p n a t e ž i n a B C D E B . . . r e z u l t a n t a p o r n i h n a d t lal a k o v a
W '3 W U
slika 1.3
3. 3.5. 5.33
4
Određivanje djelovanja vode na stabilnost pokosa pomoću produljene linije vode.
Bish Bishop opov ova a pojed pojedno nost stavl avljen jena a metod metodaa
Od metoda lamela, vrlo je popularna tzv. Bishopova pojednostavljena metoda (Bishop, 1955). Osnovne elemente te metode prikazuje slika 1.2. 1.2. Počinje se s određivanjem sila koje djeluju na svaku lamelu. Pri tome treba prepoznati koje se sile mogu odrediti unaprijed (kao vlastita težina, vanjsko opterećenje, opterećenje od vode i sl.) i one koje se dobiju iz ravnoteže sila i momenata. Promatranjem ravnoteže i -te -te lamele može se ustanoviti da se mogu izračunati sile od vlastite težine lamele: W 1, množenjem γ sa zasjenjenom površinom, i W ’ 2, množenjem s γ ’ preostale površine lamele. Posmična sila T odredi se kao zavisna od N preko F S i Mohr-Coulombovog zakona loma. Nepoznate ostaju E i i , E i+1 y = 0 (sa i+1 i N . U Bishopovoj pojednostavljnoj metodi se pretpostavlja da je ∆y = slike 9.4-6) tj. zanemaruje se razlika međulamelarnih vertikalnih sila. Iz ∑ y
=0 i
∑ M
S
= 0 , (M (M S moment oko središta klizne plohe, S) dobije se izraz za F S:
∑{c b + [W + W − ub] ⋅ tg ϕ } m1 F = ∑ (W + W ) sin α '
'
1
'
2
i
α
S
1
(1.1)
2
i
gdje je: mα
= cos α + sin α ⋅
tg ϕ ' F S
(1.2)
25
F S se ne može izravno izračunati jer je sadržan i u mα, pa se rješava iterativno (u koracima): 1) Pret Pretpo post stav avii se se F S u mα , npr. F S=1.5, 2) Izr Izračuna se mα prema izrazu (1.2), (1.2), 3) Izra Izraču čuna na se form formul ula a (1.1) i dobije F S, 4) Usporede se F S iz koraka 1. i 3. ,ako nisu jednaki sa srednjom vrijednošću se ide ponovo od koraka 1 (kao i kod grafičke metode).
S r i
+
-
n
r
s lo b o d n o v o d n o lic e p i e z o m e t r i j s k a l ini n i j a
i
p r o d u l j e n a l ini n i j a v o d e i
1
2
b i/2 bi
B R O J L AM E LE R A V N O T E Ž A S IL A N A i-to j L A M E L I Ti ( c ' li) /F s ( N itg φ ) /F
i p i e z o m e t r i j s k a l ini n i j a W
s
E W
i+ 1
i
W 1i
E
1i
∆ u i / γ w
p r o d u l j e n a l i n i jaj a v o d e 2i
T
i i
Ni
Ni W
2i
∆ u i•li ∆E ∆ u i• li
∆y ∆x slika 1.2
Bishopova pojednostavljena metoda.
26
3.5.4 3.5 .4
Kako Kako odabra odabrati ti parame parametre tre čvrst čvrstoće oće za anali analizu zu stabil stabilnos nosti ti pokos pokosa? a?
Parametri čvrstoće za analizu stabilnosti pokosa odabiru se prema vrsti tla i očekivanom tipu loma. Podsjetimo se na dvije osnovne vrste tala: krupnozrnata (u pravilu dobropropusna) i sitnozrnata (slabopropusna). Propusnost tala ima izravan utjecaj na uvjete dreniranja prilikom posmika (i loma tla po kliznoj plohi).
U KRUPNOZRNATIM TLIMA se pretpostavlja da se porni tlakovi pri posmiku brzo disipiraju (raspršuju), tj. padaju na nulu, pa se u analizi stabilnosti uglavnom koriste parametri iz konsolidiranih dreniranih pokusa (c’ i ϕ’).
τ
φ '
τ f = c ' + σ ' t g φ '
tr a g u k u p n ih n a p r e za n ja j j e d n a k j e t r a g u e f e k t i v n i h naprezanja
c '≈ 0
σ slika 1.1
Parametri čvrstoće dobiveni konsolidiranim dreniranim pokusom
U SITNOZRNA SITNOZRNATIM TIM MATERIJAL MATERIJALIMA IMA se smatr smatra a da, kod kod nagl naglijijih ih (brzi (brzih) h) opte optere reće ćenj nja a zbog zbog slabopropusnosti, ne može doći do disipacije pornih tlakova. Zbog toga se očekuje da će tragovi naprez naprezanj anja a ići kao što se to događa događa u konsol konsolidi idiran ranom om nedreni nedreniran ranom om troosn troosnom om labora laborator torijs ijskom kom ispitivanju. Tu treba razlikovati normalno konsolidirane (u pravilu meke) i prekonsolidirane (krute) materijale. = 0 (fi-nula) analiza. •
U rahlim će materijalima trag efektivnih naprezanja “skretati u lijevo” što znači da će nedrenirana čvrstoća tla biti manja nego da čvrstoću izračunavamo preko c’ i ϕ’ (3.5.4.1slika 1.2). 1.2). Zbog toga se stabilnost pokosa određuje u takvim tlima s c u ≠ 0 i ϕ = 0 , tzv. tzv. ϕ =0 (fi-nula) analiza (ctt u – nedrenirana čvrstoća).
RAHLA
τ τ f = c ' + σ ' 0
φ '
tr a g u k u p n ih n a p r e z a n ja
t g φ ' cu t r a g e f e k t iv n ih n a p r e z a n ja
c'
σ '0 (početno) slika 1.2
σ
Tragovi efektivnih naprezanja za normalno konsolidirano tlo. Nasuprot tomu, kod prekonsolidiranih tala trag efektivnih naprezanja “skreće u desno” (slika ( slika 1.3) 1.3 )
27
•
Nedrenirana čvrstoća za prekonsolidirana tla veća je, nego izračunata preko c’ i ϕ’ (slika slika 1.3), 1.3), ali ali se ipak ipak prep prepor oruč učuj uje e da se uzim uzima a ova ova drug druga a jer jer se smat smatra ra da laboratorijska ispitivanja daju veću nedreniranu čvrstoću od one in situ.
P R E K O N S O L ID IR A N A T L A
τ cu τ f = c ' + σ ' 0
tr a g u k u p n ih n a p r e z a n ja
t g φ ' φ '
t r a g e f e k t iv n ih n a p r e z a n ja
c'
σ '0 (početno) slika 1.3
3 .6
σ
Tragovi efektivnih naprezanja za prekonsolidirana tla
REFERENCE
Azizi, F. (2000), Applied Analyses in Geotechnics, University of Plymouth, UK, E&FN Spoon Das, Braja M. (1993), Principles of geotechnical engineering. - 3 rd edition, PWS Publishing Company, Boston, Massachusetts USA Kvasnička, P. (2003): Predavanja iz predmeta Mehanika tla i Geotehnika na RGN fakultetu – Zagreb nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Nonvei Nonveille ller, r, E. (1989) (1989),, Mehanik Mehanika a tla i temelj temeljenj enje e građev građevina ina -3. izdanj izdanje, e, Udžbenici Udžbenici Sveučilišta Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb
28
4 SANACIJA KLIZIŠ ZIŠTA 4 .1
OPĆENITO
Pokos kod kojeg je nastupilo klizanje, naziva se klizište. Uzroci klizanja mogu biti: •
•
prirodni utjecaji, ♦
promjena režima podzemnih voda,
♦
promjena vegetacije,
♦
erozija u koritima vodotoka,
♦
rastrošba materijala tla uslijed meteoroloških utjecaja (smanjenje čvrstoće),
♦
ispiranje tla tečenjem podzemne vode,
♦
potres,
ljudski zahvati, ♦
opterećenje na površini,
♦
promjena oblika kosine (usjeci, zasjeci, nasipi),
♦
drenaža
Klasifikacija klizišta prema obliku: odron
vlačne pu pukotine na na st strmim ko kosinama st stjenovita ilili ko koherentna materijala,
rota otacijsko kl klizanj anje
prete etežno ko kod hom homo ogenog ma materi erijala,
tran transl slac acijijsk sko o kli kliza zanj nje e
po ploh plohii dis disko kont ntin inui uite teta ta,,
složeno klizanje
kod nehomogenih materijala translacijskog klizanja.
kombinacija
rotacijskog
i
Znakovi prepoznavanja klizanja na terenu su (4.1.1.1slika (4.1.1.1slika 1.1): 1.1): •
ožiljci na terenu (raspukline, boranja),
•
pojava vode,
•
preslica,
•
"pijana šuma".
preslica
n a g n u t o d r v e ć e ( " p i ja n a š u m a " )
v i d lji v o t lo u p o d lo z i
g o m i l a n j e t lal a u nožici z n o k l i i z
j e e l o o t i i j
p o ja v a i z v o r a slika 1.1
Znakovi prepoznavanja klizišta
29
4. 4.22
POST POSTUP UPAK AK I MJE MJERE RE SANA SANACI CIJE JE
Kako Kako bi se ustanov ustanovili ili podaci podaci o kliziš klizištu tu obavlj obavlja a se niz praćenja, praćenja, ispitivan ispitivanja ja i mjeren mjerenja. ja. Osim Osim geotehničkih istražnih radova najčešće se provodi: •
geodetsko praćenje pomaka površine klizišta (ako ima vremena),
•
ugradnja piezometara, praćenje razine podzemne vode kako bi se dobila slika o strujanju podzemne vode,
•
ugradnja mekane cijevi i mjerenja šipkom ili inklinometrom (skuplje) kako bi se ustanovila dubina klizne plohe i brzina klizanja (slika ( slika 1.1). 1.1). (Inklinometar -uređaj za mjerenje nagiba).
p o č e t n i p o lo ž a j c i je v i
k l i i z z n o
m e k a n i m a lte r
t i i j e e l o o
p l a s t i č n a c i jej e v z o n a k liz n e p lo h e
NEPOMIČNO TLO
slika 1.1
Ustanovljavanje Ustanovljavanje vrste i dubine klizanja ugradnjom mekane cijevi
Nakon što se ustanovi položaj klizne plohe, razina podzemne vode te smjer klizanja, pristupa se proračunu stabilnosti pokosa. Za klizište znamo da je F s=1 (jer je tijelo kliznulo), te se proračunom stabilnosti pokosa usklađuju parametri čvrstoće i ostali podaci dok se ne dobije rezultat koji daje F s=1. Ti podaci podaci koriste koriste se za analizu utjecaja mjera sanacije na klizište kojima se mora postići zadovoljavajući F s>1. Uspješ Uspješna na sanaci sanacija ja kliziš klizišta ta postiž postiže e se uspješ uspješnom nom suradnj suradnjom om geolog geologa, a, koji koji prouča proučava va i otkriv otkriva a genezu, rastoršbu i strukturu materijal, te građevinara koji proučava mehaničke osobine materijala i mehanizme održavanja ravnoteže. Mjere sanacije klizišta mogu biti: 1) Prelaganje Prelaganje masa. Tlo se s gornjeg dijela klizišta uklanja ili prebacuje na donji dio klizišta (4.2.1.1slika 1.2) 1.2)
P R
E
A E M J N G A L A
S A
o o t i i j j e l o n k l i i z z
slika 1.2
Sanacija klizišta prelaganjem masa
30
2) Povoljno skretanje sile strujnog tlaka . Ovo je skretanje potrebno izvršiti tamo gdje se usta ustanov novii da je djel djelov ovan anje je podz podzem emne ne vode vode uzro uzrokk kliz klizanj anju. u. Ov Ovo o se skre skreta tanj nje e obavl obavlja ja drenovima. Drenovi se dijele na drenažne usjeke (slika ( slika 1.3) 1.3) i horizontalne drenažne bušotine (4.2.1.1slika 1.4). 1.4).
DRE NAŽNI USJEK
p o č e tn a R P V R P V u d re n u
A -A
A
p o s t o j e ć e t lol o glina pijesak
A z n k l i z
p o č e tn a R P V R P V u d r en u
šljunak
o o i j e l o t
slika 1.3
Sanacija klizišta drenažnim usjecima
H O R IZ O N T A L N E D R E N A Ž N E B U Š O T IN E N A K O N S A N A C IJ E
P R IJE S A N A C IJE r e ž a j n a m r e t r u j n s t r
slika 1.4
dren ( p e r f o r iri r a n a c i jej e v )
Sanacija klizišta horizontalnim drenažnim bušotinama
Sidren enje je i armi armira ranj nje e kliz klizno nog g tije tijela la.. Odgovarajućom 3) Sidr Odgovarajućom geotehničkom geotehničkom konstrukcij konstrukcijom om opterećenja kliznog tijela se prenose u sigurne zone u zaleđu klizišta. Moguće izvedbe su:
•
armiranje geotekstilom ();
•
armiranje mikropilotima,
•
čavlano tlo (eng. soil nails), nails),
•
geotehnička sidrenje,
•
sadnja vegetacije.
31
geotekstil
q
v l a č n e si le
q
T 1
p l l o o h a k l l i i z z n a a n l n l a c i i j j a p o t t e e n
slika 1.5
T 2 DETALJ G E O G R ID A
Sanacija klizišta armiranjem geomrežom
q
m i kro p i l o ti
p o t e n c i j a l n a k l i z n a p l o h a b e z m i k r o p i l o t a ; F s , 1 p o t e n c i j a l n a k l i z n a p l o h a s a m i k r o p i l o t i m a ; F s , 2 > F s , 1
slika 1.6
4 .3
Sanacija klizišta armiranje mikropilotima
REFERENCE
Azizi, F. (2000), Applied Analyses in Geotechnics, University of Plymouth, UK, E&FN Spoon Kvasnička, P. (2003): Predavanja iz predmeta Mehanika tla i Geotehnika na RGN fakultetu – Zagreb nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Nonvei Nonveille ller, r, E. (1989) (1989),, Mehanik Mehanika a tla i temelj temeljenj enje e građev građevina ina -3. izdanj izdanje, e, Udžbenici Udžbenici Sveučilišta Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb
32
5 PLIT PLITKO KO TEM TEMEL ELJE JENE NE KON KONST STRU RUKC KCIJ IJE E 5. 5.11
VRST RSTE PLI PLITK TKIH IH TEME TEMEL LJA
Plitke temelje možemo podijeliti prema njihovom obliku na: •
temelje samce ili pojedinačne temelje ♦
•
temeljne nosače ♦
•
prenose i raspodjeljuju opterećenje na tlo teret dva ili više stupova građevine
temelje trake ♦
•
prenose i raspodjeljuju opterećenje na tlo teret jednog stupa građevine
prenose i raspodjeljuju opterećenje na tlo teret masivnih građevinskih zidova na tlo.
temelje ploče ♦
prenose i raspodjeljuju opterećenje na tlo teret cijele građevine
Dimenzioniranje temelja provodi s na način da se zadovolje uvjeti sigurnosti protiv sloma tla (nosivosti), te uvjeti uporabljivosti (prihvatljive veličine apsolutnih i diferencijalnih slijeganja).
5. 5.22 5. 5.2. 2.11
ODAB ODABIR IR RJE RJEŠE ŠENJA NJA TEME TEMELJ LJEN ENJA JA GRA GRAĐE ĐEVI VINE NE Zaht Zahtje jevi vi na na teme temeljn ljnu u kons konstr truk ukci ciju ju
Temeljna konstrukcija mora na siguran način prenijeti opterećenje građevine u tlo uz uvjet da prema projektnim zahtjevima osigura stabilnost i funkcionalnost građevine kroz cijeli životni vijek građevine. Prema Eurokodu 7 mora se izraditi popis graničnih stanja za razmatranje. Obavezno se moraju razmotriti sljedeća granična stanja: •
gubitak sveukupne stabilnosti,
•
slom dosezanjem nosivosti,
•
slom klizanjem,
•
istodobni slom temeljnoga tla i konstrukcije,
•
slom gornje konstrukcije uslijed pomaka temelja,
•
prekomjerno slijeganje tla,
•
prekomjerno uzdizanje tla,
•
neprihvatljive vibracije.
Prema Eurokodu 7 pri odabiru projektnih situacija za plitke temelje naročito je važno utvrditi razinu podzemne vode. Podrobne specifikacije projektnih situacija za geotehničko projektiranje ako zatreba uključuju: • •
opću podobnost temeljnog tla na kojemu će konstrukcija biti smještena, raspored i klasifikaciju raznih područja tla, stijene i elemenata konstrukcija koji su uključeni u proračunski model,
•
nagibe slojnih ploha,
•
rudarske radove, špilje i ostale podzemne konstrukcije, 33
•
za konstrukcije na stijeni ili blizu stijene: ♦
naizmjenično pojavljivanje tvrdih i mekih slojeva,
♦
rasjede, pukotine i raspukline,
♦
šupljine nastale otapanjem, kao što su to podzemna ždrijela ili raspukline ispunjene mekim materijalom, te kontinuirane procese otapanja,
•
djelovanja, njihove kombinacije i slučajeve opterećenja,
•
narav okoliša unutar kojeg je projekt smješten, što uključuje: ♦
učinke podlokavanja, erozije i iskopa, koji vode promjeni geometrije površine terena,
♦
učinke kemijske korozije,
♦
učinke trošenja,
♦
učinke smrzavanja,
♦ ♦ ♦
promje promjene ne razine razine podzem podzemne ne vode, vode, što uključ uključuje uje i učinke učinke odvodnj odvodnjava avanja nja,, mogućeg plavljenja, zakazivanja drenažnih sustava, itd., prisutnost plinova koji izlaze iz tla, ostale učinke vremena i okoliša na čvrstoću i ostala svojstva materijala, npr. učinke rupa stvorenih životinjskim djelovanjem,
•
potrese,
•
uleknuća tla uslijed rudarenja ili kojih drugih povoda,
•
dopuštene deformacije konstrukcija,
•
učinke nove konstrukcije na postojeće konstrukcije ili postrojenja.
Prema Eurokodu 7 za određivanje dubine plitkog temelja, mora se razmotriti: • • •
dosezanje zadovoljavajućeg nosivog sloja, dubinu iznad koje stezanje i bubrenje gline, uslijed sezonskih promjena vremena ili zbog drveća i žbunja, može izazvati znatne pomake, dubinu iznad koje se mogu pojaviti oštećenja uslijed smrzavanja (poglavlje 5.2.2), 5.2.2),
•
razinu podzemne vode u temeljnom tlu i moguće probleme ako se zahtijeva iskop za temelj ispod ove razine,
•
moguće pomake temeljnoga tla i smanjivanje čvrstoće nosivog sloja zbog strujanja vode, klimatskih utjecaja ili uslijed zahvata gradnje,
•
učinke iskopa, koji se zahtijevaju za gradnju, na susjedne temelje i konstrukcije,
•
buduće iskope za instalacije u blizini temelja,
•
visoke ili niske temperature, koje će se prenositi iz zgrade u temeljno tlo,
•
mogućnost podlokavanja.
Prema Eurokodu 7 mogućnost sloma uslijed gubitka sveukupne stabilnosti naročito se mora provjeriti za temelje: •
blizu ili na nagnutom terenu, prirodnoj kosini ili nasipu,
•
blizu iskopa ili potpornoga zida,
•
blizu rijeke, kanala, jezera, akumulacije ili morske obale,
•
blizu aktivnoga rudnika ili podzemnih konstrukcija.
34
Prema Prema Euroko Eurokodu du 7 mogućn mogućnost ost sloma sloma gornje gornje konstru konstrukci kcije je uslije uslijed d difere diferenci ncijal jalnih nih vertik vertikaln alnih ih i horizontalnih pomaka temelja, moraju se razmotriti za konstrukciju pod projektnim opterećenjem za granično stanje nosivosti i za danu krutost tla, u cilju osiguravanja da neće doći do graničnog stanja nosivosti u gornjoj konstrukciji. Dva bitna zahtjeva na temeljnu konstrukciju koja posebno treba istaknuti su:
5. 5.2. 2.22
•
hidroizolacija i drenažni sustavi oko i ispod građevine te sve priključne instalacije (vodovod, kanalizacija, plinovod i dr.) moraju uspješno djelovati bez obzira na pomake temelja,
•
dilata dilatacij cije e građev građevine ine moraju moraju uspješ uspješno no djelova djelovatiti bez nepožel nepoželjni jnih h razmic razmicanj anja a i/ili i/ili diferencijalnih slijeganja.
Djel Djelo ovanj vanjee mr mraza aza na na tlo tlo
Zimi se površina tla izdiže, a u proljeće se spušta uz raskvašenje podloge (žitko stanje, blato), što uvjetuje oštećenje cesta, plitko temeljenih građevina i dr. Voda pri smrzavanju povećava volumen za 10% što npr. u tlu s relativnim porozitetom n=0,3 povećava volumen tla za 3%. Kod nas je zona smrzavanja tla do 1,2 m što bi uvjetovalo izdizanje tla od svega nekoliko centimetara. No, stvarno izdizanje je i po 50 centimetara. Razlog tome je što se ledene leće dohranjuju kapilarnom vodom. Uvjeti za gomilanje ledenih leća: 1) zasi zasiće ćen no tlo tlo, 2) dubina smrzavanja smrzavanja seže seže u područj područje e kapilarnog kapilarnog dizanja dizanja temeljne temeljne vode, vode, 3) sitnozr sitnozrnat nato o tlo, tlo, dovo dovoljn ljno o propu propusno sno,, 4) malen malen tempe tempera ratu turni rni gradi gradije jent nt - 5 °C
- 1 0 °C
0 °C d j e lol o m i č n o s m r zn u ta v o d a
0 °C
razina kapilarnog dizanja vode
p o t p u n o s m r zn u ta v o d a d j e lol o m i č n o s m r zn u ta v o d a
⇒ d o h r a n jiv a n je le d e n ih le ć a ⇒ g o m ila n j e le d a
Prema Casagrandeu kriteriji za ocjenu podložnosti tla djelovanju mraza: a) jednolično jednolično graduiran graduirano o tlo ako ako sadrži sadrži više od od 10% zrna zrna manjih manjih od 0,02 0,02 mm b) dobro graduirano graduirano tlo tlo ako sadrži više od od 3% zrna zrna manjih manjih od 0,02 mm mm Šljunak i pijesak nisu opasni pri smrzavanju, također i dobro zbijena, slobopropusna glina nije opasna jer su brzine kretanja vode jako male. Općenito učinak mraza ovisi o: •
vrsti tla,
•
količini frakcija ispod 0,02 mm,
•
razini podzemne vode,
•
visini kapilarnog dizanja, hc,
•
saturiranosti tla, Sr ,
•
klimatskim uvjetima.
35
Zaštitne mjere od posljedica smrzavanja tla su.
5. 5.2. 2.33
•
temeljenje objekata ispod dubine smrzavanja,
•
prekid kapilarnog dizanja vode tamponskim slojem propusnijeg materijala,
•
ugrađivanje sloja materijala koji toplinski izolira područje kapilarnog dizanja vode.
Teži Težina na zgra zgrade de bez bez tež težin inee tem temelj eljaa
Težina jedne etaže zgrade, g , se zajedno s pokretnim opterećenjem, p opterećenjem, p,, kreće se u granicama: 13 ≤ ( g + p ) ≤ 15
[ kPa ]
(1.1)
Ponekad se za neke složenije objekte opterećenje po etaži penje i do 18 [kPa], dok se kod knjižnica i skladišta treba detaljnije provesti analiza opterećenja. Kod velikih poslovno-stambenih objekata s velikim brojem etaža različitih visina (visina etaža: stambene stambene do 3 m, poslovne do 4 m a trgovine i lokali do 5m) opterećenje opterećenje po stambenoj etaži etaži računa se sa 14 [kPa], a poslovnih sa 15 [kPa]. Obiteljske kuće i drugi manji objekti građeni od šuplje opeke i laganih međukatnih konstrukcija imaju opterećenje opterećenje po etaži do 12 [kPa]. Primjer težina manja stambena zgrada tlocrtne površine površine 300 2 m (20x15 m) sa 4 etaže (podrum, prizemlje, dva kata i potkrovlje): osnovne etaže
20*15*4*13
15 600
kN
potkrovlje
20*15*1*5
1 500
kN
temeljna konstrukcija
20*15*0,6*25
4 500
kN
21 600
kN
21600:300=72
kPa
UKUPNO: PROSJEČNO:
Sa ovom vrijednošću s obzirom na vrstu tla može se dobro procijeniti koja vrsta temeljenja je potrebna, tj. nije potrebno imati statički proračun raspodjele sila prema stupovima i nosivim zidovima.
5. 5.2. 2.44
Hidr Hidroi oizo zola lacij cija a i dre drena nažn žnii sust sustavi avi
Kod objekata čiji su podzemni podzemni dijelovi povremeno ili stalno ispod razine podzemne podzemne vode mogu se istaknuti dva problema: •
zaštita gradilišta od podzemne vode za vrijeme izvedbe objekta,
•
zaštita gotovog objekta od prodora podzemne vode
Prvi se problem rješava zaštitom građevne jame drenažnim sustavima, dok se drugi problem rješav rješava a hidroi hidroizol zolaci acijom jom,, trajni trajnim m drenir dreniranje anjem m tla oko objekt objekta a ili kombin kombinira irano no hidroi hidroizol zolaci acijom jom i dreniranjem. U oba slučaju su nužni kvalitetni geotehnički istražni radovi kako bi se izradilo ispravno projektno rješenje.
5.2.5 5.2 .5
Trajn Trajno o dren drenira iranje nje tla oko i iispo spod d obje objekta kta
Trajno dreniranje se izvodi tako da se svi sustavi mogu provjeravati i održavati. U tu svrhu se izvode obodne i plošne drenaže te crpni sustav koji se automatski uključuje kada voda u sabirnom bazenu dosegne određenu razinu. Također mora postojati sustav uzbunjivanja koji upozorava kada se crpke nisu uključile.
36
RO
(a )
O bD
RO
O bD
SD
SD
SD
O bD
SD
SO
SD O bD O dD RO SO C
s a b ir n i d r e n obodni dren o d v o d n i d r en r az v o dn o o k n o s a b iri r n o o k n o c r p ka
SO O dD C
C C
O d D
SO
(b )
.
(c)
slika 1.1
5.2.6
.
.
.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .o. .o. .o. . o. . o. . o. . .o. .o. . o. . o. . o. . ..o . o. . o. . .o. .o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . o. . o. . .o. .o. .o. . o. . o. . o. . .o. .o. . o. . o. . o. .. o. . o. . o. . .o. .o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .o. .o. . o. . o. . o. . .o. .o. .o. . o. . o. . .o. .o. .o. . o. ..o. .o. . o. . o. . o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..o. .oo. .oo. . oo. . oo. . o.o. .oo. .oo. . oo. . oo. . oo. . .oo. .oo. .oo. . oo. . oo.. . oo. . oo. . oo. . o.o. .oo. .oo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . oooooooooooooooooooooooo
Trajno dreniranje tla oko i ispod objekta
Hidroizolaci cijja
Hidroizolacija je dio konstrukcije objekta koji sprječava prodiranje vode ili vlage iz okoline u građevinu odnosno istjecanje tekućine iz građevine u podzemlje. Pet načela dobre hidroizolacije: 1) hidroizolaci hidroizolacija ja treba biti biti sa svih strana strana kontinuirano kontinuirano obuhvaćen obuhvaćena a čvrstim dijelovi dijelovima ma objekta, objekta, 2) hidr hidroi oizo zola laci cija ja treb treba a pren prenos osititii samo samo sile sile koje koje su okom okomitite e na njiho njihovu vu ravni ravninu nu (pos (posmi mičn čna a naprezanja u ravnini hidroizolacije su redovito štetna), 3) sile sile koje koje se prenose prenose na hidroizol hidroizolaci aciju ju treba biti ravnomje ravnomjerno rno raspoređ raspoređena; ena; koncent koncentrir rirana ana i promjenjiva opterećenja treba izbjeći, 4) hidroizolaci hidroizolacija ja treba treba biti stalno stalno uklješt uklještena ena između između dva čvrsta čvrsta tijela tijela,, 5) hidroi hidroizol zolaci acija ja treba odabrati odabrati uvažav uvažavaju ajući ći termičku termičku postoj postojano anost st (bitum (bitumens enska ka do 40 ° C) u odnosnu na termičko opterećenje (npr. povišena temperatura u kotlovnicama) Hidroizolacija može biti samo ili dobra ili loša.
5.2.6.11 Vrste 5.2.6. Vrste hidroizol hidroizolacije acije Općenita podjela hidroizolacija: •
elastična HI (košuljica) ♦
izvodi se od materijala materijala nepropusnog nepropusnog za tekućine, a mogu preuzeti samo mala opterećenja, 37
•
kruta HI ♦
izvodi se od nepropusnih krutih premaza, odnosno nepropusne žbuke, koje nužno imaju adhezivna svojstava; osim što sprječavaju prolaz tekućine, one mogu na sebe preuzeti opterećenje koje se javlja (npr. negativan tlak), te ih predati na noseću konstrukciju na koju su nanešeni.
5.2.6.22 Podjela 5.2.6. Podjela HI prema prema položaj položaju u Po položaju u konstrukciji HI se izvodi kao: •
vanjska HI,
•
unutarnja HI,
•
kombinacija vanjske i unutarnje HI,
Osnovni položaj HI je vanjski, i treba ga izvoditi kad god je moguće.
5. 5.2. 2.6. 6.33 Vanj Vanjsk ska a HI LEGENDA:
slika 1.1
1
podloga za HI
2
horizontalna HI
3
zaštita horizontalne HI
4
podzemni dio objekta
5
vertikalna HI
6
zaštita vertikalne HI
Shematski prikaz vanjske hidroizolacije hidroizolacije
Prednosti vanjske HI: •
• • •
tlak okolnog tla se preko relativno elastične zaštitne obloge na vertikalnim stijenama, prenosi na HI. Težina objekta osigurava potreban tlak i uklještenje i na horizontalnim plohama. (zadovoljno 4. načelo) tlak vode izaziva naprezanja samo u konstruktivnim dijelovima objeta, jednom dobro izvedena izolacija trajno je dobro zaštićena. Naknadnim radovima unutar objekta ne ugrožava se HI. izvedba vanjske HI ne ovisi o rasporedu i namjeni budućih prostora,
•
u objektima sa visokim temperaturama (npr. kotlovnica) relativno se jednostavno toplinski izolira HI,
•
kada se objekt temelji u agresivnoj sredini pravilno odabrana HI štiti će objekt trajno.
Osnovni nedostatak vanjske HI je što se eventualne pogreške u izvedbi teško naknadno uklanjaju.
38
5.2.6. 5.2 .6.44 Unuta Unutarnj rnjaa HI LEGENDA: 1
osnovna ko konstrukcija ob objekta
2
unutarnja HI
3
zaštita horizontalne HI
4
zaštita vertikalne HI
5
slika 1.1
unutarnja konstrukcija za prijenos sila hidrostatkog pritiska
Shematski prikaz unutarnje hidroizolacije
Unutarnja HI koristi se za zaštitu objekta od vode iz tla i sprječavanje istjecanja tekućine iz objekta u okolno tlo (npr. bazeni, tankovi). Nedostaci unutarnje HI su: •
tlak tla ne utječe na HI, te ne pomaže uklještenju HI,
•
hidrostatski tlak djeluje u punoj veličini na unutarnje korito, a ne i na konstrukciju,
•
izvedba HI je određena rasporedom unutarnjih zidova i stupova,
•
5.2.7
u objektima sa visokim temperaturama (npr. kotlovnica) složeno se toplinski izolira HI,
•
kada se objekt temelji u agresivnoj agre sivnoj sredini, HI ne štiti objekt,
•
eventualne pogreške u izvedbi također se teško naknadno uklanjaju.
Dilatacije
Objekt Objektii većih većih dimenzi dimenzija ja trebaj trebaju u se zbog zbog širenj širenja a i skuplj skupljanj anja a materi materijal jala a konstr konstrukc ukcije ije uslije uslijed d temperaturnih promjena dilatirati. Također zbog povećanja sigurnosti od potresa potrebno je dilatirati objekt. Dilatacije stvaraju dva problema u temeljenju koja se projektom i izvedbom moraju riješiti: •
nejednolika slijeganja (problemi u komunikaciji),
•
prorez hidroizolacije (problem prodora vode u objekt).
Zbog toga dilatacije treba izvoditi na onim mjestima gdje će se to najmanje osjetiti, odnosno na onim mjestima gdje će se navedeni problemi najjednostavnije riješiti. Temelj lakšeg objekta treba podvući pod temelj težeg objekta, odnosno ako se ne može utvrditi ispod kojeg objekta se očekuje veće slijegan je izvode se naizmjenična podvlačenja.
39
slika 1.1
Shematski prikaz dilatacija
40
slika 1.2
Shematski prikaz dilatacija
41
slika 1.3
5. 5.33
Shematski prikaz dilatacija
MODELI MODE LIRA RANJ NJE E ODNO ODNOS SA TEME TEMELJ LJA A I TLA - ODRE ODREĐI ĐIV VANJE ANJE RAS RASPOD PODJELE JELE KONTAKTNOG OPTEREĆENJA
Deformacije tla na temeljnoj plohi u svakoj je točki jednaka deformaciji temelja (osim na krajevima konzola vitkih temeljnih greda, što se povremeno mogu izdignuti od površine tla). Zbog jednakosti deformacija tla i temelja, raspodjela kontaktnog opterećenja, q, kojim temelj opterećuje opterećuje tlo je složena složena funkcija funkcija elastoplast elastoplastičnih ičnih osobina tla i temelja. temelja. Stoga je proračun raspodjele kontaktnog opterećenja složen i u praksi se uvođenjem nekih pretpostavki problem pojednostavljuje. Kako je proračun raspodjele kontaktnog opterećenja složen tako se u praksi pristupa rješavanju tog problema na način da se uvođenjem nekih pretpostavki problem pojednostavljuje, o čemu ovisi i točnost rezultata. Slijedeće pretpostavke idu od složenijeg prema jednostavnijem pristupu: 1) tlo je stišljiv, stišljiv, jednoli jednolično čno ili ili nejednolič nejednolično no uslojen uslojen prostor, prostor, 2) tlo je elasti elastičan čan (većin (većinom om ortotro ortotropan) pan) polupr poluprost ostor, or, 3) tlo tlo je Wink Winkle lero rovv pros prosto torr (tlo (tlo se zamj zamjen enju juje je sust sustav avom om pera pera,, opru opruga ga – defo deform rmac acijije e proporcionalne silama što na njih djeluju) 4) temelj prenosi prenosi optereće opterećenje nje građevine građevine na tlo tlo kao linearno linearno raspodijel raspodijeljeno jeno opterećenj opterećenje. e. Kod pristupa temeljenih na pretpostavkama 1, 2 i 3 funkcija raspodjele kontaktnog naprezanja ovisi o krutosti temelja i deformabilnosti tla uz uvjet da jednakih deformacija temelja i tla, te se kod svih rješenja polazi od osnovne diferencijalne jednadžbe elastične grede:
42
E ⋅ I ⋅
4
d w dx
4
= −[ p( x) − q( x ) ] ⋅ B
(1.1)
gdje je: E
modul elastičnosti grede, [kN/m2],
B
širina grede, [m2],
I
moment inercije grede, [m4],
w
vertikalni pomak grede, [m],
p(x)
reakcija između grede i tla na mjestu x mjestu x , [kN/m2],
q(x)
opterećenje grede na mjestu x mjestu x , [kN/m2],
Prema Eurokodu 7 za krute temelje se može pretpostaviti linearna razdioba kontaktnog pritiska. Ako treba opravdati štedljiviji projekt, može se provesti i podrobnija analiza međudjelovanja tla i konstrukcije. Za savitljivi temelj se razdioba kontaktnog pritiska može odrediti tako da se temelj modelira kao greda ili ploča na kontinuumu u deformaciji ili na nizu opruga odgovarajuće krutosti i čvrstoće. Prema Eurokodu 7 u projektnim situacijama s koncentriranim silama koje djeluju na temeljnu traku ili ploču, sile i momente savijanja savijanja u konstrukcij konstrukcijii mogu se odrediti odrediti uporabom modela reakcije podloge za tlo na temelju linearne elastičnosti. Module reakcije podloge procijenjuje se na osnovi proračuna slijeganja uz odgovarajuću procjenu razdiobe kontaktnog pritiska. Module treba tako prilagoditi da izračunati kontaktni pritisci ne premaše one vrijednosti koje se dobiju uz pretpostavku linearnoga ponašanja. Znatno točnije metode, kao što su proračuni konačnim elementima, upotrebljavaju se ako međudjelovanje temeljnog tla i konstrukcije ima vodeću ulogu. U nastav nastavku ku detaljn detaljnije ije će se obradi obradititi pristu pristupi pi temelj temeljeni eni na pretpos pretpostav tavki ki 2 (poglavlje 5.3.2), 5.3.2), pretpostavki 3 (poglavlje (5.3.3 (5.3.3)) i pretpostavki 4(poglavlje 5.3.4). 5.3.4).
5. 5.3. 3.22
Teme Temelj lj na na elas elasti tičn čnom om pol polup upro rost stor oru u
Raspodj Raspodjela ela kontak kontaktno tnog g optere opterećenj ćenja a uz pretpos pretpostav tavku ku ponaša ponašanja nja temelj temeljnog nog tla kao elasti elastično čnog g poluprostora određuje se na slijedeći način: •
defo deform rmabi abiln lnos ostt tla tla karak karakte teri rizi zira ra se modu modulo lom m elast elastič ično nosti sti,, E , i Pois Poisso sono novi vim m koeficijentom, ν,
•
raspodj raspodjela ela dodatni dodatnih h napreza naprezanja nja u tlu računa računa se integri integriranj ranjem em Boussi Boussines nesquo quova va rješenja, deformacije konstrukcije temelja i temeljne plohe su jednake.
•
Osnovna diferencijalna jednadžba elastične grede 5.3.1tablica 1.1(1.1) nema analitičko rješenje kad je raspodjela dodatnih naprezanja u tlu, σ ( x ) z , ovisna o opterećenju površine jer je slijeganje
( ) = ∫ σ ( x ) D
w x
0
E
z
dz .
Zbog toga se za rješenje primjenjuje neka diferencijska metoda, gdje se kao primjer u nastavku izlaže rješenje koje je obradio Šuklje (1974).
5.3.2.11 Elastična 5.3.2. Elastična greda greda na elastično elastičnom m tlu Primjer Primjer elastične elastične grede na elastič elastičnom nom tlu pruža slika 1.1. 1.1. To statički određen sustav. Važno je primijetiti da se točke grede označavaju crtkano (npr, točka k' ), ), a točke tla obično (npr. točka k ). ).
43
1'
(a )
M
1'
Q
1'
k'
M
k'
Q
k'
M n'
lk
n'
li
p k
p i
xi w
(b )
X w
1'
υ0
w
i
x i ⋅υ 0
δi
Z slika 1.1
X
i
k xk
Q
n'
Elastična greda na elastičnom tlu – Šuklje (1974)
Preko stupova u točkama 1', k', n' temeljna greda je opterećena koncentriranim silama Q 1' , Qk' i Qn' te koncentriranim momentima M1' , Mk' i Mn'. Navedena opterećenja ne ovise o deformaciji grede. Slijeganje grede, w i', u točki xi' je: wi
= w1' + xi ⋅ ϑ 0 + δ i
(1.1)
gdje je: w 1' 1'
slijeganje grede u točki 1',
x i' i'
udaljenost od točke 1' do točke i' , nagib odabranog pravca (npr. spoj točaka 1' i n' na osi grede) nakon opterećenja grede,
0
pomak u točki i' grede i' grede u odnosu prema odabranom pravcu,
δ i i
δ i
n
n'
k =1
k '=1'
= ∑ β ik ⋅ l k ⋅ pk + ∑ [ β ik ' ⋅ Qk ' + β ik * ' ⋅ M k ' ]
(1.2)
gdje je: β ik' ik'
pomak u točki i' grede i' grede u odnosu prema odabranom pravcu kada je greda opterećena jediničnom silom, Xk,1=1,
* ik' β * ik'
pomak u točki i' grede i' grede u odnosu prema odabranom pravcu kada je greda opterećena jediničnom momentom, Mk,1=1.
Utjecajne faktore β ik' *ik' ik' i β * i k' za odabrani model grede određuje se prema dimenzijama i mehaničkim svojstvima grede. Slijeganje tla, wi', u točki xi' je: n
wi '
= ∑ α ik ⋅ l k ⋅ pk
(1.3)
k =1
gdje je αik slijeganje tla u točki i za i za koje nastaje pod djelovanjem sile X k,1=1 u točkama k =i , odnosno jednolično raspodijeljeno opterećenje na duljini elementa k . Utjecajne faktore αik za odabrani model tla (linerno-elastičan ili nelinerno-elastičan, homogen ili nehomogen i sl.) određuje se prema temeljem proračuna slijeganja uz odgovarajuću raspodjelu dodatnih naprezanja u tlu (za primjer poglavlje 5.3.6 donosi slijeganja tla na bazi teorije elastičnosti). 44
Uz pretpostavku da su deformacije konstrukcije temelja i temeljne plohe jednake uređenjem gornjih izraza dobiva se sustav od n jednadžbi: n
w1'
n'
n
+ xi ⋅ ϑ 0 + ∑ β ik ⋅ l k ⋅ pk + ∑ [ β ik ' ⋅ Qk ' + β ⋅ M k ' ] = ∑ α ik ⋅ l k ⋅ pk * ik '
k =1
k '=1'
k =1
Izraz (1.4) sadrži n+2 nepoznatih veličina p k , se iz uvjeta ravnoteže:
0
i w 1. Preostale dvije nepoznate veličine dobivaju
n'
n
∑l ⋅ p = ∑Q k
k
∑ l ⋅ p k
k =1
k
(1.5)
k '
k =1
n
(1.4)
k '=1'
n'
⋅ xk = ∑ [ Qk ' ⋅ xk ' + M k ' ]
(1.6)
k '=1'
Sile i pomaci su pozitivni u smjeru osi Z, a momenti u smjeru suprotnom od smjera kazaljki na satu.
5.3. 5. 3.33
Winkl inkler ero ov mo model tla tla
Winklerov model tla kontinuirano realno tlo zamjenjuje sustavom pera (opruga) koje podupiru konstrukciju. Odnos deformacije i naprezanja definiran je izrazom: w=
σ
(1.1)
k
gdje je: w
deformacija (slijeganje) [m]
k
modul reakcije tla, [kN/m 3], naprezanje, [kN/m2]
Nedostatak Winklerovog modela tla u opisivanju stvarnog ponašanja tla je u tome što Winklerov model ne prenosi posmična naprezanja između susjednih različito deformiranih pera. Stišljivo Stišljivo tlo zamijenjeno zamijenjeno sustavom elastičnih pera prikazuje prikazuje 5.3.3.1slik 5.3.3.1slika a 1.2. Kod Winklerovog modela tla opterećenje Q deformira samo ona pera na kojima greda izravno leži, dok se u stvarnom tlu deformira i okolno tlo. Ta razlika utječe na stvarnu raspodjelu kontaktnog opterećenja i deformaciju grede.
45
X
X
Q
Q w (x )
w (x )
( b ) W in k l e r o v p r o s t o r
( a ) S t iši š l j i v p o l u p r o s t o r
p w
w = w (p )
1
w = p /k w
( c ) D ija g r a m d e f o r m a c i je slika 1.2
Usporedba deformacije tla ispod temelja:(a)stišljiv temelja:(a)stišljiv poluprostor; (b) Winklerov prostor; (c) dijagram deformacije
Winklerov model tla se često upotrebljava jer su analitička rješenja diferencijalne jednadžbe 5.3.1tablica 1.1(1.1) za zadane rubne uvjete relativno jednostavna, a rezultati su realniji nego oni s pretpostavkom da je reakcija tla linearna. Pomak točke na površini površini Winklerovog Winklerovog prostora linearno linearno je proporcionalan proporcionalan intenzitetu intenzitetu opterećenja opterećenja p( p( x x ) te uz izraz 5.3.3tablica 1.1(1.1) dobiva se izraz:
( ) = p( x )
w x
(2.1)
k
Kao što prikazuje 5.3.3.1slika 1.2 (c) u području pomaka 0w1 Winklerov model daje manje pomake od stvarnih. Modul reakcije tla, k , ovisi o intenzitetu opterećenja p, p, o obliku i o veličini opterećene plohe, pa stoga nije konstanta tla. Terzaghi Terzaghi (1955) je proučavao proučavao vrijednosti modula reakcije tla raznih vrsta tla pri različitim zbijenostima. Modul reakcije tla za opterećenje pločom 30x30 cm, k 1 , pruža 5.3.3tablica 1.2. 1.2. Za opterećene plohe drugih dimenzija treba module reducirati jer jedinično opterećenje jednakog intenziteta izaziva veće slijeganje djeluje li na većoj površini (manji modul). Module reakcije podloge procjenjuje se na osnovi proračuna slijeganja uz odgovarajuću procjenu razdiobe kontaktnog pritiska. tablica 1.2
Modul reakcije tla za opterećenje pločom 30x30 cm, k 1 [kN/m3]
Pijesak suh ili vlažan predloženo srednje isto potopljeno Glina 2
qu [kN/m ] granične vrijednosti predloženo stanje
rahli 0,6-1,9 1,3 0,8 kruta 100-200 1,6-3,2 2,4
zbijenost srednje zbijen 1,9-9,6 4 ,2 2,6 konzistencija vrlo kruta 200-400 3,2-6,4 4 ,8
jako zbijen 9,6-32,0 16,0 9,6 čvrsta 400 6,4 9,6
Temelje Temeljem m teorets teoretskih kih i eksperi eksperiment mentalni alnih h istraži istraživan vanja ja Terzag Terzaghi hi (1959) (1959) je predlo predložio žio izraze izraze za prilagodbu podataka koje pruža 5.3.3tablica 1.2 za druge oblike temelja i to ovisno o vrsti temeljnog tla. Pa je tako:
46
2
B'+1 k = k 1 2 B '
- za nekoherentno tlo - za koherentno tlo
k =
k 1
(1.1) (1.2)
B'
gdje je: B' = B /30,3
reducirana širina temelja,
B
širina temelja.
Ako opterećena površina nije kvadratična već je L=m*B, Terzaghi predlaže slijedeći izraz: k = k 1
0,5 + m
(1.3)
1,5 m
Vesić (1961) predlaže izraz: k =
0,65 12 E s B 4 B
(1.4)
E s
EI 1 − ν
2
gdje je: E s
modul elastičnosti tla,
E
modul elastičnosti temelja,
I
moment inercije temelja, Poissonov odnos za tlo,
B
širina temelja.
Prednost izraza (1.4) je u tome što se modul reakcije tla povezuje s modulom elastičnosti tla E s koji se može ustanoviti ispitujući neporemećene uzorke u laboratoriju. Kao što će se vidjeti u nastavku, rješenje diferencijalne jednadžbe 5.3.1tablica 1.1(1.1) sadrži četvrti korijen i trigonometrijske i hiperbolične funkcije modula k, te njegova veličina malo utječe na rezultat. Zato se u praksi računa uz pomoć vrijednosti koje je predložio Terzaghi (5.3.3tablica (5.3.3tablica 1.2) 1.2) ako se na drugi način ne mogu dobiti pouzdanije vrijednosti modula reakcije tla. Gredu opterećenu silom Q(x) i raspodijeljenim opterećenjem q(x) prikazuje 5.3.3.1slika 2.2. 2.2.
47
EI
(a )
q(x)
Q (x )
B
d
X p ( x )
xQ L
X w
w
0
L
w (x )
(b )
α (x ) w X
(c )
M (x ) M X
(d )
S(x) S
slika 2.2
Shema ovisnosti između opterećenja grede, reakcije tla, deformacija i statičkih veličina
Raspodjela reakcije p(x) između grede i tla prema izrazu 5.3.3tablica 1.1(2.1) je:
( )
( )
p x = k w x
(2.1)
Uz taj odnos jednadžba elastične linije grede 5.3.1tablica 1.1(1.1) poprima oblik: 4
E ⋅ I ⋅
d w dx
4
(2.2)
+ k w B = q ⋅ B
Uvođenjem supstitucija F=E*I i k 1=k*B izraz 5.3.3tablica 1.2(2.2) poprima oblik: 4
F
d w dx
4
(2.3)
+ k 1 w = q ⋅ B
Nadalje uvodi se bezdimenzionalna koordinata osi grede:
ξ = x ⋅ 4
k 1
(2.4)
4 F
uz koju rješenje jednadžbe 5.3.3tablica 1.2(2.3) poprima oblik: w = C 1ψ 1 + C 2ψ 2
+ C ψ + C ψ 3
3
4
4
(2.5)
U rješenju su C1, C2, C3 i C4 integracijske konstante koje se izračunavaju iz graničnih uvjeta, a funkcije bezdimenzionalne koordinate:
= cosh ξ ⋅ cos ξ ψ 2 = cosh ξ ⋅ sin ξ
ψ 1
= sinh ξ ⋅ cos ξ ψ 4 = sinh ξ ⋅ sin ξ
ψ 3
(2.6)
48
Pomoću jednadžbe 5.3.3tablica 1.2(2.3) dobivaju se: - poprečna sila
S x
- momenta savijanja
= − F
M x
- nagib osi grede
= F
tg α =
d 3 w dx
(2.7)
3
d 2 w dx
(2.8)
2
dw
(2.9)
dx
Granični uvjeti za primjer q(x)=0 i jednom silom Q(x) na mjestu xQ , su: x = 0, M 0 x = xQ ,
w( 1)
= w( 2) ,
S 0
=0
= tg α ( 2 ) , M (1) = M ( 2 ) , M L = 0, S L = 0
tg α ( 1)
x = L,
= 0,
(2.10) S (1 )
= S ( 2 )
Indeks 1 označava dio grede od x=0 do x=xQ i a indeks 2 označava dio grede od x=xQ do x=L. Uvrštavanjem tih uvjeta u izraze 5.3.3tablica 1.2(2.5), 5.3.3tablica 1.2(2.7), 1.2(2.7), 5.3.3tablica 1.2(2.8) i 5.3.3tablic 5.3.3tablica a 1.2(2.9) 1.2(2.9),, dobiva se sustav od osam linearnih jednadžbi iz kojih se izračunava četiri integracijske konstante za dio grede 1 i četiri za dio grede 2. Time je problem riješen i preko izraza 5.3.3tablica 1.2(2.1) se nalazi raspodjela reakcije p(x), preko izraza 5.3.3tablica 1.2(2.7) poprečne sile Sx, a prek preko o izra izraza za 5.3.3tablic 5.3.3tablica a 1.2(2.8) 1.2(2.8) momenti momenti savija savijanja nja Mx (tabli (tablice ce i računar računarski ski program programii pojednostavljuju postupak).
49
5. 5.3. 3.44
Line Linear arna na rasp raspod odje jela la opte optere reće ćenj njaa – prim primje jerr četv četver erok okut utno nog g teme temelj ljaa jedn jednos ostr tran ano o ekscentrično opterećena
Opterećenje temelja općenito se sastoji od kose slile P koja djeluje u njegovom središtu i momenta M.
M P N S
P' P
(a )
ta r2 r1
N
d
S 1/2B-r
L /2 td tc r
tb
B za slučaj r < B /6
(b )
0=
N/(BL)
2
1 za slučaj r > B /6
2
(c ) 1
B '= 3 ( 1 /2 B - r ) B
slika 1.1
Četverokutni temelj jednostrano opterećen: (a) shema temelja i op terećenja (b) raspodjela naprezanja kad je rezultanta sila u jezgri, (c) raspodjela naprezanja s reduciranim presjekom kad je rezultanta sila u izvan jezgre
Krak sile P prema sredini temeljne plohe je je r 1 , a krak rezultante P' je: r 2
= r 1 + M
(1.1)
P
Iz uvjeta ravnoteže uz pretpostavku linearne raspodjele opterećenja izvodi se izrazi za raspodjelu naprezanja na temeljnoj plohi. Najveće naprezanje, σ1 , ostvaruje se na rubu bliže hvatišta sile P', a najmanja najmanja na suprotnom suprotnom rubu. U vertikalnom vertikalnom smjeru integrirana integrirana normalna naprezanja, naprezanja, σ, jednaka su normalnoj komponenti, N', sile P'. Raspodjela normalnih naprezanja mora zadovoljiti i ravnotežu momenata. kad bi sila N djelovala u središtu temeljne plohe normalna naprezanja bi imala jednoličnu raspodjelu i njihov intezitet bi bio σ 0 =
N
(1.2)
B L
Uz pretpostavku linearne raspodjele moment M izaziva na rubu bliže hvatišta sile P', tlačna naprezanja, a na suprotnom rubu vlačna naprezanja intenziteta:
σ M
= ± M = ± 6 M 2 W
(1.3)
B L 50
Korištenjem izraza (1.2) i (1.3) dobiva se izraz za normalna naprezanja na rubovima: σ 1, 2
6r = σ 0 1 ± B
(1.4)
Prema izrazu (1.4) naprezanja na cijeloj plohi temeljenja su pozitivna kada je r ≤B/6, tj. kada sila P' prolazi jezgrom presjeka temeljne plohe. Kako se na kontaktu temelja s tlom ne prenose vlačna naprezanja, dimenzije temelja moraju se odabrati tako da rezultanta sila na djeluje izvan jezgre. Ako je pri ekscentritetu sile r>B/6 pretpostavlja se da je sila N djeluje u jezgri reducirane plohe širine:
1 2
(1.5)
=0
(1.6)
B' = 3 B − r
i pri tome su rubna naprezanja σ 1
5. 5.3. 3.55
=
2 N B' L
i
σ 2
Opće Općeni nito to o sl slij ijeg egan anju ju
Slijeganjem se, u pravilu, smatra vertikalni pomak površine tla, odnosno temeljne konstrukcije, koji nastaje djelovanjem opterećenja na površinu tla ili temeljnu konstrukciju. Površina tla, u ovom slučaju, može biti i tlo ispod građevine koje se može nalaziti na različitim dubinama. Slijeganje tla prate temelji, a time i cijela konstrukcija. Slijeganje je najčešće uzrokovano: •
opterećenjem,
•
sniženjem razine podzemne vode,
•
puzanjem,
•
dinamičkim efektima i sl.
Slijeganje je teško je procijeniti jer: •
tlo je nehomogeno,
•
tlo ima složene odnose naprezanja i deformacija,
•
teško je odrediti reprezentativne parametre deformabilnosti tla,
•
nepraktična je primjena složenih teorija koje bolje opisuju tlo od teorije elastičnosti,
•
slijeganje se slojeva kod koherentnih tala razvija s vremenom (konsolidacija).
Zbog toga je određivanje slijeganja u mehanici tla ispravnije nazvati procjenom (prognozom) nego proračunom. Općenito se ukupno slijeganje (wt) može podijeliti na: wi
trenutno slijeganje,
wc
primarno konsolidacijsko slijeganje i
ws
sekundarno konsolidacijsko slijeganje. wt
= wi + wc + w s
(1.1)
Trenutno slijeganje nastupa neposredno nakon promjene opterećenja. Kod krupnozrnatih tala je to i najizraženija komponenta slijeganja. Kod slabopropusnih, potpuno saturiranih tala izazvano je samo promjenom oblika tla tj. bez promjene volumena (distorzionom deformacijom). 51
Primarno konsolidacijsko slijeganje posljedica je promjene i oblika i volumena uslijed istjecanja viška vode iz pora, a izrazito je sporo kod zasićenih slabopropusnih tala (glina, prah, jako zaglinjeni pijesak ili šljunak). Sekundarno konsolidacijsko slijeganje izazvano je puzanjem tla (deformacijom pri konstantnom opterećenju), a izraženo je kod koherentnih tala. U inženjerstvu se, za proračun slijeganja, često koristi teorija elastičnosti gdje se tlo tretira kao homogen linearno elastičan materijal. Budući da je tlo porozan materijal, u čijim se porama nalaze voda i/ili zrak, potrebno je uzeti i utjecaj vode na proračun deformacija. Opravdanost tretiranja tla kao linearno linearno elastični elastični materijal pri dimenzionira dimenzioniranju nju temeljnih konstrukcija konstrukcija je u tome što se pri određivanju određivanju nosivosti tla faktorima sigurnosti odmičemo se iz područja izrazito nelinearnog u područje linearno elastičnog ponašanja materijala tla. Proračun slijeganja ne smije se smatrati točnim. On služi samo kao pokazatelj približnih vrijednosti.
5.3.6
Slijeganja Slijeganja tla na na bazi bazi teorije teorije elastičnost elastičnostii – rješenja rješenja u zatvoreno zatvorenom m obliku obliku
U slijedećim primjerima razmatra se samo slijeganje temelja na površini potpuno saturiranog (bez promjene volumena) ili potpuno suhog elastičnog poluprostora (s promjenom volumena). Pojam rješenje u zatvorenom obliku, znači da je rješenje točno (a ne približno) rješenje određenog rubnog problema. Ono se može prikazati u obliku formule u koju je potrebno samo uvrstiti tražene parametre. Takva se rješenja mogu izračunati samo za jednostavnije probleme teorije elastičnosti.
5.3.6.1 Koncentrirana sila na površini izotropnog linearno-elastičnog poluprostora Kada je sloj tla relativno velike debljine u odnosu na veličinu opterećene površine i kada se parametri stišljivosti ne mijenjaju po dubini, može se slijeganje izračunati izravno (u zatvorenom obliku), na temelju Boussinesqovog rješenja za djelovanje koncentrirane sile na površini homogenog elastičnog poluprostora (slika (slika 1.1) 1.1)
P
r
w
p
z slika 1.1
Aksonometrijski Aksonometrijski prikaz slijeganja slijeganja ispod koncentrirane koncentrirane sile na elastičnom elastičnom poluprostoru poluprostoru..
Točan izraz za slijeganje ispod sile na elastičnom poluprostoru, prema Boussinesqu, glasi:
( ν ) = 1 − ⋅ P 2
w P
π ⋅ E
(1.1)
r
gdje je: 52
P
veličina koncentrirane sile,
r
horizontalna udaljenost od sile do točke u kojoj se izračunava slijeganje,
E
Youngov modul elastičnosti (tla),
ν
Poissonov koeficijent.
Iako taj izraz daje točne vrijednosti slijeganja, ipak ima jedan nedostatak (za praktičnu primjenu) jer je prema njemu slijeganju ispod same sile (za r = r = 0) beskonačno veliko (singularna točka).
5. 5.3. 3.6. 6.22 Kruž Kružno no kont kontin inui uira rano no poluprostora
opte optere reće ćenj njee
na
povr površi šini ni
izot izotro ropn pnog og
line linear arno no-e -ela lasti stičn čnog og
Za kružnu površinu, veličine F , opterećenu kontinuiranim opterećenjem, q, radijusa – R , slijeganje se izračunava kao integral jednadžbe (1.1):
(1 −ν ) ⋅ q ⋅ dF = ∫∫ 2
wqR
( F )
π ⋅ E
(1.1)
r
gdje je dF element kružno opterećene površine jednolikim opterećenjem q (slika 1.2). 1.2). Iz gornje jednadžbe se dobije rješenje na temelju kojeg se može odrediti slijeganje za bilo koju točku na horizontalnoj udaljenosti r od r od središta kružne plohe: wqR
q ⋅ R ⋅ I r
=
(1.2)
E
gdje je I r r koeficijent, ovisan o ν i r . Za središte kružne plohe, na temelju izraza (1.2), dobiva se: wqRo
=
2 ⋅ (1 − ν 2 ) ⋅ R E
(1.3)
⋅q
q
R
w
qR
w qRo
r z slika 1.2
Aksonometrijski Aksonometrijski prikaz slijeganja slijeganja ispod kružno kružno opterećene površine površine
5.3.6. 5.3 .6.33 Pravo Pravokut kutno no kontin kontinuir uirano ano opter opterećen ećenje je na površ površini ini izotro izotropn pnog og linear linearno no-ela -elastič stičnog nog poluprorstora Slijeganje ispod ugla pravokutne plohe, dimenzija l × b ( l > b) izračunava se prema
( − ν ) q ⋅ b ⋅ I =1 2
wqBo
(1.1)
b
E
gdje se I b, koeficijent koji je odredio Steinbrenner (1934), dobije iz izraza (prema Bowles, 1982):
l − l l = ⋅ ln1 + +1 π b b b 1
I b
1
2
2
1
l l + +1 + ln b b 1
2
2
(1.2)
53
Ovo je rješenje za fleksibilni temelj, a za kruti temelj treba uzeti 7% manji koeficijent. Ovaj je izraz primjenljiv za razne tipove propusnih materijala (šljunke i pijeske), pa čak i za relativno propusne prašinaste materijale.
B
q L
w
qbo
r z slika 1.2
5. 5.3. 3.77
Aksonometrijski Aksonometrijski prikaz slijeganja slijeganja ispod ugla pravokutno pravokutno opterećene opterećene površine
Utjec Utjecaj aj dubi dubine ne teme temelje ljenj nja a na slij slijeg egan anje je
Pri prorač proračunu unu slijega slijeganja nja treba treba imati imati na umu da ona rješen rješenja ja raspodj raspodjele ele napreza naprezanja nja koja za pretpostavku imaju da se opterećenje nalazi na površini poluprostora kao rezultat pružaju veće veličine slijeganja od stvarnih. Kad temelj prenosi opterećenje na površini terena tlo se može slobodno deformirati, i dolazi samo do promjene naprezanja ispod plohe temeljenja. Za razliku od toga u slučaju kada temelj prenosi opterećenje na dubini D f ispod površine tla kontinuitet materijala ispod i iznad plohe temeljenja izaziva pored promjene naprezanja ispod plohe temeljenja i promjenu naprezanja u tlu iznad plohe temeljenja. Za slučaj slučaj temelj temelja a istih istih dimenz dimenzija ija i istog istog optereć opterećenja enja,, dodatn dodatna a napreza naprezanja nja u tlu ispod ispod plohe plohe temeljenja se smanjuju s povećanjem dubine temeljenja, što uvjetuje i smanjenje slijeganja koja su izravno uzrokovana dodatnim naprezanjima ispod plohe temeljenja. Fox (1948) je predložio rješenje za slučaj slijeganja temelja na dubini temeljenja D f s raspodjelom naprezanja za opterećenja na površini uz primjenu faktora korekcije, ω: w Df =ω ⋅ w0
(1.1)
gdje je: w Df Df
slijeganje na dubini temeljenja Df ,
w 0 0
slijeganje na dubini temeljenja Df =0, =0, (površina terena).
Faktora korekcije ω ovisi o dimenzijama temelja i Poissonovom koeficijentu, ν . (slika (slika 1.2) 1.2)
54
1
B
0 .9 L / B =
0 .8
L / B = 5
ω
L / B = 1
0 .7
L / B = 1
D
f
5 ν = 0 . 5 ν = 0 . 3 ν = 0 . 5
ν = 0 . 3
0 .6
0 .5 4 .
5 .
6 .
7 .
8 .
9 .
0
0
0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 0 1
D f / B slika 1.2
5 .4
Dijagram faktora korekcije ω (Fox, 1948)
REFERENCE
Azizi, F. (2000), Applied Analyses in Geotechnics, University of Plymouth, UK, E&FN Spoon Čorko, D. (1997), Hidroizolacija podzemnih dijelova građevina, Predavanja Kvasnička, P. (2003): Predavanja iz predmeta Mehanika tla i Geotehnika na RGN fakultetu – Zagreb nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Nonvei Nonveille ller, r, E. (1989) (1989),, Mehanik Mehanika a tla i temelj temeljenj enje e građev građevina ina -3. izdanj izdanje, e, Udžbenici Udžbenici Sveučilišta Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb Verić, F. (2000): Predavanja iz predmeta Temeljenje II na Građevinskom fakultetu – Zagreb
55
6 POBO POBOLJŠ LJŠAN ANJA JA TLA TLA I SANA SANACI CIJA JA TEME TEMELJ LJA A 6. 6.11
POBO POBOLJ LJŠA ŠANJA NJA TLA TLA ZA POTR POTREB EBE E TEME TEMELJ LJEN ENJA JA
Dodatn Dodatno: o: Nonvei Nonveille ller, r, E. (1989), (1989), Mehanik Mehanika a tla i temelj temeljenj enje e građevi građevina na -3. izdanj izdanje, e, Udžbenici Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb str.521; str 793-801
6.1.1
Uvod
Nosivost tla može se povećati promjenom svojstava tla: •
kuta unutarnjeg trenja, φ,
•
kohezije,c, i
•
jedinične težine, γ .
Na drugoj drugoj strani strani deforma deformabil bilnos nostt tla (slije (slijeganj ganje) e) može može se umanji umanjititi smanje smanjenjem njem porozi porozitet teta a i/ili i/ili povećanjem gustoće tla. Navedena svojstva mogu se promijeniti na više načina, a neki od načina su: •
zbijanje; ♦
•
predopterećenje; ♦
•
očvršćuje tlo,
armiranje geosintetikom ♦
6.1.2
smanjuje porozitet i očvršćava tlo,
kemijska stabilizacija ♦
•
posebno kod pjeskovitih naslaga gdje je Dr <50 <50 do 60 %
injektiranje ♦
•
prvenstveno ukrućuje tlo, no također povećava i nedreniranu čvrstoću tla, cu,
zbijanje vibriranjem; ♦
•
prvenstveno ukrućuje tlo, no također i očvršćava tlo,
drenaža; ♦
•
ekonomično rješenje; ukrućuje i očvršćava tlo,
prvenstveno armira tlo.
Zbijanje
Najjeftinija metoda. Zbijanje je nužno kada se temelji na samcima ili trakama kako bi se izbjeglo savijanje nenosive podne ploče nakon punog opterećenja temelja. Nasipi na kojima se temelji zbijaju se kontrolirano i imaju bolja svojstva od tla u podlozi. Stoga bi treba zbijati i tlo u podlozi kako bi se izbjegla diferencijalna slijeganja.
56
6.1. 6. 1.33
Predo edopter tereć ećen enje je
Relativno jeftino. Predopterećenje se može izazvati: •
stijenom,
•
tankovima ispunjenim pijeskom, vodom ili uljem,
•
spuštanjem razine podzemne vode.
Predopterćenje je najučinkovitija metoda kod normalno konsolidiranih do lagano prekonsolidiranih koherentnih materijala. Poboljšavanje učinka predopterećenja postiže se u kombinaciji s drenažom kako bi se ubrzala konsolidacija. Uobičajeno se predopterećenje postavlja veće od procijenjene težine buduće građevine, kako bi se tlo prekonsolidiralo i slijeganja objekta bila zanemarivo malena.
6.1.4
Drenaža
Vrste: •
horizontalna zavjesa između temelja i temeljnog tla,
•
vertikalni linijski drenovi,
•
kombinacija horizontalne i vertikalne drenaže.
Vertikalni linijski drenovi povoljniji su jer se tlo drenira u horizontalnom smjeru u kojem je koeficijent vodopropusnosti uobičajeno cca 5 puta veći od onog u vertikalnom smjeru. Također vertikalnom drenažom moguće je povezati izolirane proslojke pijeska ili šljunka u podlozi.
6. 6.1. 1.55
Inje Injekt ktir iran anje je i kemi kemijs jska ka stab stabil iliz izac acij ijaa
Metoda je skupa. Injektiranje je metoda kojom se pod pritiskom unosi u tlo stabilizirajuća smjesa. Pritiskom se smjesa smjesa tjera u pore tla u ograničenom području području uokolo uokolo injekcijske injekcijske bušotine. bušotine. Smjesa djeluje na način da sama ili zajedno s tlom tvori stabilniji materijal. Najčešće se upotrebljava cementna smjesa. Metoda se koristi za:
6 .2
•
sprječavanje toka vode na način da se injekcijskom smjesom ispunjavaju pore,
•
preventivno povećavanje gustoće pijeska ispod postojećih građevina,
•
smanjenje slijeganja.
ZAMJENA TL TLA
Zamjena se može provesti ispod cijelog objekta ili samo ispod temelja. Zamjena se obično provodi u širini većoj od samog objekta, odnosno većoj od širine temelja. Općenito se zamjena provodi kada je površinski sloj: •
male nosivosti,
•
velike stišljivosti ili
•
nejednake debljine.
Sloj nepovoljnih svojstava se može zamijeniti u cijelosti ili samo njegov dio ako se time mogu otkloniti problemi koji su doveli do potrebe zamjene sloja. 57
Prir Prirod odno no se loše loše tlo tlo (naj (najče češć šće e neko nekons nsol olid idir irano ano tlo tlo s orga organsk nskim im prim primje jesa sama ma), ), zamj zamjenj enjuj uje e materijalom koji je pogodan za jednostavnu ugradnju i dobro zbijanje. Ako u tlu dolazi do češćih većih promjena razine podzemne vode, tad se (ako je ispod zamjenskog sloja glina) najprije polaže tanki sloj pijeska (cca 10 cm) ili razdjelni geotekstil (mase 200 g/m 3). To je nužno kako bi se spriječilo prodiranje zamijenskog materijala u glinu (popuštanja temelja) uslijed promjena razine podzemne vode i promjene opterećenja.
Postupak zamjene tla: •
iskop do razine boljeg tla,
•
polaganje sloja pijeska ili razdjelnog geotkstila,
•
izvedba obodne drenaže s jamama za crpljenje vode,
•
ugradnja i zbijanje tamponskog sloja i tla ispod njega uz crpljenje vode sa kontrolom zbijenosti svakog sloja kružnom pločom ∅ 30 cm,
•
ugradnja slojeva i njihovo zbijanje vibrovaljkom sa kontrolom zbijenosti svakog sloja kružnom pločom ∅ 30 cm, ♦
•
zamjenski se materijal ugrađuje u slojevima debljine 30-50 cm ovisno o vrsti zamjenskog materijala, te o vrsti i težini strojeva za zbijanje. Općenito se sitniji materijal ugrađuje u tanjim slojevima, a krupniji u debljim slojevima. Zamjenski se materi materijal jal dovozi dovozi u građev građevnu nu jamu, jamu, razast razastire ire u slojev slojevima ima,, zbija zbija glatki glatkim m vibrov vibrovalj aljcim cima. a. Za vrijem vrijeme e ovih ovih radova radova,, razina razina vode u jami jami mora mora biti biti ispod ispod granice razdjelnog sloja i tampona, što se ako jepotrebo osigurava crpljenjem.
po završetku završnog sloja izvedba podložnog betona ispod temelja.
Daljnji tijek izvedbe temeljne kotrukcije: 58
6. 6.33
•
izvedba temelja
•
izvedba nasipa između temelja,
•
izvedba nasipa oko objekta,
•
izvedba nosive konstrukcije,
•
izvedba podne konstrukcije.
UTVR UTVRĐI ĐIVA VANJE NJE STA STANJ NJA A POSTO POSTOJE JEĆI ĆIH H OBJEK OBJEKAT ATA A
Za utvrđivanje stanja postojećih objekata bitno je poznavati: 1) Projek Projekte te susjedni susjednih h objekat objekata a i njihov njihova a optereće opterećenja nja •
Tlocrt prizemlja, podruma i temelja.
•
Položaj i dubina oborinske i otpadne kanalizacije.
•
Priključna okna (šahtovi) vodovoda, kanalizacije i plina,
•
Oborinska odvodnja i priključak na kanalizaciju.
• •
Opterećenja na temelje; posebno rubne temelje uz novi objekt. Koristiti postojeći statički račun ili napraviti procjenu (vidi poglavlje 5.2.3 izraz 5.2.3tablica 1.1(1.1)). 1.1(1.1)). Tipovi stropnih konstrukcija i podne konstrukcije podruma.
2) Geom Geomet etri riju ju tem temel elja ja • • •
Na tlocrtu temelja napraviti prevaljane presjeke. Koristiti Koristiti projektnu projektnu dokumentaci dokumentaciju, ju, a karakteristične presjeke provjeriti sondažnim jamama. Snimiti uzdužne presjeke rubnih temelja (cijeli temelj ne mora biti na istoj dubini). Provjeriti statičku shemu temelja (linijska ili koncentrirana opterećenja). U starim zgradama podrumski zidovi mogu biti izvedeni kao lukovi pa se vertikalna opterećenja prenose na produbljene temelje
3) Stanje Stanje kons konstru trukci kcije je i praćen praćenje je poma pomaka ka •
Snimiti sva oštećenja na zgradi. Za svaki zid i međukatnu konstrukciju napraviti nacrte pukotina i njihovih širina.
•
Na veće pukotine ugraditi stakalca za kvalitativno praćenje njihovog proširenja, a na glavna mjesta ugraditi i repere za kvantitativna praćenja.
•
Na rubne zidove ugraditi repere za praćenje slijeganja postojećih objekata u toku izvedbe novog.
•
Viskom snimiti vertikalnost rubnih zidova.
•
U prizemlju postojećih objekata s unutrašnje strane označiti vodoravnicu u svim prostorijama.
•
Na zabatnim zidovima prema novom objektu vidno označiti vodoravnicu (vagris) radi lakšeg praćenja slijeganja.
•
Utvrditi stanje priljubnica zabatnih zidova susjednih o bjekata i onih do njih.
4) Kakv Kakvoć oća a teme temeljlja a • •
Temelji od kamena (čvrsti, meki ili kamen u raspadanju). Povezanost: suhozid, složeni kamen povezan mortom, beton niske marke s ulošcima kamena. Temelji od opeke ♦
Kakvoća opeke (zdrava ili u raspadu od vlage). 59
♦ •
Kakvoća morta.
Temelji od betona i armiranog betona ♦
Marka betona, šljunak i/ili kameni slog povezan betonom
♦
Beton kompaktan ili raspucan zbog nejednakih slijeganja
♦ Armirani beton; marka betona i količina armature (posebno u donjoj zoni),
stanje armature i vrsta čelika. ♦
Debljina zaštitnog sloja armature (naročito s donje strane).
5) Mjeren Mjerenje je nagnu nagnutos tostiti posto postojeć jećeg eg objek objekta ta •
Polazi se od pretpostavke da su zidovi objekta izvedeni okomito, a podovi (barem prizemlja dok je opterećenje bilo malo i dok nije počelo slijeganje objekta) vodoravno. Ako su podovi pojedinih prostorija izvedeni na raznoj visini to ništa ne ometa provedbu ovog postupka mjerenja nagnutosti objekta.
•
Unut Unutar ar objek objekta ta povu povuče če se pomo pomoću ću cije cijevn vne e libel libele e na svim svim glav glavni nim m zido zidovi vima ma vodoravnica (vagris) koja označava referentnu vodoravnu ravninu od koje se mjeri udaljenost do poda.
•
Nejednaka visina od poda do vodoravnice ukazuje da pod objekta nije vodoravan i iz razlike visine unutar svake prostorije a i kuće kao cjeline) može se odrediti nagnutost podne konstrukcije, odnosno nagnutost objekta. Ova se nagnutost može (a i treba) provjeriti preko nagiba vanjskih zidova što se može izvesti bilo viskom bilo geodetskim instrumentom.
Svako pomanjk pomanjkanj anje e podata podataka ka o postoj postojeći ećim m objekt objektima ima (naroč (naročito ito njihov njihovim im Važna napomena: napomena: Svako temeljima) vodi k nesigurnim ili neracionalnim rješenjima u projektiranju njihove zaštite za vrijeme izvedbe novog objekta.
60
slika 1.1
6. 6.44
Utvrđivanje stanja postojećih objekata
ULEG ULEGNU NUĆA ĆA TEM TEMEL ELJA JA I PUK PUKOT OTIN INE E NA OBJE OBJEKT KTU U
Uzroci ulegnuća temelja i pukotina na objektu mogu biti mnogobrojni između kojih su najčešći: •
isušivanje površinskih slojeva tla ♦
Dugotr Dugotrajn ajna a suša suša rezult rezultira ira isparav isparavanj anjem em vode vode iz temelj temeljnog nog tla, tla, što može može uzrokovati stezanje tla. Kako zbog toga što stvarno temeljno tlo nije homogeno, a posebno što sam objekt sprječava sunčevim zrakama da izravno i jednoliko zagrijavaju zagrijavaju temeljno temeljno tlo, stezanje tla koje se događa za dugotrajnih dugotrajnih suša nikad nije nije jednoli jednoliko. ko. To uvjetuj uvjetuje e diferen diferencij cijaln alna a slijeg slijeganj anja a objekt objekta, a, dodatn dodatna a vlačna vlačna naprezanja u konstrukciji i pojavu više ili manje izraženih pukotina.
61
•
•
♦
Postojanje drveća s vrlo raširenim korijenjem (npr. tužna vrba), u neposrednoj blizini objekta također uzrokuje isušivanje temeljnog tla i može uzrokovati slične probleme kao djelovanje sunca u sušnom razdoblju.
♦
U mnogim slučajeva učinak navedenih faktora predstavlja dugotrajan proces i čini poteškoće u otkrivanju točnog uzroka poremećaja temeljenja.
istjecanje tekućine iz vodovoda, kanalizacije ili drenaže ♦
Jedan od najčešćih uzroka neželjenog ulegnuća temelja je ispiranje temeljnog tla uslijed istjecanja tekućine iz ukopanih cijevi.
♦
Tok tekućine u područje koje i nisu neposredno ispod objekta, djeluje na temeljno tlo na način da ga saturiranjem omekša i time oslabi. Temeljno tlo prestaje jednoliko prenositi opterećenje objekta što dovodi do nejednolikog slijeganja. Na isti način, nekontrolirana infiltracija površinske vode, čak i u manjim količinama, može uzrokovati plastificiranje temeljnog tla s neočekivanim smanjenjem nosivosti.
Iskop u blizini objekta ♦
Iskop neposredno uz objekt, posebno u nekoherentnom tlu bez primjerenih mjera predostorožnosti može izazvati opasno ulegnuća temelja.
62
♦
•
Neprimjerena temeljna konstrukcija ♦
•
Prethodna analiza svih mogućih uzroka popuštanja – od svojstava tla do prisus prisustv tva a vode vode u teme temeljljno nom m tlu tlu i dubi dubine ne temel temelje jenj nja a – neop neopho hodn dna a je pri utvrđivanju primjerenog rješenja koje može osigurati stabilnost fronte iskopa. Neprimjeren odnos između pritiska nametnutog temeljnom tlu i nosivosti tla često uzrokuje ulegnuće konstrukcije. Drugi uzrok je spor proces konsolidacije koherentnog tla, koji može potrajati desetljećima.
Uklanjanje tla ♦
Kada se tlo pri gradnji privremeno ukloni potrebni je pri vraćanju materijala tla ugradnj ugradnju u obavlj obavljati ati kvalit kvalitetn etno o kako kako se ne bi izgubi izgubila la mehani mehanička čka svojst svojstva va u odnosu na ona prije iskopa.
Mnogobrojni su uzroci koji mogu uzrokovati neželjene promjene u građevinama. Neki od njih su: •
klizanje tla koje može obuhvatiti veliko podru čje
•
promjene u volumenu i smjeru toka vode uzrokovane, npr, radovima u blizini
•
razlika u dimenzijama i dubini temelja pojedinih dijelova građevine
•
odsustvo organiziranog sustava temelja, iznad svega kod starih građevina ili kod građevina čiji su dijelovi rađenih u različitim periodima
•
predopterećenje uzrokovano tlom postavljenim na objekt
•
vibracije izazvane teškim cestovnim prometom ili st rojevima
•
razlike u zbijenosti temeljnog tla uzrokovane različitim stupnjem konsolidacije 63
•
6. 6.55 6. 6.5. 5.11
neravnomjerno uslojeno temeljno tlo ispod objekta
SANA SANACI CIJA JA TEM TEMEL ELJA JA I TLA TLA ISP ISPOD OD NJI NJIH H Inje Injekt ktir iran anje je temelj temeljaa od od kam kamen enaa 1) Prip Pripre remn mnii rado radovi vi •
•
Utvrđivanje stanja temelja (vrsta kamena, veziva, i procjene veličine i specifične zapremine zapremine šupljina) šupljina) radi izbora rasporeda rasporeda injekcijsk injekcijskih ih bušotina bušotina te sastava sastava injekcijske injekcijske smjese (omjer krute tvari i vode). Zaštita temelja i okolnog terena od gubitaka injekcijske smjese (betonska obloga)
2) Inje Injekt ktir iran anje je temel temelja ja •
Injektiranjem temelja od kamena oni se "pretvaraju" u betonske temelje ♦
Injektiranje kroz temelje
♦
Injektiranje tla uz temelje
♦
Injektiranje temelja i tla ispod temelja
64
3) Inje Injekc kcijijsk ske e smje smjese se •
• •
Omjer krute tvari i vode. Omjeri se kreću u odnosu 1:1 do 1:3 (cement/voda). Cement mora biti visoke finoće mliva, a radi bolje penetracije dodaje se u cement do 5% bentonita. Kod vrlo poroznog tla može se u krutu tvar dodavati i sitni pijesak. Omjer krute tvari i vode provjerava provjerava se na pokusnim dionicama dionicama gdje se mjeri utrošak smjese (krutog dijela) i uspoređuje uspoređuje se utrošak smjese sa procijenjeni procijenjenim m (ili ispitanim) ispitanim) udjelo udjelom m šuplji šupljina na u odnosu odnosu na ukupnu ukupnu zaprem zapreminu inu injekt injektira iranog nog temelja temelja,, odnosno odnosno injektiranog tla.
4) Tlak injekt injektira iranja nja;; ovisi ovisi o više više čimben čimbenika ika:: •
Gustoći smjese
•
Prodiranju smjese u prostor koji se injektira
•
Prodoru smjese u prostore koji se ne žele ili nije potrebno injektirati, te izbijanje smjese na površinu terena.
•
Sprečavanje razaranja temelja ili temeljnog tla injekcionom smjesom poda visokim tlakom.
5) Zaštit Zaštita a ulaza ulaza injekc injekcijs ijske ke bušo bušotin tine e •
6. 6.5. 5.22
Ulazni dio bušotine obično se zaštiti metalnom ili plastičnom cijevi, te dobro uglavi kako ne bi došlo do njenog izbacivanja injekcijskom smjesom pod talkom. U tu se svrhu i ulazni dio odmah zainjektira kako bi se povezala cijev s okolnim prostorom
Inje Injekt ktir iran anje je tla tla iisp spod od teme temelj ljaa 1) Nači Način n inje injekt ktir iran anja ja •
Injektiranje nekog prostora može se u principu izvesti na tri načina: ♦
Injektiranje prostora istovremeno po cijeloj duljini
♦
Silazno injektiranje
♦
Uzlazno injektiranje
65
•
Izbor načina injektiranj injektiranja a određuje određuje se nakon provjere efikasnosti efikasnosti pojedinih pojedinih načina na pokusnim poljima. Osnovno je mjerilo uspješnosti dakako efikasnost prodora mase u željeni prostor, a posebno da se gubitci smjese svedu na najmanju moguću mjeru.
2) Podr Područ učje je inje injekt ktir iran anja ja •
Injektira se onaj dio tla ispod temelja čije svojstvo treba poboljšati ili onaj dio tla koji je u procesu erozije (najčešće zbog toka podzemne vode) i koji treba zaštititi zaštititi od daljnje daljnje erozije, Također se injektiraju i oni dijelovi tla koji zbog promjene opterećenja ili drugih djelovanja trebaju imati bolja svojstva nego što su ona u prirodnom stanju,
3) Uspj Uspješ ešnos nostt inje injekt ktir iran anja ja •
•
Uspješnost ovisi o nekoliko čimbenika: ♦
Gustoći i rasporedu injekcijskih bušotina
♦
Svojstvima tla
♦
Sastavu injekcijske smjese
♦
Tlaku injektiranja
♦
Razini podzemne vode.
Po sastavu injekcione smjese uglavnom se d ijele na dvije grupe: ♦ ♦
•
Klasične cementno-bentonitne smjese sa ili bez. dodatka pijeska. Kemijs Kemijsko ko injekti injektiran ranje je koje koje ima veliku veliku moć prodir prodiranja anja u tlo gdje gdje klasič klasično no injektiranje ne daje gotovo nikakve rezultate.
U svrhu lakšeg prodora injekcijske smjese u tlo nekad se radi sniženja razine podzemne vode oko injekcijske bušotine, osobito ako se tlo treba injektirati pod niskim tlakom.
4) Zašt Zaštitita a od od gubi gubitk tka a smje smjese se Istjecanje smjese prema površini terena i njen gubitak je veliki problem kod injektiranja na malim dubinama, kao što je to slučaj kod injektiranja tla ispod temelja. Zbog toga se u procesu injektiranja prostor postupno "zatvara" prema unutra. Betonska ploča na površini terena i injektiranje vanjskog dijela pod malim tlakom uz postupno povećanje prema unutra može dovesti do uspješnog injektiranja.
66
6.5.3 6.5 .3
Podvl Podvlače ačenje nje armir armirano ano-be -beton tonskih skih nosa nosača ča pod posto postojeće jeće temelj temeljee
Kada su temelji nekog objekta loši ili nedovoljno duboki, tada se pod njih mogu podvući novi, (najčešće) trakasti temelji od armiranog betona. Ovakvi se temelji izvode po dionicama duljine 1,00 1,50 m s preklapanjima armature.
Preklop armature se u principu izvodi na dva načina. •
Zabijanjem ravnih sipki u tlo.
•
Ispravljanjem savijene armature,
Izbor duljine dionice λ ovisi o kvaliteti postojećih temelja i svojstvima tla što treba statički dokazati i provjeriti na pokusnoj dionici na onom mjestu gdje bi eventualni odroni tla ili oštećenja postojećeg temelja izazvalo najmanje moguću štetu.
6. 6.66 6.6. 6. 6.11
OSIG OSIGUR URAN ANJE JE TEME TEMELJ LJA A POSTO POSTOJE JEĆI ĆIH H OBJE OBJEKA KATA TA Usid sidrenje enje tem temelj elja •
Izravno usidrenje postojećeg temelja 67
•
Usidrenje podvučenog nosača
•
Podbetoniravanje i usidrenje po etažama
•
Usidrenje "Mega" pilotima
Kada se pored postojećeg objekta temeljenog plitko, izvodi novi objekt koji se, zbog podzemnih etaža, temelji na većoj dubini, tada temelje postojećeg objekta treba posebno osigurati. Ako je tlo relativno čvrsto (aksijalna čvrstoća barem dvostruko veća od kontaktnog naprezanja), tada se može izvesti vertikalni iskop u cijeloj duljini objekta uz minimalno osiguranje. U slučaju kada je temelj postojećeg objekta od betona ili armiranog betona, tada je dovoljno da se taj temelj usidri kratkim sidrima, a vertikalni iskop obloži armiranim torkretom i usidri kratkim sidrima. U sluč slučaj aju u kada kada je temel temeljj post postoj ojeć ećeg eg objek objekta ta nekv nekval alititet etan an,, tada tada ga je potre potrebno bno preth prethod odno no zainjektirati (ako je od kamena), a nakon toga ispod njega podvući armirano-betonski nosač. Ovisno o svojstvima tla čeoni iskop tla će se zaštititi armiranim torkretom i kratkim sidrima ili samo torkretom. Kod izvedbe svake obloge treba naknadno izvesti otvore za dreniranje, Kod većih denivelacija u iskopu za novi objekt temelji postojećeg objekta se podbetoniravaju po dionicama odozgora i sidre kratkim sidrima, ili se opterećenje od njih prenosi u dublje slojeve preko utisnutih "Mega" pilota. Ovi su piloti nestabilni na ekscentrična opterećenja, pa ih treba obložiti armiranim torkretom koji je pridržan kratkim sidrima.
6. 6.6. 6.22
Izve Izvedb dba a novo novog g obje objekt kta a po dion dionic icam amaa
Kod većih denivelacija u iskopu (bez obzira postoji !i neki objekt ili je teren neizgrađen) uvijek treba izbjegavati dugačke čeone iskope pogotovo ako će ti iskopi stajati duže vremena otvoreni. Zbog toga je razumno razmatrati mogućnost izvedbe novog objekta po dionicama u kojem bi se slučaju i iskopi provodili u takovim dionicama. U svakom slučaju te dionice novog objekta moraju predstavljati konstruktivno stabilne sustave, barem u podzemnom dijelu gdje se i izvode. Osiguranje vertikalnog iskopa unutar svake dionice treba provoditi ovisno o svojstvima tla. Ako su dionice kraće (5-8m) i tlo relativno čvrsto, tada je dovoljno iskop prekriti debljom najlonskom Kod čeonih iskopa dobro je u tlu izbušiti kratke drenažne bušotine φ 6 cm i duljine 50 do 150 cm kako bi se tlo dreniralo u dubini i time spriječilo čeono otkaljanje tla.
68
6.6.3
Odmicanje Odmicanje temelja temelja novog novog objekta objekta od od zabatn zabatnih ih zidova zidova postoj postojećih ećih objekata objekata
Svako opterećenje uneseno preko temelja u tlo izaziva ne samo slijeganje tog temelja nago i okolno okolnog g tla, tla, odnosn odnosno o postoj postojeći ećih h temelja temelja.. Zbog Zbog toga toga uvijek uvijek treba vodili vodili računa o tome tome da nova nova opterećenja treba u tlo unositi tako da ne izazovu slijeganja postojećih objekata. To se može postići na više načina: •
Opterećenje na temelje postojećih objekata prenijeti u veću dubinu koja nije pod utjecajem novog objekta.
•
Tlo pod temeljima postojećih objekata poboljšali tako da dodatna naprezanja od novog objekta ne izazovu i značajnija dodatna slijeganja.
•
Temelje novog objekta odmaknuti od temelja zabatnih zidova postojećih objekata. Ovaj je način vrlo prikladan kod gradskih interpolacija. Takovo je rješenje uvijek moguće, no ako se o toj varijanti rješenja vodi računa već kod statičkog koncipiranja konstrukcije,
69
6.6.3.1slika 1.1 načelno prikazuje jedno takvo rješenje, a 6.6.3.1slika 1.2 i 6.6.3.1slika 1.3 prikazuju osiguranje osiguranje temelja temelja postojećeg postojećeg objekta objekta putem nekontinuiranih nekontinuiranih produbljenja produbljenja temelja, temelja, te odmicanje odmicanje rubnog rubnog (temel (temelja ja novog novog objekt objekta. a. Pogled Pogled na produbl produbljen jenja ja temelj temelja a postoj postojeće ećeg g objekt objekta a te tlocrt tlocrt (ih produbljenja kao i dijela temelja novog objekta sa sedam karakterističnih presjeka dobro ilustriraju jedno konkretno rješenje koje je uspješno izvedeno.
slika 1.1
Odmicanje temelja – primjer 1
70
slika 1.2
Odmicanje temelja – primjer 2a 71
slika 1.3
Odmicanje temelja – primjer 2b
72
6.6.4 6.6 .4
Podgr Podgradn adnja ja podze podzemni mnih h etaža etaža pod pod post postoje ojeće će objekt objektee
Mnogi objekti u središnjim gradskim četrvrtima nemaju podrume ili ako ih imaju onda su predviđeni za drvarnice i zadovoljavaju standarde za tu namjenu prvenstveno po visini, a zatim po kvaliteti zidova i podova, a najčešće nemaju niti toplinsku niti hidroizolaciju. Mnogi Mnogi takovi takovi prosto prostori ri postaj postaju u danas danas atrakti atraktivni vni za neku neku drugu drugu namjen namjenu u (ugosti (ugostitel teljsk jskii objekti objekti,, trgovine, uredi i sl.) uz uvjet da im se kvaliteta podigne do razine koja odgovara novoj namjeni. Na slijedećoj skici prikazano je jedno rješenje produbljenja podruma. Skice su detaljno opisane i ne zahtijevaju detaljnije tekstualno objašnjenje.
Na slijedećoj je pak slici prikazano jedno rješenje podgradnje podruma (visokog standarda) pod objekt koji ga nije imao. Kod ovakvog zahvata prizemlje se mora staviti van upotrebe što sigurno povećava troškove, jer se zapravo iziskuje kompletnu rekonstrukciju prizemlja.
73
6.7 6. 6.7. 7.11
UTJECA UTJECAJ J IZGRA IZGRADNJE DNJE NA POST POSTOJE OJEĆE ĆE OBJEK OBJEKTE TE I NJIHOVA NJIHOVA ZAŠTIT ZAŠTITA A Utjec Utjecaj aj doda dodatn tnih ih opter optereć ećen enja ja
6.7.1.11 Deformacija 6.7.1. Deformacija granične granične ravnin ravninee Kada jednoliko rasprostrto rasprostrto opterećenje q djeluje djeluje na pravokutnoj površini homogenog, homogenog, elastičnog elastičnog i izotropnog poluprostora, tada je slijeganje ugaone točke T određeno izrazom:
Pomoću ovog izraza može se izračunati slijeganje svake točke ispod ili izvan opterećene površine.
Iz ovoga se vidi da djelujući opterećenje na graničnoj ravnini izaziva slijeganje ne samo ispod opterećene površine nego i izvan nje. Zbog toga opterećenja tla novim objektom izazivaju slijeganja tla i u svojoj okolini. Ako se u neposrednoj okolini novog objekta nalazi neki drugi, ranije izgrađeni objekt, tada će se i on dodatno slegnuti i to različito u pojedinim dijelovima. To dodatno nejednoliko slijeganje može izazvati nepovoljne deformacije i pucanje objekta o čemu treba voditi računa, odnosno provesti zaštitne mjere. Za ilustraciju ovog utjecaja proveden je proračun slijeganja duž poprečne simetrale opterećene površine širine 1,0 m i duljine 6,0 m. Intenzitet opterećenja je 200 kPa što je uobičajena vrijednost za temelje, a tlo ima deformaciono svojstvo E=10 MPa i ν=0.30 što je uobičajena vrijednost za tvrde gline. Prosječno slijeganje ovog temelja je 3.68 cm, slijeganje okolnog tla na udaljenosti 0.50 m od ruba temelja je 2.16 cm, a na udaljenosti 1.00 m je 1.70 cm. Iz priložene krivulje slijeganja se vidi da je još na udaljenosti 2.00 m od ruba temelja slijeganje veće od 1.00 cm.
74
Ove su vrijednosti vjerojatno nešto pretjerane u odnosu na okolnosti u prirodi, jer se deformabilno tlo ne proteže do velike dubine, a osim toga vrijednost modula elastičnosti obično raste s dubinom. Stoga bi stvarna slijeganja tla, osobito ona izvan opterećene površine, bila nešto manja.
6.7.1.22 Dodatna 6.7.1. Dodatna naprezanja naprezanja u tlu tlu U prethodnom je poglavlju tlo tretirano kao homogeni, elastični i izotropni poluprostor. Prirodno i uslojeno tlo, kao produkt hirovite prirode, daleko je od ovako idealiziranog medija. Klasični načini proračuna slijeganja temelja provode se tako da se izračunaju dodatna vertikalna naprezanja u tlu od opterećenja, a zatim se na osnovu deformacijskih svojstava tla, uzimajući u obzir izračunata dodatna naprezanja, računa slijeganje svakog sloja posebno. Zbroj slijeganja svih svih slojeva daje ukupno slijeganje temelja. U želji da se općenito prikaže utjecaj opterećenja na nekoj površini na dodatna naprezanja u okolišu te površine (i po udaljenosti i po dubini), izračunata su za isti temelj 1,00 x 6.00 m na istoj simetrali simetrali dodatna naprezanja i prikazana prikazana kao postotak postotak [%] od kontaktnog naprezanja naprezanja q. Iz nacrtanih izobara (krivulje jednakih dodatnih vertikalnih naprezanja u tlu) vidi se doseg pojedinih vrijednosti naprezanja u tlu, na temelju kojih se mogu izračunati i slijeganja ako su poznata deformacijska svojstva tla u raznim dubinama. 75
Izobare su izračunate iz Steinbrenner-ovog rješenja za istu opterećenu površinu 1.00 x 6.00 m;
Iz točke ispod ili izvan opterećene površine može se primijeniti isti princip superpozicije kao što je to prikazano u prethodnom poglavlju. Koristeći navedene formule slični se proračuni mogu provesti za bilo koju veličinu opterećene plohe, te za bilo koju točku- unutar ili izvan te plohe.
76
6.7.1.33 Deformacija 6.7.1. Deformacija i pucanje pucanje susjedn susjednih ih objekata objekata Deformacije susjednih objekata, a time i njihova pucanja, nastaju zbog dodatnog nejednolikog slijeganja tla ispod njih. To slijeganje nastaje zbog promijenjenih okolnosti u tlu ili zbog promjene okolnosti neposredno uz sam objekt. Najčešći uzroci dodatnih slijeganja su slijedeći: •
Vodoravni pomaci dijafragme kod dubokih iskopa uz postojeći objekt.
•
Sniženje razine podzemne vode uz jednu stranu objekta.
•
Dodatno opterećenje neposredno uz postojeći objekt.
Ovaj treći uzrok je dosta čest pa iziskuje detaljnije obrazloženje. Temelji novoizgrađenih objekata u blizini temelja postojećih objekata uzrokuju njihova dodatno i nejednoliko slijeganje.
77
Prikazana Prikazana krivulja krivulja slijeganja slijeganja granične granične ravnine ravnine poluprostora poluprostora (poglavlje (poglavlje 6.7.1.1). 6.7.1.1). i izobare dodatnih vertik vertikaln alnih ih naprez naprezanj anja a u tlu (pogla (poglavlj vlje e 6.7.1.2). 6.7.1.2). pokaz pokazuj uju u da doda dodatn tno o slij slijeg eganj anje e tla tla ima ima znat znatnu nu vrijednost i do udaljenosti jedne širine novog temelja. Kod realnog tla, kod kojeg edometarski modul raste s dubinom, slijeganje na istoj udaljenosti je svega 10% slijeganja novog temelja. Ovo će se slijeganje k tome i znatno kasnije realizirati, jer se dodatna naprezanja aktiviraju u većoj dubini, gdje se proces konsolidacije sporije odvija. U svakom slučaju dobro je da se temelji novog objekta odmaknu za njihovu širinu od temelja postojećeg objekta.
6. 6.7. 7.22
Zašti Zaštita ta post postoj ojeć ećih ih obje objeka kata ta
6.7.2.11 Sprečavanj 6.7.2. Sprečavanje e prijenosa prijenosa dodatnih naprezan naprezanja. ja. Ako se između starog i novog objekta izvede vertikalni zid (npr. utisnuto ili zabijeno žmurje ili gusto izvedeni izvedeni mikropiloti), mikropiloti), tada se opterećenje od temelja novog objekta objekta neće moći "podvlačiti" "podvlačiti" pod stari objekt i time izazvati njegovo slijeganje.Treba međutim napomenuti da se ovom barijerom stvaraju nesimetrični uvjeti za novi temelj (objekt), što će izazvati nejednako slijeganje novog objekta. Na strani barijere vertikalna će naprezanja u dubini biti veća nego na slobodnoj strani, pa će i slijeganja biti veća. S druge strane uz barijeru su bočne deformacije tla spriječene, što će ovu razliku slijeganja smanjivati. U svakom slučaju ovakav zahvat treba dobro proanalizirati i vidjeti kakove su posljedice po novi objekt.
6.7.2.22 Odmicanje 6.7.2. Odmicanje temelj temelja a novog novog objekta objekta Odmicanjem temelja novog objekta za njihovu jednostruku širinu od temelja postojećeg objekta novi temelji neće zamjetnije zamjetnije utjecati na postojeće. postojeće. Zabatni se zid novog objekta objekta postavlja postavlja na konzolu konzolu kao što je to prikazano na skicama na slijedećeoj strani. Kod toga je važno da konzola novog temelja bude iznad temelja starog objekta uzdignuta za veći iznos nego što se očekuje slijeganje. To se postiže ili betoniranjem konzole na tzv. izgubljenoj oplati ili na podlošku od stiropora. Isti se princip primjenjuje neovisno jesu li teme lji na istoj razini ili ne.
78
6.7.2.33 Prijenos 6.7.2. Prijenos optereć opterećenja enja u dublje dublje slojeve slojeve Prijenosom opterećenja s plitkih temelja postojećeg objekta u dublje slojeve smanjuje se utjecaj novog objekta. Ovaj se prijenos može ostvariti preko utisnutih li mikropilota ili pak pilota ostvarenih mlaznim injektiranjem. Kod primjene ovog trećeg načina treba voditi računa da se tlo ovim postupkom pojačava i to pod rubn rubnim im dije dijelo lom m novo novog g objek objekta ta,, pa treb treba a prov proves estiti "ome "omekš kšanj anje" e" podl podloge oge isko iskopo pom m i zamje zamjeno nom m injektiranog tla običnim nasipom od šljunka.
6. 6.7. 7.33
Utjec Utjecaj aj sniž snižen enja ja raz razin ine e podz podzem emne ne vode vode
6.7.3.11 Slijeganje 6.7.3. Slijeganje tla zbog sniženj sniženja a razine podzemne, podzemne, vode vode Promje Promjenom nom razine razine podzem podzemne ne vode vode mijenj mijenjaju aju se efektiv efektivna na naprez naprezanj anja a u tlu zbog zbog promje promjene ne zapreminske težine tla, odnosno efekta uzgona. Tlo iznad razine podzemne vode ima zapreminsku težinu γ =20 =20 kN/m3, dok je ispod razine vode uronjena zapreminska težina γ ' = 10 kN/m 3. Sniženjem razine vode u nejednakom iznosu iznosu pod građevinom mijenjaju mijenjaju se u nejednakoj nejednakoj vrijednosti vrijednosti i efektivna naprezanja, što onda uzrokuje i nejednako slijeganje. Ovaj slučaj prikazan je na slijedećoj slici.
79
6.7.3.22 Zaštita 6.7.3. Zaštita postoj postojećih ećih objekata objekata Nejednako sniženje razine podzemne vode u većem iznosu, osobito ako je tlo vrlo kompresibilno, treba izbjegavati. To se može postići na dva načina: •
Održavanjem razine vode na prvobitnoj razini.
•
Sniženjem razine u podjednakom iznosu pod cijelim objektom.
U prvome se slučaju građevna jama štiti nepropusnom barijerom , a eventualno sniženje razine se regulira preko tzv. ulijevnih bunara. U drugom se slučaju pod cijelim objektom sustavom bunara razina vode kontrolirano spušta približno na razinu dna građevne jame. Postojeći se objekt dakako može štititi i prijenosom opterećenja u dublje slojeve putem pilota ili ojačanjem ojačanjem tla (injektiranj (injektiranjem) em) kada se povećanje povećanje vertikalnih vertikalnih naprezanja kompenzira povećanjem modula kompresije tla.
80
6 .8
REFERENCE
Kvasnička, P. (2003): Predavanja iz predmeta Mehanika tla i Geotehnika na RGN fakultetu – Zagreb nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Nonvei Nonveille ller, r, E. (1989) (1989),, Mehanik Mehanika a tla i temelj temeljenj enje e građev građevina ina -3. izdanj izdanje, e, Udžbenici Udžbenici Sveučilišta Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb Verić, F. (2000): Predavanja iz predmeta Temeljenje II na Građevinskom fakultetu – Zagreb
81
7 GEOS GEOSIN INTE TETI TICI CI U GEOT GEOTEH EHNI NICI CI Babić, B i dr. (1995), Geosintetici u graditeljstvu, Hrvatsko društvo građevinskih inžinjera, Zagreb
82
8 MLAZ MLAZN NO INJ NJE EKTI KTIRANJ RANJE E Čorko, D. (1997), Mlazno injektiranje, Predavanja
83
9 GEOT GEOTE EHNI HNIČKO ČKO SID IDRE RENJ NJE E Nonveiller, E. (1989), Mehanika tla i temeljenje građevina -3. izdanje, Udžbenici Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb, str. 398 - 400; str. 660 - 664
84
10 TEMELJ TEMELJENJ ENJE E STRO STROJEV JEVA A 10 10.1 .1 DINA DINAMI MIKA KA TLA TLA Dinamika tla je grana Mehanike tla koja proučava utjecaj dinamičkog opterećenja na ponašanje tla. Dinamičko opterećenje nastaje djelovanjem: •
potresa,
•
eksplozija,
•
strojeva,
•
rada u tlu,
•
prometa,
•
vjetra,
•
valova i dr.
slika 1.1
Neke vrste dinamičkih opterećenja
Uobičajeni problemi dinamike tla : •
potresi, vibracije tla i širenje valova u tlu,
•
stanje naprezanja i deformacija u tlu te čvrstoća tla pri dinamičkom opterećenju.
•
pritisak tla pri dinamičkom opterećenju,
•
nosivost i dimenzioniranje plitkih temelja pri dinamičkom opterećenju, 85
•
likvefakcija tla,
•
dimenzioniranje temelja strojeva i druge vibrirajuće opreme,
•
dimenzioniranje ukopanih temelja i pilota izloženih dinamičkom opterećenju,
•
stabilnost pokosa pri potresu.
10 10.2 .2 OSNO OSNOVN VNO O O VIBRAC VIBRACIJA IJAMA MA 10.2.1 Uvod Primjereno projektiranje temelja vibrirajuće opreme temelji se na razmatranju pomaka nastalih uslijed vibrijajućeg opterećenja. Ti pomaci mogu se svrstati u dvije osnovne grupe: •
ciklički pomaci nastali uslijed elastičnog odgovora sustava temelj–tlo
•
trajni pomaci nastali uslijed zbijanja tla ispod temelja
Temelj može vibrirati na bilo koji od šest načina. Za lakšu analizu problema, svaki od načina vibriranja se razmatra zasebno.
slika 1.1
Šest načina vibriranja temelja
Pomaci temelja pojednostavljeno se razmatraju na način da se tlo tretira kao viskoelastičan materijal.
86
slika 1.2
Modeliranje sustava temelj–tlo (Kelvin-Voigtov model s jednim stupnjem slobode)
Osnovni pojmovi potrebni za razumijevanje teorije vibracija:
Slobodno vibriranje vibraci vibracije je sustav sustava a događaj događaju u se isklju isključiv čivo o uslije uslijed d djelov djelovanj anja a unutarnjih sila, Prisilno vibriranje
vibracije sustava uzrokovane su vanjskim silama,
broj neovis neovisnih nih koordi koordinata nata potreb potrebnih nih za opisiv opisivanj anje e rješen rješenja ja Stupanj slobode vibrirajućeg vibrirajućeg sustava. sustava. Uobičajeno Uobičajeno se u literaturi označava označava sa DOF (eng. degree of freedom). freedom).
87
slika 1.3
Stupnjevi slobode vibrirajućeg sustava: sustava: (a) DOF=1; (b) DOF=2; (c) DOF=2
10.2.2 Slobodno Slobodno vibriranj vibriranjee sustava sustava opruga–m opruga–masa asa Pojednostavi Pojednostavimo mo ponašanje ponašanje tla na način da tlo zamijenimo zamijenimo oprugom (eng. spring ). ). Opterećenje W predstavlja težinu temelja i stroja oslonjenog na temelj.
slika 1.1
Slobodno vibriranje sustava opruga–masa
Ako je površina temalja A, intezitet opterećenja koje se prenosi u tlo je:
88
q
=
W
(1.1)
A
Elastična krutost opruge k određuje se kao omjer opterećenja W i pomaka z s nastalog nastalog uslijed uslijed opterećenja W: k =
W
(1.2)
z s
Ako se temelj pomakne iz položaja statičke ravnoteže, sustav će vibrirati. Izraz vibriranja (gibanja) temelja može se napisati u skladu s Newtonovim drugim zakonom gibanja:
W + k z = 0 z g
k z = 0 m
+ odnosno z
(1.3)
gdje je: g
z
gravitacija,
=
d 2 z
dt 2
,
t
vrijeme,
m
masa.
Kako bi se riješio diferencijalni izraz (1.3) uvodi se slijedeća supstitucija: z = A1 cos ω n t + A2 sin ω n t
(1.4)
gdje su: A1 i A2
konstante,
ωn
neprigušena kružna vlastita frekvencija.
Uvrštavanjem izraza (1.4) u izraz (1.3) dobiva se:
ω n
=
k
(1.5)
m
Konstante A1 i A2 određuju se ovisno o rubnim uvjetima. Pa tako uz:
t = 0
pomak brzina
z = z 0 v = dz = dt
v0
dobiva se:
A1 = z 0 A2 =
v0
k m
Konačan izraz za vibriranje slobodno vibrirajućeg sustava opruga–masa je: z = Z cos ( ω n t − α )
(1.6)
gdje je:
α = tan
−1
v 0 z 0 k m
(1.7)
89
2 Z = z 0 +
2
v 0 = k m
slika 1.2
z 02
m 2 + v 0 ( maksimalni pomak , amplituda ) k
(1.8)
Pomak, brzina i akceleracija slobodno vibrirajućeg sustava opruga–masa
Vrijeme potrebno da se ponovi određeni pomak sustava naziva se period, T: T =
2π
(2.1)
ω n
Frekvencija oscilacije, f, predstavlja broj ciklusa u jediničnom vremenu: f =
1 T
=
ω n 2π
Za slobod slobodno no vibrir vibrirajuć ajućii sustav sustav opruga opruga–mas –masa a vrijedi vrijedi ω n
(2.2)
=
k , pa je neprig nepriguše ušena na vlasti vlastita ta m
frekvencija, f n, dana izrazom: f = f n
=
1 2π
k m
=
g 1 2π z s
(2.3)
10.2.3 Prisilno Prisilno vibriranje vibriranje sustava sustava opruga–m opruga–masa asa Poje Pojedn dnos osta tavi vimo mo pona ponaša šanj nje e tla tla na nači način n da tlo tlo zami zamije jeni nimo mo oprug oprugom om elas elastitičn čne e krut krutos ostiti k. Opterećenje W predstavlja težinu temelja i stroja oslonjenog na temelj. Opterećenje Q predstavlja silu promjenjivu u vremenu koju izaziva stroj (Q=Q0 sin (ωt+β)).
90
slika 1.1
Prisilno vibriranje sustava opruga–masa
Izraz Izraz vibrir vibriranj anja a (giban (gibanja) ja) temelj temelja a može može se napisat napisatii u skladu skladu s Newton Newtonovi ovim m drugim drugim zakonom zakonom gibanja:
(
)
+ k z = Q0 sin ω t + β m z
(1.1)
Kako bi se riješio diferencijalni izraz (1.1) uvodi se slijedeća supstitucija: z = A1 sin ( ω t + β )
(1.2)
gdje je A1 konstanta, čija se vrijednost dobiva uvrštavanjem izraza (1.1) u (1.2): (1.2):
Q0 A1 =
(1.3)
m k − ω 2 m
( )
Partikularno rješenje izraza (1.1) je: z = A1 sin ( ω t + β )
=
Q0 m
( k m − ω ) 2
sin ( ω t + β )
(1.4)
Komplementarno rješenje izraza (1.1) (slobodno vibriranje sustava opruga–masa, objašnjeno u prethodnom poglavlju) mora zadovoljiti:
+k z = 0 m z
(1.5)
Opće rješenje izraza (1.1): (1.1):
sin( ω t ) ⋅ cos β n ω n
z = A1 sin( ω t + β ) − cos cos( ω t ) ⋅ sin β − ω
(1.6)
Za slučaj kada ne postoji pomak u fazi između promjenjive sile Q i pomaka sustava, ( β=0) izraz (1.6) poprima slijedeći oblik:
91
z = A1 sin ω t −
Q0 k ω ω ( ) ω ω sin( ω n t ) = sin t sin t − n 2 ω n ω n ω 1 − ω 2 n
(1.7)
Izraz (1.7) može se preurediti uvođenjem supstitucija:
= Q k M = 1 1 − ω ω n z s
0
(1.8)
2
2
gdje su zs statični pomak i M faktor povećanja. Za slučaj kada je
ω ω n
= 1 , faktor povećanja povećanja teži beskonačnoj beskonačnoj vrijednosti, vrijednosti, odnosno taj slučaj se
naziva rezonancom.
slika 1.2
Prisilno vibriranje sustava opruga–masa: (a) varijacija faktora povećanja M prema ω/ωn ; (b) varijacija pomaka u vremenu pri rezonanci (ω=ωn)
Maksimalna odnosno minimalna sila koja se preko temelja prenosi u podlogu pojavljuje se u trenutku kada pomak dosegne maksimalnu odnosno minimalnu vrijednost, amplitudu. Maksimalna dinamička komponenta sile je:
92
F din(max)
= k [ z max ] = k
Q0 / k
=
1 − ω / ω n
Q0
(2.1)
1 − ω / ω n
Ukupna maksimalna sila je: W +
Q0
(2.2)
1 − ω / ω n
Ukupna minimalna sila je: W −
Q0
(2.3)
1 − ω / ω n
10.2.4 Slobodno Slobodno vibriranj vibriranjee sa viskozn viskoznim im priguše prigušenjem njem Kad slobodno vibrira sustav bez prigušenja (poglavlje 10.2.2), 10.2.2), vibriranje se neće zaustaviti. No kod svih realnih sustava, amplitude vibriranja se vremenom smanjuju i sustavi se zaustave. To svojstvo vibriranja sustava naziva se prigušenjem (eng. damping ). ). Svojstvo prigušenja vibracija ima i tlo što prikazuje i pojednostavljeni model tla ( 10.2.1.1slika 1.2), 1.2), gdje se pored oprugom (krutost k ) tlo opisuje i posudom sa klipom koja djeluje d jeluje kao prigušivač (koeficijent prigušenja ili viskozitet c ). ). Za slobodno vibriranje temelja sa prigušenjem diferencijalni izraz vibriranja (gibanja) može se napisati u skladu s Newtonovim drugim zakonom gibanja:
+c z +k z = 0 m z
(1.1)
Kako bi se riješio diferencijalni izraz (1.1) uvodi se slijedeća supstitucija: z = A e rt
(1.2)
gdje je A konstanta. Nakon uvođenja supstitucije u (1.1) dobiva se: 2
m A r e rt +c A r e rt + k A e rt = 0
2
r
(1.3)
c k + r + = 0 m m
(1.4)
Rješenje izraza (1.4) daje izraz: r = −
c
2m
±
c
2
4m
2
(1.5)
− k
m
Postoje tri općenita slučaja koja se mogu dobiti iz izraza (1.5): (1.5): 1) Za s lu lučaj
c
2m
> k m oba
rješenja izraza (1.5) su realna i negativna, što se naziva
natprigušen slučaj (eng. overdamped case). case). 2) Za sl slučaj c
k postoji jedinstveno rješenje gdje je r = − c , što se naziva = 2m m 2m
kritično prigušen slučaj (eng. critical damping case). case). c
3) Za sl slučaj c
2m
< k
m
= cc = 2
km
oba rješenja su kompleksna r =
(1.6)
−c
2 k c , što ±i m− 2 2m 4m
se naziva potprigušen slučaj (eng. underdamping case). case). 93
Prigušenje se definira i koeficijentom prigušenja D (eng. damping ratio): ratio): D =
c cc
=
c
(1.7)
2 km
Uvođenjem koeficijenta prigušenja u izraz (1.5) dobiva se: r = −
slika 1.2
c
2m
±
c
2
4m
2
− k = ω n (− D ± m
D
2
−1)
(1.8)
Slobodno vibriranje sustava opruga–masa-prigušivać: (a) natprigušen slučaj; (b) kritično potprigušen slučaj; (c) potprigušen slučaj
10.2.5 Jednolično Jednolično prisilno prisilno vibriranje vibriranje sa viskozn viskoznim im prigušenj prigušenjem em Jednolično prisilno vibriranje sa viskoznim prigušenjem odgovara slučaju kada se model kojeg prikazuje 10.2.1.1slika 1.2 preko temelja optereti silom koju izaziva stroj Q=Q 0 sin ωt. U tom slučaju izraz vibriranja (gibanja) može se napisati u skladu s Newtonovim drugim zakonom gibanja: 94
+ c z + k z = Q0 sinω t m z
(1.1)
Zanemarimo slobodne vibracije sustava jer se one brzo izgube (poglavlje 10.2.4) 10.2.4) i promatrajmo samo partikularno rješenje (prisilno vibriranje):
(
)
z = Z cos ω t +α
(1.2)
gdje je: α
Z =
=
tan
−1 1 −
(
ω
2
2 D (ω
2
ω n ω n
)
(1.3)
)
( Q k )
(1.4)
0
[1 − (
ω
2
2
ω n
)]
2
+ 4 D 2 (ω 2
2
ω n
)
Grafički prikaz odnosa amplitude Z i frekvencije vanjske sile, ω, pruža slika 1.2. Zbog jasnijeg prikaza amliptuda Z je normalizirana sa pomakom z s=Q0/k (pomak uslijed statičke sile inteziteta Q 0 , a frekvencija vanjske sile, ω, normalizirana je vlastitom frekvencijom sustava ωn . Može se primijetiti primijetiti da je maksimalna amplituda (rezonatna amplituda): Z max
=
Q0
1
k 2 D 1 − D
(1.5) 2
na pojavljuje pri ω=ωn već pri: ω = ω n 1 − 2D 2
(1.6)
f m = f n 1 −2 D 2
(1.7)
95
slika 1.2
Normalizirani prikaz odnosa amplitude prema frekvenciji za različite slučajeve prigušenja kod jednoličnog prisilnog vibriranja sustava opruga–masa-prigušivać opruga–masa-prigušivać
10.3 DINAMIČ DINAMIČKI KI OPTER OPTEREĆE EĆENI NI TEMEL TEMELJI JI 10 10.3 .3.1 .1 Opće Općen nito ito Temelje onih konstrukcija, koje su podvrgnute vibracijama ili vibrirajućem opterećenju, mora se projektirati tako da se zajamči kako vibracije neće izazvati prekomjerno slijeganje ni vibracije. Uz to treba poduzeti mjere opreza radi osiguravanja kako neće doći do rezonancije između frekvencije pulsirajućeg opterećenja i kritične frekvencije sustava temelj - temeljno tlo, te kako neće doći do likvefakcije u temeljnom tlu.
10.3.2 Slučaj Slučaj krutog krutog temelja temelja kružn kružnog og oblika oblika Dinamički opterećeni temelji vibriraju. Ponašanje tla ovisi o amplitudama vibriranja, i ako su amplitude dovoljno male može se pretpostaviti da se tlo ponaša kao elastična sredina. Za slučaj krutog temelja kružnog oblika radijusa r 0 , rezonantna rezonantna frekvencija frekvencija i amplituda amplituda vibriranja određuju se prema matematičkim izrazima danim u poglavlju 10.2. 10.2. Općenito postupak se provodi u slijedećim koracima (indeks z označava vertikalni smjer): 1) Određiv Određivanj anje e rezon rezonant antne ne frek frekven vencij cije e a) prorač proračun un vlasti vlastite te frekven frekvencij cije e
96
f n
1 2π
=
k z m
=
1 2π
4G r 0 1 m − µ 1
(1.1)
gdje je: k z
G r 0
=4
statička krutost opruge krutog temelj kružnog oblika
1 − µ
G
posmični modul tla,
Poissonov koeficijent b) prorač proračun un koefic koeficije ijenta nta priguš prigušenj enja a µ
D
c z
=
ccz
= 0,425
(1.2)
B z
gdje su slijedeće vrijednosti određene za kruti temelj kružnog oblika: B z
1 − µ m = 3 ρ r 0 4
modificirani omjer masa
2
ccz
c z
=2
=
k z m
3,4 r 02
=
8r 0
1 − µ
GBz ρ
kritično prigušenje prigušenje
G ρ
1 − µ
c) prorač proračun un rezonant rezonantne ne frekven frekvencij cije e
f m
= f n
1 − 2 D
2
4Gr 1 m µ 1 −
= 1 2π
0
0,425 1 − 2 B z 2
(1.3)
2) Određiv Određivanj anje e amplitu amplitude de vibrira vibriranja nja pri pri rezonanc rezonancii A z ( rez )
=
Q0
1
k z 2 D 1 − D z
2 z
=
Q0 (1 − µ )
B z
4G r 0
0,85 B z − 0,18
(1.4)
3) Određiv Određivanj anje e ostali ostalih h amplitu amplituda da
A z =
( Q k )
(1.5)
0
[1 − (ω
2
ω n2 ) ] + 4 D z2 (ω 2 ω n2 ) 2
Ovaj postupak odnosi se na kruti temelj kružnog oblika radijusa r 0 . No isti postupak može se primijeniti i za temelje pravokutnog oblika (širine B i duljine L), upotrebom ekvivalentnog radijusa. Ekviva Ekvivalen lentni tni radijus radijus se izraču izračunav nava a na način način da se izjedn izjednače ače površi površina na pravokut pravokutnog nog temelj temelja a sa površinom kružnog temelja:
A pravokutn pravokutnii = Akružni ⇒ BL = r 0 π ⇒ r 0 2
=
BL
π
(1.6)
Upotreba ekvivalentnog radijusa pruža dobre rezultate za odnose L/B ≤ 2.
97
10.3.3 10. 3.3 Prepo Preporuk ruke e za temelj temeljenj enje e stojeva stojeva Vibracije u blizini temelja nije moguće izbjeći ali se treba učiniti sve da se utjecaj vibracija umanji. Richart Richart (1962) (1962) pruža pruža smjerni smjernice ce za prihva prihvatlj tljive ive vertik vertikaln alne e amplit amplitude ude vibrac vibracija ija u odnosu odnosu na frekvenciju vibracija.
slika 1.1
Dopuštene vertikalne amplitude vibracija
98
Richart Richart (1970) (1970) pruža pruža smjerni smjernice ce za prihva prihvatlj tljive ive horizo horizontal ntalne ne amplit amplitude ude vibrac vibracija ija u odnosu odnosu na frekvenciju vibracija.
slika 1.2
Dopuštene horizontalne amplitude vibracija
U projekt projektira iranju nju temelj temelja a stroje strojeva va treba treba slijed slijediti iti slijede slijedeća ća općeni općenita ta pravil pravila a kako kako bi se izbjeg izbjeglili rezonantni uvjeti vibriranja: 1) Kod strojeva strojeva čija je radna radna frekvenci frekvencija ja visoka visoka (>1000 (>1000 obrtaj/mi obrtaj/min), n), rezonatn rezonatna a frekve frekvenci ncija ja sustava temelj-tlo treba biti barem dva puta manja (f radna >2 f ). U ovom slučaju pri pokretanju radna rez rez i zaustavljanju strojeva frekvencija vibracije će kratko biti jednaka reznatnoj.
99
2) Kod strojeva strojeva čija je radna radna frekvencija frekvencija niska niska (<400 obrtaj/min), obrtaj/min), rezonatna rezonatna frekvenci frekvencija ja sustava sustava temelj-tlo treba biti barem dva puta veća (f radna radna < 0,5 f rez rez). 3) U svim slučajev slučajevima ima temeljenja temeljenja,, povećanje povećanje težine težine smanjuje smanjuje rezonatnu rezonatnu frekvenci frekvenciju ju (f m ∼1 / W). 4) Poveća Povećanje nje radijus radijusa a teme temelje ljenja, nja, r 0 , povećava rezonatnu frekvenciju temelja (f m ∼ r 0). 5) Pove Poveća ćanj nje e krut krutos ostiti temel temeljn jnog og tla tla (npr. (npr. inje injekt ktir iranj anjem em), ), poveć povećav ava a rezon rezonat atnu nu frekv frekven enci ciju ju temelja (f m ∼ G).
10 10.4 .4 REFE REFERE RENC NCE E nHRN EN 1997-1, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Das, B.M., (1992), Principles of soil dynamics, d ynamics, PWS-KENT Publishig Comapany, Boston USA
100
