11 A Temeljenje Plitki Tem. Pred 2

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

TEMELJENJE

PLITKI TEMELJI
DEFINICIJA TEMELJA
IZBOR NAČINA TEMELJENJA


PLITKI TEMELJI


UVJETI I KRITERIJI ZA PLITKO TEMELJENJE
RASPODJELA NAPREZANJA I SLIJEGANJA
PRORAČUN NOSIVOSTI
PRORAČUN SLIJEGANJA GRAĐEVINE
SPECIJALNI SLUČAJEVI
ARMIRANJE TEMELJA

1

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

2

1. DEFINICIJA TEMELJA Temelj je dio konstrukcije koji omogućuje da se reaktivne sile i momenti od konstrukcije raspodijele na toliku površinu tla kolika je potrebna kako bi se postigla potrebna sigurnost od sloma tla i da deformacije tla budu kompatibilne s funkcijom građevine.

zid/stup podna konstrukcija

D

temelj (stopa, traka) temeljna ploha

B D= dubina temeljenja, B=širina temeljne plohe slika 1. Osnovni pojmovi za plitki temelj Važni konstruktivni elementi kod temelja su spojevi s drugim dijelovima konstrukcije – podovi, zidovi, te hidroizolacija. Kod temelja koji trpe značajna vlačna naprezanja koristi se armatura. 2. IZBOR NAČINA TEMELJENJA Na izbor načina temeljenja utječu: a) osobine i vrsta temeljnog tla, b) vrsta građevine i njena osjetljivost na ukupna i diferencijalna slijeganja, c) deformacije okolnog tla i njihov utjecaj na okolne građevine, d) položaj i oscilacije nivoa podzemne vode (zbog mogućnosti izvedbe i sezonskih promjena). Gore navedeni uvjeti a) i b) služe za provjeru nosivosti i slijeganja, a c) i d) za odluku o načinu izvedbe temelja.Ako se dovoljno nosivi slojevi pojavljuju pri površini tla može se temeljiti plitko. Ako se oni pojavljuju u većim dubinama, ili ako se plitkim temeljem ne mogu savladati nedopustive deformacije u tlu tada se izvode duboki temelji.

meko tlo duboki temelji - piloti,

tvrdo tlo

plutajući temelj- šupljine smanjuju ukupno opterećenje na tlo (specijalni slučajevi)

slika 2. Duboki temelji i specijalni temelji

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

3

Prema načinu izvedbe temelja mogu se razlikovati slijedeći tipovi temelja : - temelji u građevnoj jami u širokom iskopu (dovoljno prostora, crpljenje vode): plitki, duboki - temelji u zagrađenoj jami (nema dovoljno prostora): plitki, duboki - prethodno izrađeni temelji koji se potkopavaju (bunari, sanduci, kesoni) - prefabricirani temelji (transport plutanjem, npr. most Krk) - bušeni piloti i betonirani na licu mjesta - gotovi piloti koji se zabijaju - elementi dijafragme različitog oblika

3. PLITKI TEMELJI Plitkim temeljem smatra se onaj koji ima dubinu temeljenja manju od dvije širine temelja (po propisima većine zemalja). Po našim (starim) propisima plitki temelj ima dubinu manju od četiri širine temelja. Prema EC-7 plitki temelj je svaki koji ima dubinu manju od širine (D 4 B = duboki temelj (obično preko 5 m ispod terena) Eurocode 7: D < B = plitki temelj

stup

zid

zgrada

zgrada

stopa

traka

traka

ploča

temelji samci - prenose teret jednog stupa temeljni nosači – prenose teret dva ili više stupova, kao cjelina temeljne trake - prenose opterećenja od zidova (uzdužni i poprečni temelji) temeljna ploča – prenosi cijelu težinu građevine na tlo sl. 3. Razni tipovi plitkih temelja Zadatak temelja je da: -

osigura nosivost tla (primjer slom tla – toranj Pisa) osigura snošljiva slijeganja (primjer velikih deformacija Mexico City) osigura funkcionalnost građevine (primjer Mexico City) spriječi negativne utjecaje na okolne građevine (npr. građevne jame)

Temelji moraju biti projektirani i izvedeni tako da osiguraju spomenute uvjete u ukupnom vijeku trajanja građevine, dakle za sve okolnosti koje se u tom periodu mogu pojaviti. Na primjer, mora se uzeti u obzir stogodišnji nivo podzemne vode, a ne onaj

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

4

mjeren u istražnim radovima, zatim moguća erozija tla, puzanje i bujanje, za što treba određeno vrijeme i okolnosti da se desi. Odnos i raspodjela krutosti tla i krutosti temeljne konstrukcije definira način deformacija temelja i raspodjelu naprezanja u tlu na kontaktu s temeljem. Tako se razlikuju krute i elastične (meke) temeljne konstrukcije, a provjera njihove krutosti obavlja se izrazom: 3 E d  (1) K= B   12 ET  L  EB = Youngov modul za (beton) materijal od kojeg je izgrađen temelj, ET = Youngov modul za tlo (stijenu), d = visina (debljina) temelja, L = duljina temelja (dulja dimenzija) ili promjer ploče, Za K > 0.4 , temelj je krut, što postavlja posebne zahtjeve na njegov tretman u proračunu sila i deformacija. Raspodjela naprezanja i deformacija razlikuje se za kruti i meki temelj. a) meka temeljna konstrukcija (npr. široki rezervoar s tankim čeličnim dnom) opterećenje temljem

wmax linija slijeganja površine tla

reakcija tla (naprezanja) b) kruta temeljna konstrukcija p

linija slijeganja naprezanja u koherentnom tlu p

napon sloma tla

d (zona plastifikacije)

naprezanja u nekoherentnom tlu

sl. 4. Utjecaj krutosti temelja na raspodjelu naprezanja i deformacija u tlu

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

5

4. PROJEKTIRANJE PLITKIH TEMELJA Temeljna ploha deformira se kao i tlo ispod nje (osim na krajevima konzola vitkih temeljnih greda), pa su naponsko-deformacijska svojstva tla važna za proračun slijeganja temelja i raspodjelu napona u tlu. Najčešće pretpostavke o ponašanju tla ispod temelja su: 1. temelj prenosi u tlo sile od građevine kao linearno opterećenje 2. tlo se ponaša kao sistem opruga čije su deformacije proporcionalne silama u njima (Winklerov model) 3. tlo je elastičan (ortotropan) prostor 4. tlo je stišljiv uslojen prostor Prema EC-7 potrebno je provjeriti slijedeća granična stanja nosivosti za plitki temelj: - nosivosti - gubitka globalne stabilnosti (npr. kroz slom kao što ga ima klizanje kosine) - klizanja - kombiniranog sloma u tlu i u konstrukciji - sloma konstrukcije zbog prekomjernih pomjeranja temelja Sa stanovišta graničnog stanja funkcionalnosti provjeravaju se granična stanja: - prevelikih slijeganja, ukupnih i diferencijalnih - prevelikih rotacija - prevelikih bujanja - prevelikih vibracija Promjenom geometrije temelja (povećavanjem širine temeljne plohe) može se mijenjati kritični slučaj graničnog stanja od funkcionalnosti na nosivost Opterećenja koja djeluju na temelj su sva koja će kroz dugi niz godina biti kritična, kao: - tlak od vode - uklanjanje opterećenja ili iskop tla - bujanje i skupljanje usljed djelovanja vegetacije, promjena klime ili vlažnosti - pomaci zbog puzanja ili klizanja masa - pomaci zbog samozbijanja (npr. slijeganje) Temelj prenosi na tlo sile od kontstrukcije. Tlo reagira na razliku opterećenja od geološkog, pa od sila od konstrukcije treba oduzeti težinu koja odgovara iskopanom tlu. V M H

D B B vertikalna sila na temeljnoj plohi = sve težine + V – iskop; horizontalna sila na tem. plohi = H moment na temeljnoj plohi = M + H x D;

sl. 5. Sile na temelju širine B

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

6

Prema EC-7 razmatra se samo dio temelja na koji djeluje tlačno naprezanje, tj. efektivna površina temelja pod tlakom. Smatra se da se za ekscentrična vertikalna opterećenja ispod efektivne površine temelja razvija jednoliko vertikalno naprezanje i da se ono analizira na granična stanja. Dakle, napušta se teza o trokutastom naprezanju. Tako se (sl. 4.1.) za ekscentrično opterećenje računa tzv. efektivna površina temelja, prema udaljenosti sile od bližih rubova temelja. Međutim, ekscentricitet je ograničen na 0.4 x stranica temelja (ili promjer temelja), a za ekscentricitet od 1/3 stranice ili 0.3 promjera temelja zahtijeva se specijalne mjere opreza.

presjek temelja

efektivna površina temelja nagib temeljne plohe

tlocrt

efektivna površina za silu u poziciji

granična linija za tlak B’

L’

sl. 6. Efektivna površina temelja i granice prihvatljivosti ekscentriciteta prema EC-7 Nosivost temeljnog tla računa se prema EC-7 za drenirane i nedrenirane uvjete, na temelju izraza (2) i (3) za nosivost kojim se uzima u obzir i geometrija temelja, i nagib temeljne plohe i utjecaj horizontalnog opterećenja. Ti izrazi razvijeni su na temelju istog modela sloma tla (slika 6.) kakav se koristio za nosivost po Terzaghi-u ili Brinch-Hansenu. Razlika u odnosu na izraz po Terzaghi-u je u vrijednostima faktora nosivosti, kao posljedica geometrije klizne plohe po kojoj je kod Terzaghi-a kut ABC u klinu ϕ a kod ostalih rješenja taj kut je 45+ϕ/2. Na to se dodaju još dijelovi izraza za geometriju temelja (pravokutni, traka, kružni), za nagnutost temeljne plohe i prisutnost horizontalne sile.

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

7

sl.7. Model sloma ispod temeljne trake Za nosivost u dreniranim uvjetima koriste se slijedeći izrazi (za oznake vidi sl.6 i sl.7):

Rd / A =c ' Ncbcscic +q ' Nqbqsqiq +0.5γ 'B 'Nγ bγ sγ iγ ,

(2)

gdje je Rd vertikalna proračunska sila otpora tla (Rd / A’=qdop), A’ = efektivna površina temelja, q’ = efektivni tlak tla na temeljnoj plohi, a faktori su: ,

N q = eπ tan ϕ tan 2 (45 + ϕ / 2)

za nosivost

,

N γ = ( N q − 1) cot ϕ

,

N γ = 2( N q − 1) tan ϕ

kada je δ ≥ ϕ / 2 (hrapava baza ,

,

temelja) za nagnutost temeljne

bq = bγ = (1 − α tan ϕ ) 2 , α=nagib temeljne plohe prema horizontali

plohe

bc = bq − (1 − bq ) /( N c tan ϕ )

,

,

(parametar b se obično ne koristi u računu)

za oblik temelja

s q = 1 + ( B / L ) sin ϕ , za pravokutni temelj ,

s q = 1 + sin ϕ

,

,

,

, za kvadratni ili kružni temelj ,

,

sγ = 1 − 0.3( B / L )

, za pravokutni temelj

s γ = 0 .7

, za kvadratni ili kružni temelj

s c = ( s q N q − 1) /( N q − 1) , za pravokutni,kvadratni ili kružni temelj nagib opterećenja

ic = i q − (1 − i q ) /( N c ⋅ tan ϕ )

iq = 1 − H /(V + A c cot ϕ )

]

m

uzrokovan prisustvom

iq

cot ϕ )

]

m +1

horizontalne sile H uz

,

[ = [1 − H /(V + A c ,

,

,

,

,

,

m = m B = [2 + ( B ' / L' ) ] /[1 +( B' / L' ) ] , kada H djeluje u smjeru B’ m = m L = [2 + ( L' / B ' ) ] /[1 + ( L' / B ' ) ] , kada H djeluje u smjeru L’

Kada H djeluje pod kutem θ prema smjeru L’ tada m može biti računat kao

m = mθ = m L ⋅ cos 2 θ + m B ⋅ sin 2 θ

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

8

Za nedrenirane uvjete nosivost se računa kao:

R / A = (π + 2) ⋅ cu ⋅ bc ⋅ s c ⋅ ic + q ,

gdje su faktori: nagib temeljne plohe: oblik temelja

(3)

bc = 1 − 2α /(π + 2) ,

s c = 1 + 0 .2 B / L

s c = 1.2 nagib opterećenja radi sile H:

,

, za pravokutni temelj , za kvadratni i kružni temelj ,

ic = 0.5(1 + 1 − H / A cu )

U navedenim izrazima (2) i (3) parametri tla c’,cu i ϕ’ su projektni parametri određeni iz karakterističnih vrijednosti uz smanjenje za parcijalne faktore sigurnosti. Oni su prosječno oko 1.3 za koheziju (1-1.6) i 1.1 za tanϕ’ (1-1.2), što ovisi o tipu konstrukcije i problema (tzv. slučajevi A,B i C , prema EC-7, A za slučajeve gdje je mali značaj čvrstoće tla, B za slučajeve gdje je kritična konstrukcija-temelji i potporni zidovi, C za slučajeve gdje je čvrstoća kritična-npr. za stabilnost pokosa). Posebno se uvode faktori za opterećenja (veći od 1). Može se govoriti o ukupnom faktoru sigurnosti protiv graničnog stanja nosivosti. On se dobije kao produkt parcijalnih faktora sigurnosti za opterećenje i sile otpora tla, i iznosi oko 1.3-1.8 (u klasičnom projektiranju ukupni faktor je oko 2.5-3, ali se tada računa i na slijeganja). Treba naglasiti da se u EC7 koristi izraz otpornost na nosivost (bearing resistance) a ne klasično: nosivost (kapacitet nosivosti), što je u duhu Eurocode-a. Faktori nosivosti određuju se prema zadanim formulama, odnosno prema dijagramu na sl.7.

sl.8. Vrijednosti faktora nosivosti prema EC-7 Parametri tla određuju se raznim pokusima, u laboratoriju i na terenu. Za svaki od pokusa koristi se poseban parcijalni faktor sigurnosti, ili se za razne vrijednosti istog parametra izvede karakteristična vrijednost i na nju se primijeni faktor sigurnosti da se dobije računska vrijednost parametra. U nastavku će se prikazati postupak određivanja nosivosti po klasičnoj teoriji uz uporabu pokusa za procjenu parametara čvrstoće ili za direktan račun nosivosti tla.

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

9

Osnovni izrazi za proračun nosivosti po klasičnoj teoriji (dopuštena naprezanja) vrlo su slični izvornim izrazima Terzaghi-a,

q f = cN c + 0.5γBN γ + γDN q

za temeljnu traku,

q f = 1.2cN c + 0.4γBN γ + γDN q

za kvadratni temelj

q f = 1.2cN c + 0.3γBN γ + γDN q

za kružni temelj

Ti izrazi pokazuju (kao i (2) i (3)) da se nosivost sastoji od tri dijela: prvi dio odražava utjecaj kohezije (konstantan dio čvrstoće tla), drugi dio odražava utjecaj težine tla a treći utjecaj nadsloja tla nad temeljnom plohom (težina). Od posebnog je interesa ispravno tretirati težinu tla, tj. uzeti u obzir utjecaj vode. Ako je voda jako duboko sve težine su totalne težine zasićenog tla. Ako je voda pri površini terena (najdanlje za B ispod temeljne plohe) onda je drugi dio izraza sa uronjenom težinom tla, a ako je na površini terena tada je sva težina određena uronjenom težinom tla. To znači da je nosivost tla bez kohezije za potopljeno stanje oko dva puta manja od nosivosti suhog tla kada je voda duboko ispod temelja. Za nedrenirane uvjete koristi se izraz

q f = cu N c + γD prema Skemptonu, koji daje izraz za Nc (vidi sl.8.). Za pravokutni temelj Nc se računa tako da se vrijednost za kvadratni temelj množi sa (0.84+0.16B/L). Klasično rješenje za nedreniranu nosivost temelja na površini terena daje

q f = (2 + π )cu = 5.14cu ,

čemu se može dodati i teret nadsloja.

sl.9. Vrijednosti Nc za rješenje po Skemptonu, za nedrenirane uvjete

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

10

sl.10. Faktori nosivosti za plitke temelje Vrlo često se za nekoherentna tla nosivost računa preko broja udaraca N(SPT), iz standardnog penetracijskog pokusa. Mjereni broj N treba se korigirati, sl.10.

sl.11. Prijedlog za korekciju broja udaraca N(SPT) radi tereta nadsloja N1=CN x N

- utjecaj vode u sitnom pijesku i prašinastom pijesku (zbog pojave negativnih pornih tlakova koji ne uspijevaju disipirati), za broj udaraca veći od 15 kao N1=15+0.5 (N-15). Danas se uvodi N60, kao mjerodavan (60% energije udarca prenosi se na šiljak) i na njega se korigira N(SPT).

sl.12. Orijentacijska vrijednost kuta unutarnjeg trenja u korelaciji s N (SPT), ne vrijedi za male dubine (Schmertmann, 1975.)

efektivni vertikalni napon od nadsloja

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

11

EC-7 zahtijeva da se adekvatno modelira uslojenost tla i različita svojstva tla. Dozvoljeno je uzeti parametre mekog tla kad je iznad njega tvrdo tlo s temeljem. Za obratan slučaj (tvrdi proslojak iznad mekog s temeljem) treba razmotriti proboj temelja kroz meki sloj. Ponekad je potrebno provesti posebne numeričke analize kojima se pokazuje nosivost za najnepovoljnije uvjete. Na slici 12. prikazana je raspodjela dodatnih naprezanja za pravokutni i kvadratični temelj , iz koje se vidi dubina utjecaja dodatnih naprezanja na temelju koje se planiraju istražni radovi i na temelju koje se

sl.12. Konture jednakih vertikalnih naprezanja za trakasti (a) i za kvadratični temelj (b) određuju parametri tla relevantni za proračun. Računa se do dubine na kojoj su dodatna naprezanja 20% geostatskih naprezanja. Često se koriste i direktni izrazi za nosivost tla preko pokusa in situ, ili se preko njih određuje kut unutarnjeg trenja pa se onda koriste dijagrami za faktore nosivosti. Na slikama 9. do 11. dati su odnosi pomoću kojih se mogu dobiti potrebni parametri. Mayerhof je predložio da se dopušteno naprezanje u nekoherentnom tlu izračuna pomoću broja N(SPT) za slijeganje od 2.5 cm (isto su ranije predložili Terzaghi i Peck ali su njihova rješenja bila previše konzervativna-na strani sigurnosti- pa se danas rijetko koriste). Bowles je rješenje po Mayerhofu ocijenio previše konzervativnim i predložio da se tako dobivene vrijednosti povećaju za oko 60%. Mayerhof qa = 12 Nkd

Bowles qa = 20 Nkd

Uvjet B≤ 1.22 m

qa = 8 N ((B+0.305)/B)2 kd

qa = 12.5 N ((B+0.305)/B)2 kd

B > 1.22 m

kd = 1+0.33 (D/B) ≤ 1.33, prema Mayerhofu, qa u kN/m2 Prema BS uobičajene nosivosti raznih vrsta tla su: šljunak ili pijesak sa šljunkom, dobro zbijen >600 kN /m2 šljunak ili pijesak sa šljunkom, srednje zbijen 200-600 šljunak ili pijesak sa šljunkom, rahli <200 zbijeni pijesak >300 pijesak srednje zbijen 100-300 pijesak rahli 100 (B≥1 voda najmanje B ispod temeljne plohe)

vrlo krute gline 300-600 kN/m krute gline 150-300 tvrde gline 75-150 meke gline <75 vrlo meke gline (podložne dugotrajnom slijeg.)

2

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

12

Mayerhof (1956) je dao još jedan izraz (4) za napon sloma ispod temelja (za koherentne i nekoherentne materijale) koji vrijedi za vertikalno opterećenje, ali se uz uvođenje faktora RI može koristiti i za djelovanje horizontalne sile (5).

Df N1B (C w1 + C w 2 ) 10 B Df N1B = (C w1 + C w 2 ) RI 10 B

qult = qult

(jedinica za qult je kp/cm2) (4) (5)

N1 = broj udaraca korigiran za sve utjecaje, izrađen na temelju prosječnog broja mjerenih udaraca u dubini od temeljne plohe do 1.5 B ispod temelja; B = širina temelja (ft), Df = dubina temeljne plohe, Cw1 i Cw2 = korekcijski faktori ovisni o položaju vode (Dw); Dw ≥Df + 1.5 B, Cw1 = Cw2 = 1.0 Dw =Df Cw1 = 0.5, Cw2 = 1.0 Dw =0, Cw1 = 0.5, Cw2 = 0.5 vrijednosti za međupoložaj Dw se mogu interpolirati. RI je tablično prikazan za kvadratni i pravokutni oblik temelja u donjim tablicama.

Tablica 1. Određivanje utjecajnog faktora inklinacije opterećenja (Mayerhof)

Mayerhof (1956) daje i graničnu nosivost za ispitivanja statičkom penetracijom (CPT) u pijesku. Koristi iste izraze (4) i (5) i faktore u slijedećem obliku:

qult =

Df qc B (C w1 + C w 2 ) RI 40 B

(qc u kp/cm2, B u stopama)

(6)

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

13

Vrijednost qc je srednja vrijednost na dubini od temeljne plohe do 1.5 B ispod temeljne plohe (vidi sl.12 za raspodjelu naprezanja). Temeljenje u stijenama Koriste se razni dijagrami (EC-7) pomoću kojih se definiraju dopuštena naprezanja. Stijensku masu je potrebno opisati prema RQD RMD principima. Potrebno je voditi računa o smjeru pukotina i položaju temeljne plohe u odnosu na njih. Gruba procjena nosivosti može se dobiti interpolacijom iz donje tablice (Peck, Hanson, Thornburn, 1974): Dopuštena nosivost, kp/cm2

RQD 100 90 75 50 25 0

300 200 120 65 30 10

5. SLIJEGANJA PLITKIH TEMELJA Slijeganja plitkih temelja računaju se kao zbroj: -

trenutnih-inicijalnih (elastičnih slijeganja – nedrenirano stanje bez promjene volumena) konsolidacijskih slijeganja slijeganja od puzanja

EC-7 dopušta za sva tla da se ukupna slijeganja računaju kao s = p ⋅ B ⋅ f / Em

(4)

gdje je p naprezanje, B širina temelja, f = faktor koji ovisi o dimenzijama i obliku temelja, varijaciji krutosti po dubini, debljini stišljivog sloja, raspodjeli dodatnih naprezanja i položaju točke za koju se slijeganje računa; Em je Youngov modul za drenirane uvjete Za koherentne materijale koristi se edometarski pokus da se odrede konsolidacijska slijeganja. Trenutna slijeganja (elastična) u koherentnom tlu mogu se odrediti nekom od metoda, ali se najčešće računa elijeganje prema edometru, u jednodimenzionalnom modelu (dokazano je da dobro reprezentira trodimenzionalnu situaciju u realnosti), pa se kao dio tih slijeganja odredi inicijalno slijeganje. slijedeće orijentacijske vrijednosti mogu se koristiti:

ukupno slijeganje trenutno-inicijalno

tvrde gline sedom 0.5-0.6 sedom

meke gline 1.1 x sedom 0.1 sedom

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

14

Sekundarna slijeganja računaju se temeljem izraza

s sc = Cα H t log

t sc tp

(7)

gdje je Cα koeficijent sekundarne kompresije koji se određuje iz edometarskog dijagrama ili iz tablice, (vidi donju tablicu); H = ukupna debljina sloja koji ima sekundarnu konsolidaciju, tsc = vrijeme za koje se računa sekundarna konsolidacija (godine), tp = vrijeme primarne konsolidacije (god). Uobičajene vrijednosti za koeficijent sekundarne konsolidacije su: prirodna vlažnost, % 10 20 40 80

Cα OCR=5 0.0003-0.0005 0.0006-0.0010 0.0012-0.0020 0.0025-0.0040

OCR =1 0.001 0.002 0.004 0.008

Za nekoherentne materijale ukupno slijeganje događa se brzo, osim u situaciji kada se materijal vremenom predrobljava ili iz drugog razloga mijenja porozitet. Slijeganja se računaju preko pB I ρ , a za koje se iz dijagrama odrede vrijednosti za utjecajni faktor Iρ i modul ES Es preko N(SPT). Modul Es može se grubo procijeniti preko qc otpora pri statičkoj penetraciji: s=

Es = 2.5 qc , za kvadratni temelj, Es = 3.5 qc , za temeljnu traku ili preko dijagrama u ovisnosti o N(SPT), vidi sl. 15. Pomoću te slike određuje se utjecajni koeficijent Iρ. Vrlo često se za račun slijeganja koristi postupak po Schmertmann-u, koji je predložio da se iz rezultata statičke penetracije , uvažavajući teoretska i iskustvena saznanja o raspodjeli deformacija ispod centra temeljne plohe (slika 15.), može dobiti slijeganje za opterećenje qn (netto opterećenje) prema izrazu: 2B

s = C1C 2 q n ∑ 0

Iz ∆z E

gdje je deformacija tla pod djelovanjem qn a korekcijski faktor za dubinu temelja

(7)

εz =

qn Iz E

C1 = 1 − 0.5

(8)

σ 0,

(9)

qn

te koreksijski faktor za puzanje (t u godinama) C 2 = 1 + 0.2 log

t 0 .1

(10)

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

sl.15. Dijagrami za račun slijeganja u nekoherentnim tlima

15

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

16

Schmertmann je predložio da se koristi E=2 qc. Dijagram na slici 16. pokazuje raspodjelu deformacija ispod temelja (ispod 2B deformacije su zanemarene). Iz , E i ∆z se određuju tako da se na dijagram qc postavi dijagram deformacija sa slike 16. i tako se odrede karakteristični segmenti (visine ∆z) , za koje se odrede konstantne vrijednosti qc kojima se računa E=2qc, te pripadni Iz. Zbroj parcijalnih slijeganja od svih segmenata (prema (7)) daje ukupno slijeganje.

(b)

(a)

sl.16. Dijagram deformacija (a) i primjer primjene tog dijagrama (b) u postupku računa slijeganja prema Schmertmann-u na temelju rezultata pokusa statičke penetracije Osim ukupnih važna su i diferencijalna slijeganja. Diferencijalna slijeganja predstavljaju razliku ukupnih slijeganja dvije točke podijeljenu s njihovom tlocrtnom udaljenosti-

∆

l za građevine s nosećim zidovima: građevine od armiranobetonskih okvira s panelima građevine od armiranobetonskih okvira s panelima-laboratorij osjetljive građevine i industr. postorjenja

∆/l ≤ 1/280 ∆/l ≤ 1/180 ∆/l ≤ 1/130 ∆/l ≤ 1/180 ∆/l ≤ 1/500-1/700

Ukupna slijeganja se također ograničavaju, ali različiti autori daju različite preporuke, koje ovise o tipu temelja, tipu temeljnog tla i o tipu građevine (materijal od kojeg je izgrađena). Općenito u nekoherentnim tlima se smatra dobrim ograničenjem ukupnog slijeganja 2.5-7 cm, a u koherentnim tlima dvostruko više.

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

17

Za računanje slijeganja kod temelja u stijeni može se koristiti izraze (Kulhaway, 1978) s≈

0. 9 P E m A 0.5

za kružni, kvadratni i pravokutni temelj (L/B≤3), ili

s≈

0.7 P E m A 0.5

za temelje sa L/B≥10

6. IZBOR DUBINE TEMELJENJA - dodati utjecja podzemne vode Ovisi o vrsti tla (nosivost, slijeganje, opasnost od bujanja), klimi (dubina smrzavanja), konstrukciji građevine i njenim zahtjevima. Potrebno je da je temelj ispod: 1. 2. 3. 4. 5.

linije smrzavanja zone velikih volumskih promjena tla usljed promjene vlažnosti organskog tla i rastresitog površinskog tla treseta nekonsolidiranih materijala i nezbijenih odlagališta (ispuna)

utjecaj dubine temeljenja na nosivost vidi se iz izraza za nosivost (npr. pravokutni temelj):

B B q = cN c (1 + 0.3 ) + γzN q + 0.5γBN γ (1 − 0.2 ) L L koji pokazuje da se porast dubine temeljenja (z) povećava napon sloma (raste nosivost s dubinom), i to tako da napon sloma raste dvostruko brže s dubinom od odnosa D/B (=z/B); slijeganja se smanjuju s dubinom, a krutost tla raste s dubinom. EC-7 zahtijeva da se u izboru dubine i temeljenja i pri izvedbi uvaže slijedeći faktori: -

pri izvedbi se uvijek mora ustanoviti da se došlo do odgovarajućeg sloja dubina bi trebala biti tako odabrana da se ne pojavljuje skupljanje, bujanje, smrzavica, sezonske promjene i sl. udaljenost od drveća – grubo pravilo je da se od stabla temelj udalji (i obratno) za pola konačne visine stabla nivo podzemne vode, pogotovo ako se iskop treba obaviti ispod NPV da se iskopom ne oslabi tlo ispod temelja (podložni beton se koristi ili šljunak ispod temelja) da se ne oštete susjedni objekti neopreznim iskopom i radovima racionalna rješenja za iskop, te precizan iskop gdje je nužno

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

18

SPECIJALNI SLUČAJEVI - riješiti primjer - studentski rad Posebnost nekih slučajeva pojedinačnih temelja podrazumijeva posebnost u njegovom položaju i uvjetima prenosa opterećenja na tlo, te u svojstvima tla u kojima se temelji. Temelj na kosini Temelj može biti na kosini ili u njenoj blizini (sl. 15.). b β

B

q

D

H 90-ϕ

d0

sl.15. Temelj na kosini (vidi rješenja npr. u priručniku NAVFAC) Proračun nosivosti može se provesti kao problem globalne stabilnosti temelja na kosini, ili pomoću posebnih dijagrama za faktore nosivosti, uzevši u obzir geometriju (udaljenost od kosine, širinu temelja, dubinu temelja) i položaj podzemne vode. Slučajevi sa kosom temeljnom plohom (sl.16.) mogu se riješiti općim izrazom za nosivost (2) ili pomoću razvijenih dijagrama za faktore nosivosti koji odgovaraju tim uvjetima.

q

sl.16. Temelj s nakošenom temeljnom plohom (vidi rješenja npr. u priručniku NAVFAC) POSEBNI UVJETI U TLU Posebnost uvjeta u tlu podrazumijeva specifična svojstva tla koja mogu utjecati na nosivost i deformacije tla ispod temelja. Posebna tla su: -

-

kolapsibilna tla: npr. les, potapanjem vodom i/ili prekoračenjem nosivosti strukture doživljava slom strukture i naglo pada nosivost; ispitivanja u laboratoriju u edometru mogu otkriti opasnost od kolapsa i konačnu nosivost (deformacije se trebaju posebno obraditi) tla sklona bujanju i skupljanju: tla s malom vlažnosti a velikom plastičnosti (Ip iznad 22%) imaju sklonost bujanju pri vlaženju, odnosno skupljanju pri sušenju; takve promjene i deformacije koje se njima izazivaju mogu se utvrditi u laboratoriju na uzorcima s različite dubine; ponekad je potrebno temeljiti ispod osjetljivih slojeva ili

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

19

zamijeniti takvo tlo, odnosno neutralizirati efekte napona bujanja teretom konstrukcije ARMIRANJE TEMELJA - dodati izraze za račun armature-dimenzioniranje Temelji se armiraju za preuzimanje naprezanja od savijanja (vlačna naprezanja) i poprečnih sila (posmična naprezanja). Na temelju izračunatih opterećenja na temeljnoj plohi (reakcija podloge-raspodjela opterećenja na tlo) određuju se posmična naprezanja u temeljnoj stopi od proboja stupa u temeljnu stopu i momenti savijanja koji zahtijevaju armaturu na stopama temelja izvan stupa (zida). b P nearmirani temelj: α = 450 za beton, 300 za opeku

α

d

Q a

a

kontrola napona u betonu – od savijanja S d

kontrola napona od rezne sile S

e

p B S = ¼ (Q-(a+2d) 2p)

a

a + 2d

a

B

armatura je u kvadratičnom temelju jednako raspoređena u oba smjera

na duljoj stranici se n šipki raspoređuje B nB = 2n /(m+1), na dijelu nB a ostalo jednako oko te zone 0.5(n-nB)

nB

0.5(n-nB)

L=m B sl. 17. Sile i raspored armature u temeljnim stopama Za pravokutni temelj (L x B) armatura se polaže u jednakom razmaku na kraćoj stranici temelja, a na dužoj stranici temelja gušće u zoni oko stupa a rjeđe izvan te zone. LITERATURA: E.Nonveiller, (1981.), Mehanika tla i temeljenje građevina, Školska knjiga Zagreb / EUROCODE 7/ 1., 2 . 3. DIO (1999.) / R.F.Craig (1997). Soil Mechanics, E&FN SPON / Manuals for the Design of Bridge Foundations –Transportation Research Board, Washington, 1991 / NAVFAC DM-

GF OSIJEK : MEHANIKA TLA I TEMELJENJE TEMELJENJE: PREDAVANJE 2. : PLITKO TEMELJENJE , MM 0300

7,Design Manula, Dept. of Navy, USA,1971 / T.R.Bonacci, P.Miščević, Temeljenje, GF Split, 1997/ J.E.Bowles, Foundation Analyses and Design, McGraw Hill, 1968 / J.N.Cernica, Geotechncial Engineering:Foundation Design, John Wiley & Sons, Inc, 1995 /

20