13 B Temeljenje Na Pilotima - Od Penave

Doc. Dr. Sc. Mensur Mulabdić, dipl inž. građ. GF OSIJEK 2004. TEMELJENJE

PREDAVANJE

TEMELJENJE NA PILOTIMA


PROBLEM I PRIMJENA PILOTA
VRSTE PILOTA
NOSIVOST PILOTA
SLIJEGANJE PILOTA
DJELOVANJE HORIZONTALNOG OPTEREĆENJA
KONTROLA I ISPITIVANJA
PILOTI U GRUPI
NOSIVOST
SLIJEGANJE

EC 7 – PILOTI

EC7 regulira provjeru nosivosti pilota putem faktora nosivosti za ukupnu otpornost pilota tako da se nosivost pilota izračunata sa parametrima tla dijeli s nekim faktorom sigurnsti. Ne predviđa se uporaba faktora sigurnosti za parametre tla, kao kod plitkog temeljenja. Također, vrlo je važno da se projektranje pilota oslanja na rezultate pokusa ispitivanja nosivosti pilota in situ. Djelovanja za koja treba provjereiti pilote su opterećenja i pomaci, kao vrlo važan aspekt dimenzioniranja pilota.

Dozvoljeno je da se projektiranje pilota temelji na slijedećim modelima proračuna: •

pokusu statičke nosivosti, za koje treba pokazati da su sukladna vrijednostima po numeričkom proračunu i iskustvu

•

empirijskom i analitičkom proračunu koji su potvrđeni u pokusima statičkog opterećenja za slične uvjete

•

dinamičko ispitivanje pilota, koje je potvrđeno u pokusima statičkog opterećenja za slične uvjete

Za pilote pod tlačnim opterećenjem potrebno je provjeriti slijedeća granična stanja: •

gr. stanje za opći problem sloma zbog nestabilnosti

•

gr. stanje nosivosti temelja na pilotu

•

gr. stanje sloma ili ozbiljnih oštećenja građevine usljed deformacije temelja na pilotima

•

stanje funkcionalnosti građevine usljed pomaka pilota

Nosivost pilota u grupi provjerava se za slom pojedinačnog pilota i za grupu pilota. Grupa pilota može se tretirati kao veliki pilot.

Nosivost pilota određena na temelju karakterističnih vrijednosti parametara čvrstoće tla umanjuje se za faktor FS=1,5.

DUBOKI TEMELJI

•

KESONI

•

BUNARI

PILOTI

Kada? •

mala nosivost tla pri površini

•

velika slijeganja

Kakvi mogu biti? a)

materijali: •

drveni

•

metalni

•

betonski

•

šljunčani

b) način izvedbe: •

bušeni

•

zabijani

•

izvedeni betoniranjem na mjestu

c) prema djelovanju: •

pojedinačni

•

u grupi

d) prema načinu prijenosa opterećenja (funkciji)

NOSIVOST POJEDINAČNOG PILOTA

Q f = Q fp + Q fv − w w – težina pilota; zanemariva osim za velike betonske pilote

NOSIVOST NA PLAŠTU

τ ( z ) = c′ + σ v′( z ) ⋅ tgϕ τ fp = k ⋅ τ ( z ) →

D

Q p = ∫ τ fp ⋅ B ⋅ π ⋅ dz 0

k <1

B=d

τ fp = α ⋅ c ′ + K s ⋅ γ ⋅ D ⋅ tgδ ; (Meyerhof (prosječno = 0,5) α <1 K S = 0,7 ⋅ K 0

τ fp = 0,5 ⋅ c + 0,7 ⋅ K 0 ⋅ γ ⋅ D ⋅ tgδ

1951., 1961.)

( K 0 -uz bazu)

K 0 = 0,5 S,G K 0 = 1,0 C,M 2 δ = ⋅ tgϕ 3

NEDRENIRANO STANJE – zabijeni piloti

τ fp = f (cu )

cu - ovisi o dubini

τ fp = a ⋅ cu ; (= 0,5 ⋅ cu )

a = 0,3 − 1,0 (faktor adhezije)

- uzmi srednju vrijednost

ovisi o: -vrsti tla -uslojenosti tla (odnos dubine mekog i tvrdog tla prema D)

D

Q fp = ∫ τ fp ⋅ dz 0

NOSIVOST NA VRHU PILOTA

Analogno izrazu za nosivost tla ispod plitkog temelja:

q v = c ⋅ N c + 0,5 ⋅ γ ′ ⋅ B ⋅ N γ + σ v′ ⋅ N q (Neki uzimaju umjesto

(1)

σ v′ → γ ⋅ K 0 ⋅ D)

B – promjer pilota D – dubinavrha pilota

Ako se uzmu utjecaji krutosti tla, dubine i oblika:

q v = c ⋅ N c ⋅ s c ⋅ d c ⋅ rc + 0,5 ⋅ B ⋅ γ ′ ⋅ N γ ⋅ sγ ⋅ d γ ⋅ rγ + σ v′ ⋅ N q ⋅ s q ⋅ d q ⋅ γ q

(2)

(Kullhawy Efall, 1983.)

N c , N γ , N q - faktori nosivosti

(Meyerhof), ovisni o

ϕ′

Postupak prema izrazu (1):

ϕ

-

odredi c i

-

odredi N c , N γ , N q ( N q za duboki temelj)

-

izračunaj q v

-

primjeni faktor sigurnosti, npr.

FS = 2

q dop = -

(ili 3) za q dop

qv , FS = 2 − 3 FS

alternativno (naš pravilnik): koristi

c=

c ; 2,5

tgϕ ′ =

tgϕ 1,5

q v = q dop q v.dop ⋅ Av. pilota = QV (QU = QV + QP )

Postupak prema izrazu (2). 1. Pilot u saturiranoj glini:

c = cu ; N γ = 0 ;

N q ⋅ s q ⋅ d q ⋅ rq = 1 ; D >4 B

N c ⋅ s c ⋅ d c ⋅ rc = 9 , za pilote tada je

q v = 9 ⋅ cu + σ v

( σ v - totalni napon, nedrenirano stanje)

ili ukupna nosivost pilota

Qv = q v ⋅ Av ⋅ Qv = 9 ⋅ cu ⋅ Av + σ v ⋅ Av

Av =

d 2π 4

σ v ⋅ Av ≈ težina pilota pa je

Qv = Q f = 9cu ⋅ Av cu - nedrenirana čvrstoća tla blizu vrha pilota 2. Pilot u nekoherentnom tlu (S,G):

q v = σ v′ ⋅ N q ⋅ s q ⋅ d q ⋅ rq N q ⋅ s q ⋅ d q ⋅ rq - iz dijagrama preko ϕ ′ uz I r =

ES 2(1 + µ ) ⋅ σ v′ tgϕ ′

rahli pijesak:

Ir =

30 σ v′ tgϕ ′

zbijeni pijesak:

Ir =

110 σ v′ tgϕ ′

(za

D = 4−5) B

q v i q p preko in situ pokusa SPT

(N = broj udaraca)

(Meyerhof 1976.)

samo za pijesak i neplastični prah (ML)

qv =

0,4 ⋅ N cor ⋅ D ≤ ql B

  20  N cor = 0,77 log10   ⋅ N  σ v′  

[Kp / cm ] ili [× 100 = kN / m ] 2

2

(3)

[Kp / cm ] 2

N , σ v′ - oko vrha pilota ql = 4 N cor , za pijesak ql = 3 N cor , za ML

[Kp / cm ] [Kp / cm ] 2

ili

ql = 400 N cor

2

ili

ql = 300 N cor

[kN / m ] [kN / m ] 2

2

Napomena! U izrazu (3) smatra se da q v raste linearno s dubinom, s odnosom D/B do kritične vrijednosti D/B=10 (pijesak), D/B=7,5 (ML), kada ostaje konstantan na nivou q l . Što ako je tlo uslojeno oko vrha pilota? (Meyerhof):

N se određuje u zoni 5d

Ako je tlo uslojeno: tvrdo nad mekim

q 0 - granični tlak ( q l ) za donji mekši sloj q l - granični tlak ( q l ) za gornji tvrđi sloj Za H<10 d

qv = q0 +

(ql − q0 )H 10d

≤ ql

(Meyerhof, 1976.)

NOSIVOST NA PLAŠTU

SPT

(trenje):

qp =

N 50

[Kp / cm ]

→ zabijeni piloti koji istiskuju tlo

qp =

N 100

[Kp / cm ]

→ piloti koji ne istiskuju tlo (npr. «H» čelični piloti)

2

2

N =prosječni N na dubini D

q c1 = minimum od

(1) prosjeka q c na dionici a → b (2) prosjeka q c na dionici b → c tako da uzmeš minimalne vrijednosti na putu od b → c

q c 2 = također na 8d qv =

q c1 + q c 2 2

( Qv = q v ⋅ A p )

trenje: z  8d  Q p = K  ∑ (L f / 8 D ) f S a p + ∑ f s a p  L f =8 d  L f =0 

K → dijagram, odvojeno za S i C (faktor korelacije)

L f - promatrana dubina f s - trenje na plaštu iz CPT

a p - opseg pilota

z - duljina pilota Slijeganje pilota:

w = ∑ ∆w = ∑

∆σ v′ z i - korekcije zbog dubine – dijagram FOX (vidi iz prošlog semstra) Mv IZVIJANJE PILOTA

PCR = PCR = PCR = PCR =

4π 2 E P I P Leq

2

2π 2 E P I P Leq

2

π 2 EP I P Leq

2

π 2 EP I P 4 Leq

2

za dulji pilot:

Leq = Lu + 1,4 R

E S - konstantna po dubini (glina)

Lu - duljina iznad površine terena

E I R =  P P  ES

  

0 , 25

Leq = Lu + 1,8T E I  T = P P  nh 

0, 2

n h - gradijent porasta E S po dubini

nh =

ES , z

z – dubina

PILOT OPTEREĆEN HORIZONTALNOM SILOM

Analizira se kao (beskonačno) utisnuta u elastični medij (modul reakcije podloge)

Riješiti sustav jednadžbi za momente u čvorovima +

∑H

Horizontalni pomak pojedinačnog pilota (prema Evans i Duncan, 1982.) Psp – horizontalna sila Ysp – horizontalni pomak pilota D – promjer (širina) pilota → koristi dijagrame za pijesak i glinu Postupak: 1.

Odredi Ep i Ip za pilot promjera D

2.

Pretpostavi (izračunaj) prosječnu cu za glinu,

ϕ′

za pijesak, u dubini

γ ⋅D

uronjeni pijesak) 3.

Odredi karakterističnu vrijednost Pc Glina:

Pc = 7,34 ⋅ D 2 (E p R I )(cu / E p R I )

0 , 683

Pijesak: Pc = 1,57 ⋅ D

2

(E

RI =

R I )(γ ′Dϕ ′K p / E p R I )

0 , 57

p

Ip I

;

I=

πD 4 64

;

ϕ′   K p = tg 2  45 +  2 

Psp / Pc

4.

Izračunaj

5.

Iz dijagrama 5.1 i 5.2 (C→S) odredi Ysp/D

6.

Izračunaj Ysp = D Ysp / D

(

)

Određivanje maksimalnog momenta savijanja u pilotu od horizontalne sile Slično kao za defleksiju (pomak); (prema Evans i Duncan, 1982.) Dijagram 5.8 i 5.9

γh

- faktor sigurnosti za silu ≥ 1

Postupak: Ponovi korake 1 – 4

ispod površine tla ( γ ′ - za

5.

Odredi M sp / M c Glina:

M c = 3,86 ⋅ D 3 (E p R I )(cu / E p R I )

0 , 46

(

)(γ ′Dϕ ′K (M / M )

Pijesak: M c = 1,33 ⋅ D E p R I 3

6.

M sp = M c

Izračunaj

sp

/ E p RI )

0, 4

p

c

Napomena! Kod djelovanja horizontalne sile na pilot manje je važna tehnika proračuna; dominantno utječe na rezultat model tla, tj. Raspodjela čvrstoće i krutosti tla po dubini, te posebno krutost pri površini tla.

DJELOVANJE PILOTA U GRUPI

p = 2(m + n − 2 )s + 4 D nosivost grupe

< m ⋅ n × nosivost pilota

(efikasnost grupe ≤ 1 ) Nosivost grupe pilota Pijesak Nosivos grupe = m ⋅ n × nosivost pilota (pojedinog) (ne uzima se u obzir djelovanje naglavne ploče) Glina Uzima se u obzir djelovanje naglavne ploče

Q grupe = (2 ⋅ X + 2 ⋅ Y ) z ⋅ cu + X ⋅ Y ⋅ N c ⋅ cu cu - prosječna na Z cu - pri vrhu N c = 5(1 + 0,2 X / Y )(1 + 0,2 Z / X ) , za Z / X ≤ 2,5 N c = 7,5(1 + 0,2 X / Y ) , za Z / X > 2,5 Ako naglavna ploča u glini nije u kontaktu s tlom, tada: -

izračunaj nosivost pojedinog pilota

Q ×η ,

η = 0,7

za s=3D

η = 1,0

za s=6D

Q gr = m ⋅ n ⋅ Q ⋅ η -

izračunaj nosivost grupe (vidi prethodni račun)

-

odaberi manju nosivost kao mjerodavnu

Q gr = min

{

m⋅n⋅Q⋅η nosivost grupe ( X ,Y )

Slijeganje grupe pilota SPT:

ρ=

2⋅q X ⋅ I ; N corr

q – opterećenje (zajedno s negativnim trenjem) kg/m X – širina grupe pilota

I = 1 − D ′ / (8 ⋅ X ) ≥ 0,5

D′ =

2 Db 3

N corr - na oko X udaljenosti ispod

2 Db 3

Napomena! Za praškasti pijesak (SM – MS); pomnoži

ρ sa 2: ρ * = 2 ⋅ ρ →

iskustvo

CPT:

ρ=

qXI 2q c

Gline Slijeganje preko ekvibalentnog temelja kao za plitki temelj Ako slijeganje grupe pilota prelazi dopušteno → povećaj broj pilota ili smanji s, ili povećaj D, (ili sve) te ponovi račun.