of 22/22
GRAĐEVINSKI FAKULTET OSIJEK PREDMET: MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, VII ŠK.GOD. 1999/2000. , VI SEMESTAR TEMELJENJE 1. PREDAVANJE – UVODNO UVOD U TEMELJENJE PRINCIPI PROJEKTIRANJA (PRAVILNICI, EUROCODE 7) ISTRAŽNI RADOVI – KONCEPTI I PRINCIPI PROJEKTNI PROFIL TLA ISTRAŽNI RADOVI NA TERENU - GEOFIZIČKA ISPITIVANJA - BUŠENJE - IN SITU ISPITIVANJA - LABORATORIJSKA ISPITIVANJA ZAKLJUČAK LITERATURA

10 temeljenje pred 1 0302

  • View
    1.914

  • Download
    7

Embed Size (px)

Text of 10 temeljenje pred 1 0302

GRA EVINSKI FAKULTET OSIJEK PREDMET: MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, VII K.GOD. 1999/2000. , VI SEMESTAR

TEMELJENJE 1. PREDAVANJE UVODNO

UVOD U TEMELJENJE PRINCIPI PROJEKTIRANJA (PRAVILNICI, EUROCODE 7) ISTRANI RADOVI KONCEPTI I PRINCIPI PROJEKTNI PROFIL TLA ISTRANI RADOVI NA TERENU GEOFIZIKA ISPITIVANJA BUENJE IN SITU ISPITIVANJA LABORATORIJSKA ISPITIVANJA

ZAKLJUAK LITERATURA

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

2

1. UVOD

Geotehniki zahvati neizbjean su dio gra evinske prakse, prvenstveno zbog injenice da se sve gradi na tlu, odnosno da se konano sve sile moraju prenijeti u tlo. Njihov znaaj varira u ovisnosti o uvjetima u tlu, karakteru objekta i nainu gradnje. Temeljenje objekata je najei geotehniki zadatak. O pravilima temeljenja pojedinih objekata dogovaraju se nacionalne udruge inenjera. U Europi se uvode jedinstvena pravila projektiranja u graditeljstvu, pa i u problemu temeljenja, unutar Europske zajednice. Ona su razra ena u dokumentima pod jedinstvenim nazivom EUROCODE (predvi eno je ukupno 10 takvih dokumenata), prema tipovima konstrukcija i zahvata, a za geotehniku su dokumenti svrstani u EUROCODE 7, koji se sastoji od tri dijela: ENV 1997-1: opa pravila projektiranja, ENV 1997-2 : projektiranje uz pomo laboratorijskih pokusa; ENV 1997-3: projektiranje uz pomo terenskih pokusa. Hrvatska je 2001. preuzela normu ENV 1997 -1,2,3 (Eurocode 7) kao paralelnu normu za geotehniko projektiranje u Hrvatskoj. Pri rjeavanju problema temeljenja i drugih geotehnikih zahvata (npr. stabilnost pokosa, podzemni radovi, odlagalita otpada) oslanjamo se na principe znanstvene discipline Mehanike tla, iskustvo i opaanja i mjerenja pri izvedbi zahvata. Razvijeni su jasni i provjereni principi koji se odnose na ispitivanje tla, numerike proraune vezane uz zahvate, te postupci mjerenja i kontrole kvalitete izvedbe zahvata. Brojni su primjeri velikih izazova u temeljenju objekata, u Hrvatskoj i u Svijetu. Oni se proteu od zgrada, industrijskih objekata, prometnih objekata, do objekata kulturne batine (crkve, tvr ave), energetskih objekata (brane, elektrane) i objekata zatite okolia (odlagalita otpada). U okviru kolegija TEMELJENJE obradit e se problem plitkog temljenja (temeljne stope, trake, ploe), dubokog temeljenja (piloti, bunari), potpornih konstrukcija (potporni zidovi, zagatne stijene, dijafragme), problem dinamikog optereenja temelja, problem poboljanja tla (armirano tlo i poboljanje temeljnog tla), osnove geotehnike u zatiti okolia (odlagalita otpada) te osnove opaanja geotehnikog zahvata i kontrole izvedbe. Po svom karakteru navedeni sadraji openito spadaju u GEOTEHNIKO INENJERSTVO. S toga je ispravnije razmiljati o buduem sadraju kao o problemu geotehnikog inenjerstva, a ne samo temeljenja, jer je ono samo dio aktivnsoti koje e se razmatrati. U nastavku se daju primjeri znaajnijih problema i projekata koji spadaju u podruje geotehnike. Plitki temelji najei su oblik temeljenja, ali ne uvijek i najjednostavniji. Primjer kosog tornja u Pisi (slika 1.1.) pokazuje ozbiljnost i kompleksnost problema plitkog temelja na stiljivom tlu. Danas je problem nestabilnosti tornja rijeen na temelju preporuka me unarodnog tima strunjaka i prva mjerenja pokazuju da se predloeno rjeenje moe smatrati dobrim. Mnogi mostovi zahtijevaju sloena temeljenja, bez obzira na njihov nosivi sklop. Na slici 1.2. pokazan je primjer temeljenja stupa mosta u rijeci. Poznat je i sluaj temeljenja lunog mosta na Korani u Karlovcu (autor mosta Prof. Tonkovi) gdje su trokovi temeljenja znaajno narasli radi neprilago enog tipa nosive konstrukcije uvjetima u tlu.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

3

Velike gra evne jame sve ee se izvode u gradovima radi poveanja prostora ispod povrine tla. Geotehniki zahvat svodi se na osiguranje iskopa jame i kontrolu deformacija stijenki objekta u buduem obliku konstrukcije (slika 1.3.). U postupcima poboljanja tla biljei se veliki, gotovo svakodnevni, napredak tehnologije, bilo da se radi o poboljanju tla dodavanjem novog boljeg tla, ili da se kemijskim i/ili mehanikim intervencijama postiu bolja svojstva tla (poboljanje ljunanim pilotima, injektiranje, armiranje tla). ljunani piloti u raznim izvdbama esto se koriste za poboljanje raznih vrsta tla (slika 1.4.)

slika 1.1. Kosi toranj u Pisi vjerojatno najuveniji problem temeljenja u svijetu (iz E.Nonveiller,1981.)

slika 1.2. Bueni piloti promjera 600 i 800 mm, za most na Kupi kod Pokupskog (iz E.Nonveiller,1981.)

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

4

slika 1.3. Velika gra evna jama za tgovaki centar Importane, pored hotela Esplanade u Zagrebu

slika 1.4. Raznim tehnikama poboljanja tla racionalno se rjeavaju i ubrzavaju geotehniki zahvati (iz publikacija Keller, GmbH)

geosintetik za ojaanje

geotekstil za drenau

slika 1.5. Danas je tehnika armiranja tla jako razvijena i zastupljena , posebno u prometnim gra evinama (ceste i eljeznice)

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

5

U cestogradnji preteno, ali i u drugim tipovima zahvata (kanali, usjeci, nasipi), koristi se tehnologija armiranja tla kako bi se ostvarili strmiji pokosi s dovoljnom sigurnosti te iskoristili slabiji materijali (slika 1.5.). Problemi zatite okolia su od posebnog znaaja, pa tako odlagalita otpada postaju ozbilje inenjerske konstrukcije u kojima se temeljne probleme (nosivost, stabilnost pokosa, nepropusnost) rjeava primjenom principa geotehnikog inenjerstva.

2. PRINCIPI GEOTEHNIKOG PROJEKTIRANJA Geotehniko projektiranje ravnopravno je (po znaaju i metodologiji) svakom drugom gra evinskom projektiranju. Taj pojam uveden je u praksu pojavom Eurocode-a, i prepoznat je kao ispravan put u geotehnikom dijelu gra evinskih zahvata. U Hrvatskoj se koristi nekoliko pravilnika za geotehniko projektiranje (Pravilnik o temeljenju , Pravilnik o hidrotehnikim objektima, Pravilnik o projektiranju objekata u seizmikim podrujima ). Svi ti pravilnici i njima srodni i komplementarni (npr. Pravilnik o provedbi istranih radova ..) zastarili su i trae dopunu suvremenim znanjima i odgovarajuim razvitkom tehnologije izvedbe. Smatra se da e se nakon 2004. godine moi usvojiti jedinstvena norma za projektiranje u geotehnici pod nazivom EUROCODE 7, koji se danas smatra paralelnom normom nacionalnim normama u zemljama Europske zajednice, a tako je i u Hrvatskoj. Zbog toga e se u okviru razmatranja problema temeljenja koristiti i komentirati odredbe tog dokumenta i njemu srodnih dokumenata na koje se on poziva. EUROCODE 7 To je dokument sa snagom prednorme (stanje 02.2002. a uskoro e biti u statusu norme) kojim se koriste strunjaci prilikom projektiranja i izvedbe geotehnikih zahvata u tlu i u stijenama. Sastoji se od tri dijela: Eurocode- 7 Geotehniko projektiranje - Dio 1., Opa pravila (oznaka ENV 1997-1), Eurocode - 7 Geotehniko projektiranje - Dio 2. Projektiranje uz pomo laboratorijskih pokusa (oznaka ENV 1997-2), Eurocode- 7 Geotehniko projektiranje - Dio 3. Projektiranje uz pomo pokusa na terenu (oznaka ENV 1997-3). Dio 1. postavlja osnovne principe koji se koriste pri projektiranju a dio 2. i 3. obra uju laboratorijske i pokuse na terenu iji rezultati su vani za projektiranje. Eurocode 7 razlikuje tri kategorije objekata: kategorija 1. : mali i relativno jednostavni objekti (za njih vrijedi da se osnovni zahtjevi mogu zadovoljiti na temelju iskustva i kvalitativnih geotehnikih istranih radova, te da je rizik za objekt i ljude zanemariv; primjer: jednokatnice i dvokatnice i agrikulturni objekti, s max optereenjem 250 kN na stupovima i 100 kN/m na zidovima gdje se koriste uobiajeni tipovi plitkih temelja i pilota, potporni zidovi nii od 2 m te manji iskopi za drenae i cjevovode). Za ovakve objekte vana su lokalna iskustva na slinim objektima i uvjetima u tlu, te adekvatno projektantsko iskustvo. kategorija 2. : obuhvaa uobiajene objekte bez izrazitog rizika i bez izrazitih posebnosti i posebnih poblema s uvjetima u tlu ili u optereenju; potrebni su kvantitativni geotehniki podaci, ali se koriste uobiajeni-rutinski postupci ispitivanja,

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

6

projektiranja i izvedbe; primjer: plitko temeljenje, piloti, nasipi, tuneli u tvrdim stijenama bez zahtjeva za nepropusnosti; projektant mora biti iskusan geotehniar s odgovarajuim znanjem. kategorija 3. : obuhvaa objekte koji ne spadaju u kategorije 1 i 2, za koje nisu dovoljne standardne odredbe Eurocode-a 7; to ukljuuje komplicirane, velike i znaajne objekte, posebne uvjete u tlu, poveane i znaajne rizike, izraenu seizminost lokacije, pokrete tla i sl. Tablica 1.1. Opis kategorija objekata za geotehnike analizeGC1 zahtijevana osoba s odgovarajuim ekspertnost slinim iskustvom geotehniki istr. radovi kvalitativno istraivanje ukljuujui istrane jame postupak prorauna geotehnike kategorije GC2 iskusna kvalificirana osoba uobiajena istraivanja uklj. buenje, terensko i labor. ispitivanje propisivanje mjera i uobiajeni proraun jednostavnan postupak stabilnosti i pomaka prorauna, npr. nosivosti na (deformacija) na temelju temelju iskustva, publiciranih odredbi EC7 podataka; proraun stabilnosti i pomaka ne mora biti zahtjev - jednostavni objekti 1 i 2 Uobiajeno: kata, poljoprivredni objekti s - trakasti temelji i piloti max. optereenjem stupova - zidovi i druge potporne 250 kN i opter. zida 100 konstrukcije - stupovi mosta i upornjaci kN/m; - potporni zidovi i pridranja - nasipi i zemljani radovi do 2 m visine - sidra u tlu i drugi - manji iskopi za drenae i potporni sustavi cijevi - tuneli u tvrdim neraspucalim stijenama GC3 iskusan specijalist geotehniar dodatno sloenije istraivanje i labor. pokusi vrlo sloeni prorauni

primjer gra evina

- vrlo velike gra evine - veliki mostovi - duboki iskopi - nasipi na mekom tlu - tuneli u mekom ili vrlo poroznom tlu

Pretpostavka uspjenog prorauna (i projektnog rjeenja) je poznavanje objekta, optereenja na temeljnu konstrukciju i relevantnih podataka o tlu. Optereenja se definiraju pomou parcijalnih faktora sigurnosti, kojima se uveavaju karakteristine vrijednosti djelovanja (optereenja, ili deformacija, ili oboje). U tablici 1.2. daju se podaci koji se trebaju uzeti u razmatranje pri projektiranju. Pri procjeni djelovanja i stabilnosti (sigurnosti) konstrukcije moe se koristiti jedan od ova dva principa: - pristup preko materijalnih faktora, gdje se primjenjuju parcijalni faktori sigurnosti na djelovanje i svojstva materijala, - pristup preko faktora otpora, gdje se primjenjuju parcijalni faktori sigurnosti na efekte djelovanja i na karakteristine otpornosti U projektiranju je potrebno uzeti u obzir sva djelovanja koja utjeu na konstrukcijuobjekt (optereenja, ogranienost deformacija, svojstva tla, seizminost, temperaturni efekti, djelovanje potresa), sva djelovanja okoline (puzanja, klizanja, voda, led, i sl.) te djelovanja koja zahvat moe izazvati na okolinu (deformacije okolnih zgrada, zaga enje okolia, i sl.).Konstrukcija (zahvat) moraju biti sigurni od sloma ili nestabilnosti i od ugroavanja funkcionalnosti objekta (npr. prevelika ukupna ili diferencijalna slijeganja).

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

7

Tablica 1.2. Faktori koji se moraju razmotriti pri definiranju projektnih okolnostiNo. 1 2 3 4 Faktori za razmatranje opa pogodnost terena na kojem e se graditi objekt raspored i klasifikacija relevantnih zona tla i stijene rudarski radovi, jame i drugi podzemni radovi Za objekte blizu stijene ili na stijeni - poloenost pukotinskog sustava - tvrdi i meki slojevi izme u pukotina - rasjedi, pukotinski sustavi - otvori i rupe ispunjeni mekim materijalom djelovanja i njihove kombinacije Narav okolia - efekti ispiranja, erozije i iskopa na geometriju povrine terena - efekti kemijske korozije - efekti troenja - efekti smrzavanja Promjene nivoa podzemne vode ukljuujui efekte odvodnje, poplava i nefunkcioniranja drenanog sustava Prisustvo plinova iz tla Drugi utjecaji vremena i okolia na svojstva materijala Redoslijed gra enja Opasnost od teta od potresa Posljedice rudarskih radova i drugih uzroka Osjetljivost objekta na deformacije Utjecaji novih objekata na susjedne i njihovu uporabivost

5 6

7 8 9 10 11 12 13 14

Na donjoj skici ilustrira se vezu projektiranje-ispitivanje (teren i laboratorij) prema Eurocode-u 7.EUROCODE-7 (ENV 1997-1) - granino stanje - geotehnika kategorija objekta - karakteristine vrijednosti za parcijalne faktore

vrijednosti parametara

koji tip pokusa

pokriveno s ENV 1997-2, ENV 1997-3 usvojene vrijednosti svojstava tla (parametara) preko korelacija ili direktno pokusi na terenu zahtjevi pokusi u laboratoriju

slika 1.6. Shema povezanosti procesa projektiranja i ispitivanja tla/stijene Projektiranje ukljuuje i opaanje i mjerenje, pa se taj dio mora obraditi u projektnoj dokumentaciji, u opsegu koji zahtijeva problem. Ponekad se ispitivanje tla predvi a i nakon zavretka geotehnikog zahvata, npr. poboljanje temeljnog tla koje se moe ustanoviti penetracijama. Svako projektno rjeenje mora zadovoljiti tri kriterija: - stabilnost (sigurnost), - funkcionalnost, - trajnost zahvata (objekta)

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

8

Projektiranje se provodi prema filozofiji projektiranja za granino stanje. To znai da se ponaanje cijelog objekta ili njegovog dijela definira u odnosu na neka granina stanja izvan kojih objekt ne zadovoljava osnovne zahtjeve (vidi tri gornja kriterija). Razlikuje se : 1. krajnje granino stanje (ULS), koje ukljuuje sigurnost od kolapsa, rpevelikih nedoputenih deformacija, opasnost za ljude ili velike ekonomske gubitke; to je stanje malo vjerojatno za dobro projektirane objekte 2. granino stanje funkcionalnosti (SLS), koje oznaava situaciju kada objekt ili njegovi dijelovi ne zadovoljavaju traene kriterije; npr. prevelika slijeganja ili vibracije pri normalnoj uporabi objekta; ovo granino stanje ima veu vjerojatnost pojave od ULS Zahtjevi geotehnikog prjektiranja mogu se postii jednim ili kombinacijom slijedeih postupaka: - proraun, - prilagodba propisanih mjera, - pokusno optereenje i - modeli te opaanje i mjerenje. Projektant geotehnikog zahvata donosi odluke vezane uz geometriju i prirodu gra evine te postupak gra enja, za sve aktivnosti od istranih radova, ispitivanja, izgradnje do mjerenja na zavrenom objektu i njegovom odravanju. Princip projektiranja objanjen je na slici 1.6. prema kojoj se jasno oslikavaju geometrijski kriterij, kriterij akcije, projektnog graninog stanja i poznavanja parametara tla.

svojstva tla

proraunski model

djelovanja optereenja i pomaci

projektno rje.

ograniene deformacije

geometrija

pravilnik faktori sigurn.

slika 1.7. Princip projektiranja po Eurocode-u 7

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

9

Za geotehnike parametre se definiraju etiri tipa vrijednosti: - mjerena (ustanovljena pokusom-direktnim mjerenjem) - interpretirana (izvedena, npr. modul iz N(SPT)) - karakteristina (srednja vrijednost umanjena uobiajeno za 0.5 stand. devijacije) - projektna (karakteristina umanjena za faktor sigurnosti) Na slici 1.8. prikazan je odnos mjerenih i drugih vrijednosti parametra tla analiziranih u sklopu projektnog rjeenja. Karakteristina vrijednost parametra tla odre uje se statistiki, kao srednja vrijednost umanjena za pola standardne devijacije.

slika 1.8. Primjer odre ivanja karakteristine vrijednosti na temelju mjerenja: globalna karakteristina vrijednost moe se umanjiti na lokalnu karakteristinu vrijednost (minimum mjerenih vrijednosti), npr. za nosivost vrha pilota Geotehnika analiza objekta/zahvata dokumentira se u geotehnikom izvjetaju. Geotehniki izvjetaj mora imati zadanu strukturu: geotehniki izvjetaj o istranim radovima, geotehniki izvjetaj o analizi parametara, projektno rjeenje, tehniki uvjeti izvedbe te dio koji se odnosi na opaanje i mjerenje tjekom i poslije izvedbe objekta. On mora dati informacije o lokaciji objekta, uvjetima u tlu, predvi enim zahvatima ukljuujui optereenja i pomake, projektnim parametrima, koritenim pravilnicima, stupnju prihvatljivog rizika, geotehnikom proraunu. U nacrtima e rijeiti nune geometrijske i tehnoloke odnose, te elemente kojima se opaanjem kontrolira stanje objekta tjekom gradnje i/ili nakon gradnje. EC7 nudi opis geotehnikih kategorija objekta (GC1, GC2, GC3). One osiguravaju okvir za procjenu razliitog stupnja rizika u geotehnikom projektiranju. Geotehniki rizik ovisi o dva faktora: geotehnikom hazardu (opasnosti, npr. uvjeti u tlu, podzemna voda, regionalna seizminost, utjecaj okolia) i osjetljivosti (ranjivosti npr. priroda i veliina konstrukcije, okolina) konstrukcije u odnosu na specifini hazard. Za pojedini tip analize (prema djelovanju ili prema efektima djelovanja) koriste se razliiti parcijalni faktori sigurnosti koje definira EC 7. Njima se obuhvataju nesigurnosti u djelovanju i svojstvima tla.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

10

Na slici 1.9. pokazan je put razvoja geotehnikog (projektnog) rjeenja.

Poetna procjena kompliciranosti projektnog rjeenja Preliminarna kategorizacija geotehnike kategorije Geotehniki istrani radovi za odre ivanje geot. parametara Provjera procjene kompliciranosti projektnog rjeenja Iskaz uvjeta za projektiranje, ukljuujui podatke o tlu i optereenju-deform. Projektiranje raun, predvidive mjere, modeli ili opaanje Izrada geotehnikog izvjetaja Provjera projektnog rjeenja tjekom izvedbe slika 1.9. Postupak geotehnikog projektiranja prema EC 7 Dakle, itav postupak geotehnikog projektiranja se svodi na definiranje, savladavanje i kontrolu rizika od pojave graninog stanja stabilnosti ili funkcionalnosti objekta, ovisno o karakteru zahvata, uvjetima u tlu i o okolini. Na prijedlog Nacionalnog tehnikog komiteta u Hrvatskoj-TC 182 Dravni zavod za normizaciju i mjeriteljstvo usvojio je izvornu normu ENV 7 kao paralelnu normu za primjenu u Hrvatskoj.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

11

3. GEOTEHNIKI ISTRANI RADOVI Paljivo skupljanje, biljeenje i interpretacija geotehnikih informacija o tlu uvijek se mora obaviti. To ukljuuje i informacije o geologiji, morfologiji, seizminosti, hidrologiji i povijesti lokacije objekta. Istraivanja se moraju tako obaviti da se obuhvate promjene u tlu od znaaja za objekt. Geotehnika istraivanja se planiraju tako da se omogui ispitivanje utjecaja izvedbe i funkcionalnosti objekta u uvjetima lokacije. Poeljno je da se program (opseg i vrsta) istranih radova prilago avaju novim saznanjima iz istraivanja u tjeku. ENV 1997-1 dozvoljava da se istraivanja provode primjenom jednog od priznatih svjetskih standarda. Istrauje se buenjem, ispitivanjem u buotini ili bez buotine na terenu, te ispitivanjem uzoraka u laboratoriju. Istraivanje uvijek ukljuuje i vizuelni pregled lokacije objekta / zahvata. Razlikuju se tri stupnja istraivanja prema sloenosti i ciljevima: 1. Preliminarno istraivanje, koje se koristi za kategoriju 1 i kao zavrno, a za ostale kategorije kao prvi dio istraivanja; ono ima slijedee ciljeve: - ustanoviti generalnu pogodnost lokacije - usporediti alternativne lokacije, ako postoje - predvidjeti promjene koje moe izazvati zahvat - planirati projektna i kontrolna istraivanja, ukljuujui odre ivanje volumena tla koje utjee na ponaanje objekta - ustanoviti zone pozajmita materijala, ako treba 2. Glavno (projektno) istraivanje, koje se provodi da se dobiju sve relevantne informacije za sigurnost i funkcionalnost objekta, a posebno: - odre ivanje relevantnih parametara tla za projektiranje privremenih i stalnih konstrukcija i radova - sakupljanje informacija za odre ivanje naina izvedbe - uoavanje i definiranje potekoa koje mogu nastati tjekom izvedbe - definiranje geolokih karakteristika lokacije, kao - prirodni ili umjetni prazni prostori (jame) - degradacija stijena, tla i materijala za nasip - geohidroloki efekti - rasjedi, diskontinuiteti, profil tla - osjetljiva tla i stijene (ekspanzivna, kolabirajua) - prisustvo otpada razne vrste !!! Moe se govoriti i o projektnom istraivanju u fazi projektiranja, ako se pri projektiranju nai e na elemente koji zahtijevaju dodatna saznanja; dakle, ne samo istraivanja prije projektiranja nego i u tjeku projektiranja (vidi sliku 1.9.). 3. Kontrolna ispitivanja, (kojima se prikupljaju dokazi o postignutim efektima i/ili o promjeni prirodnog stanja izvedbom zahvata)

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

12

Istrani radovi provode se na terenu i u laboratoriju i za tlo i za stijene. Terenski istrani radovi sastoje se od geolokih (utvr uju raspored i gra u mase tla), hidrogeolokih istraivanja (utvr uju pojavu i promjene reima vode u geolokim formacijama), geofizikih istraivanja, buenja i pokusa u buotini ili izvan nje (npr. penetracijski pokusi). Sva istraivanja po opsegu i vrsti programira projektant, u dogovoru sa suradnicima - specijalistima. Geoloka i hidrogeoloka istraivanja provode geolozi i oni izra uju karte i profile u kojima se opisuje pojava i osnovna svojstva i rasprostiranje geolokih formacija, te pojava i uvjeti teenja vode u tlu. Pri tome se koriste postojeim kartama, pregledom terena i istranim geotehnikim radovima i geofizikim istraivanjima. esto se u geotehnikim istranim radovima primjenjuju i geofizika istraivanja. Njihov doprinos geotehnikim istraivanjima je, po mnogim inenjerima iz prakse, ogranien i nejasan. To, me utim, ovisi o nainu (ciljevima) koritenja tih metoda i uvjetima u tlu. Dvije se tehnologije pri tome koriste : (a) seizmike metode, kojima se mjeri brzina prolaska razliitih valova kroz tlo (postupkom refrakcije ili refleksije) te (b) metoda mjerenja elektrine otpornosti tla (vidi sliku 1.10). Ogranienja ovih metoda su znaajna. Seizmike metode nemaju puno uspjeha u situaciji kada krutost tla opada s dubinom (meki proslojak izme u tvrdih), kada slojevi nisu horizontalni i imaju ulegnua u kontaktnoj povrini, kada se lateralno mijenja njihova debljina. Voda i buka ometaju mjerenja.

slika 1.10. Primjer analize uvjeta u tlu na klizitu - geofizike snimke omoguile su interpretaciju uslojenosti (refrakcija i elektrini otpor)

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

13

Elektrinim otporom se mogu raspoznati vrste materijala, dubina vode, prisutnost slane vode (promjene kemizma), otkriti ekonomski interesantne zone materijala za eksploataciju, otkriti kanali, jame, ulegnua i sl. U posljednje vrijeme razvila se metoda koja koristi povrinske valove, pa je i dobila naziv SASW (spectral analyses of surface waves spektralna analiza povrinskih valova). Njom se mogu odrediti debljine slojeva razliite krutosti, u prirodnim leitima i u konstrukcijama (npr. cestama), a u posljednje vrijeme se uspjeno koristi i za prognozu krutosti pri malim deformacijama. Mjerenja su ograniena na male dubine (deset do petnaest metara). Geofiziki radar (GPR-Ground penetration radar) pomou magnetskih valova koje odailje s povrine iz ure aja i prijema povrasta tih valova otkriva promjene u tlu, prisustvo rupa, stranih pedmeta, daje obrise islojenoati i raspucalosti tla (stijena), te relativnu sliku promjena krutosti tla. To je brza metoda ali i relativno neprecizna, vrlo osjetljiva na vlagu, slojeve gline koji blokiraju snimanje ispod njih. Geoloka istraivanja i geofizika istraivanja esto slue kao podloga za detaljnija geotehnika istraivanja. Me utim, detaljnija istraivanja mogu ih ukljuiti i u kasnijoj fazi, npr. za posebna ispitivanja u buotinama. BUENJE TLA Buenje tla je najstariji, esto najinformativniji ali i najskuplji i najdugotrajniji nain utvr ivanja svojstava tla. Cilj buenja je da se utvrdi gra a i raspored slojeva tla u profilu, da se dobiju uzorci tla (stijene) na kojima se ispituju njihova svojstva u laboratoriju, te da se izvedu pokusi u buotini. Buenje moe biti namijenjeno samo ostvarenju rupe (to je skupo, npr. za pokus presiometrom), ili se nastoji dobiti i nabueni materijal za identifikaciju. Razlikuje se po tehnici i priboru buenje u tlu i buenje u stijenama. Buenje u tlu moe biti runo (sl. 1.11.) ili strojno (builice, sl. 1.12.). Kada se bui u tlu moe se koristiti postupak kojim se svrdlom vadi postupno nabuena jezgra do neke dubine, ili se bui uz va enje punog profila zahvatom cijevi specijalne konstrukcije (tzv. cilindar za jezgru), koja se utiskuje u tlo i onda sa sobom po izvlaenju iznose van i tlo unutar cijevi. Cijevi su privrene na buae ipke kojima se utiskuju u tlo i vade van. Ukoliko je nestabilna stijenka buotine i zaruava se, potrebno je osigurati njenu stabilnost za to se koriste cijevi veeg promjera od buaih (tzv. zatita kolonazacjevljenje), ili se bentonitna isplaka koristi kao stabilizator buotine (u vodi razmuena tiksotropna glina, npr. bentonit, zapreminske mase vee od vode). Strojno buenje razlikuje se za tlo i stijenu. Kod tla je potrebno imati male brzine okretanja i veliku snagu stroja, a kod buenja u stijeni koriste se krune na kraju cijevi koje su obogaene tvrdim matrijalima (dijamanti, iridij) kako bi se uz veliku brzinu okretanja krune i buae cijevi ostvario komad jezgre koja se odvaja od okoline kao stup unutar buaeg pribora. Postoje i u tlu i u stijeni postupci buenja kojima je jedini cilj napraviti prostor (rupu) radi provo enja pokusa unutar buotine. Takva su udarna buenja u stijeni, ili tvrdom tlu. Nabueni materijal nosi se posebnom tekuinom (isplakom) izvan buotine na povrinu .

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

14

Na slici 1.11. prikazan je pribor za runo buenje u tlu. To su svrdla razliitih oblika, kojima se bui plitko - do nekoliko metara. Uzorci koji se tako bue su poremeeni i jedva da mogu posluiti dobroj klasifikaciji tla (definiranje uslojenosti). Za objekte koji nnisu veliki i osjetljivi ovim nainom buenja mogu se dobiti kvalitativna svojstva tla i/ili omoguiti ispitivanje unutar buotine.

slika 1.11. Runa svrdla za buenje tla

Strojno buenje tla (pomou builica, vidi sl.1.12.) omoguuje dostizanje veih dubina buenja, bolji kvalitet buenja te provedbu pokusa u buotinama uz bolje uvjete (nego kod runog buenja). Poseban problem predstavlja va enje uzoraka iz buotine. Ti uzorci su poremeeni ili neporemeeni u smislu da li se pri postupku uzorkovanja oteuju ili ne tako da se ne mogu koristiti za mjerenje mehanikih svojstava nego samo za (neka) fizikalna svojstva tla (poremeaji se odnose na poremeaj strukture, gra e, gustoe, unoenje naprezanja i deformacija koje mijenjaju krutost uzorka i sl.).

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

15

zacjevljenje

cijev za jezgru

buaa kruna

slika 1.12. Prikaz osnovnih pojmova kod buenja u tlu strojem za buenje Buenje u tvrdom tlu zahtijeva uporabu buae krune. To je tvrdi prsten privren na kraj jezgrene cijevi kojim se moe napredovati u dubinu (rotacijom rezati, ili udaranjem drobiti i teenjem vode iznositi na povrinu). Posebni su problemi u ljunku i pijesku, kada se koriste zacjevljenja i puno vode da bi se krune hladile pri rotaciji i prodoru kroz tvrdi materijal. Uzorci se vade posebnim priborom, jer su rastresiti i ispadali bi iz cilindra van pri njegovu izvlaenju. Svi ti uzorci su poremeeni. Za specijalne projekte, kada se trai neporemeeni uzorak u nekoherentnom tlu, koristi se postupak zamrzavanja lokacije ili samog prostora oko cilindra, kako bi se sauvala gra a i struktura tla. To je skupo, ali tehniki izvedivo (pozitivna iskustva postoje u Hrvatskoj na pijescima iz lokacije Prevlake).

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

16

Postoji dogovor (EC 7) da se svi uzorci klasificiraju prema stupnju neporemeenosti i podobnosti za utvr ivanje pojedinih svojstava tla u laboratoriju (vidi tablicu 1.4.). Vano je pitanje utvr ivanja neporemeenosti uzorka tla. To se moe napraviti na nekoliko naina: rendgentskim snimanjem jezgre (kontrola prisutnosti deformacija od va enja uzorka), mjerenjem deformacije pri slomu u jednoosnom smicanju (neporemeeni uzorci imaju do 3% vrnu vrstou), mjerenjem u edometru (izraen napon prekonsolidacije, promjena koef. konsolidacije s naponom ) i slino. Tablica 1.3. Klase kvalitete uzoraka prema EC 1997-2 ; pregled svojstava koja su podlona promjeni va enjem i rukovanjem uzorkom SVOJSTVO TLA / KLASA KVALITETE Nepromijenjena svojstva tla granulometrijski sastav vlanost gustoa, indeks gustoe, propusnost stiljivost, posmina vrstoa Svojstva koja se mogu odrediti raspored slojeva granice slojeva grube granice slojeva preciznije Atterbergove granice, gustoa estica, sadraj organskih m. vlanost gustoa, indeks gustoe, porozitet, propusnost stiljivost, posmina vrstoa 1 + + + + + + + + + + + 2 + + + 3 + + 4 + 5

+ + + + + +

+ + + +

+ + +

+

Poseban problem u cilju ouvanja neporemeenosti uzorka je postupak njegova va enja cilindrom iz buotine. Samo specijalni cilindri su dobri za neporemeene uzorke. Oni moraju imati odre eni odnos unutarnjeg i vanjskog promjera, mora postojati kontrola prodora cilindra u tlo i eventualnog stiskanja tla u cilindru tim prodorom. Takvi cilindri su cilindri sa klipom (slika 1.13.) koji kontrolira eventualno stiskanje tla pri utiskivanju cilindra u tlo, te duljinu ulaskacilindra u tlo. Postupci va enja neporemeenih uzoraka su posebno zahtijevni u mekim tlima. Uspjene patentirane cilindre za neporemeene uzorke imaju vedska, Kanada, Japan. Njihov promjer se razlikuje (5080 mm). Razvijeni su cilindri s vie stijenki za tvrde materijale. Posebnu grupu uzoraka klase kvalitete 1 predstavljaju blok-uzorci. Oni se uzimaju runo, paljivim rezanjem i zatitom bloka (obino kocka, rje e cilindar), i za njihovo uzimanje potrebno je da postoji pristup na poziciji za ovjeka (otkop, tunel, aht i sl). Ti uzorci su najkvalitetniji ako su dobro uzeti i zatieni do laboratorija i u laboratoriju. Prema njima se odre uju ostale kvalitete uzoraka. Tretman uzorka u laboratoriju je jo jedna komponenta koja je posebno vana : uzorke treba uvati u uvjetima dobre vlanosti (vie od 95%), stalne niske temperature, ispitati ih to prije nakon va enja, ne smiju biti stariji od tri mjeseca, treba ih se drati u duplim vreicama ili folijama i slino.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

17

slika 1.10. Pojmovi i definicije vezani uz geometriju noa za neporemeene uzorke u tlu (prema BS british standard- max Area ratio = 25%)

slika 1.11. Tankostijeni cilindar za va enje neporemeenog uzorka u mekom tlu a) klip se utiskuje zajedno s cilindrom b) uzorkovanje-klip ostaje na dnu buotine a cilindar se utiskuje u tlo c) sav pribor s uzorkom se vadi van s fiksiranim klipom

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

18

Promjene u tlu za vrijeme buenja i transporta ilustrirane su na slici 1.14. One se odnose i na fazu pripreme (oblikovanja) uzorka za ispitivanje u laboratoriju, kada je uzorak obino nepridran bono. Slika pokazuje da se uzorak relaksira va enjem iz tla, te iz stanja Ko prelazi i izotropno stanje (od djelovanja kapilarnih sila). Pri tome se mijenja njegova krutost (deformabilnost) i drugaija je nego in situ, a to ima za posljedice i bujanje, promjenu posmine krutosti i karakteristika konsolidacije i prekonsolidacije.

slika 1.14. Promjene napona u uzorku izva enom iz tla Buenje u stijenama zahtijeva dobar i prilago en pribor. Uvijek se koriste buae krune. Za sluaj da se ne trai uzorak vri se udarno buenje specijalnim krunama u obliku tropera (kao dlijeto), a kada se trai uzorak tada se rotacijskim buenjem i specijalnim krunama koje reu stijenu i osiguravaju jezgru u cilindru iza krune. Pri buenju se koristi voda ili zrak za ispuhivanje i iznoenje nabuenog predrobljenog materijala na povrinu. Vano je odabrati tehniku buenja koja nee predrobiti stijenu (RQD parametri) i promjer buotine koji e odgovarati sustavu pukotina u stijeni tako da se reprezentativni uzorci ispituju u laboratoriju (vidi poglavlje o mehanici stijena). Poseebno su vana ispitivanja in situ (CPT, SPT, krilna sonda, presiometar, dilatometar Marchetti) kojima se utvr uju mehanika svojstva tla te se empirijskim izrazima rezultati tih ispitivanja prevode u mehanika svojstva tla. O tim ispitivanjima bilo je govora u posebnom poglavlju o ispitivanju tla na terenu. U prilogu je data tablica uporabivosti tih penetracijskih pokusa u prognozi svojstava tla.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

19

Za projekt je vano pregledno prikazati svojstva tla vana za projektno rjeenje i uskladiti ih s geolokim profilom tla. Takav profil tla na temelju kojeg se donose odluke o nainu temeljenja (npr. mosta, vidi sliku 1.15.) zove se geotehniki projektni profil tla.

B1 B3

B4 B2

slika 1.15. Primjer geotehnikog profila tla za neki most (na etiri buotine B1-B4 oznaeni su poloaji uzoraka tla, otpornosti penetraciji SPT, te jedan pokus CPT, zajedno s geolokim rasporedom slojeva); mogue je slici dodati i ostale informacije o vrstoi tla iz laboratorijskih pokusa EC 7-3 daje preporuke za izbor koliine i rasporeda istranih radova (buotina i penetracija) u ovisnosti o problemu , uvjetima u tlu i objektu. 1. za objekte koji pokrivaju velike povrine mjesta istraivanja mogu se organizirati u mrei 20 m do 40 m (istrane jame, buotine, penetracijska ispitivanja, geofizika ispitivanja i sl.) 2. za samostalne temelje ili temeljne trake dubina istraivanja treba biti izme u 1 i 3 puta irine temelja ispod temeljne plohe, a obino i vea kako bi se obuhvatili slojevi koji mogu utjecati na slijeganja i probleme s vodom; vrlo je vano izvesti nekoliko buenja do veih dubina 3. za nasipe i sline nasute gra evine minimalna dubina istraivanja je do dubine gdje je utjecaj na slijeganje manji od 10% ukupnih slijeganja; razmak susjedni mjesta istraivanja je 100m do 200 m 4. dubina istraivanja za pilote je barem pet promjera pilota ispod vrha pilota; za sluaj grupe pilota i dublje, npr. za manju irinu pravokutnika kojeg formiraju piloti u tlocrtu U sluaju klizanja dubina ispitivanja je barem 5 m ispod potencijalne klizne plohe.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

20

Podruje istraivanja kod iskopa jama trebalo bi proiriti na stranu za barem 1.5 dubine iskopa, radi procjene utjecaja na susjedne objekte ili do dubine na kojoj postoje slojevi tla koji mogu utjecati na susjedni objekt. To znai da bi se esto trebalo buiti na susjednim parcelama, to esto nije mogue, pa se i ovo pravilo teko moe odrati. U dodatku se daje prikaz istraivanja u fazama, uz primjenu danas raspoloivih tehnika ispitivanja tla.

LITERATURA

E.Nonveiller, (1981.), Mehanika tla i temeljenje gra evina, kolska knjiga Zagreb EUROCODE 7/ 1., 2 . 3. DIO (1999.) International amanual for the ssampling of soft cohesive soils, (1981.), The subcommittee on soil sampling, ISSMFE, Tokyo, Tokyo University Press C.R.I.Clayton, N.E.Simons, and M.C.Mattews (1984.), Site Investigation, Granada Publishing Ltd Standardisation of Laboratory Testing, Report ETC 5, Workshop 2 at XI ECSMFE, Copenhagen, 1995.

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

21

gf osijek MEHANIKA TLA I TEMELJENJE, 2001/02 VI semestar: TEMELJENJE, VII stupanj, M.M.

22