Mehanika Tla i Temeljenje 1 2 MUSTAFA SELIMOVIC

UNIVERZITET "DZEMAL BlJEDIC" MOSTAR GRABEVINSKI FAKULTET

Prof. dr. MUSTAFA SELIMOVIC, dip!. ing. grad.

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE

DIO II TEMELJENJE

MOSTAR ,2000. god.

IS

Ii,

:a,

3

AUTOR: Prof. dr. Mustafa Selimovic, dip!' ing. grad., redovni profesor Gradevinskog fakulteta Univerziteta "Dzemal Bijedic" u Mostaru

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE dio Il- Temeljenje

RECENZENTI: Akademik prof. dr. Dzevad Sarae, dip!. ing. grad., prof. dr. Hamid Dolarevic, dipl. ing. grad.

Objavljivanje ovog udZbenika odobrilo je Nastavno - naueno vijece Gradevinskog fakulteta u Mostaru, Odlukom broj: 120-20/99,27.1.1999. godine.

IZDAVAC: Gradevinski fakultet Univerziteta "Dzemal Bijedic" u Mostaru Univeriitetsko-sportsko-rekreacioni centar, Mostar

UREDNIK: Prof. dr. Mehmed Saric, dip!. ing. grad.

LEKTURAI KOREKTURA: Muhamed Sator i Nusret Omerika

TEHNICKI UREDNIK I DIZAJNER NASLOVNE STRANE: Salko Pezo, akademski slikar

IZRADA CRTEZA: Sead Zebic, grad. teh.

KOMPJUTERSKA OBRADA: Lutvo Haznadarevic, dip!. ing. mas. Dragi Tiro, dipl. ing. mas.

STAMPA: IC Mostar, Mostar TIRAZ:500 Cll' - Katalogizacija u publikaciji Nacionalna i univerzitetska biblioteka Bosne i Hercegovine, Sarajevo 624.151/.159(075.8) SELIMOVlC, Mustafa

Mehanika tia i temelje1ue I Mustafa Selimovic. [izrada crteia Sead Zebic]. - Mostar : Gradevinski fakultet, 2000. - Dio : ilustr. ; 24 em

Dio 2: Tcmcljenjc. - 658 str. - Bibliografija: str. 619-629 ISBN 9958-9474-3-9 COlllSSIBIH-lD 0 Na osnovu MISLIENJA Federalnog ministarstva obrazovanja, nauke, kulturc i sporta, broj: 04-15-1857/00, od 20.04.2000. godine, knjiga: Mehanika tla i temeljenje" (dio I Mehanika tla) autora prof.dr. Mustafe Selimovicaje proizvod iz clana 19. tacka 13. Zakona 0 porezu na promet proizvoda i usluga na Giji se prome! ne plata porez na promet proizvoda.

2

....

Supruzi Rasemi

Starnpano uz finansijsku pomoc Austrijske vlade i WUS-a, Austrija. Printed with the support of the Austrian Federal Chancellery and WUS Austria.

Izdavanje ovog udZbenika finansijski su potpomogli i : ~ Elektroprivreda BiH, Sarajevo, Hidroelektrane na Neretvi,

Jablanica. ~ Preduzece za puteve "Mostar:', Mostar

~ J.P. "Vodovod", Mostar > J.P. "Komos", Mostar

~ G.P. "Hercegovina", Mostar > Autoprevoz, putnicki saobracaj, Mostar > "Sarajevo osiguranje" d.d. Sarajevo, Filijala Mostar > Zavod za zastitu kultumo - historijskog i prirodnog naslijeda,

Mostar

Autor se svima zahvaljuje.

3

PREDGOVOR

Mehanika tta i temeljenje gradevina posljednjih decenija dozivjeli su nagli razvoj, sto je posebno usavrseno upotrebom numerickih metoda i savremene kompjuterske tehnologije, izazivajuCi danas pravu revoluciju u inzenjerskoj praksi. Za prihvacanje novih koncepcija, njihovoga razvoja i unapredivanja potreban je i novi pristup koji ce nas dovesti do rjesenja koja ce bolje odgovarati od nekih dosadasnjih. Pri ovome potrebno je predznanje iz klasicnih metoda i rjesenja iz ove i drugih bliskih disciplina.

Iz prakticnih razloga knjiga je podijeljena u dva dijela: "Mehanika tla" i "Temeljenje", koji su se i do sada obieno odvojeno izueavali. Novim nastavnim planom i programom na Gradevinskom fakultetu u Mostaru ove dvije oblasti izucavaju se kroz jedan kolegij, radi eega je namjera autora da se gradivo prezentira objedinjeno. Prvo izdanje knjige "Mehanike t1a" je preradeno, inovirano, dopunjeno i prilagodeno novom sadrfuju ove knjige. Podjela je izvrsena u 13 poglavlja, koja cine zaokrliZenu cjelinu, ali su medusobno povezana u izlaganjima, pojmovima i tematici.

Knjiga je namijenjena kako studentima gradevinarstva, arhitekture, rudarstva i inzinjerske geologije kao udzbenik, tako i inzenjerima u praksi na rjesavanju geotehnicke problematike. Radi ovoga je gradivo obradeno sire i potpunije nego sto se moze izloziti na redovnim predavanjima.

Prilozeni dijagrami i tabele preuzete iz strane iIi nase literature i prakse mogu korisno posluziti i inZenjerima u praksi. Teoretski dijelovi obradeni su prema klasicnim metodama, novim spoznajama i rezultatima istraZivanja objavljenim u obirnnoj svjetskoj literaturi. Pokusano je da se istakne zasto su potrebne odredene osobine, kako ih determinisati iii izmjeriti, u kojem obimu i kako ih stvamo koristiti u praksi.

U prvom dijelu knjige Mehanika tla u sedam poglavlja date su potrebne znacajke mehanike tla kao egzaktne nauke, koje treba upoznati prije razmatranja tehnickih rjesenja za temeljenje objekata. Prva dva poglavlja upucuju studenta iii inzenjera kako da "osjeti" tIo, njegovo ponasanje i osobine, neophodl1e za daljnje poznavanje materije i uspjesan rad u praksi. Putem opstih postavki, Iaboratorijskih i terenskih ispitivanja dolazi se do spoznaje 0 raspodjeli napona, nosivosti i slijeganju t1a, sto je obradeno u trecem poglavlju. Kako voda utjece i efekti njenog djelovanja na tlo i njegovu konsolidaciju prikazano je u cetvrtom poglavlju. Metode odredivanja aktivnog i pasivnog pritiska tla prezentirane su u narednom, petom poglavlju u obimu i na naCine koji omogucuju upotrebu j njihov odabir

5

prema terenskim uslovima. U sklopu ove materije obradeni su djelomicno i podzemni pritisci, prema klasicnim teorijama. Sesto poglavlje obuhvaca uzroke pojava nestabilnosti, klasifikaciju i vise metoda proracuna stabilnosti kosina, dok su sedmim poglavljem opisane neke metode ojacanja tla.

U ovom, drugom dijelu knjige, Temeljenje, dati su opsti pnnClpl projektovanja i proracuna temelja, ukljucujuci i osnovne postavke Eurocoda 7, koji se odnosi na geotehnicke radove (poglavlje Vill). Metode i proracun plitkog i dubokog temeljenja obuhvacene su poglavljem devet i deset, a zagati od nasutih materijala u poglavlju jedanaest. Materija je izlozena u sirem obimu tako da je moze shvatiti student pocetnik, a vjerujem da korisno moze posluziti i inzenjerima u praksi. U poglavlju dvanaest obradene su, pored osiguranja iskopa i asanacije kiizista, ankerisanja u tIu i stijenskom masivu, koji se posljednjih decenija veoma intenzivno primjenjuju u gradevinarstvu, rudarstvu, arhitekturi i prilikom zastite objekata. Osnove dinamicki opterecenih temelja i neke druge specificne metode temeljenja obradene su u trinaestom poglavlju jer smatramo, njihovo poznavanje nuznim, prilikom temeljenja i zastite objekata.

Ovom knjigom prikazani su klasicni postupci prilikom proracuna i izvodenja temelja, kao i savremene metode i pravci, koji revolucionisu tehniku temeljenja. Ona ima svrhu da stimulira mladi kadar na daljnja proucavanja, razmisljanjai unapredenja, a ne na odbacivanja tradicionaInih metoda gradenja. Cijenim da ce ova knjiga korisno posluziti u poslijeratnoj obnovi i izgradnji zemlje i da ce nadomjestiti sadasnji nedostatak ove strucne literature kod nas. Ako i djelimicno u ovom smislu bude primljena ova knjiga, ona ce ispuniti svoju osnovnu namjenu.

Autor je nastojao u knjizi koristiti sto razumljivije i prihvatljivije izraze, 8tO nije bilo jednostavno zbog nepostojanja tradicije i odgovarajucih tennina. Lektori M.Sator i N.Omerika u)ozili su dosta truda da tekst bude pristupacan, citak i jasan.

Posebnu zahvalu dugujem recenzentima, akademiku prof. dr. Dzevadu Saracu i prof. dr. Hamidu Dolarevicu, koji su svojim primjedbama i savjetima doprinijeli boljoj obradi j jasnoci pojedinih oblasti.

Prof. dT. Mustafa Selimovic Mostar, 2000. godine

6

Sadrzaj

MEHANIKA TLA I TEMELJENJE DIOll

TEMELJENJE

Predgovor ........................................................................... '" '" .......... 5 SADRZAJ ......................................................................................... 7

POGLA VLJE VIII OSNOVNI PRINeIPI TEMELJENJA GRAlJEVINSKIH OBJEKATA ....................................................................................... 19

25. UVOD OPTERECENJA I METODE TEMELJENJA ........................... . 21

25.1. Specificnosti geotehnickih radova u gradevinskom konstrukterstvu ........................................................................... .. 22

25.2. OpCi principi projektovanja tetnelja .......................................... .. 24 25.2.1. Projektovanje temelja proracunom .................................. .. 25 25.2.2. Ostali nacini projektovanja temeljenja ............................. . 27 25.2.3. Geotehnicko - inzenjerski izvjestaj i

geotehnicke kategorije ...................................................... . 27 25.3. Opterecenja koja djeluju na temelj ............................................ .. 29

25.3.1. Glavna opterecenja .......................................................... .. 29 25.3.2. Dopunska opterecenja ...................................................... .. 30 25.3.3. Posebna opterecenja ........................................................ .. 31

25.4. Metode temeljenja ..................................................................... .. 32 25.4.1. Opcenito 0 plitkom temeljenju ........................................ . 32 25.4.2. Opcenito 0 dubokom temeljenju ...................................... . 36

POGLA VLJE IX PLITKO - DIREKTNO TEMELJENJE ........................ " .............. . 43

26. KRITERIJI, DIMENZIONIRANJE, SlJJEGANJE I ANALIZE PLITKOG TEMELJENJA ................................. 45

26.1. Osnovni kriteriji plitkog temeljenja ............................................. . 45 26.2. Proracun napona na kontaktnoj povrsini temelja i tla ................ .. 47 26.3. Dimenzioniranje plitkih temelja ....................................... , ......... .. 50

26.3.1. Krajnje granicno stanje i granicno stanje upotrebljivosti ................................................................... . 50

26.3.2. Dopusteno opterecenje prema kriteriju sloma tla.. ........... . 52 26.3.3. Dopusteno opterecenje prema kriteriju dopustenih

sIijeganja ........................................................................... . 55

Temeljenje 7

Sadriaj 26.3.3.1. Numericke vrijednosti modula deformacija tla ...... 55 26.3.3.2. Kriterij dopustenih opterecenja za koherentno i

nekoherentno tlo..................................................... 57 26.4. Metode odredivanja slijeganja plitkih temelja ............................. 60

26.4.1. Proracun trenutnog slijeganja fleksibilnih i krutih plitkih temelja ......................................................... 60

26.4.2. Procjena slijeganja plitkih temelja na pijesku i sljunku ............................................................................... 63

26.4.3. Pocetno slijeganje plitkih temelja na zasicenoj glini......... 65 26.4.4. Slijeganje ekseentricno opterecenih temelja ..................... 68

26.5. Proracun kontaktnih napona za lineamu raspodjelu ..................... 71 26.6. Primjena kompjuterskih metoda za analizu i

projektovanje plitkih temelja ........................................................ 81 26.6.1. Metoda konacnih diferencija - razlika ............................. 81 26.6.2. Metoda konacnih elemenata .............................................. 84

27. TEMELJI SAM CI ................................................................. 87 27.1. Neannirani temelji ...................................................................... 87 27.2. Armirano - betonski temelji.. ..................................................... 89 27.3. Ekscentricni temelji .................................................................. 92 27.4. Arrnirano - betonski temelji U obliku ljuske ............................. 94

27.4.1. Konusna ljuska ................................................................. 94

28. TEMELJNI NOSACI.......................................................... 97 28.1. Uvodna objasnjenja ...................................................................... 97 28.2. Temeljni nosaci ispod zidova ....................................................... 97 28.3. Temeljni nosaci ispod stupova ..................................................... 98 28.4. ProraCUl1 temeljnih nosaca ............................................................ 102

28.4.1. Rjesenje za Winklerov poluprostor ................................. 102

29. TEMELJNE PLOCE .............................................................. 107 29.1. Tipovi i primjena temeljnih ploca .............................................. 107 29.2. Staticka analiza temeljnih ploca ................................................... 107

29.2.1. Konvencionalna metoda proracuna ................................... 108 29.2.2. Aproksimativan metod proracuna fleksibilnih

temelja ............................................................................... 110

POGLAVLJEX DUBOKO -INDIREKTNO TEMEUENJE ................................. 115

30. TEMELJENJE NA SIPOVIMA ........................................... 117

8 Teme/jenje

Sadriaj 30.1. Opcenito 0 funkciji sipova ........................................................... 117 30.2. Klasiftkacija i konstruktivne pojedinosti sipova ., ....................... 118

30.2.1. Drveni sipovi ...................................................................... 120 30.2.2. Celicni sipovi .................................................................... 123 30.2.3. Prethodno izliveni annirano - betonski i

prednapregnuti sipovi ........................................................ 127 30.2.3.1. Zabijeni annirano - betonski sipovi ........................ 127 30.2.3.2. Spojeni prethodno izliveni arrnirano -

betonski sipovi ........................................................ 132 30.2.3.3. Prednapregnuti annirano betonski sipovi .............. 133

30.2.4. Sipovi koji se izvode na lieu mjesta .................................. 134 30.2.4.1. "Franki" sipovi ......................................................... 135 30.2.4.2. Sistem "Express" sipova .......................................... 137 30.2.4.3. Benoto sipovi .......................................................... 139 30.2.4.4. Sipovi izvedeni busenjem mehanickim

svrdlom ................................................................... 142 30.2.4.5. Hidraulicka stabilizacija sipova-suspenzijom ......... 144

30.2.5. Nadglavne annirano - betonske konstrukcije .................... 146 30.3. Zabijanje sipova .......................................................................... 149

30.3.1. Klasicna oprema za zabijanje sipova ................................ 150 30.3.2. Vibraciono zabijanje sipova ............................................. 155 30.3.3. Zabijanje sipova iznad vode ............................................. 156

30.4. Ispitivanje nosivosti sipova .......................................................... 158 30.4.1. Instalacije za ispitivanje sipova ........................................ 159 30.4.2. Metode ispitivanja sipova ................................................. 161

30.4.2.1. Test sa konstantnim prodiranjem sipa (CRP test) ............................................................... 161

30.4.2.2. Ispitivanje sa inkrementima opterecenja odrzavanog do konsolidacije (ML test) ................. 162

30.4.2.3. Kombinovani CRP i ML test .............................. ~:: 163 30.4.2.4. Probno opterecenje sajednakim dijelovima

sile u trajanju od 60 rninuta ................................... 164 30.5. Mehanizam prenosenja opterecenja sa sipa na tlo ........................ 165 30.6. Odredivanje nosivosti pojedinacnih sipova .................................. 167

30.6.1. Staticke metode proracuna zasnovane na stepenu mobilizacije otpomosti tla ................................................ 168

30.6.1.1. Staticki obrasci za dopustenu nosivost sipa ........... 170 30.6.1.2. Metode definisanja faktora nosi vosti

u nekim tlima ............................................... ........... 173 30.6.1.3. Metode definisanja otpora trenjem iIi

adhezijom u nekim tlima ......................................... 180 30.6.2. Proracul1 sile sloma sipa dinamickim izrazima ................. 185

Temeljenje 9

Sadrzaj Sadriaj

30.6.3. Proraeun sile sloma iz penetracionih opita 31.7.1. Primjena i oblici sandueastih bunara ................................ 267 u busotinama ..................................................................... 1S7 31.7.2. Proracun sanducastih bunara ............................................ 269

30.6.3.1. Proraeun baziran na standardnom 31.S. Temeljenje na sanducima sa dnom .............................................. 272 penetracionom testu ................................................ 187 31.S.1. Primjena, izrada i spustanje sanduka sa dnom .................. 273

30.6.3.2. Proraeun zasnovan na statickom 31.S.2. Proracun sanduka sa dnom ............................................... 276 penetracionom testu ................................................ 1S9

30.6.3.3. Proracun baziran na ispitivanju 32. KESONSKO - PNEUMA TSKO TEMELJENJE ................ 279 krilnom sondom ...................................................... 190

30.6.4. Proracun baziran na probnom opterecenju sipa ................ 190 30.6.5. Iskustvene formule i vrijednosti za nosenje

pojedinacnog sipa ............................................................. 191 30.6.5.1. Vrijednosti i izrazi prema DIN normama ............... 192 30.6.5.2. Formule za proracun nosivosti sipa ........................ 194

30.6.6. Nosivost sipa temeljenog na stijenskom masivu .............. 195 30.7. Slijeganje pojedinacnog sipa ........................................................ 198 30.S. Izvijanje sip ova u du ..................................................................... 203 30.9. Nosivost i sIijeganje grupe sipova ................................................ 204

30.9.1. Ponasanje grupe sipova ..................................................... 205 30.9.2. Nosivost grupe sipova ....................................................... 209 30.9.3. Slijeganje grupe sipova ..................................................... 214

32.1. Primjena i principi kesonsko - pneumatskog temeljenja ............ 279 32.2. Konstrukcija kesona i oprema za pneumatsko

temeljenje .................................................................................... 282 32.2.1. Konstrukcija kesona ........................................................ 282 32.2.2. Oprema za pneumatsko temeljenje .................................. 284

32.3. Izrada i postavljanje i spustanje kesona ....................................... 287 32.3.1. Izrada i postavljanje kesona i opreme ............................... 287 32.3.2. Spustanje kesona ............................................................... 288

32.4. Radovi pri kesonskom temeljenju ............................................... 291 32.5. Principi dimenzioniranja kesona ................................................. 294

32.5.1. Opterecenja kesona i temelja ............................................ 295 32.5.2. Dimenzioniranje kesona ................................................... 297 32.5.3. Dimenzioniranje dijelova iznad kesona ............................ 299

30.9.4. Ekscentricno opterecena grupa sipova .............................. 21S 30.10. Horizontalno optereceni sipovi ................................................. 220

30.10.1. Pojedinacni sip opterecen horizontalnom silom ............. 220 30.lO.2. Principi proracuna grupe sipova ..................................... 224

POGLA VLJE Xl ZAGATI I GRADEVINE OD NASUTIH MATERIJALA .............. 303

30.10.3. yrupe kosih sipova ......................................................... 227 30.10.4. Sip opterecen horizontalnom silom i momentom ........... 230 33. JEDNOZIDNI ZAGATI- PRIBOJI .................................... 305 33.1. Upotreba i vrste jednozidnih zagata - priboja ............................. 305

33.1.1. Drveni zagatni zidovi ........................................................ 306 33.1.2. Celieni zagatni zidovi ....................................................... 312 33.1.3. Armirano - betonski zagatni zidovi ................................... 317 33.1.4. Zagatni zidovi od talpi prenapregnutog betona ................ 318 33.1.5. Betonske dijafragme kao zagatni zidovi ........................... 319

33.1.5.1. Tankostijene dijafragme ......................................... 319 33.1.5.2. Debelostijene dijafragme ........................................ 321

33.1.6. Ankerisani zagatni zidovi ................................................. 324 33.1.7. Injekcione zavjese kao zagati ........................................... 328

33.2. Dimenzioniranje jednozidnih zagata ........................................... 331 33.2.1. Opterecenje zidova zagata ................................................ 331 33.2.2. Konzolni slobodnostojeci zagatni zid ............................... 337

33.2.2.1. Grafoanalitieka metoda proraeuna .......................... 337 33.2.2.2. Analiticki metod proracuna .................................... 339

33.2.3. Konzolni zagatni zid sa djelovanjem horizontalne sile ................................................................ 342

31. TEMELJENJE NA BUNARIMA ......................................... 237 31.1. Opcenito 0 dubokim masivnim temeljima ................................... 237 31.2. Bunari : ......................................................................................... 238 31.3. Konstrukcija otvorenog bunara ................................................... 240 31.4. Izvodenje bunara kao temelja ...................................................... 244

31.4.1. Izrada i postavljanje bunara .............................................. 244 31.4.2. Kopanje i spustanje bunara ............................................... 245

31.5. Opterecenje i dimenzioniranje bunara ......................................... 253 31.5.1. Opterecenje bunara ........................................................... 253 31.5.2. Trenje na omotacu bunara ................................................. 256 31.5.3. Dimenzioniranje zidova bunara ........................................ 258

31.6. Bunari kao temelji objekata ......................................................... 261 31.6.1. Primjena bunara kao temelja ............................................ 261 31.6.2. Proracun temelja na bunarima .......................................... 262

31.7. Temeljenje na sanducastim bunarima ......................................... 266 lO--------------------~~~-------------------Temeljenje Temeljenje II

Sadriaj SadriiC{j

33.2.3.1. Grafoanaliticka metoda proracuna ........................ 342 33.2.3.2. Analiticka metoda proracuna ................................ 342

33.2.4. Konzolni zagatni zid zabijen u sloj gline .......................... 343 33.2.5. Neki specificni slucajevi opterecenja ............................... 345 33.2.6. Ankerisani zagatni zidovi ................................................. 347

33.2.6.1. Grafoallaliticka metoda proracuna .......................... 348 33.2.6.2. Analiticki proracull slobodnostojeceg

allkerisanog zagata .................................................. 350 33.2.6.3. Proracun ankerisanog zagatnog zida

35.3. Istrazivanje za temeljenje i ispitivanje materijala nasutih objekata ........................................................................... 422

35.4. Dimenzioniranje nasipa i brana ................................................... 425 35.4.1. Opterecenje nasipa i brana ................................................ 426 35.4.2. Stabilnost nagiba kosina ................................................... 428 35.4.3. Stabilllost kosina i temelja ................................................ 430 35.4.4. Filtracija vode kroz branu i temelj .................................... 431 35.4.5. Distribucija normalnih i smicuCih napona i

deformacije nasutih gradevina .......................................... 434 zabijenog u pijesak .................................................. 352

33.2.6.4. Proracun ankerisanog zagatnog zida zabijenog u glinu ..................................................... 355

POGLA VLJE XII OSIGURAN]E ISKOPA, ASANACl]A KLIZISTA I

33.2.6.5. Redukcija momenata savijanja kod PRIM]ENA ANKERISAN]A .......................................................... 439 ankerisanih zagatnih zidova .................................... 356

33.2.6.6. PoloZaj i dimenzioniranje zone ankerisanja ........... 359 36. PRIPREMNI RADOVI U TLU I OSIGURANJE 33.3. Zagatni zidovi sa vise razupora Hi zatega .................................... 364 33.4. Cirkulacija vode ispod zagatnih zidova ....................................... 368

33.4.1. Ispumpavanje vode ........................................................ 369 33.4.2. Hidraulicki proracun zagata i stabilnost tla ................... 370

GRADEVINSKE JAME ........................................... 441 36. 1. Opcen ito 0 gradevinskoj jami ...................................................... 441 36.2. Pripremni radovi u tIu i na gradilistu ........................................... 442

36.2.1. Pristupni putevi ................................................................. 442

34. ZAGATI ZA TEMELJENJE U VODI ................. 373 34.1. Dpotreba i vrste zagata ................................................................ 373

34.1.1. Nasuti zemljani zagati ....................................................... 375 34.1.2. Nasuti kameni zagati ......................................................... 376 34.1.3. Drveni zagati ..................................................................... 378 34.1.4. Celicni zagati .................................................................... 382 34.1.5. Betonski i armirano - betonski zagati ............................... 384

34.2. Rad pod zastitom zagata .............................................................. 387 34.3. Dimenzioniranje zagata ............................................................... 388

34.3.1. Hidrostaticke i hidrodinamicke sile .................................. 389 34.3.2. Proracun dijelova zagata ................................................... 390 34.3.3. Provjera stabilnosti zagata ................................................ 394

36.2.2. Priprema gradilista za izgradnju ....................................... 444 36.3. Metode iskopa i njihova stabilnost .............................................. 445

36.3.1. Siroki i uski iskop bez razupiranja .................................... 445 36.3.2. Stabilnost pokosa u sirokom iskopu ................................. 447

36.3.2.1. Stabilnost pokosa u koherentnom tIu .................. 447 36.3.2.2. Stabilnost pokosa u nekoherentnom tlu .............. 448 36.3.2.3. Stabilnost pokosa u stijenskom masivu .............. 449

36.4. Razupiranje uskih iskopa ............................................................. 451 36.4.1. OpCi principi razupiranja .................................................. 451 36.4.2. Razupiranje drvenom gradom ........................................... 452 36.4.3. Osiguranje celicnim talpama i profilima .......................... 455 36.4.4. Razupiranje uskog iskopa prenosnom

metalnom oplatom ............................................................ 457 36.5. Razupiranje sahtova ..................................................................... 459 36.6. Podupiranje sirokih iskopa .......................................................... 460 36.7. Osiguranje gradevinske jame dijafragmom ................................. 465 36.8. Staticki tretman osiguranja gradevinske jame ............................. 474

36.8.1. Poduprte zastitne konstrukcije .......................................... 475 36.8.2. Hidrostatski pritisak kod dijafragrni ................................. 476

36.9. Snizenje nivoa podzemne vode unutar gradevinske jame ........... 480 36.9.1. Doticanje i ispumpavanje vode ......................................... 480 36.9.2. Otvoreno pumpanje vode .................................................. 482

35. GRADEVINE OD NASUTIH MATERIJALA ............... 405 35.1. Dvod, definicije i historija gradenja ............................................ 405 35.2. Vrste i namjena gradevina od nasutih materijaia ........................ 408

35.2.1. Homogene nasute brane i nasipi ....................................... 408 35.2.2. Zonirane nasute brane i nasipi .......................................... 411 35.2.3. Nasute brane sa uzvodnim vodonepropusnim

ekranom ............................................................................ 418 35.2.4. Nasipi za saobracajnice .................................................... 421

36.9.3. Pumpanje iz cijevnih bunara ............................................. 484 12 Temeljenje Temeljenje 13

Sadrzaj Sadrioj

36.9.4. Pumpanje iz busenih bunara ............................................. 486 36.9.5. Proracun dotoka podzemne vode u iskop ......................... 488 36.9.6. Ostale metode snizenja i presijeca~e dotoka

POGLA VLJE XIII SPECIFICNE METODE TEMELJENJA ..................................... 569

podzemne vode ................................................................. 489 39. DINAMICKI OPTERECENI TEMELJI ............................. 571

37. ASANACIJE NESTABILNIH KOSINA .............................. 493 39.1. Efekti vibracija na tlo ..................................................................... 571 37.1. Osnovni podaci 0 klizistima i istraZivanjima .............................. 493 39.2. Oscilacije i sopstvene frekvencije tla ............................................ 573 37.2. Metode asanacije klizista ............................................................. 498 39.3. Apsorpcija vibracija ....................................................................... 576

37.2.1. Rasterecenje i opterece~e dijelova klizne povrsine ............. 498 39.4. Seizmicko opterece~e tla .............................................................. 577 37.2.2. Dreniranje nestabilnih kosina ............................................... 501 39.4.1. Seizmicki proracun metodom spektralne analize ...................... 581 37.2.3. Izvodenje asanacionih objekata ............................................ 504 39.4.2. Aktivni i pasivni seizmicki pritisak tla ...................................... 584

37.3. Osmatranje pokreta i efekata asanacionih radova ....................... 509 37.4. Neki primjeri asanacije klizista ................................................... 511 40. SA VREMENE METODE IZRADE PODZEMNIH

KONSTRUKCUA .................................................................. 591 38. ANKERISANJE U TLU ......................................................... 521

38.1. Opcenito 0 ankerisanju ................................................................. 521 38.1. L Historijski razvoj i defmicije ................................................... 521 38.1.2. Osnovni elementi ankerisanja i vrste ankera ........................... 523

38.2. Nacin djelovanja i prenos sile prednapregnutog geotehnickog ankera ..................................................................... 528

40.1. Opcenito 0 podzemnim konstrukcijama ....................................... 591 40.2. Kontinualne dijafragme ................................................................ 592 40.3. Injektiranje pomocu visokog vodnog pritiska .............................. 594 40.4. Sabijanje tla vibroflotacijom ........................................................ 597 40.5. Osrnatranje temelja naftnih platformi ........................................... 598

38.2.1. Nacin djelovanja prednapregnutog geotehnickog ankera ................................................................ 528

38.2.2. Prenos ankerne sile u temeljno tIo .......................................... 531 38.2.3. Zastita geotehnickih ankera ..................................................... 531

41. PODZEMNI CJEVOVODI ................................................... 601 41.1. Pritisak na podzernne cjevovode ................................................... 601 41.2. Seizmicki brdski pritisak na podzemne ukopane objekte ............. 603

38.3. Karakteristicne primjene geotehnickih ankera ............................. 532 38.3.1. Ankerisanje u podzemnim objektima ...................................... 533 38.3.2. Ankerisanje na povrsini terena ................................................ 536

38.4. Proracun ankerisanja ..................................................................... 542 38.4.1. Opcenito 0 proracunu sila u ankerima ..................................... 542 38.4.2. Proracun ankerisanja u podzemnim radovima ........................ 544

38.4.2.1. Proracun ankera u kaloti .................................................. 544 38.4.2.2. Tunelska obloga od ankera i prskanog betona ................. 548

38.4.3. Proracun ankerisanja na povrsini terena ................................. 551 38.4.3.1. Proracun sile prednaprezanja ankera kod

42. PODUPlRANJE I PODGRADIV ANJE ............................... 607 42.1. Razlozi za podupiranje i podgradivanje ....................................... 607 42.2. Metode podupiranja ...................................................................... 607 42.3. Metode podgradivanja temelja ..................................................... 612

42.3.1. Podgradivanje temelja kontinualnim trakama ......................... 612 42.3.2. Podgradivanje temelja pri zastiti gradevinske jame ................. 613 42.3.3. Podgradivanje temelja stupovima iIi sipovima ....................... 614 42.3.4. Podgradivanje temelja sipovima ............................................. 615 42.3.5. Pojacavanje injektiranjem ....................................................... 617

stabilizacije kosina ........................................................... 551 38.4.3.2. Proracun sile zatezanja u pasivnom ankeru ....................... 554 LITERA TURA ................................................................................ 619

38.4.4. Proracun sile nosenja prednapregnutih dubokih ankera .......... 555 38.5. Ankerni temelji ............................................................................. 559 LISTA SIMBOLA .......................................................................... 631

38.5.1. Proracun temelja opterecenih siiom zatezanja ........................ 559 38.5.2. Proracun pomocu metode sile cupanja u tlu ........................... 561 INDEKS AUTORA .......... ~ ..................................................... 639 38.5.3. Proracun sile cupanja savremenim metodama

teorije plasticnosti ................................................................... 563 INDEKS POJMOV A .................................................................. 643 14 Temeljenje Temeljenje 15

Sadrzaj

TUMAC SPECIFICNIH IZRAZA ................................................ 647

GRCKI ALFABET ......................................................................... 655

o AUTORU ...................................................................................... 657

16------------------~~~------------------Temeljenje

POGLAVUEVrn

OSNOVNI PRINCIPI TEMELJENJA GRADEVINSKIH OBJEKATA

Moto u knjizi prof dr. Nonveillera: "Mehanika tla i temeljenie zradevina": ... "Temelji gradevina uvijek su bili pastorcad, zato sto nema slave u temeljenju i sto uzroci uspjeha iIi neuspjeha feie skriveni duboko u tlu; ali djela osvete temelja zbog pomanjkanja brige 0 njima mogu biti veoma zbunittjuca ... "

(K. Terzaghi, predavanje na Building Research Congressu, London, 1951)

]7

VIII OSNOVNI PRINCIPI TEMELmN.JA GRADEVINSKIH OB.JEKATA

U ovome poglavlju izloZeni su osnovni principi temeljenja gradevinskih objekata i neki elementi iz Evrokoda 7 (Eurocode 7), "Geotehnicko projektovanje" - generalni pravilnik, koji je izdao Evropski komitet za standardizaciju (1994), a kojem ce se u buducnosti prilagoditi i nasi standardi. Uporedo je data i sada koristena podjela opterecenja i drugi elementi iz Pravilnika 0 tehnickim normativima za temeljenje gradevinskih objekata ("S!. list SFRJ" 15/90).

Kao uvod za naredna razmatranja date su podjele i metode temeljenja, njihove vrste i moguca primjena. Pored osnovne podjele na plitko i duboko temeljenje, koja je prema nekim autorima neadekvatna, navedeni su neki osnovni principi i za siroko primjenjivane podzemne konstrukcije.

19

25. Uvod, opterecenja j metode temeijenja

25.UVOD OPTERECENJA I METODE TEMELJENJA

Temelj objekta definise se kao sastavni dio gradevinskog objekta visoko, nisko i hidrogradnje, koji je u direktnom kontaktu sa tlom, odnosno stijenskim masivom i koji prima i prenosi opterecenje sa objekta na tlo, odnosno stijenski masiv. Tlo se usljed opterecenja objekta deformise i tako deformisano vraca na konstrukciju objekta reaktivno opterecenje. Prihvaca se i ovdje princip da ukupno aktivno opterecenje treba biti jednako reaktivnom opterecenju.

Tlo i konstrukcija objekta deformisu se zajedno, radi cega je potrebno projektovanje temelja razmatrati skupa sa konstrukcijom objekta i obratno. Uzajamno njihovo razmatranje i projektovanje dovodi do povoljnUih tehnickih i ekonomskih rjesenja cjelokupnog objekta.

Problemi temeljenja vezani su najcesce i za velike razlike u naponima, koje prima tlo, odnosno konstrukcija objekta, koja je sacinjena od kvalitetnijeg materijala, nego sto je to prirodno i heterogeno tlo. Zbog ovoga se javlja poireba za prosirenjem temeljne konstrukcije koja ovisi od: (i) velicine opterecenja, (ii) vrste i osobina tla, odnosno stijenskog masiva, (iii) dubine temeljenja, (iv) tipa objekta i nacina prenosenja opterecenja.

Projektovanje temelja zapocinje analizom opterecenja od konstrukcije objekta, ciji je sistem unaprijed defil1isan. Prema odabranol11 sistemu konstrukcije pronadu se sile koje trebaju da se prel1esu preko temelja l1a pojedinim I11jestima ispod objekta.

Na osnovu poznatih vanjskih sila od konstrukcije objekta odreduje se: 0) vrsta temeljenja, (ii) dubina i oblik temelja, (iii) specificl10 opterecenje, (iv) slijeganje i konsolidacija, (v) materijal temelja, (vi) nacin i organizacija izvodel1ja itd.

Iz ovih elemenata proizlazi da za projektovanje temelja treba poznavati faktore kao sto su:

(a) opterecenja koja trebaju biti prenesena sa konstrukcije objekta na sistem temeljenja;

(b) zahtjevi lokalnih gradevinskih uslova; (c) ponasanja i naponsko - deformacione osobine tla, koje ce biti podloga

za usvojeni sistem temeljenja; (d) geoloski i geotehl1icki uslovi tla. Inzenjersko temeljenje je cista kombil1acija mehanike tIa, mehanike

stijena, konstrukterstva, gradevil1skih disciplina, inzel1jerske geologije, hidrogeologije i odgovarajuce inzenjerske prakse. Ovo sve skupa moglo bi se nazvati "umjetnost" temeljenja.

Temeljenje 21

filII Osnovni prine/pi temeljelJja graaevinskih ob/ekata Kada se detenninise koje je temeljenje najekonomicnije, mzenjer mora

uzeti u obzir, kod daljnjeg projektovanja, strukturu optereeenja, uslove t1a i tolerantna slijeganja.

Opcenito se temeljenje moze podijeliti na: (i) plitko i (ii) duboko temeljenje. U poglavlju IX i X obradene su ove vrste temeljenja, dok su u poglavJju XI i XII dati nacini izvodenja priboja, zagata, gradevina od nasutih materijaia, osiguranja iskopa, ankerisanja i asanacija kIizista. Neke specificne metode temeljenja date su u poglavlju xm.

25.1. SPECIFICNOSTI GEOTEHNICKIH RADOV A U GRAf>EVINSKOM KONSTRUKTERSTVU

Za projektovanje temelja neophodno je poznavartie osobina tla dobivenih u laboratoriji i/ili na terenu, sa odgovarajueim tehnickim analizama i proraeunima, sto je obradeno u prvom dijelu ove knjige, u Mehanici tla. Sire promatrano, gradevinsko - geotehnicko inzenjerstvo' koristi ova saznanja i istraZivanja za primjenu razlicitih gradevinskih zahvata i tehnologija u Zemljinoj kori (Szavits -Nossan i Ivsic, 1994).

Poznato je da zahvati u tlu i stijenskom masivu datiraju od pradavnih vremena, a oni su izvodeni na bazi razlicitih tradicionalnih iskustava i rutinerstva, bez provodenja posebnih istrazivanja i proracuna. Medutim, danasnja tehnologija izgradnje objekata zahtijeva racionalan i savremen pristup rjesavanja slozenih geotehnickih zahvata u tlu i masivu. Temelj kao posebna i posljednja spona u prelaznom elementu izmedu konstrukcije i tla moze osjetno utjecati na konstrukcioni sklop cijelog objekta.

U vrijeme priprema ovog izdanja u Evropi (Evropska zajednica) je pokrenuta inicijativa uskladivanja raznih evroPskih propisa iz ove i drugih oblasti. Evrokod 7 (Eurocode 7 - EC 7) odnosi se na geotehnicke aspekte projektovanja objekata i gradevinskih radova i to sa osnovnim zahtjevima za: 0) cvrstocom, OJ) stabilnoscu, (iii) odriavanjem i (iv) trajnoscu gradevinskog objekta.

U cilju definisartia "geotehnickih kategorija" Eurocode 7 posebno propisuje pojedinacno i detaljno zahtjeve za: faznim istrazivanjem, opsegom, kolicinom, kvalitetom, uzajamnostima, interpretacijom rezuI tata, itd. Posebno znacajna je i podloZnost svih rezultata istrazivartia stain oj reviziji, dopuni i izmjeni, ovisno 0 novodobijenim laboratorijskim, terenskim, modelskim i drugim podacima kojima se treba kompletirati cjelokupna slika 0 podlozi za temeljenje objekta.

Kao sto je i uobicajeno, EC 7 predvida takoder dvije faze geotehnickog istraZivanja i to: (i) prethodna (preliminarna) (ii) projektna (glavna)

22 Temeljenje

25. Uvod, optereeen/a i metode temeljcn/a

istraZivanja. Ovome treba svakako dodati i (iii) kontrolna istrazivanja u fazi izvodenja i eksploatacije objekta.

Prethodnim istramim radovima odreduje se opca pogodnost lokacije za predvideni objekat iii konstrukciju, procjenjuju promjene koje mogu nastupiti izvodenjem radova, te omogucuje planiranje slijedecih projektnih istraZivanja.

Projektnim istraZivanjem treba dobiti potrebne infonnacije za geotehni6ki zahvat, ukljucujuei metode, lokaciju i proces izvodenja istraZivartia.

Moguee je preklapanje ovih dviju faza geotehl.1ickih istraZival.1ja, a po potrebi predvidaju se i naknadni istrami radovi, sve dok se postepenim postupkom ne rijese sve znacajne osobine razmatrane lokacije.

Za usvajanje geotehl.1ickih parametara i njihovo vrednovartie potrebno je sire znanje iz savremene mehanike tla i stijena, kao i iz geologije, hidrogeologije, seizmike, ekologije i drugih bliskih oblasti. U vrednovanju i definiranju geotehnickih i projektnih parametara treba imati mjeru, s obzirom na potreban cilj i namjeru, te se kao putokaz navodi Burlandov (Burland, 1987) "trokut mehanike tIa" (s1. 25.1.), kojim se uspostavlja odredena ravnoteia izmedu primijenjene mehanike, pOl.1a~anja tla, odnosno stijenskog masiva i realnog tla u profilu povezano sa iskustvom geotehnicara.

PONASANJE TLA

PROFIL

ISKUSTVO

ISPITIVANJA TERENSKA MJERENJA

ISTRAIN! RADOVI

PRIMJENJENA MEHANIKA TLA

Sl. 25.1. "Trokut mehanike tIa" (Burland, 1987)

IDEALIZACI JA MODELIRANJE ANALIZE

Tehnicki propisi mnogih zemalja bazirani su na metodi dopustenih (dozvoljenih) napona tla i stijenskog masiva. EC 7 predvida granicna stanja iznad kojih konstrukcija, odnosno tlo iIi masiv, vise ne zadovoljava proracunske zahtjeve. Pritom raspoznaju se dva stanja: (i) krajnje granicno stanje nosivosti (Ultimate limit state) i (ii) granicno stanje upotrebijivosti (Serviceability limit states).

EC 7 zahtijeva od konstrukcije i temelja odgovarajucu trajnost (Durability) i propisuje projektne situacije i projektne zahtjeve.

----------------------~~~--------------------~23 Temeljenje

VIII Osnovni principi temeijerifa graclevinskih objekata

Krajnje granicno stanje nosivosti odnosi se na bilo kakav oblik sloma koji moze ugroziti sigurnost Ijudi. Granicno stanje upotrebljivosti odnosi se na stanja iza kojih specificirani kriteriji upotrebljivosti nisu vise zadovoljeni.

Projektne situacije cine skupovi razlicitih fizickih pojava koje treba studirati i dokazati da one iskljucuju pojavu kriticnog stanja a to su:

1) Kombinacije razlicitih opterecenja. 2) Prirodna okolina tla iii stijenskog mas iva koja ukljucuje:

a) efekat erozije, ispiranja i iskopa 5to rnijenja geometriju povrsine tla; b) efekat hemijske erozije; c) klimatsko razaranje; d) efekat smrzavanja i forrniranja ledene kore; e) efekat oscilacija nivoa podzemne vode ukljucujuCi efekat dreniranja,

mogucnost plavljenja, greske u drenaznom sistemu itd; f) pojavu plinova u tIu; g) ostale efekte vremena i okoline na cvrstocu i osobine materijala;

raspored i klasifikacija razlicitih zona u tlu i stijenskom masivu, ukljucujuci i metode ispucalosti masiva, slojevitost, kraske fenomene, rasjede, supljine izazvane otapanjem; prirodu okoline itd.;

h) potresi; i) rudarske aktivnosti; j) tolerancije u deformacijama konstrukcije; k) uticaj susjednih konstrukcija itd.

Projektne situacije dijele se na stalne, privremene i izvanredne (Tomlinson i Boorman 1995; Szavits - Nossan i Iv sic, 1994; Baguelin i Boorman 1992).

Projektni zahtjevi predvidaju provjeru svake moguce situacije, kao i provjeru da nije prekoraceno nijedno granicno stanje. Provjera se vrSi s jednom iii sa vise predvidenih metoda Ee 7, ciji se rezultati morl'tiu da uporede sa odgovarajucim iskustvenim rezultatima, kadaje to moguce.

Trajnost konstrukcije mora se obezbijediti za predvideni vijek trajanja radi cega se razmatraju: izlozenost, upotreba i koristenje objekta, osobine upotrebljenih materijala, oblik elemenata i konstruktivnih detaIja, zastitne mjere, kvalitet rada, nivo nadzora, odrZavanje objekta i s1.

25.2. Opel PRINCIPI PROJEKTOV ANJA TEMELJA

Evrokod 7 predvida cetiri metode projektovanja ito: 1) pomocu proracuna; 2) pomocu propisanih mjera; 3) na bazi rezultata probnih opterecenja iii modelskih ispitivanja i

24 Temeljenje

25, Uvod, oplerecenja i metode temeijenja

4) metodom osmatranja.

25.2.1. PROJEKTOVANJE TEMELJA PRORACUNOM

Projektovanje proracunom ukljucuje sve proracunske modele opterecenja, pomake, osobine tia i drugih materijala, geometriju objekta i odredena ograllicenja, kao 8to su npr. prihvatljive deformacije. Svi ovi elemellti modela nazivaju se projektne velicine. Kad god je to moguce, proracun treba usporediti sa osmatranjima na terenu iz prijasnjih projekata, te modelima iIi analizama.

Opterecenja, koja mogu biti koncentrisana, ravnomjerna i prouzrokovana pomacima (od temperature iIi slijeganja), razvrstavaju se prema trajanju na: (i) trajna - stalna (G); (ii) promjenljiva (Q); (iii) prouzrokovana nezgodama -vanredna (nepredvidelli dogadaji).

U stalna opterecenja spadaju tezina objekta i instalacija, u promjenjiva naturena opterecenja iIi opterecenja vjetrom j snijegom, a u nepredvidene dogadaje npr. sudar vozova iIi eksplozija. S obzirom na promjenu uprostoru, opterecenja mogu biti fiksna i slobodna, odnosno pokretna, a S obzirom na uticaj na tIo, trajna (dugotrajna), trenutna (kratkotrajna) i povremena (privremena).

Evrokod 7 propisuje vrijednost projektnih velicina - projektnog opterecenja (Fd) - (osim zemljanog pritiska) koje se dobije direktno iIi iz izraza:

(25.1.) gdje je:

Fk - karakteristicna veliCina opterecenja, a Y F - parcijalni faktori sigurnosti za opterecenja i odgovarajuci uticaj

(tabela 25.1.), koji se detaljnije mogu naci u Eurocodeu 7. Parcijalni faktori sigurnosti za granicno stanje upotrebljivosti iznose Y F =

1,0.

Parcijalnifaktori sigurnosti za konvencionalne projektne situacije pri konacnom granicnom stariju

Stalno opterecenje ukljuCivo: ).> tezina gomj.e konstrukcije > tlo, sti'ena i voda

Promjenljivo opterecenje: > opterecenje vjetrom

i nametnuto 0 tereeen' e

Temeljenje

1,0 1,0

1,3

0,95 1,0

1,50

VIII Osnovni prineipi temeljenja graaevinskih objekata

Parcijalni fakton su potrebni radi uzimanja nesigurnosti materijalnih osobina i razlika izmedu vrijednosti dobijenih "in situ" i onih utvrdenih laboratorijskim iIi terenskim ispitivanjima kao i nesigurnosti vezane za stepen krutosti iii duktilnosti tla, odnosno stijenskog mas iva, vremenske netacnosti kod utvrdivanja nosivosti tla iii konstrukcije, geometrijskih podataka, te uticaja raznih aktivnosti kod izgradnje na osobine tla i stijenskog masiva. Projektne velicine materijalnih osobina (parametara tla i masiva) Xd utvrduju se direktno iIi pomocu karakteristicne vrijednosti Xk preko izraza:

Xd = Xklrm ' (25.2.) gdje je Y m parcijaini faktori sigurnosti za materijalne osobine (tabela 25.2,), koji se mogu detaIjnije naci u Eurocodeu 7. Parcijalni faktori sigumosti materijalnih osobina za uobicajene projektne situacije za konacno granicno stanje

tg ({J c'

1,20 - 1,25 1,50 - 1,80

Za granicna stanja pri izvodenju objekta kada ne postoji veliki rizik za zivot i druS1vene posIjedice, mogu se primjenjivati drugi korijeni iz velicina datih u tabeli. Ove se velicine ne odnose na proracun sipova, vee za uobicajene proracune, a sluze kao vodilja kad se ova metoda parcijalnih faktora sigurnosti ne primjenjuje.

Parcijalni faktor sigurnosti materijalnih osobina za granicno stanje upotrebljivosti uzima se u vrijednosti Y /11 = 1,0.

Geometrijski podaci vezani za nagibe povrsina t1a i masiva, nivoe voda, granice izmedu slojeva, kote iskopa, dimenzije i oblik temelja itd., trebaju se birati saglasno dimenzionalnim tolerancijama konstruktivnih pravila iIi radnih specifikacija. Alternativno, one se mogu uzeti u obzir kada se biraju vrijednosti za optereeenje i materijalne osobine.

Ogranicenja su definisana u Eurocode 7 kao prihvatljiva ogranicena vrijednost za parcijalne deformacije, koje zadovoIjavaju zahtjeve za granicna stanja upotrebljivosti konstrukcije. Totalna i diferencijalna sIijeganja i reIativne rotacije temelja moraju se procijeniti i sagledati da ne vode nekom od granicnih stanja. Kod proracuna diferencijalnih sIijeganja moraju se uzeti u obzir slucajne iii sistemske promjene osobina tla, raspodjela opterecenja, nacin izvodenja radova i krutost konstrukcije.

Proracunskoj metodi geotehnickog projektovanja posvecena je u Ee 7 velika painja, jer je on ipak najcesci nacin dokazivanja granicnih stanja.

26 Temeljenje

25. Uvod, opterecenja i metode temeljer!J'a Geotehnicki proracuni (analize) obuhvacaju i parametarske analize, tj. analizu osjetljivosti krajnjeg rezultata na promjene geotehnickih parametara.

U prvom dijelu Mehanike tla date su neke od ovih vidova analiticke metode proracuna: nosivosti tla (teorija plasticnosti), raspodje/e napona ispod temelja i u tlu, slijeganja, kao i neke poluempiricke metode.

25.2.2. OSTALI NACINI PROJEKTOVANJA TEMELJENJA

Projektovanje propisanim mjerama koristi se kada proracunski modeli nisu na raspolaganju iii su nepotrebni. Ove mjere ukljucuju tabele dopustenih pntisaka za razne klasifikacije tla i stijenskog masiva. Ovaj vid projektovanja uobicajen je kod konzervativnog naCina projektovanja i za prostije slucajeve temeIjenja.

Probno opterecenje, u pravoj velicini iIi reducirane razmjere, na plocama, sipovima iIi na drugim dijelovima konstrukcije, konsti se za projektovanje temelja, sto je prije i kod nas koristeno. Pritom treba uzeti u obzir razlike izmedu ispitne lokacije i realne situacije, koje se l1aroCito ocituju u razlikama uslova u tlu i ispitnom mjestu, vremenskim efektima, razmjeri, trajanju opterecenja, itd. Probno optereeenje se cesto koristi kod projektovanja sipova, ako se rezultati koriste direktno za projektovanje iii kao kontrola proracunate nosivosti.

Eksperimentaini modeli takoder se koriste za projektovanje iIi kontrolu proracunatih vrijednosti.

Metoda osmatranja koristi se za eventualne korekcije projekta tokom njegovog izvodenja. Za ovo je potrebno uspostaviti sistem osmatranja (monitoring) u toku izvodenja u intervalima, koji omogueuju brzu i pravovremenu interpretaciju i eventualnu korekciju projekta. U prethodnom postupku projektant treba definisati prihvatljive granice ponasanja (npr. deformacije) konstrukcije, te pIanirati aktivnosti ako se stvamo ponasanje objekta nade izvan predvidenih granica,

Metode osmatranja primjenjuju se cesto kod nasutih objekata, kao i kod drugih tipova brana radi korekcija temelja projekta u toku izvodenja iIi nakon njegovog zavrSetka, u ciIju provjere ponasanja pojedinih dijelova iIi cjelokupnog objekta.

25.2.3. GEOTEHNICKO - INZENJERSKI IZVJESTAJ I GEOTEHNICKE KATEGORIJE

Evrokod 7 zahtijeva izradu geotehnickog izvjestaja i geotehnickog projektnog izvjestaja, koji skupa cine dio ukupnc projektne dokumentacije, koja se odnose na geotehnicku problematiku. Ovaj posljednji izvjestaj nije bio uobicajen u gradevinskoj praksi, a ima opravdanja da se prihvati i da bude u

Temeljenje 27

VlIl Osnovni prineipi temeljenja graaevinskih objekata sklopu gIavnog projekta (Szavitz - Nossan i Ivsie 1994; European Committee for Standardization, 1994).

Osnovu geotehnickog projektnog izvjestaja cini geotehnicki izvjestaj, koji pored uvoda sadrii: generalni opis gradilista; generalnu geologiju pros:ora; opis t!a i masiva na bazi historijskih podataka, neposrednih ispitivanja busotma, probmh istrainih radova; osmatranje gradilista i laboratorijska ispitivallja, diskusiju dobijenih rezuitata, te zakljucke i preporuke, kao i eventualne dodatne terenske i laboratorijske istraine radove. Ovaj izvjestaj treba da sadrzi i detaljan plan nadzora radova, koji treba provjeravati radove tokom izvodenja, iii koji traii odrzavanje objekta nakon izgradnje.

Eurocode 7 predvida tri geotehnicke kategorije. Svakom kategorijom utvrduje se opseg i kvalitet geotehnickih istraznih radova, sIozenost proracuna, obim i nivo provjere u toku izvodenja objekta. Na ovaj nacin daje se slozenost, tezina i kompleksnost pojedinog geotehnickog projekta. a) Prva geotehnicka kategorija obuhvata relativno jednostavne konstrukcije kao

npr.: objekte sa silom po stupu manje od 250 kN, iIi ispod zida manjom od 100 kN/m, potporne ili razuprte konstrukcije nize od 2,0 m, niske nasipe ispod 3,0 m, jednospratne i dvospratne zgrade na plitkim temeljima iIi jednostavnijim sipovima, manje iskope za infrastrukturu, drenaie, objekte koji se mogu projektovati na bazi iskustva itd. U ovu kategoriju ne mogu se ukljuCiti objekti Iocirani na slozenim terenima kao sto su: deponije, nagnuti i ruceviti tereni, mehka i rahla tla. nekompaktirani nasipi, iskopi ispod nivoa podzemne vode, bujajuee gline, te veoma ispucali vodopropusni i trosni stijenski masivi.

b) Druga geotehnicka kategorija odnosi se na objekte i konstrukcije kod kojih su potrebni obimniji i kvalitetniji geotehnicki podaci i analize koje mogu zadovoljiti uobicajene postllpke projektovanja. Uslovi u tlu i masivu mogu se u ovoj kategoriji utvrditi pomoeu uobicajenih rutinskih metoda i laboratorijskih ispitivanja uz primjenu konvencionalnih postupaka projektovanja. Ovdje spadaju plitka temeljenja, sipovi, obimniji iskopi, stupovi mostova, ankerisanja, nasipi i dr.

c) U trecu geotehnicku kategoriju spadaju svi veoma slozeni geotehnicki slucajevi, koji ne ulaze u prve dvije kategorije, kao npr.: objekti sa izuzetno velikim optereeelljima, visespratnice, brane, veliki mostovi, tuneli i podzemni objekti, temelji optereeeni velikim dillamickim silama, priobaille kOl1strukcije, veliki tomjevi, nuklearne centrale, temelji slozenih hidro i termoobjekata, objekti osjetljivi na seizmiku, iskopi u slozenim geotehnickim uslovima itd.

Vidljivo je da ove kategorizacije odreduju obim i kvalitet geotehnickih aktivnosti, uz odreaeni geotehnicki rizik. Istraini radovi podeseni su ovim geotehnickim kategorijama.

28 Temeljenje

25. Uvod, opterecenja i metode temelje1lia lstraini radovi za prvu kategoriju ukljucuju vizuelni pregled lokacije i

manje istrame radove, pomoeu plitkih istrainih jama, plitkih busotina i penetracijskih testova.

U drugu i trecu geotehnicku kategoriju ukljucuju se sve tri faze istraznih radova: preliminarna, projektna i kontrolna, koja su objasnjena u prvom dijelu Mehanike tla.

Proces projektovanja temelja odvija se fazno. U prvoj fazi pripremaju se nacrti konstrukcije i potrebne podloge u

kojima su vidljivi svi stupovi, zidovi i raspored opterecenja. Svi vidovi opterecenja moraju biti prikazani.

Druga faza obuhvaca studiranje i odabiranje karakteristika tla dobivene istraiivanjem terena.

Trecom fazom determinise se dubina temelja i obicno odlucuje 0 nacinu -tipu temeljenja. Sa dubinom, tipovima temelja i nosivosti tla ulazi se u cetvrtu fazu, u kojoj se vrse proracuni i ocjenjuju ukupna slijeganja konstrukcije, t~ provjeravaju granicna stanja nosivosti i upotrebljivosti. Ovom fazom definise se I organizacija izvodenja, nadzor, osmatranje i odrZavanje objekta.

'.">"

.. 25.3j OPTERECENJA KOJA DJELUJU NA TEMELJ /

Optereeenja od objekta su uglavnom poznata vee samim izborom konstrukcije objekta. Ona se dobiju racunanjem svih sila i optereeenja koja djeluju na konstrukciju, zajedno sa vlastitom tezinom konstruktivnih elemenata, cime se dobiju sile koje djeluju na pojedine temelje. . .

Prema sada vazeeem "Pravilniku 0 tehnickim normativima za temelJenJe aradevinskih objekata", vrste optereeenja koja djeluju na temelj unekoliko se ~azlikujl1 od predlozenih vrsta optereeenja Evrokod 7, i dijele se na: (i) glavna, (ii) dopunska i (iii) posebna opterecenja.

Ova optereeenja uzimaju se shodno propisima koja vaie za proracun predvidenih gradevinskih objekata.

25.3.1. GLA VNA OPTERECENJA

U glavna optereeenja ubrajajll se: (i) sopstvena tezina objekta, (ii) k~~isno optereeenje, (iii) hidrostatski pritisak vode i uzgon, (iv) fiItracioni i pomi pnusak, (v) aktivni i pasivni otpor tla, te (vi) pritisak rnirovanja tla. .. v'

Sopstvena tezina konstrukcije i tla dobije se iz zapremmsklh.:ezma. (slle na jedinicu zapremine) i zaprernina pojedinih dijelova konstrukclJe obJekta.

--------------------~~~-------------------29 Tel11eUenje

VIII Osnovni prinelpi temelje,ya graaevinskih objekata Prilikom uzimanja vlastite tezine t1a treba voditi racuna je Ii tlo suho, viaZilo, zasiceno iii potopljeno i uzeti izraze navedene u prvom dijelu Mehanike tla.

Ukoliko se ne raspolaZe sa podacima laboratorijskih ispitivanja jedinicnih tezina tla, mogu se uzeti podaci iz tabela. Orijentaciono se npr. jedinicna tezina -zapreminska tezina vlaZnog tla (r) krece od 15,0 - 22,0 kN/m3, a najcesce 18,0 -20,0 kN/m3, ukoliko tlo ne sadr.zi organske iii rudne materije (Dolarevic, 1987.).

Korisno opterecenje objekta odreduje se prema tehnickim propisima za odgovarajuci objekat, odnosno konstrukciju i moze da djeluje kao: (i) trajno, (ii) trenutno i (iii) povremeno opterecenje.

Hidrostatski pritisak i uzgon uzima se u obzir ako je tlo zasiceno vodom, a djeluje podjednako na sve strane i okomito na vodonepropusnu povrsinu. Ovaj pritisak mora se uzeti u obzir ako se temelj objekta nalazi ispod nivoa podzemne vode.

Filtracioni pritisak javlja se u porama tla i pukotinama stijenskog masiva, ako se voda krece sa veceg na nizi potencijal. Njegova veliCina srazmjerna je hidraulickom gradijentu, (i . r w), filtracionog toka podzemne vode u razmatranoj tacki (vidjeti tacku: "Uzgon i filtracione sile"). Filtracioni iIi hidrodinamicki pritisak djeluje na cestice tla i masiva kao sila mase u pravcu kretanja vode, cime skrece rezultantu sila u neki kosi poloZaj.

Porni pritisak - natpritisak javlja se u porama iIi pukotinattla masiva, ako su ispunjene vodom i ima hidrostatski karakter. Porni pritisak (u) ili neutralni napon ima za posljedicu smanjenja ukupne otpornosti tla na smicanje (0"= 0' - u tj. T = C + (a - u). tglp). Ovaj porni pritisak javlja se u mladim geoloskim formacijama i to prvenstveno u stisljivom tIu male propusnosti.

Aktivni i pasivni pritisak, kao i pritisak mirovanja, proracunava se prema teorijama i na nacin opisan u prvom dijelu knjige u poglavlju: "Pritisak na potporne konstrukcije".

25.3.2. DOPUNSKA OPTERECENJA

Dopunska opterecenja uzimaju se prema odgovarajuCim proptstma za razmatrane objekte. Ako je velicina dopunskog opterecenja blizu velicine korisnog opterecenja iii vlastite tezine, one se uzima u proracunu u svim fazama analize opterecenja temeIja.

U dopunska opterecenja spadaju: (i) uticaj puzanja, bubrenja i skupljanja tla; (ii) kapilarni pritisak; (iii) pritisci od smrzavanja; (iv) seizmicki i dinamicki uticaji; (v) hidrostatski uticaj kod sprijecene filtracije vode, kada se na povrsini formira ledena kora.

30 Temeljenje

25. Uvod. opterecenja i metode temeije,ya Puzanje, bubrenje i skupJjanje 1Ia uzima se u obzir ako moze utjecati na

konstrukciju objekta i izazvati stetne posljedice. Puzanje tla pojavljuje se u glinovitom tlu usljed viskoznih deformacija.

Ono nastaje relaksacijom napona kod stalne deformacije i lagahnom deformacijom zrna tla pri konstantnom opterecenju.

Bubrenjem tla nastaje povecavanje, a skupljanjem smanjenje zapremine tla. Povecanje saddine vode izaziva bubrenje t1a a smanjenje sadr.zine vode do granice skupljanja izaziva skupljanje tla. Bubrenje i skupIjanje tla mogu izazvati neravnomjerno slijeganje i ostecenje objekta. Ove pojave desavaju se kod glinovitih materijala. Bubrenja mogu izazvati povecane pritiske na temelje objekta ako su sprijecene deformacije.

Skupljanje tla dovodi do smanjenja pritiska ispod dijeJova temelja objekta, sto proizvodi neravnomjerno slijeganje i ostecenje objekta.

KapiIarni pritisak javlja se u zasicenom tIu vodom u porama, koje su medusobno povezane i nalaze se iznad nivoa podzemne vode. Velicina kapilarnog pritiska ovisi 0 velicini i rasporedu uskih i sirokih pora u tlu, temperaturi vode, pravcu kretanja vode i visilli kapilarnog penjanja vode, sto se odreduje ispitivanjima u laboratoriji (vidjeti u prvom dijelu: "Kapilarnost i kapilarne sile"). Prosjecni kapilami pritisak kod koloidnih glina iznosi preko 300 kN/m2, dok kod sitnog pijeska iznosi sarno do 6,0 kN/m2

Pritisci od zamrzavanja javljaju se ispod temelja pri temperaturi ispod 0 C (273,15 K), ako su pore i supljine ispunjene potpuno iIi djelomicno vodom. VeliCina pritiska odreduje se mjerenjem i ispitivanjem zaledenih povrsina pn raznim niskim temperaturama.

Seizmicke sHe na temelje konstrukcije odreduju se propisima za aseizmicko gradenje (Pravilnik 0 tehnickim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmickim podrucjima) iii na osnovu izmjerenih seizmickih parametara. Vrsta tla i nivoi podzemnih voda mogu da dovedu do povecanja osnovnog stepena seizmicnosti, radi cega je potrebno ustanoviti ove osobine na razmatranoj mikrolokaciji.

Preko temelja objekta prenose se i rasprostiru u po!uprostor tla sile izazvane vibriranjem i dinamickim opterecenjem, u obliku periodicnih iii neperiodicnih siia, iIi u obliku djelovanja udarom iIi ekspIozijom. Ovi vidovi opterecenja su specificni i zahtijevaju posebna izucavanja i proracune temeIja j tla.

25.3.3 .. POSEBNA OPTERECENJA

U posebna opterecenja ubraJaju se ona opterecenja koja se ne mogu obuhvatiti prethodnim vidovima opterecenja. Tu prvenstveno spada lucno djelovanje u tlu, koje nastaje u posebnim slucajevima deformacije tla, kao posljedica smicucih napona na granicama mase tIa, koja se nalaze u stanju

Temeljenje 31

VIJI Osnovni principi temeljenja gradevinskih objeknta

graniene neravnoteZe. Ovo lueno djelovanje utjeee na raspodjelu i na velieinu pritiska, na granicnim povrsinama mase tla, koje se uzima u obzir u kombinaciji sa drugim silarna, ako to daje nepovoljnije opterecenje (Dolarevic, 1987).

25.4. METODE TEMELJENJA !

Postoji vise metoda temeljenja objekata i raznih oblika i velicina temelja i uglavnom one zavise od tehnickih karakteristika objekta iii konstrukcije i osobina tla, odnosno stijenskog masiva. Uobicajena je klasifikacija temeljenja prema nacinu i dubini oslanjanja temelja na tlo i masiv na:

1. plitko iIi direktno temeljenje i 2. duboko iii indirektno temeljenje.

25.4.1. OPCENITO 0 PLITKOM TEMELJENJU / .

Plitkim temeljima nazivamo takve temelje cija je sirina veca iii jednaka dubini temelja ispod terena, a obratno dubokim temeljima. Plitkim temeljenjem mogu se smatrati sva povrsinska temeljenja kod kojih se opterecenje od gradevine direktno prenosi na tIo preko kontaktne povrsine, koja je uglavnom i najcesce ravna i priblizno okomita na pravac djelovanja opterecenja.

Plitko temeljenje primjenjuje se u slucajevima kadaje nosivo tlo relativno plitko, a odgovarajucim konstruktivnim sistemom moze se obezbijediti odgovarajuca sigumost. Po pravilu, plitko je temeljenje ekonomicnije od dubokog temeljenja, te ga treba primjenjivati uvijek i tame gdje se odgovarajucim mjerarna moze postici potrebna stabilnost objekta u pogledu nosivosti i slijeganja tla ispod objekta.

Danas postoji vise tehnickih rjesenja za poboljsanje nosivosti, odnosno cvrstoce na smicanje i smanjenje slijeganja tla, tako da se i slabija tla mogu pripremiti za plitko temeljenje.

Plitko - direktno temeljenje obavlja se na viSe nacina, sa temeljima raznih oblika i velicina. U osnovi razlikuju se slijedeci tipovi temelja:

a) temeIji sarnd; b) temeljne trake, temeljni nosaci; c) temeljni rostilji - temeljne trake u dva pravca; d) temeljne ploce - raYne, ojacalle rebrima i kasetirane (celijaste).

. Izbor tipa plitkog temeljenja ovisi od vise faktora, a u biti od dispozicije obJekta, njegove tezine i nosivosti tla.

a) Temelji samci koriste se obicno kod manjih tezina objekta i boljih karakteristika tla i to ispod stupova okruglog, kvadratnog, pravougaonog iii 32------------------------------------------------Temcljenje

25. Uvod, opterecl!nja i met ode temeijenja viseugaonog presjeka. Temelji samd se danas rijetko izvode od kamena, opeke iIi betonskih blokova, a najcesce od nabijenog iii armiranog betona. Moguci su razni oblici temelja, kao sto su npr.: pravougli, pravougli sa gornjim zakosenim liceIllo stepenast sa jednom iii vise stepenica. Na slici 2S.2.a-f dati su razni moguci oblici temeljnih stopa za nearmirani i armirani beton.

f-tH

Sl. 25.2. Tipovi temelja samaca: nearmirani beton za celicni stup (a), zako.fena gornja

povrsina temelja (b), stepenasti temelj (c), plocasti armirani temelj (d), zakosen armirano - betonski temelj (e), temelj u vidu pecurke -ljuske (/).

Ukoliko je vece opterecenje, a tlo slabijih osobina, potrebno je povecati povrsinu nalijeganja, sto se postize temeljnim trakama u jednom iii u oba pravca, iIi temeljnim plocama.

b) Temeljne trake prenose opterecenje sa zidova iii sistema stupova na tlo (s1.25.3.-a,b). Ekonomicnije je i tehnicki lakse izvesti temeljne trake nego vise pojedinacnih temelja, posebno kada su blizu jedan drugog. Osim temeljnih traka koriste se za veca opterecenja i temeljne trake ojacane nosacima - gredama, llajcesce sa gornje strane (sI.25.3.-c). Oblici temeljnih traka mogu biti i trapezastog iIi drugog oblika (sL2S.3.-d,e), ovisno 0 konstruktivnim pojedinostima objekta.

Temeljenje 33

VIII Osnovni principi temeljenja grailevinskih objekata c) Temeljni rostilj prenosi opterecenje na tIo preko unakrsno postavljenih

temeljnih traka - nosaca (sI.25.4.). Ako su trake blizu jedna drugoj, razmatra se mogucnost izrade temeljne ploce, za koju je iskop za temelje jednostavniji.

r ril

1 iffi-' _.38-,r ,r ,f--L \, ~ "',f----L

" @

Sl.25.3. Tipovi temeljnih traka - teme!jnih nosaea: is pod zida (a). ispod pojedinaenih stupova (b), temeljna traka ojaeana gredom na gornjoj strani (c), osnova trapezastog oblika temeljne trake (d) i temelji samci spojeni temeljnom trakom (e).

d) Temeljne ploce raYne, ojacane stopama oko stupa iIi gredama, te celijaste - kasetirane - sanducaste ploce (s1.25.5.) koriste se na t1ima slabe nosivosti, kao i u slucaju kada su stupovi samci iIi temeljne trake - grede na malom odstojanju. Temeljne ploce su korisne za redukciju diferencijainog slijeganja na tlu razlicitih fizicko - mehanickih osobina ili gdje je siroka varijacija u opterecenju izmedu susjednih stupova. Ovaj vid temeljenja je krajnji slucaj plitkog temeljenja.

Ojacavanje ploca moze biti izvedeno prema dolje (sI.25.5. - b) iIi prema gore (s1.25.5. - c). Povoljnije je ojacavanje ploca prema gore, ako to dozvoljava tehnicka koncepcija objekta. Na slici 25.5.- d dataje sanducasta iii celijasta p\oca, koja se primjenjuje kod veoma stisljivog i podvodnog tla.

34 Temeljenje

25. Uvod. opterecenja i metode temeljenja

PRES JE K A-A

B

Sl.25.4. Temeljni rOStilj sa zakosenom gornjom povrsinom temelja.

Sl. 25. 5. Tipovi temeljnih ploea: ravna ploea (a). ploea ojaeana oko stupova pr~ma d()~e (b), ploea ojaeana gredama - rebrima (e), celijasta - sandueasta temeljna ploea (d).

-----------------------------------------------35 Temeljenje

VllI Osnovni principi temeljenja gradevinskih objekata

."\ 25.4.2.1 OPCENITO 0 DUBOKOM TEMELJENJU

Pod duboldm - indirektnim temeljenjem smatramo sva ona duboka temeijenja kod kojih se opterecenje od objekta prenosi ulna dublje nosive slojeve tla pomocu posebnih konstruktivnih elemenata. Duboko temeljenje primjenjuje se uvijek u slucaju kada su gornji slojevi slabo nosivi i jako stisljivi, a boIje nosivo tlo nalazi se relativno duboko ispod povrsine tla. Normalna funkcija indirektnih konstrukcijaje da prenese opterecenje od objekta na dublje zone t1a bolje nosivosti i manje stisljivosti.

Duboko temeljenje nezamjenjivo je za temeUe objekata i konstrukcija iznad nivoa vode, kao sto su temeIji stupova mostova, kejovi, naftne platforme itd.

Prenosne konstrukcije dubokog temeljenja dijele se obicno na:

@ SI.25.6. Temeljenje na sipovima: na povrSlnt mocne mehke gline (a), na nasipu

(b),konstrukcija iznad nivoa vode (c), ispod nivoa podzemne vode (d), obalni stup mosta (e) i obaloutvrda od ankerisanih sipova (j), gdje je: mehka glina (J), sabijeno tlo (2), nasip (3), stijena (4), voda (5), anker - zatega (6), sip na pritisak (7) i sip na zatezanje (8).

36----------------------~~------------------------Temeljenje

25. Uvod, opterecenja i me/ode temeljenja a) sipove (pilote); b) bunare; c) kesone (pneumatsko temeijenje); d) podzemne konstrukcije specijalnog izvodenja (dijafragme, te razna

poboljsanja tIa). Odabiranje tipa dubokog temeljenja ovisi 0 mnogo uticajnih faktora kao

npr. od: (i) vrste tla, (ii) vi sine podzemne i povrsinske vode, (iii) vrste objekta i konstruktivnih pojedinosti, te od (iv) nacina i mogucnosti izvodenja pojedinih vrsta dubokog temeljenja.

a) Sipovi raznih tipova su prvi indirektni elementi koji su od pamtivijeka koristeni za prenosenje opterecenja na dublje zone vece nosivosti t1a i manjeg slijeganja. Koriste se u slucaju da u normalnom nivou tla nije moguce preuzeti opterecenje objekta temeUima samcima trakama iii temeIjnim plocama (sl. 25.6. -a), iii konstrukcija lezi na dubokom stisljivom tlu - nasip (sl. 25.6. b). Temeljenje pomocu sipova je konvencionalni metod izgradnje konstrukcija iznad nivoa vode (s1. 25.6. - c), iii ispod nivoa podzemne vode (s1. 25.6. - d), kao i kod izrade upornjaka mostova i obaloutvrda (sl. 25.6. - e,f). Sipovi se koriste za preuzimanje sile u ankerima kod priboja, zagata i sl. (sl. 25.6. - f), kao i kod sanacije klizista.

Sipovi se izvode pojedinacno, u jednom iIi vise redova, vertikalno iii koso, ovisno 0 vrsti opterecenja. Mnogobrojna teoretska i eksperimentalna ispitivanja ukazuju da mehanizam nosivosti sipova u sljunkovito - pjeskovitom i koherentnom tlu nije jos ni danas dovoljno razjasnjen.

b) Bunari se primjenjuju u slucajevima kada je pobijanje sipova iii talpi oteZano zbog heterogenosti tia i pojave kamenitih .blokova, samaca iIi konglomerata. Kada su manje dubine do nosivog t1a, pobijanje sipova je obicno neracionalno, jer je potrebna glomazna mehanizacija za mali obim radova. Terenski uslovi, tehnicka sredstva koja stoje na raspolaganju, prostorni smjestaj, eventualne vibracije na susjedne objekte i sl. utjecu na opredjeljenje za izvodenje bunara.

Bunari se izvode najcesce pojedinacno i obicno su okruglog presjeka (sl. 25.7. - a), a mogu biti i povezani u jedan sistem kod veceg koncentrisanog opterecenja (sl. 25.7. - b i c). Sanducasti bunari (sl. 25.7. - d) izvode se u slicnim okolnostima kao i okrugli bunari. Razlicitog su oblika i cesto se rade van mjesta primjene, pa se kao plovni objekti dovoze do mjesta temeljenja i spustaju posebnim kranovima sa skele iIi plovnog objekta.

c) Kesonsko iii pneumatsko temeljenje (sI.25.8.) primjenjuje se za vece dubine (max. do 35,0 m) i kada se ne.moze u bunaru osvojiti priliv vode, odnosno unosenje materijala u bunar. .

Dovodenjem komprimiranog zraka odredenog pritiska u radni prostor kesona sprecava se prodor vode, omogucuje dobar uvid urad i obezbjeduje siguran kvalitet temelja. Medutim, rad radnika u kesonu ogranicen je na kratko vrijeme i

Temeljenje

VIII Osnovni principi temeljenja grailevinskih objekata

skopcan je sa mnogim ljudskim, transportnim i zdravstvenim poteskoeama, zbog cega se ovaj vid temeljenja primjenjuje sarno u izuzetnim slucajevima.

-,-+-,-I i \

*"+-Ilt! '- >I' Al-r--,-l-r-1rh~ ~

~I - -I -~ - -l

SI.25.7. Temeljenje na bunarima: pojedinacan okrugli bunar (a), spojeni bunari (b), odvojeni bunari povezani u zajednicku konstrukciju (c) i sanducast bunar (d).

Danas je razvijena tehnika masinskog busenja iIi iskopa velikih cilindricnih profila do znatnih dubina, tako da je u posljednje vrijeme ovaj vid temeljenja prakticki potisnuo pneumatsko temeljenje.

d) Podzemne konstrukcije izvode se posljednjih decenija raznim specijalnim strojevima u cilju vodozaptivanja terena, osiguranja gradevinske jame, temeljenja objekata, kako kod plitkog, tako i kod dubokog temeljenja. OVdje prvenstveno spadaju vodozaptivne ili nosive dijafragme.

Pod dijafragmom se podrazumijeva podzemni zid male debljine izveden masinskim iskopom uskog rova, koji se ne razupire vee privremeno osigurava bentonitskom suspenzijom. Iskop i ispuna glinovitim, nearmiranim i armiranim betonom vdi se po kampadama i u fazama (s1. 25.9.). Kao konstruktivni elemenat

38 Temeljenje

25. Uvod, opterecerifa i metode temeljerifa objekta izvodi se armirano - betonska dijafragma, preko koje se prenosi optereeenje objekta na dublje zone tla.

SI.25.8. Keson za pneumatsko temeljenje: radni prostor (1), dovod zraka (2), odvod zraka (3), penjalice (4), korpa za iskopani materi;jal (5), ostrica kesona (6), bentonitska suspenzija (7), ulaz u radnu komoru (8), izvoz materijala (9).

Primjena armirano - betonskih dijafragmi posebno je podesna u urbanim sredinama, gdje se najcesee izvode temelji u neposrednoj blizini postojecih objekta i u skucenom gradilisnom prostoru. Na ovaj nacin rjesava se osiguranje gradevinske jame i koristi kao nosivi konstruktivni temeljni dio objekta.

r

51.25.9. lzvoaenje dijafragme: izliven beton (l),faza betoniranja (Il),faza iskopa (Ill), gdje je: bentonitska suspenzija (1), kontraktor (2), ugraaen beton (3). grabilica (4).

-----------------------------~-e-m-e-lj-el-lj-e-----------------------------39

VIII Osnovni prineipi temeljerUa graaevinskih objekata

Pored dijafragmi u podzenme konstrukcije iIi poboljsanja osobina tla, koriste se danas sve vise metode: konsolidacionog i veznog injektiranja, plitkog i dubokog sabijanja tla (vibroflotacija), dinamicke konsolidtlcije, kao i druge metode koje ce biti opisane u metodama poboljsanja osobina tla.

Kod temeljenja slozenih objekata sa razlicitim opterecenjima, te kod raznolikog sastava tia po dubini, koriste se kombinovane vrste plitkog i dubokog temeljenja. Kao primjeri vise kombinovanih razlicitih metoda temeljenja prikazana su dva poznata svjetska centra, na slikama 25.10. a i b.

?-----'. DJELIHICNO RASPAONur A DJEUMICNO HE G LTNAC ),,'.3 m BUN

BETONOM ZAPUNJEN 1. SlUPA PO L.S UN

~RASPAOtlUT PJESCAR-

UZDuiNI PRESJEK

N.P.V.

/' NASIPI HEHK! GlINOVIlIlAPOR

.I' '- RASPAONUt PJESCAR

7.3 m 8UNAR BE TONOM

~ ~> ~;:~O~JEN

1~~~~~~~~~:J~~~~~~~~HEKAHE GlINE PJESCANI SUUNAK

Sl.25.10. Duboko bunarsko lemeljenje banke za razvoj u Singapore (a) (Tomlinson i Boorman, 1995) i presjek !croz Shell Centre u Londonu sa razliCitim metodama temeljenja i dijagramom slijeganja (b) (Measor i Williams 1962).

40 Temeljenje

POGLAVUEIX

PLITKO - DIREKTNO TEMELJENJE

MJ. TOMLINSON, 1995.

" Ako jc tc/uw[ogija veliki stroj, zn.al1jc je zasigumo gorivo koje ga pokrece. "

A. TojjZer, 1972. (" Future SIwek")

41

.~ " ~

!IN: FLI1'R)O~DlRE~n mMELIE~m '; ~ ,',\ "

U prvom dijelll analizirani su osnovni kriteriji plitkog temeljenja, dat metod proracuna kontaktnih napona, obrazlozeno dimenzioniranje i slijeganje plitkih temelja, te dat osvrt na primjenll kompjuterskih metoda kod analize i projektovanja pTitkih temelja. Pored dimenzioniranja prema kriteriju sloma tla i kriteriju dopllstenih slijeganja, date su opste postavke za krajnje granicno stanje i granicno stanje llpotrebljivosti, koja se predvidaju Evropskim standardima za geotehnicko projektovanje (Eurocode 7).

NaCin dimenzionisanja temelja samca dat je za nearmirane i armirane betonske temelje, opterecene centricno ekscentricno, kao i njihovi konstruktivni detalji.

Temeljni nosaci analizirani su za opterecenja koja se prenose preko zidova i pojedinacnih stupova.

Za temeljne ploce dati su osnovni tipovi i njihova primjena. Staticka analiza prikazana je za konvencionalni nacin proracuna, kan i za proracun fleksibilnih plnca na elasticnoj podlozi. U ovom poglavljll Qbradeni su:

26. Kriteriji, dimemjrmiranje, sl(jeganje i analiza plitkog temeljenja.

27. Temelji samci. 28. Temeljni nosaCi i 29. Temeljne place.

43

26. Kriteriji, dimellziollirarlje, slijegallje i allalize pliliwg lemeijellja

26. ruTERIJI, DIMENZIONIRANJE, SLIJEGANJE I ANALIZE PLITKOG TEMELJENJA

Prema Terzaghiju i Pecku (Tercagiju i Peku) plitkim temeljenjem definisu se takvi temelji kod kojih je sirina veca iIi jednaka dubini temelja, kako je to i u uvodnom dijelu navedeno. Obicno se pod plitkim iIi direktnim temeIjenjem podrazumijevaju sva povrsinska temeIjenja i nacini osianjanja u kojima se opterecenje od gradevine prenosi na tlo, preko kontaktne povrsine, koja je uglavnom ravna i priblizno okomita na pravac djelovanja opterecenja (DolareviC, 1987).

Ova definicija moze da se prihvati za normalne velicine temelja, ali ne i za uske i veoma siroke temelje. Zbog ovoga neki autori preporucuju izbjegavanje termina "plitko temeljenje", tako da se u geotehnickom izvjestaju definise odnos dubine prema sirini temelja.

26.1. OSNOVNI KRITERIJI PLITKOG TEMELJENJA

U prvom dijelu dat je pristup projektovanju temelja sa aspekta nosivosti, sIijeganja i konsolidacije tla ispod temeija. Medutim, neke vame promjene u tlu nastaju neovisno 0 dodatnim naponima izazvanim opterecenjem temelja, 0 kojima treba voditi racuna pri odredivanju elemenata temelja.

Primjeri takvih kolebanja u tiu su: (i) bubrenje i skupljanje tla pod uticajem vIai:nosti i temperatumih uslova, (iO dubina smrzavanja, (iii) isusivanje, (iv) opasnost od ispiranja tla, (v) klizanje kosina, (vi) rudarska i druga regionalna slijeganja, (vii) slijeganja za vrijeme udara, eksplozija i vibracija, iii drugi slicni uticaji.

Potreban je oprez kod analize efekata ovih promjena na konstrukciju, bilo da uticu na lokaciju temeljl;l iIi na poduzimanje potrebnih tehnickih mjera, kako bi se izbjegle nepozeljne posljedice.

Dimenzije temelja projektuju se prema kriticnom opterecenju, odnosno dopustenom naponu i slijeganju ustanovljene vrste tia i stvame velicine opterecenja. Medutim, kod usvajanja dubine temelja mora se voditi racuna 0 minimalnom ukopavanju koje je ovisno 0 navedenim klimatskim i drugim faktorima i promjenama u tIu.

Mnoge zemlje definisale su standardima rninimalne dubine temeljenja s obzirom na dubinu smrzavanja. U Norveskoj npr. i sjevemim regionima Kanade utvrdeno je da je efekat izdizanja tla usIjed smrzavanja do dubine 1,2 - 2,0 metra

Temelje1/je 45

IX Plitko - direkmo temeljenje

sa velieinom izdizanja 10 - 30 em (Tomlinson i Boonnan, 1995). Prema Britanskom standardu preporucuje se minimalna dubina od 0,45 m, za obezbjedenje temelja protiv smrzavanja, osim u predjeIima sa duiim periodima mraza, gdje je veca dubina pozeljna.

Normalno je da dubina temelja bude ispod dubine u kojoj se osjecaju sezonske kJimatske pojave. Do ove dubine su obieno nize vrijednosti cvrstoce na srnieanje tIa, sto ovisi 0 vrsti tla i lokalitetu. Efekti klimatskih promjena variraju po dubini, a krecu se od 1,20 - 1,50 m, a u tropskim i suptropskim podrucjima i dublje.

Dubina smrzavanja odreduje se na osnovu visegodisnjih mjerenja, osmatranja i iskustva. Orijentaeiono, mogu se usvojiti u nasim podruejima slijedece dubine smrzavanja:

a) za podrueja sa sredozemnom kIimom i nadmorskom visinom ispod 500 m n.m. dubina treba da iznosi 0,40 m.

b) za podrueja sa kontinentalnom kfimom minimalnu dubinu smrzavanja usvojiti 0,80 m.

Na ove dubine potrebno je dodati jos 0,10 - 0,20 m radi obezbjedenja, da ne dode do smrzavanja ispod samih temelja (DoIarevic, 1987).

Probleme u temeljenju mogu da izazovu bubrenja i skupljanja, oduosno isusivanja pojedinih vrsta tIa, kao sto su npr. glinovita i i10vicasta t1a. Kod sijunka, pijeska i pjeseane prasine ne postoji stetna opasnost od isusivanja i skupljanja, odnosno bubrenja. Ispitivanjem treba ustanoviti dubinu ovih promjena, jer se kod nekih vrsta tia, i kod male tezine objekta, mora nekada temeljiti i na dubini 3,0 m, da bi se izbjegle pojave isusivanja i bubrenja.

U izvjesnim slueajevima mora se voditi racuna 0 efektima korijenja vegetacije i drveca. Efekti vlaznosti razliciti su sa vegetacijom i bez vegetacije i drveca, a korijenov sistem, koji doseze i do 5,0 m dubine, moze da izazove i odredene pritiske.

Poteskoce sa ispiranjem i erozijom uglavnom su vezane za pjeScana tla. Unutarnja erozija moze biti rezultat filtracije podzenme vode kroz pore i pukotine, koja ispire fine eestice tia, sto dovodi do slijeganja i urusavanja tla. Posebne poteskoce u temeljenju moze izazvati filtracija vode iz otpadnib industrijskih devastiranih materijala u deponijama i kod fIotacije ruda, sto moze dovesti i do urusavanja takvih deponija. U ovome slucaju se mora ispitati dubina ispiranja i postaviti temelje dublje iii preuzeti tehnicke mjere zastite razmatranog podrucja.

Povrsinska erozija javlja se kod sipkih i nevezanih kategorija tla u podrucjima sa jakim vjetrovima i tekucim - najcesce bujicarskim tokovima vode. Pored odredivanja dubine temeIja, na osnovu moguce erodivnosti tla, potrebne su i tehnicke mjere povrsinske i dubinske zastite, ukljucujuci i posumljavanja.

Opcenito, podrucja sklona klizanju treba izbjegavati za gradnju. Kod plitkih klizanja mogu se poduzeti tehnicke mjere na spreeavanju uzroka klizanja. 46 Temeljenjc

26. Kriteriji, dimenziolliranje, slijeganje i allaIize plitkog temelje/1ja

Opterecenje temelja ce nekada malo i nimalo uticati na faktor sigufl1osti, ali ostali uticaji kao zasijecanja, nasipanja, navodnjavanje, odvodnje i s1. imaju znacajan efekat na stabilnost kosina. Kod stijenskih masiva primjenjuju se ankerisanja i injektiranja, u cilju poboljsanja i osiguranja padina, kosina i zasjeka.

Ponasanje objekata sa temeljima u pritisnutim zonamaje drugaeije od onih u zatefucim zonama sire razmatranog podrucja. U prvom slucaju kose sile teze da slome objekat, a u drugom da ga razvuku. Opcenito, u ovim slueajevima i kod opterecenja temelja horizontalnim silama treba izvrsiti provjeru stabilnosti na klizanje koja se obezbjeduje sa povecanjem dubine temeljenja i drugim tehnickim mjerama.

EkspJotacijom podzemnih sirovina, metodom pumpanja nafie, prirodnog gasa i soli iz podzemlja stvaraju se suplji podzemni prostori koji imaju negativnog efekta na povrsinu zemlje. Kod nas je poznat ovaj slueaj u podrueju Tuzle, gdje je zbog crpljenja soli (isoljavanja) doslo do utonuca dijelova grada i ostecenja pojedinih objekata. U ovakvim i rudarskim podrujima potrebne su posebne mjere kod temeljenja i izgradnje objekata.

Temeljenja vezana za vibracije i udare mogu se podijeliti u dvije kategorije: (i) eksterne vibracije izazvane, seizmickim aktivnostima, zeljeznickim tunelima i izvodackim aktivnostima, te (iiJ vibracije izazvane ekscentricnom rotacijom iii udarom strojeva unutar objekta. Za aseizmicko gradenje postoje propisi prema kojima se vrsi temeljenje objekta dok u drugom slucaju temeljenje predstavlja posebnu specijalnost koja se u literaturi zasebno obraduje. Najcesce to su izolovani i duboki temelji koji se odvajaju od osnovne konstrukcije, prema specificnim metodama.

26.2. PRORACUN NAPONA NA KONTAKTNOJ POVRSINI TEMELJA I TLA

Opterecenje od objekta na tlo prenosi se preko kontaktne - dodirne povrsine temelja i tla u dublje zone tla ispod temelja. Ovi naponi nazivaju se kontaktni naponi i dijelom su obradeni u prvom dijelu ove knjige (12.1.). Proracun se provodi na dva nacina ito: (i J pravolinijskom raspodjelom pritisaka na dodirnoj povrsini i (iiJ metodom elasticnosti.

Do sada uobicajen nacin pravolinijske raspodjele pritisaka predstavlja veoma grubu aproksimaciju stvarne raspodjeJe pritisaka koja se dobija tacnijim i savremenim metodama proracuna, baziranim na deformabilnosti (savitljivosti) temelja i stisljivosti tla. Pri proracunu metod om elasticnog poluprostora koristi se postupak izjednacavanja deformacije temelja objekta i tla, odnosno princip podudarnosti elasticne linije temelja i linije slijeganja tla.

Temeljenje 47

IX Plitko - direkwo temeljenje

U cilju odredivanja reaktivnog pritiska na kontaktu temelja i tla za prvi slucaj proracuna koristio se ranije madul reakcije tla (koeficijent poste1jice - k). On se zasniva na pretpostavci da je napon (j), odnosno pritisak (p), proporcionaian slijeganju (s) u svakoj tacki poluprostora ispod optereeene povrsine (vidjeti prvi dio, tacka 8.3.3.). Ova hipoteza (j = k . s) nazvana jos Winklerova hipoteza, a u suprotnosti je sa postavkama teorije elasticnosti i to zbog slijedeeih razloga:

a) Temelj se ne slijeze ravnomjemo, vee je po pravilu ugnut prema dolje. b) Tio se ne slijeze sarno ispod optereeene povrsine, vee se ono prenosi i

na bokove (sl. 26.1.). c) Velicina modula reakcije tla dobije se ispitivanjem tla na kruZnim

plocama raznih dimenzija, koje utjecu na dobivene veliCine modula reakcije tla. Sa poveeanjem dimenzija ispitne ploce dobijena vrijednost opada i obratno.

Danas se po pravilu interakcija izmedu temelja i t1a racuna prema metodi elasticnosti. Od krutosti i elasticnosti temelja, te 0 vrsti tla ovise kontaktni pritisci i oni se medusobno razlikuju, a jos vise se udaljuju ad pravolinijske raspadjele pritisaka (s1.26.1.).

Za ocjenu apsolutne krutosti temeljne konstrukcije primjenjuje se koeficijent apsolutne krutosti (K), za koji postoji vise izraza u Iiteraturi (Dolarevie, 1987).

Za Iinijske pravougaone temeljne nosace koeficijent apsoiutne krutosti moze se odrediti iz izraza:

gdje je: Eb, Et - modul deformacija betona:, odnosno tla (MN / m 2 ); lk - moment inercije poprecnog presjeka temelja (m4); B - sirina temeljnog nosaca (m); L - duzina teme1jnog nosaca (m).

(26.1.)

Ukoliko je K 24, temeljni nosac moze se smatrati apsolutno krutim. Za kvadratne (L = B) i pravougle ~) temeJjne ploce krutost se odreduje

prema izrazu:

(26.2.)

Za K 2 0,4 Ys temeljna ploca se smatra krutom. 48 Temeljellje

26. Kriteriji, dim(!IIziollirallje, slijeganje i analize plitkog IClIleijellja

Ukoliko je koeficijent krutosti (K) za okruglu temeljnu plocu

Documents

Mehanika Tla i Temeljenje 1 2 MUSTAFA SELIMOVIC