Piloti - Građevinski fakultet1... · Piloti Antun Szavits-Nossan Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet Zagreb, 2012. Temeljenje - Piloti (ASN 2012) 1

Piloti

Antun Szavits-Nossan

Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet

Zagreb, 2012.

Temeljenje - Piloti (ASN 2012) 1

Sadržaj

• Uvod

• Ispitivanje tla za pilote

• Vrste pilota

• Korozija

• Oštedenja pilota

• Proračun pojedinačnog pilota

• Proračun grupe pilota

• Primjena Eurokoda 7


Uvod 1

Piloti spadaju u složene geotehničke konstrukcije za koje često ne postoji potpuno pouzdan postupak projektiranja i dimenzioniranja. Zbog tog se razloga danas traži konzervativan pristup i vrlo pažljiv rad na projektiranju i izvedbi pilota. U nastavku se daju samo najvažniji i najčešdi elementi projektiranja pilota, a čitalac je za mnoge druge detalje, analize i slučajeve upuden na literaturu. Vrlo dobar i detaljan pregled današnjeg stava struke o pilotima može se nadi u knjizi Fleminga i dr. (Fleming i dr. 2009).


Uvod 2 • Drveni piloti su se koristili kao temelji

koliba na vodi u naseobinama uz jezera ili močvare čiji s ostaci stari i do 4 000 godina (Švicarska, Italija, Francuska, Škotska, Irska, …). Iskopine pokazuju da su ti piloti ulazili u tlo i do 3 m i da su bili zašiljeni, znači da su zabijani.

• Herodot (4. st. p.n.e.) spominje tračko pleme (Trakija – povijesna pokrajina na istočnom dijelu Balkanskog poluotoka) koje je gradilo naseobine na pilotima u jezeru.

• Drvene zabijene pilote kao temelje ili kao obalne konstrukcije koristili su Feničani, Egipdani, Grci i Rimljani; poznato je da je Venecija, utočište obalnog stanovništva pred najezdom barbara, izgrađena na drvenim pilotima.

• Ovi su se piloti zabijali posebnom napravom s kojom se teški bat mase obično do 120 kg dizao i puštao više puta da udari u pilot.

• Gotovo nikakav napredak u izvođenju pilota nije zabilježen sve do 19. stoljeda kad se uvode prvo željezni pa kasnije armirano-betonski i uvrtani piloti i parna zabijala. Modernija dizelska zabijala uvedena su sredinom 20. stoljeda.

• Pojavi bušenih pilota s armirano-betonskom ispunom u 20. stoljedu prethodila je izrada dubokih temelje metodom bunara, posebno u Indiji (Taj Mahal – 17. stoljede, temelji mostova u rijekama i sl. iz perioda Mogula počevši od 16. stoljeda). Beton je lijevan u bušotinu pomodu kontraktorske cijevi (engl.: tramie pipe).


Uvod 3

• Kao i nekad, tako i danas pilote u pravilu izvode specijalizirani izvođači. Kvaliteta pilota koju postižu ovisi o njihovoj opremi, a posebno njihovom iskustvu.

• U suvremenoj praksi izvedbe pilota, istražni radovi u tlu preduvjet su kako za projektiranje pilota tako i za izbor najpogodnije tehnologije za njihovo izvođenje.

• Mehanička svojstva pilota, prvenstveno njihova nosivost, bitno ovise o primijenjenoj tehnologiji pri izvođenja pilota.

• Usprkos stalnom i sve bržem napretku građevinske industrije opdenito, a geotehnike posebno, bez obzira koja se metoda i tehnologija za izvođenje pilota koristi, rezultat mnogo ovisi o pojedincima čija vještina, iskustvo i pošteni rad konačno pretvaraju inženjersku zamisao u pouzdanu stvarnost. Tako je bilo oduvijek. (Fleming i dr. 2009)


Ispitivanje tla za pilote 1 Planiranje • Osim što se dubine tiče, planiranje istražnih radova je

slično kao za plitke temelje; • Prva faza je uvijek uredski rad u prikupljanju postojedih

podataka; • Druga faza je pregled lokacije radi potvrde prikupljenih

podataka kao i za skupljanje dodatnih što je više mogude;

• Treda faza: terenski i laboratorijski istražni radovi; U daljnjem planiranju potrebno je uzeti u obzir zamišljene budude temelje uključivo tolerancije građevine na slijeganja; kad to nije poznato, istražni radovi moraju po sadržaju i opsegu biti dovoljno obuhvatni da omogude kasnije odluke o vrsti i dimenzijama temelja. To se prvenstveno odnosi na dubinu do koje su detaljni podaci o tlu nužni za racionalno projektiranje. Kod jednostavnih temelja u homogenom tlu konačni je plan mogude izraditi prije početka ispitivanja; kod složenijih temelja u složenim prilikama u temeljnom tlu, planiranje mora biti fleksibilno na način da se plan može prilagođavati podacima koji pristižu tijekom samog ispitivanja. U složenim slučajevima isplativije može biti ispitivanje ako se planira u dva koraka, preliminarni i glavni. Dobra suradnja izvođača ispitivanja i projektanta uvijek je nužna. Kod projekata s vedim brojem pilota, ispitivanje pilota pod probnim opteredenjem može biti od velike koristi za konačni izbor temelja. Velika pomod i ušteda u praksi dobiva se izvedbom probnog opteredenja pilota manjeg promjera od promjera radnih pilota. Za interpretaciju rezultata i njihovu ekstrapolaciju na radne pilote može poslužiti postupak Fleminga (Fleming 1992).

• Drugi faktori koje treba uzeti u obzir: seizmički rizik, agresivna tla i voda (zagađena tla, nasipi, dozvoljena razina buke, posebno kod zabijanih pilota, osjetljivost susjednih građevina (uključivo temelje i ukopane vodove) na pomake izazvane ugradnjom i korištenjem pilota, raspoloživi prostor i pristupni putovi za strojeve za ugradnju pilota, mogudnost dobave vode i uklanjane otpada od ugradnje pilota (iskopano tlo, odvoženje isplake koja se koristi pri bušenju i slično).

Dubina • Dubina ovisi o duljini pilota, širini grupe i načina

prijenosa opteredenja (preporuka EN 1997: ispod dna pilota više od širine grupe pilota i više od 3 širine stope pilota, a ne manje od 5 m).


dubina ispod naglavnice

dubina ispod stopa

q – ekvivalentno jednoliko rasprostrto opteredenje

„plivajudi” piloti: piloti koji prenose opteredenje preko stopa

Ispitivanje tla za pilote 2 Uzorkovanje: vađenje uzoraka tla

• Optimalno tek kad se o sastavu tla ved nešto zna – zahtijeva prilagodljiv način planiranja istražnih radova te optimizaciju između cijene istražnih radova i cijene eventualno konzervativnijeg projektiranja

Metode istraživanja za različite vrste tla

• Bušotine uvijek dobro zatrpati slabije propusnim tlom

Kruta raspucala tla

• Izbor pilota: bušeni piloti betoniran na licu mjesta ili zabijeni piloti koji malo razmiču tlo.

• Glavni parametri tla: nedrenirana čvrstoda „neporemedenih uzoraka” – potreban vedi broj uzoraka jer zbog značajnog rasapa rezultata; krutost tla mogude samo vrlo grubo procijeniti;

• Nedrenirana čvrstoda i SPT-a: vrlo grube korelacije 𝑐u (kPa) =4 do 6 𝑁 (Stroud & Butler 1975)

• Nedrenirana čvrstoda iz CPT-a: 𝑐u =

𝑞c;𝜎v

𝑁k, 𝑁k~25, 𝑞c - otpor šiljka

(Marsland 1976);

• Za drenirane analize: 𝜑′ iz CIU pokusa (uz mjerenje pornog tlaka)


Ispitivanje tla za pilote 3

Krupnozrna tla • Obično SPT, rjeđe CPT

• Korekcija: 𝑁1 60 = 𝐶N𝑁60

• 𝐶N = 1/ 𝜎v′ /𝑝atm

• 𝑁1 60 → 𝐼D (Skempton 1986)

• 𝐼D → 𝜑′ − 𝜑cv (Bolton 1986)


𝐼D (%)

𝐼D (%)

Ravninsko stanje deformacija

Troosno stanje deformacija

𝜑cv0 = 42 − 17𝑅 (𝑅 = 0.1 uglata zrna,

𝑅 = 0.9 obla zrna; Chan & Page 1979) – za realna tla 𝜑cv

′ rijetko de biti iznad 300.


Meka, normalno konsolidirana sitnozrna tla

• Nedrenirna čvrstoda iz krilne sonde, CPT-a ili UU trosonih pkusa na neporemedenim uzorcima dobivenim iz tankostijenih cilindara;

• Iz CPT-a: 𝑐u =𝑞c;𝜎v

𝑁k;

𝑁k = 7 do 15 (Lunne i dr.

1997)

Stijena

• Ugradnja bušenih pilota barem 3b u dubinu „zdrave” stijene”

• Kod zabijenih pilota potrebno koristiti posebnu papučicu koja štiti vrh pilota od oštedenja.

• Procijenjena aksijalna čvrstoda stijenske mase (manja od aksijalne čvrstode uzorka) može biti baza za procjenu nosivosti.




pokus primjenjivost

krilna sonda

nedrenirana čvrstoda u mekim do krutim sitnozrnim tlima;

SPT debljina nosivih slojeva tla; empirijski izrazi za nosivost i kut trenja u krupnozrnim i krutim sitnozrnim tlima;

CPT nosivost na vrhu i po plaštu zabijanih pilota, čvrstoda sitnozrnih tla, posebno mekih, detaljni profil tla;

presiometar krutost tla

probna ploča u bušotini

čvrstoda u svim vrstama tla

mjerenje vodopropusnosti

važno za izbor vrste pilota (procjena gubitka isplake ili smjese svježeg betona za bušene pilote)

Primjenjivost in-situ pokusa

Osnovni postupci izvedbe pilota 1

1. Uvod Nekad je bilo mogude podijeliti pilote, obzirom na način izvedbe, na zabijane i bušene. Prvi su se izvodili zabijanjem predgotovljenih pilota ili njihovih elemenata u tlo posebnim strojevima sa maljem. Drugi su se izvodili bušenjem bušotine odgovarajudeg promjera do tražene dubine te ugradnjom armature i smjese svježeg betona u pripremljenu bušotinu. Ova je podjela primjerena u mnogim slučajevima, ali joj je nedostatak (a) da izostavlja mnoge vrste pilota koji se danas koriste u praksi, i (b) ne odražava način kako izvedba pilota utječe na njegovu nosivost. Druga, mnogo temeljitija, podjela pilota je po načinu kako njihova izvedba utječe na njihovu nosivost. Ta podjela pilote dijeli na „razmičude” i na „nerazmičude”. Prvi pri ugradnji razmiču tlo i time povedavaju bočne pritiske tla na svoj plašt (a time prema zakonu trenja i čvrstodu na kontaktu tla i plašta pilota). Tu spadaju zabijeni piloti sa zatvorenim dnom (za razliku od cjevastih pilota s otvorenim dnom). Druga vrsta ne razmiče tlo (bušeni piloti i zabijeni šuplji piloti tanke stijenke s otvorenim dnom). No, niti ta podjela ne obuhvada mnoge vrste pilota koji se koriste u praksi.



Jedna od mogudih podjela pilota prikazana je na susjednoj slici (Simons i Menzies 2001).



Zabijeni

piloti


Čekid (makara)

pilot

Vodilica čekida i držač pilota

Upravljački stroj (bager)

Držači za regulaciju nagiba pilota

Kapa na glavi pilota

a

c

b

d

e

a-drveni jastuk za ublaženje udarca, b-kuka, c-šljem, d- drveni jastuk za zaštitu pilota, e-pilot


Pozicioniranje pilota

(uobičajene tolerance)

• vodoravno: 75 mm

• nagib: 1:25

Čekidi (zabijala, makare):

• slobodno padajudi

• eksplozivni

• vibracijski

• utiskivajudi

Karakteristike čekida

slobodno padajudi:

• masa: 0.5 do 2 x masa pilota

• najvede naprezanje u pilotu od udara (u Mpa):

– betonski piloti 3 𝑕

– čelični piloti (s drv. jast.) 12 𝑕

– čelični piloti (bez dr. jast.) 18 𝑕

– drveni piloti 1.2 𝑕

(visina pada 𝑕 u cm)



Približne mase (u tonama) slobodno padajudih i dizelskih maljeva s jednostrukim djelovanjem u odnosu na računsku nosivost pilota:


Računska nosivost (kN)

Čelični piloti (tona)

Betonski piloti (tona

400 - 2

600 2 3

800 3 4

1500 5 -

2250 8 -

3000 10 -


• Dizelski maljevi (eksplozivni) Karakteristike Delmag dizelskih maljeva


Tip D6-32 D8-22 D12-42

D16-32

D19-42

D36-32

D62-22

D100-13

D200-42

masa uređaja (kg)

600 800 1280 3600 1820 3600 6200 10000 20000

udarci/min 38/52 36/52 35/52 36/52 35/52 36/53 35/50 35/45 36/52

energija udara (kNm)

18.5 28 46 54 60 123 224 370 670

masa malja (kg)

2470 2670 3455 4045 4320 9770 12900 19900 57120

visina malja (mm)

3810 4699 4724 4724 4724 5283 5918 7366 8230


• Kod ozbiljnijih projekata koji uključuju zabijanje pilota treba izabrati tehnologiju zabijanja na temelju dinamičke analize zabijanja (PDA – pile dynamics analyser)



• Vibracijski maljevi

Sastoji se iz električki ili hidraulički gonjenih dviju suprotno rotirajudih ekscentričnih masa čije se kudište pričvrsti za pilot.

– snaga do 250 kW,

– frekvencija rotirajudih masa: 20 do 40 Hz,

– amplituda vibracija: 5 do 30 mm,

– dobro u krupnozrnim, a teško u sitnozrnim tlima.


vibrator

pilot


Bušeni piloti


bušenje širenje stope

provjera ugradnja armature i betoniranje

vađenje zaštitne kolone

zaštitna cijev (kolona)

Primjer



Bušenje grabilicom uz istovremeno napredovanje zaštitne kolone cikličkom rotacijom („laviranjem”) i hidrauličkim utiskivanjem („Benoto”)

1. Napredovanje zaštitne cijev (kolone) uz cikličku rotaciju (laviranje – „lavirka”) i hidrauličko utiskivanje;

2. Istovremeni iskop grabilicom;

3. Spuštanje armaturnog koša;

4. Ugradnja betona kontraktor postupkom uz istovremeno izvlačenje kolone;

5. Stvrdnjavanje betona te obrada glave pilota

(koš mora imati ugrađene vodilice koje osiguravaju njegov središnji položaj u pilotu)



Bušenje pužnom bušilicom uz eventualno istovremeno napredovanje zaštitne kolone cikličkom rotacijom („laviranjem”) i hidrauličkim utiskivanjem

1. Napredovanje zaštitne cijev (kolone) uz cikličku rotaciju (laviranje – „lavirka”) i hidrauličko utiskivanje; Istovremeni iskop pomodu pužnog svrdla i Kelly šipke;

2. Čišdenje dna bušotine pomodu posebnog ribora;

3. Spuštanje armaturnog koša; 4. Ugradnja betona kontraktor

postupkom uz istovremeno izvlačenje kolone;

5. Stvrdnjavanje betona te obrada glave pilota

(koš mora imati ugrađene vodilice koje osiguravaju njegov središnji položaj u pilotu)



Bušenje beskonačnim pužem (CFA – Continuous Flight Auger – piloti)

1. Bušenje pomodu beskonačnog puža (zaštitna kolona nije potrebna jer stabilnost bušotine osigurava puž);

2. Bušenje do tražene dubine; 3. Utiskivanje betona kroz

središnju cijev puža uz istovremeno izvlačenje puža;

4. Završeno betoniranje; 5. Ugradnja armaturnog koša

vibriranjem i/ili utiskivanjem u svježi beton (koš mora imati ugrađene vodilice koje osiguravaju njegov središnji položaj u pilotu)



Udarna kruna Svrdlo

Teško dlijeto za razbijanje prepreka

Razne vrste bušadeg pribora 1



Razne vrste bušadeg pribora 2

(a) svrdlo za sitnozrno tlo, (b) svrdlo za mekšu stijenu, (c) svrdlo za “jezgrovanje”, (d) svrdlo za krupnozrno tlo (uz korištenje “isplake”, (e) dlijeto



Benoto stroj za bušenje s oscilatorom na vrhu zaštitne kolone (“lavirka”) prilikom istovara iskopanog tla



Betoniranje „kontraktor” postupkom

plovak

cijev zaštitna kolona

armatura

talog

spušten armat. koš i cijev

betoniranje izbacivanje vode za betoniranja

izvlačenje zaštitne kolone

gotov pilot



Zaštita bušotine uz pomod „isplake”

bušenje „u suho” bušenje uz „isplaku”

postrojenje za pripravu i čišdenje isplake

betoniranje kontraktor postupkom



Ugradnja „Franki” pilota

čekid

cijev

šljunčani čep

stopa od betona

izvlačenje cijevi

armaturni koš



Piloti – zidovi („barete”)

presjek

grabilica

1. Ugradnja obostranih uvodnih zidide oko budude barete; služe za vođenje grabilice te osiguravanja povišene razine „isplake” koja svojim tlakom osigurava stabilnost bududeg usjeka („isplaka” - voda uz eventualni dodatak bentonita i drugih dodataka);

2. Iskop grabilicom vođenom uvodnim zididima; zaštita usjeka od urušavanja uz pomod „isplake”;

3. Izvlačenje grabilice; 4. Ugradnja bočne oplate (obično

čelične cijevi) radi osiguranja spoja sa bududim susjednim zidom; ugradnja armaturnog koša;

5. Betoniranje kontraktor postupkom (C12/15 do C25/30); izvlačenje čeličnih cijevi prije stvrdnjavanja betona.



Mikropiloti (promjera manjeg od 25 cm) – različite primjene

armatura gruba ploha plašta

veza sa zidom

zapunjene bušotine

voda injekcijska smjesa

cijev

prljava voda

ugradnja armature, izvlačenje bušače cijevi gotov

mikropilot

Prednosti i mane pojedinih vrsta pilota 1 - zabijani piloti

Prednosti

• Jednostavna izrada;

• Brza ugradnja;

• Okolno tlo se zbija i time povedava nosivost;

• Opažano ponašanje pri zabijanju može poslužiti za procjenu nosivosti pilota;

• Iskopani materijal ne treba deponirati;

• Vizualna kontrola kvalitete tijela pilota jednostavna;

Mane • Vedi promjeri pilota skupi; • Bučan rad i vibracije pri zabijanju; • Nenadane prepreke (vede

kamenje, ostaci stare konstrukcije i sl.) otežavaju ili onemogudavaju ugradnju;

• Dugački piloti skupi; • Mogude oštedenje pilota pri

nepravilnom zabijanju (pre teški čekid, prevelika energija zabijanja);

• Nema uvida u sastav tla; • Prilagođavanje dužine prilikama u

tlu otežano;


Prednosti i mane pojedinih vrsta pilota 2 - bušeni piloti

Prednosti • Ugradnja izaziva malo

poremedivanje tla;

• Precizan uvid u sastav tla mogud;

• Moguda ugradnja i pri ograničenoj raspoloživoj visini prostora (podrumi i sl.);

• Jednostavno prilagođavanje dužine pilota prilikama u tlu;

• Mogude postizanja vedih dubina;

• Mogudi vedi promjeri bez posebnih poteškoda;

• Prepreke u tlu se lako svladavaju;

Mane • Pri nepravilnom bušenju okolno

tlo se može razrahliti i time smanjiti nosivost pilota;

• Mogud hidraulički slom u dnu bušotine (naročito izraženo kod pijesaka i prašinastih tla);

• Pri prebrzom izvlačenju zaštitne kolone tijelo pilota se može oštetiti ili povudi za sobom armaturni koš;

• Iskopano tlo treba trajno deponirati;

• Kontrola kvalitete izvedenog pilota otežana;


Presjeci pilota 1


„bajonet” spoj

trn

utor

čelični elementi krajeva predgotovljenih segmenata piloa

„bajonet” spoj

trn

„Hercules” spoj predgotovljenih šesterokutnih armirano-betonskih elemenata zabijanih pilota

čelični vrh za prodiranje u stijenu na koju de se prenijeti glavnina opteredenja pilota

Presjeci pilota 2


Stope zabijenih armirano-betonskih ili prednapetih betonskih pilota

lijevano željezo ili čelik

armatura

kaljeni čelik

Presjeci pilota 3


Ojačanja čeličnih „H” i cjevastih pilota na stopi

Oštedena stopa čeličnog cjevastog Zabijenog pilota pri nailasku na kosu plohu temeljne stijene

cjevasti pilot

ojačanja na stopi

Presjeci pilota 4


Ojačanja zabijanih čeličnih „H” pilota na stopi

var

vodilica

var

ojačanja

Korozija 1


Okoliš najveda brzina korozije mm/god

u tlu 0.015

u atmosferi 0.035

u slatkoj vodi 0.035

u morskoj vodi 0.035

u plitkoj morskoj vodi 0.075

u zoni zapljuskivanja morskom vodom 0.075

• Korozija čeličnih pilota

Zaštita: ili podebljanjem stjenke pilota za veličinu koja bi nestala korozijom u vremenu projektiranog trajanja konstrukcije; ili premazima (nezgodno zbog oštedenja premaza pri zabijanju i negativnog utjecaja na nosivost pilota); ili posebnim mjerama katodne zaštite (nametanjem istosmjernog električnog polja u tlu; složeno i skupo).

Korozija 2

• Korozija betonskih pilota – Napad sulfatima (kalcijev, magnezijev, natrijev): rekcijom Portland

cementa i sulfata povedava se volumen pa dolazi do prskanja betona (zaštita: premazi ili slično);

– Napad kloridima (često u morskom okolišu): izaziva koroziju armature (zaštita: deblji zaštitni sloj betona oko armature; ili nehrđajuda armatura; ili armatura zaštidena epoksi smolama);

– Napad kiselinama (voda s niskim Ph faktorom); prisutno u tresetima ili zagađenim tlima. (zaštita: posebni premazi plašta pilota)


Oštedenja pilota


Grupa pilota • Piloti se gotovo uvijek izvode u grupi te se povezuju naglavnom

konstrukcijom; najmanju grupu čine dva, a mogu sadržavati i više desetaka pilota; interakcija tlo-piloti-naglavna konstrukcija-građevina složen je problem.

• Prednosti grupe u odnosu na pojedinačni pilot: – prenose veda opteredenja;

– omoguduju preraspodjelu sila u slučaju da jedan ili više pilota imaju smanjenu nosivost;


tlocrt

pogled presjek A-A

D – tlak Z - vlak vlačna armatura

naglavna konstrukcija

Ispitivanje pilota 1 Ispitivanje nosivosti pilota pretežno se provodi radi utvrđivanje osne nosivosti i slijeganja, a ponekad i za određivanje krutosti na bočno opteredenje. Provodi se kod građevinskih zahvata s vedim brojem pilota kako bi se potvrdile ili korigirale inače relativno nepouzdane metode predviđanja nosivosti i krutosti pilota. Ispitivanje pilota: • Probno statičko opteredenje (nosivost slijeganje); izvodi se hidrauličkom prešom pogodnog

kapaciteta koja se odupire o posebno izrađenu konstrukciju s velikim protu-utegom (obično nespretno) ili usidrenom sustavom vlačnih pilota ili vlačnih sidara u okolno tlo; preciznim instrumentima se pati slijeganje glave pilota, a prema potrebi mjere se i deformacije duž osi pilota (tek uz ova mjerenja mogude je iz deformacija, uz poznavanje modula elastičnosti materijala pilota, izdvojiti nosivost na plaštu, a time, odbijanjem od ukupne nosivosti, i nosivost na stopi; Pokus se može voditi na različite načine nanošenjem sile u inkrementima uz povremena rasteredenja; može se mjeriti i puzanje uz držanje konstantnog opteredenja; najbolje je voditi pokus s inkrementalnim opteredenjem s time da se nakon svakog inkrementa održava konstantna sila dok s slijeganje ne zaustavi (konsolidacija, puzanje); to je opdenito vrlo skup pokus zbog velikih sila kojima treba opteretiti pilot.

• Osterbergova delija (nosivost stope, plašta, slijeganje); za mjerenje je potrebna posebna Osterbergoa tlačna hidraulička delija koja se ugrađuje u donji dio pilota ili neposredno iznad njegove stope; mogude je ugraditi i dvije delije na različitim mjestima po visini pilota; povedavanjem tlaka u deliji izaziva se uzdužna sila na stopu pilota kao i reaktivna sila na dio pilota iznad delije; mjeri se nezavisno razvoj pomaka pilota ispod i iznad delije što omoguduje otpornosti po plaštu od otpornosti na stopi pilota; u dijelu pilota iznad delije javljat de se trenje na plaštu suprotnom smjeru od trenja pri uobičajenom tlačnom opteredenju pilota; pretpostavlja se da je ponašanje otpornosti na plaštu u ovisnosti o pomaku dijelova pilota neovisno o smjeru trenja; pokus je znatno jeftiniji od probnog statičkog opteredenja; Osterbergova delija ostaje zarobljena u pilotu pa ju treba tretirati kao jednokratni trošak.


Ispitivanje pilota 2 • Ispitivanje dinamičkim udarom (nosivost, slijeganje); dinamičkim udarom izaziva se

slijeganje pilota sa znatno manjim silama od jednakih statičkih; metoda je naročito pogodna kod zabijenih pilota jer se sila udara izaziva istim strojem kojim se pilot zabija; može se koristiti i za ispitivanje bušenih pilota, ali uz posebni uređaj koji izaziva udar (obično velika masa, težine oko 1/10 do 1/5 sile nosivosti pilota). Osim uređaja za izazivanje dinamičkog udara, potrebno je pilot blizu njegove glave opskrbiti mjerilima deformacije i ubrzanja; mjerenjim tih veličina u vremenu tijekom i neposredna nakon udara mjeri se prolazak i povratak elastičnih valova u pilotu izazvanih udarom; posebnim računalnim programom, koji simulira dinamičko gibanje pilota te otpornosti na plaštu i stopi pilota, prilagođavaju se parametri modela tako dugo dok se ponašanje modela ne uskladi s mjerenim signalima deformacija i ubrzanja (podudaranje signala); tako prilagođen model služi za prognozu statičkog ponašanja pilota.

• Ispitivanje integriteta (cjelovitost tijela pilota); ispitivanje s provodi udaranje glave pilota običnim čekidem te mjerenjem vremenskog razmaka između prolaska odlaznog elastičnog vala i vala koji je odbijen od oštedenja il stope pilota (val je preslabog intenziteta da bi se mogla interpretirati nosivost pilot); iz poznatog modula elastičnosti tijela pilota, a time i brzine gibanja elastičnog vala), interpretira se duljina pilota; ako je tijelo pilota oštedeno, povratni val „odbijen” od oštedenja de se vratiti ranije nego da je odbijen od stope; iz toga se zaključuje da li je tijelo pilota korektno izvedeno (d li je integritet pilota osiguran); pokus je nerazoran i vrlo jeftin pa se obično, pogotovo kod bušenih pilota, ispituju svi izvedeni piloti.

Osim navedenih, postoje i neki drugi, manje korišteni, pokusi za ispitivanje pilota (na primjer tzv statnamic).


Ispitivanje pilota 3


Statičko ispitivanje osne nosivosti i slijeganja

Ispitivanje nosivosti stope i plašta Osterbergovom delijom

Ispitivanje osne nosivosti dinamičkim udarom strojem za zabijanje pilota

Osterbegova tlača delija

Hidraulička preša

Osjetila za lokalne deformacije i ubrzanje

Proračun pojedinačnog pilota za uzdužno opteredenje 1

Uvod Interakcija sustava pilot-tlo vrlo je složena i ovisi o mehaničkim svojstvima tla, načinu ugradnje pilota, obliku i vrsti pilota te karakteru opteredenja. Sve te elemente u današnjoj praksi obično nije mogude pouzdano analizirati suvremenim metodama mehanike neprekidnih sredina uz korištenje rezultata ispitivanja tla u laboratoriju pa se danas u praksi koriste pojednostavljeni modeli i pripadni proračuni uz primjenu „popravnih” koeficijenata kojima se pojednostavljeni modeli prilagođavaju stvarnom ponašanju probno opteredenih pilota. Iz tog se razloga ti pojednostavljeni modeli i „popravni” koeficijenti mogu koristiti samo za slučajeve za koje su „popravni” koeficijenti utvrđeni. Za slučajeve kd kojih takvo usporedno iskustvo ne postoji, svojstva kao što su nosivost i slijeganje pilota treba utvrditi na temelju namjensko izvedenih i ispitanih probnih pilota.



Nosivost uzdužno opteredenog pilota

Ravnoteža na površini tla: 𝐸 = 𝑅

(𝐸 – opteredenje, 𝑅 – otpornost pilota)

𝑅 = 𝑅 b − 𝑊 + 𝑅s

𝑅 b = 𝑞 b𝐴b (otpornost na stopi

površine 𝐴b)

𝑅s = 𝑞s𝐶d𝑦𝑑

0 (otpornost na plaštu

opsega 𝐶)



U proračunima nosivosti pretežno se pretpostavlja da je težina pilota 𝑊 približno jednaka težini tla kojeg nadomješta pilot. U tom slučaju definira se reducirana otpornost na stopi 𝑅b = 𝑅 b −𝑊 = 𝑞b𝐴b gdje je reducirana nosivost na stopi 𝑞b = 𝑞 b −𝜎y;y=d. Tu je 𝜎y;y=d ukupno vertikalno naprezanje u tlu na

dubini stope pilota. U tom je slučaju otpornost pilota na uzdužno opteredenje

𝑅 = 𝑅b + 𝑅s = 𝑞b𝐴b + 𝑞s𝐶d𝑦𝑑

0

Primijeni li se standardni izraz za nosivost tla na stopi

𝑞 b = 𝑐𝑁c +1

2𝑏𝛾𝑁𝛾 + 𝜎y;y=d 𝑁q



te zanemari član uz 𝑁𝛾 zbog malog utjecaja, slijedi za reduciranu

nosivost na stopi 𝑞b = 𝑐𝑁c + 𝜎y;y=d (𝑁q − 1)

Za slučaj dreniranih uvjeta u krupnozrnom tlu (𝑐 → 𝑐′ = 0, 𝜑 → 𝜑′, 𝜎y;y=d → 𝜎′y;y=d) slijedi za reduciranu nosivost na

stopi 𝑞b = 𝜎𝑦;𝑦<𝑑

′ (𝑁q − 1)

Za slučaj nedreniranih uvjeta u sitnozrnom tlu (𝑐 → 𝑐u, 𝜑 →𝜑u = 0) slijedi za reduciranu nosivost na stopi

𝑞b = 𝑐u𝑁c



Ako se pretpostavi Coulombov zakon čvrstode na sučelju plašta pilota i tla, tada se može pisati

𝑞s = 𝑎 + 𝜎𝑥 tan 𝛿

Gdje su 𝑎 i 𝛿 parametri trenja između tla i plašta pilota. Za drenirane uvjete u krupnozrnim tlima može se pretpostaviti da je 𝑎 = 𝑎′ = 0, 𝜎𝑥 tan 𝛿 = 𝜎𝑥

′ tan 𝛿′ = 𝐾𝜎𝑦′ tan 𝛿′ = 𝛽𝜎𝑦

′ , slijedi u tom slučaju

𝑞s = 𝛽𝜎𝑦′

Za nedrenirane uvjete u sitnozrnom tlu (𝑎 → 𝛼𝑐u, 𝛿 = 0) slijedi 𝑞s = 𝛼𝑐u

Zato se obično kaže da se za nosivost po plaštu pilota za sitnozrno tlo koristi 𝛼-postupak, a za krupnozrno tlo 𝛽-postupak.



Određivanje jediničnih nosivosti po stopi, 𝑞b, i plaštu, 𝑞s, prema

raznim autorima – API (1987): zabijeni piloti;

– Rees, Isenhower & Wang (2006): bušeni piloti;

– Fellenius (1999): procjena za sve vrste pilota;

– DIN 1054 (2005): zabijani i bušeni piloti;



Zabijani piloti (API 1987)


Nedrenirano (sitnozrna tla) Drenirano (krupnozrna tla)

𝑞b = 9𝑐u

(𝑐u odrediti kao prosječnu vrijednost u području 𝑑 ≤ 𝑦 ≤ 𝑑 + 2𝑏)

𝑞b = 𝜎′𝑦;𝑦<𝑑(𝑁q−1)

𝑞s = 𝛽𝜎𝑦′ ; 𝛽 = 𝐾 tan𝛿

(𝐾 = 0.8 za šuplji, = 1.0 za puni pilot) NSPT Nq -1 𝛿 𝑞s;max

(-) (-) (0) (MPa) 0- 4 8 15 2 4-10 12 20 3 10-30 20 25 5 30-50 40 30 10 50+ 50 35 12

𝑞s = 𝛼𝑐u

𝛼 = 0.5𝑐u𝜎𝑦

′

;0.5

za 𝑐u𝜎𝑦

′ ≤ 1

𝛼 = min 1, 0.5𝑐u𝜎𝑦

′

;0.25

za 𝑐u𝜎𝑦

′ > 1


Bušeni piloti, nedrenirano stanje - sitnozrno tlo (Rees i dr. 2006)


𝒒b 𝒒s

𝑞b =2

31 +

1

6

𝑑

𝑏𝑐u𝑁c za

𝑑

𝑏< 3

𝑞b = 𝑐u𝑁c za 𝑑

𝑏≥ 3

𝑐u (MPa) 𝑁c 0.025 6.5 0.050 8.0 0.100 8.7 0.200 9.0 (za 𝑐u > 0.2 MPa → stijena)

𝑞s = 𝛼𝑐u

𝛼 = 0.55 za 𝑐u𝑝a

≤ 1.5

𝛼 = 0.55 − 0.1𝑐u𝑝a

− 1.5

za 1.5 ≤𝑐u𝑝a

≤ 2.5 (> 2.5 →

stijena); 𝑝a = 0.1 MPa zanemari u 1.5 m ispod površine terena i donjih b m


Bušeni piloti, drenirano stanje - krupnozrno tlo (Rees i dr. 2006)


𝒒b 𝒒s

za 𝑑

𝑏≤ 10 :

𝑞b = 60𝑁60𝑑

10𝑏

za 𝑑

𝑏> 10 :

𝑞b = 60𝑁60

max 𝑞b = 3.0 MPa

𝑞s = 𝛽𝜎𝑦′ ; max 𝑞s = 0.2 MPa

Pouzdanost za 𝑞s: ±30 % Pijesak

𝛽 = 𝑚ax 0.25,𝑁 1.5 − 0.25 𝑦 m0.5

𝑁 =𝑁60

15 za 𝑁60 < 15; 𝑁 = 1 za 𝑁60 ≥ 15

Šljunak: 𝛽 = 𝛽 za 0.25 ≤ 𝛽 ≤ 1.8 𝛽 = 0.25 za 𝛽 < 0.25; 𝛽 = 1.8 za 𝛽 > 1.8

𝛽 = 2 − 0.15 𝑦 𝑚0.75

vlačni pilot: 𝑞s;vlak~0.75𝑞s;tlak


Svi piloti i sva tla u efektivnim naprezanjima (Fellenius 1999)


Vrsta tla Efektivni kut trenja 𝝋′ (0) 𝑵q − 𝟏 𝜷

Glina 25-30 -30 0.25-0.35

Prah 28-34 20-40 0.27-0.50

Pijesak 32-40 30-150 0.30-0.60

Šljunak 35-45 60-300 0.35-0.80


Bušeni piloti u sitnozrnom tlu (DIN 1054: 2005)


Normalizirano slijeganje

pilota, 𝒔/𝒃

Karakteristična otpornost stope pilota, 𝒒b (MPa)

Karakteristična nedrenirana čvrstoda, 𝑐u (MPa)

0.10 0.20

0.02 0.35 0.90

0.03 0.45 1.10

0.10 (nosivost) 0.80 1.50

Karakteristična nedrenirana čvrstoda, 𝒄u (MPa)

Karakteristična otpornost na plaštu, 𝒒s (MPa)

0.025 0.025

0.10 0.040

≥ 0.20 0.060


Bušeni piloti u krupnozrnom tlu (DIN 1054: 2005)


Normalizirano slijeganje

pilota, 𝒔/𝒃

Karakteristična otpornost stope pilota, 𝒒b (MPa)

Prosječni otpor prodiranja šiljka (CPT), 𝑞c (MPa)

10 15 20 25

0.02 0.70 1.05 1.40 1.75

0.03 0.90 1.35 1.80 2.25

0.10 (nosivost) 2.00 3.00 3.50 4.00

𝒒c (CPT), (MPa) Karakteristična otpornost na plaštu, 𝒒s (MPa)

0 0

5 0.040

10 0.080

𝑞c ≥ 15 0.120


Bušeni piloti u stijeni (DIN 1054: 2005) Sitnozrna tla: Navedene otpornosti za bušene pilote vrijede uz slijedede uvjete: ulazak pilota u nosivo tlo barem 2.5 m, 0.3 m ≤ 𝑏 ≤ 3 m, bušotine pridržane zaštitnom kolonom ili isplakom, debljina nosivog tla ispod stope barem 3𝑏 i ne manja od 1.5 m, te otpor šiljka CPT-a 𝑞c ≥ 10 MPa, a nedrenirana čvrstoda oko stope 𝑐u ≥ 0.1 MPa. Stijena: ulazak pilota u stijenu od barem 0.5 m za jedno-osnu čvrstodu stijene 𝑞u ≥ 5 MPa, ili barem 2.5 m za 𝑞u ≤ 0.5 MPa, stijena je homogena, nagib pukotina i slojeva ne uvjetuje mehanizam sloma, nema otvorenih pukotina ili pukotina ispunjenih mekim tlom. U slučaju sumnje da, zbog krutosti stijene, otpor po plaštu nede biti iskorišten, ne treba ga uzeti u obzir. Vlačni piloti moraju udi u stijenu barem 5.0 m.


Karakteristična jedno-osna čvrstoda tijene, 𝒒u (MPa)

Granična otpornost na stopi pilota, 𝒒b (MPa)

Granična otpornost na plaštu pilota, 𝒒s (MPa)

0.50 1.50 0.08

5.00 5.00 0.50

20.00 10.00 0.50


Zabijani predgotovljeni betonski piloti u krupnozrnim tlima (DIN 1054:2005)

DIN 1054:2005 na daje podatke o graničnim vrijednostima otpornosti na vrhu i na plaštu pilota niti za zabijene betonske pilote u sitnozrnim tlima niti za čelične pilote u krupnozrnim i sitnozrnim tlima.


CPT 𝒒c (MPa) Karakteristični 𝒒b (MPa) Karakteristični 𝒒s (MPa)

2.5 - 0.023

7.5 2.0 0.070

15 5.0 0.130

≥ 25 12.0 0.170


Injektirani mikropiloti promjera manjeg od 0.3 m (DIN 1054:2005) – zanemaruje se otpornost na stopi!

Navedene veličine otpornosti treba umanjiti ako se radi o cikličkom opteredenju: za 20 % za 100 ciklusa, za 32 % za 10 000 ciklusa, za 44 % za 100 000 ciklusa i za 60 % za više od 1 000 000 ciklusa.


Vrsta tla Karakteristična granična otpornost na plaštu, 𝒒s (MPa)

Srednji i krupni šljunak (indeks zbijenosti 𝐼D ≥ 0.4 ili CPT 𝑞c ≥ 10 MPa)

0.20

Pijesak ili pjeskoviti šljunak (Indeks zbijenosti 𝐼D ≥ 0.4 ili CPT 𝑞c ≥ 10 MPa)

0.15

Sitnozrno tlo (Indeks konzistencije 𝐼c ≈ 1.0 ili 𝑐u ≥ 150 kPa

0.10


Nosivost prema hrvatskom nacionalnom dodatku Eurokodu 7 (HRN EN 1997-1:2008/NA) – Dodatak L

Otpornost na stopi pilota za sitnozrna tla (karakteristična):

𝑞b = 𝑁c𝑐u; 𝑁c = 9

Otpornost na plaštu pilota z sitnozrna tla: 𝑞s prema nekom od eksperimentalno provjerenim i šire prihvadenim preporukama iz literature;

Otpornost na stopi plota za krupnozrna tla (karakteristična; prema Berezantsev, Kristoforov, Golubkov 1961):

𝑞b = 𝑁q𝜎v′ = 𝛼T𝐵k𝜎v

′ ; 𝐵k = 0.74 exp(6.58 tan 𝜑′); 𝛼T je koeficijent vitkosti pilota dan na slijededoj tablici.

Za otpornosti na plaštu za sitno i krupnozrna tla mogu se koristiti eksperimentalno provjerene i šire prihvadene preporuke iz literature koje treba uredno referencirati.



Koeficijent vitkosti pilota 𝛼T (u tlu); Berezantsev i dr. (1961)

Pri primjeni izraza za nosivost na stopi po Berezantsevu i dr. treba uzeti u obzir da je kut trenja ovisan o veličini srednjeg naprezanja u zoni sloma. Srednje efektivno naprezanje pri slomu može

se približno procijeniti po izrazu 𝑝′ = 𝑁q𝜎v′ . Kut trenja 𝜑′ mora biti određen za to srednje

efektivno naprezanje. Kako 𝑁q ovisi o 𝜑′, postupak određivanja nosivosti na stopi traži iterativni

postupak. Temeljenje - Piloti (ASN 2012) 60

𝒅/𝒃 Efektivni kut unutarnjeg trenja, 𝝋′ (0)

26 30 34 37 40

5 0.75 0.77 0.81 0.83 0.85

10 0.62 0.67 0.73 0.76 0.79

15 0.55 0.61 0.68 0.73 0.77

20 0.49 0.57 0.65 0.71 0.75

25 0.44 0.53 0.63 0.70 0.74

𝑑: ukopana duljina pilota, 𝑏: promjer pilota


Analitički izraz za otpornost pilota u stijenskoj masi (HRN EN 1997-1:2008/NA) – Dodatak L

𝑞b = 2𝑞u tan2(450 + 𝜑′ 2 ) ; 𝑞u: jednosna tlačna čvrstoda

stijenske mase, prema preporukama iz literature koje su eksperimentalno provjerene i šire prihvadene;

𝑞s prema slijededoj tablici:


𝒒s (MPa) Značajka stijenske mase (u ovisnosti o 𝑹𝑸𝑫 – indeks kvalitete stijenske mase – rock quality designation)

0.1𝑞u0.5 Izrazito meka stijena (𝑅𝑄𝐷 ≪ 25%)

0.2𝑞u0.5 Meka stijena (𝑅𝑄𝐷 < 25%)

0.45𝑞u0.5 Srednje čvrsta stijena (𝑅𝑄𝐷 = 25% − 75%)

0.7𝑞u0.5 Jako čvrsta stijena (𝑅𝑄𝐷 > 75%)


Slijeganje uzdužno opteredenog pilota

Brojna mjerenja probno opteredenih pilota ukazuju da se puna vrijednost otpornosti na plaštu aktivira ved pri vrlo malim slijeganjima pilota (0.5 % do 2 % promjera pilota), dok je za puno aktivirane nosivosti na stopi pilota potrebno znatno vede slijeganje, negdje reda veličine 5 % do 10 % njegova promjera pa i više. To se odražava i na obliku krivulje slijeganja koja prikazuje odnos slijeganja i nametnutog vertikalnog opteredenja (ili otpornosti pilota).




Primjer krivulje slijeganja probno opteredivanog 20 m dugog pilota promjera 0.8 m (Fleming i dr. 2009) i njena računska simulacija uvažavajudi prijenos opteredenja na otpornost na plaštu i otpornost na stopi.

mjereno

simulacija: ukupno

simulacija: plašt

simulacija: stopa

Slijeganje glave: mm

Op

tere

den

je, o

tpo

rno

st:

MN


Oblik krivulje slijeganja dobrim de dijelom ovisiti o relativnom odnosu otpornosti po plaštu i otpornosti na stopi pilota. U debelom sloju približno homogene gline pilot svoju otpornost pretežno dobiva od otpornosti na plaštu, dok je otpornost pilota u relativno homogenom krupnozrnom tlu skoro ravnopravno podijeljena između nosivosti na plaštu i nosivosti na stopi. U slučaju pilota koji stopom ulazi u krutu i čvrstu podlogu, njegova nosivost de se u najvedoj mjeri ostvariti otpornošdu na stopi. Fleming (1992), koristedi interpretaciju krivulje slijeganja probno opteredenih pilota koju je predložio Chin (1970, 1972), pretpostavlja da se jedinična otpornost po plaštu pilota (𝑞s) kao i jedinična otpornost na stopi (𝑞b) mogu, svaka za sebe, opisati kao hiperbolne funkcije uzdužnog pomaka (slijeganja) pilota. Prema Flemingu, ukupna krivulja slijeganja pilota je superpozicija utjecaja otpornosti po plaštu, po stopi i elastične uzdužne deformacije pilota od promjena uzdužne sile duž njegove dužine.



Praktičnog pouzdanog i opde prihvadenog postupka prognoze ukupne krivulje slijeganja kao i krivulja odnosa slijeganja i aktiviranja otpornosti na plaštu odnosno na stopi pilota iz temeljnih karakteristika tla kao što su krutost i čvrstoda danas još nema. Jedan od razloga je teško obuhvatljiv utjecaj poremedenja tla i promjene naprezanja u tlu izazvanih postupkom ugradnje pilota u tlo. Iz tog se razloga za značajnije projekte u pravilu trži izvedba, mjerenje i interpretacija probno opteredenih pilota. To je, pogotovo za pilote vedeg kapaciteta nosivosti, vrlo skup i zahtjevan postupak. U tom pogledu, pogodna može biti metoda Fleminga (Fleming 1992) koja omoguduje, kroz interpretaciju, ispitivanje jeftinijeg pilota manjeg promjera od izabranog (na primjer dva puta manjeg promjera) te, uz pogodnu interpretaciju, ekstrapolaciju rezultata ispitivanja na vedi pilot. Jedan približan i jednostavan postupak prognoze krivulje slijeganja za bušene pilote predlaže DIN 1054:2005, kako je prikazano na slijededoj slici.



Konstrukcija krivulje slijeganja pilota prema DIN 1054:2005

s: slijeganje pilota, b: promjer pilota, R: otpornost pilota, Rb = qbAb potpuno aktivirana otpornost na stopi, qb jedinična otpornost na stopi, Ab površina stope, Rs = qsAs potpuno aktivirana otpornost na plaštu, qs jedinična otpornost na plaštu, As površina plašta, y: slijeganje pilota potrebno za potpuno aktiviranje otpornosti na plaštu. Veličine qb na pregibima krivulje za stopu (s/b = 0.02, 0.03 i 0.1) dane su za bušene pilote na ranijim tablicama za DIN 1054:2005.


stopa

plašt

a

b

c = a + b

Proračun pilota za bočno opteredenje 1

Dva su osnovna pristupa analize bočno opteredenog pilota u tlu: • „Winklerove” opruge s konstantnom ili promjenjivom krutošdu (ili

tzv. p-y krivulje, p je bočno opteredenje pilota u promatranoj točci - kontaktno normalno naprezanje između pilota i tla pomnoženo širinom pilota), izraženo kao sila po jedinici duljine pilota (MN/m), a y je bočni pomak promatrane točke pilota)1;

• Pilot u neprekidnoj sredini (na primjer elastičnom poluprostoru).

Prvi pristup je uvijek približan jer zanemaruje utjecaj među pomacima različitih točaka u tlu, dok je drugi za analizu mnogo složeniji. Pristup preko Winklerovih opruga teoretski je manjkav jer ne omoguduje vezu između karakteristika opruga i krutosti i čvrstode tla. Taj se nedostatak u praksi premošduje primjenom empirijskih korelacija . Međutim, danas prvi pristup zbog svoje jednostavnosti preteže u praksi. 1 U literaturi se susredu i t-z krivulje koje opisuju odnos aktivirane tangencijalne otpornosti po plaštu pilota i uzdužnog pomaka promatrane točke pilota.



„Winklerov” (p-y) model za bočno

optereden pilot


Diferencijalna jednadžba otpor tla: 𝑝(𝑥) = 𝑝(𝑦(𝑥)) krutost pilota: 𝐸𝐼 p

𝐸𝐼 p𝑑4𝑦(𝑥)

𝑑𝑥4 = 𝑝 𝑥

𝑝 𝑥 = −𝑑𝑇(𝑥)

𝑑𝑥=

= −𝑑2𝑀(𝑥)

𝑑𝑥2 = 𝑝 𝑦 𝑥

𝜃 𝑥 =𝑑𝑦(𝑥)

𝑑𝑥

Jedinice:

𝐸MN

m2 , 𝐼 m4 , 𝑦 m

𝑝 MN

m, 𝑥 m , 𝑀

MNm

m

𝜃 − , 𝑇 MN

𝐻 𝐻

𝑀 𝑀 𝑦(𝑥)

𝜃 𝑝(𝑥) 𝑀(𝑥)

𝑥 𝑥 𝑥

pilot model (štap) pomak otpor tla moment savijanja


Razni oblici p-y krivulja, 𝑝 = 𝑝 𝑦 ; otporu tla 𝑝 u ovisnosti o pomaku pilota 𝑦:


𝑝

𝑦

𝑝 𝑝 𝑝

𝑦 𝑦 𝑦

linearno elastična (linearni „Winkler” DIN)

kruto plastična (Broms 1964)

linearno elastična -plastična (DIN)

opde nelinearna (API, Rees i dr.,…)

1 1 1

𝑘 𝑘 𝑘(𝑦) 𝑝m 𝑝m

Jedinice: otpor tla 𝑝 (MN/m); najvedi otpor tla, slom, 𝑝m (MN/m); Winklerov koeficijent 𝑘 = 𝑝/𝑦 (MN/m/m = MN/m2)


Rješenje za konstantni k (dugi pilot)

duljina pilota, d, ≥ kritične, dc Kritična duljina:

𝑑c = 4𝐸𝐼 p𝑘

1

4

(≤ 𝑑)

pomak i kut zaokret na površini tla:

𝑦 𝑥<0

= 2𝐻

𝑘

𝑑c4

;1

+𝑀

𝑘

𝑑c4

;2

𝜃 𝑥<0

=𝐻

𝑘

𝑑c4

;2

+ 2𝑀

𝑘

𝑑c4

;3

Rješenje za linearno rastudi k = nx

(dugi pilot), duljina pilota, d ≥ kritične, dc

Kritična duljina:

𝑑c = 4𝐸𝐼 p𝑛

1

5

(≤ 𝑑)

pomak i kut zaokreta na površini tla:

𝑦 𝑥<0

= 2.43𝐻

𝑛

𝑑c4

;2

+ 1.62𝑀

𝑛

𝑑c4

;3

𝜃 𝑥<0

= 1.62𝐻

𝑛

𝑑c4

;3

+ 1.73𝑀

𝑛

𝑑c4

;4


Napomene Izrazi prema Fleming i dr. (2009); dugi pilot: savitljivi pilot kojemu je duljina veda ili jednaka kritičnoj; kritična duljina: duljina pilota iza koje se on ponaša kao beskonačno dugi; vedina stvarnih pilota u praksi je duga.


DIN 1054:2005 dozvoljava određivanje Winklerovog koeficijenta 𝑘 za slučaj jednog samostalnog pilota za proračun unutarnjih sila u pilotu prema slijededem izrazu kad precizno određivanje bočnih pomaka pilota nije nužno; kad je ono nužno, DIN traži izvedbu probno opteredenog pilota na bočno opteredenje i određivanje odgovarajudeg 𝑘 iz interpretacije rezultata probnog opteredenja):

𝑘 = 𝐸oed za promjere pilota 0.3 m ≤ 𝑑 ≤ 1 m

𝑘 = 𝐸oed𝑏

𝑏1 za promjere pilota 𝑏 > 𝑏1 = 1 m

Ovi izrazi vrijede ako je najvedi bočni pomak manji od manje vrijednosti između 2 cm ili 0.03b. Za promjere pilota manje od 0.3 m (na pr. mikropiloti) DIN ne dozvoljava uzimanje bočne otpornosti u obzir (takvi piloti moraju biti centrički opteredeni). DIN 1054:2005 traži da bočni otpor tla, 𝑝, ne premaši pasivni otpor tla za ravninsko stanje deformacija, tj. u dreniranim uvjetima (krupnozrno tlo) 𝑝 ≤ 𝑝m = 𝜎v

′ 𝑏 tan2 450 + 𝜑′ 2 + 2𝑐′𝑏 tan (450 + 𝜑′ 2 ), a u nedreniranim uvjetima (sitnozrno tlo) 𝑝 ≤ 𝑝m = (𝜎v+2𝑐u)𝑏.



Momenti krutosti presjeka pilota i moduli elastičnosti materijala pilota

Momenti inercije

Puni kružni presjek promjera 𝑏: 𝐼 =𝑏4𝜋

64≈

𝑏4

20

Kvadratični puni presjek stranice 𝑏: 𝐼 =𝑏4

12

Šuplji kružni presjek promjera 𝑏 i debljine stjenke 𝑡: 𝐼 =𝑏3𝑡𝜋

8≈ 0.39𝑏3𝑡

Youngovi moduli

Beton: 𝐸p ≈ 30 000 MPa

Čelik: 𝐸p ≈ 200 000 MPa


Proračun pilota za bočno opteredenje 7 Približne krutosti „plivajudeg” pilota u homogenom i u Gibsonovom elastičnom poluprostoru (Gazetas 1991); (krutost = sila za jedinični pomak ili moment za jedinični kut zaokreta u radijanima)

𝐿 ≤ 𝐿c Homogeni model tla 𝐿c = 2𝑑

𝐸p

𝐸s

0.25 ; 𝐾v = 1.9𝑑𝐸s

𝐿

𝑑

0.67 𝐸p

𝐸s

;𝐿𝐸p

𝑑𝐸s

𝐾h = 𝑑𝐸s𝐸p

𝐸s

0.21; 𝐾r = 0.15𝑑3𝐸s

𝐸p

𝐸s

0.75

𝐾rh = 𝐾hr = 0.22𝑑2𝐸s𝐸p

𝐸s

0.50

(𝐾v- vertikalna krutost)

Gibsonov model tla 𝐿c = 2𝑑

𝐸p

𝐸sd

0.25;𝐾v = 1.8𝑑𝐸sL

𝐿

𝑑

0.67 𝐸p

𝐸sL

;𝐿𝐸p

𝑑𝐸sL

𝐾h = 0.6𝑑𝐸sd𝐸p

𝐸sd

0.85;𝐾r = 0.15𝑑3𝐸sd

𝐸p

𝐸sd

0.80

𝐾rh = 𝐾hr = 0.17𝑑2𝐸sd𝐸p

𝐸sd

0.60

(𝐾v- vertikalna krutost)


z

sE

konst.sE

sE

/

/

s sd

sL

E E z d

E z L

z

d

sdE

LsLE

sE

d

L

z

pE

1

hK

hrK

1

rhKrK


Izrazi Gazetasa (Gazetas 1991) za elastični poluprostor pogodnij su od prethodnih izraza Fleminga i dr. (2009) za winklerov model jer su ovisni o temeljnim parametrima tla, elastičnoj krutosti. Međutim, u praksi je winklerov model često povoljniji za slučaj uslojenog nehomogenog poluprostora za koji gotova rješenja, poput onih Gazetasa, ne postoje. Nadalje, Gazetasovo rješenje daje samo izraze za unutarnje sile u pilotu na njegovoj glavi pa se iz njih ne mogu odrediti unutarnje sile na drugim mjestima u pilotu. Za pilote u grupi s naglavnicom to je manje značajan problem jer se najvede unutarnje sile u pravilu nalaze na glavi pilota. Danas stoje na raspolaganju numeričke metode za rješavanje ovog složenog –dimenzionalnog problema mehanike neprekidnih sredina, kao što je, na primjer, metoda konačnih elemenata koja omoguduje uzimanje u obzir i nelinearnih svojstava tla. Te su numeričke metode danas još za praksu obično vrlo zahtjevne usprkos naprednim računalima. Međutim, daljnjim razvojem računala i pripadnih programa, čiji se kraj ne nazire, i taj de problem s vremenom gubiti na značaju. Nadalje, korisno je uočiti iz Gazetasovih izraza da krutost tla znatno više utječe na pomake pilota nego na unutrašnje sile u njemu. Slično vrijedi i za winklerov model. To znači da de za zadano opteredenje pilota znatno teže biti dobro prognozirati njegove pomake nego unutrašnje sile u pilotu. Odatle i česta preporuka u literaturi da se navedeni izrazi mogu koristiti za dimenzioniranje pilota (koji se dimenzionira prema veličini unutrašnjih sila), dok de pouzdana prognoza pomaka biti znatno teža pa, ako je ona važna, bolje se prikloniti interpretaciji probno opteredenih pilota. Ovo razmatranje vrijedi kako za bočno tako i za uzdužno opteredene pilote (i, kako de se kasnije vidjeti, za grupe pilota).



Broms (1964a, 1964b) je predložio postupak proračuna nosivosti za nekoliko tipičnih slučajeva bočno opteredenih krutih pilota: konstantna otpornost tla po dubini (nedrenirani slučaj sitnozrnog tla) i linearno rastuda otpornost tla po dubini (drenirani slučaj krupnozrnog ta) i to za slobodni i za ukliješteni pilot na glavi (ovaj posljednji slučaj približno odgovara slučajevima grupa pilota ukliještenih u naglavnu konstrukciju pilota). U nastavku se opisuju Bromsova rješenja.




(a) (b)

Rješenje Bromsa za kruti pilot Raspodjela nosivosti tla bočno opteredenih pilota u (a) homogenom nedreniranom sitnozrnom tlu, i (b) u homogenom dreniranom krupnozrnom tlu prema Bromsu (Broms 1964a, 1964b); u prvom slučaju Broms predlaže zanemarenje otpornosti tla od površine tla do dubine 1.5b. Oznake: 𝐻 bočno opteredenje, 𝑒 položaj opteredenja, 𝑏 promjer pilota, 𝐿 duljina ukopanog dijela pilota, 𝑦 dubina od površine tla, 𝑝 bočni otpor tla pri slomu (sila/duljina), 𝑐u nedrenirana čvrstoda tla, 𝜎p pasivni otpor (Rankineov), 𝛾 jedinična težina tla (efektivna u slučaju potopljenog tla), 𝐾p = tan2(450 + 𝜑′ 2 ) koeficijent pasivnog otpora (Rankineov), 𝑃bd rezultanta pasivnog otpora ispod točke rotacije 𝐴 (pojednostavljeno pretpostavljeno djelovanje u točci 𝐴); za slučaj (b) pretpostavljeno da svodno djelovanje u tredoj dimenziji daje sudjelujudu širinu otpora tla u širini 3𝑏.


Izrazi za sitnozrno tlo (Broms)

Normalizirane veličine:

𝑒 = 𝑒/𝑏, 𝐿 = 𝐿/𝑏, 𝑎 = 𝑎 𝑏 = 1.5, 𝑦 = 𝑦/𝑏, 𝑔 = 𝑔/𝑏, 𝑓 = 𝑓/𝑏, 𝐻 = 𝐻/(𝑐u𝑏2), 𝑝 = 𝑝 𝑐u𝑏 = 9, 𝑀 m = 𝑀m/(𝑐u𝑏3);

Slobodan vrh (sitnozrno tlo):

Ravnoteža vodoravnih sila, ravnoteža momenata: 𝑓 = 𝐻 /9, 𝑔 2 = 𝑓 (𝑒 + 𝑎 + 𝑓 2 ) →

𝑀 m = 9𝑔 2 = 𝐻 𝑒 + 𝑎 +𝐻

18,

𝐿 = 𝑒 + 𝑎 + 𝑓 + 2𝑔

= 𝑒 + 𝑎 +𝐻

9+

𝐻

9𝑒 + 𝑎 +

𝐻

18

Mehanizam i unutarnje sile



Kratki pilot ukliještenog vrha, uklještenje u naglavnicu (sitnozrno tlo):

𝑓 = 𝐻 /9;

𝑀 m = 9𝑓 𝑎 +𝑓

2= 𝐻 𝑎 +

𝐻

18 ;

𝐿 = 𝑎 + 𝑓 = 𝑎 +𝐻

9

Dugi pilot ukliještenog vrha, uklještenje u naglavnicu; nosivost presjeka pilota konstantna po visini pilota (sitnozrno tlo):

𝑓 = 𝐻 /9;

𝑀 m =9

2𝑓 𝑎 +

𝑓

2=

𝐻

2𝑎 +

𝐻

18;

9𝑔 2 = 𝑀 m → 𝑔 =𝑓

2𝑎 + 𝑓 2 ;

𝐿 = 𝑎 + 𝑓 + 2𝑔 = 𝑎 + 𝑓 + 2 1

2𝑓 (𝑎 + 1

2𝑓 ) = 𝑎 + 1

9𝐻 + 2 1

18𝐻 𝑎 + 1

18𝐻

Primjena: za zadani se 𝐻 i 𝑐u pretpostavi promjer pilota 𝑏, izračuna potrebni otporni moment na savijanje 𝑀m, provjeri da pretpostavljeni pilot može „nositi” taj moment savijanja (ako ne može treba povedati 𝑏), i zatim se izračuna ukopana duljinu pilota 𝐿.




Sitnozrno tlo, Broms (𝒄u)

? !


Izrazi za krupnozrno tlo (Broms)

Dodatne normalizirane veličine:

𝐻 =𝐻

𝐾p𝛾𝑏3 ; 𝑝 = 𝑝 𝐾p𝛾𝑏2 = 3𝑦 ;

𝑀 m = 𝑀m/(𝐾p𝛾𝑏4) ; rezultanta pasivnog

otpora ispod točke rotacije 𝐴 djeluje u točci rotacije 𝐴 na dubini približno jednakoj duljini ukopanog dijela pilota 𝐿.

Slobodan vrh (krupnozrno tlo)

Iz uvjeta ravnoteže u vodoravnom smjeru

slijedi 𝑓 =2𝐻

3 , a za moment savijanja

𝑀 m = 𝐻 𝑒 +2𝑓

3= 𝐻 𝑒 +

2

3

2

3𝐻 i silu

𝐻 =1

2

𝐿 3

𝑒 :𝐿

Mehanizam i unutarnje sile



Ukliješten kratki pilot (krupnozrno tlo)

𝐿 = 𝑓 =2

3𝐻 ; 𝑀 m =

2

3𝐻 𝑓 =

2

3𝐻

2

3𝐻

Ukliješten dugi pilot (krupnozrno tlo)

Iz ravnoteže momenata oko dna pilota → 2𝑀 m =2

3𝐻 𝑓 ili uz 𝑓 =

2

3𝐻 ,

𝑀 m =1

3𝐻 𝑓 =

1

3𝐻

2

3𝐻 ; 𝐿 = 𝑓 =

2

3𝐻

Primjena: Na slijededim dijagramima prikazani su grafički ovi izrazi. Oni mogu poslužiti za dimenzioniranje pilota kako je na tim dijagramima označeno. Prvo se krene od parametara tla i pretpostavljenog promjera pilota. Zatim se provjeri da li tijelo pretpostavljenog pilota ima zadovoljavajudu nosivost obzirom na moment savijanja da bi se konačno utvrdila njegova potrebna duljina.




Krupnozrno tlo, Broms (𝝋′)

? !

(može se koristiti i za sitnozrno tlo s rastudom nedreniranom čvrstodom

ako se zamijeni 𝐾p ← 3𝑐u𝜎v

′ )


U literaturi je predloženo više nelinearnih p-y krivulje za statička i ciklička opteredenja (API 1987, Rees i O’Neill 1988, Rees i dr. 2006). Te su krivulje dobivene interpretacijom rezultata mjerenja na probno opteredivanim pilotima. Njihova uporaba moguda je samo preko odgovarajudih računalnih programa (na primjer LPILE, SHAFT, GROUP: ENSOFT Inc., Austin, Texas, SAD; PYGMY, Geotechnical Software Solutions, itd). Takve nelinearne p-y krivulje pouzdanije su od pojednostavljenih linearnih jer su utvrđene na temelju interpretacije mjerenja na vedem broju probno opteredivanih i radnih pilota pa ih je u praksi uputnije koristiti.



Pri ugradnji pilota u vodom zasidenom tlu nastaje dodatni tlak vode u porama tla. Slično se događa ako se okolno tlo optereti nakon ugradnje pilota. Kao posljedica nastaje konsolidacija tla koja u tlu izaziva vertikalne deformacije i vertikale pomake (slijeganje). U oba se slučaja, zbog krutosti, pilot se odupire deformacijama tla te se razvija „negativno” trenje na plaštu pilota. Trenje se naziva negativnim jer iznad neutralne osi ima smjer suprotan uobičajenom smjeru pri utiskivanju pilota u tlo (vidi Fellenius 1999).

Negativno trenje 1

Negativno trenje 2

Posljedice negativnog trenja: • izaziva uzdužnu tlačnu silu u pilotu čak kad je ovaj neoptereden; • obzirom da je potreban vrlo mali relativni pomak između tla i plašta pilota za aktiviranje

pune veličine trenja po plaštu, za proračun negativnog trnja mogu se koristiti izrazi isti onima za određivanje nosivosti po plaštu;

• kako se tlakovi vode u porama razvijaju kako u sitnozrnom tako i u krupnozrnom tlu, negativno trenje razvija se u obje vrste tla;

• raspodjela trenja po plaštu pilota uslijed konsolidacije tla ovisi o odnosu krutosti tla na stopi i duž duljine pilota, o opteredenju pilota i o uvjetu ravnoteže sila koje djeluju na pilot; na mjestu na kojem nema relativnog pomaka tla i pilota smjer se trenja mijenja, a to se mjesto naziva neutralnom linijom;

• opteredivanjem pilota, neutralna se linija podiže; • ako je ponašanje tla duktilno (trenje na plaštu i nosivost na stopi nakon dosezanja vršne

vrijednosti više ne pada pri daljnjem porastu relativnih pomaka pilota i tla), negativno trenje ne umanjuje nosivost pilota; kad opteredenje dosegne nosivost pilota, neutralna linija dolazi na površinu tla;

• uslijed pojave negativnog trenja, uzdužna sila u pilotu, 𝑁max, je veda od vanjskog uzdužnog opteredenja pilota 𝑉 (vidi prethodnu sliku).


Proračun grupe pilota 1

Nosivost vertikalno opteredene grupe pilota (gruba aproksimacija)

𝑅: nosivost pojedinačnog pilota;

𝑛: broj pilota u grupi;

𝑅B: nosivost bloka (zamišljenog masivnog temelja koji opasuje pilote);

𝑅G: nosivost grupe pilota;

𝑅G ≈ min(𝑛𝑅, 𝑅B)



Nosivost vodoravno opteredene grupe pilota – vodoravna sila i moment (vrlo gruba aproksimacija)

Grupa se zamijeni zamjenjujudim kružnim pilotom promjera 𝑏G kojemu je opseg jednak opsegu lika koji obuhvada grupu pilota u vodoravnom presjeku, a duljina jednaka duljini pilota. Krutost tog zamjenjujudeg pilota 𝐸G𝐼G jednaka je zbroju krutosti pojedinačnih pilota 𝐸𝐼, tj. 𝐸G𝐼G = 𝐸𝐼. Nosivost grupe je tada manja vrijednost od zbroja nosivosti pojedinačnih pilota i nosivosti zamjenjujudeg pilota (Rees i dr. 2006).



Slijeganje grupe pilota od vertikalnog opteredenja Grupe pilota povezane naglavnicom u pravilu imaju veliku nosivost tako da je za njihovo dimenzioniranje često kritičnije dozvljeno slijeganje od potrebne nosivosti. Obzirom na superpoziciju slijeganja među pilotima u grupi, slijeganje pojedinog pilota u grupi de uvijek biti vede od slijeganja jednako tako opteredenog samostalnog pilota. Proračun deformacije opteredene grupe pilota povezane naglavnicom vrlo je složeni problem interakcije piloti-naglavnica-tlo. Kod značajnijih problema danas se sve više u takvim slučajevima pribjegava primjeni 3-dimenzionalnog numeričkog modeliranja pomodu metode konačnih elemenata. To su vrlo zahtjevni proračuni koji traže korištenje složenih i skupih računalnih programa, a sam proračun je, čak i uz primjenu suvremenih snažnih računala, dugotrajan. U jednostavnijim slučajevima koriste se programi temeljeni na proračunima pilota uz korištenje linearnih ili nelinearnih „winklerovih” opruga (na primjer program GROUP firme Ensoft iz SAD). Kao vrlo gruba procjena slijeganja može poslužiti slijededi postupak često korišten u praksi.




Pojednostavljeni proračun slijeganja vertikalno opteredene grupe pilota: vertikalno se opteredenje grupe prenese kao jednoliko podijeljeno na vodoravnu plohu na dubini 2/3 duljine pilota za „plivajude” pilote u tlu podjednake krutosti, odnosno na dubini 2/3 ispod površine krudeg sloja u kojem završavaju donji dijelovi plota prema gornjoj skici. Stranice te plohe uvedaju se u odnosu na širinu grupe po pravilu „1:4” kako je naznačeno na istoj skici. Slijeganje grupe je tada slijeganje tla od takvog podijeljenog opteredenja tretiranog kao plitki temelj.


Drugi vrlo grubi postupak procjene slijeganja grupe pilota predložio je Skempton (1953) na temelju vrlo ograničenog broja opažanja slijeganja izvedenih grupa pilota. 𝑏: promjer pojedinačnog pilota; 𝑏G: širina grupe pilota; 𝑠: slijeganje pojedinačnog, samostalnog, pilota; 𝑠G: slijeganje grupe pilota; 𝜂 : odnos prosječnog slijeganja grupe i pojedinačnog samostalnog pilota u grupi

𝑠G = 𝜂𝑠 ; 𝜂 ≈4

𝑏G𝑏

:9

𝑏G𝑏

:12

2

Ovaj izraz ne uključuje razmak među pilotima koji znatno utječe na faktor 𝜂. Zato ga treba koristiti s velikim oprezom. U praksi je često slijeganje grupe pilota malo i nije odlučujude za funkcionalnost građevine. Međutim, ako je taj podatak bitan, bolje je koristiti proračune koji bolje simuliraju superpoziciju naprezanja i deformacija u grupi pilota (na primjer 3-dimenzionalna metoda konačnih elemenata).


Proračun grupe pilota 6 Raspodjela opteredenja po pilotima u grupi

Uz pretpostavku da je naglavnica kruta, da su piloti vertikalni, da nema interakcije među pilotima i da je sustav elastičan, slijedi:

• za položaj centra vertikalne krutosti (𝑇)

𝑥T = 𝐾v𝑖𝑥𝑖𝑖

𝐾v𝑖𝑖 na koji je svedeno opteredenje

grupe pilota 𝑉, 𝐻 i 𝑀; indeks 𝑖 broji pilote od 1 do ukupnog broja 𝑛;

• sustav jednadžbi za nepoznate veličine vertikalnog i vodoravnog pomaka centra krutosti, 𝑣 i 𝑕, te rotaciju naglavnice 𝑟 𝑉𝐻𝑀

=

𝐾v𝑖𝑖 0 0

0 𝐾h𝑖𝑖 𝐾hr𝑖𝑖

0 𝐾hr𝑖𝑖 𝐾r𝑖𝑖

𝑣𝑕𝑟

;

• Za sile na glavi 𝑖-tog pilota 𝑉𝑖 = 𝐾v𝑖 𝑣 − 𝑥𝑖 − 𝑥T 𝑟 , 𝐻𝑖 = 𝐾h𝑖𝑕 + 𝐾hr𝑖𝑟 i 𝑀𝑖 = 𝐾hr𝑖𝑕 + 𝐾r𝑖𝑟


𝑉 𝑀 𝐻

𝑉𝑖

𝑀𝑖 𝐻𝑖

𝑥 𝑥𝑖

𝑥T 𝑇

Za vertikalnu 𝐾v𝑖, horizontalnu 𝐾h𝑖, rotacijsku 𝐾r𝑖 i izvan dijagonalnu krutost 𝐾hr𝑖 na glavi 𝑖-tog pilota vidi ranije prikazane izraze Gazetasa (Gazetas 1991) za homogen i za Gibsonov elastični poluprostor.

𝑣

𝑕

𝑟


Navedeni izrazi, osim veličine pomaka i kuta zaokreta naglavnice, omoguduju i proračun unutarnjih sila na glavi svakog od pilota. Obzirom da su unutarnje sile u pilotu s naglavnicom, izazvane opteredenjem na naglavnici, u pravilu najvede upravo na glavi pilota, to omoguduje i dimenzioniranje pilota. Unutarnje sile u pilotu de s njegovom dubinom opadati, međutim precizniju sliku o tom padu prikazani proračun ne daje. U praksi to treba procijeniti, ali obzirom na različite neizvjesnosti ta procjena mora ostati konzervativna. Treba naglasiti da Gazetasovi izrazi za krutosti vrijede za „plivajude” pilote u homogenom tlu i tlu u kojem krutost tla raste linearno s dubinom. Za druge slučajeve koji bitno odstupaju od tih uvjeta, na primjer piloti koji svojom stopom ulaze krutu temeljnu stijenu, ti izrazi nisu uporabivi. U takvim se slučajevima treba koristiti drugačijim postupcima (na primjer numeričkim simulacijama s winklerovim modelom tla ili 3-dimenzionalnom metodom konačnih elemenata). Prikazani proračuni ne uzimaju u obzir superpoziciju dodatnih naprezanja u tlu koja nastaje zbog grupnog djelovanja pilota. U stvarnosti najveda dodatna naprezanja i deformacije u tlu nastaju unutar grupe pilota, a smanjuju se s udaljenošdu od grupe. To znači da de u stvarnosti rubni piloti imati vedu krutost od onih u unutrašnjosti grupe. Dok složeni 3-dimenzionalni modeli mehanike neprekidnih sredina, kojima se tlo simulira kao 3-dimenzionalna neprekidna mehanička sredina, taj efekt uzimaju u obzir, proračuni koji se temelje na winklerovom modelu (linearnom i nelinearnom) u tom su smislu prikradeni. U literaturi se nalazi nekoliko preporuka kako povedanu krutost rubnih pilota uzeti u obzir i kod tih pojednostavljenih modela. Dok za vertikalno opteredenu užu grupu uzimanje superpozicije djelovanja pilota u grupi nije jako značajno zbog stvarnog nelinearnog ponašanja pojedinačnih pilota, za bočno opteredenje grupe efekt superpozicije znatno je značajniji. U nastavku se prikazuje jedan približan postupak uzimanja tog efekta u obzir kakvog predlaže norma DIN 1054:2005.


Proračun grupe pilota 8 Razdioba krutosti pilota u bočno opteredenoj grupi s krutom naglavnicom (DIN 1054:2005); postupak se odnosi na winklerov model tla

𝒌 = 𝒌𝐛𝒙/𝒃 ; 𝒙 dubina, 𝒃 promjer pilota.

Elastična duljina: 𝐿 = 𝐸p𝐼𝑏 𝑘b 1/5

𝑙/𝐿 ≥ 4: 𝑘𝑖 = 𝛽𝑖𝑘 = 𝛼𝑖1.67𝑘 (𝑙 duljina

pilota)

𝑙/𝐿 ≤ 2: 𝑘𝑖 = 𝛽𝑖𝑘 = 𝛼𝑖𝑘 (linearna Interpolacija za ostalo)

𝒌 = konst.; 𝒃 promjer pilota.

Elastična duljina: 𝐿 = 𝐸p𝐼 𝑘 1 4

𝑙/𝐿 ≥ 4: 𝑘𝑖 = 𝛽𝑖𝑘 = 𝛼𝑖1.33𝑘 (𝑙 duljina

pilota)

𝑙/𝐿 ≤ 2: 𝑘𝑖 = 𝛽𝑖𝑘 = 𝛼𝑖𝑘 (linearna interpolacija za ostalo)


𝛼𝑖 = 𝛼L𝛼Q

𝛼L = min 0.5 + 0.125𝑎L

𝑏− 2 , 1

𝛼QA = min 0.9 + 0.1𝑎Q

𝑏− 2 , 1

𝛼QZ = min 0.75 + 0.25𝑎Q

𝑏− 2 , 1

Postupak se može koristiti i za Gazetasove izraze za krutost pilota u elastičnom poluprostoru ako se stavi 𝑘b = 𝐸s, a množenjem s 𝛽𝑖 se korigiraju sve krutosti glave pilota osim vertikalne.



Raspodjela faktora redukcije 𝛼𝑖 po pilotima u vodoravno opteredenoj grupi pilota jednakih dužina i promjera prema DIN 1054:2005

𝑎L 𝑎L

𝑎Q

𝑎Q

𝑎Q

𝑎Q

𝐻

𝛼𝑖 = 𝛼L𝛼QZ

𝛼𝑖 = 𝛼L𝛼QA

𝛼𝑖 = 1 ∙ 𝛼QZ

𝛼𝑖 = 1 ∙ 𝛼QA

Piloti s pločom

Piloti u grupi gotovo su uvijek povezani naglavnicom (pločom ili gredom) u jedinstvenu cjelinu. Tradicionalni pristup projektiranju takve grupe pilota redovito je zanemarivao utjecaj naglavnice na nosivost i slijeganje grupe. Moderno gledanje, naročito potpomognuto numeričkim postupcima na današnjim snažnim računalima, sve više uviđa da naglavnica može imati značajan povoljan učinak na povedanje nosivosti i krutosti grupe pilota. Taj se učinak pokazuje relativno mali jedino kod užih grupa s dugačkim pilotima kao i onima gdje je krutost i čvrstoda tla pri površini vrlo mala. Mijenja se i pogled na ulogu pilota u širim grupama. Tu oni nemaju toliko ulogu povedanja nosivosti koliko smanjenja slijeganja ploče. Iz razloga velike nosivosti ploče, nosivost pilota se može iskoristit i preko uobičajene razine dozvoljene za pilote koji osiguravaju nosivost temelja uz zanemareni utjecaja ploče.

Mada su u literaturi za neke posebni slučajeve razvijeni pojednostavljeni postupci, modeliranje složene interakcije ploča-piloti-tlo najbolje se ostvaruje uvažavanjem tla kao 3-dimenzionalne neprekidne sredine. Potrebni numerički postupci danas su dostupni kroz primjenu 3-dimenzionalnih konačnih elemenata uz uvažavanje nelinearnog ponašanja tla. Obzirom da su piloti s pločom skupe konstrukcije, takve složene analize imaju svoje puno opravdanje.


Proračun pilota prema Eurokodu 7 (HRN EN 1997:2008) - 1

Eurokod 7 nabraja slijededa granična stanja koja pri projektiranju treba razmotriti (traži da se u svakom projektu nabroji lista odgovarajudih graničnih stanja):

Granična stanja nosivosti

• Globalna stabilnost (na primjer temelji na kosinama) – GEO;

• Nosivost pilota – slom tla kod pomaka pilota u smjeru njegove osi (GEO);

• Izdizanje ili nedovoljna vlačna otpornost pilota (GEO/STR);

• Slom u tlu od bočnog opteredenja temelja (GEO);

• Slom tijela pilota u tlaku, vlaku, savijanju, izvijanju ili smicanju (STR);

• Kombinirani slom pilota i tla (STR/GEO);

Granična stanja uporabivosti

• Preveliko slijeganje;

• Preveliko izdizanje;

• Prevelik bočni pomak;

• Neprihvatljive vibracije.



Djelovanja

Oteredenja pilota nastaje od djelovanja konstrukcije, obično uz interakciju sustava konstrukcija-temelj s pilotima-tlo te zbog deformacija tla (negativno trenje, piloti u klizištu i sl.). Utjecaj pomaka tla na ponašanje pilota može se tretirati kao opteredenje. Ponekad je potrebna analiza interakcije konstrukcija-piloti-tlo kako bi se dokazalo zadovoljenje kriterija pojedinog graničnog stanja.

Metode projektiranja i dimenzioniranja

Eurokod 7 predviđa četiri načina projektiranja pilota ili njihovu kombinaciju:

• Analitički ili empirijski proračuni temeljem parametara tla određenih geotehničkim istražnim radovima;

• Iz interpretacije mjerenja ponašanja pilota pri probnom statičkom opteredenju pilota (statički pokus opteredenja obično probnih pilota);

• Iz interpretacije Iz interpretacije mjerenja ponašanja pilota pri probnom dinamičkom opteredenju pilota (dinamički pokus opteredenja pilota, probnih u slučaju bušenih pilota, a radnih u slučaju zabijanih pilota);

• Iz opaženog ponašanja usporedivog temelja s pilotima uz uvjet da je taj pristup podržan rezultatima istražnim radovima i geotehničkim ispitivanjima.



Izbor pilota Izbor pilota i njegove ugradnje treba uvažiti: • Prilike u tlu i temeljnoj vodi; • Naprezanja u pilotu izazvana njegovom ugradnjom; • Mogudnosti da se održi i provjeri integritet ugrađenog pilota; • Utjecaj metode i redoslijeda ugradnje pilota na ved ugrađene pilote i susjedne građevine; • Tolerancije s kojima se pilot može pouzdano ugraditi; • Nepovoljan utjecaj kemikalija u tlu; • Mogudnost povezivanja različitih režima podzemne vode (kroz izvedbu bušotina za pilote); • Baratanje i transport pilota; • Utjecaj gradilišta na susjedne građevine; • Razmak pilota u grupi; • Pomaci i vibracije susjednih građevina od ugradnje pilota; • Vrsta bata ili vibratora; • Mogudnost održavanja nadpritiska vode u bušotini kako bi se spriječilo njeno urušavanje ili hidraulički slom

dna; • Čišdenje dna bušotine prije ugradnje pilota, naročito ako se koristi isplaka za stabilizaciju bušotine; • Lokalnu nestabilnost tijela pilota tijekom betoniranja koja može rezultirati prodorom tla u beton; • Prodor vode ili tla u svježi beton ili ispiranje cementa u betonu od tečenja podzemne vode; • Utjecaj nezasidenog pijeska na izvlačenje vode iz svježeg betona; • Utjecaj kemikalija u tlu na brzinu vezanja svježeg betona; • Zbijanje tla pri zabijanju pilota; • Poremedaj tla uslijed bušenja.



Probno opteredenje

Probna se opteredenja pilota mogu izvesti statičkim ili dinamičkim pokusima. Treba ih provesti provjerenim i preporučenim postupcima objavljenim u literaturi.

Probno opteredenje treba provesti kada:

• Kada za predloženu vrstu pilota ili metodu njegove ugradnje nema usporedivog iskustva;

• Kad predviđeni piloti isu ispitivani u usporedivim prilikama u tlu ili vrsti opteredenja;

• Kada za predviđane pilote postojede teorije i iskustvo ne daju pouzdanu mogudnost prognoze njihovog ponašanja;

• Kada opažanja tijekom ugradnje pilota ukazuju na znatna odstupanja od očekivanog i kad dodatni istražni radovi nisu mogli objasniti uzroke odstupanja.

Kad probno opteredenje nije praktično zbog poteškoda u modeliranju varijabilnosti opteredenja (na pr. cikličko opteredenje), vrlo oprezno treba procijeniti parametre tla.



Dimenzioniranje pilota Piloti se dimenzioniraju obzirom na granična stanja nosivosti, i to za proračunske situacije GEO i STR, te obzirom na granična stanja uporabivosti. Pri tome se u Hrvatskoj primjenjuju proračunski pristupi (PP) 2 ili 3 (HRN EN 1997:2008/NA) za granična stanja nosivosti. U nastavku se daju odgovarajudi izrazi i parcijalni koeficijenti relevantni za proračun obzirom na granična stanja nosivosti. Svi parcijalni koeficijenti za granično stanje uporabivosti su jednaki 1.0 kao i za ostale vrste konstrukcija. Obzirom na mehanizam sloma tla pri graničnom stanju nosivosti tla (GEO), Eurokod 7 razlikuje nosivost pilota u smjeru njegove osi (osna nosivost) od nosivosti pilota u bočnom smjeru (bočna nosivost). Opdi postupci dokazivanja da granična stanja nisu premašena razlikuju se između ta dva mehanizma. Prema Eurokodu 7 (HRN EN 1997:2008) piloti se za granična stanja nosivosti i uporabivosti mogu dimenzionirati na nekoliko načina: (1) temeljem poznavanja parametara tla (obujamska težina, krutost, čvrstoda) dobivenih neposredno iz laboratorijskih pokusa ili korelacijom s rezultatima terenskih pokusa, (2) neposrednom korelacijom nosivosti po plaštu i na stopi s rezultatima terenskih pokusa, (3) statičkim probnim ispitivanjem pilota, i (4) dinamičkim probnim ispitivanjem pilota. O tim načinima ovisi izbor proračunskog pristupa (PP) za granična stanja GEO i STR: proračunski pristup 3 (PP3) mogude je primijeniti samo u prvom slučaju (temeljem poznatih parametara tla), dok se proračunski pristup 2 (PP2) može koristiti u svim slučajevima.



Granično stanje nosivosti PP2 Opdenito

Učinak djelovanja (𝐸d) i otpornost (𝑅d):

𝐸d ≤ 𝑅d (za osnu nosivost: 𝐹c;d ≤ 𝑅c;d; 𝐹c;d je

komponenta 𝐸d u smjeru osi pilota, a 𝑅c;d otpornost tla u tom smjeru)

Učinak djelovanja

Pretežne proračunske situacije

𝐸d = 𝐸(𝛾G𝐺 + 𝛾Q𝑄rep) ili

𝐸d = 𝛾G𝐸(𝐺) + 𝛾Q𝐸(𝑄rep)

Proračunska situacija udesa

𝐸Ad = 𝐸(𝐺 + 𝑄rep + 𝐴d)

Potresna proračunska situacija

𝐸𝐴Ed = 𝐸(𝐺 + 𝑄rep + 𝐴E𝑑)

Napomena: 𝑄rep se opdenito razlikuje od

proračunske do proračunske situacije, ovisno o veličini kombinacijskih faktora 𝜓;

Granično stanje nosivosti PP3 Opdenito

Učinak djelovanja (𝐸d) i otpornost (𝑅d):

𝐸d ≤ 𝑅d

Učinak djelovanja


𝐸d = 𝐸(𝛾G𝐺 + 𝛾Q𝑄rep)

Nosivost pilota pri slomu tla GEO


𝑅d = 𝑅tan 𝜑′k

𝛾𝜑i/ili

𝑐u;k

𝛾cu; 𝛾k /𝛾R

(vidi komentar na kraju poglavlja)

Proračunske situacije udesa i potresa

Isto kao kod PP2



Granično stanje nosivosti PP2, nastavak 1 Nosivost pilota pri slomu tla (GEO)

Bočna otpornost pilota pri slomu tla

𝑅d = 𝑅(tan 𝜑′k i/ili 𝑐u;k; 𝛾k)/𝛾R

(vidi komentar na kraju poglavlja)

Osna otpornost pilota pri slomu tla iz ispitivanja tla

Metoda PP2-A

Proračunska osna nosivost pilota (slom tla)

𝑅c; d =𝑅c;k

𝛾t

Karakteristična osna nosivost pilota (slom tla):

𝑅c;k = min𝑅c;cal srednje

𝜉3;

𝑅c;cal min

𝜉4

Proračunata osna nosivost pilota (slom tla) iz ispitivanja tla iz jedne bušotine ili jedne pozicije terenskog ispitivanja tla (na primjer CPT ili SPT):

𝑅c;cal = 𝑅b;cal + 𝑅s;cal

Granično stanje nosivosti PP3, nastavak 1

Otpornost tijela pilota (STR)

𝑅d = 𝑅čvrstoća materijala pilota

𝛾M

Oznake

𝑄rep = 𝜓0,𝑖𝑄𝑖𝑖 : reprezentativna vrijednost

neke kombinacije prolaznih (povremenih, promjenjivih) djelovanja; 𝜓0,𝑖 ≤ 1 su kombinacijski faktori (Eurokod ponekad uvodi i kombinacijske faktore 𝜓1,𝑖 ≤ 1 za učestala

djelovanja te 𝜓2,𝑖 ≤ 1 za prividno-stalna

promjenjiva djelovanja) – veličine 𝑄rep

određuje u pravilu konstruktor (na pr. projektant konstrukcije mosta ili zgrade).




Nosivost na stopi, 𝑅b;cal, i nosivost na plaštu, 𝑅s;cal, određuju se iz rezultata ispitivanja tla za svaku od 𝑛 bušotina ili za svaku od 𝑛 pozicije terenskog ispitivanja posebno, koristedi izraze 𝑅b;cal = 𝐴b𝑞b i 𝑅s;cal = 𝐴s;𝑖𝑞s;𝑖𝑖 (indeks 𝑖označava doprinos 𝑖-tog od 𝑚 slojeva u profilu tla), bez uporabe parcijalnih koeficijenata.

Metoda PP2-B


𝑅c;d = 𝑅b;d + 𝑅s;d =𝑅b;k

𝛾b+

𝑅s;k

𝛾s

Karakteristična osna nosivost pilota (slom tla):

𝑅b;k = 𝐴b𝑞b:k , 𝑅s;k = 𝐴s;i𝑞s;i;k𝑖

𝑞b:k i 𝑞s;i;k su karakteristične vrijednosti jediničnih otpornosti na stopi odnosno na plaštu u 𝑖-tom od 𝑚 slojeva tla; određuju se iz rezultata svih ispitivanja tla po principima određivanja karakterističnih vrijednosti.


𝐸d, 𝑅d : proračunski učinak djelovanja odnosno proračunska otpornost;

𝐸(∙), 𝑅(∙): funkcija učinka djelovanja (na primjer uzdužna sila ili moment savijanja u nekom presjeku pilota), odnosno funkcija otpornosti (na pr. osna nosivost tla ili nosivost presjeka pilota na kombinaciju savijanja i uzdužne sile);

𝐺, 𝑄rep, 𝐴d, 𝐴Ed : karakteristično

stalno, reprezentativno prolazno (povremeno, promjenjivo), udesno odnosno potresno djelovanje;




Osna nosivost pilota pri slomu tla iz statičkog ili dinamičkog ispitivanja probnog pilota


𝑅c; d =𝑅c;k

𝛾t

Karakteristična osna nosivost pilota iz statičkog probnog opteredenja:

𝑅c;k = min𝑅c;m srednje

𝜉1;

𝑅c;m min

𝜉2

Karakteristična osna nosivost pilota iz dinamičkog udarnog pokusa:

𝑅c;k = min𝑅c;m srednje

𝜉5;

𝑅c;m min

𝜉6


𝛾G, 𝛾Q : parcijalni koeficijenti za stalno odnosno prolazno djelovanje.

tan 𝜑′k ili 𝑐u;k, 𝛾k : karakteristične vrijednosti tangensa efektivnog kuta trenja tla ili nedrenirane čvrstode tla, odnosno karakteristične vrijednosti obujamske težine;

𝛾𝜑ili 𝛾cu: parcijalni koeficijenti za tangens efektivnog kuta trenja ili nedreniranu čvrstodu tla.

𝛾M : parcijalni koeficijent za čvrstodu materijala pilota (za beton = 1.5, za čelik = 1.15)




𝑅c;m predstavlja niz mjerenih osnih nosivosti pilota iz 𝑛 ≥ 1 statičkih probnih opteredenja ili iz 𝑛 ≥ 1 dinamičkih udarnih pokusa.

Nosivost tijela pilota (STR)

Kao kod PP3

Oznake povrh onih za PP3

𝛾t, 𝛾b, 𝛾s: parcijalni koeficijent za ukupnu osnu nosivost tla, za nosivost na stopi odnosno nosivost na platu;

𝜉𝑗 , 𝑗 = 1, 2, … 6 : korelacijski koeficijenti u proračunu karakteristične osne nosivosti pilota iz višestrukih ispitivanja;

𝐴b, 𝐴s;i : površina stope pilota, površina plašta pilota u 𝑖-tom sloju tla.


𝛾R : parcijalni koeficijent za otpornost;

Oznaka „+” označava superpoziciju djelovanja, a ne matematičko zbrajanje.



Parcijalni koeficijenti i koeficijenti korelacije (STR/GEO i UPL)


Parcijalni koeficijenti za djelovanja (𝜸𝐅) – STR/GEO

Djelovanje Simbol PP2, PP3 – na konstrukciju

PP3 – na tlo

Stalno Povoljno 𝛾G

1.35 1.0

Nepovoljno 1.0 1.0

Promjenjivo Povoljno 𝛾Q

1.5 1.3

Nepovoljno 0 0



Parametar tla Simbol PP2 PP3

Tangens efektivnog kuta trenja 𝛾𝜑′ 1.0 1.25

Efektivna kohezija 𝛾c′ 1.0 1.25

Nedreniran čvrstoda 𝛾cu 1.0 1.4

Jedno-osna čvrstoda 𝛾qu 1.0 1.4

Jedinična težina (gustoda težine) 𝛾𝛾 1.0 1.0

Parcijalni koeficijenti za parametre tla (𝜸𝐌) – STR/GEO



Parcijalni koeficijenti za otpornost (𝜸𝐑) – STR/GEO (sve vrste pilota)

Otpornost Simbol PP2

PP3 A B

Stopa, plašt, ukupno ili plašt u vlaku

Krupnozrnato tlo

𝛾b, 𝛾s, 𝛾t, 𝛾s;t 1.2 1.8

(1.2x1.5)

1.1 (1.0x1.1)

Sitnozrnato tlo 1.3 (1.0x1.3)

Napomena: za PP2-B i PP3 hrvatski dokument za primjenu HRN 1997-1:2008/NA uvodi tako zvane koeficijente modela kojim se uvedavaju vrijednosti parcijalnih koeficijenata otpornosti (zbog umanjenja rizika od nesigurnosti proračunskog modela za otpornost). U zagradama je naznačeno to uvedanje kao umnožak neuvedanog parcijalnog koeficijenta i koeficijenta modela.

Parametar tla Simbol Vrijednost

Vlačna nosivost pilota (plašta) 𝛾s;t 1.4

Parcijalni koeficijenti za otpornost (𝜸𝐑) – UPL (sve vrste pilota)



𝜉 za n = 1 2 3 4 ≥ 5

𝜉1 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00

𝜉2 1.40 1.20 1.05 1.00 1.00

Koeficijenti korelacije 𝝃 za izvođenje karakterističnih vrijednosti iz statičkih pokusa opteredenja (n – broj ispitanih pilota) (STR/GEO)

𝜉 Neovisno o broju profila (bušotina, ispitnh mjesta)

𝜉3 1.60

𝜉4 1.50

Koeficijenti korelacije 𝝃 za izvođenje karakterističnih vrijednosti iz rezultata ispitivanja temeljnog tla (STR/GEO)



𝜉 za n = ≥ 2 ≥ 5 ≥ 10 ≥ 15 ≥ 20

𝜉5 1.60 1.50 1.45 1.42 1.40

𝜉6 1.50 1.35 1.30 1.25 1.25

Koeficijenti korelacije 𝝃 za izvođenje karakterističnih vrijednosti iz pokusa dinamičkog udarnog opteredenja (n – broj ispitanih pilota) (STR/GEO)

Napomena: vrijednosti 𝜉 mogu se množiti s 0.85 ako se upotrebljava ispitivanje dinamičkim udarom s podudaranjem signala. Vrijednosti treba množiti s 1.1 ako se upotrebljavaju formule za zabijanje pilota s mjerenjem nazovielastičnog pomaka glave pilota tijekom udara. Vrijednosti treba množiti s koeficijentom 1.20 ako se upotrebljava formula za zabijanje pilota bez mjerenja nazovielatičnog pomaka glave pilota tijekom udara. Ako u temelju postoje različiti piloti, za izbor broja zabijenih pilota n, treba odvojeno razmatrati skupine sličnih pilota.


Komentari oko primjene Eurokoda 7 1. U odnosu na plitke temelje, u primjeni na pilote je Eurokod 7 dosta složen. Tome ima više razloga:

složenost i različitost mehanizama ponašanja temeljne konstrukcije s pilotima različitih vrsta, utjecaj ugradnje pilota u tlo i nemogudnost da se ona pouzdano obuhvati teoretski, nepostojanje jedinstvene i pouzdane teorije opdeg ponašanja pilota što je rezultiralo raznorodnim pojednostavljenim i dobrim dijelom empirijskim metodama proračuna, razlika u proračunskim i empirijskim postupcima dimenzioniranja i razlika u iskustvu među praksama u različitim lokalnim sredinama, itd.

2. Ovdje prikazane varijante proračuna odnose se prvenstveno na Hrvatsku kako je predloženo u hrvatskom Nacionalnom dodatku primjene (HRN EN 1997-1:2008-NA). Taj dokument za granična stanja nosivosti STR/GEO predviđa da se u Hrvatskoj koristi proračunski pristup (PP) 3 za sve geotehničke konstrukcije, dok se za pilote još dozvoljava PP2 (kao i za geotehnička sidra). Razlog da se dozvoli primjena PP2 je što je taj postupak najbolje prilagođen glavnini postojedih postupaka proračuna, a naročito ispitivanja nosivosti pilota. Čak štoviše, vedinu ovdje prikazanih postupaka, osim onih gdje su piloti potpuno uronjeni u sitnozrna tla, nije mogude uklopiti u PP3. Naime, PP3 traži da se nosivost provjeri na temelju karakterističnih vrijednosti efektivnih ili nedreniranih parametara čvrstode tla, dok mnogi prihvadeni postupci to ne omoguduju (na primjer, određivanje trenja po plaštu pilota u krupnozrnom tlu vezano je za broj udaraca SPT-a, a ne na efektivni kut trenja tla). Mogudnost primjene PP3 u Hrvatskoj je ipak ostavljena prvenstveno jer je u složenim 3-dimenzionalnim proračunima, u kojima se tlo simulira kao neprekidna sredina, primjena PP3 u odnosu na PP2 lakše ostvariva, pogotovo kad je u pitanju granično stanje nosivosti GEO (vidi još Simpson, 2007).



3. Eurokod 7 daje vrlo malo uputa za provjeru graničnog stanja bočne nosivosti pilota ili grupe pilota, pogotovo za primjenu PP2 – u ovom posljednjem slučaju parcijalni koeficijenti otpornosti nisu eksplicitno ni navedeni! Jedan od mogudih razloga je taj što de granično stanje sloma tla pri bočnoj nosivosti pilota (granično stanje nosivosti GEO) rijetko biti kritično. U vedini slučajeva, pogotovo kod dužih pilota, prije de biti kritično granično stanje uporabivosti za tlo kombinirano s graničnim stanjem nosivosti za tijelo pilota (STR). U toj situaciji može dodi do djelomičnog popuštanja tla bliže površini tla, ali ne i do njegovog globalnog sloma. Bočna nosivost tla može biti kritična kod debelih, krutih i vrlo kratkih pilota dominantno opteredenih na bočno opteredenje (na primjer kod temelja zidova za zaštitu od buke na prometnicama kod kojih je dominantno opteredenje ono kod jakog bočnog vjetra. U tom i sličnim slučajevima mogude je racionalno primijeniti PP3 i to bez korištenja parcijalnog faktora otpornosti (𝛾R = 1).

4. Iz razloga logičke kompatibilnosti nije preporučljivo miješanje proračunskih pristupa za istu geotehničku konstrukciju (na primjer, provjera osne nosivosti p PP2, a bočne po PP3.

5. Eurokod 7 traži da se koriste samo one metode proračuna provjere graničnih stanja koje su prošle dovoljno uvjerljivu i dokumentiranu (objavljenu) praktičnu provjeru (provjeru s mjerenjima na zvedenim ili probnim konstrukcijama). Hrvatski nacionalni dokument za primjenu Eurokoda 7 traži da se svaki primijenjeni proračun provjere graničnih stanja primjereno referencira (navedu bibliografski podaci dokumenta – članka – gdje je provedena njegova praktična provjera.


Eurokod 7 o ispitivanju pilota Pokus statičkog opteredenja

Pokus, posebno vezano uz broj kaka opteredenja, treba voditi tako da se može odrediti ponašanje pilota pri slijeganju (odnos opteredenja i slijeganja, puzanje i rasteredenje, granična nosivost). Preporuča se postupak u skladu s ISSMFE (1985). Za vlačno opteredene pilote pokus treba voditi do trenutka čupanja pilota iz tla. Tlo u koje je pilot ugrađen treba biti detaljno ispitano. Način izvođenja pilota treba biti potpuno i detaljno opisan. Pokusi se mogu izvoditi na probnim i na radnim pilotima. Pokusna opteredenja na radnim pilotima treba voditi barem d proračunskog opteredenja.

Za interpretaciju rezultata pokusa statičkog opteredenja zanimljiv je i široko prihvaden postupak kojeg je predložio Fleming (1992). Taj postupak omoguduje da se kao probni piloti ispitaju piloti izvedeni istom tehnologijom kao radni i iste duljine, ali manjeg promjera, što s a stanovišta troška može biti vrlo atraktivno.

Pokusi dinamičkim udarom

Pokusi dinamičkim udarom mogu se koristiti za procjenu tlačne otpornosti pilota ako je su provedeni detaljni geotehnički istražni radovi, a metoda interpretacije je kalibrirana sa statičkim pokusima na istoj vrsti pilota slične duljine i poprečnog presjeka te u sličnim uvjetima u tlu. Za provedbu pokusa preporuča se američki standrd ASTM D 4945 (standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles).


Europske norme za izvođenje pilota

Projektiranje temelja na pilotima prema Eurokodu 7 uvjetovano je da de se piloti izvoditi po odgovarajudim europskim standardima. Za bušene pilote to je HRN EN 1536: 1999 (Izvedba posebnih geotehničkih radova – Bušeni piloti). Za zabijane pilote to je HRN EN 12699:2000 (Izvedba posebnih geotehničkih radova – Piloti s razmicanjem tla). Za mikropilote to je HRN E 14199:2005 (Izvedba posebnih geotehničkih radova – Mikropiloti). Svaka od tih normi obrađuje potrebne geotehnčke istražne radove, uvjete na materijale i sredstva (s pozivom na druge europske i vjetske standarde), razmatranja vezana uz projektiranje pilota, izvođenje (pripremu gradilišta, oprema i metode, itd), nadzor, monitoring i ispitivanje i dokumentiranje izvođenja.


Reference API (1987). API Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms. Report RP-2A.

American Petroleum Institute.

Berezantsev, V. G., Kristoforov, V. S., Golubkov, Y. N. (1961). Load bearing capacity and deformation of piled foundations.Proc. 5th

Int. Conf. Soil Mechanics and FoundationEngineering, Dunod, Paris. Vol. II – Division 3B-7, 11-15.

Broms, B. B. (1964a). Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soils. Journ. Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, vol. 90,

SM2: 27-63.

Broms, B. B. (1964b). Lateral Resistance of Piles in Cohesionless Soils. Journ. Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, vol.

90, SM3: 123-156.

Chan, L.C.Y. and Page, N.W. (1997), Particle fractal and load effects on internal friction in powders, Powder Technology, vol. 90, pp.

259-266.

DIN 1054 (2005). Ground - Verification of the safety of earthworks and foundations. DIN Deutsche Institut für Normung e.V.,

Berlin.

Fellenius, B. H. (1999). Basics of Foundation Design. 2nd Expanded Edition. BiTech Publishers Ltd., Richmond, B.C.

Fleming, W. G. K. (1992). A new method for single pile settlement prediction and analysis. Géotechnique 42, No. 3, 411-425.

Fleming, K., Weltman, A., Randolph, M. Elson, K. (2009). Piling Engineering. Third Edition. Taylor & Francis, Abingdon.

Gazetas, G. (1991). Foundation vibrations. U: Foundation Engineering Handbook, Second Edition; ur.: Hsai-Yang Fang. Chapman &

Hall, New York 553-593.

ISSMFE Subcommittee on Field Testing (1985). Axial Pile Load Test, Suggested Method. ASTM Journal, June 1985, 79-90.

Lunne, T., Robertson, P.K., Powell, J.J.M. (1997). Cone pentration testing in geotechnical practice.Blackie Academic & Professional,

London.



Mayne, P. W., Poulos, H. G. (1999). Approximate dispalcement influence factors for elasic shallow foundations. Journ.

Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 125, No. 6, 453-460.

Mayne, P.W. 2005. Integrated ground behavior: In-situ and lab tests. In Proceedings of the International Symposium on

Deformation Characteristics of Geomaterials, Lyon, France, 22–24 September 2005. Taylor & Francis Group, London. Vol. 2, pp.

155–177.

Poulos, H. G., Davis, E. H. (1980). Pile foundation analysis and design. John Wiley & Sons. New York.

Rees, L. C., O’Neill, M. W. (1988). Drilled Shafts: Construction Procedures and Design Methods. US Department of Transportation,

Federal Highway Administration, Office of Implementation. McLean, VA.

Rees, L. C., Isenhower, W. M., Wang, S.-T. (2006). Analysis and Design of Shallow and Deep Foundations. John Wiley & Sons, New

Jersey.

Schneid, F. (2009). In situ testing in geomechanics – the main tests. Taylor & Francis, Oxon, UK.

Robertson, P.K. (2009). Interpretation of cone penetration test – a unified approach. Canadian Geotechnical Journal 46, 1337-

1355.

Sabatini, P.J., Bachus, R.C.., Mayne, P.W., Schneider, J.A., Zettler; T.E. (2002). Geotechnical Engineering Circular No. 5 – Evalution of

Soil and Rock Properties. Report No. FHWA-IF-02-034. Federal Highway Adminstration, Washington DC,

Simons, N., Menzies, B. (2001). A short course in foundation Engineeing. Thomas Telford, London.

Simpson, B. (2007). Approaches to ULS design – The merit of Design Approach 1 in Eurocode 7. ISGSR2007 First International

Symposium on Geotechnical Safety & Risk, Oct. 18-19, 2007 Shangai Tongji University, China. 527-538.

Skempton, A. W. (1953). Discussion. Proc. 3rd International Conference on Soil Mechanis and Foundation Engineering., Zuerich,

Vol. 3, str. 127.

Smoltczyk, U. (2003). Geotechnical Engineering Handbook, Vol. 3., Ernst&Sohn, Berlin

Tomlinson, M. J. (1995). Pile Design and Construction. Longman Scientific & Technical, Harlow.

Winterkorn, F., Fang, H.-Y. (1991). Foundation Engineering Handbook, 2nd Ed. Wan Nostrand Reinhod, New York.

Documents

Piloti - Građevinski fakultet1... · Piloti Antun Szavits-Nossan Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet Zagreb, 2012. Temeljenje - Piloti (ASN 2012) 1