Temeljenje - Piloti3

Piloti

Antun Szavits-Nossan

Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet

Zagreb, 2014.

Temeljenje -Piloti (ASN 2014) 1

Sadržaj

• Uvod

• Ispitivanje tla za pilote

• Vrste pilota

• Korozija

• Oštećenja 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 najčešći elementi projektiranja pilota, a čitalac je za mnoge druge detalje, analize i slučajeve upućen na literaturu. Vrlo dobar i detaljan pregled današnjeg stava struke o pilotima može se naći 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, Egipćani, 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. stoljeća kad se uvode prvo željezni pa kasnije armirano-betonski i uvrtani piloti i parna zabijala. Modernija dizelska zabijala uvedena su sredinom 20. stoljeća.

• Pojavi bušenih pilota s armirano-betonskom ispunom u 20. stoljeću prethodila je izrada dubokih temelje metodom bunara, posebno u Indiji (Taj Mahal – 17. stoljeće, temelji mostova u rijekama i sl. iz perioda Mogula počevši od 16. stoljeća). Beton je lijevan u bušotinu pomoću 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 općenito, 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 postojećih

podataka; • Druga faza je pregled lokacije radi potvrde prikupljenih

podataka kao i za skupljanje dodatnih što je više moguće;

• Treća faza: terenski i laboratorijski istražni radovi; U daljnjem planiranju potrebno je uzeti u obzir zamišljene buduće temelje uključivo tolerancije građevine na slijeganja; kad to nije poznato, istražni radovi moraju po sadržaju i opsegu biti dovoljno obuhvatni da omoguće 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 moguće 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 većim brojem pilota, ispitivanje pilota pod probnim opterećenjem može biti od velike koristi za konačni izbor temelja. Velika pomoć i ušteda u praksi dobiva se izvedbom probnog opterećenja 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, mogućnost 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 opterećenja (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 opterećenje

„plivajući” piloti: piloti koji prenose opterećenje preko stopa

Ispitivanje tla za pilote 2 Uzorkovanje: vađenje uzoraka tla

• Optimalno tek kad se o sastavu tla već 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.


Ispitivanje tla za pilote 3


Ravninsko stanje deformacija

Troosno stanje deformacija


Stijena

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

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

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




pokus primjenjivost

krilna sonda

nedrenirana čvrstoća 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, čvrstoća sitnozrnih tla, posebno mekih, detaljni profil tla;

presiometar krutost tla

probna ploča u bušotini

čvrstoća 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 moguće 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 odgovarajućeg 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 „razmičuće” i na „nerazmičuće”. Prvi pri ugradnji razmiču tlo i time povećavaju bočne pritiske tla na svoj plašt (a time prema zakonu trenja i čvrstoću 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 obuhvaća mnoge vrste pilota koji se koriste u praksi.



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



Zabijeni

piloti


Čekić (makara)

pilot

Vodilica čekića 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

Čekići (zabijala, makare):

• slobodno padajući

• eksplozivni

• vibracijski

• utiskivajući



Približne mase (u tonama) slobodno padajućih 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 rotirajućih ekscentričnih masa čije se kućište pričvrsti za pilot.

– snaga do 250 kW,

– frekvencija rotirajućih 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 pomoću pužnog svrdla i Kelly šipke;

2. Čišćenje dna bušotine pomoću 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 pomoću 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 bušaćeg pribora 1



Razne vrste bušaćeg 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 pomoć „isplake”

bušenje „u suho” bušenje uz „isplaku”

postrojenje za pripravu i čišćenje isplake

betoniranje kontraktor postupkom



Ugradnja „Franki” pilota

čekić

cijev

šljunčani čep

stopa od betona

izvlačenje cijevi

armaturni koš



Piloti – zidovi („barete”)

presjek

grabilica

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

2. Iskop grabilicom vođenom uvodnim zidićima; zaštita usjeka od urušavanja uz pomoć „isplake”;

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

čelične cijevi) radi osiguranja spoja sa budućim 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 povećava nosivost;

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

• Iskopani materijal ne treba deponirati;

• Vizualna kontrola kvalitete tijela pilota jednostavna;

Mane • Veći promjeri pilota skupi; • Bučan rad i vibracije pri zabijanju; • Nenadane prepreke (veće

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

• Dugački piloti skupi; • Moguće oštećenje pilota pri

nepravilnom zabijanju (pre teški čekić, 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

poremećivanje tla;

• Precizan uvid u sastav tla moguć;

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

• Jednostavno prilagođavanje dužine pilota prilikama u tlu;

• Moguće postizanja većih dubina;

• Mogući veći promjeri bez posebnih poteškoća;

• Prepreke u tlu se lako svladavaju;

Mane • Pri nepravilnom bušenju okolno

tlo se može razrahliti i time smanjiti nosivost pilota;

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

• Pri prebrzom izvlačenju zaštitne kolone tijelo pilota se može oštetiti ili povući 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 će se prenijeti glavnina opterećenja 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

Oštećena 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 najveća 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 oštećenja 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 povećava 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 nehrđajuća armatura; ili armatura zaštićena epoksi smolama);

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


Oštećenja 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 veća opterećenja;

– omogućuju 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 opterećenje. Provodi se kod građevinskih zahvata s većim brojem pilota kako bi se potvrdile ili korigirale inače relativno nepouzdane metode predviđanja nosivosti i krutosti pilota. Ispitivanje pilota: • Probno statičko opterećenje (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 moguće 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 rasterećenja; može se mjeriti i puzanje uz držanje konstantnog opterećenja; najbolje je voditi pokus s inkrementalnim opterećenjem s time da se nakon svakog inkrementa održava konstantna sila dok s slijeganje ne zaustavi (konsolidacija, puzanje); to je općenito vrlo skup pokus zbog velikih sila kojima treba opteretiti pilot.

• Osterbergova ćelija (nosivost stope, plašta, slijeganje); za mjerenje je potrebna posebna Osterbergoa tlačna hidraulička ćelija koja se ugrađuje u donji dio pilota ili neposredno iznad njegove stope; moguće je ugraditi i dvije ćelije na različitim mjestima po visini pilota; povećavanjem tlaka u ćeliji izaziva se uzdužna sila na stopu pilota kao i reaktivna sila na dio pilota iznad ćelije; mjeri se nezavisno razvoj pomaka pilota ispod i iznad ćelije što omogućuje otpornosti po plaštu od otpornosti na stopi pilota; u dijelu pilota iznad ćelije javljat će se trenje na plaštu suprotnom smjeru od trenja pri uobičajenom tlačnom opterećenju 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 opterećenja; Osterbergova ćelija 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 čekićem te mjerenjem vremenskog razmaka između prolaska odlaznog elastičnog vala i vala koji je odbijen od oštećenja 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 oštećeno, povratni val „odbijen” od oštećenja će 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 ćelijom

Ispitivanje osne nosivosti dinamičkim udarom strojem za zabijanje pilota

Osterbegova tlača ćelija

Hidraulička preša

Osjetila za lokalne deformacije i ubrzanje

Proračun pojedinačnog pilota na uzdužno opterećenje 1

Uvod Interakcija sustava pilot-tlo vrlo je složena i ovisi o mehaničkim svojstvima tla, načinu ugradnje pilota, obliku i vrsti pilota te karakteru opterećenja. Sve te elemente u današnjoj praksi obično nije moguće 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 opterećenih 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.













Zabijani piloti (API 1987)


Nedrenirano (sitnozrna tla) Drenirano (krupnozrna tla)

b;max


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



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



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


Vrsta tla

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)


0.10 0.20

0.02 0.35 0.90

0.03 0.45 1.10

0.10 (nosivost) 0.80 1.50

0.025 0.025

0.10 0.040

0.060


Bušeni piloti u krupnozrnom tlu (DIN 1054: 2005)


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

0 0

5 0.040

10 0.080

0.120



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.


2.5 - 0.023

7.5 2.0 0.070

15 5.0 0.130

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 opterećenju: 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

0.20

0.15

0.10





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




Slijeganje uzdužno opterećenog pilota

Brojna mjerenja probno opterećenih pilota ukazuju da se puna vrijednost otpornosti na plaštu aktivira već pri vrlo malim slijeganjima pilota (0.5 % do 2 % promjera pilota), dok je za puno aktivirane nosivosti na stopi pilota potrebno znatno veće 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 opterećenja (ili otpornosti pilota).




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

mjereno

simulacija: ukupno

simulacija: plašt

simulacija: stopa

Slijeganje glave: mm

Op

tere

ćen

je, o

tpo

rno

st:

MN




Praktičnog pouzdanog i opće prihvaćenog 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 čvrstoća danas još nema. Jedan od razloga je teško obuhvatljiv utjecaj poremećenja 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 opterećenih pilota. To je, pogotovo za pilote većeg kapaciteta nosivosti, vrlo skup i zahtjevan postupak. U tom pogledu, pogodna može biti metoda Fleminga (Fleming 1992) koja omogućuje, kroz interpretaciju, ispitivanje jeftinijeg pilota manjeg promjera od izabranog (na primjer dva puta manjeg promjera) te, uz pogodnu interpretaciju, ekstrapolaciju rezultata ispitivanja na veći pilot. Jedan približan i jednostavan postupak prognoze krivulje slijeganja za bušene pilote predlaže DIN 1054:2005, kako je prikazano na slijedećoj 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 na bočno opterećenje 1

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

tzv. p-y krivulje, p je bočno opterećenje 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 omogućuje vezu između karakteristika opruga i krutosti i čvrstoće tla. Taj se nedostatak u praksi premošćuje primjenom empirijskih korelacija . Međutim, danas prvi pristup zbog svoje jednostavnosti preteže u praksi. 1 U literaturi se susreću 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

opterećen pilot


pilot model (štap) pomak otpor tla moment savijanja



linearno elastična (linearni „Winkler” DIN)

kruto plastična (Broms 1964)

linearno elastična -plastična (DIN)

opće nelinearna (API, Rees i dr.,…)

1 1 1


Rješenje za konstantni k (dugi pilot)

duljina pilota, d, ≥ kritične, dc

Rješenje za linearno rastući k = nx

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


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





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

Homogeni model tla

Gibsonov model tla


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 najveće 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 omogućuje 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 će 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 će za zadano opterećenje 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 će pouzdana prognoza pomaka biti znatno teža pa, ako je ona važna, bolje se prikloniti interpretaciji probno opterećenih pilota. Ovo razmatranje vrijedi kako za bočno tako i za uzdužno opterećene pilote (i, kako će se kasnije vidjeti, za grupe pilota).



Broms (1964a, 1964b) je predložio postupak proračuna nosivosti za nekoliko tipičnih slučajeva bočno opterećenih krutih pilota: konstantna otpornost tla po dubini (nedrenirani slučaj sitnozrnog tla) i linearno rastuća 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)


Izrazi za sitnozrno tlo (Broms) Mehanizam i unutarnje sile






? !


Izrazi za krupnozrno tlo (Broms) Mehanizam i unutarnje sile






? !


U literaturi je predloženo više nelinearnih p-y krivulje za statička i ciklička opterećenja (API 1987, Rees i O’Neill 1988, Rees i dr. 2006). Te su krivulje dobivene interpretacijom rezultata mjerenja na probno opterećivanim pilotima. Njihova uporaba moguća je samo preko odgovarajućih 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 većem broju probno opterećivanih i radnih pilota pa ih je u praksi uputnije koristiti.



Pri ugradnji pilota u vodom zasićenom 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


Proračun grupe pilota 1





Slijeganje grupe pilota od vertikalnog opterećenja 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 će uvijek biti veće od slijeganja jednako tako opterećenog samostalnog pilota. Proračun deformacije opterećene 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 pomoću 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 slijedeći postupak često korišten u praksi.




Pojednostavljeni proračun slijeganja vertikalno opterećene grupe pilota: vertikalno se opterećenje grupe prenese kao jednoliko podijeljeno na vodoravnu plohu na dubini 2/3 duljine pilota za „plivajuće” pilote u tlu podjednake krutosti, odnosno na dubini 2/3 ispod površine krućeg sloja u kojem završavaju donji dijelovi plota prema gornjoj skici. Stranice te plohe uvećaju 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 opterećenja tretiranog kao plitki temelj.






Navedeni izrazi, osim veličine pomaka i kuta zaokreta naglavnice, omogućuju i proračun unutarnjih sila na glavi svakog od pilota. Obzirom da su unutarnje sile u pilotu s naglavnicom, izazvane opterećenjem na naglavnici, u pravilu najveće upravo na glavi pilota, to omogućuje i dimenzioniranje pilota. Unutarnje sile u pilotu će 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 „plivajuće” 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 najveća dodatna naprezanja i deformacije u tlu nastaju unutar grupe pilota, a smanjuju se s udaljenošću od grupe. To znači da će u stvarnosti rubni piloti imati veću 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 prikraćeni. U literaturi se nalazi nekoliko preporuka kako povećanu krutost rubnih pilota uzeti u obzir i kod tih pojednostavljenih modela. Dok za vertikalno opterećenu užu grupu uzimanje superpozicije djelovanja pilota u grupi nije jako značajno zbog stvarnog nelinearnog ponašanja pojedinačnih pilota, za bočno opterećenje 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 opterećenoj grupi s krutom naglavnicom (DIN 1054:2005); postupak se odnosi na winklerov model tla




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 povećanje 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 čvrstoća tla pri površini vrlo mala. Mijenja se i pogled na ulogu pilota u širim grupama. Tu oni nemaju toliko ulogu povećanja 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 slijedeća granična stanja koja pri projektiranju treba razmotriti (traži da se u svakom projektu nabroji lista odgovarajućih 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 opterećenja 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

Oterećenja 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 opterećenje. 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 opterećenju pilota (statički pokus opterećenja obično probnih pilota);

• Iz interpretacije Iz interpretacije mjerenja ponašanja pilota pri probnom dinamičkom opterećenju pilota (dinamički pokus opterećenja 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; • Mogućnosti da se održi i provjeri integritet ugrađenog pilota; • Utjecaj metode i redoslijeda ugradnje pilota na već ugrađene pilote i susjedne građevine; • Tolerancije s kojima se pilot može pouzdano ugraditi; • Nepovoljan utjecaj kemikalija u tlu; • Mogućnost 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; • Mogućnost održavanja nadpritiska vode u bušotini kako bi se spriječilo njeno urušavanje ili hidraulički slom

dna; • Čišćenje 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 nezasićenog pijeska na izvlačenje vode iz svježeg betona; • Utjecaj kemikalija u tlu na brzinu vezanja svježeg betona; • Zbijanje tla pri zabijanju pilota; • Poremećaj tla uslijed bušenja.



Probno opterećenje

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

Probno opterećenje 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 opterećenja;

• Kada za predviđane pilote postojeće teorije i iskustvo ne daju pouzdanu mogućnost 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 opterećenje nije praktično zbog poteškoća u modeliranju varijabilnosti opterećenja (na pr. cikličko opterećenje), 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 odgovarajući 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). Opći 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, čvrstoća) 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) moguće 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 Granično stanje nosivosti PP3



Granično stanje nosivosti PP2, nastavak 1
















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


Djelovanje Simbol PP2, PP3 – na konstrukciju

PP3 – na tlo

Stalno Povoljno 1.35 1.0

Nepovoljno 1.0 1.0

Promjenjivo Povoljno 1.5 1.3

Nepovoljno 0 0



Parametar tla Simbol PP2 PP3

Tangens efektivnog kuta trenja 1.0 1.25

Efektivna kohezija 1.0 1.25

Nedreniran čvrstoća 1.0 1.4

Jedno-osna čvrstoća 1.0 1.4

Jedinična težina (gustoća težine) 1.0 1.0



Otpornost Simbol PP2

PP3 A B

Stopa, plašt, ukupno ili plašt u vlaku

Krupnozrnato tlo

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 uvećavaju vrijednosti parcijalnih koeficijenata otpornosti (zbog umanjenja rizika od nesigurnosti proračunskog modela za otpornost). U zagradama je naznačeno to uvećanje kao umnožak neuvećanog parcijalnog koeficijenta i koeficijenta modela.

Parametar tla Simbol Vrijednost

Vlačna nosivost pilota (plašta) 1.4



1 2 3 4

1.40 1.30 1.20 1.10 1.00

1.40 1.20 1.05 1.00 1.00

Neovisno o broju profila (bušotina, ispitnh mjesta)

1.60

1.50



1.60 1.50 1.45 1.42 1.40

1.50 1.35 1.30 1.25 1.25


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 nemogućnost da se ona pouzdano obuhvati teoretski, nepostojanje jedinstvene i pouzdane teorije općeg 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 postojećih postupaka proračuna, a naročito ispitivanja nosivosti pilota. Čak štoviše, većinu ovdje prikazanih postupaka, osim onih gdje su piloti potpuno uronjeni u sitnozrna tla, nije moguće uklopiti u PP3. Naime, PP3 traži da se nosivost provjeri na temelju karakterističnih vrijednosti efektivnih ili nedreniranih parametara čvrstoće tla, dok mnogi prihvaćeni postupci to ne omogućuju (na primjer, određivanje trenja po plaštu pilota u krupnozrnom tlu vezano je za broj udaraca SPT-a, a ne na efektivni kut trenja tla). Mogućnost 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).




Eurokod 7 o ispitivanju pilota Pokus statičkog opterećenja

Pokus, posebno vezano uz broj kaka opterećenja, treba voditi tako da se može odrediti ponašanje pilota pri slijeganju (odnos opterećenja i slijeganja, puzanje i rasterećenje, granična nosivost). Preporuča se postupak u skladu s ISSMFE (1985). Za vlačno opterećene 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 opterećenja na radnim pilotima treba voditi barem d proračunskog opterećenja.

Za interpretaciju rezultata pokusa statičkog opterećenja zanimljiv je i široko prihvaćen postupak kojeg je predložio Fleming (1992). Taj postupak omogućuje 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 će se piloti izvoditi po odgovarajućim 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

Temeljenje - Piloti3