temeljenje piloti 1

Piloti

Antun Szavits-Nossan

Sveuilite u Zagrebu, Graevinski fakultet

Zagreb, 2012.

Temeljenje - Piloti (ASN 2012) 1

Sadraj

Uvod

Ispitivanje tla za pilote

Vrste pilota

Korozija

Otedenja pilota

Proraun pojedinanog pilota

Proraun grupe pilota

Primjena Eurokoda 7


Uvod 1

Piloti spadaju u sloene geotehnike konstrukcije za koje esto ne postoji potpuno pouzdan postupak projektiranja i dimenzioniranja. Zbog tog se razloga danas trai konzervativan pristup i vrlo paljiv rad na projektiranju i izvedbi pilota. U nastavku se daju samo najvaniji i najedi elementi projektiranja pilota, a italac je za mnoge druge detalje, analize i sluajeve upuden na literaturu. Vrlo dobar i detaljan pregled dananjeg stava struke o pilotima moe 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 movare iji s ostaci stari i do 4 000 godina (vicarska, Italija, Francuska, kotska, Irska, ). Iskopine pokazuju da su ti piloti ulazili u tlo i do 3 m i da su bili zailjeni, znai da su zabijani.

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

Drvene zabijene pilote kao temelje ili kao obalne konstrukcije koristili su Feniani, Egipdani, Grci i Rimljani; poznato je da je Venecija, utoite obalnog stanovnitva pred najezdom barbara, izgraena na drvenim pilotima.

Ovi su se piloti zabijali posebnom napravom s kojom se teki bat mase obino do 120 kg dizao i putao vie puta da udari u pilot.

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

Pojavi buenih 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 poevi od 16. stoljeda). Beton je lijevan u buotinu pomodu kontraktorske cijevi (engl.: tramie pipe).


Uvod 3

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

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

Mehanika svojstva pilota, prvenstveno njihova nosivost, bitno ovise o primijenjenoj tehnologiji pri izvoenja pilota.

Usprkos stalnom i sve brem napretku graevinske industrije opdenito, a geotehnike posebno, bez obzira koja se metoda i tehnologija za izvoenje pilota koristi, rezultat mnogo ovisi o pojedincima ija vjetina, iskustvo i poteni rad konano pretvaraju inenjersku zamisao u pouzdanu stvarnost. Tako je bilo oduvijek. (Fleming i dr. 2009)


Ispitivanje tla za pilote 1 Planiranje Osim to se dubine tie, planiranje istranih radova je

slino 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 to je vie mogude;

Treda faza: terenski i laboratorijski istrani radovi; U daljnjem planiranju potrebno je uzeti u obzir zamiljene budude temelje ukljuivo tolerancije graevine na slijeganja; kad to nije poznato, istrani radovi moraju po sadraju 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 nuni za racionalno projektiranje. Kod jednostavnih temelja u homogenom tlu konani je plan mogude izraditi prije poetka ispitivanja; kod sloenijih temelja u sloenim prilikama u temeljnom tlu, planiranje mora biti fleksibilno na nain da se plan moe prilagoavati podacima koji pristiu tijekom samog ispitivanja. U sloenim sluajevima isplativije moe biti ispitivanje ako se planira u dva koraka, preliminarni i glavni. Dobra suradnja izvoaa ispitivanja i projektanta uvijek je nuna. Kod projekata s vedim brojem pilota, ispitivanje pilota pod probnim opteredenjem moe biti od velike koristi za konani izbor temelja. Velika pomod i uteda u praksi dobiva se izvedbom probnog opteredenja pilota manjeg promjera od promjera radnih pilota. Za interpretaciju rezultata i njihovu ekstrapolaciju na radne pilote moe posluiti postupak Fleminga (Fleming 1992).

Drugi faktori koje treba uzeti u obzir: seizmiki rizik, agresivna tla i voda (zagaena tla, nasipi, dozvoljena razina buke, posebno kod zabijanih pilota, osjetljivost susjednih graevina (ukljuivo temelje i ukopane vodove) na pomake izazvane ugradnjom i koritenjem pilota, raspoloivi prostor i pristupni putovi za strojeve za ugradnju pilota, mogudnost dobave vode i uklanjane otpada od ugradnje pilota (iskopano tlo, odvoenje isplake koja se koristi pri buenju i slino).

Dubina Dubina ovisi o duljini pilota, irini grupe i naina

prijenosa opteredenja (preporuka EN 1997: ispod dna pilota vie od irine grupe pilota i vie od 3 irine 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: vaenje uzoraka tla

Optimalno tek kad se o sastavu tla ved neto zna zahtijeva prilagodljiv nain planiranja istranih radova te optimizaciju izmeu cijene istranih radova i cijene eventualno konzervativnijeg projektiranja

Metode istraivanja za razliite vrste tla

Buotine uvijek dobro zatrpati slabije propusnim tlom

Kruta raspucala tla

Izbor pilota: bueni piloti betoniran na licu mjesta ili zabijeni piloti koji malo razmiu tlo.

Glavni parametri tla: nedrenirana vrstoda neporemedenih uzoraka potreban vedi broj uzoraka jer zbog znaajnog rasapa rezultata; krutost tla mogude samo vrlo grubo procijeniti;

Nedrenirana vrstoda i SPT-a: vrlo grube korelacije u (kPa) =4 do 6 (Stroud & Butler 1975)

Nedrenirana vrstoda iz CPT-a: u =

c;v

k, k~25, c - otpor iljka

(Marsland 1976);

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


Ispitivanje tla za pilote 3

Krupnozrna tla Obino SPT, rjee CPT

Korekcija: 1 60 = N60

N = 1/ v /atm

1 60 D (Skempton 1986)

D cv (Bolton 1986)


D (%)

D (%)

Ravninsko stanje deformacija

Troosno stanje deformacija

cv 0 = 42 17 ( = 0.1 uglata zrna, = 0.9 obla zrna; Chan & Page 1979) za realna tla cv

rijetko de biti iznad 300.


Meka, normalno konsolidirana sitnozrna tla

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

Iz CPT-a: u =c;v

k;

k = 7 do 15 (Lunne i dr. 1997)

Stijena

Ugradnja buenih pilota barem 3b u dubinu zdrave stijene

Kod zabijenih pilota potrebno koristiti posebnu papuicu koja titi vrh pilota od otedenja.

Procijenjena aksijalna vrstoda stijenske mase (manja od aksijalne vrstode uzorka) moe biti baza za procjenu nosivosti.




pokus primjenjivost

krilna sonda

nedrenirana vrstoda 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 platu zabijanih pilota, vrstoda sitnozrnih tla, posebno mekih, detaljni profil tla;

presiometar krutost tla

probna ploa u buotini

vrstoda u svim vrstama tla

mjerenje vodopropusnosti

vano za izbor vrste pilota (procjena gubitka isplake ili smjese svjeeg betona za buene pilote)

Primjenjivost in-situ pokusa

Osnovni postupci izvedbe pilota 1

1. Uvod Nekad je bilo mogude podijeliti pilote, obzirom na nain izvedbe, na zabijane i buene. Prvi su se izvodili zabijanjem predgotovljenih pilota ili njihovih elemenata u tlo posebnim strojevima sa maljem. Drugi su se izvodili buenjem buotine odgovarajudeg promjera do traene dubine te ugradnjom armature i smjese svjeeg betona u pripremljenu buotinu. Ova je podjela primjerena u mnogim sluajevima, ali joj je nedostatak (a) da izostavlja mnoge vrste pilota koji se danas koriste u praksi, i (b) ne odraava nain kako izvedba pilota utjee na njegovu nosivost. Druga, mnogo temeljitija, podjela pilota je po nainu kako njihova izvedba utjee na njihovu nosivost. Ta podjela pilote dijeli na razmiude i na nerazmiude. Prvi pri ugradnji razmiu tlo i time povedavaju bone pritiske tla na svoj plat (a time prema zakonu trenja i vrstodu na kontaktu tla i plata pilota). Tu spadaju zabijeni piloti sa zatvorenim dnom (za razliku od cjevastih pilota s otvorenim dnom). Druga vrsta ne razmie tlo (bueni piloti i zabijeni uplji 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


ekid (makara)

pilot

Vodilica ekida i dra pilota

Upravljaki stroj (bager)

Drai za regulaciju nagiba pilota

Kapa na glavi pilota

a

c

b

d

e

a-drveni jastuk za ublaenje udarca, b-kuka, c-ljem, d- drveni jastuk za zatitu pilota, e-pilot


Pozicioniranje pilota

(uobiajene tolerance)

vodoravno: 75 mm

nagib: 1:25

ekidi (zabijala, makare):

slobodno padajudi

eksplozivni

vibracijski

utiskivajudi

Karakteristike ekida

slobodno padajudi:

masa: 0.5 do 2 x masa pilota

najvede naprezanje u pilotu od udara (u Mpa):

betonski piloti 3

elini piloti (s drv. jast.) 12

elini piloti (bez dr. jast.) 18

drveni piloti 1.2

(visina pada u cm)



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


Raunska nosivost (kN)

elini 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 ureaja (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 ukljuuju zabijanje pilota treba izabrati tehnologiju zabijanja na temelju dinamike analize zabijanja (PDA pile dynamics analyser)



Vibracijski maljevi

Sastoji se iz elektriki ili hidrauliki gonjenih dviju suprotno rotirajudih ekscentrinih masa ije se kudite privrsti za pilot.

snaga do 250 kW,

frekvencija rotirajudih masa: 20 do 40 Hz,

amplituda vibracija: 5 do 30 mm,

dobro u krupnozrnim, a teko u sitnozrnim tlima.


vibrator

pilot


Bueni piloti


buenje irenje stope

provjera ugradnja armature i betoniranje

vaenje zatitne kolone

zatitna cijev (kolona)

Primjer



Buenje grabilicom uz istovremeno napredovanje zatitne kolone ciklikom rotacijom (laviranjem) i hidraulikim utiskivanjem (Benoto)

1. Napredovanje zatitne cijev (kolone) uz cikliku rotaciju (laviranje lavirka) i hidrauliko utiskivanje;

2. Istovremeni iskop grabilicom;

3. Sputanje armaturnog koa;

4. Ugradnja betona kontraktor postupkom uz istovremeno izvlaenje kolone;

5. Stvrdnjavanje betona te obrada glave pilota

(ko mora imati ugraene vodilice koje osiguravaju njegov sredinji poloaj u pilotu)



Buenje punom builicom uz eventualno istovremeno napredovanje zatitne kolone ciklikom rotacijom (laviranjem) i hidraulikim utiskivanjem

1. Napredovanje zatitne cijev (kolone) uz cikliku rotaciju (laviranje lavirka) i hidrauliko utiskivanje; Istovremeni iskop pomodu punog svrdla i Kelly ipke;

2. idenje dna buotine pomodu posebnog ribora;

3. Sputanje armaturnog koa; 4. Ugradnja betona kontraktor

postupkom uz istovremeno izvlaenje kolone;

5. Stvrdnjavanje betona te obrada glave pilota

(ko mora imati ugraene vodilice koje osiguravaju njegov sredinji poloaj u pilotu)



Buenje beskonanim puem (CFA Continuous Flight Auger piloti)

1. Buenje pomodu beskonanog pua (zatitna kolona nije potrebna jer stabilnost buotine osigurava pu);

2. Buenje do traene dubine; 3. Utiskivanje betona kroz

sredinju cijev pua uz istovremeno izvlaenje pua;

4. Zavreno betoniranje; 5. Ugradnja armaturnog koa

vibriranjem i/ili utiskivanjem u svjei beton (ko mora imati ugraene vodilice koje osiguravaju njegov sredinji poloaj u pilotu)



Udarna kruna Svrdlo

Teko dlijeto za razbijanje prepreka

Razne vrste buadeg pribora 1



Razne vrste buadeg pribora 2

(a) svrdlo za sitnozrno tlo, (b) svrdlo za meku stijenu, (c) svrdlo za jezgrovanje, (d) svrdlo za krupnozrno tlo (uz koritenje isplake, (e) dlijeto



Benoto stroj za buenje s oscilatorom na vrhu zatitne kolone (lavirka) prilikom istovara iskopanog tla



Betoniranje kontraktor postupkom

plovak

cijev zatitna kolona

armatura

talog

sputen armat. ko i cijev

betoniranje izbacivanje vode za betoniranja

izvlaenje zatitne kolone

gotov pilot



Zatita buotine uz pomod isplake

buenje u suho buenje uz isplaku

postrojenje za pripravu i idenje isplake

betoniranje kontraktor postupkom



Ugradnja Franki pilota

ekid

cijev

ljunani ep

stopa od betona

izvlaenje cijevi

armaturni ko



Piloti zidovi (barete)

presjek

grabilica

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

2. Iskop grabilicom voenom uvodnim zididima; zatita usjeka od uruavanja uz pomod isplake;

3. Izvlaenje grabilice; 4. Ugradnja bone oplate (obino

eline cijevi) radi osiguranja spoja sa bududim susjednim zidom; ugradnja armaturnog koa;

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



Mikropiloti (promjera manjeg od 25 cm) razliite primjene

armatura gruba ploha plata

veza sa zidom

zapunjene buotine

voda injekcijska smjesa

cijev

prljava voda

ugradnja armature, izvlaenje buae 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;

Opaano ponaanje pri zabijanju moe posluiti za procjenu nosivosti pilota;

Iskopani materijal ne treba deponirati;

Vizualna kontrola kvalitete tijela pilota jednostavna;

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

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

Dugaki piloti skupi; Mogude otedenje pilota pri

nepravilnom zabijanju (pre teki ekid, prevelika energija zabijanja);

Nema uvida u sastav tla; Prilagoavanje duine prilikama u

tlu oteano;


Prednosti i mane pojedinih vrsta pilota 2 - bueni piloti

Prednosti Ugradnja izaziva malo

poremedivanje tla;

Precizan uvid u sastav tla mogud;

Moguda ugradnja i pri ogranienoj raspoloivoj visini prostora (podrumi i sl.);

Jednostavno prilagoavanje duine pilota prilikama u tlu;

Mogude postizanja vedih dubina;

Mogudi vedi promjeri bez posebnih potekoda;

Prepreke u tlu se lako svladavaju;

Mane Pri nepravilnom buenju okolno

tlo se moe razrahliti i time smanjiti nosivost pilota;

Mogud hidrauliki slom u dnu buotine (naroito izraeno kod pijesaka i prainastih tla);

Pri prebrzom izvlaenju zatitne kolone tijelo pilota se moe otetiti ili povudi za sobom armaturni ko;

Iskopano tlo treba trajno deponirati;

Kontrola kvalitete izvedenog pilota oteana;


Presjeci pilota 1


bajonet spoj

trn

utor

elini elementi krajeva predgotovljenih segmenata piloa

bajonet spoj

trn

Hercules spoj predgotovljenih esterokutnih armirano-betonskih elemenata zabijanih pilota

elini 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 eljezo ili elik

armatura

kaljeni elik

Presjeci pilota 3


Ojaanja elinih H i cjevastih pilota na stopi

Otedena stopa elinog cjevastog Zabijenog pilota pri nailasku na kosu plohu temeljne stijene

cjevasti pilot

ojaanja na stopi

Presjeci pilota 4


Ojaanja zabijanih elinih H pilota na stopi

var

vodilica

var

ojaanja

Korozija 1


Okoli 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 elinih pilota

Zatita: ili podebljanjem stjenke pilota za veliinu koja bi nestala korozijom u vremenu projektiranog trajanja konstrukcije; ili premazima (nezgodno zbog otedenja premaza pri zabijanju i negativnog utjecaja na nosivost pilota); ili posebnim mjerama katodne zatite (nametanjem istosmjernog elektrinog polja u tlu; sloeno 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 (zatita: premazi ili slino);

Napad kloridima (esto u morskom okoliu): izaziva koroziju armature (zatita: deblji zatitni sloj betona oko armature; ili nehrajuda armatura; ili armatura zatidena epoksi smolama);

Napad kiselinama (voda s niskim Ph faktorom); prisutno u tresetima ili zagaenim tlima. (zatita: posebni premazi plata pilota)


Otedenja pilota


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

konstrukcijom; najmanju grupu ine dva, a mogu sadravati i vie desetaka pilota; interakcija tlo-piloti-naglavna konstrukcija-graevina sloen je problem.

Prednosti grupe u odnosu na pojedinani pilot: prenose veda opteredenja;

omoguduju preraspodjelu sila u sluaju da jedan ili vie pilota imaju smanjenu nosivost;


tlocrt

pogled presjek A-A

D tlak Z - vlak vlana armatura

naglavna konstrukcija

Ispitivanje pilota 1 Ispitivanje nosivosti pilota preteno se provodi radi utvrivanje osne nosivosti i slijeganja, a ponekad i za odreivanje krutosti na bono opteredenje. Provodi se kod graevinskih zahvata s vedim brojem pilota kako bi se potvrdile ili korigirale inae relativno nepouzdane metode predvianja nosivosti i krutosti pilota. Ispitivanje pilota: Probno statiko opteredenje (nosivost slijeganje); izvodi se hidraulikom preom pogodnog

kapaciteta koja se odupire o posebno izraenu konstrukciju s velikim protu-utegom (obino nespretno) ili usidrenom sustavom vlanih pilota ili vlanih sidara u okolno tlo; preciznim instrumentima se pati slijeganje glave pilota, a prema potrebi mjere se i deformacije du osi pilota (tek uz ova mjerenja mogude je iz deformacija, uz poznavanje modula elastinosti materijala pilota, izdvojiti nosivost na platu, a time, odbijanjem od ukupne nosivosti, i nosivost na stopi; Pokus se moe voditi na razliite naine nanoenjem sile u inkrementima uz povremena rasteredenja; moe se mjeriti i puzanje uz dranje konstantnog opteredenja; najbolje je voditi pokus s inkrementalnim opteredenjem s time da se nakon svakog inkrementa odrava 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, plata, slijeganje); za mjerenje je potrebna posebna Osterbergoa tlana hidraulika delija koja se ugrauje u donji dio pilota ili neposredno iznad njegove stope; mogude je ugraditi i dvije delije na razliitim mjestima po visini pilota; povedavanjem tlaka u deliji izaziva se uzduna sila na stopu pilota kao i reaktivna sila na dio pilota iznad delije; mjeri se nezavisno razvoj pomaka pilota ispod i iznad delije to omoguduje otpornosti po platu od otpornosti na stopi pilota; u dijelu pilota iznad delije javljat de se trenje na platu suprotnom smjeru od trenja pri uobiajenom tlanom opteredenju pilota; pretpostavlja se da je ponaanje otpornosti na platu u ovisnosti o pomaku dijelova pilota neovisno o smjeru trenja; pokus je znatno jeftiniji od probnog statikog opteredenja; Osterbergova delija ostaje zarobljena u pilotu pa ju treba tretirati kao jednokratni troak.


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

slijeganje pilota sa znatno manjim silama od jednakih statikih; metoda je naroito pogodna kod zabijenih pilota jer se sila udara izaziva istim strojem kojim se pilot zabija; moe se koristiti i za ispitivanje buenih pilota, ali uz posebni ureaj koji izaziva udar (obino velika masa, teine oko 1/10 do 1/5 sile nosivosti pilota). Osim ureaja za izazivanje dinamikog udara, potrebno je pilot blizu njegove glave opskrbiti mjerilima deformacije i ubrzanja; mjerenjim tih veliina u vremenu tijekom i neposredna nakon udara mjeri se prolazak i povratak elastinih valova u pilotu izazvanih udarom; posebnim raunalnim programom, koji simulira dinamiko gibanje pilota te otpornosti na platu i stopi pilota, prilagoavaju se parametri modela tako dugo dok se ponaanje modela ne uskladi s mjerenim signalima deformacija i ubrzanja (podudaranje signala); tako prilagoen model slui za prognozu statikog ponaanja pilota.

Ispitivanje integriteta (cjelovitost tijela pilota); ispitivanje s provodi udaranje glave pilota obinim ekidem te mjerenjem vremenskog razmaka izmeu prolaska odlaznog elastinog vala i vala koji je odbijen od otedenja il stope pilota (val je preslabog intenziteta da bi se mogla interpretirati nosivost pilot); iz poznatog modula elastinosti tijela pilota, a time i brzine gibanja elastinog vala), interpretira se duljina pilota; ako je tijelo pilota otedeno, povratni val odbijen od otedenja de se vratiti ranije nego da je odbijen od stope; iz toga se zakljuuje da li je tijelo pilota korektno izvedeno (d li je integritet pilota osiguran); pokus je nerazoran i vrlo jeftin pa se obino, pogotovo kod buenih pilota, ispituju svi izvedeni piloti.

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


Ispitivanje pilota 3


Statiko ispitivanje osne nosivosti i slijeganja

Ispitivanje nosivosti stope i plata Osterbergovom delijom

Ispitivanje osne nosivosti dinamikim udarom strojem za zabijanje pilota

Osterbegova tlaa delija

Hidraulika prea

Osjetila za lokalne deformacije i ubrzanje

Proraun pojedinanog pilota za uzduno opteredenje 1

Uvod Interakcija sustava pilot-tlo vrlo je sloena i ovisi o mehanikim svojstvima tla, nainu ugradnje pilota, obliku i vrsti pilota te karakteru opteredenja. Sve te elemente u dananjoj praksi obino nije mogude pouzdano analizirati suvremenim metodama mehanike neprekidnih sredina uz koritenje rezultata ispitivanja tla u laboratoriju pa se danas u praksi koriste pojednostavljeni modeli i pripadni prorauni uz primjenu popravnih koeficijenata kojima se pojednostavljeni modeli prilagoavaju stvarnom ponaanju probno opteredenih pilota. Iz tog se razloga ti pojednostavljeni modeli i popravni koeficijenti mogu koristiti samo za sluajeve za koje su popravni koeficijenti utvreni. Za sluajeve kd kojih takvo usporedno iskustvo ne postoji, svojstva kao to su nosivost i slijeganje pilota treba utvrditi na temelju namjensko izvedenih i ispitanih probnih pilota.



Nosivost uzduno opteredenog pilota

Ravnotea na povrini tla: =

( opteredenje, otpornost pilota)

= b + s

b = bb (otpornost na stopi povrine b)

s = sd

0 (otpornost na platu

opsega )



U proraunima nosivosti preteno se pretpostavlja da je teina pilota priblino jednaka teini tla kojeg nadomjeta pilot. U tom sluaju definira se reducirana otpornost na stopi b =

b

= bb gdje je reducirana nosivost na stopi b = b y;y=d. Tu je y;y=d ukupno vertikalno naprezanje u tlu na dubini stope pilota. U tom je sluaju otpornost pilota na uzduno opteredenje

= b + s = bb + sd

0

Primijeni li se standardni izraz za nosivost tla na stopi

b = c +1

2 + y;y=d q



te zanemari lan uz zbog malog utjecaja, slijedi za reduciranu nosivost na stopi

b = c + y;y=d (q 1)

Za sluaj dreniranih uvjeta u krupnozrnom tlu ( = 0, , y;y=d y;y=d) slijedi za reduciranu nosivost na

stopi b = ;


Ako se pretpostavi Coulombov zakon vrstode na suelju plata pilota i tla, tada se moe pisati

s = + tan

Gdje su i parametri trenja izmeu tla i plata pilota. Za drenirane uvjete u krupnozrnim tlima moe se pretpostaviti da je = = 0, tan =

tan = tan =

, slijedi u tom sluaju

s =

Za nedrenirane uvjete u sitnozrnom tlu ( u, = 0) slijedi s = u

Zato se obino kae da se za nosivost po platu pilota za sitnozrno tlo koristi -postupak, a za krupnozrno tlo -postupak.



Odreivanje jedininih nosivosti po stopi, b, i platu, s, prema raznim autorima

API (1987): zabijeni piloti;

Rees, Isenhower & Wang (2006): bueni piloti;

Fellenius (1999): procjena za sve vrste pilota;

DIN 1054 (2005): zabijani i bueni piloti;



Zabijani piloti (API 1987)


Nedrenirano (sitnozrna tla) Drenirano (krupnozrna tla)

b = 9u (u odrediti kao prosjenu vrijednost u podruju + 2)

b = ; 1


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


b s

b =2

31 +

1

6

uc za

< 3

b = uc za

3

u (MPa) c 0.025 6.5 0.050 8.0 0.100 8.7 0.200 9.0 (za u > 0.2 MPa stijena)

s = u

= 0.55 za ua

1.5

= 0.55 0.1ua

1.5

za 1.5 ua

2.5 (> 2.5

stijena); a = 0.1 MPa zanemari u 1.5 m ispod povrine terena i donjih b m


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


b s

za

10 :

b = 6060

10

za

> 10 :

b = 6060 max b = 3.0 MPa

s = ; max s = 0.2 MPa Pouzdanost za s: 30 % Pijesak

= ax 0.25, 1.5 0.25 m0.5

=60

15 za 60 < 15; = 1 za 60 15

ljunak: = za 0.25 1.8 = 0.25 za < 0.25; = 1.8 za > 1.8

= 2 0.15 0.75

vlani pilot: s;vlak~0.75s;tlak


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


Vrsta tla Efektivni kut trenja (0) q

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

ljunak 35-45 60-300 0.35-0.80


Bueni piloti u sitnozrnom tlu (DIN 1054: 2005)


Normalizirano slijeganje

pilota, /

Karakteristina otpornost stope pilota, b (MPa)

Karakteristina nedrenirana vrstoda, u (MPa)

0.10 0.20

0.02 0.35 0.90

0.03 0.45 1.10

0.10 (nosivost) 0.80 1.50

Karakteristina nedrenirana vrstoda, u (MPa)

Karakteristina otpornost na platu, s (MPa)

0.025 0.025

0.10 0.040

0.20 0.060


Bueni piloti u krupnozrnom tlu (DIN 1054: 2005)


Normalizirano slijeganje

pilota, /

Karakteristina otpornost stope pilota, b (MPa)

Prosjeni otpor prodiranja iljka (CPT), c (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

c (CPT), (MPa) Karakteristina otpornost na platu, s (MPa)

0 0

5 0.040

10 0.080

c 15 0.120


Bueni piloti u stijeni (DIN 1054: 2005) Sitnozrna tla: Navedene otpornosti za buene pilote vrijede uz slijedede uvjete: ulazak pilota u nosivo tlo barem 2.5 m, 0.3 m 3 m, buotine pridrane zatitnom kolonom ili isplakom, debljina nosivog tla ispod stope barem 3 i ne manja od 1.5 m, te otpor iljka CPT-a c 10 MPa, a nedrenirana vrstoda oko stope u 0.1 MPa. Stijena: ulazak pilota u stijenu od barem 0.5 m za jedno-osnu vrstodu stijene u 5 MPa, ili barem 2.5 m za u 0.5 MPa, stijena je homogena, nagib pukotina i slojeva ne uvjetuje mehanizam sloma, nema otvorenih pukotina ili pukotina ispunjenih mekim tlom. U sluaju sumnje da, zbog krutosti stijene, otpor po platu nede biti iskoriten, ne treba ga uzeti u obzir. Vlani piloti moraju udi u stijenu barem 5.0 m.


Karakteristina jedno-osna vrstoda tijene, u (MPa)

Granina otpornost na stopi pilota, b (MPa)

Granina otpornost na platu pilota, s (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 graninim vrijednostima otpornosti na vrhu i na platu pilota niti za zabijene betonske pilote u sitnozrnim tlima niti za eline pilote u krupnozrnim i sitnozrnim tlima.


CPT c (MPa) Karakteristini b (MPa) Karakteristini s (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 veliine otpornosti treba umanjiti ako se radi o ciklikom opteredenju: za 20 % za 100 ciklusa, za 32 % za 10 000 ciklusa, za 44 % za 100 000 ciklusa i za 60 % za vie od 1 000 000 ciklusa.


Vrsta tla Karakteristina granina otpornost na platu, s (MPa)

Srednji i krupni ljunak (indeks zbijenosti D 0.4 ili CPT c 10 MPa)

0.20

Pijesak ili pjeskoviti ljunak (Indeks zbijenosti D 0.4 ili CPT c 10 MPa)

0.15

Sitnozrno tlo (Indeks konzistencije c 1.0 ili u 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 (karakteristina):

b = cu; c = 9

Otpornost na platu pilota z sitnozrna tla: s prema nekom od eksperimentalno provjerenim i ire prihvadenim preporukama iz literature;

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

b = qv = Tkv

; k = 0.74 exp(6.58 tan ); T je koeficijent vitkosti pilota dan na slijededoj tablici.

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



Koeficijent vitkosti pilota T (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 veliini srednjeg naprezanja u zoni sloma. Srednje efektivno naprezanje pri slomu moe

se priblino procijeniti po izrazu = qv . Kut trenja mora biti odreen za to srednje

efektivno naprezanje. Kako q ovisi o , postupak odreivanja nosivosti na stopi trai iterativni

postupak. Temeljenje - Piloti (ASN 2012) 60

/ Efektivni kut unutarnjeg trenja, (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

: ukopana duljina pilota, : promjer pilota


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

b = 2u tan2(450 + 2 ) ; u: jednosna tlana vrstoda

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

s prema slijededoj tablici:


s (MPa) Znaajka stijenske mase (u ovisnosti o indeks kvalitete stijenske mase rock quality designation)

0.1u0.5 Izrazito meka stijena ( 25%)

0.2u0.5 Meka stijena ( < 25%)

0.45u0.5 Srednje vrsta stijena ( = 25% 75%)

0.7u0.5 Jako vrsta stijena ( > 75%)


Slijeganje uzduno opteredenog pilota

Brojna mjerenja probno opteredenih pilota ukazuju da se puna vrijednost otpornosti na platu 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 veliine 5 % do 10 % njegova promjera pa i vie. To se odraava 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 raunska simulacija uvaavajudi prijenos opteredenja na otpornost na platu i otpornost na stopi.

mjereno

simulacija: ukupno

simulacija: plat

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 platu i otpornosti na stopi pilota. U debelom sloju priblino homogene gline pilot svoju otpornost preteno dobiva od otpornosti na platu, dok je otpornost pilota u relativno homogenom krupnozrnom tlu skoro ravnopravno podijeljena izmeu nosivosti na platu i nosivosti na stopi. U sluaju pilota koji stopom ulazi u krutu i vrstu podlogu, njegova nosivost de se u najvedoj mjeri ostvariti otpornodu na stopi. Fleming (1992), koristedi interpretaciju krivulje slijeganja probno opteredenih pilota koju je predloio Chin (1970, 1972), pretpostavlja da se jedinina otpornost po platu pilota (s) kao i jedinina otpornost na stopi (b) mogu, svaka za sebe, opisati kao hiperbolne funkcije uzdunog pomaka (slijeganja) pilota. Prema Flemingu, ukupna krivulja slijeganja pilota je superpozicija utjecaja otpornosti po platu, po stopi i elastine uzdune deformacije pilota od promjena uzdune sile du njegove duine.



Praktinog pouzdanog i opde prihvadenog postupka prognoze ukupne krivulje slijeganja kao i krivulja odnosa slijeganja i aktiviranja otpornosti na platu odnosno na stopi pilota iz temeljnih karakteristika tla kao to su krutost i vrstoda danas jo nema. Jedan od razloga je teko obuhvatljiv utjecaj poremedenja tla i promjene naprezanja u tlu izazvanih postupkom ugradnje pilota u tlo. Iz tog se razloga za znaajnije projekte u pravilu tri izvedba, mjerenje i interpretacija probno opteredenih pilota. To je, pogotovo za pilote vedeg kapaciteta nosivosti, vrlo skup i zahtjevan postupak. U tom pogledu, pogodna moe 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 priblian i jednostavan postupak prognoze krivulje slijeganja za buene pilote predlae 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 jedinina otpornost na stopi, Ab povrina stope, Rs = qsAs potpuno aktivirana otpornost na platu, qs jedinina otpornost na platu, As povrina plata, y: slijeganje pilota potrebno za potpuno aktiviranje otpornosti na platu. Veliine qb na pregibima krivulje za stopu (s/b = 0.02, 0.03 i 0.1) dane su za buene pilote na ranijim tablicama za DIN 1054:2005.


stopa

plat

a

b

c = a + b

Proraun pilota za bono opteredenje 1

Dva su osnovna pristupa analize bono opteredenog pilota u tlu: Winklerove opruge s konstantnom ili promjenjivom krutodu (ili

tzv. p-y krivulje, p je bono opteredenje pilota u promatranoj toci - kontaktno normalno naprezanje izmeu pilota i tla pomnoeno irinom pilota), izraeno kao sila po jedinici duljine pilota (MN/m), a y je boni pomak promatrane toke pilota)1;

Pilot u neprekidnoj sredini (na primjer elastinom poluprostoru).

Prvi pristup je uvijek priblian jer zanemaruje utjecaj meu pomacima razliitih toaka u tlu, dok je drugi za analizu mnogo sloeniji. Pristup preko Winklerovih opruga teoretski je manjkav jer ne omoguduje vezu izmeu karakteristika opruga i krutosti i vrstode tla. Taj se nedostatak u praksi premoduje primjenom empirijskih korelacija . Meutim, danas prvi pristup zbog svoje jednostavnosti pretee u praksi. 1 U literaturi se susredu i t-z krivulje koje opisuju odnos aktivirane tangencijalne otpornosti po platu pilota i uzdunog pomaka promatrane toke pilota.



Winklerov (p-y) model za bono

optereden pilot


Diferencijalna jednadba otpor tla: () = (()) krutost pilota: p

p4()

4=

= ()

=

= 2()

2=

=()

Jedinice:

MN

m2, m4 , m

MN

m, m ,

MNm

m

, MN

()

() ()

pilot model (tap) pomak otpor tla moment savijanja


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


linearno elastina (linearni Winkler DIN)

kruto plastina (Broms 1964)

linearno elastina -plastina (DIN)

opde nelinearna (API, Rees i dr.,)

1 1 1

() m m

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


Rjeenje za konstantni k (dugi pilot)

duljina pilota, d, kritine, dc Kritina duljina:

c = 4 p

1

4( )

pomak i kut zaokret na povrini tla:


DIN 1054:2005 dozvoljava odreivanje Winklerovog koeficijenta za sluaj jednog samostalnog pilota za proraun unutarnjih sila u pilotu prema slijededem izrazu kad precizno odreivanje bonih pomaka pilota nije nuno; kad je ono nuno, DIN trai izvedbu probno opteredenog pilota na bono opteredenje i odreivanje odgovarajudeg iz interpretacije rezultata probnog opteredenja): = oed za promjere pilota 0.3 m 1 m

= oed

1 za promjere pilota > 1 = 1 m

Ovi izrazi vrijede ako je najvedi boni pomak manji od manje vrijednosti izmeu 2 cm ili 0.03b. Za promjere pilota manje od 0.3 m (na pr. mikropiloti) DIN ne dozvoljava uzimanje bone otpornosti u obzir (takvi piloti moraju biti centriki opteredeni). DIN 1054:2005 trai da boni otpor tla, , ne premai pasivni otpor tla za ravninsko stanje deformacija, tj. u dreniranim uvjetima (krupnozrno tlo) m = v

tan2 450 + 2 + 2 tan (450 + 2 ), a u nedreniranim uvjetima (sitnozrno tlo) m = (v+2u).



Momenti krutosti presjeka pilota i moduli elastinosti materijala pilota

Momenti inercije

Puni kruni presjek promjera : =4

64

4

20

Kvadratini puni presjek stranice : =4

12

uplji kruni presjek promjera i debljine stjenke : =3

8 0.393

Youngovi moduli

Beton: p 30 000 MPa

elik: p 200 000 MPa


Proraun pilota za bono opteredenje 7 Pribline krutosti plivajudeg pilota u homogenom i u Gibsonovom elastinom poluprostoru (Gazetas 1991); (krutost = sila za jedinini pomak ili moment za jedinini kut zaokreta u radijanima)

c Homogeni model tla c = 2

p

s

0.25 ; v = 1.9s

0.67 p

s

;p

s

h = sp

s

0.21; r = 0.15

3sp

s

0.75

rh = hr = 0.222s

p

s

0.50

(v- vertikalna krutost)

Gibsonov model tla c = 2

p

sd

0.25;v = 1.8sL

0.67 p

sL

;p

sL

h = 0.6sdp

sd

0.85;r = 0.15

3sdp

sd

0.80

rh = hr = 0.172sd

p

sd

0.60

(v- 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 elastini poluprostor pogodnij su od prethodnih izraza Fleminga i dr. (2009) za winklerov model jer su ovisni o temeljnim parametrima tla, elastinoj krutosti. Meutim, u praksi je winklerov model esto povoljniji za sluaj uslojenog nehomogenog poluprostora za koji gotova rjeenja, poput onih Gazetasa, ne postoje. Nadalje, Gazetasovo rjeenje 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 znaajan problem jer se najvede unutarnje sile u pravilu nalaze na glavi pilota. Danas stoje na raspolaganju numerike metode za rjeavanje ovog sloenog dimenzionalnog problema mehanike neprekidnih sredina, kao to je, na primjer, metoda konanih elemenata koja omoguduje uzimanje u obzir i nelinearnih svojstava tla. Te su numerike metode danas jo za praksu obino vrlo zahtjevne usprkos naprednim raunalima. Meutim, daljnjim razvojem raunala i pripadnih programa, iji se kraj ne nazire, i taj de problem s vremenom gubiti na znaaju. Nadalje, korisno je uoiti iz Gazetasovih izraza da krutost tla znatno vie utjee na pomake pilota nego na unutranje sile u njemu. Slino vrijedi i za winklerov model. To znai da de za zadano opteredenje pilota znatno tee biti dobro prognozirati njegove pomake nego unutranje sile u pilotu. Odatle i esta preporuka u literaturi da se navedeni izrazi mogu koristiti za dimenzioniranje pilota (koji se dimenzionira prema veliini unutranjih sila), dok de pouzdana prognoza pomaka biti znatno tea pa, ako je ona vana, bolje se prikloniti interpretaciji probno opteredenih pilota. Ovo razmatranje vrijedi kako za bono tako i za uzduno opteredene pilote (i, kako de se kasnije vidjeti, za grupe pilota).



Broms (1964a, 1964b) je predloio postupak prorauna nosivosti za nekoliko tipinih sluajeva bono opteredenih krutih pilota: konstantna otpornost tla po dubini (nedrenirani sluaj sitnozrnog tla) i linearno rastuda otpornost tla po dubini (drenirani sluaj krupnozrnog ta) i to za slobodni i za uklijeteni pilot na glavi (ovaj posljednji sluaj priblino odgovara sluajevima grupa pilota uklijetenih u naglavnu konstrukciju pilota). U nastavku se opisuju Bromsova rjeenja.




(a) (b)

Rjeenje Bromsa za kruti pilot Raspodjela nosivosti tla bono opteredenih pilota u (a) homogenom nedreniranom sitnozrnom tlu, i (b) u homogenom dreniranom krupnozrnom tlu prema Bromsu (Broms 1964a, 1964b); u prvom sluaju Broms predlae zanemarenje otpornosti tla od povrine tla do dubine 1.5b. Oznake: bono opteredenje, poloaj opteredenja, promjer pilota, duljina ukopanog dijela pilota, dubina od povrine tla, boni otpor tla pri slomu (sila/duljina), u nedrenirana vrstoda tla, p pasivni otpor (Rankineov), jedinina teina tla (efektivna u sluaju potopljenog tla), p = tan

2(450 + 2 ) koeficijent pasivnog otpora (Rankineov), bd rezultanta pasivnog otpora ispod toke rotacije (pojednostavljeno pretpostavljeno djelovanje u toci ); za sluaj (b) pretpostavljeno da svodno djelovanje u tredoj dimenziji daje sudjelujudu irinu otpora tla u irini 3.


Izrazi za sitnozrno tlo (Broms)

Normalizirane veliine:

= /, = /, = = 1.5, = /, = /, = /, = /(u

2), = u = 9, m = m/(u

3);

Slobodan vrh (sitnozrno tlo):

Ravnotea vodoravnih sila, ravnotea momenata: = /9, 2 = ( + + 2 )

m = 9 2 = + +

18,

= + + + 2

= + +

9+

9 + +

18

Mehanizam i unutarnje sile



Kratki pilot uklijetenog vrha, ukljetenje u naglavnicu (sitnozrno tlo):

= /9;

m = 9 +

2= +

18 ;

= + = +

9

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

= /9;

m =9

2 +

2=

2 +

18;

9 2 = m =

2 + 2 ;

= + + 2 = + + 2 12 ( + 1

2 ) = + 1

9 + 2 1

18 + 1

18

Primjena: za zadani se i u pretpostavi promjer pilota , izrauna potrebni otporni moment na savijanje m, provjeri da pretpostavljeni pilot moe nositi taj moment savijanja (ako ne moe treba povedati ), i zatim se izrauna ukopana duljinu pilota .




Sitnozrno tlo, Broms (u)

? !


Izrazi za krupnozrno tlo (Broms)

Dodatne normalizirane veliine:

=

p3 ; = p

2 = 3 ;

m = m/(p4) ; rezultanta pasivnog

otpora ispod toke rotacije djeluje u toci rotacije na dubini priblino jednakoj duljini ukopanog dijela pilota .

Slobodan vrh (krupnozrno tlo)

Iz uvjeta ravnotee u vodoravnom smjeru

slijedi =2

3 , a za moment savijanja

m = +2

3= +

2

3

2

3 i silu

=1

2

3

:

Mehanizam i unutarnje sile



Uklijeten kratki pilot (krupnozrno tlo)

= =2

3 ; m =

2

3 =

2

3

2

3

Uklijeten dugi pilot (krupnozrno tlo)

Iz ravnotee momenata oko dna pilota 2 m =2

3 ili uz =

2

3 ,

m =1

3 =

1

3

2

3 ; = =

2

3

Primjena: Na slijededim dijagramima prikazani su grafiki ovi izrazi. Oni mogu posluiti za dimenzioniranje pilota kako je na tim dijagramima oznaeno. 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 konano utvrdila njegova potrebna duljina.




Krupnozrno tlo, Broms ()

? !

(moe se koristiti i za sitnozrno tlo s rastudom nedreniranom vrstodom

ako se zamijeni p 3uv

)


U literaturi je predloeno vie nelinearnih p-y krivulje za statika i ciklika opteredenja (API 1987, Rees i ONeill 1988, Rees i dr. 2006). Te su krivulje dobivene interpretacijom rezultata mjerenja na probno opteredivanim pilotima. Njihova uporaba moguda je samo preko odgovarajudih raunalnih 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 utvrene 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. Slino se dogaa 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 sluaja, zbog krutosti, pilot se odupire deformacijama tla te se razvija negativno trenje na platu pilota. Trenje se naziva negativnim jer iznad neutralne osi ima smjer suprotan uobiajenom smjeru pri utiskivanju pilota u tlo (vidi Fellenius 1999).

Negativno trenje 1

Negativno trenje 2

Posljedice negativnog trenja: izaziva uzdunu tlanu silu u pilotu ak kad je ovaj neoptereden; obzirom da je potreban vrlo mali relativni pomak izmeu tla i plata pilota za aktiviranje

pune veliine trenja po platu, za proraun negativnog trnja mogu se koristiti izrazi isti onima za odreivanje nosivosti po platu;

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 platu pilota uslijed konsolidacije tla ovisi o odnosu krutosti tla na stopi i du duljine pilota, o opteredenju pilota i o uvjetu ravnotee 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 podie; ako je ponaanje tla duktilno (trenje na platu i nosivost na stopi nakon dosezanja vrne

vrijednosti vie 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 povrinu tla;

uslijed pojave negativnog trenja, uzduna sila u pilotu, max, je veda od vanjskog uzdunog opteredenja pilota (vidi prethodnu sliku).


Proraun grupe pilota 1

Nosivost vertikalno opteredene grupe pilota (gruba aproksimacija)

: nosivost pojedinanog pilota;

: broj pilota u grupi;

B: nosivost bloka (zamiljenog masivnog temelja koji opasuje pilote);

G: nosivost grupe pilota;

G min(, B)



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

Grupa se zamijeni zamjenjujudim krunim pilotom promjera G kojemu je opseg jednak opsegu lika koji obuhvada grupu pilota u vodoravnom presjeku, a duljina jednaka duljini pilota. Krutost tog zamjenjujudeg pilota GG jednaka je zbroju krutosti pojedinanih pilota , tj. GG = . Nosivost grupe je tada manja vrijednost od zbroja nosivosti pojedinanih 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 esto kritinije dozvljeno slijeganje od potrebne nosivosti. Obzirom na superpoziciju slijeganja meu pilotima u grupi, slijeganje pojedinog pilota u grupi de uvijek biti vede od slijeganja jednako tako opteredenog samostalnog pilota. Proraun deformacije opteredene grupe pilota povezane naglavnicom vrlo je sloeni problem interakcije piloti-naglavnica-tlo. Kod znaajnijih problema danas se sve vie u takvim sluajevima pribjegava primjeni 3-dimenzionalnog numerikog modeliranja pomodu metode konanih elemenata. To su vrlo zahtjevni prorauni koji trae koritenje sloenih i skupih raunalnih programa, a sam proraun je, ak i uz primjenu suvremenih snanih raunala, dugotrajan. U jednostavnijim sluajevima koriste se programi temeljeni na proraunima pilota uz koritenje linearnih ili nelinearnih winklerovih opruga (na primjer program GROUP firme Ensoft iz SAD). Kao vrlo gruba procjena slijeganja moe posluiti slijededi postupak esto koriten u praksi.




Pojednostavljeni proraun 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 povrine krudeg sloja u kojem zavravaju donji dijelovi plota prema gornjoj skici. Stranice te plohe uvedaju se u odnosu na irinu grupe po pravilu 1:4 kako je naznaeno 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 predloio je Skempton (1953) na temelju vrlo ogranienog broja opaanja slijeganja izvedenih grupa pilota. : promjer pojedinanog pilota; G: irina grupe pilota; : slijeganje pojedinanog, samostalnog, pilota; G: slijeganje grupe pilota; : odnos prosjenog slijeganja grupe i pojedinanog samostalnog pilota u grupi

G = ; 4

G

:9

G

:12

2

Ovaj izraz ne ukljuuje razmak meu pilotima koji znatno utjee na faktor . Zato ga treba koristiti s velikim oprezom. U praksi je esto slijeganje grupe pilota malo i nije odluujude za funkcionalnost graevine. Meutim, ako je taj podatak bitan, bolje je koristiti proraune koji bolje simuliraju superpoziciju naprezanja i deformacija u grupi pilota (na primjer 3-dimenzionalna metoda konanih elemenata).


Proraun grupe pilota 6 Raspodjela opteredenja po pilotima u grupi

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

za poloaj centra vertikalne krutosti ()

T = v v

na koji je svedeno opteredenje

grupe pilota , i ; indeks broji pilote od 1 do ukupnog broja ;

sustav jednadbi za nepoznate veliine vertikalnog i vodoravnog pomaka centra krutosti, i , te rotaciju naglavnice

=

v 0 0

0 h hr0 hr r

;

Za sile na glavi -tog pilota = v T , = h + hr i = hr + r


T

Za vertikalnu v, horizontalnu h, rotacijsku r i izvan dijagonalnu krutost hr na glavi -tog pilota vidi ranije prikazane izraze Gazetasa (Gazetas 1991) za homogen i za Gibsonov elastini poluprostor.


Navedeni izrazi, osim veliine pomaka i kuta zaokreta naglavnice, omoguduju i proraun 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, meutim precizniju sliku o tom padu prikazani proraun ne daje. U praksi to treba procijeniti, ali obzirom na razliite 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 sluajeve koji bitno odstupaju od tih uvjeta, na primjer piloti koji svojom stopom ulaze krutu temeljnu stijenu, ti izrazi nisu uporabivi. U takvim se sluajevima treba koristiti drugaijim postupcima (na primjer numerikim simulacijama s winklerovim modelom tla ili 3-dimenzionalnom metodom konanih elemenata). Prikazani prorauni 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 udaljenodu od grupe. To znai da de u stvarnosti rubni piloti imati vedu krutost od onih u unutranjosti grupe. Dok sloeni 3-dimenzionalni modeli mehanike neprekidnih sredina, kojima se tlo simulira kao 3-dimenzionalna neprekidna mehanika sredina, taj efekt uzimaju u obzir, prorauni 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 uu grupu uzimanje superpozicije djelovanja pilota u grupi nije jako znaajno zbog stvarnog nelinearnog ponaanja pojedinanih pilota, za bono opteredenje grupe efekt superpozicije znatno je znaajniji. U nastavku se prikazuje jedan priblian postupak uzimanja tog efekta u obzir kakvog predlae norma DIN 1054:2005.


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

= / ; dubina, promjer pilota.

Elastina duljina: = p b 1/5

/ 4: = = 1.67 ( duljina

pilota)

/ 2: = = (linearna Interpolacija za ostalo)

= konst.; promjer pilota.

Elastina duljina: = p 1 4

/ 4: = = 1.33 ( duljina

pilota)

/ 2: = = (linearna interpolacija za ostalo)


= LQ

L = min 0.5 + 0.125L

2 , 1

QA = min 0.9 + 0.1Q

2 , 1

QZ = min 0.75 + 0.25Q

2 , 1

Postupak se moe koristiti i za Gazetasove izraze za krutost pilota u elastinom poluprostoru ako se stavi b = s, a mnoenjem s se korigiraju sve krutosti glave pilota osim vertikalne.



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

L L

Q

Q

Q

Q

= LQZ

= LQA

= 1 QZ

= 1 QA

Piloti s ploom

Piloti u grupi gotovo su uvijek povezani naglavnicom (ploom ili gredom) u jedinstvenu cjelinu. Tradicionalni pristup projektiranju takve grupe pilota redovito je zanemarivao utjecaj naglavnice na nosivost i slijeganje grupe. Moderno gledanje, naroito potpomognuto numerikim postupcima na dananjim snanim raunalima, sve vie uvia da naglavnica moe imati znaajan povoljan uinak na povedanje nosivosti i krutosti grupe pilota. Taj se uinak pokazuje relativno mali jedino kod uih grupa s dugakim pilotima kao i onima gdje je krutost i vrstoda tla pri povrini vrlo mala. Mijenja se i pogled na ulogu pilota u irim grupama. Tu oni nemaju toliko ulogu povedanja nosivosti koliko smanjenja slijeganja ploe. Iz razloga velike nosivosti ploe, nosivost pilota se moe iskoristit i preko uobiajene razine dozvoljene za pilote koji osiguravaju nosivost temelja uz zanemareni utjecaja ploe.

Mada su u literaturi za neke posebni sluajeve razvijeni pojednostavljeni postupci, modeliranje sloene interakcije ploa-piloti-tlo najbolje se ostvaruje uvaavanjem tla kao 3-dimenzionalne neprekidne sredine. Potrebni numeriki postupci danas su dostupni kroz primjenu 3-dimenzionalnih konanih elemenata uz uvaavanje nelinearnog ponaanja tla. Obzirom da su piloti s ploom skupe konstrukcije, takve sloene analize imaju svoje puno opravdanje.


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

Eurokod 7 nabraja slijededa granina stanja koja pri projektiranju treba razmotriti (trai da se u svakom projektu nabroji lista odgovarajudih graninih stanja):

Granina 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 vlana otpornost pilota (GEO/STR);

Slom u tlu od bonog opteredenja temelja (GEO);

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

Kombinirani slom pilota i tla (STR/GEO);

Granina stanja uporabivosti

Preveliko slijeganje;

Preveliko izdizanje;

Prevelik boni pomak;

Neprihvatljive vibracije.



Djelovanja

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

Metode projektiranja i dimenzioniranja

Eurokod 7 predvia etiri naina projektiranja pilota ili njihovu kombinaciju:

Analitiki ili empirijski prorauni temeljem parametara tla odreenih geotehnikim istranim radovima;

Iz interpretacije mjerenja ponaanja pilota pri probnom statikom opteredenju pilota (statiki pokus opteredenja obino probnih pilota);

Iz interpretacije Iz interpretacije mjerenja ponaanja pilota pri probnom dinamikom opteredenju pilota (dinamiki pokus opteredenja pilota, probnih u sluaju buenih pilota, a radnih u sluaju zabijanih pilota);

Iz opaenog ponaanja usporedivog temelja s pilotima uz uvjet da je taj pristup podran rezultatima istranim radovima i geotehnikim ispitivanjima.



Izbor pilota Izbor pilota i njegove ugradnje treba uvaiti: Prilike u tlu i temeljnoj vodi; Naprezanja u pilotu izazvana njegovom ugradnjom; Mogudnosti da se odri i provjeri integritet ugraenog pilota; Utjecaj metode i redoslijeda ugradnje pilota na ved ugraene pilote i susjedne graevine; Tolerancije s kojima se pilot moe pouzdano ugraditi; Nepovoljan utjecaj kemikalija u tlu; Mogudnost povezivanja razliitih reima podzemne vode (kroz izvedbu buotina za pilote); Baratanje i transport pilota; Utjecaj gradilita na susjedne graevine; Razmak pilota u grupi; Pomaci i vibracije susjednih graevina od ugradnje pilota; Vrsta bata ili vibratora; Mogudnost odravanja nadpritiska vode u buotini kako bi se sprijeilo njeno uruavanje ili hidrauliki slom

dna; idenje dna buotine prije ugradnje pilota, naroito ako se koristi isplaka za stabilizaciju buotine; Lokalnu nestabilnost tijela pilota tijekom betoniranja koja moe rezultirati prodorom tla u beton; Prodor vode ili tla u svjei beton ili ispiranje cementa u betonu od teenja podzemne vode; Utjecaj nezasidenog pijeska na izvlaenje vode iz svjeeg betona; Utjecaj kemikalija u tlu na brzinu vezanja svjeeg betona; Zbijanje tla pri zabijanju pilota; Poremedaj tla uslijed buenja.



Probno opteredenje

Probna se opteredenja pilota mogu izvesti statikim ili dinamikim pokusima. Treba ih provesti provjerenim i preporuenim postupcima objavljenim u literaturi.

Probno opteredenje treba provesti kada:

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

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

Kada za predviane pilote postojede teorije i iskustvo ne daju pouzdanu mogudnost prognoze njihovog ponaanja;

Kada opaanja tijekom ugradnje pilota ukazuju na znatna odstupanja od oekivanog i kad dodatni istrani radovi nisu mogli objasniti uzroke odstupanja.

Kad probno opteredenje nije praktino zbog potekoda u modeliranju varijabilnosti opteredenja (na pr. cikliko opteredenje), vrlo oprezno treba procijeniti parametre tla.



Dimenzioniranje pilota Piloti se dimenzioniraju obzirom na granina stanja nosivosti, i to za proraunske situacije GEO i STR, te obzirom na granina stanja uporabivosti. Pri tome se u Hrvatskoj primjenjuju proraunski pristupi (PP) 2 ili 3 (HRN EN 1997:2008/NA) za granina stanja nosivosti. U nastavku se daju odgovarajudi izrazi i parcijalni koeficijenti relevantni za proraun obzirom na granina stanja nosivosti. Svi parcijalni koeficijenti za granino stanje uporabivosti su jednaki 1.0 kao i za ostale vrste konstrukcija. Obzirom na mehanizam sloma tla pri graninom stanju nosivosti tla (GEO), Eurokod 7 razlikuje nosivost pilota u smjeru njegove osi (osna nosivost) od nosivosti pilota u bonom smjeru (bona nosivost). Opdi postupci dokazivanja da granina stanja nisu premaena razlikuju se izmeu ta dva mehanizma. Prema Eurokodu 7 (HRN EN 1997:2008) piloti se za granina stanja nosivosti i uporabivosti mogu dimenzionirati na nekoliko naina: (1) temeljem poznavanja parametara tla (obujamska teina, krutost, vrstoda) dobivenih neposredno iz laboratorijskih pokusa ili korelacijom s rezultatima terenskih pokusa, (2) neposrednom korelacijom nosivosti po platu i na stopi s rezultatima terenskih pokusa, (3) statikim probnim ispitivanjem pilota, i (4) dinamikim probnim ispitivanjem pilota. O tim nainima ovisi izbor proraunskog pristupa (PP) za granina stanja GEO i STR: proraunski pristup 3 (PP3) mogude je primijeniti samo u prvom sluaju (temeljem poznatih parametara tla), dok se proraunski pristup 2 (PP2) moe koristiti u svim sluajevima.



Granino stanje nosivosti PP2 Opdenito

Uinak djelovanja (d) i otpornost (d):

d d (za osnu nosivost: c;d c;d; c;d je komponenta d u smjeru osi pilota, a c;d otpornost tla u tom smjeru)

Uinak djelovanja

Pretene proraunske situacije

d = (G + Qrep) ili

d = G() + Q(rep)

Proraunska situacija udesa

Ad = ( + rep + d)

Potresna proraunska situacija

Ed = ( + rep + E)

Napomena: rep se opdenito razlikuje od

proraunske do proraunske situacije, ovisno o veliini kombinacijskih faktora ;

Granino stanje nosivosti PP3 Opdenito

Uinak djelovanja (d) i otpornost (d):

d d

Uinak djelovanja


d = (G + Qrep)

Nosivost pilota pri slomu tla GEO


d = tan k

i/ili

u;k

cu; k /R

(vidi komentar na kraju poglavlja)

Proraunske situacije udesa i potresa

Isto kao kod PP2



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

Bona otpornost pilota pri slomu tla

d = (tan k i/ili u;k; k)/R

(vidi komentar na kraju poglavlja)

Osna otpornost pilota pri slomu tla iz ispitivanja tla

Metoda PP2-A

Proraunska osna nosivost pilota (slom tla)

c; d =c;k

t

Karakteristina osna nosivost pilota (slom tla):

c;k = minc;cal srednje

3;

c;cal min4

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

c;cal = b;cal + s;cal

Granino stanje nosivosti PP3, nastavak 1

Otpornost tijela pilota (STR)

d = vrstoa materijala pilota

M

Oznake

rep = 0, : reprezentativna vrijednost

neke kombinacije prolaznih (povremenih, promjenjivih) djelovanja; 0, 1 su kombinacijski faktori (Eurokod ponekad uvodi i kombinacijske faktore 1, 1 za uestala djelovanja te 2, 1 za prividno-stalna promjenjiva djelovanja) veliine rep

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




Nosivost na stopi, b;cal, i nosivost na platu, s;cal, odreuju se iz rezultata ispitivanja tla za svaku od buotina ili za svaku od pozicije terenskog ispitivanja posebno, koristedi izraze b;cal = bb i s;cal = s;s; (indeks oznaava doprinos -tog od slojeva u profilu tla), bez uporabe parcijalnih koeficijenata.

Metoda PP2-B


c;d = b;d + s;d =b;k

b+

s;k

s

Karakteristina osna nosivost pilota (slom tla):

b;k = bb:k , s;k = s;is;i;k

b:k i s;i;k su karakteristine vrijednosti jedininih otpornosti na stopi odnosno na platu u -tom od slojeva tla; odreuju se iz rezultata svih ispitivanja tla po principima odreivanja karakteristinih vrijednosti.


d, d : proraunski uinak djelovanja odnosno proraunska otpornost;

(), (): funkcija uinka djelovanja (na primjer uzduna sila ili moment savijanja u nekom presjeku pilota), odnosno funkcija otpornosti (na pr. osna nosivost tla ili nosivost presjeka pilota na kombinaciju savijanja i uzdune sile);

, rep, d, Ed : karakteristino

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




Osna nosivost pilota pri slomu tla iz statikog ili dinamikog ispitivanja probnog pilota


c; d =c;k

t

Karakteristina osna nosivost pilota iz statikog probnog opteredenja:

c;k = minc;m srednje

1;

c;m min2

Karakteristina osna nosivost pilota iz dinamikog udarnog pokusa:

c;k = minc;m srednje

5;

c;m min6


G, Q : parcijalni koeficijenti za stalno odnosno prolazno djelovanje.

tan k ili u;k, k : karakteristine vrijednosti tangensa efektivnog kuta trenja tla ili nedrenirane vrstode tla, odnosno karakteristine vrijednosti obujamske teine;

ili cu: parcijalni koeficijenti za tangens efektivnog kuta trenja ili nedreniranu vrstodu tla.

M : parcijalni koeficijent za vrstodu materijala pilota (za beton = 1.5, za elik = 1.15)




c;m predstavlja niz mjerenih osnih nosivosti pilota iz 1 statikih probnih opteredenja ili iz 1 dinamikih udarnih pokusa.

Nosivost tijela pilota (STR)

Kao kod PP3

Oznake povrh onih za PP3

t, b, s: parcijalni koeficijent za ukupnu osnu nosivost tla, za nosivost na stopi odnosno nosivost na platu;

, = 1, 2, 6 : korelacijski koeficijenti u proraunu karakteristine osne nosivosti pilota iz viestrukih ispitivanja;

b, s;i : povrina stope pilota, povrina plata pilota u -tom sloju tla.


R : parcijalni koeficijent za otpornost;

Oznaka + oznaava superpoziciju djelovanja, a ne matematiko zbrajanje.



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


Parcijalni koeficijenti za djelovanja () STR/GEO

Djelovanje Simbol PP2, PP3 na konstrukciju

PP3 na tlo

Stalno Povoljno G

1.35 1.0

Nepovoljno 1.0 1.0

Promjenjivo Povoljno Q

1.5 1.3

Nepovoljno 0 0



Parametar tla Simbol PP2 PP3

Tangens efektivnog kuta trenja 1.0 1.25

Efektivna kohezija c 1.0 1.25

Nedreniran vrstoda cu 1.0 1.4

Jedno-osna vrstoda qu 1.0 1.4

Jedinina teina (gustoda teine) 1.0 1.0

Parcijalni koeficijenti za parametre tla () STR/GEO



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

Otpornost Simbol PP2

PP3 A B

Stopa, plat, ukupno ili plat u vlaku

Krupnozrnato tlo

b, s, t, s;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 proraunskog modela za otpornost). U zagradama je naznaeno to uvedanje kao umnoak neuvedanog parcijalnog koeficijenta i koeficijenta modela.

Parametar tla Simbol Vrijednost

Vlana nosivost pilota (plata) s;t 1.4

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



za n = 1 2 3 4 5

1 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00

2 1.40 1.20 1.05 1.00 1.00

Koeficijenti korelacije za izvoenje karakteristinih vrijednosti iz statikih pokusa opteredenja (n broj ispitanih pilota) (STR/GEO)

Neovisno o broju profila (buotina, ispitnh mjesta)

3 1.60

4 1.50

Koeficijenti korelacije za izvoenje karakteristinih vrijednosti iz rezultata ispitivanja temeljnog tla (STR/GEO)



za n = 2 5 10 15 20

5 1.60 1.50 1.45 1.42 1.40

6 1.50 1.35 1.30 1.25 1.25

Koeficijenti korelacije za izvoenje karakteristinih vrijednosti iz pokusa dinamikog udarnog opteredenja (n broj ispitanih pilota) (STR/GEO)

Napomena: vrijednosti mogu se mnoiti s 0.85 ako se upotrebljava ispitivanje dinamikim udarom s podudaranjem signala. Vrijednosti treba mnoiti s 1.1 ako se upotrebljavaju formule za zabijanje pilota s mjerenjem nazovielastinog pomaka glave pilota tijekom udara. Vrijednosti treba mnoiti s koeficijentom 1.20 ako se upotrebljava formula za zabijanje pilota bez mjerenja nazovielatinog pomaka glave pilota tijekom udara. Ako u temelju postoje razliiti piloti, za izbor broja zabijenih pilota n, treba odvojeno razmatrati skupine slinih pilota.


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

sloenost i razliitost mehanizama ponaanja temeljne konstrukcije s pilotima razliitih vrsta, utjecaj ugradnje pilota u tlo i nemogudnost da se ona pouzdano obuhvati teoretski, nepostojanje jedinstvene i pouzdane teorije opdeg ponaanja pilota to je rezultiralo raznorodnim pojednostavljenim i dobrim dijelom empirijskim metodama prorauna, razlika u proraunskim i empirijskim postupcima dimenzioniranja i razlika u iskustvu meu praksama u razliitim lokalnim sredinama, itd.

2. Ovdje prikazane varijante prorauna odnose se prvenstveno na Hrvatsku kako je predloeno u hrvatskom Nacionalnom dodatku primjene (HRN EN 1997-1:2008-NA). Taj dokument za granina stanja nosivosti STR/GEO predvia da se u Hrvatskoj koristi proraunski pristup (PP) 3 za sve geotehnike konstrukcije, dok se za pilote jo dozvoljava PP2 (kao i za geotehnika sidra). Razlog da se dozvoli primjena PP2 je to je taj postupak najbolje prilagoen glavnini postojedih postupaka prorauna, a naroito ispitivanja nosivosti pilota. ak tovie, vedinu ovdje prikazanih postupaka, osim onih gdje su piloti potpuno uronjeni u sitnozrna tla, nije mogude uklopiti u PP3. Naime, PP3 trai da se nosivost provjeri na temelju karakteristinih vrijednosti efektivnih ili nedreniranih parametara vrstode tla, dok mnogi prihvadeni postupci to ne omoguduju (na primjer, odreivanje trenja po platu 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 sloenim 3-dimenzionalnim proraunima, u kojima se tlo simulira kao neprekidna sredina, primjena PP3 u odnosu na PP2 lake ostvariva, pogotovo kad je u pitanju granino stanje nosivosti GEO (vidi jo Simpson, 2007).



3. Eurokod 7 daje vrlo malo uputa za provjeru graninog stanja bone nosivosti pilota ili grupe pilota, pogotovo za primjenu PP2 u ovom posljednjem sluaju parcijalni koeficijenti otpornosti nisu eksplicitno ni navedeni! Jedan od mogudih razloga je taj to de granino stanje sloma tla pri bonoj nosivosti pilota (granino stanje nosivosti GEO) rijetko biti kritino. U vedini sluajeva, pogotovo kod duih pilota, prije de biti kritino granino stanje uporabivosti za tlo kombinirano s graninim stanjem nosivosti za tijelo pilota (STR). U toj situaciji moe dodi do djelominog poputanja tla blie povrini tla, ali ne i do njegovog globalnog sloma. Bona nosivost tla moe biti kritina kod debelih, krutih i vrlo kratkih pilota dominantno opteredenih na bono opteredenje (na primjer kod temelja zidova za zatitu od buke na prometnicama kod kojih je dominantno opteredenje ono kod jakog bonog vjetra. U tom i slinim sluajevima mogude je racionalno primijeniti PP3 i to bez koritenja parcijalnog faktora otpornosti (R = 1).

4. Iz razloga logike kompatibilnosti nije preporuljivo mijeanje proraunskih pristupa za istu geotehniku konstrukciju (na primjer, provjera osne nosivosti p PP2, a bone po PP3.

5. Eurokod 7 trai da se koriste samo one metode prorauna provjere graninih stanja koje su prole dovoljno uvjerljivu i dokumentiranu (objavljenu) praktinu provjeru (provjeru s mjerenjima na zvedenim ili probnim konstrukcijama). Hrvatski nacionalni dokument za primjenu Eurokoda 7 trai da se svaki primijenjeni proraun provjere graninih stanja primjereno referencira (navedu bibliografski podaci dokumenta lanka gdje je provedena njegova praktina provjera.


Eurokod 7 o ispitivanju pilota Pokus statikog opteredenja

Pokus, posebno vezano uz broj kaka opteredenja, treba voditi tako da se moe odrediti ponaanje pilota pri slijeganju (odnos opteredenja i slijeganja, puzanje i rasteredenje, granina nosivost). Preporua se postupak u skladu s ISSMFE (1985). Za vlano opteredene pilote pokus treba voditi do trenutka upanja pilota iz tla. Tlo u koje je pilot ugraen treba biti detaljno ispitano. Nain izvoenja 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 proraunskog opteredenja.

Za interpretaciju rezultata pokusa statikog opteredenja zanimljiv je i iroko prihvaden postupak kojeg je predloio Fleming (1992). Taj postupak omoguduje da se kao probni piloti ispitaju piloti izvedeni istom tehnologijom kao radni i iste duljine, ali manjeg promjera, to s a stanovita troka moe biti vrlo atraktivno.

Pokusi dinamikim udarom

Pokusi dinamikim udarom mogu se koristiti za procjenu tlane otpornosti pilota ako je su provedeni detaljni geotehniki istrani radovi, a metoda interpretacije je kalibrirana sa statikim pokusima na istoj vrsti pilota sline duljine i poprenog presjeka te u slinim uvjetima u tlu. Za provedbu pokusa preporua se ameriki standrd ASTM D 4945 (standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles).


Europske norme za izvoenje pilota

Projektiranje temelja na pilotima prema Eurokodu 7 uvjetovano je da de se piloti izvoditi po odgovarajudim europskim standardima. Za buene pilote to je HRN EN 1536: 1999 (Izvedba posebnih geotehnikih radova Bueni piloti). Za zabijane pilote to je HRN EN 12699:2000 (Izvedba posebnih geotehnikih radova Piloti s razmicanjem tla). Za mikropilote to je HRN E 14199:2005 (Izvedba posebnih geotehnikih radova Mikropiloti). Svaka od tih normi obrauje potrebne geotehnke istrane radove, uvjete na materijale i sredstva (s pozivom na druge europske i vjetske standarde), razmatranja vezana uz projektiranje pilota, izvoenje (pripremu gradilita, oprema i metode, itd), nadzor, monitoring i ispitivanje i dokumentiranje izvoenja.


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 fr 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. Gotechnique 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, 2224 September 2005. Taylor & Francis Group, London. Vol. 2, pp.

155177.

Poulos, H. G., Davis, E. H. (1980). Pile foundation analysis and design. John Wile

temeljenje piloti 1

Documents