07 - Plitki temelji

7. PLITKI TEMELJIPLITKIH 7.1. KLASIFIKACIJA PLITKIH TEMELJA Temelji, kao sastavni deo svake inenjerske konstrukcije, su najee podzemni elementi, koji imaju ulogu prenosa optereenja sa konstrukcije na tlo. Pravilnim projektovanjem temelja treba obezbediti predviene uslove oslanjanja konstrukcije, prenos optereenja u doputenim naprezanjima tla, te uz doputena sleganja i minimizaciju njihove neravnomernosti (neravnomerna sleganja oslonaca). Dubinu fundiranja (u odnosu na povrinu tla) treba birati u funkciji sastava i osobina zemljita na kom se konstrukcija fundira, tako da uslovi odgovaraju zahtevima sigurnosti protiv sloma u tlu, a sleganja su u prihvatljivim granicama. Takoe, dubinom fundiranja je neophodno prodrti u slojeve tla koji ne mrznu i nemaju velike promene vlanosti. U plitkom fundiranju, temelji mogu biti klasifikovani na (Sl. 249): pojedinane temelje temelje samce (projektuju se uobiajeno ispod jednog stuba), temeljne trake (ispod zidova), temeljne grede i temeljni rotilji (ispod niza stubova) i temeljne ploe (velika optereenja i/ili loe tlo).

Sl. 249. Vrste plitkih fundamenata: a) temelj samac; b) temeljna greda; c) temeljna traka; d) temeljna ploa.

NA 7.2. FAKTORI KOJI UTIU NA PROJEKTOVANJE Jedan od modela tla, najee korien prilikom odreivanja dimenzija kontaktne povri, za temelj optereen koncentrisanom silom u teitu daje jednakopodeljeno reaktivno optereenje tla. Ovo je, naravno, aproksimacija realnog stanja, kod kojeg oblik distribucije, kvalitativno, zavisi od vrste tla i odnosa krutosti temelja i tla. Tako, nekoherentnom tlu i/ili fleksibilnom temelju odgovaraju vee ordinate pritiska

207

Betonske konstrukcije radna verzija - 13. novembar 2010

u centralnom delu temelja, a, suprotno, vezanom tlu i/ili krutim (nedeformabilnim) temeljima odgovaraju maksimalne ordinate blie ivicama temelja (Sl. 250).

Sl. 250. Raspored kontaknog napona u zavisnosti od tipa tla i krutosti temelja: a) idealizacija; b) nekoherentno tlo (i/ili fleksibilan temelj); c) koherentno tlo (i/ili krut temelj)

Slino, kvalitativnu razliku prave i ekstremni sluajevi po pitanju krutosti tla, kako je pokazano na Sl. 251.

Sl. 251. Raspored kontaktnog napona u zavisnosti od krutosti temelja i tla

Uobiajeno je da se ove neravnomernosti naprezanja u kontaktnoj povri zanemaruju u praktinim inenjerskim proraunima, kako zbog nepouzdanosti pravilne procene raspodele u finkciji realnih uslova, tako i zbog relativno malog (i ne nuno nekonzervativnog) njihovog uticaja na veliinu uticaja merodavnih za dimenzionisanje temeljne konstrukcije. Posebno je to sluaj kod trakastih i temelja samaca. Ukoliko se na temeljnu konstrukciju prenosi ekscentrino optereenje temelj treba centrisati tako da se teite kontaktne povrine poklopi sa poloajem rezultantne, ekscentrine, vertikalne sile za stalno optereenje ili, alternativno, za stalno optereenje i deo povremenog optereenja (kvazi-stalno optereenje48). Centrisanjem je, dakle, obezbeena ravnomerna distribucija kontaktnih naprezanja u modelu koji neravnomernost naprezanja zanemaruje. Naini centrisanja e biti pokazani u okviru delova vezanih za pojedine vrste plitkih temelja, u nastavku. Kontrola naprezanja u kontaktnoj povri se sprovodi za najnepovoljniju kombinaciju

eksploatacionih optereenja, a cilj je obezbediti da maksimalna naprezanja ne prevazilaze doputene napone u tlu. Pri tome, u prenosu optereenja na tlo moe uestvovati samo onaj deo kontaktne povrine koji je pritisnut (na spoju temelj-tlo se ne

48

Izraz je preuzet iz Evrokod normi (quasi-permanent). Ovo podrazumeva kombinaciju sta-

lnog optereenja i dela povremenog optereenja za koji je realno oekivati da je uvek apliciran na konstrukciju. Iako domai propisi ne poznaju konkretan termin, ovaj princip im nije stran.208

7. Plitki temelji

prenose naponi zatezanja). Izuzetno, za pojedina kombinacije optereenja (seizmike), doputa se prekoraenje doputenih napona u ogranienom procentu (20%) na ivicama kontaktne povrine. Armiranobetonski temelj ne moe biti izveden neposredno na tlu, nego je neophodno prethodno izvesti tampon sloj od nearmiranog betona debljine 5 do 10cm (Sl. 252a). Njegova uloga je da obezbedi ravnu povrinu za postavljanje armature i time joj obezbedi mogunost postavljanja u projektovani poloaj, ie mogunost odravanja istom, ali i da sprei da tlo upije vodu iz svee betonske mase temelja, prilikom betoniranja. esto uslovi tla nalau potrebu izvoenja tamponskog sloja od ljunka ispod temelja u cilju ubrzavanja procesa konsolidacije. Ni tada betonski tamponski sloj ne sme izostati (Sl. 252b). Zatitni sloj betona do armature je preporuljivo usvojiti veim od minimalno propisanih, obino oko 4 do 5cm (Sl. 252c).

Sl. 252. Tampon slojevi ispod temelja i zatitni sloj betona

TEMELJIDEALIZACIJA 7.3. INTERAKCIJA TEMELJ-TLO I IDEALIZACIJA TLA Osnovna pretpostavka prorauna temeljnih konstrukcija je da postoji poklapanje deformacija temelja i tla u nivou njihovog spoja. Ovim je raspodela reaktivnog optereenja tla funkcija ne samo elastinih i plastinih osobina tla, nego i (ve reeno) osobina temeljne konstrukcije, ali, u optijem sluaju, i osobina gornje, temeljene, konstrukcije. Dalje, ovo znai i da deformacija tla izaziva promenu uticaja u elementima statiki neodreenih gornjih konstrukcija interakcija konstrukcija-tlo. Ovo upuuje na tretman tla kao jednog od konstruktivnih elemenata prilikom prorauna uticaja koji pretenduje na veu tanost, a upojedinim situacijama moe biti od velikog uticaja. Klasian nain prorauna konstrukcija je redovno podrazumevao dekompoziciju konstrukcije objekta na gornji deo i temelje. Gornja konstrukcija bi bila analizirana uz pretpostavku nepokretnog oslanjanja odgovarajue vrste, a reakcije koje odgovaraju ovom sistemu bi, u nezavisnoj analizi (na drgom statikom sistemu), bile aplicirane kao optereenje na temeljnu konstrukciju na tlu, koje je moglo biti modelirano razliitim modelima. Na ovaj nain je izgubljen povratni uticaj tla na konstrukciju (zanemarena je interakcija temelj-tlo). Eventualno, registrovana sleganja su, u drugoj iteraciji, mogla biti razmatrana kao sluaj optereenja gornje konstrukcije (optereenje pomeranjem oslonaca). Danas, raunarska tehnika i razvijenost i dostupnost specijalizovanih softvera omoguuju da se konstrukcija objekta modelira i

209


analizira u celini koja obuhvata i temeljnu konstrukciju i uticaj tla. Zbog komfora koji ovakva analiza obezbeuje, ovo je danas i dominantni nain prorauna. Kako god da je proraun organizovan, uticaj tla, koji se manifestuje distribucijom kontaktnih naprezanja, se odreuje usvajanjem modela tla idealizacije tla. Zavisno od stepena idealizacije (precizniji modeli se ne odlikuju jednostavnou, kako to uvek biva), uobiajeno korieni modeli tla mogu biti klasifikovani na: model kojim se pretpostavlja linearna distribucija kontaktnog naprezanja, Vinklerova podloga ili elastini i izotropni homogeni poluprostor. 7.3.1. PROMENA NAPREZANJA LINEARNA PROMENA KONTAKTNOG NAPREZANJA

Ovo je jo uvek najee korien model u praktinim proraunima, a njegova primena se moe opravdati u sluaju temelja velikih krutosti ili za tla loih deformacijskih karakteristika (deformabilna, meka, tla). Usvajanjem linearnog zakona promene nije iskoriena ni jedna od mehanikih karakteristika samog tla sva tla su ravnopravna i rezultuju istom distribucijom. Ako je, izvesno, jednostavnost modela prednost, onda poslednja konstatacija jasno ukazuje na manjkavosti i vrlo ogranieno podruje primene. 7.3.2. VINKLEROV (WINKLER) MODEL TLA

Ovim modelom, tlo se tretira kao elastina podloga, a zasniva se na proporcionalnosti izmeu pritisaka (q) i sleganja (y) u svakoj taki kontaktne povrine:

q = k y . ............................................................................................ (7.1)Veliina k se naziva koeficijent krutosti podloge i izraava se u jedinicama kN/m2/m (po metru kvadratnom povrine, po metru pomeranja). Dakle, ovim modelom, tlo je predstavljeno jednim parametrom (koeficijentom krutosti podloge), zbog ega je Vinklerov model jednoparametarski model tla.

Sl. 253. Vinklerov model tla

Podloga se moe prikazati u vidu modela u kome je tlo zamenjeno beskonanom serijom elastinih meusobno nezavisnih opruga (Sl. 253a). Pritisak u nekoj taki je posledica sleganja samo te take, nema trenja u kontaktnoj povri, a, u ovom obliku, oprugama je mogue preneti i zatezanje i pritisak. Na Sl. 253b prikazano je optereenje temeljnog nosaa i reaktivno optereenje tla. Zbog uticaja krutosti samog temelja, dva dijagrama se meusobno razlikuju. Iako je za pojedine sluajeve Vinklerovo model mogue koristiti i u analitikom obliku, reavanjem diferencijalne jednaine etvrtog reda po ugibu temelja, u praksi se koristi diskretizovan model, u210

7. Plitki temelji

kojem se opruge (konani broj opruga) ispod temelja modeliraju na relativnom malom rastojanju (Sl. 254).

Sl. 254. Diskretizovan model

Sl. 255. Temeljna greda na Vinklerovoj podlozi

Sada svakoj opruzi odgovara pripadajua povrina do pripadajuih povrina susednih opruga, a krutost opruge (u kN/m) postaje proizvod koeficijenta podloge i pripadajue povrine opruge.Okvir 6 Koeficijent krutosti podloge (modul reakcije)

Ovaj koeficijent, kako je reeno, predstavlja odnos povrinskog optereenja i sleganja i moe da se odredi opitom ploom:

k = q / , q = P/ A

Sama (stvarna) zavisnost q() nije linearna, pa tako ni nagib (modul reakcije), a zavisna je od povrine apliciranog optereenja. Kako je znaajno, pri merenju, obezbediti konstantan ugib ploe, ispitivanja se rade sa relativno malim povrinama.

Uz oigledne prednosti koje ima u odnosu na linearnu distribuciju napona, Vinklerov model ima i znaajne nedostatke, kojim je i njegova primena limitirana u obimu i tanosti. Tako, pritisak u nekoj taki kontaktne povrine nije funkcija samo sleganja te take, a tlo se ne slee samo ispod temelja, nego i izvan njega. Takoe, u kontaktnoj povrini nije mogue preneti napone zatezanja, to ovaj model omoguava. Konano, koeficijent krutosti (povrinsko optereenje koja rezultuje jedininim sle211


ganjem) nije konstanta tla, nego je zavisan od oblika i veliine kontaktne povri bloka kojim se odreuje. Vrednosti prikazane narednom tabelom ukazuju na vrlo iroke intervale moguih vrednosti za pojedine vrste tla (Sl. 256, Okvir 6). Ipak, i pored ovih, vrlo krupnih nedostataka, u odsustvu dovoljno jednostavnih za primenu alternativa, Vinklerov model, jedno vreme praktino naputen, se pokazao izuzetno pogodnim u sklopu raunarskih aplikacija za strukturalnu analizu, gde danas figurie kao neka vrsta standarda, kada je o uobiajenim objektima viskogradnje re. Njegovom primenom omogueno je obuhvatanje interakcije temelj-tlo proraunom jednog statikog modela konstrukcije. Kao nadgradnja, jedan od nedostataka postupka prijem zatezanja je mogue neutralisati (ak automatizmom) iterativnom analizom u kojoj se, u narednoj iteraciji, ukidaju zategnute opruge.

Sl. 256. Preporuene vrednosti koeficijenta krutosti podloge (modul reakcije tla) [20]

7.3.3.

MODEL ELASTINOG IZOTROPNOG HOMOGENOG POLUPROSTORA IZOTROPNOG POLUPROSTORA

Tlo predstavljeno kao elastini poluprostor je dvoparametarski modelirano vrsta tla je odreena dvema njegovim fizikim karakteristikama: modulom deformacije i Poasson-ovim koeficijentom. Raspodela napona na tlo je, uz poznate parametre tla, odreena kompatibilnou deformacija. Za tana reenja ovog problema potrebano je upotrebiti komplikovan matematiki aparat, pa je njegova primena limitirana i opravdana samo kod izuzetnih konstrukcija, kod kojih je od velikog znaaja realnost rezultata koje obezbeuje. Ipak, treba dodati i da je primena ovakvih pretpostavki samo vrlo gruba aproksimacija realnog ponaanja tla, te da je primena teorije elastinosti za opisivanje ponaanja tla vrlo upitne opravdanosti. Sa druge strane, ukoliko se jednom naneto optereenje na tlo ne uklanja, onda osobine elastinosti i ne moraju biti od interesa, a upitnim ostaje samo deo o linearnosti/nelinearnosti zavisnosti naprezanja i deformacija. Savremenim softverom za strukturalnu analizu, uslove oslanjanja konstrukcije na ovakvu podlogu, i interakciju konstrukcija-tlo je mogue obuhvatiti modeliranjem tla zapreminskim konanim elementima odgovarajuih karakteristika i u dovoljnoj dubini/irini.

212

7. Plitki temelji

7.4. TEMELJI SAMCI Pojedinani temelji ispod stubova se nazivaju samcima. Najee se projektuju i izvode kvadratnih ili pravougaonih osnova (kontaktnih povrina). Kvadratne osnove su optimalne u situacijama kada se temeljem samcem prenosi centrino vertikalno optereenje. Ukoliko je optereenje ekscentrino ili ukoliko postoje prostorna ogranienja kojima je onemogueno izvoenje kvadratnog temelja, rade se pravougaone osnove. Najee korieni oblici temelja samaca su dati na Sl. 257. Najjednostavniji oblik podrazumeva punu plou konstantne debljine. Stepenastim i piramidalnim oblikom se postie uteda u materijalu, ali i komplikuje izvoenje (posebno u piramidalnom sluaju, kada je neophodna i gornja oplata).

Sl. 257. Najei oblici temelja samaca

Sl. 258. Linearna promena napona u kontaktnoj povrini

Raspodela napona, prilikom kontrole naprezanja tla, se redovno pretpostavlja linearno promenljivom. Naelno, za jednoosno savijane temelje je (Sl. 258a):

max/ min = V F

M , ............................................................................ (7.2) W

ali pod uslovom da minimalni naponi ostaju na strani pritiska. Ukoliko to nije sluaj, potrebno je odrediti aktivni deo povrine i, saglasno tome, strmiju promenu napona, te vee maksimalne vrednosti, prema Sl. 258b. U situacijama kada je temelj dvoosno savijan (opti sluaj) raspodela napona je linearna u svakom od pravaca, ali je ravan napona, u optem sluaju, vitoperna povr (Sl. 258c):

213


= V F

My Mx y x . .................................................................. (7.3) Ix Iy

Poznate vrednosti doputenih naprezanja tla, uz usvojen odnos dimenzija stranica pravougaonika, jednoznano odreuje potrebne dimenzije temelja. Uobiajeno je usvajanje pravougaonih osnova sa odnosom stranica do 1.5. U statikom pogledu, temelj samac je konzolna ploa oslonjena na jedan stub i optereena reaktivnim optereenjem, koje obezbeuje ravnoteu (Sl. 259a). Posledica optereenja su uticaji prema kojima se ovi dimenzioniu. Merodavne vrednosti (za dimenzionisanje) momenata savijanja su one neposredno uz ivicu stuba (Sl. 259b).

Sl. 259. Temelji samci: a) ravnoteni sistem aktivnog i reaktivnog optereenja; b) preseci merodavni za dimenzionisanje; c) poprena raspodela momenta savijanja

Sl. 260. Dimenzionisanje temelja samca i proguenje armature

Realno, momenti savijanja nisu, po irini, konstantni (Sl. 259c), nego su vei u zoni stuba, a padaju u vrednosti ka ivicama temelja. Dimenzionisanje moe biti sprovedeno priblinim proraunom pravougaonih preseka I-I i II-II, ija irina odgovara dimenzijama temelja, a napadnuti su momentom savijanja konzolne ploe optereene reaktivnim optereenjem. Na ovaj nain, rafirana povrina se obraunava dva puta, zbog ega su i rezultati dimenzionisanja na strani sigurnosti. Odreena armatura, uvaavajui realnu raspodelu momenta savijanja po irini, valja biti rasporeena gue u sredinjem delu, u zoni stuba, u oba pravca. Tako, preporuuje se da se polovina ukupne potrebe armature jednog pravca nae unutar sredinje etvrtine ili treine irine temelja. Temelji samci podleu proraunu glavnih napona zatezanja kontrolom probijanja, u svemu prema postupku predstavljenom u poglavlju o peurkastim ploama, gde su osnovne geometrijske veliine obeleene na Sl. 261.

214

7. Plitki temelji

Sl. 261. Geometrijske veliine potrebne za kontrolu probijanja temeljne stope

Temeljne stope su po pravilu zategnute u donjoj zoni, zbog ega se i armiraju donjom armaturom. Retko, na primer kada se usled velikih momenata savijanja u dnu stuba javlja neaktivan (zategnut) deo kontaktne povri, moe se javiti potreba za armaturom u gornjoj zoni. ak i ako to nije sluaj, temeljne stope vee visine je poeljno armirati i u gornjoj zoni lakom konstruktivnom armaturom za potrebe prihvata napona zatezanja izazvanih skupljanjem betona (Sl. 262a). Osim toga, u gornjoj zoni se moe javiti potreba za horizontalnom armaturom dva pravca za potrebe prijema napona cepanja izazvanih koncentrisanim dejstvom iz stuba, saglasno opisanom postupku kontrole i obezbeenja lokalnih napona. Armaturni ankeri iz stuba se, oblikovanjem kao na Sl. 262b, mogu iskoristiti kao deo armature temelja.

Sl. 262. Armiranje temeljne stope i u gornjoj zoni i ankeri stuba

Temelji samci se mogu projektovati i specijalnih oblika, esto orebreni u cilju utede u materijalu ili u obliku ljuski, to je samo ilustrativno prikazano na Sl. 263.

Sl. 263. Temelji specijalnih oblika

7.5. TEMELJNE TRAKE Temeljne trake (trakasti temelji) se projektuju ispod zidova. Uobiajeno se projektuju preseka prikazanih na Sl. 264, priemu se irina trake odreuje iz uslova ogranienosti maksimalnih naprezanja tla, kako je to pokazano u sluaju temelja samaca (7.2), pri emu se za irinu usvaja jedinina (1m).215


Opereenje trakastih temelja zidom (od opeke, kamene, betona) je, redovno, blago promenljivo i direktno uravnoteeno reaktivnim, posmatrano po duini trake. Otud, uticaji u podunom pravcu mogu biti zanemareni prilikom dimenzionisanja, a svakako pokriveni konstruktivnim armiranjem u podunom pravcu. Trake, ire od irine zida, zato, glavne uticaje dobijaju u poprenom pravcu, gde se ispusti ploe nalaze u konzolnim uslovima rada (Sl. 265). Glavna armatura je u donjoj zoni i poprenog je pravca, a njena potrebna koliina se odreuje dimenzionisanjem pravougaonog preseka jedinine irine (1m) prema graninim momentima koje izaziva reaktivno optereenje, prema Sl. 265, zavisno od toga da li postoji kruta veza zida i temelja ili ne. U podunom pravcu neophodno je projektovati podeonu armaturu ovako odreenoj glavnoj, saglasno ranije datim uputstvima za ploe koje optereenje prenose u jednom pravcu.

Sl. 264. Uobiajeni preseci trakastih temelja

Sl. 265. Momenti savijanja u poprenom pravcu trake

Sl. 266. Kosa armatura za prijem glavnih napona zatezanja

Osim efektima izazvanim momentima savijanja, u poprenom pravcu, usled transverzalnih sila, moe se javiti potreba za obezbeenjem glavnih napona zatezanja. Otud se moe javiti potreba za kosom armaturom, koja moe biti formirana povijanjem glavne poprene armature na nain prikazan na Sl. 266.

216

7. Plitki temelji

Sl. 267. Tretman dela temeljne trake iznad otvora

Ipak, u situacijama kada postoji otvor u zidu koji se oslanja na traku, deo trake ispod otvora, optereen sada samo reaktivnim optereenjem, se nalazi u stanju podunog savijanja, zbog ega se, u ovom delu, traka dimenzionie i armira poput temeljne grede (kontragrede), prema Sl. 267. ROTILJI 7.6. TEMELJNE GREDE I ROTILJI esto se javlja potreba da se za vie stubova u nizu projektuje zajedniki temelj. Razlozi ove potrebe mogu biti u relativno maloj nosivosti tla i velikim dimenzijama temelja samaca ili u sluaju kada bi temelj samac krajnjeg stuba iziao izvan doputenih gabarita. Takoe, temeljna greda se, umesto samaca, moe projektovati sa ciljem ujednaavanja potencijalnih neravnomernih sleganja, u situacijama kada ili postoji realna opasnost da do ovih doe ili kada je gornja konstrukcija u viskoj meri osetljiva na neravnomernost pomeranja oslonaca. Uobiajeno, temeljne grede (kolokvijalno, kontra-grede) se projektuju pravougaonih ili T-oblika poprenih preseka (Sl. 268). irina rebra je za 5-10cm vea od irine stubova, ime se obezbeuje oslonac za oplatu stuba. Zbog potrebe zadovoljenja doputenih naprezanja tla, temeljne grede obino u donjem delu se projektuju konzolno proirene (obrnuti T-presek).

Sl. 268. Uobiajeni popreni preseci temeljnih greda

U podunom profilu, grede mogu biti projektovane konstantne ili promenljive visine, kada se izvode sa vutama (Sl. 269), a u odnosu na krajnje stubove su preputene, ime se poveava kontaktna povrina (smanjuju naprezanja tla). Osim toga, pogodan izbor duina prepusta moe za posledicu da ima ravnomerniji raspored naprezanja na kontaktu.217


Sl. 269. Prepusti temeljne grede

Sl. 270. Neke mogunosti oblikovanja kontaktne povri

Raspored reaktivnog optereenja ispod grede je, u optem sluaju, neodreen i zavisan od naponsko-deformacijskih karakteristika tla, krutosti same grede, ali i gornje konstrukcije. Proraunski, distribucija reaktivnog optereenja je odreena usvojenim modelom ponaanja (idealizacijom) tla. U sluaju krutih temeljnih greda i/ili loih deformacijskih karakteristika tla, u praktinim proraunima moe biti usvojena gruba aproksimacija kojom se pretpostavlja linearna distribucija reakcije. Tada, izborom veliine prepusta moe biti obezbeena njena ravnomerna raspodela po duini grede, za stalno ili kvazi-stalno optereenje. Dodatno, ravnomernost raspodele je mogue postii i konstruisanjem kontaktne povrine promenljive irine, kontinualno ili skokovito (Sl. 270). Ipak, za preporuku je primena sloenijih modela tla od navedenog - konkretno, Vinklerova podloga. Ovim se gredni linijski element grede (ili povrinski element stope) oslanja na diskretni niz opruga (Sl. 271), ija krutost je odreena konkretnim uslovima tla, preko koeficijenta krutosti podloge. Zbog irokih opsega u kojima se nepouzdan podatak modula reakcije tla moe nai49 (Sl. 256), za preporuku je dvostruki proraun sa minimalnim i maksimalnim vrednostima opsega, u oba sluaja

49

Ovaj podatak najee nije sastavni deo geomehanikih elaborata koji prethode projekto-

vanju bilo kog graevinskog objekta.218

7. Plitki temelji

konzervativno postavljenih. Ve je reeno da je ovim modelom tla omogueno relativno jednostavno obuhvatanje interakcije konstrukcija-temelj-tlo, putem jedinstvenog modela celokupne strukture. Naravno, primena sloenijih modela tla je dobrodola sa stanovita tanosti, ali ne i jednostavnosti primene.

Sl. 271. Primena Vinklerovog modela tla

Uticaj sveobuhvatne interakcije na relaciji konstrukcija-temelj-tlo moe biti analizirana na sledea dva ekstremna primera, kvalitativno. U sluaju krutih temeljnih nosaa, a fleksibilnih konstrukcija, deformacija temelja ne izaziva znaajne preraspodele uticaja u elementima gornje konstrukcije, pa time ni normalnih sila u stubovima. Tada gornja konstrukcija moe biti tretirana nezavisnim modelom, nepokretno (u vertikalnom smislu) oslonjena. Reakcije oslonaca su, sada, optereenje modela koji ukljuuje samo temelj i tlo, a iz uslova ravnotee, usvajajui neku od pomenutih idealizacija tla, mogue je odrediti uticaje u temeljnoj gredi, na statiki odreenom sistemu. Dijagrami momenata savijanja mogu, na primer, imati oblik poput onih prikazanih na Sl. 272a. U drugom ekstremu (Sl. 272b), posmatrajmo sluaj kada je gornja konstrukcija velike krutosti (nedeformabilnosti) u odnosu na temeljnu. Sada deformacija temelja nije nezavisna od gornje konstrukcije, to moe rezultovati znaajnom preraspodelom, izmeu ostalog, i sila koje se stubovima prenose na kontragredu. Temeljna greda se sada nalazi u uslovima u kojima je, zbog nedeformabilnosti gornje konstrukcije, nepokretno oslonjena na mestima stubova, a napadnuta sa druge strane reaktivnim optereenjem. Ili, greda je u statiki neodreenom sistemu kontinualnog nosaa, zbog ega i dijagrami momenata imaju oblik koji ovom sistemu odgovara. Dodatno, u ovom sluaju se postavlja pitanje odreivanja reaktivnog optereenja, budui da je, bez obzira na usvojeni model tla, zavisno od preraspodele uticaja u gornjoj konstrukciji. Zato, dekompozicija na gornji i donji sistem nije prihvatljive tanosti, nego se implicira potreba formiranja jedinstvenog modela. Dalje, preporuke ne idu na stranu korienja linearne distribucije (Sl. 272c).

219


Sl. 272. Ekstremni sluajevi odnosa krutosti temeljne i gornje konstrukcije

Zbog nepouzdanosti odreivanja distribucije naprezanja u kontaktu temelj-tlo, te zbog realnih uslova koji se uvek nalaze izmeu dva predstavljena ekstremna, praktinim proraunom se preporuuje dati dodatnu sigurnost na nain da se momenti u poljima kontra-greda odrede kao aritmetika sredina dva ekstrema, a da se za merodavne momente nad osloncima usvoje vei oni proistekli iz statiki neodreenog sistema, najee (Sl. 273).

Sl. 273. Usvajanje merodavnih momenata za dimenzionisanje grede

Nakon to su poznati uticaji, temeljne grede se u podunom pravcu dimenzioniu i armiraju poput kontinualnih greda, prema liniji zateuih sila. Zaprijem glavnih napona zatezanja, uz uzengije, mogu biti koriena i kosa gvoa, kada se armatura polja, pri krajevima, povija u donju zonu (Sl. 274). Alternativno, dve zone mogu biti nezavisno armirane, to je redovno sluaj kod greda velikih visina. Glavni naponi zatezanja se tada poveravaju uzengijama, ako za njihovim obezbeenjem uopte postoji potreba (Sl. 275). Ispusti u poprenom pravcu moraju biti armirani poprenom armaturom, a u ti svrhu mogu biti iskoriene uzengije grede (Sl. 274).

Sl. 274. Armiranje kontra-grede povijanjem ipki

Sl. 275. Nezavisno armiranje gornje i donje zone kontra-grede

Uz ivicu objekta, kada je gabaritima spreeno simetrino oblikovanje temeljne grede ili trake, te kada bi iste bile optereene sa velikim ekscentricitetom, praktina

220

7. Plitki temelji

mera kojom se predupreuju ovi nepovoljni uslovi, uz krutu vezu stub-greda, odnosno zid-traka, moe biti popreno povezivanje greda/traka ukruenjima (Sl. 276).

Sl. 276. Povezivanje temeljnih greda ili traka poprenim ukruenjima

U situacijama kada se stubovi prostiru u dva pravca u priblino kvadratnom rasteru, i temeljne grede se mogu pruati u dva ortogonalna pravca formirajui temeljni rotilj greda (Sl. 277). Ovim se obezbeuje velika kontaktna povrina i dobra povezanost konstrukcije u temeljnom nivou, u dva ortogonalna pravca.

Sl. 277. Temeljni rotilj

Proraun uticaja u temeljnim rotiljima odgovara iznetom za gredne rotilje, te za temeljne grede. 7.7. TEMELJNE PLOE U situacijama fundiranja na tlu male ili nedovoljne nosivosti za primenu nekog od pomenutih vrsta plitkog fundiranja, mogu se projektovati temeljne ploe, kojima se maksimizira veliina kontaktne povri i, time, smanjuju naprezanja tla. Osim toga, primena ploa je pogodna u situacijama fundiranja ispod nivoa podzemnih voda, ali i kada je od interesa umanjiti neravnomernost sleganja pojedinih delova osnove objekta, bilo zbog vee deformabilnosti tla, bilo zbog znaajnog uticaja neravnomernih sleganja na preraspodelu uticaja u gornjoj konstrukciji. U pojedinim sluajevima, temeljna ploa moe predstavljati racionalnije reenje u poreenju sa ostalima, ne samo po pitanju jednostavnosti izvoenja, nego i utroka materijala. Tako, temeljne ploe se najee projektuju ispod viespratnih zgrada, silosa, tornjeva, rezervoara, objekata sa dubokim podrumima... Oblik osnove je diktiran osno221


vom objekta, u odnosu na koju temeljna ploa moe dobiti relativno male50 prepuste. Najee su pravougaone i krune.

Sl. 278. Puna temeljna ploa ojaana piramidalnim kapitelima i kapitelima konst. debljine

Po pravilu visok nivo reaktivnog optereenja je uzrok potrebi za relativno velikim debljinama temeljnih ploa, saglasno rasteru stubova ili zidova koji se na nju oslanjaju. Osim efekata savijanja, probijanje temeljne ploe moe biti merodavno za usvajanje debljine. Tada je bolje reenje plou ojaati kapitelima ili gredama. Ploa ojaana kapitelima (Sl. 278) se proraunava, dimenzionie i armira saglasno uputstvima i pravilima kojima podleu peurkaste tavanice, ovog puta kontra optereene i oslonjene. Ukoliko naponi probijanja to dozvoljavaju, kapiteli mogu da izostanu, a temeljna ploa da dobije tretman ploe oslonjene direktno na stubove. Pitanje distribucije reaktivnog optereenja je, u sluaju ploa, od vee vanosti nego kod prethodnih vrsta plitkih temelja. Pretpostavka o linearnoj distribuciji moe biti opravdana samo u sluaju manjih ploa velike ralativne krutosti (vee debljine, manji rasponi) i/ili deformabilnog tla. Ipak, preporuka je uvek koristiti sloenije idealizacije tla (Vinklerova podloga ili homogeni elastini poluprostor). Na Sl. 284 prikazane su, kvalitativno, distribucije osnovnih statikih veliina u temeljnoj ploi u funkciji deformabilnosti tla. Osim peurkastog sistema, temeljna ploa moe biti izvedena manje debljine, ali ojaana (orebrena) gredama jednog ili dva ortogonalna pravca pruanja (Sl. 279). Ovo je posebno pogodno u situacijama kada su stubovi pravilno rasporeeni u dva ortogonalna pravca, obrazujui kvadratne ili pravougaone rastere. Jasno, temeljna ploa proraunski postaje ekvivalent punoj armiranobetonskoj ploi koja optereenje prenosi u jednom ili dva (krstasto-armirana) pravca.

50

Preputeni delovi su konzole, a optereeni visokim intenzitetima reaktivnog optereenja.

222

7. Plitki temelji

Sl. 279. Temeljne ploe ojaane gredama jednog ili dva pravca

Grede se obino projektuju sa gornje strane ploe, ostavljajui kontaktnu povr ravnom (Sl. 279). Ree, zbog problema sa postavljanjem i trajnou hidroizolacije, grede mogu biti projektovane i sa donje strane ploe, obezbeujui ravnu gornju povrinu - pod (Sl. 280). Ravan pod unutar objekta se, kod ploa kod kojih su grede sa gornje strane, obezbeuje ispunjavanjem prostora izmeu greda - kaseta nasipom, te izvoenjem plivajue podne ploe (u tu svrhu mogu biti iskoriene i montane ploe) (Sl. 281a-dole). Alternativno, ceo prostor se, do gornje ivice greda, moe ispuniti nabijenim betonom (Sl. 281a-gore). Konano, podna ploa moe biti monolitno vezana sa gredama obezbeujui na taj nain temeljnoj konstrukciji veliku savojnu krutost (Sl. 281b).

Sl. 280. Ploa ojaana gredama sa donje strane

Sl. 281. Varijantna reenja poda

Ispod objekata krune osnove, poput silosa, rezervoara ili vodotornjeva, kao temeljna konstrukcija se najee koristi kruna ili prstenasta ploa, konstantne ili promenljive visine. Proraun odgovara ranije datim uputstvima.

223


Sl. 282. Kruna i prstenasta temeljna ploa

Temeljne ploe se, zbog velikih povrina i debljina koje omoguavaju reanje armature u vie redova, vrlo esto armiraju zavarenim armaturnim mreama. Shematski, princip armiranja je dat na Sl. 283.

Sl. 283. Armiranje temeljne ploe zavarenim armaturnim mreama

Sl. 284. Raspodela uticaja u temeljnoj ploi

224

Documents

07 - Plitki temelji