Projektovanje konstrukcija fundiranih na šipovima sprovodi se u nekoliko faza, od kojih se posebno izdvajaju proračuni i ispitivanja nosivosti šipova. Proračuni nosivosti šipova baziraju se na primeni:
- analitičkih i numeričkih metoda za odgovarajuće parametre tla dobijene iz laboratorijskih ispitivanja,
- analitičkih metoda iz in–situ ispitivanja tla različitim tipovima testova penetracija,
- laboratorijskih modelskih ispitivanja šipova u interakciji sa tlom.
Sa druge strane, najpouzdaniji rezultati u određivanju nosivosti šipova dobijaju se primenom in‒situ ispitivanja šipova testom statičkog opterećenja (SLT ‒ Static Load Test) i testom dinamičkog opterećenja (DLT ‒ Dynamic Load Test). SLT se ispituju šipovi do geotehničkog loma ili čak do određenog nivoa opterećenja kada se, nakon toga, za procenu granične nosivosti, primenjuju metode hiperboličke ekstrapolacije. Ukoliko nije obezbeđeno merenje raspodele napona duž omotača šipa, faktički nemoguće je pouzdano odrediti procentualno učešća baze i omotača u ukupnoj nosivosti šipa. U ovom radu prikazani su rezultati ispitivanja dva šipa za potrebe izgradnje Vijadukta za brze pruge Novi Sad – Subotica. Cilj istraživanja je u utvrđivanju ponašanja šipova i raspodeli nosivosti po omotaču i bazi šipova.
SLT ISPITIVANJE ŠIPOVA
SLT ispitivanje je sprovedeno primenom reaktivnog sistema. U prvom slučaju testni i ankerni šipovi su iste dužine od 18m, dok je u drugom slučaju povećana dužina ankernih šipova na 30m, a zadržana je dužina testnog šipa od 18m. Svi šipovi su prečnika Ø120cm. Šipovi su izvedeni na relativno maloj udaljenosti, tako da se smatra da su geološki uslovi gotovo identični za oba šipa. Ispitivanje probnih šipova SLT na vertikalnu silu pritiska izvršeno je opitom u kome su kao potisno sredstvo upotrebljene dve hidraulične prese pojedinačnog kapaciteta 600t. Prese se odupiru o konstrukciju za odupiranje izgrađenu od čelične grede koja je armaturnim šipkama povezana sa dva reakciona šipa (slika 1). Armatura je sa gornje strane zavarena preko vertikalnih ploča i sistema ploča i ukrućenja, dok je sa donje strane zavarena za armaturu koja je usidrena u beton reakcionih šipova.
Slika 1. Reakcioni sistem koga čine reakciona greda ankerovana u dva šipa
Merenje sleganja ispitivanih šipova sprovedena su primenom četiri digitalna komparatera koji su bili povezani za dve referentne grede pod uglom od 90˚. Kontrolni sistem merenja testnih šipova, pomeranje ankernih šipova i deformacija referentnog sistema sproveden je geodetskim opažanjem nivelirom Leica. Pozicionirane su dve merne tačke na testnom šipu, po jedan reper na ankernim šipovima i po jedan reper na referentnim gredama. Radna sila po šipu iznosila je 5110kN, što je usvojeno kao 100% probnog opterećenja. Ispitivanja su sprovedena u dva ciklusa. U prvom ciklusu nanošenje opterećenja je izvršeno u 4 inkrementa od po 25% radne sile do dostizanja 100% probnog opterećenja, a zatim je šip rasterećen do 0kN u dva koraka. U drugom ciklusu predviđeno je nanošenje opterećenja u 8 inkrementa od po 25% radne sile do dostizanja 200% probnog opterećenja što iznosi 10220kN. Rasterećenje šipa do 0kN u drugom ciklusu izvršeno je u 4 koraka. Za granično stanje nosivosti šipa usvojen je kriterijum kada sleganje šipa dostigne vrednost u iznosu od 10% prečnika šipa.
U prvom testu prilikom održavanja konstantne vrednosti opterećenja od 6388kN (125% probnog opterećenja) nakon 50min došlo je do otkaza ankernog šipa A2 i izvlačenje šipa zabeleženo nivelirom iznosilo je 280mm. Sleganje testnog šipa je bilo progresivno bez dostizanja ravnog platoa priraštaja deformacija, odnosno bez ispunjenja uslova konsolidacije. Na slikama 2 i 3 i u tabeli 1 prikazani su rezultati SLT prvog testa.
Tabela 1. Rezultati ispitivanja testa 1 Slika 2. Sila-sleganje za test 1
Slika 3. Dijagrami sila-pomeranje ankernih šipova – test 1
U drugom testu povećana je dužina ankernih šipova, dok je zadržana ista dužina testnog šipa kao u prvom slučaju i tom prilikom testni šip je dostigao granično stanje na aksijalnu silu pritiska. Izvlačenje ankernih šipova je bilo približno ujednačeno. U drugom ciklusu testni šip je ostvario sleganje od 120mm prilikom nanošenja sile od 7665kN (150% probnog opterećenja), što je zadovoljilo kriterijum loma pa se može konstatovati da je ta sila ujedno i granična sila u šipu. Na slikama 4 i 5 i u tabeli 2 prikazani su rezultati SLT drugog testa. Razlika sleganja testnih šipova u prvom i drugom testu iznosi do maksimalno 20%.
Tabela 2. Rezultati ispitivanja testa 2 Slika 4. Sila-sleganje za test 2
Slika 5. Sila-pomeranje dijagram ankernih šipova – test 2
U prvom testu nije zadovoljen kriterijum od 10% kada se smatra da je dostignuto granično stanje šipa na dejstvo aksijalne sile pritiska, već je bilo ostvareno dovoljno veliko sleganje šipa za silu od 6388kN kada je test prekinut. U slučaju da je postajao kapacitet da se nanese još jedan inkrement, testni šip bi vrlo brzo ušao u fazu tečenja kada su deformacije konstante za isti nivo opterećenja. Kako je u prvom testu dostignuto granično stanje ankernog šipa na aksijalnu silu zatezanja za inkrement od 6388kN, možemo usvojiti za graničnu silu omotača šipa polovinu tog iznosa, odnosno 3200kN. Ukupna granična nosivost šipa na aksijalnu silu pritiska dostignuta je u drugom testu kada je ponovljeno ispitivanje sa povećanim dužinama ankernih šipova. Za ukupnu graničnu nosivost šipa usvaja se sila od 7700kN. Kada znamo graničnu nosivost omotača šipa na osnovu prvog testa, granična nosivost baze šipa bi onda iznosila 4500kN. Ako za faktor sigurnosti za bazu i omotač usvojimo vrednosti 3 i 2 respektivno, onda bi dozvoljena nosivost za bazu iznosila 1500kN, odnosno 1600kN za omotač, pa bi ukupna dozvoljena nosivost šipa iznosila 3100kN. Na osnovu sprovedene analize nosivosti i prikazanih rezultata ispitivanja, sleganje šipa za dozvoljenu nosivost iznosi 9mm, pri čemu je šip već ušao u nelinearnu oblast ponašanja.
PRORAČUN NOSIVOSTI IZ REZULTATA STATIČKE PENETRACIJE TLA (CPT)
Nakon prvog testa, sproveden je opit statičke penetracije (CPT – Cone Penetration Test) neposredno pored testnog šipa. Na osnovu dobijenih rezultata definisani su tipovi tla po slojevima, određeni na osnovu klasifikacije Robertson-a. U tabeli 3 prikazane su izdvojene geološke sredine sa parametrima za proračun nosivosti. Sproveden je proračun dozvoljne nosivosti šipa prema LPC-CPT metodi sa usvojenim faktorima sigurnosti za bazu 3 i za omotač 2. Granična nosivost šipa iznosi 7550kN, pri čemu je granična nosivost omotača 4400kN, dok je granična nosivost bazom 3150kN. Za usvojene faktore sigurnosti, dozvoljena nosivost šipa iznosi 3250kN.
Tabela 3. Izdvojene geološke sredine sa parametrima za proračun nosivosti
U radu je prikazan specifičan slučaj iz prakse terenskih ispitivanja nosivosti šipova na dejstvo aksijalne sile pritiska kada je došlo do otkaza ankernog i testnog šipa što je omogućilo određivanje granične nosivosti baze i omotača šipa. Kako rezultati ispitivanja nisu zadovoljili projektne kriterijume, izvršen je kontrolni CPT opit neposredno pored ispitanog šipa. Dobijene vrednosti dozvoljneih sila iz SLT i CPT opita su približne i razlika je manja od 7%. Iako otpor konusa u statičkoj penetraciji dostiže značajne vrednosti u zoni oko baze šipa, čest je slučaj da prilikom ispitivanja šip ne zadovolji projektne kriterijume. U praksi se pokazalo da je taj slučaj karakterističan za zasićene peskove. Zato je potrebno veliku pažnju posvetiti tehnologiji izvođenja šipa kako bi se izbegle sve potencijalne opasnosti koje bi dovele do hidrauličkog loma tla u bazi šipa i stvaranja zone mulja koja može značajno umanjiti nosivost šipa.
Link za više informacija:
Božović N., Ćosić M., Đoković K., Milićević R., Krstić M.: Pile Capacity Distribution Analysis of SLT with Reactive System, Geotechnical Aspects of Civil Engineering and Earthquake Engineering, Vrnjačka Banja, Serbia, 2023, pp. 282-288.