Slučaj sloma temeljnog tla – “Transcona grain elevator”
Kanadska tvrtka „Canadian Pacific Railway Company “ je 1913. godine završila je gradnju skladišta žita „Transcona grain elevator“ u okolici grada Winnipeg, Kanada. Skladište je izgrađeno u svrhu skladištenja žita s područja grada Winnipeg i šireg područja jer se grad nalazio na sjecištima puteva koji spajaju istočnu i zapadnu stranu Kanade pa se u njemu razvilo tržište žita, tada čak i jedno od najvećih u svijetu.
„Transcona grain elevator“ je armirano betonska konstrukcija koja se sastoji od strojarnice i skladišnog prostora za žito koje sadrži pet redova po 13 spremnika, ukupne zapremnine 36000 m3. Konstrukcija je temeljena na armirano betonskoj ploči dimenzija 23,50 m x 59,50 m, sa gornjom i donjom armiranobetonskom pločom debljine 60 cm između kojih se nalazi prostor za pražnjenje. Takva temeljna konstrukcija sa dvije ploče i poprečnim i uzdužnim ukrutama (zidovima) predstavlja vrlo krutu temeljnu konstrukciju.
Prije samog izvođenja radova, prema dostupnim podacima, nisu provedena detaljna geotehnička istraživanja. Taj podatak nije iznenađujuć obzirom na tadašnje znanje i iskustvo o geotehničkom inženjerstvu.
Iskopi za temelje započeli su 1911. godine. Pri iskopu se utvrdilo da se prvih 1,50 m tla sastoji od poprilično mekane gline, a ispod se nalazi relativno kruta glina koja je bila uobičajena za to područje i lokalno poznata pod nazivom „blue gumbo“.
Na 3,70 m dubine izvedeno je „in situ“ ispitivanje stišljivosti pločom (Plate load test), a interpretacija rezultata i tadašnje korelacije ukazivali su da temeljno tlo može prihvatiti ravnomjerno opterećenje od 400 kPa. Maksimalno naprezanje tla pri maksimalnom opterećenju se procijenilo da neće premašiti vrijednost od 300 kPa, stoga je proveden test bio zadovoljavajući.
Osim provedenih ispitivanja pretpostavilo se da tvrda glina „blue gumbo“ na mjestu izvođenja radova ima slične karakteristike i dubinu kao i na mjestima ostalih kompleksnih građevina koje su bile izgrađene u okolnom području.
Nakon što je konstrukcija izvedena, počelo je s punjenjem spremnika žitom koje se ravnomjerno rasporedilo po spremnicima. Nakon što su spremnici bili napunjeni do 87,5 %, uočena su velika slijeganja skladišne zgrade. Unutar jednog sata slijeganje se povećalo na 300 mm s nagibom prema zapadu. Unutar 24 sata slijeganje se nastavilo te je došlo do sloma temeljnog tla, a konstrukcija se nagnula oko 27° (Slika 2).
Neposredno nakon havarije izvedeno je nekoliko dubljih istražnih bušotina. Uzorci nisu laboratorijski testirani nego se klasifikacija tla obavila pomoću optičkog zapažanja. Zaključeno je se da se radi o jednoličnom sloju gline što je potvrdilo i prijašnje projektantske pretpostavke, ali i geološkoj građi šireg područja.
Peck i Bryant su 1951. godine izveli su dodatne istražne bušotine, uzeli su neporemećene uzorke tla te proveli triaksijalna ispitivanja – rezultati prikazani na slici (Slika 3).
Na slici je vidljivo da je tlačna čvrstoća u gornjim slojevima gline qu = 108 kPa (nedrenirana posmična čvrstoća cu = qu/2 = 54kPa), a u donjim slojevima se nalazi glina sa nižim parametrima čvrstoće (tlačna čvrstoća qu = 62 kPa, cu = 31 kPa).
Opterećenje ispod temeljne konstrukcije je zahvatilo donje slojeve mekše gline s nižim parametrima čvrstoće, a time je dokazano da je do sloma temeljnog tla došlo uslijed nedovoljne nosivosti tla ispod temeljne konstrukcije.
“Transcona grain elevator” je izgrađen u sličnim uvjetima kao i okolne građevine na širem području, sa sličnim opterećenjem ispod temeljne konstrukcije i sa sličnom geološkom građom. Ova je konstrukcija, za razliku od drugih sličnih konstrukcija, imala znatno šire temelje, a time je i utjecaj opterećenja na temeljno tlo bio znatno dublji.
Problem pri prvobitnim geotehničkim istražnim radovima je primjena neadekvatnih metoda dubinskih istraživanja – nisu izvedene duboke istražne bušotne te nije bilo podataka o dubljim (i lošijim) slojevima tla. Kružna ploča uređaja za ispitivanje nosivosti tla (PLT test) malog je promjera te ne može dati zadovoljavajuće rezultate na većim dubinama ispod kote temeljne ploče.
Inženjeri su se tada vodili pretpostavkom da je tlo homogeno s parametrima gornjih slojeva tvrde gline koji imaju znatno veću nosivost nego donji slojevi. Vođeni tom pretpostavkom, projektanti su proračunali dopušteno opterećenje od 321 kPa što je tada bilo više nego stvarno opterećenje konstrukcije. Međutim, opterećenje od konstrukcije ispod temelja je zahvatilo i donji, mekši sloj gline koji ima puno manju nosivost. Prema današnjim istraživanjima, uzimaju u obzir i donji sloj s nižim parametrima, dobiva se dopušteno opterećenje od svega 251 kPa što je niže od stvarnih opterećenja (291 kPa).
Zaključno, do sloma tla ne bi došlo da su provedena dublja istraživanja i da su tijekom projektiranja bili poznati parametri donjeg, lošijeg sloja gline. Stoga je važno pravilno odrediti pozicije i dubinu istražnih radova, osobito istražnih bušotina.
Nakon havarije, tvrtka „Foundation Company Limited“ je provela sanaciju objekta podupiranjem, postepeno se potkopavala temeljna ploče i izvodili se piloti, a objekt je podizačima vraćan u prvobitno stanje.
„Transcona grain elevator“ je 1970. godine kupljen od strane „Parrish & Heimbecker company“ i još danas postoji, i u funkciji je, pod nazivom „Parrish & Heimbecker Grain Elevator“ (Slika 5).
