Zasady projektowania fundamentów

Podstawy fundamentów mają zazwyczaj kształt prostokąta szerokości B (wymiar

krótszego boku) i długości L (wymiar dłuższego boku). Wypadkowa obciążeń fundamentu

przekazywanych na podłoże jest na ogół - w stosunku do środka podstawy - przyłożona

osiowo (w środku ciężkości podstawy) lub mimośrodowo, jednak na jednej z osi głównych

podstawy

Wymiary podstaw fundamentów dobiera się, uwzględniając następujące założenia:

- rozkład obliczeniowego obciążenia jednostkowego w poziomie podstawy fundamentu

przyjmuje się liniowy; nie uwzględnia się przy tym sił rozciągających między podłożem i

podstawą fundamentu;

- wypadkowa sił od obliczeniowej wartości obciążeń stałych i zmiennych długotrwałych

nie powinna działać poza rdzeniem podstawy fundamentu;

- wypadkowa sił od obliczeniowej wartości wszystkich obciążeń może działać poza

rdzeniem podstawy fundamentu, ale zasięg „szczeliny" C" między podłożem i podstawą

fundamentu nie może być większy niż L/4.

Obliczenia statyczne fundamentów bezpośrednich wykonuje się wg dwóch grup stanów

granicznych:

- nośności (I stan graniczny) - ze względu na nośność (stateczność) podłoża gruntowego,

- użytkowania (II stan graniczny) - ze względu na przemieszczenia (osiadania) podłoża

gruntowego i konstrukcji obiektu budowlanego.

Sprawdzenie I stanu granicznego, które wykonuje się w każdej sytuacji projektowej,
polega na spełnieniu warunku obliczeniowego

P

r

< m Q

f

,

(5-1)

w którym:

P

r

, - obliczeniowa wartość obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże

gruntowe,

m - współczynnik korekcyjny wg PN-81/B-03020,
Q

f

- obliczeniowy opór graniczny podłoża gruntowego przeciwdziałający obciążeniu N

r

,

wyznaczony wg PN-81/B-03020.

W prostych przypadkach posadowienia, tzn. gdy:

- w najniekorzystniejszym układzie obciążeń ich składowa pozioma nie jest większa niż

10% składowej pionowej,

- obiekt budowlany nie jest usytuowany na zboczu lub w jego pobliżu,

- obok obiektu budowlanego nie są przewidziane wykopy lub dodatkowe obciążenia (np.

składowiska), mogące naruszyć stateczność podłoża gruntowego,

- mimośród obciążenia e

L

≤ 0,035L (w wypadku ław e

B

≤ 0,035B; B - szerokość ławy),

stan graniczny nośności sprawdza się wg wzorów:

q

rs

≤ mq

f

oraz

q

rmax

≤ 1,2 mq

f

,

(5-2)

w których:

q

r

s

- średnia wartość obliczeniowa obciążenia jednostkowego podłoża pod
fundamentem,

q

rmax

- największa wartość obliczeniowa obciążenia jednostkowego podłoża pod

fundamentem,

q

f

- obliczeniowy opór jednostkowy jednowarstwowego podłoża pod fundamentem,

m

- współczynnik korekcyjny.

W wypadku zastosowania niżej podanego sposobu wyznaczenia

q

f

według wzoru (5-3)

przyjmuje się

m = 0,9

- w metodzie

A

oznaczenia parametrów geotechnicznych.

Współczynnik ten zmniejsza się mnożąc przez 0,9, jeżeli parametry geotechniczne podłoża

zostały oznaczone metodą B lub C według PN-81/B-03020, tzn. nie w wyniku

bezpośredniego oznaczenia tych parametrów za pomocą polowych lub laboratoryjnych

badań gruntów.

Obliczeniową wartość jednostkowego oporu podłoża jednowarstwowego

q

f

(w kPa)

oblicza się ze wzoru:

q

f

= (1 + 0,3 B/L) N

c

c

u

(r)

+ (1 + 1,5 B/L) N

D

D

min

ρ

D

(r)

g + (1-0,25 B/L) N

B

Bρ

(r)

g, (5-3)

w którym:
B

-szerokość podstawy fundamentu (wymiar krótszego boku), m,

L

- długość podstawy fundamentu (wymiar dłuższego boku), m,

N

C

, N

D

, N

B

- współczynniki nośności, zależne od wartości obliczeniowej kąta tarcia
wewnętrznego gruntu Φ = Φ

u

(r)

zalegającego bezpośrednio poniżej poziomu

posadowienia

c

u

(r)

- obliczeniowa wartość spójności gruntu zalegającego bezpośrednio poniżej
poziomu posadowienia, kPa,

ρ

D

(r)

- obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów (i ewentualnie
posadzki) powyżej poziomu posadowienia, t/m

3

,

ρ

B

(r)

-obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegających poniżej
poziomu posadowienia do głębokości równej B, t/m

3

,

g

- przyspieszenie ziemskie (g =10 m/s

2

).

Tablica 5-6 Wartości współczynników nośności (wg PN-81/B-03020)

Φ°

N

D

N

c

N

B

Φ° N

D

N

c

N

B

0 1,00

5,14

0,00 21 7,07

15,81

1,75

1 1,09

5,38

0,00 22 7,82

16,88

2,07

2 1,20

5,63

0,00 23 8,66

18,05

2,44

3 1,31

5,90

0,01 24 9,60

19,32

2,87

4 1,43

6,19

0,02 25

10,66

20,72

3,38

5 1,57

6,49

0,04 26

11,85

22,25

3,97

6 1,72

6,81

0,06 27

13,20

23,94

4,66

7 1,88

7,16

0,08 28

14,72

25,80

5,47

8 2,06

7,53

0,11 29

16,44

27,86

6,42

9 2,25

7,92

0,15 30

18,40

30,14

7,53

10 2,47

8,34

0,19 31 20,63

32,67 8,85

11 2,63

8,41

0,24 32 23,18

35,49

10,39

12 2,97

9,28

0,31 33 26,09

38,64

12,22

13 3,26

9,81

0,39 34 29,44

42,16

14,39

14 3,59

10,37

0,48 35 33,30

46,12

16,96

15 3,94

10,98

0,59 36 37,75

50,59

20,03

16 4,34

11,63

0,72 37 42,92

55,63

23,69

17 4,77

12,34

0,86 38 48,93

61,35

28,08

18 5,26

13,10

1,04 39 55,96

67,87

33,38

19 5,80

13,93

1,24 40 64,20

75,31

39,77

20 6,40

I

14,83

1,47

Wartości charakterystyczne parametrów Φ

u

(n)

oraz c

u

(n)

gruntów są określone w

dokumentacji geotechnicznej bądź odczytuje się je z tablic lub wykresów podanych

w PN-81/8-03020 (rys. 5-1, 5-2, 5-3).

Wartość obliczeniową parametru geotechnicznego określa się, mnożąc jego wartość

charakterystyczną przez współczynnik materiałowy

γ

m

.

Jeżeli parametr oznaczony jest metodą B lub C, to przyjmuje się

γ

m

= 1,1 lub

γ

m

= 0,9, przy

czym uwzględnia się tę wartość

γ

m

, która jest niekorzystniejsza z punktu widzenia warunku

(5-1) bądź (5-2).

W metodzie A przyjmuje się wartości

γ

m

podane w dokumentacji geotechnicznej.

W wypadku sprawdzania I stanu granicznego ław fundamentowych posadowionych na

gruncie niespoistym, którego parametry ustala się metodą B - według uzupełnienia do PN-

81/B-03020 w warunku (5-1) przyjmuje się

Q

f

=

γ

m

Q

f

(n)

(5-1 a)

gdzie:

γ

m

- współczynnik materiałowy, równy 0,75,

Q

f

(n)

- wartość charakterystyczna oporu granicznego podłoża gruntowego.

W przypadku stasowania wzorów (5-2) obliczeniowy opór jednostkowy jednowarstwowego
podłoża gruntowego

q

f

= γ

m

q

f

(n)

przy czym wartość charakterystyczną oporu podłoża q

f

(n)

oblicza się według wzoru (5-3) -

po podstawieniu charakterystycznych wartości parametrów geotechnicznych Φ

u

(n)

oraz

c

u

(n)

=0

ρ

D

(n)

ρ

B

(n)

występujących w tym wzorze i przyjęciu B/L = 0 - czyli z zależności

q

f

(n)

= N

D

D

min

ρ

D

(n)

g + N

B

Bρ

(n)

g,

(5-3a)

Jeżeli podłoże gruntowe jest uwarstwione, ale najsłabsza warstwa występuje w poziomie

posadowienia fundamentu, to w obliczeniach fundamentów opór jednostkowy

q

f

. wyznacza

się jak dla podłoża nieuwarstwionego, przyjmując parametry gruntowe charakteryzujące

warstwę najsłabszą. Gdy jednak warstwa słabsza występuje poniżej poziomu posadowienia,

na głębokości mniejszej niż 2B, wówczas warunki (5-2) należy sprawdzić również w

poziomie stropu tej warstwy (w poziomie podstawy „zastępczego fundamentu").

Przyjmuje się przy tym (rys. 5-11):

-

obciążenie

P’

r

= P

r

+B’L’hρ

h

(r)

g

(5-5)

gdzie:

ρ

h

(r)

- obliczeniowa średnia wartość gęstości objętościowej gruntu między podstawą
fundamentu rzeczywistego i zastępczego (rys. 5-11),

g

- przyspieszenie ziemskie,

- parametry geometryczne zastępcze:

D’

min

=" = D

min

+ h,

B' = B+b,

L' = L+b

(5-6)

Rys. 5-11. Schemat fundamentu do sprawdzenia nośności warstwy słabszej znajdującej się

poniżej poziomu posadowienia

W wypadku gruntów spoistych przyjmuje się:

b = h/4, gdy h ≤ B oraz b = h/3, gdy h > B,

a w wypadku gruntów niespoistych:

b = h/3, gdy h ≤ B oraz b = 2 h/3, gdy h > B.

Sprawdzenie II stanu granicznego wykonuje się w przypadku obiektów, które nie są
posadowione na skałach litych.

Sprawdzenie to można pominąć w wypadku budynków mieszkalnych i

powszechnego użytku o wysokości do jedenastu kondygnacji włącznie i o siatce słupów nie

przekraczającej 6,0 x 6,0 m lub rozstawie ścian nośnych nie większym niż 6,0 m.

Jednocześnie powinien być spełniony warunek, że w podłożu do głębokości równej

trzykrotnej szerokości podstawy największego fundamentu w budynku zalegają wyłącznie

grunty niespoiste (z wyjątkiem piasków pylastych w stanie luźnym) lub grunty spoiste w

stanie nie gorszym niż twardoplastyczny.

Sprawdzenie II stanu granicznego wymienionych budynków będzie jednak konieczne,

jeżeli obciążenie poszczególnych ich części jest zróżnicowane, budynkowi stawia się

specjalne wymagania ograniczające wartość dopuszczalnych przemieszczeń bądź

przewiduje się dodatkowe obciążenia podłoża obok rozpatrywanego budynku (np.

wykonanie składowisk). Sposób sprawdzania podano w PN-81/B-03020.

W chwili zakończenia procesu wznoszenia domu jego osiadanie (zgodnie z PN-81/B-

03020) może osiągnąć:

100% osiadania całkowitego - jeżeli w podłożu pod fundamentami zalegają warstwy

gruntów niespoistych oraz gruntów spoistych w stanie

półzwartym (I

L

≤ 0,00),

50% osiadania całkowitego - w wypadku warstw gruntów spoistych w stanie gorszym niż

półzwarty (IL > 0,00) oraz

25% osiadania całkowitego - w wypadku warstw gruntów organicznych.