Fundamentowanie głębokie

Projektowanie fundamentu na palach. (grupa pali obciążona mimośrodowo, podłoże warstwowe;
obliczenia wg PN-B-02482:1983)

Ćwiczenie projektowe nr 3.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

2

Fundamenty pośrednie
przekazują obciążenia z budowli
na głębiej zalegające bardziej
wytrzymałe warstwy podłoża
gruntowego poprzez dodatkowe
elementy.

Najczęściej stosowane:

• Pale

• Studnie

• Barety

POSADOWIENIE POŚREDNIE:

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

3

• w podłożu występują grunty słabo nośne; miękkoplastyczne lub płynne gliny,
torfy itp.,

• wysoki poziom wody gruntowej, brak możliwości odwodnienia lub zbyt wysoki
koszt odwodnienia,

• gdy zachodzi potrzeba zabezpieczenia budowli oraz skarpy lub zbocza przed
osuwiskiem,

• gdy miejsce na fundamenty jest ograniczone, np.. w budownictwie
przemysłowym,

• duże obciążenia; np. filary mostowe, budownictwo przemysłowe, itp.

• w przypadku konieczności wzmocnienia istniejących fundamentów
bezpośrednich.

WARUNKI STOSOWANIA:

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

4

FUNDAMENTY NA STUDNIACH:

a) ustawienie studni w płytkim
wykopie;

b) zapuszczanie studni i
wydobywanie urobku;

c) wypełnianie studni;

d) studnia gotowa.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

5

Podział ze względu na materiał z którego są wykonane:

• drewniane,

• stalowe,

• żelbetowe.

Podział ze względu na wielkość średnicy:

•

mikropale ( średnica pala < 30cm ),

• normalnośrednicowe ( pale o średnicy do 1,0 m ),

• wielkośrednicowe ( pale o średnicy powyżej 1,0 m ).

PALE:

Podział ze względu na wykonanie:

•

wiercone ( wykonywane w gruncie ),

• wbijane ( przemieszczeniowe ).

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

6

SPOSÓB PRZEKAZYWANIA OBCIĄŻEŃ:

• obciążenia przekazywane przez stopę
(podstawę) pala,

• obciążenia przekazywane przez stopę
(podstawę) pala i pobocznicę,

• obciążenia przekazywane tylko przez
pobocznicę pala.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

7

W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU PRACY PALE DZIELIMY:

• pale słupy

Przekazują obciążenia jedynie przez podstawę pala na warstwę nośną
gruntu.

• pale zawieszone

Przekazują obciążenia przez siły tarcia na pobocznicy pala.

• pale normalne (najczęściej występujące)

Przekazują obciążenia przez siły tarcia na pobocznicy pala i siły normalne
w podstawie pala.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

8

PN – 83/B – 02482

NOŚNOŚĆ PALI I FUNDAMENTÓW PALOWYCH

1.3.2. Obliczeniowa nośność boczna pala –
nośność boczna pala, przy której następuje
przekroczenie

wytrzymałości

ośrodka

gruntowego lub przekroczenie wytrzymałości
trzonu pala.

1.3.3. Osiadanie pala (fundamentu) – pionowe
przemieszczenie

pala

(fundamentu)

spowodowane

obciążeniem

zewnętrznym

działającym na pal oraz ciężarem własnym
pala (fundamentu).

1.3.4. Obciążenie obliczeniowe – obciążenie
działające na pal, równe iloczynowi obciążenia
charakterystycznego

i

współczynnika

obciążenia.

1.2. Zakres stosowania normy
Normę należy stosować do obliczeń nośności
różnych rodzajów pali o średnicy trzonu do 1,8
m

poddanych

statycznym

obciążeniom

pionowym wciskającym i wyciągającym oraz
obciążeniom poziomym.

Obliczenia dotyczą pali pionowych lub
nachylonych 1:1.
Wprowadzona do normy nośność obliczeniowa
pala jest wynikiem wytrzymałości gruntu, w
którym pal jest pogrążony.

1.3. Określenia
1.3.1. Obliczeniowa nośność pionowa pala –
maksymalne obciążenie statyczne, które pal
może

przenieść

bezpiecznie

w

danych

warunkach gruntowych.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

9

2.2. Obliczenie nośności pojedynczego
pala.

Podłoże uwarstwione. Wszystkie
warstwy nośne.

- pal wciskany:

- pal wyciągany:

2.1. Obciążenie obliczeniowe Q

r

działające wzdłuż pala.

Obciążenie to działające wzdłuż osi pala,
powinno spełniać warunek:

w którym:
N – obliczeniowa nośność pala [kN],
m – współczynnik korekcyjny, przyjmowany
dla fundamentów na palach równy 0,9; w
przypadku oparcia fundamentu na 1 palu
przyjmuje się m=0,70, na 2 palach m=0,80.

N

m

Q

r

⋅

≤

∑

+

=

+

=

si

r

i

si

p

r

p

s

p

t

A

t

S

A

q

S

N

N

N

)

(

)

(

∑

=

si

r

i

i

w

A

t

S

N

)

(

w

2. OBLICZNIE NOŚNOŚCI PALI POJEDYNCZYCH OBCIĄŻONYCH SIŁĄ

PIONOWĄ WEDŁUG STANU GRANICZNEGO NOŚNOŚCI

PROJEKTOWANIE FUNDAMENTU PALOWEGO -

TOK POSTĘPOWANIA:

1. Wybór rodzaju pala i jego wymiarów

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

10

W gruntach niespoistych szg i zg uwzględniamy

wpływ średnicy podstawy pala na q i na h

c

,

wykresy:

1. dla pali wbijanych i wwibrowywanych,

D<0,4m, dla gruntów niespoistych o I

D

(n)

> 0,33,

- wykres kolor czarny

2. dla pali wbijanych i wwibrowywanych,

D>0,4m, dla gruntów niespoistych o I

D

(n)

> 0,33,

- wykres kolor szary

3. dla pozostałych gruntów niezależnie od

średnicy pala D i technologii wykonania pala.

- wykres kolor różowy

Rys. Zmienność wytrzymałości gruntu pod podstawą pala:

2.2.2. WYZNACZANIE WARTOŚCI q

(r)

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

11

1

2

Rys. Zmienność wytrzymałości gruntu pod podstawą pala:

1. dla pali wierconych, dla gruntów

spoistych i niespoistych o I

D

(n)

≤ 0,33

niezależnie od średnicy D trzonu pala,

2. dla pali wierconych, dla gruntów

niespoistych o I

D

(n)

> 0,33, D > 0,4m.

2

1

2

1

2

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

12

Rys. Zmienność wytrzymałości gruntu
wzdłuż pobocznicy pala:

2.2.3. WYZNACZANIE WARTOŚCI t

(r)

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

13

Norma: 2.2.6.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

14

2. Obliczenie nośności pojedynczego pala.

Podłoże uwarstwione.
Występują warstwy nienośne.













⋅

=

∑

=

k

i

i

i

z

h

h

1

'

'

65

,

0

γ

γ

Zastępcza wysokość naziomu h

z

, pozwalająca uwzględnić występujące w poziomie

stropu gruntu nośnego naprężenia pierwotne od zalegających nad nimi gruntów
nienośnych:

gdzie:

γ

’ – wartość charakterystyczna ciężaru objętościowego gruntu nośnego z

uwzględnieniem wyporu wody [kN/m

3

],

γ

i

‘ – wartość charakterystyczna ciężaru objętościowego gruntu z

uwzględnieniem wyporu wody w warstwie i zalegającej nad stropem gruntu
nośnego [kN/m

3

],

h

i

– miąższość gruntu warstwy i zalegającej nad stropem gruntu nośnego

[m],

0,65 – współczynnik korekcyjny uwzględniający niejednorodność gruntów.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

15

Rys.

Zasady przyjmowania poziomu odniesienia dla podłoża
przewarstwionego gruntami nienośnymi:

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

16

Rys.

Zasady przyjmowania poziomu odniesienia dla podłoża
przewarstwionego gruntami nienośnymi:

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

17

Rys.

Zasady przyjmowania poziomu odniesienia dla podłoża
przewarstwionego gruntami nienośnymi:

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

18

3.1. Podstawowa zasada.

Nośność grupy pali równa się sumie nośności pali

pojedynczych, niezależnie od ich rozstawu, w przypadkach:

• pale opierają się na skale,

• dolne końce pali są wprowadzone do głębokości co najmniej 1,0m w zagęszczone
grunty gruboziarniste oraz piaski grube lub grunty spoiste zwarte.

3.2. Wyznaczenie nośności grupy pali wbijanych w piaski luźne:

•

nośność pali w grupie równa się sumie nośności pali pojedynczych, gdy rozstaw miedzy

nimi

r ≥ 4D,

• gdy

3D ≤ r < 4D

nośność grupy pali można zwiększyć o 15%,

• gdy

r < 3D

nośność grupy pali można zwiększyć o 30%.

3. OBLICZANIE NOŚNOŚCI GRUPY PALI OBCIĄŻONYCH SIŁĄ PIONOWĄ

WEDŁUG STANU GRANICZNEGO NOŚNOŚCI

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

19

3.3. Wyznaczenie nośności grupy pali wprowadzanych w grunty spoiste:

W przypadku zagłębiania pali w grunty spoiste (z wyjątkiem zwartych) należy sprawdzić
strefy naprężeń wokół pala.

• Nośność grupy pali równa się sumie nośności pali pojedynczych gdy strefy naprężeń
nie zachodzą na siebie w poziomie podstaw pali.

• Gdy strefy naprężeń zachodzą na siebie, należy do obliczeń nośności grupy pali
wprowadzić współczynnik redukcyjny m

1

zgodnie z 3.5.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

20

3. OBLICZANIE NOŚNOŚCI PALI W GRUPIE

Wyznaczanie stref naprężeń w gruncie
wokół pali (punkt 3.4.):

1. Strefy naprężeń w gruntach
jednorodnych.

∑

⋅

+

=

α

tg

h

D

R

2

gdzie:

r – najmniejsza osiowa odległość pali pod
fundamentem,

R – zasięg strefy naprężeń w gruncie wokół
pala,

h – miąższość warstwy gruntu, przez który
przechodzi pal,

α

– kąt tarcia z tablicy 7.

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

21

0,105

0,070

0,017

6

o

4

o

1

o

Zwarte i półzwarte
Twardoplastyczne i plastyczne
Miękkoplastyczne

Grunty
spoiste

0,123

0,105

0,087

7

o

6

o

5

o

Zagęszczone
Średnio zagęszczone
Luźne

Grunty
niespoiste

tgα

a

Rodzaj gruntu

Tablica 7. Zależność kąta α od rodzaju gruntu:

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

22

Wyznaczanie stref naprężeń w gruncie
wokół pali (punkt 3.4.):

2. Strefy naprężeń w gruntach
uwarstwionych.

∑

⋅

+

=

i

i

tg

h

D

R

α

2

gdzie:

R – zasięg strefy naprężeń w gruncie
wokół pala

h

i

– miąższość warstwy gruntu, przez

który przechodzi pal,

α

i

– kąt tarcia z tablicy 7.

3. OBLICZANIE NOŚNOŚCI PALI W GRUPIE

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

23

Wyznaczanie stref naprężeń w gruncie
wokół pali (punkt 3.4.):

3. Strefy naprężeń w przypadku pali
wyciąganych.

2

1

,

0

D

h

R

+

=

gdzie:

R – zasięg strefy naprężeń w gruncie wokół
pala,

h – miąższość warstwy gruntu, przez który
przechodzi pal.

3. OBLICZANIE NOŚNOŚCI PALI W GRUPIE

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

24

OBLICZENIE NOŚNOŚCI PALI W GRUPIE W PRZYPADKU

ZACHODZENIA STREF NAPRĘŻEŃ

R

r

0,45

0,60

0,70

0,80

0,90

0,95

1,0

m

1

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,7

2,0

r/R

Tablica 8. Wartość współczynnika redukcyjnego.

∑

+

=

si

r

i

si

p

r

p

t

A

t

S

m

A

q

S

N

)

(

1

)

(

∑

=

si

r

i

i

w

A

t

S

m

N

)

(

1

w

geotechnika.edu.pl

PROJEKT 3 / Fundamentowanie głębokie

PP/2010 Barbara Filipowicz

25

Literatura:

1.

Zarys geotechniki – Zenon Wiłun, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1987

2.

Fundamentowanie – Zbigniew Grabowski, Stanisław Pisarczyk, Marek Obrycki, Oficyna
wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999

3.

Wybrane zagadnienia z fundamentowania – Przykłady obliczeń - Marek Obrycki, Stanisław
Pisarczyk, Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000

4.

Fundamentowanie – Projektowanie posadowień – pod redakcją Czesława Rybaka, Olgierd
Puła, Czesław Rybak, Włodzimierz Sarniak, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2009

5.

PN – 81/B – 03020 - Posadowienie bezpośrednie budowli, Obliczenia statyczne i projektowanie.

6.

PN – 83/B – 02482 – Fundamenty budowlane, Nośność pali i fundamentów palowych.