FUNDAMENTOWANIE

9. Badania pali (próbne obciążenia)

Podstawowym badaniem nośności jest próbne obciążenie statyczne. Zgodnie z PN-83/B-

02482 wykonuje się 2 badania na pierwsze 100 pali i po jednym na każde kolejne rozpoczęte 100 pali.

Badania te nie zawsze dają wyniki pozwalające na właściwą interpretację (wykonawca palowania wie

zazwyczaj, które pale będą próbnie obciążane). Rozwiązaniem zapewniającym większą niezawodność

kontroli nośności i jakości pali fundamentowych jest zastosowanie dynamicznych badań nośności.

Badania takie wymagają jednak odpowiedniej liczby i zakresu badan statycznych, które stanowią

podstawę kalibracji tych dwóch metod określania nośności pali.

Próbne obciążenia statyczne wykonuje się zazwyczaj:

-

metodą belki odwróconej z wykorzystaniem sąsiednich pali jaki kotwiących (należy zwrócic

szczególna uwagę na zachowanie odległości pali kotwiących od pala próbnie obciążanego oraz

od punktów zamocowania układu odniesienia do rejestracji osiadań);

-

z zastosowaniem balastu: z płyt drogowych, bloków betonowych, pali prefabrykowanych

przeznaczonych do późniejszego wbicia, kontenerów wypełnionych wodą.

Norma PN-83/B-02482 stawia wymóg sporządzenia „Projektu próbnego obciążenia”, który ma być

integralną częścią projektu posadowienia na palach. Kluczowym wymogiem poprawnego badania jest

uzyskanie stabilizacji osiadań w kolejnych stopniach obciążenia realizowanymi siłownikami

hydraulicznymi (lub rzadziej – dokładanym balastem). Innym czynnikiem, który znacząco wpływa na

jakość wyników badania jest odpowiednie skonstruowanie układu odniesienia do pomiaru osiadań.

Podstawą analizy jest uzyskana w trakcie badan polowych zależność obciążenie – osiadanie

s(Q), wykreślenie na tej podstawie krzywej dQ/ds. i odnalezienie na niej charakterystycznych

punktów pozwalających na wyznaczenie obliczeniowej nośności pala

k

⋅

N

c

0

.

Występujące problemy:

-

Taki sposób przeprowadzenia badania weryfikuje poprawność założeń projektowych i

obliczeń statycznych w odniesieniu do badanego pala, nie daje jednak zazwyczaj precyzyjnej

informacji o nośności granicznej pala rozumianej jako obciążenie, przy którym nie uzyskuje się

stabilizacji narastających osiadań.

-

Czas potrzebny w trakcie badań na uzyskanie wymaganej stabilizacji osiadań. Wyklucza sie w

tym czasie prowadzenie robót budowlanych w bezpośrednim sąsiedztwie stanowiska

badawczego.

Badania dynamiczne w Polsce wykonywane są od 1996 roku. Szczególnie często wykonywane

na palach prefabrykowanych wbijanych, gdzie technologia pozwala na wykorzystanie młota kafara

jako urządzenia generującego falę sprężystą w palu. W przypadku innych technologii palowych

konieczne jest wykonanie specjalnych stelaży ze spadającą masą, których transport i montaż na palu

stanowią dodatkowe utrudnienie. Sprzęt do badań dynamicznych (poza urządzeniem uderzającym

mieści się w walizce. Jest to szybkie badanie i nie wymagana jest „cisza” na budowie. Najważniejsze

zalety badań dynamicznych:

-

swobodna możliwość wyboru pali poddanych badaniom

-

możliwość powtórnego obciążania pali wcześniej przebadanych, co pozwala np. na ocenę

przyrostu nośności pala w czasie

13

Próbne obciążenia boczne wykonywane są stosunkowo rzadko, choć dla pali o małych

średnicach konstrukcja stanowiska jest prosta – wystarczy rozeprzeć (lub ściągnąć) siłownikiem dwa

sąsiednie pale. Prowadzony równocześnie pomiar przemieszczeń bocznych pozwala na oszacowanie

nośności bocznej jednego lub obydwu pali.

10. Rodzaje konstrukcji oporowych. Rodzaje parć gruntu.

Konstrukcje oporowe mogą służyć do zabezpieczania ścian wykopów, zboczy, nasypów, nabrzeży,

tuneli itp. Poniżej rodzaje wraz z opisami i zdjęciami dla przypomnienia.

- ścianka szczelna

Ściankami szczelnymi nazywamy

konstrukcję składającą się z grodzic,

czyli podłużnych elementów najczęściej

stalowych jak również drewnianych i z

tworzyw sztucznych, zapuszczonych w

grunt

poprzez

wbijanie,

wwibrowywanie, wpłukiwanie lub

wciskanie,

ściśle

do

siebie

przylegających. Stosowane jako

konstrukcje tymczasowe i stałe do

zabezpieczania przed osunięciem mas

ziemnych np.: w głębokich wykopach,

przyczółkach

mostowych

czy

nabrzeżach portowych. W celu uzyskania odpowiedniej szczelności, sąsiadujące ze sobą

elementy mają odpowiednie połączenia na całej długości tzw. zamki.

- ściana szczelinowa

Ściany szczelinowe są obecnie często stosowanymi obudowami głębokich wykopów, z uwagi

na dużą sztywność oraz możliwość wykorzystania ich zarówno jako ściany podziemia oraz

fundament budynku. Wykonuje się je do głębokości nawet 25-30 m. Najczęściej stosowane

grubości ścian szczelinowych wynoszą 60 lub 80 cm (wyjątkowo stosuje się ściany o innej

grubości np. 50 lub 100 cm).

14

Ściana szczelinowa, to ściana wykonana z betonu lub żelbetu, formowana w szczelinie

wykopanej w gruncie. Wykonanie ściany szczelinowej (Rys.1.) obejmuje prace

przygotowawcze, wykonanie murków prowadzących (1), głębienie szczeliny w osłonie

zawiesiny iłowej (2,3), wstawienie elementów rozdzielczych i zbrojenia (4), betonowanie oraz

prace wykończeniowe (5).

- palisada z mikropali, pali wierconych

Palisady wykonywane są z pali

żelbetowych. Zbrojenie pali stanowią

kształtowniki dwuteowe lub szkielety

prętowe (kosze zbrojeniowe). Pale

tworzące palisadę wykonywane są na

zakład lub w określonym rozstawie.

Zastosowanie palisad daje możliwość

dopasowania się do złożonego kształtu

wykopu, pozwala zbliżyć się

maksymalnie do pobliskiej zabudowy.

Metoda wykonywania jest cicha i nie

powoduje wstrząsów. Obudowę

wykopu z pali można wykonać w

większości rodzajów gruntów. Po wykonaniu konstrukcji obudowy, ścianę z pali zwieńcza się

żelbetowym oczepem.

- ścianka berlińska

Ścianka berlińska stanowi obudowę

głębokich wykopów. Jest powszechnie

stosowana jako konstrukcja tymczasowa.

Ścianka berlińska składa się z pionowych

słupów stalowych i poziomych

elementów opinki. Słupy wykonywane są

z różnego rodzaju dwuteowników lub

podwójnych ceowników tworzących

słupy dwugałęziowe. Wolne przestrzenie

między słupami opinki wypełniane są

najczęściej przy pomocy bali drewnianych.

- gwoździowanie

Gwoździowanie jest ekonomiczną technologią, która poprawia stateczność zboczy poprzez

podwyższenie brakującej kohezji oraz wytrzymałości na rozciąganie i ścinanie gruntów.

Poprawę tych parametrów uzyskuje się poprzez uzbrojenie gruntu prętami (gwoździami),

wytwarza się blok z tworzywa zespolonego - gruntu i elementów zbrojenia, który przy

zastosowaniu odpowiedniej ilości gwoździ na 1 m2 skarpy zachowuje się jak konstrukcja

masywna.

15

Gwoździowanie znajduje zastosowanie w:

• stabilizacji zboczy,
• stabilizacji ścian wykopów w gruntach spoistych i niespoistych,
• wzmacnianiu podłoża,

obudowach tuneli.

Metoda ta służy do formowania in situ ścian oporowych umożliwiających zastąpienie

łagodnych skarp lub zboczy stromą lub pionową ścianą. Do wykonywania gwoździ gruntowych

stosuję się elementy identyczne jak dla mikropali (np. TITAN, GSI). Ściany z gruntu

gwoździowanego wymagają zabezpieczenia powłoką pokrywającą powierzchnię gruntu,

spełniającą funkcję stabilizacyjną, estetyczną oraz ochronę przed zjawiskami erozyjnymi.

Stosuje się powłoki wiotkie (z siatki metalowej, geosyntetyków, mat komórkowych), podatne

(z siatki lub rusztu stalowego), sztywne - żelbetowe (beton natryskowy, prefabrykaty) grubość

powłoki betonowej wynosi od 10 cm dla ścian tymczasowych do 20 cm dla trwałych. Głowicę

gwoździa łączy się z osłoną ściany za pomocą nakrętki śrubowej i płyty głowicowej.

- grunt zbrojony (np. Freyssinet, Macres)

System gruntu zbrojonego Macres (Maccaferri Reinforcement

Earth System) stanowią taśmy stalowe lub polimerowe

ParaWeb

TM

, będące zbrojeniem, grunt nasypowy niespoisty,

oraz betonowe panele okładzinowe, stanowiące oblicowanie

konstrukcji.

Konstrukcje z gruntu zbrojonego MACRES są idealną alternatywą

dla betonowych ścian oporowych. Dzięki ograniczeniu ilości

betonu konstrukcje z gruntu zbrojonego są bardziej

ekonomiczne oraz posiadają wiele innych zalet m.in. możliwość

posadawiania tego typu konstrukcji na słabo nośnym

podłożu,odporność na przemieszczenia i osiadania, szybkość

wznoszenia, dowolne kształtowanie geometrii konstrukcji a

także krótki czas realizacji dzięki prostocie całego systemu.

16

- ściany z koszy gabionowych

Z gabionów buduje się ściany oporowe

przeciwdziałające naciskowi wywieranemu przez

grunt i czasami wodę. Za wznoszeniem tego typu

konstrukcji przemawiają względy estetyki. Gabiony

pozwalające na wzrost naturalnej roślinności

zapewniają kształtowanie terenu odpowiednie do

wizualnych wymagań lokalizacji, utrzymując

jednocześnie stabilność konstrukcji. Oferowane

przez nas gabiony dzięki unikalnej sztywnej

konstrukcji, nie deformują się po ułożeniu i pozwalają na budowę wysokich ścian oporowych.

- inne: murowe konstrukcje oporowe (kamienne, ceglane), ściany betonowe, żelbetowe,

Parcie czynne gruntu Ea – wypadkowa sił działająca od strony ośrodka gruntowego

spowodowana przemieszczeniem konstrukcji lub jej elementu w kierunku od gruntu o

wartości dostatecznej do uzyskania najmniejszej wartości parcia gruntu. Parcie czynne

występuje w przypadku ścian oporowych, ścianek szczelnych, ścian szczelinowych, płyt

kotwiących, obudowy wykopów.

Parcie spoczynkowe gruntu Eo – wypadkowa sił działająca od strony ośrodka gruntowego,

gdy nie istnieje możliwość przesunięcia konstrukcji lub jej elementu. Parcie spoczynkowe

występuje przy obudowach tuneli zagłębionych w gruncie, ścianach budyku.

Odpór graniczny (parcie bierne) gruntu Eb – reakcja podłoża gruntowego spowodowane

przemieszczeniem konstrukcji lub jej elementu w kierunku gruntu o wartości wystarczającej

do osiągnięcia przez odpór wartości największej. Odpór graniczny może występować w

przypadku płyt lub innych elementów kotwiących, nośności podłoża fundamentowego,

nadbrzeży masywnych.

17

11. Obliczanie parć gruntu na ścianki szczelne. Współczynnik parcia czynnego i

biernego.

Schemat wyznaczania parć:

1. Podział gruntu na warstwy obliczeniowe (ze względu na rodzaj gruntu, poziom wody)

2. Wyznaczenie parć jednostkowych na granicach warstw.

Do wyznaczenia parć jednostkowych przyjmuje się wartość efektywną ciężaru

objętościowego gruntu, ponadto uwzględnia się parcie wody (w przypadku, gdy

znajduje się po jednej stronie wykopu), oraz obciążenie dodatkowe naziomu (gdy

takie występuje). Do obliczeń potrzebna jest również grubość warstwy, współczynnik

parcia, spójność gruntu (dla spoistych).

3. Stworzenie wykresu parć jednostkowych czynnych i biernych. Wykonanie wykresu

sumarycznego parcia jednostkowego.

4. Wyznaczenie siły parcia, która jest równa objętości bryły parcia (pole wykresu na

jednostce długości ścianki).

Szerzej:

http://karnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/parcie.pdf

http://www.pg.gda.pl/~tbrzo/pliki/Pomoce_sc_sz.pdf

Parcia jednostkowe są naprężeniami poziomymi w ośrodku gruntowym. Współczynnik parcia

(biernego, czynnego) to stosunek takiego naprężenia poziomego do naprężenia pionowego

(

σ

z

).

K

a

=



z

e

a

=

tg

2



45

o

−



2



K

p

=



z

e

p

=

tg

2



45

o





2



Szczegóły (

http://karnet.up.wroc.pl/~kajewski/dydaktyka/mechgrun/parcie.pdf

):

Jednostkowe parcie czynne (e

a

) oraz parcie bierne (e

p

) za ścianą oporową oblicza się ze

wzorów wynikających z analizy stanu granicznego w gruncie (rozwiązanie Rankine'a):

18

Należy zauważyć, że K

a

< 1 i K

p

> 1

z czego wynika, że w tym samym gruncie i na tej samej

głębokości "z" poniżej naziomu jednostkowe parcie czynne posiada znacznie mniejszą

wartość niż odpór gruntu (e

a

<=

e

p

).

19

Wypadkowa siła parcia czynnego i biernego w jednorodnym gruncie niespoistym jest

położona w odległości H/3 od podstawy bryły parcia, w przypadku parcia czynnego

jednorodnego gruntu spoistego, wypadkowa ta znajduje się w odległości (H–H

c

)/3 od

podstawy bryły parcia.

Ustalenie położenia wypadkowej siły parcia biernego dla gruntu spoistego można

przeprowadzić według następującego schematu:

20

W przypadku, gdy za ścianą oporową znajduje się grunt uwarstwiony, na granicy warstw

dochodzi do skokowych zmian wartości parcia jednostkowego. Wartość skokowych zmian

jednostkowego parcia jest uzależniona od wzajemnych relacji parametrów

wytrzymałościowych (kąta tarcia wewnętrznego i kohezji) w sąsiadujących warstwach

geotechnicznych, co przedstawia kilka poniższych przykładów:

21

W przypadku ścianki szczelnej zagłębionej w gruncie poniżej dna wykopu, po prawej stronie

ścianki działa parcie czynne gruntu (grunt przemieszcza ściankę do wykopu), zaś po lewej

stronie ścianki (poniżej dna wykopu) występuje parcie bierne (ścianka jest dociskana do

gruntu).

Wykres sumarycznego parcia jednostkowego gruntu na ściankę otrzymuje się odejmując od

wartości parcia czynnego parcie bierne na określonej głębokości poniżej dna wykopu jak na

wykresie:

22