1. Podłoże gruntowe
Jest to warstwa gruntu pod fundamentem przyjmująca naciski przez fundament zalegająca pomiędzy
poziomem posadowienia fundamentu a głębokością, do której uwzględnia się oddziaływanie budowli. Według
polskiej normy jest to głębokość, w której naprężenia dodatkowe (
zd
) są mniejsze lub równe 36% naprężeń
pierwotnych (
z
).
Według Eurocodu 7 (europejskiej normy obowiązującej od 2010 roku) podłoże gruntowe to grunt, skała lub
nasyp, istniejące na miejscu budowy przed wykonaniem prac budowlanych. Według tej normy naprężenia
dodatkowe muszą być mniejsze lub równe 20% naprężeń pierwotnych.
2. Grubość warstwy ściśliwej uczestniczącej w odkształceniach:
•
stopa o szerokości B=1-2m (1,5-2)*B
→
•
ława B=1-1,5m (2-3)*B
→
•
płyty o grubości ok. 0,5m 3-10m
→
•
płyty cienkie, bardzo cienkie, pasma drogowe 3-5m
→
•
płyty sztywne o dużej powierzchni i grubości pow. 1,5m (1-1,5)*B
→
3. Warunek stanu granicznego
•
Podejście deterministyczne – ocenę stateczności stanowi globalny współczynnik stateczności (
F =
gr
dop
;
gr
-graniczne obciążenie/nośność gruntu,
dop
- naprężenia dopuszczalne). W
geotechnice przyjmuje się zazwyczaj F=2.
•
Podejście probabilistyczne – nowoczesne podejście uwzględniające zmienność i losowość parametrów
geotechnicznych. Zapas bezpieczeństwa wyraża się wzorem:
=
1±⋅v
;
- stała, której wartość
zależy od przyjętego poziomu ufności (prawdopodobieństwa). W polskiej normie PN-81/B-03020
przyjęto
=
1
.
4. Rodzaje warunków gruntowych
•
proste warunki gruntowe – warstwy gruntów jednorodnych są równoległe do powierzchni terenu,
poziom ZWG poniżej poziomu posadowienia, brak niekorzystnych zjawisk geologicznych (nie obejmuje
gruntów słabych, organicznych i nasypów niekontrolowanych)
•
złożone warunki gruntowe – warstwy gruntów niejednorodnych, nieciągłych; grunty słabonośne,
organiczne lub nasypy niekontrolowane, poziom ZWG w poziomie posadowienia lub wyżej, brak
niekorzystnych zjawisk geologicznych
•
skomplikowane warunki gruntowe – występują niekorzystne warunki geologiczne: zjawiska i formy
krasowe, osuwiskowe, syfozyjne, kurzawkowe, glacitektoniczne, grunty pęczniejące i zapadowe,
obszary szkód górniczych, delty rzek i obszary morskie.
5. W jaki sposób ustala się kategorię geotechniczną?
Zgodnie z rozporządzeniem ministra infrastruktury kategorię tą ustala się w zależności od rodzaju, charakteru i
poziomu skomplikowania konstrukcji, a także wartości obiektu.
6. Kategorie geotechniczne wg EC-7
•
1 kategoria geotechniczna – proste przypadki, które można bezpiecznie rozwiązać w oparciu o
jakościowe badania gruntu i doświadczenie. Obejmuje małe i względnie proste konstrukcje o statycznie
wyznaczalnym schemacie obliczeniowym. Przyjmuje się ją przy prostych warunkach gruntowych, gdy
dno wykopu znajduje się powyżej ZWG. Projektowaniem mogą zajmować się inżynierowie budowlani z
odpowiednimi uprawnieniami.
◦
1-2 kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze, ściany oporowe i obudowy wykopów w
wysokości do 2m, nasypy budowlane do 3m)
•
2 kategoria geotechniczna – przypadki standardowe. Typowe rodzaje konstrukcji i fundamentów, nie
stwarzające szczególnego ryzyka; nie występują trudne warunki gruntowe lub obciążeniowe.
Projektowaniem powinni zajmować się inżynierowie konstruktorzy z odpowiednimi uprawnieniami we
współpracy z odpowiednimi specjalistami – inżynierami geotechnikami.
◦
fundamenty bez pośrednie/płytowe/palowe, ściany oporowe (+inne konstrukcje oporowe
utrzymujące grunt albo wodę, wykopy, filary i przyczółki mostowe, nasypy i budowy ziemne, kotwy
gruntowe i inne systemy kotwiące, tunele w twardych skałach (nie wymagające specjalnej
szczelności lub innych warunków).
•
3 kategoria geotechniczna – przypadki skomplikowane. Obiekty posadowione na nietypowych lub
wyjątkowo trudnych warunkach gruntowych oraz inne obiekty o nietypowym charakterze i znaczeniu.
Projektowaniem powinni zajmować się inżynierowie geotechnicy z odpowiednimi uprawnieniami we
współpracy z odpowiednimi specjalistami – inżynierami konstruktorami.
◦
posadowienie na płycie w obrębie której występuje istotne zróżnicowanie sztywności podłoża,
◦
posadowienie w bezpośrednim sąsiedztwie obiektów wrażliwych na nierównomierne osiadania,
◦
posadowienie konstrukcji obiektu częściowo bezpośrednio a częściowo na palach,
◦
posadowienie „mieszane” na palach z uwzględnieniem pracy fundamentów bezpośrednich
◦
konstrukcje na terenach o wysokiej sejsmice,
◦
obiekty energetyczne, rafinerie, zakłady chemiczne, zapory wodne suche doki, pochylnie, obiekty
szkodliwe dla środowiska, budynki wysokościowe, obiekty o głębokości posadowienia powyżej 5 m
i z więcej niż jedną kondygnacją podziemną, autostrady i drogi szybkiego ruchu, tunele podziemne,
obiekty zabytkowe i monumentalne.
7. Metody projektowania
Fundament powinien być zaprojektowany tak, żeby w wyniku działających na konstrukcję oddziaływań, w
zakładanym projektowym czasie jej użytkowania z odpowiednim stopniem niezawodności w podłożu i
konstrukcji nie wystąpiły stany graniczne nośności lub użytkowalności.
•
Metoda analityczna (zalecana) – polega na wykazaniu, że przy przyjętym rozwiązaniu fundamentów w
każdej dającej się przewidzieć sytuacji obliczeniowej nie wystąpi stan graniczny.
•
Przy analitycznym określaniu nośności Rd należy uwzględnić zarówno sytuacje krótkotrwałe jak i
długotrwałe, zwłaszcza w gruntach drobnoziarnistych. Przy gruntach uwarstwionych należy określić
wartości obliczeniowe parametrów dla każdej warstwy. Jeżeli utwory nośne zalegają poniżej warstwy
słabej, nośność podłoża można obliczyć z zastosowaniem parametrów wytrzymałościowych utworów
słabych, w przeciwnym przypadku – sprawdzenie możliwości zniszczenia przez przebicie mocnej
warstwy.
•
W pewnych sytuacjach metody analityczne są nieprzydatne – zaleca się stosować metody numeryczne
(aby określić najbardziej niekorzystny mechanizm zniszczenia)
•
Metoda półempiryczna – na podstawie badań i odpowiedniej korelacji, zał. E – wyznaczanie nośności
podłoża z wykorzystaniem wyników badań presjometrem (mogą wystąpić problemy – zalecane w EC-7
korelacje wymagają kalibracji dla naszych warunków gruntowych jak i określenia zakresu stosowania
tych korelacji)
•
Metoda wymagań przepisów wykorzystująca zalecane nośności podłoża – zalecana w EC-7 do
projektowania posadowień na skałach. Polega na sprawdzeniu, czy nacisk wywierany przez fundament
na podłoże nie przekracza nacisku normatywnego.
•
Metoda projektowania w oparciu o próbne obciążenia i badania modelowe
8. Stany graniczne w projektowaniu fundamentów bezpośrednich
•
Stany graniczne nośności – związane z utratą przez podłoże nośności lub wystąpienia znacznych
przemieszczeń podłoża powodujących odkształcenia konstrukcji zagrażające jej bezpieczeństwu.
SGN I i II mają istotny wpływ na głębokość posadowienia, rodzaj i wymiary fundamentu.
◦
utrata ogólnej stateczności pod obiektem
◦
wyczerpanie nośności, zniszczenie na skutek przebicia lub wypierania
◦
utrata stateczności na skutek przesunięcia (poślizgu)
◦
łączna utrata stateczności podłoża i zniszczenie konstrukcji
◦
zniszczenie konstrukcji na skutek przesunięcia fundamentu
•
Stany graniczne użytkowalności
◦
nadmierne osiadania
◦
nadmierne wypiętrzenie spowodowane pęcznieniem, przemarzaniem lub innymi przyczynami
◦
niedopuszczalne drgania (np. maszyny na fundamentach – turbogeneratory)
Konieczność rozpatrzenia przypadków innych niż nadmierne przemieszczenia i odkształcenia dotyczy
przypadków szczególnych: działanie na fundament istotnych obciążeń dynamicznych, nie jest możliwe
posadowienie fundamentu poniżej głębokości przemarzania, występowanie zmian wilgotności gruntów
pęczniejących
•
Szczególne stany graniczne
◦
UPL – utrata stateczności konstrukcji (na wypór) spowodowanej ciśnieniem wody, niezbędny przy
posadowieniu konstrukcji poniżej poziomu ZWG
◦
HYD – wypiętrzenie hydrauliczne lub przebicie hydrauliczne spowodowane spadkiem
hydraulicznym, niezbędny w przypadku posadowienia budynku poniżej piezometrycznego poziomu
wody gruntowej.
9. Badania gruntu
Badania terenowe
→
•
Kartowanie geologiczne – opis struktur geologicznych, formacji geologicznych, gruntów i zagrożeń
•
Wiercenia geologiczne – opis profilu geologicznego, obserwacje wody w otworze, pobór prób
•
Sondowania – pomiary wykonywane
in situ (pomiar parametrów mechanicznych odbywa się na gruncie
rodzimym, w naturalnych warunkach stanu naprężenia i wilgotności, jaki panuje w podłożu) za pomocą
sond. Sondowania mogą mieć charakter:
◦
Dynamiczny - wbijanie w grunt żerdzi z odpowiednią końcówką (stożek, krzyżak lub cylinder) za
pomocą bijaka opuszczanego grawitacyjnie na podbabnik, połączony z żerdzią. W czasie wbijania
mierzy się opory zagłębiania żerdzi, wyrażone liczbą uderzeń bijaka na 10 cm zagłębienia – N10
(ew. 20 cm – N20). Sondy wbijane stosowane są głównie do gruntów niespoistych. Pozwalają na
określanie wartości stopnia zagęszczenia ID gruntu na podstawie oporów N10 lub N20, N30.
Pozwalają również na precyzyjne określenie lokalizacji warstw słabych.
▪
Sondy stożkowe (SL – sonda lekka [ciężar młota - 10kg], SD30 [30kg], SD50 [50kg], SC –
sonda ciężka [65kg]), otrzymujemy I
D
– stopień zagęszczenia gruntu
▪
Sondy cylindryczne (SPT [65kg] – grunt wchodzi do wnętrza cylindra. Na podstawie oporu przy
wbijaniu określa się stopień zagęszczenia lub stopień plastyczności. Z cylindra można pobrać
próbkę NW.), otrzymujemy I
D
– stopień zagęszczenia lub I
L
– stopień plastyczności.
◦
Statyczny:
▪
Sondy wciskane CPT (lub CPTU) – statyczne zagłębianie w grunt żerdzi o średnicy φ35.7 mm
zakończonej stożkową końcówką z cylindryczną pobocznicą. Prędkość wciskania wynosi około 2
cm/s. W czasie wciskania mierzy się opór gruntu pod stożkiem qc [MPa] oraz opór tarcia
gruntu o tuleję cierną fs [MPa]. Pomiar może odbywać się w sposób cykliczny – np. co 10 lub
20 cm zagłębienia (pomiar manualny hydrauliczny) lub w sposób ciągły (pomiar automatyczny,
elektroniczny).
W sondowaniu CPTU dokonuje się jeszcze pomiaru ciśnienia wody w porach gruntowych, co
pozwala dodatkowo na szacowanie parametrów filtracyjnych oraz wartości efektywnych
parametrów wytrzymałościowych gruntów.
Otrzymuje się rodzaj gruntu, I
D,
I
L
, wytrzymałość na ścinanie i ściskanie.
▪
Sondy wkręcane ST lub obrotowe VT (rzadkie stosowanie) – otrzymuje się I
D
, I
L
i wytrzymałość
na ścinanie
◦
Dylatometr Marchetti'ego – DMT – dylatometr jest płaską końcówką, kształtem przypominającą
łopatkę, przymocowaną do stalowej żerdzi. Końcówka ta zaopatrzona jest z jednej strony w
elastyczną, okrągłą membranę. Ostro zakończoną łopatkę dylatometru wciska się w dno otworu
wiertniczego i dokonuje badania poprzez wywieranie poziomego nacisku membraną na grunt.
◦
Presjometr Menarda – PMT – presjometr składa się z trzech elastycznych komór: środkowej
komory pomiarowej i dwóch komór ochronnych – dolnej i górnej. Przyrząd umieszcza się w
otworze wiertniczym na określonej głębokości i wywiera ciśnienie poziome p na ściany otworu za
pomocą komór. Komory ochronne potrzebne są do tego, aby zapewnić tylko poziome rozszerzanie
się komory pomiarowej i stworzyć w gruncie płaski, osiowo-symetryczny stan odkształcenia, który
jest łatwiejszy w interpretacji i w opisie teoretycznym. W czasie badania mierzy się ciśnienie wody
(lub innej cieczy) p w komorze pomiarowej oraz objętość wtłaczanej wody V. Badanie wykonuje się
do momentu podwojenia początkowej objętości otworu wiertniczego zajętego przez komorę
pomiarową – 2(V
C
+V
0
). Ciśnienie, przy którym następuje to podwojenie nazywa się ciśnieniem
granicznym p
gr
•
Badania powierzchniowe
◦
płyta statyczna VSS – służy do wyznaczenia pierwotnego E
1
i wtórnego E
2
modułu odkształcenia
podłoża. Zwiększając stopniowo obciążenie na płytę odczytujemy z manometru wielkości
naprężenia [MPa] oraz odpowiadające im osiadania mierzone za pomocą czujników
zegarowych
.
Następnie dokonuje się pomiarów przy odciążaniu i ponownym obciążaniu (obciążaniu
wtórnym). Dysponując wymienionymi wcześniej danymi można określić moduł odkształcenia za
pomocą wzoru
E=0,75⋅D⋅
P
S
, gdzie D – średnica płyty sztywnej (300mm),
P=0,15 MPa−0,05 MPa
,
S =S
015
−
S
005
- różnica osiadań płyty
◦
płyta dynamiczna VD – badanie stosowane w celu określenia wskaźnika zagęszczenia gruntu w
wykopach pod wodociągi i kanalizacje oraz nośności pod posadzki, drogi i powierzchnie
parkingowe. Badanie polega na dynamicznym obciążaniu płyty o średnicy 300mm. Po trzech
próbnych obciążeniach dokonuje się właściwych pomiarów odkształcenia podłoża.
•
Określanie współczynnika filtracji (np. próbne pompowanie, zalewanie otworu, BAT)
•
Wkopy, odkrywki, szurfy
•
Badania geofizyczne (refreakcji sejsmicznej, oporności elektrycznej, georadarowe (GPR),
magnetometryczne, elektromagnetyczne).
Badania laboratoryjne:
→
•
Badania właściwości fizycznych gruntów (np. uziarnienie, wilgotność, granice konsystencji, ciężar
objętościowy)
•
Badania własności mechanicznych (np. badania trójosiowe, ścinanie bezpośrednie)
•
Badania odkształcalności gruntów (np. badanie edometryczne)
10. Oddziaływania i sytuacje obliczeniowe
SGN – kombinacje obciążeń obliczeniowych, SGU – kombinacje obciążeń charakterystycznych
Sytuacje obliczeniowe:
•
trwałe - „normalne” warunki pracy fundamentu, zakładane dla fazy eksploatacji obiektu
•
przejściowe – warunki pracy fundamentów w fazie budowy oraz w razie potrzeby, szczególne warunki
pracy fundamentów, które mogą nastąpić np. przy generalnych remontach lub próbach szczelności
zbiorników
•
wyjątkowe – w EC-7 w zasadzie nie przewiduje się konieczności rozpatrywania sytuacji wyjątkowych. W
pewnych przypadkach rozważa się następujące sytuacje:
◦
powódź (obiekty na terenach zalewowych)
◦
awaria drenażu usytuowanego pod fundamentem obiektu
◦
awaria dużego wodociągu przebiegającego w bliskim sąsiedztwie fundamentu
11. Zasady wykonywania próbnych obciążeń statycznych
•
zaprojektowanie i wykonanie konstrukcji oporowej
•
dobranie właściwego systemu obciążającego i wyskalowanie systemu pomiarowego obciążeń. System
ten powinien uwzględniać wielkość obciążenia, rodzaj obciążenia (wciskanie, wyciąganie, obciążenia
cykliczne), być dobrany do przewidywanej metody badań oraz zapewniać wymaganą dokładność, a
także kontrolę mierzonych wartości
•
przygotowanie systemu pomiarowego do kontroli osiadań w czasie
•
ustalenie metody przeprowadzenia badań obciążenia statycznego
•
przyjęcie metody interpretacji wyników badań, która powinna uwzględniać przyjętą metodę badań
12. Metody A, B i C wyznaczania parametrów geotechnicznych
•
Metoda A – bezpośrednie oznaczanie parametru za pomocą polowych i laboratoryjnych badań gruntów
zgodnie z normami i innymi wymaganiami (np. kąt tarcia wewnętrznego i spójność wyznacza się z
badań w aparacie trójosiowym lub skrzynkowym, a moduły ściśliwości z badań w edometrze). Metodę
tę stosuje się do obiektów II i II kategorii oraz przy złożonych warunkach gruntowych.
•
Metoda B – oznaczanie wartości parametru na podstawie ustalonych zależności korelacyjnych między
parametrami fizycznymi lub wytrzymałościowymi a innym parametrem (np. IL lub ID) wyznaczanym
metodą A. Metodę stosuje się do obiektów I i II kategorii geotechnicznej przy prostych warunkach
gruntowych.
•
Metoda C – przyjęcie wartości parametrów określonych na podstawie praktycznych doświadczeń
budownictwa na innych podobnych terenach, uzyskanych dla budowli o podobnej konstrukcji i
zbliżonych obciążeniach. Metodę można stosować do obiektów I kategorii geotechnicznej.
13. Oddziaływania i sytuacje obliczeniowe
•
oddziaływania konstrukcyjne – podstawowe obciążenia uwzględniane w projektowaniu konstrukcji
◦
ciężar własny
◦
obciążenia użytkowe i technologiczne (obciążenie pojazdami, przemieszczenia spowodowane
eksploatacją górniczą albo wykonaniem wyrobisk lub tuneli, przemieszczenia i przyspieszenia
spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchami, drganiami i obciążeniem dynamicznym, siły
kotwienia i cumowania, usunięcie obciążenia (odciążenie) lub wykonanie wykopu, wstępne
sprężenie kotew gruntowych lub rozpór)
◦
obciążenia śniegiem i wiatrem (pęcznienie i skurcz spowodowane przez rośliny, wpływy klimatyczne
lub zmiany wilgotności, skutki działania temperatury, obciążenie lodem)
◦
ciężar gruntu, skały i wody
•
oddziaływania geotechniczne – przekazywane na konstrukcję przez grunt i wodę gruntową lub
powierzchniową
◦
ciężar gruntu, skały i wody
◦
parcie gruntu i parcie wody gruntowej
◦
ciśnienie wody gruntowej, ciśnienie wody spływowej
◦
parcie gruntu od obciążeń naziomu
•
dodatkowo – przemieszczenia związane z pełzaniem, osuwaniem lub osiadaniem mas gruntu,
przemieszczenia związane z degradacją, zmianami w składzie mineralnym, samozagęszczeniem i
rozpuszczaniem gruntu, tarcie negatywne)
14. Modele obliczeniowe podłoża gruntowego
Rzeczywiste zachowanie się podłoża pod obciążeniem jest bardzo złożone, dlatego dla uproszczenia stosujemy
modele obliczeniowe.
Wybór modelu zależy od:
•
ukształtowania podłoża
•
miąższości warstw
•
właściwości geotechnicznych
•
wymiarów posadowienia
•
sztywności podłoża
→
Model mechaniczny – zespół współpracujących ze sobą elementów o parametrach fizycznych i
mechanicznych dostosowanych do najwierniejszego odwzorowania pracy podłoża rzeczywistego
I. Statyczne – jednokrotne, skończone obciążenie
II. Dynamiczne – najczęściej obciążenie wielokrotne, zmienne w czasie
III. Cykliczne – klasyczne lub powtarzalne
IV. Reologiczne – występuje zmiana cech fizycznych i mechanicznych w czasie
→
Model podłoża sztywnego – liniowy odpór gruntu, w oparciu o ten model oblicza się:
•
stopy, fundamenty blokowe i skrzyniowe
•
ławy obciążone w sposób ciągły posadowione na gruntach jednorodnych
→
Model podłoża sprężystego – ośrodek opisany tylko przez jeden parametr – współczynnik
podatności podłoża
15. Model Winklera dla podłoża
Założenia:
→
Podłoże stanowi zbiór sprężyn ustawionych równolegle i pionowo na poziomej płaszczyźnie
ograniczającej ośrodek nieodkształcalny
→
Każda sprężyna pracuje niezależnie, ma taką samą charakterystykę przy obciążaniu i odciążaniu
Sprężystość podłoża określa współczynnik sztywności podłoża
→
c=
r x ; y
z x ; y
[
kPa
m
]
(obciążenie
na jednostkę powierzchni wywołujące jednostkowe przemieszczenie), gdzie: r(x;y) – stan
naprężenia wywołany obciążeniem q fundamentu, z(x;y) – stan przemieszczenia płaszczyzny
posadowienia
→
Obciążenia wywierane przez fundament przejmują tylko te sprężyny, które znajdują się pod
podstawą fundamentu i są obciążone bezpośrednio
→
Wartość odkształcenia w dowolnym punkcie jest liniowo zależna od nacisku w tym punkcie
→
Nacisk w określonym punkcie podłoża wywołuje odkształcenia tylko w tym punkcie
→
Zakłada się, że fundament jest powiązany na stałe z podłożem, podłoże nie przenosi naprężeń
rozciągających
W obliczeniach nie uwzględnia się tarcia w płaszczyźnie styku fundamentu z gruntem
→
Rząd wielkości:
•
podłoże słabe:
c=10
4
kN
m
3
•
podłoże o średniej wytrzymałości i odkształcalności:
c=5⋅10
4
kN
m
3
•
podłoże mocne:
c=10⋅10
4
kN
m
3
Sposoby obliczania metodą Winklera:
•
metoda naprężeń (normowa)
•
metoda odkształceń
•
metoda uogólniona – przeprowadza się dyskretyzację układu fundamentu dzięki czemu każdy
fundament cząstkowy opiera się na zastępczej podporze, której miarą podatności jest zmodyfikowany
współczynnik sztywności:
c=
q
i
s
i
;
q
i
- obciążenie jednostkowe fundamentu cząstkowego w kPa po iteracji, z uwzględnieniem sztywności
fundamentu,
s
i
- osiadanie obliczone dla profilu geotechnicznego rzeczywistego pod środkiem każdego
fundamentu cząstkowego z uwzględnieniem wpływu obciążeń fundamentów sąsiednich
16. Modele reologiczne podłoża
Na skutek obciążania podłoża gruntowego powstają odkształcenia trwałe, a wytrzymałość gruntu jest
ograniczona. Odkształcenia trwałe nie powstają natychmiast po przyłożeniu obciążenia – wówczas mamy do
czynienia z efektem reologicznym.
•
model Terzaghiego (m. konsolidacji lub filtracji)
•
model Tona (dla iłów)
•
model Taylora Goldszteina
•
model Miv Kisiela
17. Założenia i warunki dotyczące nacisków jednostkowych
•
grunt nie przenosi naprężeń rozciągających
•
do obliczeń przyjmuje się liniowy rozkład nacisku jednostkowego w poziomie posadowienia (dązy się
do tego, aby rozkład ten był równomierny, co zapewni najlepszą pracę fundamentu. W przypadku, gdy
nie jest to możliwe – muszą być spełnione dodatkowe warunki)
•
wypadkowa sił od obciążeń stałych oraz zmiennych długotrwałych nie powinna wychodzić poza rdzeń
podstawy fundamentu
•
jeżeli wypadkowa od obciążeń stałych i zmiennych działa poza rdzeniem podstawy fundamentu, wtedy
przy uwzględnianiu obciążeń wyjątkowych szczelina teoretycznie występująca pomiędzy podstawą
fundamentu a podłożem powinna mieć zasięg nie większy niż do polowy odległości od osi obojętnej (
c≤
B
4
)
18. Naprężenia pod fundamentem
1. Naprężenia pierwotne – pochodzą od ciężaru własnego gruntu
h
=
h
i
⋅
i
2. Po wykonaniu wykopu następuje odprężenie gruntu – w tym stanie naprężenia pionowe to
naprężenia minimalne -
z
m
=
h
−
z
s
;
z
s
- naprężenia wtórne
W poziomie posadowienia naprężenia wtórne są równe naprężeniom pierwotnym na tym poziomie -
z
s
=
D
, na głębokości z>0 naprężenia wtórne oblicza się ze wzoru:
z
s
=
z=0
s
⋅
0
;
0
-
współczynnik zanikania naprężeń dla metody punktów środkowych
3. Dochodzi siła Q – od ciężaru fundamentu oraz nadziemnych części obiektu budowlanego
Jednostkowe obciążenie działające na podłoże:
q=
Q
L⋅B
W poziomie posadowienia jednostkowe obciążenie podłoża q wynosi
q=
z =0
s
z=0
d
, czyli
z=0
d
=
q−
z=0
s
;
z=0
d
- naprężenia dodatkowe
4. Po oddaniu obiektu do eksploatacji – naprężenia całkowite
z
t
=
h
m
z
s
z
d
Głębokość podłoża budowlanego z
max
wyznacza się z warunku
zmax
d
≤
0,30,2
z
0,3 – stara norma, 0,2 – wg Eurocod 7
19. Rozkład nacisków pod fundamentem
→
e
B
=0
e
→
B
<B/6
e
→
B
=B/6
e
→
B
>B/6 (niezalecane)
q
2
=
0
q
1,2
=
Q
B⋅L
⋅
1±
6⋅e
B
B
q
1
=
2q
0
q
max
=
Q
0,5⋅
F
zalecana relacja przy proj.:
1≤
q
1
q
2
≤
2
- grunty niespoiste
1≤
q
1
q
2
≤
1,15
- grunty spoist
gdzie Q – suma obciążeń pionowych,
F =L⋅B
,
L=3⋅
L
2
−
e
L
20. Wartości naprężeń krawędziowych
•
Zalecenia ogólne:
→
grunty spoiste
1≤
q
max
q
min
≤
1,5
grunty niespoiste
→
1≤
q
max
q
min
≤
2
•
Zalecenia szczegółowe:
I. Obciążenia podstawowe stale lub regularnie działające (ciężar własny, śnieg, parcie gruntu i
wody), konstrukcje budynków wrażliwe na nierównomierne osiadania (przy posadowieniu na
gruntach bardzo ściśliwych)
q
max
q
min
≤
1,3
II. Obciążenia podstawowe dla konstrukcji mało wrażliwej na osiadania, posadowionej na mało
ściśliwych gruntach (piaski, grunty spoiste)
q
max
q
min
≤
3,0
III. Warunki konstrukcyjne i gruntowe pośrednie – konstrukcja wrażliwa na nierównomierne
osiadania posadowiona na gruncie mało ściśliwym
q
max
q
min
≤
2,0
IV. Fundamenty budowli wolnostojących z wysoko położonym środkiem ciężkości (kominy,
elektrownie wiatrowe, reklamy, wieże ciśnień, duże znaki drogowe)
q
max
q
min
≤
4,0
V. Nośne podłoże o małej ściśliwości (zagęszczone żwiry, piaski, półzwarte gliny)
q
max
≤
q
gr
3
N
N
e
B
N
e
B
N
e
B
21. Kształty i przekroje stóp fundamentowych
•
kształty przekrojów stóp fundamentowych
prostokątne trapezowe schodkowe kielichowe prefabrykowane
•
kształty stóp w planie
22. Stopy fundamentowe obciążone mimośrodowo; e
B
>0, e
L
>0
B
=
e
B
B
,
L
=
e
L
L
,
q
0
=
N
B⋅L
•
Rdzeń zerowy – można pominąć wpływ mimośrodu
∣
L
∣
∣
B
∣
0,033
,
q
max
≤
1,2⋅q
0
•
Rdzeń podstawowy – fundamenty z obciążeniem stałym lub zmiennym długotrwałym, fundamenty
słupów, hal, estakad, podpór pośrednich w obiektach mostowych, przyczółki
0,033≤
∣
L
∣
∣
B
∣
0,167
•
Rdzeń uogólniony – fundamenty z obciążeniem stałym całkowitym długo- i krótkotrwałym oraz
wyjątkowym, indywidualne przypadki posadowienia
L
2
B
2
≤
0,0625
23. Warunki równowagi fundamentów bezpośrednich
•
Sprawdzenie stateczności na obrót (warunek równowagi momentów)
M
obr
≤
m
0
⋅
M
ut
, współczynnik korekcyjny:
m
0
=
0,8
dla
p≥10 kPa
m
0
=
0,9
dla
p10 kPa
•
Sprawdzenie stateczności na przesunięcie (warunek równowagi sił poziomych)
Q
tr
≤
m
t
⋅
Q
tf
,
Q
tr
=
E
max
, współczynnik korekcyjny:
m
t
=
0,9
dla
p≥10 kPa
m
t
=
0,95
dla
p10 kPa
1. Sprawdzenie poślizgu w płaszczyźnie posadowienia (podstawa-grunt)
Q
tf
=
N
r
⋅
F⋅a
r
N
r
=
X
min
,
F =B⋅1mb
adhezja:
a
r
=
0,20,5⋅c
r
współczynnik tarcia:
=
tg delta
r
, (dla gruntów spoistych w stanie plastycznym
=
0
!)
2. Konstrukcja ostrogi
Q
tf
=
N
r
⋅
tg
r
F⋅c
r
3. Wymiana gruntu (na mocniejszy, niespoisty, np. Po, Ps/Pr o I
D
=0,7-0,8)
Q
tf
=
N
r
⋅
tg delta
r
4. Wymiana gruntu i konstrukcja ostrogi
Q
tf
=
N
r
⋅
tg
r
Zmiana wymiarów ściany (poszerzenie podstawy)
•
Sprawdzenie nośności podłoża (warunek równowagi sił pionowych)
N
r
≤
m⋅Q
fNB
,
N
r
=
X
max
(
m=0,9⋅0,9=0,81
)
B=B−2⋅
∣
e
B
∣
,
e
B
=
M
max
N
r max
Q
fNB
=
B⋅L⋅[10,3⋅
B
L
c
r
⋅
N
c
⋅
i
c
11,5
B
L
⋅
D
r
⋅
D
min
⋅
N
D
⋅
i
D
1−0,25
B
L
⋅
B
r
⋅
B⋅N
B
⋅
i
B
]
•
Sprawdzenie stateczności uskoku naziomu (stateczność ogólna) – sprawdzenie wymagane w
następujących przypadkach: naturalne zbocze lub skarpa albo w ich pobliżu, w pobliżu wykopu, ściany
oporowej, rzeki, jeziora, kanału, zbiornika lub brzegu morza, w pobliżu wyrobisk górniczych lub
konstrukcji podziemnych.
◦
kołowe powierzchnie poślizgu
◦
dowolne powierzchnie poślizgu
•
Stan graniczny użytkowania (II stan graniczny)
◦
osiadanie całkowite S
C
– jako wynik trzech składników:
▪
s
0
– osiadanie natychmiastowe, wynikające z odkształceń postaciowych (w gruntach pełni
nasyconych wodą) lub z odkształceń postaciowych i doraźnych zmian objętości (w gruntach
częściowo nasyconych wodą)
▪
s
1
– osiadania wynikające z konsolidacji
▪
s
2
– osiadania wynikające z pełzania
◦
różnica osiadań
S
lub względna różnica osiadań
S
l
◦
przechylenie
◦
ugięcie f
◦
względne wygięcie budowli
f
L
1
24. Zapisać i wyjaśnić warunki równowagi sił poziomych dla fundamentów bezpośrednich
Warunek równowagi sił poziomych:
T
r
≤
m
t
⋅
T
f
- składowa pozioma wypadkowej obciążeń działającej na
fundament dąży do jego przesunięcia.
Przesunięcie może nastąpić w 2 płaszczyznach:
ścięcie w podłożu
→
poślizg fundamentu po gruncie – zachodzi w gruntach spoistych, warunek stateczności wymaga, aby
→
opór tarcia o podstawę fundamentu i przyczepność gruntu do podstawy lub opór tarcia wewnętrznego gruntu i
jego spójność były przynajmniej 1,5razy większe od siły N (dążącej do przesunięcia fundamentu).
25. Co oznacza zapis
r
=
m
⋅
n
?
r
- ciężar objętościowy gruntu, wartość obliczeniowa
m
- współczynnik materiałowy
n
- ciężar objętościowy gruntu, wartość charakterystyczna (zależy od metody wyznaczania)
26. W jaki sposób określa się współczynnik materiałowy
m
?
Wg PN-81/B-03020:
m
=
1±
1
x
n
[
1
N
⋅
x
i
−
x
n
2
]
N – liczba oznaczeń
x
n
– średnia arytmetyczna oznaczeń
x
i
– wynik oznaczenia dobrej cechy
Nie należy przyjmować wartości
m
bliższych jedności niż 0,9 i 1,1. Jeżeli współczynnik materiałowy jest dalszy
od jedności niż 0,8 lub 1,25 to należy przeanalizować przestrzenną zmienność wyników w celu sprawdzenia
możliwości wydzielenia dodatkowych warstw geotechnicznych.
Współczynnik
m
dla parametru wyznaczonego metodą B lub C wynosi 0,9 lub 1,1 przy czym zawsze należy
przyjmować wartość bardziej niekorzystną.
27. Od czego zależy głębokość posadowienia fundamentów bezpośrednich?
•
Ustalenie głębokości posadowienia obejmuje rozpatrzenie następujących czynników:
◦
Głębokość występowania poszczególnych warstw geotechnicznych, głównie gruntów nośnych, na
których budowla może być bezpiecznie posadowiona
◦
Występowanie wód gruntowych i przewidywane zmiany ich stanów
◦
Występowanie gruntów pęczniejących, zapadowych i wysadzinowych
◦
Projektowanej niwelety powierzchni terenu w sąsiedztwie fundamentu, poziomu posadzek
podziemnych, poziomu rozmycia dna rzeki
◦
Głębokości posadowienia sąsiednich budowli
◦
Umownej głębokości przemarzania gruntów
◦
Występowanie w sąsiedztwie innych fundamentów, konstrukcji oraz instalacji podziemnych
•
zgodnie z normą posadowienie płytsze niż 0,5 m powinno być specjalnie uzasadnione (EC-7 nie
wymaga minimalnego posadowienia 0,5m – wymaga natomiast zabezpieczenia fundamentu przed
podmywaniem)
•
w gruntach wysadzinowych poziom posadowienia powinien być poniżej głębokości przemarzania (liczy
się ją od rzędnej projektowanego poziomu terenu lub posadzki piwnic w budynkach nieogrzewanych)
•
w gruntach pęczniejących lub w warunkach sprzyjających wysychaniu lub zamarzaniu gruntów
spoistych wymagane jest stosowanie odpowiednich środków zabezpieczających
28. Wzór na obliczanie qf [kPa] – odporu jednostkowego podłoża pod fundamentem
q
f
=
10,3
B
L
⋅
N
c
⋅
C
u
r
11,5
B
L
N
D
⋅
D
min
⋅
D
r
⋅
g1−0,25
B
L
⋅
N
B
⋅
B⋅
B
r
⋅
g
N
C
, N
D
, N
B
- współczynniki nośności zależne od kąta tarcia wewnętrznego gruntu bezpośrednio
pod podstawą fundamentu
Wzór ma zastosowanie dla prostych przypadków posadowienia, gdy:
•
e
B
≤
0,035
•
w najniekorzystniejszym układzie obciążeń ich składowa pozioma jest mniejsza niż 10% składowej
pionowej
•
budowla nie jest postawiona na zboczu lub w jego pobliżu
•
nie projektuje się obok budowli wykopów i nie zakłada się występowania dodatkowych obciążeń
29. Nośność fundamentu bezpośredniego Q
fNB
– podłoże jednorodne i uwarstwione
•
Fundament o prostokątnej podstawie obciążony mimośrodowo siłą pionową N oraz siłą poziomą Tr
(działającą równolegle do krótszego boku podstawy B) na podłożu jednorodnym:
(warstwa gruntu słabego na głębokości większej niż 2B)
Q
fNB
=
B⋅L⋅[10,3⋅
B
L
c
r
⋅
N
c
⋅
i
c
11,5
B
L
⋅
D
r
⋅
D
min
⋅
N
D
⋅
i
D
1−0,25
B
L
⋅
B
r
⋅
B⋅N
B
⋅
i
B
]
B=B−2⋅
∣
e
B
∣
,
L=L−2⋅
∣
e
L
∣
, przy czym
B≤L
e
L
, e
B
- mimośrody działania obciążenia
D
min
- głębokość posadowienia
N
C
, N
D
, N
B
- współczynniki nośności zależne od kąta tarcia wewnętrznego gruntu
c
u
r
- obliczeniowa wartość spójności gruntu zalegającego bezpośrednio pod fundamentem
D
r
- obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów powyżej poziomu posadowienia
B
r
- obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów poniżej poziomu posadowienia
g
- przyspieszenie ziemskie
i
D
,i
B
,i
C
- współczynniki wpływu nachylenia wypadkowej
•
Podłoże uwarstwione – ten sam wzór, jak powyżej z następującymi zmianami:
(wprowadzenie fundamentu zastępczego)
dla gruntów spoistych:
h≤B
→
b=
h
4
,
hB
→
b=
h
3
dla gruntów niespoistych:
h≤B
→
b=
h
3
,
hB
→
b=
2h
3
N
r
' =N
r
B '⋅L '⋅h⋅
h
'⋅g
B '=Bb
,
L '= Lb
e
B
' =
N
r
⋅
e
B
±
T
rB
⋅
h
N
r
'
,
e
L
'=
N
r
⋅
e
L
±
T
rL
⋅
h
N
r
'
B=B '−2 e
B
'
,
L=L '−2 e '
L
D
min
'=D
min
h
30. Obliczenie stateczności ogólnej uskoku naziomu – metody, charakterystyka
•
na podstawie SGN ośrodka gruntowego
◦
ścisłe rozwiązanie Sokołowskiego
◦
Sokołowskiego – Senkowa
•
warunki równowagi bryły osuwającej się wzdłuż powierzchni poślizgu
◦
metoda Felleniusa, walcowa powierzchnia poślizgu (F
dop
=1,1-1,3)
◦
metoda Bishopa, walcowa powierzchnia poślizgu (F
dop
=1,4-1,5) – siły działające na boczne ściany
wyodrębnionych bloków są poziome, więc ich rzuty na kierunek pionowy są równe 0
◦
metoda Morgensterna – Price'a
◦
metoda Janbu, dowolna powierzchnia poślizgu
◦
metoda Nonreillera, dowolna powierzchnia poślizgu – wartość siły N', podobnie jak w metodzie
Bishopa, uzyskuje się z równowagi sił działających na blok
•
metody oparte na teorii sprężystości i plastyczności, wykorzystujące techniki numeryczne (nie
narzucamy powierzchni poślizgu)
◦
MRS – metoda różnic skończonych
◦
MES – metoda elementów skończonych
◦
MEB – metoda elementów brzegowych
•
metody mieszane
•
metody empiryczne oraz oszacowania
•
metoda Masłowa, dowolna powierzchnia poślizgu
31. Stosowanie płyt fundamentowych
•
kiedy grunt ma małą nośność
•
występują nierównomierne osiadania gruntu
•
wstępuje wysoki poziom wody gruntowej
•
chcemy zapewnić w miarę równomierny rozkład obciążeń
•
przy budowie: silosów, kominów, zbiorników, wysokich budynków, śluz, suchych doków, elektrowni
wiatrowych
32. Metody obliczania płyt i rusztów fundamentowych
•
metoda uogólniona Winklera
•
MES
•
MEB
•
MRS – obliczanie jak dla płyty o zmiennej sztywności na podłożu sprężystym o zmiennej sztywności
podparcia, np. zmodyfikowana metoda Winklera. Musimy znać ugięcia w punktach, które muszą być
wykazane przez rzeczywiste ugięcia.
•
metoda odwróconego rusztu (płyty) – fundament obciążamy najpierw siłami pionowymi i obliczamy
opór gruntu, następnie w węzłach wstawiamy podpory stałe i obciążamy ruszt siłą równą oporowi
gruntu. Metoda mało dokładna i niezalecana
•
metoda rusztu (płyty) na podłożu sprężystym – przedstawienie sprężystego podłoża gruntowego jako
szereg sprężyn nałożonych w sposób ciągły lub dyskretny (w zależności od możliwości programu
komputerowego). Sztywność kz wyznacza się na podstawie wstępnych obliczeń osiadań. W wyniku
obliczeń uzyskujemy rozkłady nacisków na grunt, momenty zginające, skręcające, siły tnące itd.
33. Ławy fundamentowe
Ławy fundamentowe – rodzaj fundamentu ciągłego (
L
B
≥
5
), mający zastosowanie pod murami lub szeregiem
słupów. Przekazuje obciążenia od budowli bezpośrednio na grunt.
•
Prostokątne
•
trapezowe
•
o skokowo zmiennym przekroju poprzecznym
•
kamienne
•
ceglane
•
betonowe
•
żelbetowe
34. Metody odwadniania wykopów
•
odwadnianie bezpośrednie – pompowanie bezpośrednio z wykopu bez obudowy
•
pompowanie z wykopu w obudowanie ze ścianek szczelnych
•
zastosowanie wykopu w ściankach szczelnych ze szczelnym korkiem
•
obniżenie zwierciadła wody za pomocą studni depresyjnych
•
obniżenie poziomu wody gruntowej za pomocą igłofiltrów
35. Dreny poziome
•
drenaż poziomy frakcyjny
•
z wykorzystaniem rurek drenarskich
•
drenaż francuski – składa się tylko z geowłókniny i kruszywa, odporny na zamulenie, zapchanie i
pęknięcie. Wykonanie wykopu o szerokości równej projektowanego drenu, głębokość – co najmniej 1/3
wysokości drenu poniżej poziomu przemarzania. Ułożenie geowłókniny, zasypanie kruszywem.
Odwodnienie dużych powierzchni – placów, boisk, parkingów, dróg, pasów startowych, także jako
drenaże zapór i wałów przeciwpowodziowych
36. Nośność pionowa fundamentów bezpośrednich wg EC-7
•
z drenażem albo odpływem wody
' , c '
- parametry efektywne, wyznaczane są w aparacie trójosiowego ściskania z pomiarem ciśnienia
wody w porach gruntu
q '
- naprężenie efektywne na poziomie posadowienia
'
- ciężar objętościowy poniżej poziomu posadowienia fundamentu (efektywny z uwzględnieniem
ciśnienia wody i ew. ciśnienia spływowego)
u
– ciśnienie wody w porach gruntu
'
- naprężenia efektywne,
- naprężenia całkowite
N
c
, N
q
, N
- współczynniki nośności,
N
=
2 N
q
−
1tg '
b
c
,b
q
,b
- współczynniki nachylenia podstawy fundamentu
S
c
, S
q
, S
- współczynnik kształtu fundamentu,
S
q
=
1
B '
L '
sin
i
c
- współczynnik uwzględniający nachylenie wypadkowej
R
A'
=
c '⋅N
c
⋅
b
c
⋅
s
c
⋅
i
c
q '⋅N
q
⋅
b
q
⋅
S
q
⋅
i
q
0,5⋅ '⋅B '⋅N
⋅
b
⋅
S
⋅
i
•
bez drenażu lub w naprężeniach całkowitych
S
u
=
c
u
(
u
0
)
S
u
- wytrzymałość gruntu na ścinanie bez odsączania wody z gruntu
R
A'
=
2⋅S
u
⋅
b
c
⋅
S
c
⋅
i
c
q
q
- naprężenia całkowite
b
c
- współczynnik nachylenia podstawy fundamentu
37. Zastosowanie pali
•
grunty o małej nośności i dużej odkształcalności (np. torfy, namuły, gytie, luźne nasypy, stare odpady
komunalne) w warstwach górnych i przypowierzchniowych
•
potrzeba przeniesienia dużych obciążeń skupionych w postaci sił pionowych, momentów, i/lub ich
kombinacji (podpory mostów, obiekty budownictwa hydrotechnicznego, morskiego i pełnomorskiego,
wysokie budynki, obiekty typu wieżowego)
•
warunki konstrukcyjne i/lub eksploatacyjne wymagają ograniczenia bezwzględnej wielkości osiadań lub
różnicy osiadań
•
posadowienie obiektów na terenach starych odpadów komunalnych i przemysłowych
•
stabilizacja skarp, boczy, uskoków naziomu, nasypów na podłożu odkształcalnym
•
obudowa głębokich wykopów, garaży podziemnych, torowisk poniżej powierzchni terenu
•
wzmocnienie istniejących fundamentów (uszkodzonych) lub w celu przeniesienia zwiększonych
obciążeń, przekazanie obciążenia na głębsze obszary podłoża
38. Pale – oznaczenia, uogólnione krzywe osiadania
Uogólnione krzywe osiadania:
39. Przekazywanie obciążeń przez pale
•
czynniki w odniesieniu do podłoża gruntowego
◦
rodzaj gruntu, uwarstwienie podłoża
◦
stan naprężenia w podłożu przez i po wykonaniu pala
◦
uziarnienie gruntu
◦
stopień wilgotności gruntu
◦
położenie i zmiana poziomu wód gruntowych
◦
współczynnik filtracji
•
czynniki w odniesieniu do samego pala
◦
rodzaj materiału
◦
szorstkość trzonu
◦
średnica i długość
◦
sposób wykonania
◦
rodzaj zastosowanego urządzenia wprowadzającego pal
◦
szybkość i sposób wiercenia i zabezpieczenia otworu
◦
sposób, prędkość i czas betonowania
◦
jakość i konsystencja mieszanki betonowej
◦
wpływ ewentualnej płuczki wodnej
◦
stopień reżimu technologicznego
◦
właściwa kolejność wykonywania pali
◦
zabiegi polepszające własności podłoża
40. Podziały pali
•
ze względu na materiał
◦
betonowe (żelbetowe)
◦
stalowe (z rur zamkniętych, otwartych lub profili walcowanych – najczęściej typu H)
◦
drewniane
•
ze względu na technologię wykonania pali betonowych
◦
prefabrykowane (najczęściej o przekroju kwadratowym)
◦
monolityczne betonowane w gruncie
•
ze względu na wymiary średnicy pala
◦
pale typowych średnic (
300−600 mm
)
◦
pale wielkośrednicowe (
800−15001800 mm
)
◦
mikropale (
100−250 mm
)
•
ze względu na technikę wprowadzania w grunt
◦
wbijane
◦
wiercone
◦
wciskane statycznie
◦
wwibrowywane
◦
wwiercane
◦
wkręcane
◦
iniekcyjne
•
ze względu na sposób przekazywania obciążeń na grunt
◦
pale przekazujące obciążenie na grunt zarówno przez opór podstawy jak i tarcie pobocznicy
◦
pale stojące – oparte podstawą na skale lub bardzo mocnym gruncie
◦
pale zawieszone (tarciowe) – przekazujące obciążenia przez tarcie pobocznicy
•
ze względu na wpływ na strukturę gruntu wokół pala
◦
przemieszczeniowe – całkowicie rozpychające grunt na boki (wbijane, wciskanie statycznie,
wwibrowywane, wkręcane); żelbetowe, stalowe, Vibro-Fundex, Fundex, Vibrex
◦
półprzemieszczeniowe – częściowo rozpychające grunt na boki, częściowo wynoszące go na
zewnątrz (wwiercane i niektóre iniekcyjne)
◦
nieprzemieszczeniowe – niezmieniające struktury gruntu, całkowicie wynoszą urobek na zewnątrz
(wiercone i niektóre iniekcyjne)
41. Pale wykonywane bez rury osłonowej
•
pewność wykonania, dobre zespolenie pobocznicy i podstawy pala z gruntem
•
pełne przemieszczenie gruntu na boi z jego zagęszczeniem
•
krótki czas wykonania jednego pala (15-30 min)
•
brak drgań, wstrząsów i hałasu
•
możliwość wprowadzenia zbrojenia na części lub całej długości pala z zapewnieniem wymaganej
otuliny
•
zapewnienie wymaganej klasy betonu pod względem wytrzymałości i szczelności
•
możliwość pokonania dużych oporów w gruncie przy wierceniu
42. Pale wbijane ŻELBETOWE PREFABRYKOWANE
•
najczęściej o przekroju kwadratowym (25x25, 30x30, 40x40, 45x45 cm)
•
długość 4-20 m (zależna od wymiarów przekroju)
•
możliwość wykonywania pali z odcinków 3, 5, 10, 12, 15 m (łączna długość do 45 m)
•
betonowanie w zakładzie prefabrykacji i przywożone na budowę lub betonowane na budowie w
specjalnych formach
•
wbijane za pomocą kafarów hydraulicznych, spalinowych lub wolnospadowych
•
podstawy zaostrzone lub tępe
•
średnia i duża nośność, małe osiadania
•
szerokie zastosowanie, szczególnie w hydrotechniczym
•
stosowane w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i zagęszczonych do I
D
<0,75 oraz w gruntach
spoistych twardoplastycznych i plastycznych
ZALETY:
•
szybkość wykonania (200-350 m długości pali dziennie)
•
znaczna długość pali
•
wysoka klasa betonu (B50) zapewnia dobrą sprężystość pala, odpowiednią szczelność oraz odporność
na agresywne działanie wody, gruntu, gazów
•
„czysty” plac budowy
•
możliwość bieżącej kontroli poprzez pomiar wpędu, za pomocą wzorów dynamicznych i badań
dynamicznych (PDA)
•
wykonanie wstępnych badań nośności w celu optymalizacji posadowienia
•
przejrzysta możliwość kontroli na nadzoru budowlanego
•
niezależność od warunków pogodowych
•
wykorzystanie młotów hydraulicznych z osłoną dźwiękoszczelną
43. Pale wbijane (wwibrowywane) STALOWE
→
Pale wbijane z rur stalowych zamkniętych
•
duża nośność
•
stosowane w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i zagęszczonych
→
Pale wbijane (wwibrowywane) z rur stalowych otwartych
•
średnia nośność
•
stosowane w gruntach niespoistych zagęszczonych i bardzo zagęszczonych
•
stosowane w sytuacjach potrzebnego dużego zagłębienia w gruncie nośnym w celu utwierdzenia pala
na siły poziome (dalby, pomosty, nabrzeża etc.)
•
najczęściej przekrój kołowy (400, 500, 600, 700 mm i więcej)
•
długość nawet do kilkudziesięciu metrów
•
możliwość wykonywania pali łączonych (spawanych) z odcinków
•
wbijane za pomocą młotów hydraulicznych, spalinowych, wolnospadowych lub wwibrowywane
•
podstawy zamknięte („but stalowy”) lub otwarte
•
małe osiadania
•
szerokie zastosowanie w budownictwie hydrotechnicznym (na otwartej wodzie)
44. Pale wbijane VIBRO-FUNDEX
•
średnica 457 mm, 508 mm
•
długość do 25 m
•
wbijane za pomocą młotów hydraulicznych lub spalinowych
•
podstawy zamknięte – „ but stalowy”
•
podstawa tracona, rura wyciągana za pomocą wyciągarki i wibratora
•
duża nośność, małe osiadania
•
stosowane w gruntach średniozagęszczonych i zagęszczonych
45. Pale wbijane VIBRO
•
duża nośność w gruncie, małe osiadania
•
stosowane w gruntach niespoistych o I
D
<0,75, w terenie niezabudowanym
46. Pale wbijane VIBREX (SUPERVIBREX)
•
średnica 457 mm, 508 mm
•
długość do 25 m
•
wbijane za pomocą młotów hydraulicznych lub spalinowych
•
podstawy zamknięte - „but stalowy”
•
podstawa tracona, rura wyciągana przy pomocy wyciągarki i wibratora
•
powiększona średnica podstawy i pobocznicy w rejonie podstawy
•
bardzo duża nośność, bardzo małe osiadania
•
stosowane w gruntach luźnych, średniozagęszczonych i zagęszczonych
47. Pale wbijane FRANKI
•
średnica 500 mm, 600 mm
•
długość do 20 m
•
wbijane za pomocą bijaka wolnospadowego
•
rura wyciągana za pomocą wyciągarki
•
podstawa o powiększonej średnicy
•
bardzo duża nośność, bardzo małe osiadania
•
stosowane w gruntach średniozagęszczonych i zagęszczonych
•
technologia coraz rzadziej stosowana, niemożliwa do stosowania w terenie zabudowanym
48. Pale wciskane FUNDEX
•
średnica 400 mm, 500 mm, 600 mm
•
długość do 25 m
•
rura wciskana i wkręcana
•
podstawa zamknięta – „but stalowy”
•
podstawa tracona, rura wyciągana za pomocą wyciągarki i wibratora
•
duża nośność, małe osiadania
•
stosowane w gruntach luźnych i średniozagęszczonych oraz w spoistych plastycznych i
twardoplastycznych
49. Pale wiercone WOLFSHOLZA
•
średnia nośność w gruncie
•
technologia pracochłonna, coraz rzadziej stosowana
•
stosowane w gruntach spoistych co najmniej twardoplastycznych i niespoistych zagęszczonych
(I
D
>0,70) nawodnionych, w terenie zabudowanym
50. Pale wiercone BEZ RURY OSŁONOWEJ
•
średnica 400, 500, 600, 800 mm (i wielkośrednicowe 1000, 1200, 1500 mm)
•
długość do 30 m
•
średnia nośność, dość duże osiadania
•
stosowane w gruntach spoistych zwartych i twardoplastycznych
51. Pale wiercone W RURZE OSŁONOWEJ WWIBROWYWANEJ
•
średnica 600, 800 mm i wielkośrednicowe 1000, 1200, 1500 mm
•
długość do 30 m
•
betonowanie metodą „Kontraktor”
•
średnia nośność, dość duże osiadania
•
stosowane w gruntach spoistych zwartych i twardoplastycznych oraz niespoistych zagęszczonych
•
technologia powszechnie wykorzystywana do pali wielkośrednicowych, zalecane wzmacnianie podstaw
pali za pomocą iniekcji
•
można stosować w terenie zabudowanym
52. Pale wiercone W ZAWIESINIE IŁOWEJ
•
średnica 600, 800 mm i wielkośrednicowe 1000, 1200, 1500 mm
•
długość do 30 m
•
betonowanie metodą „Kontraktor”
•
średnia nośność, dość duże osiadania
•
stosowane w gruntach spoistych zwartych i twardoplastycznych oraz niespoistych zagęszczonych
53. Pale wwiercane CFA (Continuous Flight Auger Piles)
•
średnica 400, 500, 600, 800 mm (również wielkośrednicowe – 1000, 1200 mm)
•
długość do 30 m
•
zbrojenie wwibrowywane po zabetonowaniu otworu
•
średnia i duża nośność
•
stosowane w gruntach spoistych twardoplastycznych i niespoistych zagęszczonych
54. Pale wkręcane ATLAS
•
średnica 360/530, 460/670, 510/720, 560/810 mm, długość do 20 m
•
zbrojenie podawane przez rurę rdzeniową lub wwibrowywane po zabetonowaniu otworu
•
but tracony
•
duża nośność, stosowane w gruntach spoistych twardoplastycznych i plastycznych oraz niespoistych
średniozagęszczonych i zagęszczonych
•
można stosować w terenie zabudowanym
•
technologia szybka i efektywna
55. Pale wkręcane OMEGA, CG OMEGA
•
średnica 400, 500, 600 mm
•
długość do 20 m
•
zbrojenie podawane przez rurę rdzeniową lub wwibrowywane po zabetonowaniu otworu
•
but tracony
•
duża nośność
•
stosowane w gruntach spoistych twardoplastycznych i plastycznych oraz niespoistych
średniozagęszczonych i zagęszczonych
•
można stosować w terenie zabudowanym
•
technologia bardzo szybka i efektywna
56. Pale wkręcane TUBEX
•
średnica 400, 500, 600 mm
•
długość do 30 m
•
możliwość wykonywania pali łączonych (spawanych) z odcinków
•
rury tracone wkręcane za pomocą głowic obrotowych
•
podstawy zamknięte z dyszami iniekcyjnymi
•
bardzo duża nośność
•
stosowane w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i zagęszczonych, rzadziej w gruntach
spoistych
•
możliwość stosowania w terenie zabudowanym, w piwnicach, pod mostami itd.
•
technologia szybka i efektywna
57. MIKROPALE INIEKCYJNE
•
stosowane w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i zagęszczonych oraz małospoistych
•
stosowane jako wzmocnienie istniejących fundamentów w gęstej zabudowie lub pod niewielkie nowe
obiekty oraz jako zakotwienia bierne (systemy TITAN, GONAR, DYWIDAG)
58. Pale (kolumny) JET-GROUTING
•
stosowane praktycznie we wszystkich rodzajach gruntów
•
stosowane jako wzmocnienie lub podchwycenie istniejących fundamentów w gęstej zabudowie, np.
budynków w pobliżu głębokich wykopów, rzadziej jako pale lub kolumny pod nowe obiekty (zbyt
kosztowne)
•
możliwe zbrojenie kolumn za pomocą profili stalowych wwibrowywanych w świeży cemento-grunt
59. Metody wzmocnienia pali wielkośrednicowych
•
Komory iniekcyjne
◦
Klasyczna stalowa komora iniekcyjna – w podstawę pala wbudowana jest komora zastrzykowa, do
niej wprowadza się rurki do tłoczenia zaczynu. Komora stalowa cylindryczna zamknięta od góry
blachą stalową i wypełniona otoczakami. Zastrzyk cementu wykonuje się po kilku dniach od
zabetonowania pala. Najpierw wypełnia się zaczynem przy ciśnieniu tłoczenia ok. 6 atm. Po
zamknięciu rurki przelewowej tłoczy się zaczyn pod ciśnieniem, aż pal zacznie się unosić. Na końcu
należy utrzymać max. ciśnienie 3-4 MPa przez ok. 10-15 min.
◦
Metoda opracowana w Katedrze Geotechniki PG – iniekcja zagęszczające w komorę z
półprzepuszczalnej geotkaniny w podstawie pala. Komora i zbrojenie osadzone na dnie otworu
wiertniczego. Po związaniu betony (ok. 14 dni) iniekcja przez 2 rurki zaczynem cementowym
wprowadzonym pod ciśnieniem z cyklicznym obciążeniem i odciążeniem. Przy iniekcji pod podstawą
pali wielkośrednicowych zaleca się stosowanie zaczynu o c/w=1,5.
◦
Metoda Yeatsa i O'Riordana – iniekcja zaczynem cementowym przez 4 rurki o
64mm
. W rurce
iniekcyjnej znajdują się 2 otwory w opasce gumowej, przez które zaczyn przechodzi do gruntu w
podstawie pala
•
Metoda opracowana przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów – nie stosuje się komory. W pal
wbudowana jest instalacja z jednej rurki iniekcyjnej, której końce wyprowadza się ponad głowice pala.
W dolnej części rurki 3 otwory osłonięte zaworami opaskowymi. Pozioma elastyczna przepona z PCV
osłania rurkę na dnie otworu. Insekt pod podstawą można tłoczyć w dowolnym czasie po jego
zabetonowaniu w jednej lub kilku fazach, aż do uzyskania odpowiedniego ciśnienia.
•
Iniekcja bezpośrednia
60. Metody wyznaczania sił w palach
•
metody klasyczne – wprowadzenie znacznych uproszczeń w schematach statycznych konstrukcji
palowych, pozwalają na obliczenia bez użycia komputera.
◦
Metoda sztywnego oczepu – oczep palowy traktowany jako nieskończenie sztywna bryła, a pale
jako pręty obustronnie przegubowe, liniowe podpory sprężyste lub połączenia jednych i drugich.
Otrzymuje się jedynie siły osiowe, momenty zginające są zerowe.
◦
Układy płaskie dwu i trójpalowe – układy statycznie wyznaczalne, oblicza się je na podstawie
prostych równań równowagi sił zbieżnych i niezbieżnych
→
Układy dwupalowe
→
Układy trójpalowe
Układy wielopalowe
→
→
Układy wielopalowe z palami pionowymi lub jednym palem ukośnym
◦
Układy przestrzenne
•
metody numeryczne – potrzebne odpowiednie programy komputerowe do obliczeń statycznych. Pale
możemy modelować za pomocą prętów współpracujących ze sprężystym lub sprężysto-plastycznym
ośrodkiem gruntowym za pomocą prętów zastępczych lub za pomocą pojedynczych podpór sprężystych
liniowych lub liniowych i obrotowych.
◦
Metoda sprężystego oczepu na podporach sprężystych – pale modelowane podobnie jak w
przypadku metody sztywnego oczepu, oczep modeluje się o rzeczywistej sztywności (stosowana,
gdy oczep jest odkształcalną belką lub płytą)
◦
Obliczanie fundamentów palowych z uwzględnieniem nierównomiernej sztywności osiowej pali
◦
Metoda uogólniona (Kosecki) (obliczanie konstrukcji palowych metodą współpracy pali ze
sprężysto-plastycznym ośrodkiem gruntowym) – współpracę pala z gruntem wyraża się za pomocą
układu podpór sprężystych gęsto rozstawionych wzdłuż pobocznicy i podpór sprężystych w
podstawie. Podpory prostopadłe wyrażają reakcję gruntu na przemieszczenia poprzeczne pali,
podpory styczne – przemieszczenia podłużne. W podstawie pala umieszcza się podporę sprężystą
osiową względem pala o sztywności K
p
, prostopadłą o sztywności K
b
i podporę na obrót o
sztywności K
r
.
61. Nośność pionowa pali
•
pal wciskany
N
t
=
N
p
N
s
=
S
p
⋅
q
r
⋅
A
p
S
si
⋅
t
i
r
⋅
A
si
•
pal wyciągany
N
w
=
S
i
w
⋅
t
i
r
⋅
A
si
gdzie:
q
r
- jednostkowa obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala
t
r
- jednostkowa obliczeniowa wytrzymałość gruntu wzdłuż pobocznicy pala
S
p
, S
s
, S
w
- współczynniki technologiczne
A
p
- pole przekroju poprzecznego podstawy pala
A
s
- pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie
•
interpolacja jednostkowego oporu granicznego pod podstawą pala q (grunty niespoiste)
Wartość jednostkowej obliczeniowej wytrzymałości gruntu q
(r)
pod podstawą wyznacza się na
podstawie wytrzymałości granicznej q przyjmowanej w zależności od rodzaju gruntu oraz jego stopnia
zagęszczenia I
D
(n)
lub stopnia plastyczności I
L
(n)
. Wytrzymałość normowa jest określona dla głębokości
krytycznej h
c
=10,0 m i większej, mierząc od poziomu terenu oraz dla wyjściowej średnicy D
0
=0,4 m.
Dla głębokości mniejszych niż h
c
należy wartość q wyznaczyć przez interpolację liniową przyjmując
wartość zero na pierwotnym poziomie terenu
•
interpolacja jednostkowego oporu granicznego na pobocznicy pala t
Wartość jednostkowej obliczeniowej wytrzymałości gruntu wzdłuż pobocznicy t(r) wyznacza się na
podstawie wytrzymałości granicznej t, przyjmowanej w zależności od rodzaju gruntu oraz jego stopnia
zagęszczenia I
D
(n)
lub stopnia plastyczności I
L
(n)
. Wartości normowe należy przyjmować na głębokości 5
m i większej, mierząc od poziomu terenu. Na głębokościach mniejszych niż 5 m wartość t należy
wyznaczyć przez interpolację liniową. Dla gruntu uwarstwionego z warstwą słabą poziom interpolacji
tak jak dla q.
62. Nośność grupy pali
Nośność fundamentów na palach należy obliczać przenosząc całe obciążenia fundamentu wraz z jego ciężarem
własnym wyłącznie na pale, bez udziału oczepu zwieńczającego pale.
Nośność grupy pali równa się sumie nośności pali pojedynczych, niezależnie od ich rozstawu, gdy:
•
pale opierają się na skale
•
dolne końce pali są wprowadzone na głębokość co najmniej 1,0 m w zagęszczone grunty
gruboziarniste oraz piaski grube lub grunty spoiste zwarte
•
pale wbijane są bez wpłukiwania w piaski zagęszczone lub średniozagęszczone (dotyczy to również pali
Franki, Vibro i Fundex).
W przypadku wbijania pali bez wpłukiwania w piaski luźne (dotyczy to również pali Franki, Vibro i Fundex)
nośność pali w grupie równa się sumie nośności pali pojedynczych, gdy rozstaw między nimi
r ≥4D
. Gdy
3D≤r≤4D
można tak obliczoną nośność grupy pali zwiększyć o 15%, gdy
r 3D
można nośność zwiększyć
o 30%.
W przypadku zagłębienia pali w grunty spoiste, gdy strefy naprężeń nie zachodzą na siebie w poziomie
podstaw pali to nośność grupy równa się sumie nośności pali pojedynczych. Gdy strefy naprężeń zachodzą na
siebie, należy do obliczeń nośności grupy pali wprowadzić współczynnik redukcyjny.
•
Promień strefy naprężeń w gruntach jednorodnych:
R=
D
2
h⋅tg alfa
,
alfa
- zależy od rodzaju gruntu
•
Promień strefy naprężeń w gruntach uwarstwionych:
R=
D
2
h
i
⋅
tg alfa
i
•
Promień strefy naprężeń przy palach wyciąganych:
R=0,1⋅h
D
2
•
Nośność pali w grupie
◦
na wciskanie
N
t
=
S
p
⋅
q
r
⋅
A
p
m
1
S
si
⋅
t
i
r
⋅
A
si
◦
na wyciąganie
N
w
=
m
1
S
i
w
⋅
t
i
r
⋅
A
si
63. Współczynniki S
p
, S
s
, S
w
wg PN-83/B-02482
•
S
p
– współczynnik technologiczny dla podstawy pala wciskanego
•
S
s
– współczynnik technologiczny dla pobocznicy pala wciskanego
•
S
w
– współczynnik technologiczny dla pobocznicy pala wyciąganego
Współczynniki te zależą od rodzaju pala i sposobu jego wykonania oraz wartości współczynników w gruntach
(I
D
, I
L
)
64. Osiadania pali – metody obliczeń
•
Osiadanie pali pojedynczych
◦
przybliżone zależności, korelacje, zalecenia, metody empiryczne i półempiryczne wykorzystujące
rzeczywiste pomiary z próbnych obciążeń statycznych
◦
metody bezpośrednie z wykorzystaniem parametrów w badaniach in situ – badania sondami SD,
SPT, CPT, CPTU, badania presjometrem PMT, badania dylatometrem DMT
◦
metody wykorzystujące rozwiązania teorii sprężystości, bazujące na rozwiązaniu Mindlina tzn. siła
skupiona działająca wewnątrz półprzestrzeni sprężystej, pal rozpatrywany jako szorstki cylindryczny
element o średnicy D zagłębiony w jednorodnej, izotropowe półprzestrzeni sprężystej
charakteryzującej się modułem odkształcenia E
S
oraz współczynnikiem Poissona
◦
wykorzystanie funkcji transformacyjnych (określonych w badaniach modelowych, skali
półtechnicznej, terenowych w skali naturalnej, na podstawie pomiarów wzdłuż pobocznicy i pod
podstawą pala) – pal dzielony na skończoną liczbę elementów, które charakteryzują geometrię oraz
właściwości materiału pala, które współpracują w węzłach z podłożem poprzez nieliniowe
charakterystyki. Funkcje transformacyjne: t-z dla pobocznicy, q-z dla podstawy pala. Należy w
sposób iteracyjny znaleźć zależności między obciążeniem a przemieszczeniem dla dowolnego
poziomu obciążenia wybranego przekroju pala.
◦
metody analityczne wykorzystujące rozwiązania teoretyczne z analizą współpracy pal-podłoże
gruntowe, z zastosowaniem MES, MEB oraz innych rozwiązań macierzowych
•
osiadania pali w grupie – osiadanie pali w grupie jest znacznie większe niż osiadanie pala pojedynczego
◦
metoda współczynnika osiadania – wielkość osiadania pala pojedynczego s
p
, określoną dla
charakterystycznego obciążenia projektowanego, mnoży się przez współczynnik osiadania R, który
odzwierciedla tzw. efekt grupy (określony na podstawie badań modelowych i terenowych)
◦
metoda fundamentu zastępczego – zastąpienie grupy pali fundamentem bezpośrednim lub
zastępczą kolumną
◦
metody teoretyczne – korzystają z rozwiązań teoretycznych, które w sposób bezpośredni opisują
pracę pali w grupie i oddziaływania między nimi. Analiza współpracy pal-grunt-pal z
wykorzystaniem obliczeniowych procedur numerycznych – MEB, MES oraz inne rozwiązania
macierzowe
65. Osiadanie pala pojedynczego
•
w gruncie jednorodnym
s=
Q
n
h⋅E
0
⋅
I
w
, gdzie:
Q
n
- obciążenie pala, działające wzdłuż jego osi
E
0
- moduł odkształcenia gruntu
I
w
=
I
ok
⋅
R
h
/
R
b
- współczynnik wpływu osiadania,
I
ok
zależny od
h
D
oraz
K
A
,
R
h
- współczynnik
wpływu warstwy nieodkształcalnej poniżej podstawy pala, dla pala z warstwą mniej ściśliwą w poziomie
podstawy pala:
R
b
•
z warstwą nieodkształcalną (
E
b
E
0
1000
) w podstawie pala
s=
Q
n
⋅
h
E
t
⋅
A
t
⋅
M
R
, gdzie:
M
R
- współczynnik osiadania pala zależny od
h
D
i
K
A
A
t
- powierzchnia przekroju poprzecznego pala
66. Osiadanie grupy pali
•
osiadanie dowolnego pala i w grupie składającej się z k pali:
s
i
=
j=1
k
s
1j
⋅
Q
nj
⋅
alfa
ij
0
s
1i
⋅
Q
n i
, dla
j≠i
, gdzie:
s
1
- osiadanie pala pojedynczego pod wpływem jednostkowego obciążenia
Q
n
=
1
Q
nj
, Q
n i
- obciążenia odpowiednio pala j oraz i
alfa
ij
0
- współczynnik oddziaływania pomiędzy palami i oraz j
67. Wykorzystywanie wzorów dynamicznych do oceny nośności pali
Powszechnie stosowane wzory dynamiczne wywodzą się zasady zachowania energii:
N
d
=
E
ce⋅L
, gdzie:
N
d
- nośność dynamiczna [kN]
E
- energia jednego uderzenia młota,
E=Q⋅h
[kNm]
Q
- ciężar młota [kN]
h
- wysokość spadu młota [m]
c
- wpęd pala od jednego uderzenia młota, liczony jako średnia z ostatnich 30 cm wbijania [mm]
e
- sprężyste odkształcenie pala, gruntu i kołpaka na 1 m długości pala, zależne od wpędu
e= f c
Na podstawie wyniku próbnego obciążenia pala oblicza się współczynnik cechowania p jako:
p=
k⋅N
C
0
N
d
, skąd skorygowana nośność wynosi:
N
d
'= p⋅N
d
Zgodnie z normą, warunek obliczeniowy stanu granicznego nośności przy zastosowaniu wzorów dynamicznych
ma postać:
Q
r
≤
0,8⋅N
d
'
68. Próbne statyczne obciążanie pali
•
metoda wolnych stałych stopni obciążenia (Slow ML Test)
•
metoda szybkich stałych stopni obciążenia (Quick ML Test)
•
metoda stałej prędkości przemieszczenia (CRP Test)
•
szwedzki test cykliczny (S.C. Test)
•
metoda równowagi (IE Test)
•
metoda francuska LCPC
•
zalecenia niemieckie
•
metoda proponowana przez ISSMPE
•
propozycje Komitetu Europejskiego, ERTC3
•
PN-69/B-02482, PN-83/B-02482
69. Metody dynamiczne określania nośności pali, analiza nośności
•
PDA (Pile Driving Analysis) – dla pali wbijanych. Pozwala na ocenę nośności pala, wydajności młota,
energii wbijania, przyśpieszenia, odboju sprężystego pala, wpędy pala, naprężeń ściskających i
rozciągających, odkształcenia, prędkości i przemieszczenia pali. Polega na wywołaniu naprężeń w
momencie uderzenia młota. Za pomocą czujników rejestruje się przyspieszenie i naprężenie w
momencie udrzenia.
•
DLT (Dynamic Load Testing) – dla pali wierconych, ocena nośności pala oraz jakości pala. Przebieg
badania jak w PDA, zamiast młota specjalny bijak i założenie, że spadający swobodnie ciężar powinien
wynosić minimum 1-2% nośności pala. Wykorzystują zjawisko rozchodzenia się fali naprężeń w palu
podczas wbijania lub wywoływanie fali naprężenia uderzeniem bijaka.
Metody bezpośrednie (uwzględniają oddziaływanie gruntu na podstawę i w bardzo ograniczonym zakresie na
pobocznicy):
•
CASE (Case Institue of Technology)
•
IMPEDANCE
•
TNO (Technical Netherands Organization)
Metody pośrednie (dla pali o złożonej strukturze, w niejednorodnych warunkach gruntowych):
•
CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program)
•
TNODLT (metoda holenderska lub od nazwy programu komputerowego TNOWAVE)
W terenie za pomocą czujników zainstalowanych do głowicy pala wykonuje się pomiar przyspieszenia i
odkształcenia (naprężenia). Na podstawie analizy z wykorzystaniem opracowanych programów
komputerowych w metodzie CASE otrzymujemy obciążenie graniczne głowicy pala. W metodach
pośrednich CAPWAP i TNODLT otrzymujemy obciążenie graniczne głowicy, opór podstawy i pobocznicy,
rozkład oporów wzdłuż długości, skrócenie pala, czyli charakterystyki zbliżone do wyników próbnego
obciążenia statycznego
70. Badania nieniszczące pali
•
testy akustyczne
•
testy radiometryczne
•
testy geosejsmiczne
•
metody sejsmiczne niskoenergetyczne wykorzystujące zjawisko odbicia fali naprężeń
•
metody sejsmiczne wysokoenergetyczne oparte na badaniu fal naprężeń
•
metody wibracyjne
•
metody elektryczne
71. Obliczanie pali obciążonych siłami poziomymi
•
wg normy (polskiej, niemieckiej, fińskiej)
•
wg API (American Petroleum Institute)
•
z wykorzystaniem krzywych p-y
◦
Tomlinsor
◦
metoda Bromsa
◦
DNV
◦
MES
Kryterium sztywności pala:
•
pale sztywne – uwzględniamy: przemieszczenie, momenty i nośność, zależą od zagłębienia sprężystego
•
pale wiotkie – uwzględniamy: przemieszczenie i momenty zginające
72. Wymienić i scharakteryzować konstrukcje podtrzymujące uskok naziomu
•
ściany oporowe – budowla w postaci ściany wykonana z betonu, cegieł, pustaków, kamieni, gabionów
lub bloków betonowych. Nośność muru może być dodatkowo zwiększona przez zbrojenie prętami,
siatkami, elementami żelbetowymi lub stalowymi. Mury oporowe podpierają uskok naziomu gruntów
rodzimych lub nasypowych, a ich głównych obciążeniem jest parcie podpieranego gruntu
•
ścianki szczelne – konstrukcje oporowe składające się z brusów (wbijanych, wwibrowywanych lub
wciskanych w grunt), wykonywane z drewna, stali lub żelbetu. Elementy są ze sobą połączone na
specjalne zamki (nieprzepuszczające wody ani drobnych frakcji), ściśle jeden obok drugiego. Zadaniem
ścianek szczelnych jest zabezpieczenie przed przemieszczaniem się gruntu w kierunku poziomym oraz
zabezpieczenie przed działaniem wód gruntowych. Stosowane w obiektach tymczasowych –
tymczasowe obudowy wykopów ścianką szczelną, ścianką berlińską. Przenoszą duże obciążenia
pionowe. Najczęściej spotykane typy ścianek szczelnych:
◦
ścianki szczelne górą niezakotwione, dołem utwierdzone, obciążone siłą działającą w kierunku
poziomym skupioną w jej górnym końcu
◦
ścianki szczelne górą niezakotwione, utwierdzone w dolnej części, obciążone równomiernym
parciem gruntu (naziomu) oraz dna wykopu i obciążeniem liniowym naziomu działającym w
kierunku równoległym do ścianki szczelnej
◦
ścianki szczelne górą zakotwione (rozparte), górą i dołem wolnopodparte, obciążone parciem
gruntu, równomiernym obciążeniem naziomu oraz dna wykopu i obciążeniem liniowym naziomu
równoległym do ścianki szczelnej
•
palisady – zapewniają stateczność naziomu, przenoszą głównie siły parcia pochodzącego od
zalegającego za konstrukcją oporową gruntu oraz obciążeń zewnętrznych
73. Rodzaje ścian oporowych
•
masywne
•
półmasywne ze wspornikiem
•
półmasywne z płytą odciążającą
•
lekkie płytowo-kątowe
•
lekkie płytowo-żebrowe
74. Schematy podparcia ścian oporowych
•
pionowa
•
nachylona
•
ze wspornikiem
•
z płytą odciążającą
75. Grunt zbrojony, schematy zniszczenia
Grunt zbrojony – materiał konstrukcyjny utworzony przez naprzemienne ułożenie warstw gruntu i innego
zbrojenia. Zbrojenie może być metalowe lub wykonane z tworzywa sztucznego – siatki, taśmy, maty lub
geowłókniny. Nie wolno stosować materiałów z włókien naturalnych, gdyż nastąpi biodegradacja. Grunt
zbrojony opiera się na koncepcji adhezji i kohezji pozornej. Zakłada się wprowadzenie do gruntu zbrojenia,
które jest jednoznaczne z wprowadzeniem kohezji. Zbrojenie przenosi siły rozciągające.
Schematy zniszczenia:
•
grunt ulega ścięciu, a zbrojenie zniszczeniu
•
zniszczenie przez poślizg zbrojenia
•
zniszczenie poprzez wyparcie gruntu spod konstrukcji
•
zniszczenie konstrukcji na skutek utraty stateczności
76. Rodzaje i schematy statyczne ścianek szczelnych
•
Rodzaje ścianek szczelnych:
◦
wspornikowe
◦
rozpierane jednokrotnie lub wielokrotnie
◦
zakotwione jednokrotnie lub wielokrotnie
•
Podział ścianek szczelnych ze względu na materiał:
◦
stalowe – kształty przekrojów: korytkowy (U), zetowy, płaski, typu H
◦
żelbetowe – uszczelniane na pióro obce z drewna, specjalne ostrze dociskające jednego brusa do
drugiego
◦
drewniane – uszczelniane na pióro i wpust własne lub obce
•
Schematy statyczne:
◦
ścianka wspornikowa
◦
ścianka jednokrotnie zakotwiona (rozparta) dołem utwierdzona
◦
ścianka jednokrotnie zakotwiona (rozparta) dołem wolnopodparta
77.
Obudowa wykopu: palisady, obudowa berlińska
Rodzaje obudów wykopów:
•
ściany szczelinowe
•
obudowa berlińska
•
ściany z pali wierconych (palisady)
•
stalowe ścianki szczelne
•
ściany gwoździowane
•
ściany z zawiesiny zbrojonej kształtownikami
Palisady palowe:
◦
ściany z pali wierconych
◦
pale wiercone w rurze osłonowej (obsadowej)
◦
pale CFA (świder ciągły z rurą do betonowania)
◦
pale wykonywane w technologii iniekcji strumieniowej
◦
pale Omega, SDP, FDP, CFP, Lambda (rozpychające grunt)
◦
ściany z pali przemieszczeniowych
◦
pale wbijane (rury stalowe)
◦
rury i kształtowniki stalowe
◦
brusy żelbetowe
◦
ściany z pali
▪
przecinających się (co drugi pal zbrojony)
▪
rozsuniętych
▪
stykających się
▪
rozsuniętych uszczelnianych iniekcją strumieniową
▪
w układzie zygzakowatym
▪
rozsuniętych z opinką
Ściany palisady mogą być wykonywane w odległości ok. 30-40 cm od ścian sąsiednich budynków (od osi
palisady)
Obudowa berlińska:
•
tymczasowa konstrukcja oporowa pełniąca funkcję obudowy głębokiego wykopu i przenosząca
obciążenia w postaci parcia gruntu
•
złożona z profili stalowych walcowanych (dwuteowniki lub podwójne ceowniki)
•
rozstaw profili – do 1-2 m, wprowadzane w grunt przy pomocy wibromłota (ew. wbijane) lub
montowane w otworach wierconych z zawiesiną samotwardniejącą cementowo-bentonitową o
wytrzymałości 1 MPa
•
między profilami – opinka, grube deski lub kantówki
•
wykop głębiony etapowo
•
podparcie obudowy zapewnione przez kotwy gruntowe lub stalową konstrukcję rozpierającą składającą
się z oczepów, zastrzałów i rozpór
•
kotwy na oczepach lub bezpośrednio na konstrukcji
•
powoduje odprężenie gruntu za obudową (niezalecana do wykonywania w bezpośrednim sąsiedztwie
istniejących fundamentów lub instalacji uzbrojenia podziemnego)
•
zaleca się stosowanie przy braku wód gruntowych
78. Ściany szczelinowe
•
ściana żelbetowa, wykonywana monolitycznie w sekcjach o długości od 3 do 6 m
•
grubości ścian od 0,5 do 1,0 (1,2) m
•
betonowane w specjalnych szczelinach (wąskich i głębokich wykopach) wykonywanych w gruncie za
pomocą koparek pod osłoną zawiesiny tiksotropowej lub montowane z płyt prefabrykowanych
•
podtrzymują głębokie wykopy
•
stanowią konstrukcje oporowe lub ściany podziemne konstrukcyjne budynku, fundamenty różnych
konstrukcji budowlanych, obudowy tuneli, kanałów, przegrody przeciwfiltracyjne
Technologia i etapy wykonywania:
•
głębienie szczeliny (wykop koparką: szerokość 0,6/0,8/1,2 m, głębokość 30/40/60 m)
•
zakończenie głębienia
•
wprowadzenie elementów rozdzielczych
•
wprowadzenie zbrojenia
•
betonowanie sekcji metodą Kontraktor
•
zabetonowanie sekcji
•
wyciąganie elementów rozdzielczych
79. Zakotwienia ścian szczelinowych