Fundamentowanie
Wykład IV
1
Ustalenie wartości parametrów
geoetchnicznych
Wartości charakterystyczne i reprezentatywne oddziaływań należy
wyprowadzić zgodnie z EN 1990:2002 i wybranymi częściami EN 1991.
Wartości charakterystyczne danych geometrycznych
za wartości charakterystyczne poziomów gruntu, wody gruntowej lub
wody powierzchniowej należy przyjmować wartości pomierzone,
nominalne albo oszacowane poziomy górne i dolne.
Za wartości charakterystyczne poziomów gruntu i wymiarów konstrukcji
geotechnicznych lub ich elementów zwykle zaleca się przyjmować
wartości nominalne.
2
Ustalenie wartości parametrów
geoetchnicznych
Wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych:
wyboru wartości tych parametrów należy dokonać na podstawie
wyników oraz wartości wyprowadzonych z badań laboratoryjnych
i terenowych, uzupełnionych ogólnie uznanym doświadczeniem.
Charakterystyczną wartość parametru geotechnicznego należy
wybrać jako ostrożne oszacowanie wartości decydującej o
wystÄ…pieniu stanu granicznego.
Wartości charakterystyczne mogą być wartościami mniejszymi
od wartości najbardziej prawdopodobnych (dolnymi) lub
wartościami od nich większymi (górnymi), w zależności od tego,
które są bardziej niekorzystne.
3
Ustalenie wartości parametrów
geoetchnicznych
Przy doborze wartości parametrów geotechnicznych należy
uwzględnić:
" dane geologiczne,
" zmienność pomierzonych wartości właściwości gruntów,
" zakres badań terenowych i laboratoryjnych,
" rodzaj i liczbę próbek,
" zakres strefy aktywnej w podłożu, decydującej o zachowaniu
konstrukcji geotechnicznej w rozważanym stanie granicznym,
" zdolność konstrukcji geotechnicznej do przekazywania obciążeń
ze słabych do mocnych stref.
4
Ustalenie wartości parametrów
geoetchnicznych
Wartości obliczeniowe oddziaływań:
Fd = Å‚ Å" Frep
F
gdzie:
Frep =È Å" Fk
Å‚
F - współczynnik częściowy (Załącznik A)
5
Ustalenie wartości parametrów
geoetchnicznych
Wartości obliczeniowe danych geometrycznych
Współczynniki częściowe oddziaływań i materiałowe uwzględniają
niewielkie odchyłki danych geometrycznych.
Nie zaleca się wymagania dodatkowego zapasu bezpieczeństwa
dla danych geometrycznych.
6
Ustalenie wartości parametrów
geoetchnicznych
Wartości obliczeniowe parametrów geotechnicznych:
X = X / Å‚
d k M
gdzie:
ł -współczynnik częściowy (Załącznik A)
M
7
Stan graniczny nośności
RozpatrujÄ…c stan graniczny zniszczenia lub nadmiernego
odkształcenia elementu konstrukcji czy części podłoża,
należy wykazać:
Ed d" Rd
gdzie:
- wartość obliczeniowa efektu oddziaływań
Ed
Rd
- wartość obliczeniowa oporu przeciw oddziaływaniu
8
Stan graniczny nośności
obliczeniowe efekty oddziaływań
Współczynniki częściowe do oddziaływań należy stosować do
samych oddziaływań Frep lub do ich efektów :
E
Ed = E{Å‚ F ; X / Å‚ ;ad}
f rep k M
lub:
Ed = Å‚ E{Frep ; X / Å‚ ;ad}
E k M
9
Stan graniczny nośności
opory (nośności) obliczeniowe
Współczynniki częściowe można stosować do parametrów
R
gruntu , do oporów (nośności) lub do obu wielkości:
X
Rd = R{Å‚ Frep ; X / Å‚ ;ad}
F k M
lub:
Rd = R{Å‚ Frep ; X ;ad}/ Å‚
F k R
lub:
Rd = R{Å‚ Frep ; X / Å‚ ;ad}/ Å‚
F k M R
10
Stan graniczny nośności
gdzie:
Frep - wartość reprezentatywna oddziaływania
Å‚
- współczynnik częściowy do oddziaływania
F
- wartość charakterystyczna właściwości materiału
X
k
ł - współczynnik częściowy do parametru geotechnicznego
M
ad - wartość obliczeniowa wielkości geometrycznej
ł - współczynnik częściowy do oporu lub nośności
R
11
Stan graniczny nośności
Stan graniczny nośności podłoża:
Vd d" Rd
gdzie:
Vd - obliczeniowa wartość obciążenia pionowego, lub całkowita
składowa oddziaływania, działająca prostopadle do
fundamentu i materiału zasypowego oraz parcia gruntu
Rd - obliczeniowa wartość oporu przeciw oddziaływaniu
12
Stan graniczny nośności
Jeżeli obciążenie nie jest prostopadłe do podstawy fundamentu,
należy sprawdzić nośność fundamentu na przesunięcie (poślizg)
wzdłuż podstawy:
H d" Rd + Rp;d
d
gdzie:
Hd - obliczeniowa wartość obciążenia poziomego łącznie z
wartościami obliczeniowymi wszystkich aktywnych sił
wywieranych przez grunt na fundament
Rd - wartość oporu przeciwko oddziaływaniu
Rp;d - obliczeniowa wartość siły utrzymującej wywołanej przez
parcie gruntu na bocznÄ… powierzchniÄ™ fundamentu
13
Załącznik A - normatywny
Współczynniki częściowe do sprawdzenia stanów granicznych
nośności konstrukcji (STR) oraz geotechnicznego (GEO)
Zestaw
Oddziaływanie Symbol
A1 A2
Niekorzystne 1,35 1,0
Stałe łG
Korzystne 1,0 1,0
Niekorzystne 1,5 1,3
Zmienne Å‚Q
Korzystne 0,0 0,0
14
Załącznik A - normatywny
Współczynniki częściowe do parametrów geotechnicznych
Zestaw
Parametr gruntu Symbol
M1 M2
KÄ…t tarcia
Å‚ĆÈ 1,0 1,25
wewnÄ™trznego ĆÈ
Spójność
Å‚cÈ 1,0 1,25
efektywna
Ciężar
Å‚Å‚ 1,0 1,0
objętościowy
15
Załącznik A - normatywny
Współczynniki częściowe do oporu/nośności
Zestaw
Nośność Symbol
R1 R2 R3
Nośność podłoża łR;v 1,0 1,4 1,0
Przesunięcie łR;h 1,0 1,1 1,0
16
Stan graniczny użytkowalności
Dla fundamentów bezpośrednich posadowionych na gruntach
spoistych o konsystencji plastycznej do twardoplastycznej
w 2 i 3 kategorii geotechnicznej zaleca się przeprowadzić
obliczenia przemieszczeń pionowych.
Przy obliczaniu przyrostu naprężeń w podłożu i ich wpływu
na ściśliwość gruntu, należy uwzględnić wpływ sąsiednich
fundamentów i nasypów.
Obliczenia osiadań powinny obejmować zarówno osiadania
natychmiastowe jak i długotrwałe.
17
Stan graniczny użytkowalności
Przy obliczaniu osiadań, w przypadku gruntów częściowo lub
w pełni nasyconych wodą, zaleca się uwzględniać poniższe
składniki osiadania:
-s0 osiadanie natychmiastowe  w gruncie całkowicie nasyconym
powstałe w wyniku odkształceń postaciowych przy stałej
objętości, a w gruncie częściowo nasyconym powstałe zarówno
w wyniku odkształceń postaciowych jak i zmniejszenia objętości,
-s1 osiadanie wynikajÄ…ce z konsolidacji,
-s2 osiadanie wywołane pełzaniem (konsolidacja wtórna).
Zaleca się stosowanie ogólnie uznanych metod wyznaczania
osiadań.
18
Fundamenty palowe
Należy rozpatrzyć następujące stany graniczne:
" utrata ogólnej stateczności,
" wyczerpanie nośności fundamentu palowego,
" wyciągnięcie lub niedostateczna nośność na wyciąganie fundamentu
palowego,
" wyczerpanie nośności gruntu wskutek bocznego obciążenia
fundamentu palowego,
" zniszczenie konstrukcji pala wywołane przez ściskanie, rozciąganie,
zginanie, wyboczenie lub ścinanie,
" łączne wyczerpanie nośności podłoża i fundamentu palowego,
" łączne wyczerpanie nośności i konstrukcji,
" nadmierne osiadanie,
" nadmierne podniesienie,
" nadmierne przemieszczenie boczne,
" niedopuszczalne drgania.
19
Fundamenty palowe
W projektowaniu należy przyjąć jedno z poniższych podejść:
" przemieszczenia gruntu traktuje się jako oddziaływanie. Należy
wówczas przeprowadzić analizę wzajemnego oddziaływania
w celu określenia sił, przemieszczeń i odkształceń w palu,
" największą wartość siły, którą grunt może przekazać na pal,
należy przyjmować obciążenie obliczeniowe. W wyznaczeniu wartości
tej siły należy uwzględniać wytrzymałość gruntu i pochodzenie
obciążenia, reprezentowanego przez ciężar lub nacisk
przemieszczającego się gruntu, lub wielkość destabilizujących
oddziaływań.
20
Fundamenty palowe
Przekazywanie obciążenia z konstrukcji
na podłoże gruntowe odbywa się
poprzez tarcie na pobocznicy i naprężenia
pionowe w podstawie pala. Dla pali
wyciąganych (rys. b) obciążenie przenosi
tylko pobocznica.
21
Fundamenty palowe
Tarcie negatywne  wynika ono gdy grunt otaczajÄ…cy pal
doznaje większych przemieszczeń w czasie eksploatacji niż
wynika to z oddziaływania na pal. Przemieszczenia gruntu
wokół pala mogą wynikać z:
" konsolidacji lub pęcznienia gruntu w warstwach przez które
przechodzi trzon pala,
" działania obciążeń w sąsiedztwie fundamentu palowego,
" pełzania lub osuwisk gruntu wywołanych niekorzystnym
układem warstw gruntowych,
" obniżeniem poziomu wód gruntowych (zwiększa się ciężar
objętościowy i uruchamia proces konsolidacji),
" ruchu mas gruntu podczas trzęsień ziemi.
22
Fundamenty palowe
Obciążenia poprzeczne (poziome) w stosunku do osi pala
może powstać w następujących sytuacjach:
" ściana z pali wierconych zabezpiecza skarpę głębokiego
wykopu,
" fundament palowy wykonany jest na zboczu pełzającym,
" pale ukośne są wykonane w gruncie osiadającym,
" fundament palowy znajduje się w terenie narażonym na
wstrzÄ…sy sejsmiczne
23
Fundamenty palowe
Rozpoznanie podłoża gruntowego  badania powinny obejmować
większą głębokość niż w przypadku fundamentów bezpośrednich
i być wykonane zgodnie z PN-EN 1997-1.
Głębokość badań powinna spełniać poniższe warunki:
za e" 1,0bg
za e" 5,0m
za e" 3D
f
24
Fundamenty palowe
Warunek nośności dla pali wciskanych  dla dowolnej kombinacji
obciążeń stanu granicznego musi być spełniona nierówność:
Fc;d d" Rc;d
gdzie:
Fc;d -obliczeniowe osiowe obciążenie pala wciskanego
lub grupy pali wciskanych
Rc;d - obliczeniowa nośność pala wciskanego uwarunkowana
oporami gruntu, w stanie granicznymi nośności
25
Fundamenty palowe
Obliczanie nośności pali wciskanych wg EUROKODU 7:
- charakterystyczna nośność podstawy pala:
Rb;k = Ab Å" qb;k
- charakterystyczna nośność pobocznicy pala:
Rs;k = As;i Å" qs;k;i
"
Rc;k = Ab Å" qb;k + As;i Å" qs;k;i
"
26
Fundamenty palowe
gdzie:
Ab - powierzchnia pola przekroju poprzecznego podstawy pala
- powierzchnia pobocznicy pala w obrębie jednej warstwy gruntowej
As;i
qb;k - wartość charakterystyczna oporu jednostkowego pod podstawą
pala
qs;k ;i - wartość charakterystyczna oporu jednostkowego pobocznicy
pala w kolejnych warstwach gruntu
27
Fundamenty palowe
Obliczeniową nośność pala wciskanego należy określić na podstawie:
Rc;d = Rb;d + Rs;d
gdzie:
Rb;d - wartość obliczeniowa nośności podstawy pala
Rs;d - wartość obliczeniowa nośności pobocznicy pala
28
Fundamenty palowe
Nośność każdego pala wciskanego można obliczyć 2 sposobami:
Rc;d = Rc;k / Å‚
t
lub
Rc;d = Rb;k / Å‚ + Rs;k / Å‚
b s
29
Fundamenty palowe
Współczynniki częściowe dla nośności dla pali wciskanych:
Zestaw
Nośność Symbol
R1 R2 R3 R4
Podstawa Å‚b 1,0 1,1 1,0 1,3
Pobocznica (przy wciskaniu) Å‚s 1,0 1,1 1,0 1,3
Całkowita łt 1,0 1,1 1,0 1,3
Pobocznica (przy wyciÄ…ganiu) Å‚s;t 1,25 1,15 1,1 1,6
30
Fundamenty palowe
Współczynniki częściowe dla nośności dla pali wierconych:
Zestaw
Nośność Symbol
R1 R2 R3 R4
Podstawa Å‚b 1,25 1,1 1,0 1,6
Pobocznica (przy wciskaniu) Å‚s 1,0 1,1 1,0 1,3
Całkowita łt 1,15 1,1 1,0 1,5
Pobocznica (przy wyciÄ…ganiu) Å‚s;t 1,25 1,15 1,1 1,6
31
Fundamenty palowe
Współczynniki częściowe dla nośności dla pali świdrem ciągłym CFA:
Zestaw
Nośność Symbol
R1 R2 R3 R4
Podstawa Å‚b 1,1 1,1 1,0 1,45
Pobocznica (przy wciskaniu) Å‚s 1,0 1,1 1,0 1,3
Całkowita łt 1,1 1,1 1,0 1,4
Pobocznica (przy wyciÄ…ganiu) Å‚s;t 1,25 1,15 1,1 1,6
32
Mikropale
Wykonanie mikropali wierconych (np. system Titan, GSI, Dywidag)
polega na wwierceniu w podłoże stalowej żerdzi, która jednocześnie
spełnia rolę rury iniekcyjnej, docelowego zbrojenia mikropala oraz
iniekcji mikropala.
33
Mikropale
Wiercenie
Cały proces wykonywania elementu odbywa się
w jednym etapie technologicznym, przy użyciu standardowych
urządzeń wiertniczych. Żerdz
wykorzystywana jest jednocześnie
jako przewód wiertniczy i iniekcyjny. Równocześnie z początkiem
wiercenia rozpoczyna się iniekcja wstępna - wewnętrznym otworem
żerdzi pod ciśnieniem rzędu 5-10 bar tłoczona jest płuczka z
zaczynu cementowego. Zaczyn cementowy migrujÄ…c w strukturÄ™
gruntu, stabilizuje ściany otworu, eliminując potrzebę stosowania
rur osłonowych, a żerdz
wraz z Å‚Ä…cznikami (mufami) pozostaje
w otworze, pełniąc funkcję zbrojenia mikropala.
34
Mikropale
Iniekcja
Po dowierceniu się do żądanej głębokości wykonuje się iniekcję
końcową, tłoczony jest wówczas zaczyn cementowy.
Iniekt wtłaczany jest poprzez otwory w koronce wiertniczej,
tzn. iniekcja wykonywana jest od dołu,
co daje pewność dokładnego wypełnienia otworu wraz ze
wszelkimi szczelinami, spękaniami czy kawernami.
35
Mikropale
Zalety zastosowania mikropali wierconych:
- prostota wykonania (jednoczesne wiercenie i iniekcja,
z wykorzystaniem żerdzi wiertniczej jako zbrojenie,
bez konieczności użycia rur osłonowych);
- nieregularny, postrzępiony kształt buławy iniekcyjnej tworzy
doskonałe połączenie z gruntem, co przekłada się na wysokie
nośności mikropala;
- możliwość wykonania pali pod dowolnym kątem pozwala
efektywnie przenosić nie tylko obciążenia wciskające ale także wyciągające;
- duża wydajność systemu oraz możliwość użycia lekkiego
sprzętu pozwala na zastosowanie technologii
w terenach trudno dostępnych i na ograniczonej przestrzeni.
36
Mikropale
Zaleca się aby projekt i wykonanie zawierały:
" ocenę założeń projektowych w nawiązaniu do danych z badań podłoża,
" wykonanie mikropali do prób wstępnych (jeżeli są wymagane)
i przeprowadzenie badań tych mikropali,
" ocenę wyników badań mikropali,
" określenie kolejności czynności przy wykonywaniu mikropala,
" specyfikację monitorowania wpływu wykonywania mikropali na
wzmacnianie i/lub przyległe konstrukcje oraz interpretację badań,
" specyfikację badań kontrolnych podczas wykonywania oraz
badań mikropali
37
Mikropale
www.titan.com.pl
38
39
Åšciany oporowe
Są to konstrukcje które mają za zadanie podtrzymanie
znajdującego się za nią gruntu lub innego materiału
i zapewnienie mu równowagi.
Ściany oporowe ze względu na rodzaj użytego
materiału dzieli się na:
-kamienne,
-betonowe,
-żelbetowe.
Ze względu na konstrukcje dzielimy je na:
-masywne (kamienne i betonowe, blokowe i skrzyniowe),
-lekkie (wspornikowe, kątowe, z płytami kotwiącymi, oczepowe
kotwione ...)
40
Åšciany oporowe
41
Åšciany oporowe
Przekrój poprzeczny ścian oporowych może być różnego
kształtu. Dobór odpowiedniego modelu ściany zależy od
układu sił i możliwości wykonania.
Projektowanie ścian odbywa się przy uwzględnieniu
kryteriów stateczności, wymiarów geometrycznych, zużycia
materiału itp. (pod względem zużycia materiału najbardziej
materiałochłonne są ściany o przekroju prostokątnym,
a najmniej o przekroju krzywoliniowym, z kolei sÄ… one
najtrudniejsze do wykonania).
Przy projektowania posadowienia ściany oporowej należy
uwzględnić:
-parametry geotechniczne,
-obciążenia,
-wymagania konstrukcyjne.
42
Åšciany oporowe
Ze względu na duże zużycie materiału przy wykonywaniu
ścian masywnych coraz częściej stosuje się lekkie konstrukcje
oporowe np.: konstrukcje z kaszyc, płytowo- lub łukowo-
filarowe, konstrukcje z kotwiami gruntowymi iniekcyjnymi,
ściany szczelinowe, konstrukcje z gruntu zbrojonego, z gruntu
zbrojonego geowłókniną itp..
43
Kaszyce
SÄ… to prefabrykowane konstrukcje
żelbetowe lub drewniane. Wnętrze kaszycy
jest wypełnione kamienie, tłuczniem lub
gruntem niespoistym. Ustawia siÄ™ je
Na Å‚awie lub stopach fundamentowych.
Stosuje siÄ™ je w budownictwie
hydrotechnicznym.
Standartowo szerokość kaszycy
przyjmuje siÄ™ jako (0,4-1,0)h
44
Ściany oporowe z płytami kotwiącymi
Ściana ta składa się z pionowej
ściany w kształcie łupiny, stopy
fundamentowej stanowiÄ…cej dolne
oparcie oraz nachylonej belki
położonej na pewnej wysokości
ściany. Parcie gruntu jest
równoważone przez nachylone
ściągi, przymocowane do poziomej
płyty.
Jej zaletą jest to że jest bardzo
lekka i tania.
45
Ściany oporowe ze ściągami
Ściany te są zbudowane z cienkiej łupiny pionowej lub ukośnej, która
jest utrzymywana dzięki ściągom. Zadaniem ściągów jest zapewnienie
całej konstrukcji spójności. Ściana może być wykonana z betonu,
żelbetu lub cegły. Ściągi są wykonane ze stali zbrojeniowej i dodatkowo
obetonowane.
46
Ściany oporowe z poziomymi półkami
a) konstrukcja monolityczna; b) konstrukcja z
b) częściowo zasypanymi półkami; c) z całkowicie
zasypanymi półkami; d) współdziałająca ze
zbrojeniem zasypki z warstw geowłókniny
1-przekrój prefabrykatu żelbetowego, 2-zasypka
z gruntu o wys. wspł. filtracji, 3-warstwa
geowłókniny
47
Åšciany oporowe kÄ…towe
Pod względem konstrukcyjnym ściany te dzieli się na:
-wspornikowe  płytowo-kątowe,
- zastrzałowe  płytowo-żebrowe.
Ściany wspornikowe składają się ze ściany pionowej i wspornikowej,
połączonych ze sobą w sposób monolityczny. Na stateczność tego
typu ścian wpływa ciężar właściwy gruntu leżącego na płycie poziomej.
Grubość ściany i płyty zależy od wysokości ściany oporowej.
Ściany zastrzałowe są to ściany które dodatkowo posiadają zastrzały
usztywniające w postaci trójkątnych żeber, umieszczonych od tyłu
pionowej ściany połączone z płytą fundamentową. Są one bardziej
sztywne.
48
Åšciany oporowe kÄ…towe
Typy ścian wspornikowych
Typy ścian z zastrzałami
49
Åšciany oporowe
Wg Eurokodu 7 rozróżnia się 3 typy konstrukcji oporowych:
- masywne (grawitacyjne) ściany oporowe,
-ściany zagłębione w podłożu,
-ściany o konstrukcji złożonej.
Stany graniczne:
-utrata ogólnej stateczności,
-zniszczenie elementu konstrukcyjnego: ściany, kotwy, oczepu & ,
-łączne wyczerpanie oporu podłoża i zniszczenie elementu
konstrukcyjnego,
-przemieszczenia konstrukcji oporowej, które mogą powodować
zniszczenie,
-nadmierne przenikanie wody przez ścianę lub pod nią,
-nadmierne przenikanie cząstek gruntu przez ścianę lub pod nią,
-niedopuszczalne zmiany warunków wodnych.
50