Geotechnika w projektowaniu fundamentów bezpośrednich

XII Konferencja Naukowa - Korbielów 2000’

„Metody Komputerowe w Projektowaniu i Analizie Konstrukcji Hydrotechnicznych″

Projektowanie fundamentów bezpośrednich

z wykorzystaniem wspomagania komputerowego

Jan Gaszyński

Jacek Królikiewicz

WSTĘP

FUNDAMENTY – tak nazywa się nowy program, który ukaże się już niedługo na rynku
oprogramowania dla projektantów i konstruktorów. W skład programu wchodzą moduły do
obliczeń geotechnicznych i projektowania fundamentów bezpośrednich. Zakres działania
programu obejmuje w chwili obecnej projektowe obliczenia geotechniczne i konstrukcyjne
- stóp i ław fundamentowych. Podstawę tych obliczeń stanowią obowiązujące normy: PN-
81/B-03020 (Posadowienie bezpośrednie budowli) i PN-84/B-03264 (Konstrukcje
betonowe żelbetowe i sprężone) oraz normy z nimi związane.

Przy pomocy tego programu można szybko i wygodnie zaprojektować stopy i ławy

fundamentowe w dowolnych warunkach gruntowych i o różnych kształtach przekrojów

Prof. nzw. dr hab., Instytut Geotechniki Politechniki Krakowskiej - Kraków

Mgr inż., DATACOMP - Kraków

konstrukcji. Zgodnie z obowiązującymi normami, kryteriami obliczeń są warunki stanów
granicznych.

ZAŁOŻENIA

Przy pisaniu programu uwzględniono aspekt dowolności kształtowania projektu, ze

szczególnym uwzględnieniem wszystkich decyzji projektowych podejmowanych przez
projektanta w trakcie procesu projektowania. Użytkownik może również sprawdzić
natychmiast przy pomocy programu czy przyjęte rozwiązania spełniają wymagane warunki
normowe. Oprócz tego to co jest bardzo istotne, że w trakcie pracy z programem nie ma
potrzeby odwoływania się do norm, gdyż wszystkie tablice i wykresy, nanogramy oraz dane
materiałowe włączono do programu za pomocą specjalnych procedur.

Program ma poza tym możliwość pracy nad kilkoma modułami fundamentowymi w

ramach jednego projektu.

Na uwagę zasługuje ten program również pod względem ułatwienia projektantowi

pracy ze względu na wprowadzenie wszelkich danych, które do tej pory trzeba było
żmudnie poszukiwać w normach i tabelach do projektowania. Teraz wystarczy podać tylko
te niezbędne parametry a program sam wyliczy lub zaproponuje pozostałe.

WPROWADZANIE DANYCH

Program ten podzielony jest na kilka części  w celu ułatwienia użytkownikowi jego obsługę:
podawanie   danych,   wprowadzanie   poprawek,   korekty   danych   oraz   oglądanie   wyników
obliczeń.
Wprowadzanie danych do obliczeń zorganizowane jest w bardzo prosty sposób, podzielone
jest na kilka tematycznych grup, tak że użytkownik bez trudu może wybrać praktycznie
dowolną   kolejność   podawania   danych   lub   ich   poprawianie   w   trakcie   projektowania
umożliwiając jednocześnie na bieżącą kontrolę poprawności wprowadzonych wartości przy
zastosowaniu szeregu komunikatów informujących użytkownika o ewentualnych błędach.
Wśród tych grup wprowadzania danych można wyróżnić następujące:



Materiał  –   tu   podawane   są   dane   dotyczące   definiowania   rodzaju   materiału
(żelbet   /   beton),   poszczególnych   klas   stali   i   betonów   jak   również   takich
parametrów,   które   będą   potrzebne   do   obliczenia   np.   osiadania   konstrukcji
(definiowanie dopuszczalnego osiadania dla danego typu konstrukcji), czy też
zakotwienia słupa stopy fundamentowej (wartość minimalna zakotwienia słupa
stopy fundamentowej),



Geometria – kolejno definiuje się parametry geometryczne: wymiary stopy lub
ławy fundamentowej oraz elementu konstrukcyjnego na niej wspartego (słupa
lub ściany) jak również poziom posadowienia konstrukcji. Program umożliwia
definiowanie przez użytkownika szeregu kombinacji geometrycznych kształtu
od schematu blokowego, schodkowego po trapezowe przy dowolnym kształcie
podstawy i przekroju słupa. Odpowiednio do wybranego fundamentu pojawiają
się w oknie programu jego charakterystyczne przekroje, najpierw jako wstępne
szkice, a po wprowadzeniu koniecznej i wystarczającej ilości informacji - jako
przekroje zwymiarowane (szkic narysowany z zachowaniem proporcji). Na tym
etapie program dokonuje wstępnego sprawdzenia poprawności przyjmowanych

wymiarów i proponowanego przekroju z uwagi na kryteria wytrzymałościowe
obowiązujące dla przyjętego materiału.



Grunt   –  Program   ten   umożliwia   definiowanie   podłoża   uwarstwionego.
Parametry gruntowe definiuje się według metody A i B, które są metodami
normowymi. Należy tu nadmienić, że program jest w tym przypadku bardzo
pomocny,   gdyż   określanie   parametrów   gruntowych   metodą   normową
B wiązało się do tej pory z odczytywaniem tych parametrów z szeregu tablic
i   nanogramów   co   zostało   w   programie   zastąpione   przez   odpowiednie
procedury, dzięki czemu użytkownik programu nie musi praktycznie w ogóle
zaglądać   do   normy. Parametry  te można  również podawać  wprost (według
metody normowej A), jak również użytkownik ma możliwość modyfikacji w
każdej   chwili   dowolnego   parametru   (udostępniona   tzw.   metoda
modyfikowana).   Program  uwzględnia   również   działanie   wody  gruntowej   w
podłożu co wiąże się z dodatkowymi przeliczeniami gęstości objętościowej
warstw   gruntowych   znajdujących   się   poniżej   założonego   lustra   wody
gruntowej. Również i tą opcję program realizuje  a wynik uwzględnienia wody
gruntowej można od razu zobaczyć na szkicu warstw gruntowych jak i w tabeli
warstw gruntowych.



Obciążenia – kolejno zdefiniowane są obciążenia przekazywane przez
fundament na podłoże gruntowe. Wartości obciążeń należy podawać według
konwencji znakowania odpowiadającej sytuacji pokazanej na szkicu, który
określa konwencję znakowania wartości obciążeń działających na konstrukcję
stopy lub ławy fundamentowej.



Opis techniczny – istnieje również możliwość podania charakterystyki
ogólnej posadowienia obiektu, opisu technicznego, charakterystyki gruntu oraz
uwag końcowych.

OBLICZENIA GEOTECHNICZNE

Pierwsze w kolejności wykonywane są obliczenia geotechniczne. Najpierw jednak
wywoływana   jest   procedura   sprawdzenia   kompletności   zbioru   wprowadzonych
danych.   Brak   niezbędnych   danych   jest   sygnalizowany   użytkownikowi   ze
wskazaniem na przyczynę zatrzymania procesu sprawdzenia. Gdy zbiór danych jest
przygotowany właściwie, program wylicza opór graniczny podłoża gruntowego w
poziomie posadowienia. W przypadku podłoża niejednorodnego (uwarstwionego)
program   oblicza   także   opór   graniczny   w   stropach   warstw   znajdujących   się   w
zasięgu   dwukrotnej   szerokości   fundamentu   (zgodnie   z   normą   PN-81/B-03020).
Stanowi   to   –   jak   twierdzą   praktycy   –   znacznie   dokładniejsze   sprawdzenie   w
porównaniu   do   obliczeń   „ręcznych”,   w   których   tak   dokładne   sprawdzenie   jest
zwykle  pomijane.   W   razie   niespełnienia,   któregokolwiek  z   warunków, program
sygnalizuje   to   użytkownikowi   ze   wskazaniem   na   przyczynę   niespełnienia
warunków obliczeniowych.

Po wyznaczeniu oporu granicznego program sprawdza warunek I stanu graniczne-

go w poziomie posadowienia i stropach warstw spełniających wyżej podane kryterium.

Niezwykle istotną dla użytkownika programu zaletą jest to, że uciążliwe

odczytywanie z normowych wykresów, tabel oraz nanogramów, potrzebnych do obliczeń
wartości współczynników, z uwzględnieniem odpowiednich parametrów dla każdej z
warstw rozpatrywanego gruntu jak i materiałów użytych do konstrukcji (beton, stal
zbrojeniowa) przejmuje na siebie program. Wielkości te są wyznaczane w odpowiednich
procedurach.

Rezultaty wykonania obliczeń są podawane użytkownikowi w formie informacji o

spełnieniu lub nie warunków stanu granicznego jak i danych szczegółowych o procesie
obliczeń geotechnicznych.

W przypadku nie spełnienia warunków stanu granicznego, program informuje o tym

użytkownika i proponuje różne sposoby rozwiązania zaistniałego problemu. Po spełnieniu
warunku   I   stanu   granicznego,   program   wykonuje     geotechniczne   obliczenia   stanu
granicznego  użytkowania.  Wyznaczone   elementy  tego   stanu,  np.:   osiadania   fundamentu
można   porównać   z   umieszczonymi   w  bazie   programu  osiadaniami  dopuszczalnymi   dla
danego rodzaju budowli.

OBLICZENIA KONSTRUKCYJNE

Po wykonaniu wszystkich obliczeń geotechnicznych z pozytywnym wynikiem – czyli

spełnieniu warunków I i II stanu granicznego, użytkownik może podjąć decyzję o
ostatecznym kształcie i wymiarach fundamentu oraz przejść do obliczeń konstrukcyjnych.
Obejmują one, zgodnie z normą PN-84/B-03264, sprawdzenie stanu granicznego nośności
na przebicie i ścinanie oraz określenie w oparciu o to kryterium wymaganej wysokości i
kształtu stopy oraz zaprojektowaniu potrzebnego zbrojenia w przypadku stóp i ław
żelbetowych. Tu program oferuje dużą elastyczność w projektowaniu zbrojenia stóp i law
żelbetowych. Użytkownik ma możliwość zmiany decyzji w każdym momencie w kwestii
zastosowanego materiału, średnicy użytych do zbrojenia wkładek jak również ilości prętów
zbrojeniowych potrzebnych do spełnienia warunków wytrzymałościowych.

Każde przekroczenie warunków projektowych takich jak za mała lub za duża

odległość pomiędzy prętami zbrojeniowymi czy za mała przyjęta powierzchnia zbrojenia -
jest sygnalizowana natychmiast za pomocą odpowiedniego komunikatu jak również przy
użyciu koloru sygnalizującego błąd, czy tez możliwość modyfikacji danych.

Dokonane zmiany wymagają od użytkownika wykonania wyłącznie niezbędnych

obliczeń, takich, które muszą uwzględnić zaistniałe poprawki.

Interfejs jest przygotowany pod względem obsługi bardzo dobrze a jego obsługa jest

bardzo intuicyjna i nie sprawia użytkownikowi kłopotów w obsłudze.

DOKUMENTACJA TECHNICZNA

Po ostatecznym ustaleniu przez użytkownika liczby wkładek zbrojeniowych, można

teraz   przejść   do   przygotowania   wstępnego   opisu   technicznego,   który   można   potem
wydrukować łącznie z raportem z całego projektu obliczeniowego. Jest również możliwość
wyeksportowania   owego   raportu   do   innych   programów   edycyjnych,   co   na   pewno   jest
atrakcyjnym  atutem  programu,  gdyż  pozwala   dołączyć   ten  raport   wraz  ze   szkicami   do
jakiegoś większego raportu lub dokumentacji technicznej.

Oprócz tego wybrane rysunki można eksportować do innych programów typu CAD

(np. AutoCAD) w postaci plików o formacie „dxf”.

PODSUMOWANIE

Wszystkie wymienione powyżej cechy programu można zawrzeć w kilku istotnych

dla jego oceny krótkich punktach:

 możliwość pracy nad kilkoma projektami i modułami projektów jednocześnie,
 łatwość wprowadzania danych i kontroli wizualnej poprawności danych (szkice),
 uniknięcie konieczności korzystania z tabel i wykresów normowych zastąpionych w

programie odpowiednimi procedurami,

 zintegrowanie obliczeń geotechnicznych i wymiarowania konstrukcyjnego,
 możliwość wykonania wielu wariantów obliczeń w krótkim czasie z jednoczesną

możliwością decydowania o zmianie niektórych parametrów w trakcie wykonywania
danego projektu,

 możliwość edycji na bieżąco opisu technicznego z jednoczesną możliwością

eksportu danych do programów edycyjnych w celu wykonania dokumentacji
technicznej projektu,

 możliwość eksportu szkiców konstrukcyjnych do programów CAD w formacie „dxf”

WYMAGANIA SPRZĘTOWE

Minimalna konfiguracja konieczna do uruchomienia programu z pakietu w wersji
pod Windows:
 system Windows 95, Windows 98,
 8 MB RAM,
 karta graficzna VGA, SVGA.