Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 1 z 71

PROJEKTOWANIE

POSADOWIEŃ BEZPOŚREDNICH

Zasady projektowania fundamentów bezpośrednich wg PN-EN 1997-1 (EC-7) w odniesieniu
do PN-B-03020:1981

Wymagania, porównanie

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 2 z 71

PN-B-03020:1981
Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.

PN-EN 1997-1:2008
Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne

PN-EN 1997-1 stosuje się jako ogólną podstawę dotyczącą zagadnień geotechnicznych
projektowania budynków i budowli inżynierskich. Stosuje się łącznie z PN-EN 1990, która określa
zasady i wymagania bezpieczeństwa i użytkowalności, opisuje zasady projektowania i weryfikacji
oraz podaje zalecenia dotyczące związanych zagadnień niezawodności konstrukcji.

Zastępuje: PN-EN 1997-1:2005, PN-B-02014:1988, PN-B-02479:1998, PN-B-02482:1983,

PN-B-03010:1983, PN-B-03020:1981, PN-B-03040:1980, PN-B-03322:1980

EC-7-1 zawiera zasady projektowania konstrukcji na szczególny rodzaj oddziaływań, jakim są
oddziaływania geotechniczne.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 3 z 71

PN-EN 1997-2:2009
Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego

PN-EN 1997-2 jest przewidziana do stosowania wraz z EN 1997-1. Zawiera zasady uzupełniające
PN-EN 1997-1, dotyczące: planowania i dokumentowania badań podłoża, wymaganej liczby
stosowanych typowych badań laboratoryjnych i polowych, interpretacji i oceny wyników badań,
wyprowadzania wartości parametrów geotechnicznych. Dodatkowo podano przykłady
zastosowania wyników badań polowych do projektowania

Zastępuje: PN-EN 1997-2:2007, PN-B-02479:1998, PN-B-04452:2002

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 4 z 71

WPROWADZENIE

Norma PN-EN 1997-1 składa się z 12 rozdziałów i 9 załączników – A -

J.

Pierwszych 5 rozdziałów zawiera zasady ogólne projektowania geotechnicznego.

Pozostałe rozdziały zawieją zasady rozwiązywania konkretnych zadań geotechnicznych.

Załącznik

A

(normatywny)

zawiera

zalecane

wartości

częściowych

współczynników

bezpieczeństwa do stanów granicznych nośności.

Pozostałe załączniki (informacyjne) zawierają głównie przykłady zalecanych metod obliczeń.

Głównym rozdziałem dla projektowania fundamentów bezpośrednich jest rozdział 6.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 5 z 71

CHARAKTERYSTYKA
METOD PROJEKTOWANIA {Roz. 6}

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 6 z 71

Zakres i zawartość

Postanowienia EC-7 dotyczą posadowień bezpośrednich do których zalicza się posadowienie na

stopach

,

ławach

i

płycie fundamentowej

.

Rys. 1. Schematy posadowień konstrukcji, zaliczane w EC-7 do posadowień bezpośrednich

a) na stopach, b) na ławach, c) na płycie, d) na płytkich studniach

EC-7 zezwala na stosowanie analogicznych zasad projektowania niezbyt głębokich

studni

i

kesonów

, w

których wpływ tarcia na pobocznicy można pominąć.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 7 z 71

Zakres i zawartość

EC-7 jak i B-03020 do fundamentów bezpośrednich zalicza fundamenty przekazujące obciążenie z
konstrukcji na podłoże wyłącznie przez podstawę.

EC-7 wyodrębnia następujące zagadnienia:

Stany graniczne {6.2},

Oddziaływanie i sytuacje obliczeniowe {6.3},

Zagadnienia projektowe i wykonawcze {6.4},

Sprawdzenie stanów granicznych nośności {6.5},

Sprawdzenie stanów granicznych użytkowalności {6.6},

Fundamenty na skale {6.7},

Projektowanie konstrukcji fundamentów {6.8},

Przygotowanie podłoża {6.9}.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 8 z 71

Zakres i zawartość

Z projektowaniem posadowień bezpośrednich wiążą się załączniki:

Normatywne:

A- Współczynniki częściowe i korelacyjne do stanów granicznych nośności i zalecane ich wartości,

Informacyjne:

D - Przykład analitycznej metody obliczania nośności podłoża,

E - Przykład pół empirycznej metody szacowania nośności podłoża,

F - Przykładowe metody oceny osiadań,

G- Przykład metody wyznaczania nośności fundamentów bezpośrednich na skałach,

H - Wartości graniczne odkształceń konstrukcji i przemieszczeń fundamentów.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 9 z 71

Kategorie geotechniczne

Zasady ogólne projektowania geotechnicznego podane w EC-7 wymagają rozróżnienia (w odróżnieniu
od normy B-03020, która przewidują jedną metodę projektowania dla wszystkich obiektów):

prostych przypadków, które można bezpiecznie rozwiązać w oparciu jakościowe badania gruntu i
doświadczenie (kategoria geotechniczna 1),

przypadki standardowe (kategoria geotechniczna 2),

przypadki skomplikowane (kategoria geotechniczna 3).

Zasady ogólne projektowania fundamentów bezpośrednich podane w EC-7 dotyczą obiektów kategorii
2 i 3. W odniesieniu do obiektów kategorii 1, dopuszcza się stosowanie uproszczonych procedur
postępowania, które powinny określić poszczególne kraje.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 10 z 71

Kategorie geotechniczne

EC-7 podaje zasady projektowania fundamentów bezpośrednich głównie dla obiektów posadowionych
na tradycyjnych fundamentach w powszechnie występujących warunkach gruntowych.

Skomplikowanych przypadków posadowień bezpośrednich jak i posadowień na szczególnych terenach
(np. tereny górnicze) lub w szczególnych warunkach (np. grunty zapadowe) podane procedury
postępowania nie obejmują.

Do skomplikowanych przypadków posadowień bezpośrednich można zaliczyć (kat. geotechniczna 3):

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.

Projektowanie posadowień zaliczonych do kategorii 3 wymaga spełnienia dodatkowych wymagań lub
stosowania procedur obliczania, których EC-7 nie określa.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 11 z 71

Metody projektowania

Fundament powinien być tak zaprojektowany, 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.

W odniesieniu do obiektów kategorii 2 i 3 przyjęte w rozdziale 6 zasady projektowania fundamentów
bezpośrednich wynikają z ogólnych zasad projektowania konstrukcji zawartych w normie.

W Eurokodach metodą zapewnienia konstrukcji odpowiedniej niezawodności jest metoda stanów
granicznych z wykorzystaniem częściowych współczynników bezpieczeństwa.

Metoda ta w odróżnieniu od wielu państw Unii jest stosowana Polsce od lat. Zasady wykonywania
obliczeń wg tej metody są znane, należy jednak zauważyć, że w projektowaniu geotechnicznym wg
EC-7 metoda ta stosowana jest w pewnej zmodyfikowanej formie.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 12 z 71

Metody projektowania

1. Metoda analityczna

(metoda zalecana).

Metoda polega na wykazaniu, że przy przyjętym rozwiązaniu fundamentów w każdej dającej się
przewidzieć sytuacji obliczeniowej nie wystąpi stan graniczny.

Przy analitycznym określaniu nośności R

d

należy uwzględnić zarówno sytuacje krótkotrwałe jak i

długotrwałe, zwłaszcza w gruntach drobnoziarnistych.

Przy wyznaczaniu obliczeniowej nośności fundamentu posadowionego na podłożu zbudowanym z
warstw, których właściwości znacznie różnią się między sobą, wartości obliczeniowe parametrów
należy określić dla każdej warstwy.

Jeżeli utwory nośne zalegają poniżej warstwy słabej, nośność można obliczyć z zastosowaniem
parametrów wytrzymałościowych utworów słabych. W przeciwnym przypadku, gdy słaby grunt
znajduje się pod mocnym, zaleca się sprawdzić możliwość zniszczenia przez przebicie mocnej warstwy.

W pewnych sytuacjach obliczeniowych metody analityczne są nieprzydatne. Dlatego zaleca się
stosować procedury numeryczne, w celu stwierdzenia jaki jest najbardziej niekorzystny mechanizm
zniszczenia.

EC-7 dopuszcza stosowanie innych wariantów metody analitycznej, polegających na określeniu
reakcji podłoża (nośności, osiadań) w inny sposób.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 13 z 71

Metody projektowania

2. Metoda półempiryczna

(EC-7 zaleca stosowanie ogólnie uznanej metody półemiprycznej).

Na podstawie badań polowych i odpowiedniej korelacji; zał. E – wyznaczanie nośności podłożą z
wykorzystaniem wyników badań presjometrem.

Ze stosowaniem tej metody będą problemy, bo zalecane w EC-7 korelacje będą wymagały
kalibracji dla naszych warunków gruntowych jak i określenia zakresu stosowania tych
korelacji.

3. Metoda wymagań przepisów wykorzystująca zalecane nośności podłoża

Zalecana w EC-7 do projektowania posadowień na skałach. Metoda polega na sprawdzeniu, czy
nacisk wywierany przez fundament na podłoże nie przekracza nacisku normatywnego (w
załączniku G podano wartości nacisków normatywnych).

4. Metoda projektowania w oparciu o próbne obciążenia i badania modelowe

Czekamy na załącznik krajowy.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 14 z 71

Stany graniczne w projektowaniu fundamentów bezpośrednich {6.2}

W projektowaniu posadowień bezpośrednich EC-7 wymaga rozpatrzenia możliwość wystąpienia
następujących stanów granicznych:

1. Stany graniczne nośności:

a)

utrata ogólnej stateczności podłoża pod obiektem,

b)

wyczerpanie nośności, zniszczenie na skutek przebicia lub wypierania,

c)

utrata stateczności na skutek przesunięcia (poślizgu),

d)

łączna utrata stateczności podłoża i zniszczenie konstrukcji,

e)

zniszczenie konstrukcji na skutek przemieszczenia fundamentu,

2. Stany graniczne użytkowalności

f)

nadmierne osiadania,

g)

nadmierne wypiętrzenie spowodowane pęcznieniem przemarzaniem lub innymi przyczynami
(brak w B-03020),

h)

niedopuszczalne drgania (np. maszyny na fundamentach - turbogeneratory).

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 15 z 71

Stany graniczne nośności

Stany graniczne nośności EC-7 zalicza do grupy stanów granicznych GEO, obejmujących stany graniczne
związane z utratą przez podłoże nośności lub wystąpienia znacznych przemieszczeń podłoża,
powodujących odkształcenia konstrukcji zagrażające jej bezpieczeństwu.

Stany graniczne nośności

b)

i

c)

mają istotny wpływ na głębokość posadowienia obiektu i decydują z

reguły o rodzaju i wymiarach fundamentów.

Z koniecznością zabezpieczenia podłoża przed

możliwością wystąpienia tych stanów granicznych mamy do czynienia w każdym przypadku
posadowienia obiektu.

Konieczność rozpatrzenia w projektowaniu pozostałych stanów granicznych dotyczy przypadków
szczególnych.

Stan graniczny

d)

, polegający na łącznym zniszczeniu konstrukcji i podłoża, nie znajduje w normie

żadnego komentarza.

W praktyce wystąpienie stanów granicznych podłoża

a)

,

b)

lub

c)

jest równoznaczne z powstaniem w

konstrukcji uszkodzeń o charakterze awaryjnym.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 16 z 71

Stany graniczne nośności

Możliwość wystąpienia stanów granicznych nośności konstrukcji w wyniku nadmiernych przemieszczeń
podłoża, wiąże się przede wszystkim z posadowieniem obiektu na szczególnych terenach np..
działalności górniczej lub w specyficznych warunkach gruntowych – grunty zapadowe, kras).

W praktyce metody zabezpieczenia konstrukcji przed skutkami znacznych przemieszczeń podłoża
polegają głównie na odpowiednim zaprojektowaniu konstrukcji (podział konstrukcji dylatacjami,
odpowiednie usztywnienie układu).

Na wymiarowanie fundamentów oddziaływania te mają mały wpływ.

Przy projektowaniu posadowień bezpośrednich w szczególnych przypadkach, może zachodzić
konieczność rozważenia innych stanów granicznych. Do tych stanów granicznych zalicza się:

utrata stateczności konstrukcji (na wypór) spowodowanej ciśnieniem wody (stan graniczny UPL) –
niezbędny przy posadowieniu konstrukcji poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej,

wypiętrzenie hydrauliczne lub przebicie hydrauliczne spowodowane spadkiem hydraulicznym
(stan graniczny HYD) – niezbędny w przypadku posadowienia budynku poniżej piezometrycznego
poziomu wody gruntowej.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 17 z 71

Stany graniczne użytkowalności

Podstawowe znaczenie przy projektowaniu fundamentów ma wielkość osiadań. W szeregu
przypadkach, przy naciskach dopuszczalnych z uwagi na nośność podłoża, mogą występować
nadmierne przemieszczenia lub odkształcenia konstrukcji z uwagi na warunki jej użytkowania.

Sprawdzenie możliwości wystąpienia tego stanu granicznego niezbędne jest z reguły w każdym
przypadku projektowania fundamentów bezpośrednich.

Konieczność rozpatrzenia pozostałych stanów granicznych użytkowalności dotyczy przypadków
szczególnych:

działania na fundament istotnych obciążeń dynamicznych (np. fundamenty pod maszyny),

nie jest możliwe posadowienie fundamentów poniżej głębokości przemarzania,

zmian wilgotności gruntów pęczniejących.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 18 z 71

Oddziaływania i sytuacje obliczeniowe {6.3 ale również 2.4.2}

W EC-7 zasady wykonywania obliczeń sprawdzających wymaga się rozróżnienia:

oddziaływań „konstrukcyjnych” – podstawowe obciążenia uwzględniane w projektowaniu
konstrukcji (ciężar własny, obciążenia użytkowe i technologiczne, śnieg, wiatr).

oddziaływań geotechnicznych – zalicza się ogólnie oddziaływania przekazywane na konstrukcję
przez grunt i wodę gruntową lub powierzchniową. Typowymi oddziaływaniami
geotechnicznymi są:

ciężar gruntu, skały i wody,

parcie gruntu i parcie wody gruntowej,

ciśnienie wody gruntowej, ciśnienie wody spływowej,

parcie gruntu od obciążeń naziomu (obciążenie te przekazują się na konstrukcję przez
grunt).

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 19 z 71

Oddziaływania i sytuacje obliczeniowe

W EC-7 przy sprawdzaniu stanów granicznych stosuje się obliczeniowe wartości obciążeń, które ustala
się z zależności:

dla obciążeń stałych

G

k

d

G

G

γ

=

- dla obciążeń zmiennych

Q

rep

d

Q

Q

γ

=

,

k

rep

Q

Q

⋅

=

ψ

gdzie:

G

h

, Q

k

- symbol wartości charakterystycznej obciążeń stałych , zmiennych,

Q

rep

- symbol reprezentacyjnej wartości obciążeń zmiennych,

ψ

- współczynnik dla wartości kombinacyjnej obciążenia zmiennego.

Do sprawdzania stanów granicznych nośności są brane kombinacje obciążeń obliczeniowych, przy
sprawdzaniu stanów granicznych użytkowalności – kombinacje obciążeń charakterystycznych.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 20 z 71

Oddziaływania i sytuacje obliczeniowe

W EC-7, analogicznie jak w B-03020 stany graniczne należy odnosić do wybranych, dających się
przewidzieć sytuacji obliczeniowych i rozróżnia się sytuacje obliczeniowe:

trwałe – „normalne” warunki pracy fundamentów, zakładane dla fazy eksploatacji obiektu,

przejściowe – warunki pracy fundamentów w fazie budowy oraz w razie potrzeby szczególne
warunki pracy fundamentów, które mogą wystąpić np. przy generalnych remontach (przeciążenie
fundamentu, odkopanie) lub próbach szczelności zbiorników,

wyjątkowe – w EC-7 nie przewiduje się w zasadzie konieczności rozpatrywania sytuacji
wyjątkowych. Natomiast w pewnych przypadkach rozważenie takich sytuacji jest uzasadnione:



powódź, w przypadku obiektów posadowionych na terenach zalewowych,



awarię drenażu usytuowanego pod fundamentami obiektu,



awarię dużego wodociągu, przebiegającego w bliskim sąsiedztwie fundamentów

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 21 z 71

ZAGADNIENIA PROJEKTOWE

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 22 z 71

Głębokość posadowienia

Ustalanie głębokości posadowienia fundamentów wymaga uwzględnienia następujących czynników:

osiągnięcie odpowiednio nośnego podłoża,

głębokość, powyżej której pęcznienie i skurcz gruntów spoistych, wynikający z sezonowych zmian
pogody oraz wpływu drzew i krzewów może spowodować znaczące przemieszczenia,

głębokość, powyżej której mogą nastąpić uszkodzenia spowodowane przemarzaniem gruntu,

poziom zwierciadła wody gruntowej w podłożu oraz trudności, jakie mogą się pojawić, jeśli wykop
trzeba będzie wykonać poniżej zwierciadła wody,

wpływ wykopu na sąsiednie fundamenty i konstrukcje oraz instalacje podziemne (B-03020
wskazywała tylko na konieczność uwzględnienia),

wpływ przewidywanych wykopów na sieci podziemne,

wysokie i niskie temperatury wywołane przez projektowany obiekt np. ciepłociąg posadowiony na
iłach (brak w B-03020),

możliwość podmycia,

obecność w gruncie materiałów rozpuszczalnych (brak w B-03020).

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 23 z 71

Głębokość posadowienia

W EC-7 nie wymaga się minimalnego zagłębienia fundamentu w gruncie, równego 0,5 m. Jest jedynie
ogólne wymaganie, zabezpieczenia podłoża pod fundamentem przed podmyciem. Jeżeli nie stosuje się
innych zabezpieczeń przed rozmyciem podłoża (np. na skutek wód opadowych, czy awarii instalacji
wodnej) wymagane w B-03020 zagłębienia fundamentu 0,5 m powinno być zachowane.

EC-7 pozwala na elastyczniejsze podejście do zabezpieczenia konstrukcji przed skutkami przemarzania
przy posadowieniu w gruntach wysadzinowych. Obok rozwiązania polegającego na posadowieniu
poniżej głębokości przemarzania, dopuszcza się zabezpieczenie podłoża izolacją zapobiegającą
przemarzaniu.

Dopuszczone zostało również do stosowania w polskiej praktyce (aprobata ITB) tzw. rozwiązanie
szwedzkie, polegające na umieszczeniu w płytko posadowionej płycie fundamentowej ogrzewania
podłogowego, uniemożliwiającego przemarzanie gruntu występującego pod fundamentem.

Głębokość przemarzania gruntu można ustalić zgodnie z B-03020 ponieważ EC-7 odsyła do ustaleń
krajowych.

Proponuje się nieznacznie zmodyfikować aktualną mapę stref przemarzania, dostosowując
przebieg stref do stref występujących w państwach Unii.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 24 z 71

Wymiary fundamentu

Podstawowym wymaganiem jest takie dobranie wymiarów fundamentów, aby przekazane przez
fundament siły nie spowodowały utraty nośności podłoża ani nadmiernych osiadań fundamentów.

Dodatkowo wymaga się uwzględnienia wymagań wykonawczych, takich jak:

koszt wykopu,

tolerancje wytyczania,

wymagana przestrzeń robocza,

wymiary ścian i słupów opartych na fundamencie.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 25 z 71

Wymiary fundamentu

EC-7 nie stawia ograniczeń co do rozmiarów mimośrodu, wymaga jedynie aby przy mimośrodach
większych od 1/3 wymiaru fundamentu, przy ocenie nośności, szczególnie dokładnie analizować
obliczeniowe wartości obciążeń oraz uwzględniać niekorzystne odchyłki w wymiarach fundamentu
(zaleca się dodawać 0,10 m).

Rys. Wymagania
dotyczące mimośrodu
obciążeń w EC-7

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 26 z 71

Wymiary fundamentu

B-03020 wymagała, ograniczenia mimośrodu do wielkości 1/4 wymiaru fundamentu, a w pewnych
przypadkach (przy smukłych budowlach, halach obciążonych suwnicami) do 1/6 wymiaru
fundamentu.

Rys. Wymagania
dotyczące mimośrodu
obciążeń w B-03020

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 27 z 71

Wymiary fundamentu

Uwagi:

Rozpatrywany w EC-7 przypadek dopuszczalnego mimośrodu dotyczy obciążenia fundamentu
najmniej korzystnym układem obciążeń stałych i zmiennych (brak tej informacji w EC-7).

Przy działaniu na fundament sił od obciążeń stałych należy dobrać wymiary fundamentu tak aby
nie ulegał on odrywaniu od gruntu.

W praktyce, do dopuszczenia większych mimośrodów niż 1/3 wymiaru fundamentów, należy
podchodzić bardzo ostrożnie.

Sposób sprawdzania wielkości mimośrodu sił przekazywanych przez fundament na podłoże nie
jest w EC-7 określony – nie precyzuje się czy jest to problem nośności czy też warunków
użytkowania.

Wątpliwości budzi możliwość dopuszczenia odrywania fundamentu do połowy jego
szerokości, w przypadku cyklicznego odrywania fundamentu od gruntu (np. fundamenty
słupów hal obciążonych suwnicami), powinno się zachować pewną ostrożność.

W przepisach angielskich zaleca się sprawdzanie mimośrodu pod działaniem sił
obliczeniowych (jak w B-03020. W przepisach niemieckich zleca się sprawdzać mimośród pod
działaniem sił charakterystycznych.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 28 z 71

SPRAWDZENIE
STANÓW GRANICZNYCH NOŚNOŚCI

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 29 z 71

Zakres obliczeń obejmuje:

sprawdzenie stateczności ogólnej,

sprawdzenie oporu granicznego podłoża pod fundamentami.

Sprawdzenie stateczności ogólnej wymaga się w następujących przypadkach:

na naturalnym zboczu lub skarpie albo w ich pobliżu,

w pobliżu wykopu lub ściany oporowej,

w pobliżu rzeki, kanału, jeziora, zbiornika lub brzegu morza,

w pobliżu wyrobisk górniczych lub konstrukcji podziemnych.

Dla powyższych przypadków wymaga się wykazania, że nie nastąpi utrata stateczności masywu podłoża
obciążonego posadowionym obiektem.

Przy sprawdzaniu oporu granicznego podłoża pod fundamentami wyróżnia się dwa stany graniczne:

utratę nośności podłoża na skutek wyparcia gruntu spod fundamentu (sprawdza się zawsze),

utratę nośności podłoża na skutek ścięcia gruntu w poziomie posadowienia fundamentu
(sprawdzenie przeprowadza się w przypadkach fundamentów obciążonych siłami poziomymi).

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 30 z 71

Zakres obliczeń obejmuje:

Zakres obliczeń w EC-7 nie obejmuje sprawdzenia utraty przez projektowany obiekt równowagi (stan
graniczny typu EQU), a jego pominięcie w projektowaniu fundamentów bezpośrednich nie jest w
normie ani w komentarzu do normy wyjaśnione.

Zgodnie z B-03020 sprawdzanie tego stanu granicznego jest wymagane w przypadku obiektów
smukłych, posadowionych na wspólnym fundamencie i poddanych znacznym obciążeniom poziomym
(kominy, wysokie zbiorniki, tablice reklamowe) oraz w przypadku ścian oporowych.

Z doświadczeń wynika, że przy dopełnieniu wymagań dotyczących wielkości mimośrodu sił
przekazywanych przez fundament na podłoże, wystąpienie stanu granicznego utraty równowagi przy
zalecanych w EC-7 współczynnikach bezpieczeństwa można praktycznie wykluczyć.

Zakres wymaganych w EC-7 obliczeń sprawdzających przy projektowaniu fundamentów bezpośrednich
ogranicza się do dwóch podstawowych decydujących o poziomie posadowienia, rodzaju fundamentów
oraz ich wymiarach.

Problem utraty stateczności ogólnej jest zagadnieniem odrębnym. Na utratę stateczności podłoża ma
wpływ przede wszystkim całkowita wielkość przekazywanych na podłoże obciążeń, w pewnym stopniu
poziom posadowienia, natomiast rodzaj i wymiary poszczególnych fundamentów mają wpływ
drugorzędny.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 31 z 71

Ogólne zasady sprawdzania nośności podłoża

Stan graniczny nośności podłoża nie wystąpi jeżeli spełniony będzie warunek

E

d

≤

R

d

gdzie:

E

d

- wartość obliczeniowa efektu oddziaływań (siła przekazywana na podłoże),

R

d

- wartość obliczeniowego oporu granicznego podłoża.

EC-7 przewiduje możliwość stosowania jednego z trzech tzw. podejść obliczeniowych (1, 2, 3) w celu
zapewnienia właściwego bezpieczeństwa przy sprawdzaniu warunku. Różnice dotyczą wartości
częściowych współczynników bezpieczeństwa, stosowanych w ocenie obliczeniowego efektu
oddziaływań V

d

i oporu granicznego podłoża R

d

W Polsce stosuje się podejście 2*, a w przypadku sprawdzania stateczności ogólnej – podejście 3.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 32 z 71

Ogólne zasady sprawdzania nośności podłoża

W podejściu 2* ogólny zapis warunku E

d

< R

d

przyjmuje postać:

( )

(

)

(

)

d

R

k

k

k

g

F

rep

F

d

R

X

F

R

X

F

F

E

E

=

≤

⋅

⋅

=

γ

γ

γ

/

;

;

gdzie:

X

k

- symbol wartości charakterystycznej właściwości gruntu,

F

g

- symbol oddziaływań geotechnicznych,

F

k

- obciążenia wynikające z zależności oporu granicznego podłoża od sił przekazywanych przez

fundament na grunt,

γ

F

- częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oddziaływań,

γ

R

- współczynnik bezpieczeństwa do oporu gruntu.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 33 z 71

Ogólne zasady sprawdzania nośności podłoża

Podejście to ma dwie istotne zalety:

umożliwia przejrzystą ocenę poziomu niezawodności rozwiązania,

przy ocenie oporu granicznego podłoża, który zależy od sił przekazywanych na grunt, nie wymaga
rozpatrywania charakteru działania tych sił (korzystne, niekorzystne), co upraszcza obliczenia.

Przy podejściu 2* orientacyjny poziom niezawodności projektowania fundamentów z uwagi na opór graniczny
podłoża, przy zalecanych wartościach częściowych współczynników bezpieczeństwa, można łatwo ocenić na
podstawie wartości globalnego współczynnika bezpieczeństwa.

Uwagi:

zasady ustalania wartości obliczeniowej efektu oddziaływań w EC-7 nie różnią się od stosowanych w
normie B-03020,



siły przekazywane przez fundament na podłoże wyznacza się od wartości obliczeniowych
obciążeń konstrukcyjnych i geotechnicznych,



wartości obliczeniowe obciążeń geotechnicznych wyznacza się przy charakterystycznych
wartościach parametrów gruntu i mnoży się przez odpowiedni współczynnik obciążeń,

sposób wyznaczania oporu granicznego w EC-7 odbiega od zasad przyjętych w B-03020:



opór graniczny podłoża wyznacza się przy charakterystycznych wartościach parametrów
gruntu (X

k

) i charakterystycznych wartościach obciążeń i wynik dzieli się przez ogólny

współczynnik oporu

γ

R

.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 34 z 71

Tabela NA.2. (PN-EN 1997-1:2008/Ap2) Współczynniki częściowe przy sprawdzaniu stanów granicznych
nośności (GEO)

Stany graniczne nośności – podejście 2

A

1

M

1

R

2

Niekorzystne

1,35

Stałe

Korzystne

1,0

Do oddziaływań

Zmienne

Niekorzystne

1,5

tan

φ

1,0

Efektywna spójność

1,0

Wytrzymałości bez odpływu

1,0

Wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie

1,0

Do właściwości
gruntu

Ciężar objętościowy

1,0

Wyparcie

1,4

Do odporu gruntu

Poślizg

1,1

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 35 z 71

Siły i obciążenia działające na fundament

Przy ustalaniu sił przekazywanych przez fundament na podłoże uwzględnia się siły od obciążeń
działających na konstrukcję oraz obciążenia geotechniczne działające na fundament.

Wśród obciążeń geotechnicznych wymaga się uwzględnienia:

ciężaru gruntu na fundamencie,

parcia gruntu,

ciśnienia hydrostatyczne wody gruntowej, które nie jest spowodowane naciskiem fundamentu na
grunt.

F

v

, F

H

, M - siły od obciążeń działających na konstrukcję,

W

1

, W

2

- obciążenia od ciężaru gruntu na fundamencie,

A

v

, A

H

, P - parcie gruntu

Rys. Układ sił i obciążeń uwzględnianych w obliczeniach sprawdzających fundamentów bezpośrednich

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 36 z 71

Siły i obciążenia działające na fundament

Miarodajnymi do wykonania obliczeń są wartości obliczeniowe obciążeń.

Wartość charakterystyczną obciążenia od ciężaru gruntu należy określić mnożąc wartość
charakterystyczną ciężaru objętościowego gruntu przez objętość gruntu nad fundamentem.

EC-7 nie zawiera normatywnych charakterystycznych wartości ciężaru objętościowego gruntu –
potrzebne do obliczeń wartości powinny być ustalane na podstawie badań.

Praktycznie, ustalanie wartości ciężarów objętościowych gruntu na podstawie badań jest
zbędne, bo dla większości gruntów są one znane z dostateczną dokładnością. Można tu
korzystać z wartości podanych w B-03020.

Przy ustalaniu obciążeń od ciężaru gruntu zaleca się w EC-7 uwzględniać warunki pracy gruntu:

„z odpływem” – (grunty niespoiste) uwzględnia się efektywne ciężary objętościowe gruntu
i w razie potrzeby hydrostatyczne ciśnienie wody,

„bez odpływu” – (grunty niespoiste) uwzględnia się całkowite ciężary objętościowe gruntu,
ciśnienie wody się pomija.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 37 z 71

Model obliczeniowy pracy podłoża

Rys. 4. Oddziaływania na fundament od parcia wody

a) w warunkach „z odpływem”, b) w warunkach „bez odpływu”

W’, W - efektywny i całkowity ciężar gruntu na fundamencie

U

1

, U

2

- ciśnienie wody

Q’, q - efektywne i całkowite naprężenia w poziomie posadowienia

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 38 z 71

Model obliczeniowy pracy podłoża

Wykonanie obliczeń wymaga ustalenia modelu obliczeniowego podłoża – idealizacja podłoża
występującego pod fundamentem (ustroju konstrukcyjnego) – stosowanego w celu analizy,
wymiarowania i weryfikacji.

W obliczeniach sprawdzających opór graniczny podłoża model obliczeniowy opisuje:

wymiary fundamentu i wielkość przekazywanych przez niego sił na grunt,

układ i rodzaj gruntów występujących pod rozpatrywanym fundamentem (położenie stropu
poszczególnych warstw),

poziom wody gruntowej,

parametry wytrzymałościowe gruntów niezbędnych do obliczeń.

Wszystkie niezbędne dane opisujące podłoże, powinny być określone w projekcie geotechnicznym.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 39 z 71

Model obliczeniowy pracy podłoża

Zgodnie z przyjętym podejściem obliczeniowym, parametry geometryczne modelu (położenie stropów
gruntu, poziom wody gruntowej) powinny charakteryzować wartości obliczeniowe. Natomiast
parametry wytrzymałościowe wartości charakterystyczne.

Zgodnie z zasadami ogólnymi obliczeniowe położenie stropu gruntu, jak i wymiary fundamentu, jako
parametry geometryczne, których odchylenie uwzględniane jest w wartościach częściowych
współczynników bezpieczeństwa, należy przyjmować na poziomie wynikającym z badań lub w
przypadku wymiarów fundamentu jako nominalne.

Poziom wody gruntowej, miarodajny do obliczeń sprawdzających, powinien odpowiadać poziomowi
maksymalnemu.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 40 z 71

Model obliczeniowy pracy podłoża

Dobór parametrów wytrzymałościowych gruntu, miarodajnych do obliczeń uzależnia się w EC-7 od
warunków pracy podłoża (z zależności parametrów wytrzymałościowych gruntu od ciśnienia
porowego). Rozróżnia się dwa typy warunków:

„z odpływem” – zakłada się, że naprężenia w podłożu od konstrukcji nie powodują istotnego
wzrostu ciśnienia porowego. Z warunkami takimi mamy do czynienia przy dostatecznie powolnym
wzroście naprężeń.

Jako miarodajne do oceny oporu granicznego podłoża w EC-7 zaleca się przyjmować efektywne
parametry wytrzymałościowe gruntu:

φ

', c'.

„bez odpływu” - przyjmuje się, że przyrost naprężeń w gruncie od konstrukcji jest na tyle szybki,
że powoduje wzrost ciśnienia wody występującej w porach gruntu, a w konsekwencji redukcję
wytrzymałości gruntu.

W warunkach „bez odpływu” opór graniczny podłoża zaleca się obliczać przy zastosowaniu tzw.
wytrzymałości na ścinanie „bez odpływu” - c

u

.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 41 z 71

Model obliczeniowy pracy podłoża

Rys. 5. Model pracy podłoża przy sprawdzaniu oporu granicznego podłoża wg EC-7

a) w warunkach „z odpływem”, b) w warunkach „bez odpływu”

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 42 z 71

Model obliczeniowy pracy podłoża

Wytrzymałość na ścinanie bez odpływu c

u

nie była stosowana przy projektowaniu fundamentów

bezpośrednich, wykorzystywano ją przy projektowaniu pali (stosowano oznaczenie s

u

).

Wartość wytrzymałości c

u

może być określana różnymi metodami:

w aparacie trójosiowego ściskania,

sondą krzyżakową,

w oparciu o wyniki badań sondą CPTU ,

literaturowe.

Wartości c

u

w zależności od stanu i rodzaju gruntów są bardzo zróżnicowane. Dla słabych iłów w stanie

plastycznym wynoszą 30÷40 kPa, dla glin i iłów w stanie półzwartym – 200÷300 kPa.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 43 z 71

EC-7 nie precyzuje w jakich przypadkach za miarodajne należy uznać warunki „z odpływem”, a w jakich
warunki „bez odpływu”.

Na podstawie doświadczeń można stwierdzić, że problem wyboru dotyczy jedynie przypadków
sytuacji przejściowych przy występowaniu pod fundamentem gruntów spoistych. W przypadku
sytuacji obliczeniowej trwałej i sytuacji obliczeniowej przejściowej przy występowaniu pod
fundamentem gruntów niespoistych, niewątpliwie za miarodajne do obliczeń można uznać
warunki „z odpływem”.

W innych przypadkach, występowania pod fundamentem gruntów spoistych i rozpatrywaniu
sytuacji przejściowych, jeżeli są wątpliwości co do warunków pracy podłoża, należy wykonywać
obliczenia przy założeniu warunków „z odpływem” jak i „bez odpływu”.

Zgodnie z przyjętym podejściem jako miarodajne do obliczeń sprawdzających przyjmuje się
charakterystyczne wartości parametrów wytrzymałościowych.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 44 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

Zaleca się stosowanie metod analitycznych – przykład w

załączniku D

.

Jako miarodajną do sprawdzenia oporu granicznego podłoża przyjmuje się wartość obliczeniową siły,
przekazywanej przez fundament na podłoże, prostopadłej do podstawy fundamentu V

d

. W przypadku

typowych fundamentów jest to siła pionowa.

Warunek obliczeniowy:

d

d

R

V

<

Wartość obliczeniową oporu granicznego podłoża R

d

, dla podejścia 2*, wyznacza się z zależności:

R

k

d

R

R

γ

=

'

'

A

A

R

R

k

k

⋅













=

gdzie:

R

k

– wartość charakterystyczna oporu granicznego,

γ

R

– współczynnik bezpieczeństwa do oporu granicznego z tabeli (

γ

R

= 1,4),

(R

k

/A’) – wartość charakterystyczna jednostkowego oporu granicznego podłoża,

A' – pole efektywnej powierzchni fundamentu

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 45 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

Rys. 6. Zasady ustalania efektywnej powierzchni fundamentu

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 46 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

A. Jednostkowy opór graniczny w warunkach „z odpływem”

(

)

y

y

y

q

q

q

c

c

c

k

k

i

s

N

B

i

s

N

q

i

s

N

c

A

R

'

'

5

,

0

'

'

'

γ

+

+

=

gdzie:

q - obliczeniowy całkowity nacisk nadkładu w poziomie posadowienia fundamentu

Wartości obliczeniowe współczynników ustala się przy charakterystycznych wartościach parametrów
wytrzymałościowych -

φ

’

k

, c’

k

.

Struktura wzoru na jednostkowy opór graniczny w warunkach „z odpływem” w EC-7 jest
analogiczna jak w B-03020. Różnice przy liczeniu wynikają z różnic w sposobie przyjęcia niektórych
współczynników. Dalsze różnice, mogą wynikać z rodzaju stosowanych do obliczeń parametrów
(

φ

u

, c

u

-

φ

’, c').

Dotychczas parametry normatywne, podane w B-03020, sprawdzone 30 letnią praktyką, mogą być
również stosowane do obliczeń wg EC-7.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 47 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

PN-B-03020:1981

EC-7

Porównanie

Współczynniki nośności













+

=

2

4

2

u

tg

D

tg

e

N

u

φ

π

φ

π













+

=

2

'

4

2

'

φ

π

φ

π

tg

e

N

tg

q

=

(

)

u

D

C

ctg

N

N

φ

1

−

=

(

)

'

cot

1

φ

−

=

D

C

N

N

≠

(

)

u

D

B

tg

N

N

φ

1

75

,

0

−

=

(

)

'

1

2

φ

γ

tg

N

N

q

−

=

≠

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 48 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

PN-B-03020:1981

EC-7

Porównanie

Współczynniki nachylenia podstawy fundamentu

–

(

)

(

)

[

]

'

tan

/

1

φ

⋅

−

−

=

C

q

q

c

N

b

b

b

(

)

2

'

tan

1

φ

α

γ

⋅

−

=

=

b

b

q

≠

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 49 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

PN-B-03020:1981

EC-7

Porównanie

Współczynniki kształtu fundamentu

L

B

s

D

5

,

1

1

+

=

'

sin

'

'

1

φ

L

B

s

q

+

=

– dla prostokąta;

'

sin

1

φ

+

=

q

s

– dla kwadratu lub koła;

≠

L

B

s

C

3

,

0

1

+

=

1

1

−

−

=

q

q

q

C

N

N

s

s

– dla prostokąta,

kwadratu lub koła

≠

L

B

s

B

25

,

0

1

−

=

'

'

3

,

0

1

L

B

s

−

=

γ

– dla prostokąta;

7

,

0

=

γ

s

– dla kwadratu lub koła;

≠

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 50 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

PN-B-03020:1981

EC-7

Porównanie

Współczynniki nachylenia obciążenia, spowodowanego obciążeniem poziomym H

Brak wzorów – nomogramy

(

)

(

)

[

]

m

k

k

q

c

A

V

H

i

'

cot

'

'

1

φ

+

−

=

(

)

[

]

'

1

φ

tg

N

i

i

i

C

q

q

C

−

−

=

(

)

(

)

[

]

1

'

cot

'

'

1

+

+

−

=

m

k

k

c

A

V

H

i

φ

γ

gdy H działa w kierunku B’

(

)

[

]

(

)

[

]

'

'

1

/

'

'

2

L

B

L

B

m

m

b

+

+

=

=

gdy H działa w kierunku L’

(

)

[

]

(

)

[

]

'

'

1

/

'

'

2

B

L

B

L

m

m

L

+

+

=

=

gdy H działa w kierunku tworzącym
kąt

θ

z kierunkiem L’

θ

θ

2

2

sin

cos

B

L

m

m

m

+

=

≠

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 51 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

B. Jednostkowy opór graniczny w warunkach „bez odpływu”

(

)

q

i

s

b

c

A

R

c

c

c

u

k

+

⋅

⋅

⋅

⋅

+

=

2

'

π

gdzie:

q – obliczeniowy całkowity nacisk nadkładu w poziomie posadowienia fundamentu

b

c

– współczynnik nachylenia podstawy fundamentu:

(

)

2

2

1

+

−

=

π

α

c

b

s

c

– współczynnik kształtu fundamentu:

(

)

'

'

2

,

0

1

L

B

s

c

+

=

– dla prostokąta;

2

,

1

=

c

s

– dla kwadratu lub koła;

i

c

– współczynnik nachylenia obciążenia, spowodowanego obciążeniem poziomym H:















⋅

−

+

⋅

=

u

k

c

c

A

H

i

'

1

1

2

1

z zastrzeżeniem, że

k

u

k

c

A

H

,

'

≤

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 52 z 71

Sprawdzenie oporu granicznego podłoża na wyparcie gruntu spod fundamentu

Podany w załączniku D sposób obliczeń dotyczy podłoża jednorodnego lub podłoża w którym niżej
występujące grunty charakteryzują się parametrami wytrzymałościowymi lepszymi niż grunt w
poziomie posadowienia.

Jeżeli głębiej występują grunty słabsze, obliczenia można wykonać stosując zalecaną w B-03020
metodą, tzw. fundamentu zastępczego.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 53 z 71

Sprawdzenie nośności na przesunięcie (poślizg) w poziomie posadowienia {6.5.3}

Gdy obciążenie nie jest prostopadłe do podstawy fundamentu, należy sprawdzić nośność fundamentu
na przesunięcie (poślizg) wzdłuż podstawy

Warunek obliczeniowy:

d

p

d

d

R

R

H

;

+

≤

H

d

– obliczeniowa wartość siły stycznej do podstawy

fundamentu, przekazywanej przez fundament
na grunt,

R

p;d

– obliczeniowa wartość oporu gruntu na

przesunięcie.

Rys. 7. Oznaczenia sił i obciążeń w warunku

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 54 z 71

Sprawdzenie nośności na przesunięcie (poślizg) w poziomie posadowienia {6.5.3}

W sile H

d

należy uwzględnić wartości obliczeniowe wszystkich aktywnych sil wywieranych przez

grunt na fundament.

Wartości R

d

i R

p;d

zaleca się dostosować do wielkości przewidywanego przemieszczenia w stanie

granicznym od rozpatrywanego obciążenia (decydują o mobilizacji parcia biernego na fundament)
– sposobu oceny tych przemieszczeń norma nie podaje.

Dla fundamentów na gruntach spoistych w obrębie strefy sezonowych zmian objętościowych
należy uwzględnić możliwość odspajania gruntu od pionowych powierzchni fundamentów na
skutek skurczu.

Należy uwzględnić możliwego usunięcia gruntu sprzed czoła fundamentu na skutek erozji
(rozmycia) lub działalności człowieka.

W praktyce wpływ oporu gruntu jest najczęściej pomijany lub uwzględniany przy bezpiecznym
oszacowaniu R

p;d

.

W przypadku najczęściej stosowanych fundamentów, o grubości do 0,4 m, odpory gruntu są
pomijane – są małe. W przypadku masywnych fundamentów opór gruntu uwzględnia się, jednakże
na poziomie najczęściej parcia czynnego, co nie wymaga oceny przemieszczeń fundamentu i jest
bezpieczne.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 55 z 71

Sprawdzenie nośności na przesunięcie (poślizg) w poziomie posadowienia {6.5.3}

A. Opór graniczny na ścięcie w podstawie fundamentu w warunkach „z odpływem

Warunek obliczeniowy:

(

)

h

R

k

d

d

tg

V

R

;

'

γ

δ

⋅

=

(zalecane

γ

R;h

=1,1)

gdzie:

δδδδ

k

– obliczeniowy kat tarcia na styku fundamentu i gruntu, zalecane jego wartości wynoszą:

d

cv

k

;

'

φ

δ

=

– dla betonowych fundamentów formowanych w gruncie,

d

cv

k

;

'

3

2

φ

δ

⋅

=

– dla gładkich fundamentów prefabrykowanych.

φφφφ

cv;d

– efektywny kąt tarcia wewnętrznego w stanie krytycznym.

Efektywną spójność gruntu c’ zaleca się pomijać.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 56 z 71

Sprawdzenie nośności na przesunięcie (poślizg) w poziomie posadowienia {6.5.3}

B. Opór graniczny na ścinanie w warunkach „bez odpływu”

Warunek obliczeniowy:

(

)

h

R

k

u

c

d

c

A

R

;

;

γ

⋅

=

(zalecane

γ

R;h

=1,1)

gdzie:

A

c

- pole powierzchni podstawy fundamentu przekazującej naciski na grunt

Jeżeli istnieje możliwość dostania się między fundament a grunt wody lub powietrza (praktycznie
zawsze), dodatkowo wymaga się aby:

d

d

V

R

⋅

≤

4

,

0

Powyższy wymóg można pominąć wtedy, jeśli tworzeniu się szczeliny między fundamentem a gruntem
zapobiega ssanie w strefach, w których nie ma dodatniego nacisku fundamentu na podłoże.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 57 z 71

SPRAWDZANIE
STANÓW GRANICZNYCH UŻYTKOWALNOŚCI

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 58 z 71

Podstawowe wymagania

Rozpatrzenie stanów granicznych użytkowalności przy projektowaniu fundamentów bezpośrednich jest
w EC-7 wymagane i obejmuje:

nadmierne osiadania;

Wystąpienie nadmiernych osiadań, EC-7 wiąże z wystąpieniem osiadań i różnic osiadań fundamentów,
które powodują niedopuszczalne z uwagi na warunki użytkowania, przemieszczenia lub odkształcenia
konstrukcji obiektu.

nadmierne wypiętrzenie;

Wystąpienie stanu granicznego wypiętrzeń wiąże norma z możliwością powstania nadmiernych uniesień
fundamentu na skutek:

odciążenia, zmniejszenia naprężeń efektywnych w gruncie,

rozszerzalności objętościowej częściowo nasyconych gruntów (pęcznienia minerałów ilastych),

uniesienia przy stałej objętości w całkowicie nasyconym gruncie, którego przyczyną jest osiadanie
sąsiedniej konstrukcji.

niedopuszczalne drgania;

Stan graniczny drgań wiąże norma z:

przeniesienia na podłoże drgań powodujących: nadmierne osiadania na skutek zagęszczenia

gruntów lub upłynnienia gruntów,

lub drgań fundamentu nie dopuszczalnych z uwagi na warunki użytkowania obiektu.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 59 z 71

Sprawdzenie stanów granicznych użytkowalności

wymaga się przeprowadzać wykazując, że

spełniony jest warunek:

d

d

C

E

<

w którym:

E

d

- efekt oddziaływań, w tym przypadku przemieszczeń lub różnica przemieszczeń fundamentu

lub np. amplituda przyspieszeń,

C

d

- wartość graniczna efektu oddziaływań, przy której w konstrukcji może wystąpić stan graniczny

użytkowalności.

Zgodnie z zasadami ogólnymi obliczeniową wartość efektów oddziaływań określa się przy założeniu
charakterystycznych wartości oddziaływań i właściwości gruntu (

γ

F

,

γ

M

= 1,0).

Zaleca się aby wartości graniczne przemieszczeń i drgań były określone w projekcie fundamentów i
uzgodnione z inwestorem.

Podane szczegółowe zalecenia dotyczące sposobu sprawdzania wyodrębnionych stanów granicznych, dotyczą
tylko sprawdzania stanu granicznego osiadań. Sposób sprawdzania stanów granicznych związanych z
wyniesieniem fundamentów czy też drganiami nie jest w normie określony.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 60 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Wykonanie obliczeń sprawdzających zaleca się:

w przypadku obiektów kategorii geotechnicznej 2 i 3, przy posadowieniach na gruntach
spoistych w stanie plastycznym do twardoplastycznego,

EC-7 zwiększa zakres przypadków w których zalecane jest sprawdzenie stanu granicznego osiadań, w stosunku
do B-03020.

Według B-03020 przy posadowieniach na gruntach spoistych w stanie twardoplastycznym sprawdzanie
osiadań w przypadku większości obiektów budowlanych uznaje się za zbędny. Praktyka wskazuje, że przy
stosowanych w naszej praktyce naciskach na grunt, nie przekraczających z reguły dla glin w stanie
twardoplastycznym 250 kPa, pomijanie tych obliczeń sprawdzających jest uzasadnione.

w przypadku gruntów spoistych zaleca się sprawdzać stosunek oporu granicznego podłoża przy
jego początkowej wytrzymałości bez odpływu (c

u

) do sił od obciążeń użytkowych,

przekazywanych przez fundament na podłoże. Jeżeli stosunek ten jest mniejszy od 3, zaleca się
wykonać sprawdzenie osiadań fundamentów.

W pewnych przypadkach nawet przy posadowieniach na dobrych gruntach sprawdzanie stanu granicznego
osiadań może być uzasadnione. W przypadku posadowienia na podłożu dobrym, umożliwiających przeniesienie
nacisków większych od 350÷400 kPa, czynnikiem limitującym pełne wykorzystanie nośności podłoża będą
dopuszczalne osiadania.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 61 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Zalecany w EC-7 sposób oceny osiadań polega na:

określeniu osiadań fundamentów,

wyznaczeniu w oparciu o te osiadania wartości odpowiednich wskaźników osiadań i różnic osiadań
konstrukcji,

sprawdzeniu czy wartość wskaźników nie przekraczają wartości granicznych.

W obliczeniach osiadań wymaga się uwzględnienia wszystkich czynników, które mają wpływ na
powstanie różnic osiadań, a więc:

różnic obciążeń,

uwarstwienia podłoża,

wpływu sumowania się w podłożu naprężeń od sąsiednich fundamentów lub występujących w
sąsiedztwie obciążeń.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 62 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

W przypadku gruntów częściowo lub w pełni nasyconych wodą (w naszych warunkach zawsze), zaleca
się uwzględniać następujące składniki osiadań:

s

0

- osiadanie natychmiastowe, wynikające:

•

w gruntach w pełni nasyconych wodą - wyłącznie z odkształceń postaciowych,

•

w gruntach częściowo nasyconych wodą - z odkształceń postaciowych i doraźnych zmian
objętości;

s

1

- osiadanie wynikające z konsolidacji;

s

2

- osiadanie wynikające z pełzania.

Obliczanie osiadań całkowitych jako wynik trzech składników, których właściwe wyznaczenie jest
trudne, nie prowadzi do większej dokładności niż „osiadania całkowite” zgodne z normą B-03020.

Do wyznaczenia osiadań zaleca się stosowanie ogólnie uznanych metod.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 63 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik F – przykład obliczeń

Metoda sumowania odkształceń warstw podłoża

Obliczenia całkowitych osiadań fundamentu na gruntach spoistych lub niespoistych wg zalecanej
metody polegają na:

wyznaczeniu rozkładu naprężeń w podłożu, spowodowanych obciążeniem fundamentu;
naprężenia w podłożu można wyznaczać na podstawie teorii sprężystości, zazwyczaj przy
założeniu jednorodnego, izotropowego gruntu i liniowego rozkładu naprężeń pod fundamentem;

obliczeniu odkształceń jednostkowych w podłożu gruntowym od naprężeń na podstawie modułów
odkształcenia lub innych zależności naprężenie-odkształcenie, określonych na podstawie badań
laboratoryjnych lub badań polowych;

sumując pionowe odkształcenia.

Sumowanie odkształceń zaleca się przeprowadzać do głębokości na której efektywne naprężenia od
fundamentu są równe 20% efektywnego naprężenia pierwotnego.

EC-7 dopuszcza również wyznaczanie osiadań metodami uproszczonymi lub półempirycznymi, tj. na
podstawie badań polowych (np. CPTU) i korelacji pomiędzy wynikami badań a osiadaniem.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 64 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik F – przykład obliczeń

Uproszczona metoda ośrodka sprężystego

Osiadania fundamentu określa się z zależności:

(

)

m

E

f

b

p

s

⋅

⋅

=

gdzie:

E

m

- wartość obliczeniowa modułu sprężystości,

f - współczynnik osiadania,

p - nacisk na grunt pod fundamentem.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 65 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik F – przykład obliczeń

Uproszczona metoda ośrodka sprężystego – c.d.

Wartość współczynnika osiadania f zależy od kształtu i wymiarów podstawy fundamentu, zmian
sztywności gruntu wraz z głębokością, miąższości warstwy ściśliwej, współczynnika Poissona, rozkładu
nacisków fundamentu i punktu, w którym obliczane jest osiadanie.

Jeśli nie ma wyników osiadań pomierzonych na sąsiednich podobnych konstrukcjach i w zbliżonych
warunkach gruntowych, obliczeniowy moduł E

m

(w warunkach z odpływem) odkształcającej się

warstwy można oszacować na podstawie wyników badań laboratoryjnych lub in situ.

Metodę zaleca się stosować, gdy naprężenia w podłożu gruntowym nie spowodują znaczącego
uplastycznienia gruntu, a zależność między naprężeniem a odkształceniem podłoża można uważać za
liniową. Wymagana jest szczególna ostrożność, gdy stosuje się tę metodę w przypadku
niejednorodnego podłoża gruntowego.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 66 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik F – osiadania w warunkach bez odpływu

Składowe krótkotrwałego osiadania fundamentu, które występują w warunkach bez odpływu, można
określać metodą sumowania odkształceń albo uproszczoną metodą sprężystości. W takich przypadkach
zaleca się przyjmować wartości parametrów sztywności (takie jak moduł E

m

i współczynnik Poissona)

odpowiadające zachowaniu gruntu bez odpływu.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 67 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik H

(1) Wartości graniczne odkształceń konstrukcji i przemieszczeń fundamentów (załącznik H)

Zaleca się sprawdzać następujące składniki przemieszczenia fundamentu:

osiadanie (

ρ

),

różnice osiadań (

δ

p

),

obrót (

θ

),

przechylenie (

ω

),

względne ugięcie (

∆

),

względny obrót (

β

),

przemieszczenie poziome,

amplituda drgań.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 68 z 71

ρ

- osiadanie,

δ

p

– różnica osiadań,

θ

- obrót,

α

- odkształcenie kątowe,

∆

- ugięcie względne,

∆

/L – wskaźnik ugięcia,

ω

- przechylenie,

β

- względny obrót

a)

definicje osiadania s, różnicy osiadań

δ

s

, obrotu

θ

i odkształcenia kątowego

α

,

b)

definicje strzałki wygięcia

∆

i wskaźnika

wygięcia

∆

/L,

c)

definicje przechylenia

ω

, obrotu względnego

(przemieszczenia kątowego)

β

.

Rys. H.1. Definicje przemieszczeń fundamentów

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 69 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik H

Za podstawowy wskaźnik EC-7 uważa względny obrót fundamentów -

ββββ

. Sprawdzenie wartości tego

wskaźnika jest wymagane, stosowanie pozostałych wskaźników jest zalecane.

(2) Maksymalne dopuszczalne względne obroty otwartych konstrukcji ramowych, ram wypełnionych,
ścian nośnych lub ścian ciągłych z cegły są różne, jednak ich ograniczenie w zakresie od około 1/2000
do około 1/300 zapobiega wystąpieniu stanu granicznego użytkowalności konstrukcji. Dla wielu
konstrukcji jest dopuszczalny maksymalny względny obrót 1/500. Względny obrót, który może wywołać
stan graniczny nośności, wynosi około 1/150.

(4) Dla zwykłych konstrukcji z oddzielnymi fundamentami dopuszcza się zwykle całkowite osiadania do
50 mm. Większe osiadania można dopuszczać, pod warunkiem że względne obroty pozostaną w
dopuszczalnych granicach, a osiadania całkowite nie spowodują trudności z przyłączami instalacji do
budynku, przechylenia konstrukcji itp.

(5) Powyższe wskazówki dotyczące granicznych osiadań mają zastosowanie do zwykłych, powszechnie
spotykanych konstrukcji. Nie zaleca się ich stosować do budynków i konstrukcji nietypowych lub takich,
które są obciążone w sposób wyraźnie nierównomierny.

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 70 z 71

Sprawdzenie stanu granicznego osiadań

Załącznik H (PN-EN 1997-1:2008/Ap2)

(6) Stany graniczne osiadań konstrukcji budynków zaleca się sprawdzać na podstawie miar
przemieszczeń i odkształceń: s

max

,

θ

max

,

∆

max

,

ω

.

(7) Dla powszechnie stosowanych rozwiązań konstrukcji budynków, którym nie stawia się
szczególnych wymagań co do wielkości osiadań, wartości graniczne miar przemieszczeń i odkształceń
można przyjmować z Tablicy NA.3.

Tablica NA.3. Wartości graniczne miar przemieszczeń i odkształceń dla budynków

s

max

[mm]

θ

max

[rad]

∆

max

[mm]

ω

[rad]

50

0,002

10

0,003

Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

Fundamentowanie

Strona 71 z 71

Porównanie wymagań B-03020 z wymaganiami EC-7 dotyczących sprawdzania stanu granicznego
osiadania

Można stwierdzić, że przy projektowaniu fundamentów bezpośrednich, sprawdzenie osiadań i różnic
osiadań według B-03020, będzie zgodne z zasadami EC-7. Dodając ewentualnie ze względów
formalnych sprawdzenie względnego obrotu -

β

.

ω

θ

θ

ρ

≈

∆

=

=

∆

≈

max

0

max

max

.

f

l

s

S

ś

r

Zalecane w B-03020 wskaźniki, w dostatecznym stopniu charakteryzują zagrożenia
związane z osiadaniami fundamentów, tj. maksymalne przemieszczenie konstrukcji
(problem doprowadzanych instalacji), obrót konstrukcji (odchylenia od pionu i poziomu
ścian i stropów), odkształcenie konstrukcji (rysy, deformacje układu).

Znane są problemy z dokładnym prognozowaniem osiadań. Wymagane w B-03020 wskaźniki osiadań i
różnic osiadań mieszczą się w zakresie wskaźników zalecanych przez EC-7, lub są do nich zbliżone.