Badania makroskopowe
Grunty spoiste wg PN charakteryzują się tym ze po wyschnięciu tworzą zwarte grudki, natomiast wilgotne przy ugniataniu w palcach odkształcają się plastycznie. Rodzaj gruntów spoistych określa się na podstawie próby wałeczkowania, rozcierania gruntu w wodzie i próby rozmakania. Próba wałeczkowania: z gruntu należy uformować kulkę o średnicy 7 mm. Kulkę należy ułożyć na wyprostowanej lewej dłoni i nasadą kciuka prawej dłoni wałeczkowa grunt z szybkością około 2 ruchów na sekundę, aż do osiągnięcia wałeczka o średnicy 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykaże uszkodzeń należy powtórzyć wałeczkowanie. Wałeczkujemy aż do momentu gdy wałeczek o średnicy 3 mm ulegnie wyraźnemu spękaniu lub rozsypie się. Próba rozcierania w wodzie: próba ta umożliwia rozpoznanie zawartości frakcji piaskowej. Próbkę gruntu rozciera się między dwoma palcami w wodzie. Jeżeli między palcami pozostaje dużo ziaren piasku – I grunty piaszczyste, jeżeli wyczuwa się pojedyncze ziarna – II grunty pośrednie, brak ziaren – III grunty pylaste. Próba rozmakania: próbkę gruntu o średnicy 10-15 mm, po wysuszeniu umieszcza się na siatce o oczkach kwadratowych 5mm i zanurza w wodzie. Czas rozmakania gruntu mierzymy od chwili jej zanurzenia w wodzie do momentu przeniknięcia przez siatkę. mało spoiste: fi< 5%; piasek gliniasty, pył piaszczysty, pył; kulka rozsypuje się, grunt nie daje się wałeczkować; grudka rozmaka natychmiast. mało spoiste: fi=5-10%; piasek gliniasty, pył piaszczysty, pył; wałeczek rozwarstwia się podłużnie; grudka rozmaka w czasie 30s-5min. średnio spoiste: fi=10-20%; glina piaszczysta, glina, glina pylasta; od początku do końca bez połysku, pęka poprzecznie; grudka rozmaka w czasie 5-60min. zwięzło spoiste: fi=20-30%; glina piaszczysta zwięzła, glina zwięzła, glina pylasta zwięzła, początkowo bez połysku, pęka poprzecznie; grudka rozmaka w czasie 1-24h. bardzo spoiste; fi>30%; ił piaszczysty, ił , ił pylasty; od początku z połyskiem, grudka rozmaka w czasie ponad 24h. Określenie wilgotności: grunt suchy-gdy grunt przy zgniataniu pęka; grunt mało wilgotny-grunt przy zgniataniu odkształca się plastycznie; grunt wilgotny-gdy papier lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne; grunt mokry-gdy przy ściskaniu gruntu w dłoni odsącza się woda; grunt nawodniony-woda odsącza się grawitacyjne. Określenie zawartości węglanu wapnia: określa się na podstawie obserwacji gruntu po zwilżeniu go kilkoma kroplami 20% roztworu kwasu solnego: >5%-burzy się intensywnie i długo; 3-5%-burzy się intensywnie lecz krótko; 1-3% burzy się słabo i krótko; <1% brak reakcji. Grunty spoiste wg PN-EN ISO: norma ISO zastąpiła słowo spoiste na plastyczne. Do gruntów spoistych w rozumieniu normy PN zalicza się wg ISO grunty drobnoziarniste: pyły i iły. Oznaczenie składu granulometrycznego: próbkę należy rozłożyć na płaskiej powierzchni lub dłoni. Wymiary cząstek próbki należy porównać z wielkościami podanymi w normie PN-EN ISO. Oznaczenie kształtu cząsteczek: polega na opisie kształtu cząsteczek występujących w gruncie: ostrość krawędzi-bardzo ostrokrawędzisty, słabo obtoczony; forma-sześcienna, płaska; charakter powierzchni: szorstka, gładka. Oznaczenie barwy gruntu: barwa zależy głównie od warunków lokalnych, często wskazuje na skład materiału i jego rozkład. Barwę należy określać na świeżo wykonanym wykopie przy pełnym świetle dziennym. Ewentualne zmiany barwy w następstwie utlenienia bądź wysuszenia należy odnotować. Oznaczenie wytrzymałości w stanie suchym: Próbkę należy wysuszyć, oznaczenie polega na rozdrabnianiu próbki między palcami: mała-grunt rozpada się pod lekkim lub średnim naciskiem palców; średnia-grunt rozpada się pod wyraźnym naciskiem palców; duża-grunt nie można rozdrobnić pod naciskiem palców, może być jedynie rozłamany. Oznaczanie dylatacji pyłu i iłu: wilgotną próbkę o wymiarach 10-20 mm należy przerzucać między dłońmi. Zawartość pyłu lub iłu może być określana na podstawie czasu potrzebnego na pojawienie się wody przy wstrząsaniu i jej zanikanie przy nacisku. Oznaczenie plastyczności: wilgotną próbkę gruntu należy wałeczkować na gładniej powierzchni, aby otrzymać wałeczek o średnicy 3 mm a następnie zlepić go z powrotem i powtarzać wałeczkowanie do chwili kiedy na skutek utraty wody nie daje się wałeczkować a tylko zlepiać: mała plastyczność-próbka wykazuje spoistość lecz nie można wykonać wałeczka; duża plastyczność-próbkę można wałeczkować. Oznaczenie zawartości piasku, pyłu i iłu: należy rozcierać mała próbkę gruntu między palcami. Ilość zawartej frakcji piaszczystej może być określona z wyczuwalnego stopnia szorstkości materiału. Próbkę o naturalnej wilgotności należy rozciąć nożem i ocenić czy nacięta powierzchnia jest błyszcząca czy matowa. Oznaczenie zawartości węglanów: oznaczana jest na podstawie reakcji gruntu na kroplę 10% roztworu kwasu solnego: grunt bezwapnisty (0)–nie reaguje; grunt wapnisty (+)-pieni się lekko; grunt silnie wapnisty: (++)-pieni się intensywnie. Oznaczenie konsystencji: miękkoplastyczny-wydostaje się pomiędzy palcami przy ściskaniu; plastyczny-można go formować przy lekkim nacisku palców; twardoplastyczny-nie może być formowany palcami lecz może być wałeczkowany; zwarty-rozpada się i pęka podczas wałeczkowania lecz ciągle dostatecznie wilgotny; bardzo zwarty-wysuszony nie można z niego uformować kulki.
Grunty niespoiste wg PN: po wyschnięciu rozsypują się pod własnym ciężarem i nie tworzą grudek. Rodzaj gruntu określa się wzrokowo lub za pomocą lupy na podstawie wielkości ziaren oraz procentowej zawartości poszczególnych frakcji: piasek gruby-oddzielne ziarna widać z odległości kilki metrów; piasek średni-oddzielne ziarna są widoczne z odległości 1m; piasek drobny-ziarna widoczne z odległości 20-30cm; piasek pylasty-po wyschnięciu tworzy lekko spojone grudki które rozsypują się przy podnoszeniu a na palcach zostaję mączka pyłowa. Grunt niespoiste wg PN-EN ISO: zalicza się grunty grubo ziarniste i bardzo gruboziarniste. W celu oznaczenia rozkładu wielkości cząstek próbkę należy rozłożyć na płaskiej powierzchni lub na dłoni. Wymiary cząstek należy porównać ze standardami uziarnienia.
Klasyfikacja gruntów ze względu na uziarnienia
Wg PN: kamienisty-kamienie; gruboziarnisty-żwir, pospółka; drobnoziarnisty-piasek. Wg PN-EN ISO: bardzo gruboziarnisty-głazy, kamienie; gruboziarnisty-żwir piasek; drobno ziarnisty-pył, ił
Klasyfikacja gruntów ze względu na stopień plastyczności
Wg PN: zwarta: zwarta (zw) IL≤0, półzwarta (pzw) IL≤0; plastyczna: twardoplastyczna (tpl) 0<IL≤0,25, plastyczna (pl) 0,25≤IL≤0,5, miękkoplastyczna (mpl) 0,5≤IL≤1,0; płynna: płynny (pł) 1,0≤IL. Wg PN-EN ISO: płynna >0,75; miękkoplastyczna 0,5-0,75; plastyczna 0,25-0,5; twardoplastyczna 0,0-0,25; zwarta i bardzo zwarta < 0,0
Klasyfikacja gruntów ze względu na wskaźnik konsystencji
Wg PN-EN ISO: płynna < 0,25; miękkoplastyczna 0,25-0,5; plastyczna 0,5-0,75; twardoplastyczna 0,75-1,0; zwarta i bardzo zwarta > 1,0
Klasyfikacja gruntów ze względu na stopień zagęszczenia
Wg PN: luźny < 0,33; średnio zagęszczony 0,33-0,67; zagęszczony 0,67-0,8; bardzo zagęszczony 0,8-1,0. Wg PN-EN ISO: bardzo luźny 0-15%; luźny 15-35%; średnio zagęszczony 35-65%; zagęszczony 65-85%; bardzo zagęszczony 85-100%
Metody badań w warunkach „in situ”
Badanie statyczne sondą stożkową CPT, badanie statyczne sondą stożkową z możliwością pomiaru ciśnienia porowego CPTU, sondowanie dynamiczne DP, badanie dynamiczne sondą cylindryczną SPT, badanie presjometryczne Menarda, badanie dylatometrem cylindrycznym FDT, wszystkie badania Presjometryczne (PBP, SBP, FDP), badanie polową sondą krzyżakową FVT, badanie sondą wkręcaną WST, próbne obciążenie płytą PLT, badanie dylatometrem płaskim DMT
Sondy CPT
Służą określaniu oporu gruntu podczas zagłębiania stożka oraz tarcia na tulei. Badanie CPT polega na wciskaniu sondy stożkowej pionowo w grunt za pomocą kolumny ze stałą prędkością.
Badanie CPTU
To badanie sonda z końcówką elektryczną, wyposażoną w znormalizowany stożek z możliwością pomiaru ciśnienia wody w porach gruntu i pobocznicy. Podczas wciskania sondy dokonuje się pomiaru oporu na stożku, tarcia pobocznicy i ciśnienia wody w porach.
Dylatometr płaski DMT
Badanie polega na pomierzeniu ciśnień, gdy membrana jest w jednej płaszczyźnie z ostrzem gdy przemieszczenie w środku membrany wynosi 1,1 mm. Dylatometr jest przydatny do ustalenia historii naprężeń tj: wytrzymałość na ścinanie bez odpływu, moduły odkształcenia.
Badania Presjometryczne MPM
Celem tego badania jest pomiar In situ odkształcenia wywołanego rozszerzaniem się cylindrycznej, elastycznej membrany pod wpływem ciśnienia. Membrana rozszerza się pod ciśnieniem aż zostanie osiągnięte rozszerzenie boczne maksymalne.
Warunki gruntowe
Proste warunki gruntowe: warstwy gruntów jednorodnych, równoległe do powierzchni, nie obejmuje gruntów słabonośnych, brak występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych.
Złożone warunki gruntowe: warstwy gruntów niejednorodnych, nie ciągłe, zmienne genetyczne, obejmujące grunty słabonośne, brak występowań niekorzystnych zjawisk geologicznych.
Skomplikowane warunki geologiczne: warstwy gruntu objętych występowaniem niekorzystnych zjawisk geologicznych, zwłaszcza w formie: krasowych, osuwiskowych, kurzawkowych, szkód górniczych.
Kategorie geotechniczne
Pierwsza kat. geo.: niewielkie obiekty budowlane o statycznie wyznaczalnym schemacie, 1-2 kondygnacyjne budynki mieszkalne, ściany oporowe, wykopy do 1,2 m.
Druga kat. geo.: obiekty budowlane w prostych i złożonych warunkach gruntowych, fundamenty bezpośrednie i głębokie, przyczółki i filary mostowe, kotwy gruntowe.
Trzecia kat. geo.: nietypowe obiekty budowlane: obiekty energetyki jądrowej, rafinerie, zakłady chemiczne, zapory wodne, obiekty zabytkowe.
Stan graniczny nośności SGN
EQU: utrata równowagi statycznej, GEO: zniszczenie podłoża gruntowego, STR: zniszczenie lub odkształcenie konstrukcji, UPL: utrata równowagi konstrukcji, HYD: pęcznienie wodne, przebicie hydrauliczne, STA: utrata stateczności podłoża
Stan graniczny użytkowalności SGU
W obrębie stanu granicznego użytkowalności wyróżnia się: nadmierne osiadanie, nadmierne wypiętrzanie spowodowane pęcznieniem, przemarzaniem, obroty fundamentu.
Fundament zastępczy
Fundament zastępczy oblicza się wtedy gdy pod fundamentem na głębokości 2,5m znajduje się warstwa gruntu słabsza niż bezpośrednio pod fundamentem.
Stany graniczne w ujęciu EC7
Do grupy stanów granicznych wg rozdziału w EC 7 GEO zalicza się: utrata ogólnej stateczności podłoża, wyczerpanie nośności, utrata stateczności na skutek przesunięcia, łączna utrata stateczności podłoża, zniszczenie konstrukcji, nadmierne osiadania, nadmierne wypiętrzanie, niedopuszczanie drgania.
Modele obliczeniowe podłoża wg EC 7
W obliczeniach sprawdzających opór graniczny podłoża model obliczeniowy opisuje wymiary fundamentu i wielkość przekazywanych przez niego sił na grunt, rodzaj gruntów występujących pod fundamentem, poziom wody gruntowej, parametry wytrzymałościowe gruntów. W warunkach „z odpływem” zakłada się że Naprężenia w podłożu od konstrukcji nie powodują wzrostu ciśnienia porowego, mamy z tym do czynienia przy dostatecznie powolnym wzroście naprężeń. W warunkach „bez odpływu” przyjmuje się ze przyrost naprężeń w gruncie od konstrukcji jest na tyle szybki, że powoduję wzrost ciśnienia wody występującej w porach gruntu.
Fundament zastępczy
Fundament zastępczy oblicza się wtedy gdy pod fundamentem na głębokości 2,5m znajduje się warstwa gruntu słabsza niż bezpośrednio pod fundamentem.
Fundamenty bezpośrednie
Są to fundamenty które przekazują obciążenie tylko przez podstawę. Rodzaje: stopy, ławy, płyty, studnie, kesony. Fundamenty niezbyt głębokie gdzie pomija się tarcie pobocznicy.
Klasyfikacja pali ze względu na sposób współpracy z gruntem
Pale stopowe-przekazujące obciążenia tylko przez podstawę pala, pale zawieszone-przekazują obciążenia tylko przez pobocznicę, pale pośrednie-przekazują obciążenia przez podstawę i pobocznicę, pale obciążone siłami poziomymi, pale wyciągane
Klasyfikacja pali ze względu na sposób wykonania
Pale gotowe wbijane: drewniane, prefabrykowane, żelbetowe, stalowe; pale (żelbetowe) betonowane na miejscu w otworach wierconych: Strausa, Wolfsholza, Lorenza; pale betonowane na miejscu w otworach wybijanych: Vibro, Franki, Reymond; pale wtłaczane: Mega, Spencer; pale wiercone: CFA; pale dużych średnic: Barety – wykonywane w zawiesinie bentonitowej
Tarcie ujemne w projektowaniu fundamentów palowych
Powoduje zmniejszenie nośności pala. Jest wywołane osiadaniem gruntu względem trzonu pala, zmniejszając jego nośność. Tarcie ujemne powstaje w takich gruntach jak: torfy, namuły, grunty spoiste o IL>0,75, grunty niespoiste o ID<0,20, świeże nasypy które ulegają osiadaniom pod wpływem własnego ciężaru.
Mikropale
Wykonanie mikropali wierconych polega na wwierceniu w podłoże stalowej żerdzi, która jednocześnie spełnia rolę rury iniekcyjnej oraz docelowego zbrojenia mikropala oraz iniekcji. Równocześnie z początkiem wiercenie rozpoczyna się iniekcja. Zaczyn cementowy przedostając się w strukturę gruntu, stabilizuje ściany otworu, eliminując potrzebę stosowania rur osłonowych a żerdź pozostaje w otworze pełniąc funkcję zbrojenia mikropala. Zalety stosowania: prostota wykonania, nieregularny kształt buławy tworzy doskonałe połączenie z gruntem, możliwość wykonania pali pod dowolnym kątem, duża wydajność systemu, możliwość użycia lekkiego sprzętu
Pale wielkośrednicowe
Osiągają średnice od 80 do 200 cm i długość do 50 m. Mogą być wykonywane przez wiercenie w rurach osłonowych lub w zawiesinie bentonitowej albo ciągłym świdrem silnikowym w technologii CFA. Bezpośrednie po wypełnieniu wywierconego otworu betonem instalowane jest zbrojenie pala. Zalety stosowania: duża nośność i sztywność, możliwość zastąpienia głębokich fundamentów masywnych, ekonomiczne wykorzystanie materiałów konstrukcyjnych, prace fundamentowe wykonywane z powierzchni terenu
Pal rzeszowski
Jest zespolonym fundamentem składającym się z wykonywanej w gruncie podstawy i z wiązki mikropali łączących podstawę z oczepem. Realizowany w gruntach w których poniżej warstw nienośnych występuje warstwa gruntów żwirowo-piaskowych w której przy pomocy iniekcji z zaczynu cementowego można wykonać podstawę pala. Podstawy są wykonywane na głębokości około 5m poniżej terenu. Zaletą pala rzeszowskiego jest jego przydatność do posadowień na gruntach ekspansywnych. Pal ten ma stosunkowo mała powierzchnię boczną i umożliwia przeniesienie części sił od pęcznienia przez kotwy umieszczone w otworach wykorzystywanych do iniektowania. Pal rzeszowski ma zastosowanie przy wzmacnianiu fundamentów istniejących budowli, zwiększanie nośności fundamentów w sytuacjach awaryjnych oraz nowo projektowanych rozwiązań fundamentów pośrednich.
Metody projektowania fundamentów palowych wg EC7
Metody projektowania podawane przez EC 7 są oparte na wynikach statycznych próbnych obciążeń pali. Wg EC7 podczas projektowania fundamentów palowych należy stosować jedno z poniższych podejść: 1. na podstawie wyników próbnych obciążeń statycznych, których zgodność z innym doświadczeniem została wykazana za pomocą obliczeń 2.na podstawie empirycznych lub analitycznych metod obliczeniowych, których wiarygodność została wykazana przez próbne obciążenia statyczne w podobnych warunkach 3. na podstawie wyników próbnych obciążeń dynamicznych, których wiarygodność została wykazana przez próbne obciążenia statyczne w podobnych sytuacjach 4. na podstawie obserwacji zachowania porównywalnych fundamentów palowych, jeżeli Danę te są potwierdzone wynikami badań w terenie i badaniami podłoża
Próbne obciążenia statyczne mogą być prowadzone zarówno na palach próbnych jak i na palach konstrukcyjnych.
Dreny prefabrykowane
To szybka i ekonomiczna metoda przyspieszająca konsolidację gruntów nawodnionych, polegająca na wprowadzeniu w podłoże gruntowe pionowych drenów które powodują skrócenie drogi filtracji wody na powierzchnię. Technologie tą stosuje się w połączeniu z tymczasowymi lub docelowymi nasypami. Zalety: znaczące przyspieszenie konsolidacji gruntów, niskie koszty, szybkość wykonania.
Iniekcja strumieniowa (Jet grounting)
Wykorzystywane są najczęściej do wzmocnienia istniejących fundamentów. Radziej jako fundament głęboki pod nowe obiekty. W wyniku specyfiki technologi iniekcji strumieniowej otrzymujemy pale charakteryzujące się dużymi oporami pobocznicy. Opory są około 2 razy większe od wartości dla pali wierconych
Iniekcja zagęszczająca (Compaction grounting)
Polega na wpompowaniu w podłoże pod ciśnieniem zaprawy iniekcyjnej o konsystencji gęsto plastycznej lub plastycznej. Otaczający miejsce iniekcji grunt jest przemieszczany i jednocześnie zagęszczany. W przeciwieństwie do innych technik iniekcyjnych wpompowany materiał nie wnika w pory. Stosuje się w celu wzmocnienia podłoża nośnego, zabezpieczenie i wzmocnienia posadowienie, pełne wypełnienie porów w gruncie powstałych np. w wyniku nie prawidłowo zagęszczonych nasypów. Zastosowanie: głównie grunty niespoiste.
Wibroflotacja
Zastosowanie w gruntach sypkich które wzmacnia się przez ich odpowiednie zagęszczenie. Stosując wibratory wgłębne można podwyższyć i wyrównać stopień zagęszczenia gruntu. Dla osiągnięcia zaplanowanej głębokości wibrator przedłuża się za pomocą odpowiednich rur. Pogrążanie wibratora w grunt oraz zagęszczanie może być wspomagane silnym wypływem wody lub powietrza przez zintegrowane dysze. Zalety: zwiększenie i ujednorodnienie modułu ściśliwości podłoża, bieżąca kontrola efektywności zagęszczenia, technologia wyjątkowo prosta, wysoka jakość, nieszkodliwa dla środowiska
Konsolidacja dynamiczna (Dynamic Compaction)
To technologia wzmacniania podłoża gruntowego polegająca na zagęszczeniu gruntów sypkich za pomocą zrzucanego z dźwigu ciężaru. Ciężar ten jest podnoszony ja odpowiednią wysokość i następnie zrzucany na wzmacniane podłoże. Powstające kratery wyrównuje się lub zasypuje kruszywem. Skuteczność zależy od warunków gruntowych oraz energii spadającego ubijaka.
Technologia głębokiego mieszania na mokro (Deep soil mixing)
Zastosowanie doprowadza do radykalnego poprawienia właściwości mechanicznych istniejącego podłoża gruntowego. Wgłębne mieszanie gruntu polega na wprowadzeniu w podłoże specjalnego mieszadła. Wiercenie odbywa się bez wstrząsów. Po osiągnięciu założonej głębokości następuje faza formowania kolumn DSM. W tym czasie obracane i podciągane do góry mieszadło zapewnia równomierne wymieszanie zaczynu z gruntem. Dla zapewnienia najlepszych efektów proces pogrążania i podciągania jest powtarzany kilkukrotnie.
Normy wykonawcze
Pale wiercone: formowane w gruncie zawierające element konstrukcyjny do przeniesienia lub ograniczenia odkształceń. Norma dotyczy pali okrągłych, prostokątnych , teowych. Pale mogą być wiercone z rurowaniem, pod osłoną zawiesiny, formowane świdrem ciągłym. Zagadnienia wpływające na projektowanie pali to: tolerancje wymiarowe, geometryczne odchyłki wykonania, zbrojenie minimalne, wymagania konstrukcyjne, wymagania dotyczące wiercenia
Kotwy gruntowe: norma ta nie dotyczy pali kotwiących, kotew wkręcanych, zakotwień mechanicznych, gwoździ gruntowych. Norma zawiera wymagania dotyczące materiału konstrukcji i zabezpieczenia antykorozyjnego
Ściany szczelinowe: ściany konstrukcyjne mogą być trwałe lub tymczasowe, monolityczne. prefabrykowane. Przegrody przeciw filtracyjne formowane są z zawiesiny twardniejącej lub betonu. Norma zawiera wymagania dotyczące badań podłoża.
Ścianki szczelinowe: norma dotyczy ścianek stalowych, betonowych, drewnianych stosowanych jako konstrukcje trwałe lub tymczasowe. W zagadnieniach projektowych omówiono wybór rodzaju grodzic. Dużo miejsca poświęcono zagadnieniom dotyczącym ścianek stalowych
Pale przemieszczeniowe: przedmiotem tej normy są ogólne zasady wykonywania pali zagłębionych bez wydobywania gruntu/ Materiał pali może stanowić: stal, żeliwo, beton, iniekt. Pale przemieszczeniowe mogą być: prefabrykowane, zagłębiane w grunt przez wbijanie udarowe, wbijanie wibracyjne, wciskanie, wkręcanie
Iniekcja: wg normy iniekcje wykonywane są w celu modyfikacji właściwości mechanicznych, hydraulicznych lub hydrologicznych cech gruntu. Norma uwzględnia iniekcje przemieszczeniowe, nie przemieszczające ośrodka. Z normy wyłączono iniekcje kotew, strumieniowa, naprawy konstrukcji. Norma podaje materiał do iniektów: cement, spoiwa hydrauliczne, materiały iłowe, piasek, wypełniacze.
Iniekcja strumieniowa: proces obejmujący odspajanie gruntu oraz jego mieszanie i częściową wymianę na czynnik wiążący. Odspajanie następuje wysokoenergetycznym strumieniem cieczy. Elementami iniekcji mogą być: kolumna, ściana, sklepienie. W normie rozpatrzono systemy iniekcji: pojedynczą, podwójną, potrójną. Iniekcja ta może być stosowana w budowlach tymczasowych lub trwałych.
Mikropale: zakres normy: Mikropale wiercone, przemieszczeniowe. Mikropale zawierają element nośny: pręt, kształtownik, rura. Norma określa wymagania dotyczące m.in. wykonywania konstrukcji mikropali, materiałów, badań, zabezpieczeniem przed korozją. Norma podaje zasady projektowania związane z wykonawstwem mikropali, nie uwzględnione w euro kodach.
Stany graniczne wg Terzaghiego
Wartości podstawowe parametrów gruntu γ,φ,c wyznacza się na podstawie badań laboratoryjnych lub polowych oraz zależności korelacyjnych. Wartości obliczeniowe x(r) wyznaczamy na podstawie wartości charakterystycznych x(n) oraz współczynnika γm: x(r)= x(n)* γm.
Belka na podłożu sprężystym
Belkę sprężystą możemy traktować jak belkę ciągłą spoczywającą na nieskończonej ilości sprężyn blisko siebie położonych. Pomijamy tarcie i belka na całej długość i jest w styczności z podłożem. Belkę sprowadzamy do równia liniowego różniczkowego.
Stany graniczne wg Terzaghiego
Wartości podstawowe parametrów gruntu γ,φ,c wyznacza się na podstawie badań laboratoryjnych lub polowych oraz zależności korelacyjnych. Wartości obliczeniowe x(r) wyznaczamy na podstawie wartości charakterystycznych x(n) oraz współczynnika γm: x(r)= x(n)* γm.
Belka na podłożu sprężystym
Belkę sprężystą możemy traktować jak belkę ciągłą spoczywającą na nieskończonej ilości sprężyn blisko siebie położonych. Pomijamy tarcie i belka na całej długość i jest w styczności z podłożem. Belkę sprowadzamy do równia liniowego różniczkowego.
Metoda Lebella
Jest wykorzystywana podczas projektowania stóp fundamentowych obciążonych tylko siłą osiową. Zakłada się ze siła przekazywana jest na grunt tylko w postaci naprężeń normalnych na nacisk podstawy stopy jest równomierny. Metoda pozwala na obliczenie Naprężenia powstałego u podstawy stopy.
Metoda Winklera-Zimermana
Obliczanie ław fundamentowych ta metodą jest poprawne pod warunkiem że miąższość warstwy ściśliwej nie przekracza połowy szerokości podstawy fundamentu-ławy. Siła Q przyjmuje wartość + gdy siłą P znajduje się na lewo od rozpatrywanego przekroju. Siła Q przyjmuje wartość – gdy siła P znajduje się na prawo od przekroju.
Metoda Bleicha
Metoda polega na zmianie belki o skończonej długości na belkę o nieskończonej długości. Sztucznie dobiera się obciążenie przyłożone do wirtualnej belki. Mamy układ sił znanych P i nieznanych T (lub R) które potem obliczamy. Obciążenie belki jest tak dobrane aby na końcach belki M=0 i Q=0. Obliczanie nośności pali pojedynczych obciążonych siła pionową według stanu granicznego nośności: Qr≤m*N, m-współczynnik korekcyjny przyjmowany dla fundamentów na palach, N-obliczeniowa nośność pali.
Próbne obciążenia pali: statyczne, dynamiczne
Próbne obciążenia statyczne uważa się za najbardziej miarodajną metodę oceny rzeczywistej pracy pali. Prawidłowe wykonanie próbnych obciążeń wymaga uwzględnienia: zaprojektowania i wykonania konstrukcji oporowej, dobranie właściwego systemu obciążającego, przygotowania systemu pomiarowego, przejęcie metody interpretacji wyników. Próbne obciążenia dynamiczne to techniki badawcze związane z generowaniem sił lub naprężeń w głowicy lub trzonie pala, spowodowane wymuszeniem w postaci spadającej masy. Młot lub ubijak uderzający w głowicę generuje falę naprężeń przemieszczającą się w trzonie pala.
Geofizyczne metody badań gruntów
metoda sejsmiczna - analiza sztucznie wytworzonych fal sejsmicznych w badanym ośrodku. Fale te przechodząc przez niejednorodny ośrodek ulegają zjawiskom np.: załamania, odbicia, dyfrakcji.
- metoda georadarowa GPR - analiza rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w ośrodku. Fale te przechodząc przez niejednorodny ośrodek ulegają różnym zjawiskom np.: załamania, odbicia, dyfrakcji
- metoda elektrooporowa - analiza rozchodzenia się wygenerowanego prądu elektrycznego w badanym ośrodku; oparta jest na określeniu zmian parametru fizycznego badanego gruntu jakim jest elektryczna oporność właściwa (rezystywność).
§ 3. 1. Ustalanie geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych obejmuje:
1) fundamentowanie obiektów budowlanych,
2) określanie nośności i stateczności podłoża gruntowego,
3) ustalanie i weryfikację wzajemnego oddziaływania obiektu budowlanego i podłoża gruntowego w różnych fazach budowy i eksploatacji,
4) ocenę stateczności skarp, wykopów i nasypów oraz ich zabezpieczania,
5) wybór metody wzmacniania podłoża gruntowego,
6) ocenę oddziaływania wód gruntowych na budowlę,
7) ocenę gruntów stosowanych w robotach ziemnych,
8) wybór metody podtrzymywania skarp,
9) wykonywanie barier uszczelniających.
2. Geotechniczne warunki posadawiania obiektów budowlanych ustala się w celu uzyskania danych:
1) dotyczących budowy i parametrów geotechnicznych podłoża gruntowego współpracującego z projektowanym obiektem i w strefie oddziaływania projektowanych robót,
2) umożliwiających rozpoznanie zagrożeń mogących wystąpić w trakcie robót budowlanych lub w ich wyniku,
3) wymaganych do bezpiecznego i racjonalnego zaprojektowania i wykonania obiektu budowlanego.
Projektowanie konstrukcji fundamentów bezpośrednich- należy sprawdzić na możliwość zniszczenia konstrukcji zgodnie z Eurokodem 7
Metody wzmacniania gruntów
1. „Ubijanie”
Najprostszym sposobem wzmacniania gruntów piaszczystych, pod małymi i lekkimi obiektami, jest moczenie gruntu niewielką ilością wody i ubijaniu go ubijakami mechanicznymi lub ręcznymi. Jeżeli nośność gruntu jest zbyt mała, a wynika ona z wilgotności gruntu, to możemy zagęścić go żwirem bądź drobnymi kamieniami ubijanymi warstwami. Zagęszczając tym sposobem grunt bardzo mokry, należy wykonać ścianki szczelne wokół zagęszczonego odcinka.
2. Zastrzyki z zaprawy cementowej
Słabe grunty sypkie można zagęścić zastrzykami z zaprawy cementowej. Do tego celu wbija się na odpowiednią głębokość w grunt stalowe rury, do których przewodami gumowymi doprowadza się pod ciśnieniem płynną zaprawę cementową. Zaprawa ta wypełnia przestrzenie międzycząsteczkowe w gruncie, zwiększając jego szczelność i wytrzymałość. W podobny sposób wzmacnia się grunty metodami chemicznymi, wprowadzając do gruntu związki zawierające szkło wodne lub polimery.
3. Wzmacnianie gruntu metodą Jet Grounting
• Technologia
Metoda polega na mieszaniu gruntu z zaczynem stabilizującym wtłaczanym strumieniowo pod wysokim ciśnieniem (200-300 bar). Można w ten sposób wzmacniać wszelkiego rodzaju grunty: organiczne, torfy i namuły, luźne piaski o różnej granulacji i plastyczne grunty spoiste. Zastępuje ściany szczelinowe, pale. W pierwszym etapie wzmacniania, żerdzią średnicy 88,9 mm, drąży się grunt do głębokości przewidzianej w projekcie. W trakcie wiercenia stosuje się płuczkę wodną lub bentonitową. Ciecz tłoczona pod ciśnieniem znacznie ułatwia wiercenie. Po osiągnięciu żądanej głębokości rozpoczyna się strumieniowe tłoczenie zaczynu przez dysze, umieszczone w dolnej części żerdzi. W trakcie iniekcji grunt jest rozdrabniany i mieszany z zaczynem. Obrotowy sposób podnoszenia żerdzi przy jednoczesnym tłoczeniu zawiesiny umożliwia wykonanie kolumny gruntowo-cementowej w kształcie walca. Jego średnica zależy od rodzaju gruntu i technologii iniekcji -wielkości ciśnienia, składu iniektu, a także średnicy dysz i czasu iniekcji. W ten sposób powstają kolumny średnicy od 40 do 180 cm.
• Zastosowanie
Metoda Jet Grounting może być wykorzystana nie tylko przy wzmacnianiu wszelkiego rodzajów gruntów ale i przy wzmacnianiu oraz uszczelnianiu wału przeciwpowodziowego. Odbywa się to za pomocą przesłon filtracyjnych. Technologię iniekcji zastosowano na przykład do wykonania pionowej przesłony izolacyjnej w obwałowaniach stopnia wodnego na Zalewie Zegrzyńskim w miejscowości Dębe. Można ją także stosować przy wykonywaniu szczelnych wykopów w nawodnionych gruntach. Wykop otacza się ścianami szczelinowymi, a dno wypełnia kolumnami cementowo-gruntowymi nachodzącymi na siebie. Dzięki odpowiedniemu dobraniu składu zaczynu wodoszczelność przesłony wynosi k=10-710-9 cm/s. Po wykonaniu ścian oraz iniekcji uszczelniających w dnie wykopu, można wypompować wodę i rozpocząć wybieranie gruntu.
• Zalety
Proces tłoczenia iniektu można przerwać w dowolnym momencie. Pozwala to kształtować kolumny dowolnych wysokości. Aby wzmocnić podłoże pod fundamentem istniejącego budynku, należy, wiercąc pod kątem, wykonać kolumny ukośne. Dodatkową zaletą tej technologii jest to, że kolumny można wykonywać, wstawiając urządzenie do piwnic budynku, pod warunkiem jednak, że pomieszczenie ma wysokość co najmniej 1,5 metra. Pozwala to wzmacniać podłoże pod fundamentami budynków już stojących, także z pomieszczeń piwnic w centralnie położonych częściach budynku, tam gdzie nie ma dostępu od zewnątrz. Metoda ta, choć bardzo kosztowna, pozwala na wykonanie podziemnych kondygnacji w silnie nawodnionych, piaszczystych warstwach podłoża, gdy warstwa nieprzepuszczalnych gruntów znajduje się na znacznej głębokości. Mimo swoich zalet, technologia ta nie jest dostatecznie rozpowszechniona w Polsce. Stosuje ją zaledwie kilka przedsiębiorstw.
• Aparatura
Aparatura do wykonywania kolumn składa się z zestawu mieszalników szybko- i wolnoobrotowych, iniekcyjnej pompy wysokociśnieniowej i samojezdnej wiertnicy na podwoziu gąsienicowym. Wiertnica wyposażona jest w przewód wiertniczy zakończony dyszami. Na placu budowy musi znajdować się też silos na cement i zbiornik wody pojemności około 2000 litrów. Cały proces konstruowania kolumny kontrolowany jest automatycznie, co umożliwia właściwe jej wykonanie.
• Surowiec
Do wykonywania zaczynów iniekcyjnych cementowo-wodnych wykorzystuje się cement portlandzki marki 35 lub 45 oraz cementy hutnicze. W zależności od rodzaju podłoża gruntowego i składu zaczynu iniekcyjnego, uzyskuje się następujące wytrzymałości kolumn: w żwirze - do 20 MPa, w piasku - do 15 MPa, w pyle i glinie - do 8 MPa, w gruntach organicznych - do 5 MPa. Wytrzymałość kolumn zależy od doboru rodzaju cementu oraz stosunku c/w (cementu i wody).
• Grunty nawodnione
Technologię Jet Grounting można zastosować także w podłożach nawodnionych, w których natężenie przepływu wody wynosi do 10-2 cm/s. Kolumny gruntowo-cementowe mogą być zbrojone rurą grubościenną, sztywnym koszem zbudowanym z 4, 5 bądź 6 prętów lub centralnie umieszczonym profilem stalowym. Zbrojenie kolumny zwiększa jej nośność. Profile podwieszane na dźwigu zagłębia się, topiąc je w kolumnie. Istotne jest to, że podczas wykonywania iniekcji siła, z jaką zawiesina działa na grunt gwałtownie spada w odległości większej od planowanego promienia kolumny. Nie powoduje to niekontrolowanych przemieszczeń podłoża, które mogłyby stwarzać zagrożenie dla infrastruktury podziemnej.
4. Kolumny cementowo-wapniowe (wg. technologii firmy Stabilator)
• Etap I
Palownica wkręca na projektowaną głębokość we wzmacniany grunt specjalną żerdź rurową, zakończoną mieszadłem. Koniec kolumny powinien być zagłębiony min. 0,5 m w warstwie nośnej, a głowica kolumny 1,0 m poniżej górnej krawędzi powierzchni wzmacnianego nasypu lub terenu.
• Etap II
Po osiągnięciu żądanej głębokości, mieszadło umieszczone na końcu żerdzi, zmienia kierunek obrotu i jest wyciągane na powierzchnię. Podczas tej operacji z otworu, umieszczonego na końcu przewodu, wydmuchiwana jest pod ciśnieniem mieszanka cementowo-wapienna, w formie suchego proszku. Zmieszany w ten sposób, nawodniony grunt rodzimy wraz z wapnem i cementem, tworzy suchą kolumnę o określonej, dużo wyższej wytrzymałości na ściskanie i wyższym module odkształcenia. Uzyskuje się jednocześnie stabilizację gruntu pomiędzy kolumnami. Typowy odstęp osiowy kolumn wynosi 1,20 m do 1.60 m. Pozwala to na stabilizację gruntu jako masywu (bloku) kolumnami w formie pionowego \"zbrojenia\". Tak \"zazbrojony\" i wzmocniony blok gruntu, przed ułożeniem podbudowy drogowej lub płyty fundamentowej nie wymaga jakichkolwiek dodatkowych geosiatek.
• Zastosowanie
Kolumny cementowo-wapienne są szczególnie przydatne dla gruntów spoistych i organicznych o dużym nawodnieniu, gdy inne metody wzmacniania gruntu, np. wibroflotacja czy kolumny kamienne całkowicie zawodzą. Przy gruntach spoistych i organicznych, kolumny cementowo-wapienne stanowią tanią i szybką w wykonawstwie alternatywę, do tradycyjnych dotychczas metod wzmacniania, jak pale, konsolidacja poprzez formowanie nasypów przeciążających z drenażem lub wymiana gruntu (bagrowanie). Odpowiednio większe dozowanie cementu na 1 mb kolumny, pozwala na uzyskanie efektu wzmocnienia niemal natychmiastowo. Jednocześnie jednak świadomie ograniczona wytrzymałość kolumn nie powoduje powstawania nierównomiernych osiadań w przyszłości (tworzenie się efektu tzw. \"pikowanej poduszki\") - szczególnie dokuczliwych dla eksploatacji nawierzchni drogowych i podtorzy kolejowych.
5. Wibroflotacja i wibrowymiana
• Zastosowanie
Metodę wgłębnego zagęszczenia gruntów sypkich (wibroflotację) stosuje się do gruntów o zawartości frakcji pylastej mniejszej niż 15%.Przy większej zawartości pyłów metoda ta jest nieekonomiczna.
Wydajność jest zależna od typu wibrofloatatora (3080 m3/h ).
Metodę wibrowymiany stosuje się dla gruntów spoistych.
• Co dają te metody?
wgłębne zagęszczanie gruntów sypkich (zwiększenie nośności rodzimego gruntu)
wzmacnianie gruntów spoistych (zwiększenie nośności podłoża przez utworzenie w gruncie kolumn z kruszywa )
• Opis metod
Wibroflotacja - zawieszony na linie drgający wibroflotator (w kształcie kolumny) pogrąża się w grunt pod własnym ciężarem, przy pomocy podpłukiwania wodą wydobywającą się z jego głowicy pod ciśnieniem 6 atm. W utworzony lej (zagłębienie) wokół pogrążającego się urządzenia, wsypuje się kruszywo o zaprojektowanej granulacji. Wwibrowywanie wibroflotatora i wprowadzenie kruszywa z zewnątrz prowadzi się aż do osiągnięcia projektowanej dolnej rzędnej strefy zagęszczenia. Następnie, nie przerywając wibracji zawieszony na linie wibroflotator podciąga się do góry aż do poziomu terenu.
Wibrowymiana - zawieszony na linie drgający wibroflotator przy podpłukiwaniu formuje w gruncie spoistym otwór o średnicy ca 100cm. Otwór ten wypełnia się projektowo dobranym kamieniwem, które zagęszcza się wibratorem. Utworzona w ten sposób kolumna stanowi wzmocnienie podłoża gruntowego.
6. Metoda Elektroosmozy (opracowanej przez R.Cebertowicza- tzw. Cebertyzacja)
Jeżeli istnieje konieczność wzmocnienia gruntu bardzo wilgotnego z równoczesnym osuszeniem, to zaleca się metodę elektroosmozy. Polega ona na wprowadzeniu w grunt prętów aluminiowych i rur stalowych jako elektrod. Przepuszczenie prądu stałego powoduje ruch wody od prętów aluminiowych do rur, z których usuwana jest woda pompami. Po usunięciu wody można wzmocnić grunt za pomocą zastrzyków zawiesin cementowych, roztworów szkła wodnego i chlorku wapnia.
Zastosowanie tej metody zwiększa spójność międzycząsteczkową w gruncie i powoduje przyrost wytrzymałości. Jednocześnie zjawisko elektroosmozy powoduje odwodnienie gruntu, przyśpieszając krystalizację żelu krzemionkowego i wytrącanie się wodorotlenku wapnia.