5. Fundamenty palowe
- rodzaje pali, charakterystyka, zaleŜność obciąŜenie – osiadanie
•
pale prefabrykowane
pale o średniej i duŜej nośności w gruncie i wykazujące małe osiadania
szerokie zastosowanie, szczególnie w budownictwie hydrotechnicznym
•
pale stalowe
pale wbijane z rur stalowych zamkniętych
Pale o duŜej nośności w gruncie.
Zastosowanie – w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do
zagęszczonych o ID ≤ 0.70, bardzo popularne w budownictwie
hydrotechnicznym i na otwartej wodzie.
pale wbijane (lub wwibrowywane) z rur stalowych otwartych
Pale o średniej nośności w gruncie.
Zastosowanie – w gruntach niespoistych zagęszczonych i bardzo
zagęszczonych, stosowane w budownictwie hydrotechnicznym i na
otwartej wodzie w sytuacjach potrzebnego duŜego zagłębienia w
gruncie nośnym w celu utwierdzenia pala na siły poziome (np. dalby,
pomosty, nabrzeŜa).
•
pale wbijane „Vibro”
pale o duŜej nośności w gruncie i wykazujące małe osiadania
zastosowanie – głównie w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i
zagęszczonych o ID ≤ 0.75
•
pale wbijane „Vibrex”
pale o bardzo duŜej nośności w gruncie i wykazujące bardzo małe osiadania
zastosowanie
–
głównie
w
gruntach
niespoistych
luźnych
i
średniozagęszczonych
•
pale wbijane „Franki”
pale o bardzo duŜej nośności w gruncie i wykazujące bardzo małe osiadania
zastosowanie – głównie w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i
zagęszczonych o ID ≤ 0.75
•
pale wwiercane CFA
pale o średniej i dość dobrej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i
efektywna
zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i niespoistych
zagęszczonych w terenie zabudowanym
•
pale wkręcane „ATLAS”
pale o dość duŜej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i efektywna
zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i plastycznych oraz
w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do zagęszczonych o ID ≤ 0.70,
w terenie zabudowanym
•
pale wkręcane „OMEGA”
pale o dość duŜej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i efektywna
zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i plastycznych oraz
w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do zagęszczonych o ID ≤ 0.70,
w terenie zabudowanym
•
pale wkręcane „TUBEX”
pale o duŜej i bardzo duŜej nośności w gruncie. Technologia szybka i
efektywna
zastosowanie – w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do
zagęszczonych o ID ≤ 0.70, w terenie zabudowanym, rzadziej w gruntach
spoistych
•
pale wielkośrednicowe
pale wiercone w rurze obsadowej
Pale o średniej i umiarkowanej nośności w gruncie i wykazujące dość
duŜe osiadania. Technologia powszechnie wykorzystywana do pali
wielkośrednicowych.
Zastosowanie
–
w
gruntach
spoistych
od
zwartych
do
twardoplastycznych
i
niespoistych
zagęszczonych,
w
terenie
zabudowanym
•
mikropale iniekcyjne
zastosowanie – w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i
zagęszczonych oraz małospoistych, stosowane jako wzmocnienie istniejących
fundamentów w gęstej zabudowie lub pod niewielkie nowe obiekty
•
pale (kolumny) „Jet-grouting”
zastosowanie – praktycznie we wszystkich rodzajach gruntów, stosowane jako
wzmocnienie lub podchwycenie istniejących fundamentów w gęstej
zabudowie, np. budynków w pobliŜu głębokich wykopów, rzadziej jako pale
lub kolumny pod nowe obiekty. MoŜliwe zbrojenie kolumn za pomocą
dwuteowników wwibrowywanych w świeŜy cemento-grunt
•
pale wwiercane „Starsol”
pale o średniej i dość dobrej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i
efektywna
zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i niespoistych
zagęszczonych w terenie zabudowanym
- technologia wykonania pali
•
pale prefabrykowane
prefabrykaty palowe o długości do 15.0 m betonowane są w zakładzie
prefabrykacji i przywoŜone na budowę lub betonowane na budowie w
specjalnych formach. W przypadku większych długości moŜliwe jest
wykonywanie z odcinków łączonych o długości do 10 m
podstawy pali mogą być zaostrzone lub tępe
wbijanie za pomocą kafarów spalinowych (np. Delmag), hydraulicznych lub
wolnospadowych
•
pale stalowe
pale wbijane z rur stalowych zamkniętych
wbijanie w grunt za pomocą kafara rury stalowej z zamkniętym dnem,
wzmocnionym Ŝebrami
wypełnienie wnętrza rury piaskiem z dodatkiem wapna i pozostawienie
niewypełnionego górnego odcinka o długości około 3.0 m
wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury i wypełnienie betonem
(wytrzymałość trzonu pala zapewnia rura stalowa, zbrojenie potrzebne
jest do powiązania pala z Ŝelbetowym oczepem)
pale wbijane (lub wwibrowywane) z rur stalowych otwartych
wbijanie w grunt za pomocą kafara rury stalowej z otwartym dnem
dnem, wewnątrz rury tworzy się korek gruntowy, stopniowo
zamykający rurę
wypełnienie wnętrza rury piaskiem z dodatkiem wapna i pozostawienie
niewypełnionego górnego odcinka o długości około 3.0 m
wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury i wypełnienie betonem
(wytrzymałość trzonu pala zapewnia rura stalowa, zbrojenie potrzebne
jest do powiązania pala z Ŝelbetowym oczepem)
•
pale wbijane „Vibro”
wbijanie rury stalowej ze stalowym szczelnym butem w podstawie (kafar
spalinowy lub hydrauliczny)
wprowadzenie szkieletu zbrojenia pala do suchego wnętrza rury stalowej
wypełnienie wnętrza rury betonem
wyciąganie rury za pomocą wyciągarki i wibratora, co powoduje zagęszczenie
betonu i dogęszczenie gruntu wokół pala
•
pale wbijane „Vibrex”
wbijanie rury stalowej ze stalowym szczelnym butem w podstawie (kafar
spalinowy lub hydrauliczny)
wprowadzenie szkieletu zbrojenia pala do suchego wnętrza rury stalowej
wypełnienie wnętrza rury betonem
wyciągnięcie rury na wysokość 3 ÷ 4 m za pomocą wyciągarki i wibratora
dopełnienie rury betonem i ponowne wbijanie rury kafarem (powoduje to
spęczenie dolnego odcinaka pala)
fewentualne powtórzenie poprzednich dwóch czynności
ostateczne wyciągnięcie rury za pomocą wyciągarki i wibratora
•
pale wbijane „Franki”
wbijanie rury stalowej z korkiem z suchego betonu za pomocą bijaka wolno-
spadowego
zablokowanie rury stalowej i wybicie korka z podstawy pala
wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury
cykliczne wypełnianie rury betonem, podciąganie rury wyciągarką i ubijanie
betonu bijakiem (beton o konsystencji wilgotnej)
•
pale wwiercane CFA
wkręcenie w grunt ciągłego świdra talerzowego z rdzeniem rurowym,
zakończonym od dołu końcówką stoŜkową
podłączenie do rdzenia przewodu betonowego i tłoczenie betonu pod
ciśnieniem ok. 6 atm.
otwarcie końcówki stoŜkowej i wydostawanie się betonu do otworu pod
świdrem, wyciąganie świdra bez obracania nim (ciśnienie betonu powinno
samo wypychać świder, jeŜeli przy ciśnieniu 6 atm. świder nie wychodzi –
wyciąganie wspomaga się wyciągarką)
wyciągnięcie świdra – otwór po świdrze wypełniony mieszanką betonową
wprowadzenie do świeŜej mieszanki betonowej zbrojenia za pomocą wibratora
•
pale wkręcane „ATLAS”
wkręcenie w grunt rurowej Ŝerdzi z głowicą rozpychającą grunt i traconym
ostrzem
wprowadzenie zbrojenia pala do wnętrza Ŝerdzi
wypełnienie wnetrza Ŝerdzi i górnego leja zasypowego betonem
wykręcanie Ŝerdzi i wypełnianie otworu po głowicy betonem (ruch obrotowy
Ŝerdzi jest tak dopasowany do ruchu pionowego, aby głowica formowała w
gruncie pobocznicę pala w kształcie przypominającym gwint)
•
pale wkręcane „OMEGA”
wkręcenie w grunt rurowej Ŝerdzi z głowicą rozpychającą grunt i traconym
ostrzem
wprowadzenie zbrojenia pala do wnętrza Ŝerdzi (zbrojenie moŜe być takŜe
wprowadzane po zabetonowaniu pala do świeŜej mieszanki – podobnie jak w
palach CFA).
podłączenie do Ŝerdzi przewodu z betonem pod ciśnieniem
wykręcanie Ŝerdzi i wypełnianie betonem otworu pod głowicą (kierunek
obrotów Ŝerdzi jest taki sam jak przy wkręcaniu)
•
pale wkręcane „TUBEX”
wkręcenie w grunt rury stalowej z odpowiednim ostrzem przyspawanym do
rury, w czasie wkręcania pod ostrze tłoczona jest iniekcja z zaczynu
cementowego, która ułatwia pogrąŜanie rury, a po związaniu poprawia pracę
pobocznicy w gruncie
wprowadzenie zbrojenia pala do wnętrza rury
wypełnienie wnętrza rury betonem (wykonawstwo pala zakończone, rura
stalowa pozostaje na stałe)
•
pale wielkośrednicowe
pale wiercone w rurze obsadowej
wciskanie w grunt rury obsadowej z jednoczesnym wydobywaniem
gruntu z wnętrza i dolewaniem wody do rury (uwaga: rura powinna
wyprzedzać wiercenie, poziom wody w rurze powinien być wyŜszy niŜ
poziom wody w gruncie)
wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury wypełnionej wodą
wprowadzenie do wnętrza rury obsadowej rury do betonowania
podwodnego tzw. metodą „Kontraktor”
betonowanie pala z jednoczesnym podciąganiem rury obsadowej i rury
„kontraktor” (rura „kontraktor” powinna być cały czas zanurzona w
betonie na min. 1.5 m, beton od dołu wypiera wodę)
•
mikropale iniekcyjne
wkręcanie w grunt rury iniekcyjnej z końcówką wiercącą o powiększonej
średnicy i jednoczesne tłoczenie zaczynu cementowego
po dojściu do zakładanej głębokości dalsze tłoczenie zaczynu, aŜ do
pojawienia się go na powierzchni terenu
pozostawienie rury wypełnionej zaczynem na stałe (rura pełni rolę zbrojenia)
•
pale (kolumny) „Jet-grouting”
wprowadzanie w grunt rury iniekcyjnej (Ŝerdzi) z tłoczeniem płuczki wodnej
lub zaczynu przez dolną dyszę
po dojściu do zakładanej głębokości zamknięcie dyszy dolnej i tłoczenie
zaczynu cementowego przez jedną lub dwie dysze boczne i powolne
podciąganie Ŝerdzi z jednoczesnym powolnym jej obracaniem (wysokie
ciśnienie – do 600 atm. powoduje wycinanie gruntu i formowanie kolumny z
cemento-gruntu, nadmiar zaczynu wypływa na powierzchnię)
całkowite wyciagnięcie Ŝerdzi i pozostawienie w gruncie kolumny (pala) z
cemento-gruntu, który z czasem twardnieje.
•
pale wwiercane „Starsol”
w początkowej fazie tłoczenia betonu podciągany jest tylko świder ślimakowy,
a jego końcówka jest dociskana do gruntu. Przeciwdziała to rozluźnieniu
gruntu pod podstawą, znacząco poprawiając charakterystykę obciąŜenie –
osiadanie
- metody wyznaczania sił w palach,
•
metody klasyczne:
o
sztywnego oczepu
w metodzie tej oczep palowy traktuje się jak nieskończenie sztywną bryłę, a
pale wyraŜa się w postaci prętów obustronnie przegubowych, liniowych
podpór spręŜystych lub połączenia jednych i drugich. Przy takim załoŜeniu z
obliczeń moŜna otrzymać jedynie rozkład sił osiowych w palach, a momenty
zginające w palach otrzymuje się zerowe.
o
graficzna metoda Culmana
•
metody analityczne (tradycyjne) – obecnie uwaŜane za przestarzałe i nie stosuje się ich
o
metoda Nokkentveda – nadbudowa sztywna, pale przegubowe
o
metoda Smorodyńskiego – nadbudowa spręŜysta, pale przegubowe
o
metoda Antonowa-Mejersona – nadbudowa spręŜysta, pale utwierdzone
o
metoda Schiela – nadbudowa sztywna, pale przegubowe w nadbudowie i gruncie
•
metody numeryczne :
o
metoda spręŜystego oczepu na podporach spręŜystych
W metodzie tej pale modeluje się podobnie jak w metodzie sztywnego oczepu,
tzn. za pomocą wahaczy lub podpór spręŜystych, natomiast oczep modeluje się
o rzeczywistej sztywności. Taką metodę naleŜy zastosować wówczas, gdy w
konstrukcji palowej oczep jest odkształcalną belką lub płytą. W praktyce
takimi konstrukcjami są np. belki poddźwigowe na palach, ruszty belkowe pod
budynki murowane, konstrukcje słupowe lub szkieletowe oraz płyty
fundamentowe na duŜej liczbie pali pod zbiorniki, silosy lub inne konstrukcje
budowlane.
o
metodą współpracy pali ze spręŜysto-plastycznym ośrodkiem gruntowym
W metodzie uogólnionej współpracę pala z ośrodkiem gruntowym wyraŜa się
za pomocą układu podpór spręŜystych gęsto rozstawionych wzdłuŜ pobocznicy
pala i podpór spręŜystych w podstawie. WzdłuŜ pobocznicy umieszcza się w
węzłach podpory spręŜyste prostopadłe do pobocznicy o sztywnościach kxi i
styczne do pobocznicy o sztywnościach kti. Rozstaw podpór (i węzłów), zaleca
się przyjmować co około 0.5 m. Podpory prostopadłe wyraŜają reakcję gruntu
na przemieszczenia poprzeczne pali, a podpory styczne – reakcję gruntu na
przemieszczenia podłuŜne pali. W podstawie pala umieszcza się podporę
spręŜystą osiową względem pala o sztywności Kp, prostopadłą o sztywności
Kb i podporę na obrót o sztywności Kr.
Przedstawiony model pala bardzo dokładnie odwzorowuje jego rzeczywistą
współpracę z ośrodkiem gruntowym, jednak jest bardzo Ŝmudny w
przygotowywaniu.
o
metoda zmiennej sztywności podpór polowych
Chodzi tu o zjawisko wzajemnego oddziaływania na siebie pali pracujących w
grupie i związanego z tym zwiększonego i nierównomiernego ich osiadania.
Pale skrajne, znajdujące się na obrzeŜach grupy (fundamentu) osiadają mniej, a
pale wewnątrz grupy osiadają więcej.
- obliczanie nośności pala
•
wg PN:
o
warunek SGN :
ObciąŜenie obliczeniowe działające wzdłuŜ osi pala Q
r
spełnia warunek :
Q
r
< m * M
Gdzie:
N – obliczeniowa nośność pala
m – współczynnik korekcyjny
m=0,7
- dla 1 pala
m=0,8
- dla 2 pali
m=0,9
- dla więcej niŜ 2 pali
o
nośność obliczeniowa pala
Pal wciskany
N
t
= N
p
. + N
s
=S
p
q
(r)
A
p
+ ∑ S
si
t
i
(r)
A
si
Pal wyciągany
N
w
= ∑ S
i
w
t
i
(r)
A
si
gdzie:
q
(r)
– obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala.
t
i
(r)
- jednostkowa , obliczeniowa wytrzymałość gruntu wzdłuŜ pobocznicy pala
( w warstwie i)
S
p
, S
si
, S
i
w
- współczynniki technologiczne (zaleŜne od rodzaju pala i stanu gruntu)
o
wyznaczanie wartości q
(r)
q
(r)
zaleŜy od stanu gruntu
q
(r)
= γ
m
q
γ
m
≤0,9
ponadto dla gruntów bardzo spoistych q
(r)
=9 S
u
(r)
S
u
(r)
– Obliczeniowa wytrzymałość gruntu przy ścinaniu
intrpolacja liniowa - jeŜeli h
c
< 10m i D róŜna od D
0
stosuje się interpolacje
liniową (zgodnie z rys. 1a z PN-83/B-02482)
o
wyznaczanie t
i
(r)
t
i
(r)
zaleŜy od stanu gruntu
t
i
(r)
= γ
m
t
γ
m
≤ 0,9
interpolacja liniowa - stosuje się dla głębokości (miąŜszości warstwy)
mniejszej niŜ
5 m . (zgodnie z rys. 2 z PN-83/B-02482)
o
szczególne warunki gruntowe:
Dla gruntów spoistych w stanie płynnym, gruntów organicznych q=0 i t=0
(przy tarciu pozytywnym)
Wyjątek: namuły w stanie zwartym i półzwartym
o
tarcie negatywne uwzględnia się dla:
gruntów organicznych
gruntów nieskonsolidowanych
gruntów. niespoistych o I
L
≤0,2
gruntów spoistych o I
D
0,75
dodatkowego obciąŜenia naziomu
T
n
= ∑ S
si
t
i
(r)
A
si
t
i
(r)
Є <5 ; 10>
•
wg EC7:
o
w toku obliczeń naleŜy wykazać , Ŝe przekroczenie SGN jest wystarczająco
mało prawdopodobne
o
nośność graniczną pali wciskanych określa się na podstawie
:
obciąŜeń statycznych
wyników badań podłoŜa
obciąŜeń dynamicznych
wzorów dynamicznych (gdy został określony układ warstw podłoŜa)
analizy spręŜystej fali odbitej(gdy został określony układ warstw
podłoŜa)
o
nośność graniczną pali wyciąganych określa się na podstawie:
wyników badań podłoŜa
próbnych obciąŜeń
•
obliczanie oporu pobocznicy pala
o
metoda α
f
s
= α · S
u
α = 0,25 – 1,00
o
metoda ß
f
s
= ß · σ’
vo
ß – kąt tarcia (tarcie pobocznica – grunt)
o
metoda λ
f
s
= λ(σ’
vm
+ 2 S
um
)
konstrukcje morskie
o
metoda ρ
f
s
= ρ · σ’
hc
- wykorzystanie metod „in situ” w obliczaniu nośności pali
•
w przypadku większości obiektów kategorii II i wszystkich obiektów kategorii III oprócz
typowych badań geotechnicznych (wiercenia i badania laboratoryjne próbek) wykonuje
się pomiary parametrów mechanicznych gruntów w miejscu ich zalegania za pomocą tzw.
badań „in situ”
•
zaletą tych badań jest to, Ŝe pomiar odbywa się na gruncie rodzimym, w naturalnych
warunkach stanu napręŜenia i wilgotności, jaki panuje w podłoŜu. Pobieranie próbek, a
następnie ich obróbka w laboratorium moŜe znacząco zmienić parametry gruntu w wyniku
odpręŜenia i nieuchronnego naruszenia struktury
•
do badań specjalistycznych „in situ” zalicza się:
o
sondowania dynamiczne
polegające na wbijaniu w grunt Ŝerdzi z odpowiednią końcówką (stoŜek,
krzyŜak lub cylinder) za pomocą bijaka opuszczanego grawitacyjnie na
podbabnik, połączony z Ŝerdzią
w czasie wbijania mierzy się opory zagłębiania Ŝerdzi, wyraŜone liczbą
uderzeń bijaka na 10 cm lub 20 cm zagłebienia (N
10
, N
20
). Schemat sondy
wbijanej przedstawiono
rezultatem sondowania jest schodkowy wykres oporów wbijania sondy
o
sondowania statyczne
polega na statycznym zagłębianiu w grunt Ŝerdzi o średnicy φ35.7 mm,
zaopatrzonej w stoŜek i tuleję cierną
prędkość wciskania wynosi około 2 cm/s
w czasie wciskania mierzy się opór gruntu pod stoŜkiem q
c
[MPa] oraz
opór tarcia gruntu o tuleję cierną f
s
[MPa]
pomiar moŜe odbywać się
w sposób cykliczny – np. co 10 lub 20 cm zagłębienia – przy
pomiarze manualnym hydraulicznym
w sposób ciągły – przy pomiarze automatycznym (elektronicznym)
w sondowaniu CPTU dokonuje się jeszcze pomiaru ciśnienia wody w
porach gruntowych
do sondowań statycznych zalicza się
sondę wciskaną CPT (Cone Penetration Test), lub CPTU
sondę wkręcaną (ST)
o
badania presjometryczne
badania te wykonywane są za pomocą presjometru, skonstruowanego po
raz pierwszy przez Menarda (Francja)
presjometr składa się z trzech elastycznych komór: środkowej komory
pomiarowej i dwóch komór ochronnych – dolnej i górnej. Presjometr
umieszcza się w otworze wiertniczym na określonej głębokości i wywiera
ciśnienie poziome p na ściany otworu za pomocą komór. Komory ochronne
potrzebne są do tego, aby zapewnić tylko poziome rozszerzanie się komory
pomiarowej i stworzyć w gruncie płaski, osiowo-symetryczny stan
odkształcenia, który jest łatwiejszy w interpretacji i w opisie teoretycznym
w czasie badania mierzy się ciśnienie wody (lub innej cieczy) p w komorze
pomiarowej oraz objętość wtłaczanej wody V
o
badania dylatometryczne
badania dylatometryczne w pewnym sensie przypominają badania
presjometryczne. Dylatometr, skonstruowany przez Marchettiego (Włochy)
jest płaską końcówką, kształtem przypominającą łopatkę, przymocowaną
do Ŝerdzi. Końcówka ta zaopatrzona jest z jednej strony w elastyczną,
okrągłą membranę. Ostro zakończoną łopatkę dylatometru wciska się w
dno otworu wiertniczego i dokonuje badania poprzez wywieranie
poziomego nacisku membraną na grunt
w czasie badania mierzy się ciśnienie p
1
, potrzebne do przemieszczenia
membrany na 1 mm
o
próbne obciąŜenia gruntu
wykonuje się najczęściej pod budownictwo drogowe, parkingi,
placeskładowe i mocno obciąŜone posadzki magazynów
badanie to polega na stopniowym zwiększaniu obciąŜenia na sztywną płytę
stalową ułoŜoną na powierzchni gruntu lub w dnie wykopu i pomiarze
osiadań tej płyty. Płyta ma kształt koła o średnicy 80 cm (powierzchnia 0.5
m
2
). ObciąŜenie zadaje się za pomocą siłownika hydraulicznego, górą
zapartego o konstrukcję balastową. Próbne obciąŜenie wykonuje się do
momentu osiągnięcia nośności granicznej podłoŜa gruntowego lub do
podwojenia nacisków przewidywanych na grunt w projekcie posadowienia
obiektu
badania tego typu wykonuje się w celu określenia ściśliwości i spręŜystości
podłoŜa gruntowego oraz jego nośności, co pozwala na optymalne
zaprojektowanie posadowienia budowli (np. konstrukcji drogi)
próbne obciąŜenie gruntu wykonuje się równieŜ jako kontrolę jakości
wykonania nasypów drogowych
próbnymi obciąŜeniami moŜna zbadać równieŜ głębsze warstwy podłoŜa.
Przeprowadza się je przez ułoŜenie płyty badawczej w dnach specjalnie
wykonanych studni. Płyta połączona jest ze sztywnym stemplem,
wyprowadzonym ponad studnię, na którym umieszcza się siłownik
hydrauliczny i do którego podłącza się czujniki do pomiaru osiadań.
- metody zwiększenia nośności pali
•
dla zwiększenia udźwigu pali stosuje się specjalne typy zakończenia (oversize)
•
poszerzyć pal na całej długości przez powtórne wprowadzenie rury w nie stwardniały
beton który wciśnięty zostaje w otaczający grunt
•
zwiększenie nośności wiązki mikropali przez wykonanie łączącej je podstawy
- obliczanie osiadań pali pojedynczych i grup palowych
•
Osiadanie pojedynczego pala:
W
o
h
p
J
*
E
*
h
Q
S
=
Q
h
– nośność charakterystyczna
H – zagłębienie pala
E
o
– moduł odkształcenia
J
W
- współczynnik wpływu osiadania
o
Metody obliczania osiadań pali pojedynczych moŜna podzielić następująco:
przybliŜone zaleŜności, korelacje, zalecenia, metody empiryczne i
półempiryczne wykorzystujące rzeczywiste pomiary z próbnych obciąŜeń
statycznych
obliczenie osiadań na podstawie metod bezpośrednich z wykorzystaniem
parametrów mierzonych w badaniach in situ, badania sondami SD, SPT,
CPT, CPTU, badania presjometrem (PMT), badania dylatometrem (DMT)
metody wykorzystujące rozwiązania teorii spręŜystości, bazujące na
rozwiązaniu Mindlina tzn. siła skupiona działająca wewnątrz
półprzestrzeni spręŜystej
metody bazujące na wykorzystaniu funkcji transformacyjnych, określonych
w badaniach modelowych, badaniach w skali półtechnicznej, badaniach
terenowych w skali naturalnej, na podstawie pomiarów wzdłuŜ pobocznicy
i pod podstawą pala
metody analityczne, wykorzystujące rozwiązania teoretyczne z analizą
współpracy pal-podłoŜe gruntowe z zastosowaniem metody elementów
skończonych (MES), metody elementów brzegowych (MEB), oraz inne
rozwiązanie macierzowe
o
W kaŜdym przypadku naleŜy pamiętać o załoŜeniach wyjściowych,
ograniczeniach i zalecanym zakresie stosowania
•
Osiadanie grup palowych:
o
praca pali w grupie w sposób jakościowy i ilościowy róŜni się od pracy pali
pojedynczych
o
jeŜeli jeden z pali obciąŜony jest siłą osiową, spowoduje to równieŜ osiadania pali
sąsiednich. Gdy obciąŜony jest kaŜdy pal, następuje wzajemne przenikanie i
nakładanie pól przemieszczeń oraz stref napręŜeń wokół poszczególnych pali. W
wyniku tego osiadanie pali w grupie jest znacznie większe niŜ osiadanie pala
pojedynczego
o
wielkość osiadania poszczególnych pali ma decydujące znaczenie dla
prawidłowego zaprojektowania całej konstrukcji budowlanej. Fakt ten jest często
ignorowany w powszechnej praktyce projektowej. NaleŜy przypomnieć, Ŝe
przemieszczenie jest oddziaływaniem, które moŜe generować znaczne siły
przekrojowe (wewnętrzne) w układzie konstrukcyjnym obiektu budowlanego.
o
zjawisko osiadania fundamentów jest szczególnie istotne w przypadku wszystkich
duŜych fundamentów. Fundamenty obciąŜające podłoŜe gruntowe na duŜej
powierzchni
powodują
duŜe
osiadania,
często
odznaczające
się
nierównomiernością. Związane jest to ze zróŜnicowanym obciąŜeniem,
zmiennością warunków gruntowych, niejednorodnością podłoŜa, a takŜe cechami
mechanicznymi gruntu, które nie są stałe ale zaleŜą od stanu napręŜenia w gruncie.
o
powiązanie wszystkich tych czynników oraz dodatkowo uwzględnienie sztywności
konstrukcji w obliczeniach, prowadzi do racjonalnego projektowania posadowień i
elementów konstrukcyjnych całej nadbudowy
o
trzeba pamiętać, Ŝe nawet najdokładniejsze oszacowanie osiadania pala
pojedynczego obciąŜonego siłą pionową, nie gwarantuje właściwego określenia
osiadania pali występujących w grupie. Często jednak krzywa osiadania pala
pojedynczego stanowi punkt wyjścia do obliczeń osiadania pali w grupie
- moŜliwości oceny pełnej krzywej obciąŜenie - osiadanie (Q - S)
•
podczas projektowania wymagana jest rzeczywista ocena krzywej osiadania na
podstawie próbnych obciąŜeń. Oceny dokonuje się na podstawie pala pojedynczego,
ale odnoszona jest do całego fundamentu palowego
•
na podstawie pomiarów z próbnego obciąŜenia sporządza się wykres zaleŜności
osiadania pala od obciąŜenia oraz wykresy obciąŜenia i osiadania w czasie
•
następnie z krzywej obciąŜenie-osiadanie wykreśla się metodą graficzną według
zaleceń normy krzywą pomocniczą dQ/ds. Na końcowym fragmencie tej krzywej
poszukujemy odcinka prostoliniowego, którego początek określa nam wartość siły
N
c1
, a przedłuŜenie do przecięcia z osią - wartość siły granicznej N
g1
•
w zaleŜności od wyników interpretacji wyróŜniamy trzy przypadki:
o
krzywa typu „a” – gdy Nc
1
/Ng
1
≥ 0,4 przyjmuje się Nc
0
= Nc
1
oraz
współczynnik k = 1,0
o
krzywa typu „b” – gdy Nc
1/
Ng
1
< 0,4 przyjmuje się Nc
0
= Q
max
oraz
współczynnik k = 0,8
o
brak odcinka prostoliniowego na dQ/ds - wówczas przyjmuje się Nc
0
= Q
max
oraz współczynnik k = 0,9
o
Nośność pala, określona z próbnego obciąŜenia jest to wartość: k ·Nc
0
.
Warunek nośności jest spełniony gdy: Qr ≤ k ·Nc
0
. Próbne obciąŜenie pala
pozwala równieŜ warunku stanu granicznego uŜytkowalności, dotyczącego
osiadań: s(Qn) ≤ s
dop
.
- fundamenty płytowo – palowe, zastosowanie, obliczenia
- próbne obciąŜenie statyczne (SPLT)
•
próbne obciąŜenia statyczne jest to najbardziej miarodajna metoda oceny pracy pali w
podłoŜu gruntowym. Dzielimy je na 3 rodzaje: pionowe (wciskania i wyciągania), boczne
oraz ukośne
•
konstrukcje:
o
zespół stalowych belek (blachownic) zakotwionych do elementów kotwiących
(pale kotwice konstrukcyjne, pale kotwiące dodatkowe, kotwy gruntowe)
o
zespół belek stalowych, na których spoczywa balast (płyty drogowe, bloki
betonowe, skrzynie wypełnione gruntem lub wodą). Najczęściej balast opiera się
na tymczasowych podporach spoczywających na gruncie w sąsiedztwie
obciąŜonego pala
o
astosowanie systemu belek stalowych kotwionych do pali (np. konstrukcyjnych) z
uzupełnieniem balastem
o
zespół belek stalowych, na których spoczywa balast, obciąŜenie z balastu
przekazywane jest na sąsiednie pale (konstrukcyjne lub dodatkowe)
•
pomiary osiadań pali wykonujemy najczęściej za pomocą mechanicznych czujników
zegarowych (rzadziej indukcyjnych), o dokładności 0,01 mm. Czujniki mocowane są do
specjalnie uformowanej głowicy pala (stanowiącej trzon pala jako całość, ewentualnie
trwale połączonej z palem) i opierają się poprzez gładkie płytki na niezaleŜnej ramie
pomiarowej. Cały system pomiarowy powinien być zabezpieczony przed bezpośrednim
działaniem słońca, wiatru, wody, drgań, wstrząsów, uderzeń mechanicznych. Baza
pomiarowa, najczęściej wykonana z belek stalowych lub drewnianych (najlepiej drewno
klejone) powinna być zamocowana z jednej strony, z moŜliwością przesuwu z drugiej
strony. Zaleca się niezaleŜny (w celu eliminacji ewentualnych duŜych błędów) pomiar za
pomocą niwelacji precyzyjnej (o dokładności rzędu 0,1 mm), zarówno przemieszczeń
głowicy jak i stabilności ramy pomiarowej. Nowe moŜliwości i nową jakość stwarza
pomiar laserowy z automatyczną rejestracją wyników pomiarów
•
metody badań:
•
wolnych stałych stopni obciąŜenia (Slow ML Test)
•
szybkich stałych stopni obciąŜenia (Quick ML Test)
•
stałej prędkości przemieszczenia (CRP Test)
•
szwedzki test cykliczny (S.C. Test)
•
metoda równowagi (IE Test)
•
metoda francuska LCPC
•
zalecenia niemieckie, 1993r
•
metoda proponowana przez ISSMFE, 1985
•
propozycje Komitetu Europejskiego, ERTC3, 2003r
•
PN-69/B-02482, 1969
•
PN-83/B-02482, 1983
•
metody interpretacji: (metoda, która pozwala na przyjęcie bezpiecznych obciąŜeń dla
pracy konstrukcji w rozpatrywanym stanie granicznym, skorelowana z metodą próbnego
obciąŜenia):
•
Van der Veen, 1953
•
LCPC, 1989
•
Zalecenia niemieckie, 1993
•
Schultze, 1974
•
Szechy, 1978
•
Goldfield, 1973
•
ISSMFE, 1985
•
Wytyczne Ministerstwa Komunikacji, 1975
•
Wytyczne IBDiM, 1993
•
PN-83/B-02482, 1983
•
Kosecki, 2002
•
Zalecenia ERTC 3, 2003
- badania dynamiczne (PDA, DLT), wzory dynamiczne
•
metody badań dynamicznych, początkowo stosowane tylko dla pali wbijanych, są
wykorzystywane na świecie równieŜ dla pali wierconych
•
metoda dynamicznego określania nośności pali
o
w porównaniu do badań statycznych eliminuje konieczność montowania
konstrukcji kotwiących lub balastowych oraz umoŜliwia przeprowadzenie w
ciągu jednego dnia kilku badań nośności pali
o
metoda ta uznawana jest za porównywalną z badaniem statycznym
umoŜliwiając ocenę nośności badanych pali
o
dynamiczne badanie nośności polega na wykorzystaniu zjawiska rozchodzenia
się fali napręŜeń w palu podczas jego wbijania (uderzenie młotem kafara) lub
wywołanie fali napręŜenia uderzeniem bijaka. W przypadku pala
wykonywanego w gruncie badanie przeprowadza się po wykonaniu pala
(zakończeniu okresu dojrzewania betonu)
o
za pomocą odpowiednio zamontowanych czujników następuje pomiar
przyspieszenia i napręŜeń w głowicy pala. Przenośny komputer (przy
współpracy ze specjalnie zaprojektowanym wzmacniaczem i przetwornikiem
sygnałów) rejestruje dane.
o
wielkości zarejestrowane podczas uderzenia oraz charakterystyka podłoŜa
opracowana w oparciu o rozpoznane wcześniej warunki gruntowe umoŜliwiają
opisanie modelu analitycznego układu Młot-Pal-Grunt, za pomocą którego
określa się nośność pala oraz ekwiwalentną do statycznej, zaleŜność
obciąŜenie-osiadania
o
interpretację wyników badań dynamicznych wykonuje się za pomocą
programów komputerowych opracowanych przy załoŜeniu kilku róŜnych
modeli układu Młot-Pal-Grunt
•
wzory dynamiczne
o
wykorzystywane są do oceny nośności dynamicznej, dla pali wbijanych,
głównie pali Franki, Vibro, Vibro-Fundex, pali stalowych z zamkniętym dnem,
prefabrykowanych pali Ŝelbetowych, pali drewnianych. Stosunkowo
wiarygodne wyniki otrzymuje się jedynie dla pali wbijanych w grunty
niespoiste. W zasadzie, w kaŜdym przypadku, wymaga się korelacyjnych
badań statycznych pali i ustalenia współczynnika cechowania.
o
powszechnie stosowane wzory dynamiczne wywodzą się z zasady zachowania
energii.
W praktycznych wzorach inŜynierskich uwzględnia się równieŜ tłumienie,
współczynniki efektywności młota, nachylenie pala, współczynniki
pochłaniania energii, współczynniki bezpieczeństwa (róŜne dla
poszczególnych wzorów).
o
generalnie, stosowanie wzorów dynamicznych wymaga duŜej ostroŜności.
Zalecane do poszczególnych wzorów współczynniki bezpieczeństwa wynoszą
Fd = 2 ÷ 10. Stosowanie konkretnego wzoru wymaga ścisłego sprecyzowania
zakresu stosowania. NiezaleŜnie od tego istotny wpływ mogą mieć warunki
gruntowe, np. grunty uwarstwione, na przemian piaszczyste i spoiste oraz
małospoiste - moŜe wystąpić tzw. pojęcie "wpędu zerowego". Badania
terenowe wskazują równieŜ na istotne zaleŜności pomiędzy wpędem pala, a
spręŜystym odkształceniem w zaleŜności od rodzaju pala i warunków
gruntowych oraz zaleŜność współczynnika cechowania (p) od wpędu pala,
zaleŜnie od rodzaju pala i warunków gruntowych
o
dotychczasowe zastosowanie wzorów dynamicznych wykorzystywano do:
bieŜącej kontroli procesu wbijania
weryfikacji uwarstwienia gruntu i zagłębienia podstawy w warstwę
nośną, szczególnie przy znacznych róŜnicach oporu (np. namuł, torf,
piasek)
określenia wpędów, zapewniających wymaganą nośność pala
określenia nośności pali wbijanych w grunty niespoiste na małych
budowach (przy duŜych kosztach badań statycznych)
określenia nośności pali w sąsiedztwie pala próbnego, zastosowanie
współczynnika cechowania dla ekwiwalentnej grupy w podobnych
warunkach gruntowych
obliczenia napręŜeń w palu (ściskanie, rozciąganie) w celu dobrania
głowicy pala i parametrów młota
określenie maksymalnej liczby uderzeń nie powodującej zniszczenia
pala
o
obecnie nowe moŜliwości stwarzają racjonalne połączenie próbnych obciąŜeń
statycznych, wykorzystanie wzorów dynamicznych oraz badań dynamicznych,
PDA, np. dla wbijanych Ŝelbetowych pali prefabrykowanych