background image

 

1

Fundamentowanie - ćwiczenia  

Część 6 – Nośność pali – według normy PN-83/B-02482 z dostosowaniem do EC7 

(dr hab. inż. Adam Krasiński) 

Według  Eurokodu  7  (EC7)  obliczanie  nośności  pali  może  być  realizowane  dowolnymi 

metodami, które zostały odpowiednio udokumentowane i potwierdzone wynikami badań nośności 

pali  w terenie.  Można  zatem  wykorzystywać  metody  zamieszczone  w  dawnych  normach 

krajowych,  podręcznikach  i  publikacjach  recenzowanych  lub  w  innych  rodzajach  literatury 

fachowej.  Metody  te  należy  odpowiednio  dostosować  do  wymogów  EC7.  Jednym  z  takich 

wymogów  jest  ujednolicenie  definicji  nośności  granicznej  pala  R

c

.  W  EC7  nie  ma  wprawdzie 

dokładnego zapisu w tej sprawie, ale od dłuższego już czasu zwyczajowo przyjmuje się, że nośność 

graniczna  pala  to  wartość  siły  przyłożonej  jego  głowicę,  przy  której  głowica  ta  ulega 

przemieszczeniu  (osiadaniu)  równemu  10%  średnicy  pala  D.  Kolejne  wymogi  dotyczą  wartości 

współczynników  częściowych  do  obciążeń,  współczynników  korekcyjnych 

ξ

3

  i 

ξ

4

  oraz 

współczynników częściowych do nośności 

γ

s

 , 

γ

b

 i 

γ

t

.  

W  metodzie  obliczania  nośności  pali  zawartej  w  dawnej  normie  krajowej  PN-83/B-02482 

występowało pojęcie nośności obliczeniowej pala N

t

, która mobilizowała się przy przemieszczeniu 

(osiadaniu)  pala  w  okolicach  1%  -  2%  średnicy  pala  D.  Według  analiz  przeprowadzonych  przez 

Sobalę  (2012),  nośność  graniczna  pala  R

c

  jest  o  około  25%  większa  od  nośności  N

t

.  Wobec 

powyższego wartość nośności granicznej pala możemy obliczyć następująco:  

)

(

25

,

1

25

,

1

;

p

s

t

cal

c

N

N

N

R

+

=

=

   lub inaczej    

p

s

cal

b

cal

s

cal

c

N

N

R

R

R

+

=

+

=

25

,

1

25

,

1

,

;

;

 

gdzie: N

s

 , N

p

 – nośność pobocznicy i podstawy pala według PN-83/B-02482. 

Nośność projektową (obliczeniową) pala określa się według EC7 następująco: 

b

k

b

s

k

s

d

c

R

R

R

γ

γ

;

;

;

+

=

;  

gdzie:  

=

4

min

,

3

,

;

)

(

;

)

(

min

1

ξ

ξ

γ

cal

s

mean

cal

s

Rd

k

s

R

R

R

;   

=

4

min

,

3

,

;

)

(

;

)

(

min

1

ξ

ξ

γ

cal

b

mean

cal

b

Rd

k

b

R

R

R

 

W powyższych wzorach: 

(R

s;cal

)

mean

,  (R

s;cal

)

mean

  -  odpowiednio  średnia  i  minimalna  nośność  pobocznicy  pala  z  wartości 

obliczonych dla n profili geotechnicznych, 

(R

b;cal

)

mean

,  (R

b;cal

)

mean

  -  odpowiednio  średnia  i  minimalna  nośność  podstawy  pala  z  wartości 

obliczonych dla n profili geotechnicznych, 

γ

Rd

 – współczynnik modelu, który przyjmuje wartości: 

γ

Rd

 = 1,25 dla fundamentu na pojedynczym 

palu,  

γ

Rd

 = 1,125 dla fundamentu na dwóch palach i 

γ

Rd

 = 1,0 dla fundamentu na co najmniej 

trzech palach, 

ξ

3

 i 

ξ

4

 – współczynniki korekcyjne zależne od zakresu badań podłoża gruntowego (liczby n profili 

geotechnicznych), według tablicy A.10 EC7 

γ

s

 i 

γ

b

 – współczynniki częściowe do nośności (w wytycznych PKN zalecono 

γ

s

 = 

γ

b

 = 1,1), 

background image

 

2

6.1. Nośność pala wciskanego pojedynczego według PN-83/B-02482 

Pal  wciskany  uzyskuje  swoją  nośność  w  gruncie  N

t

  dzięki  oporowi  gruntu  pod  podstawą  pala  N

p

 

i oporowi tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy N

s

. (rysunek poniżej). W niektórych przypadkach może 

działać  tarcie  negatywne  T

n

  wzdłuż  górnego  odcinka  pobocznicy,  które  dokłada  się  do  obciążeń 

pala. 

Nośność  na  wciskanie  w  gruncie  N

t

  pala  pojedynczego  oblicza  się 

z wzoru: 

+

=

+

=

)

(

)

(

r

i

si

si

r

p

p

s

P

t

t

A

S

q

A

S

N

N

N

 

w którym: 

S

p

,  S

s

  –  współczynniki  technologiczne,  zależne  od  technologii  wykonania 

pala i rodzaju gruntu, odczytywane z tabl. 4 normy, 

A

p

   

– powierzchnia podstawy pala, 

A

si

  – powierzchnia pobocznicy pala w warstwie i

q

(r)

 – jednostkowy opór gruntu pod podstawą pala, 

t

i

(r)

 – jednostkowy opór tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala w warstwie i

 

Wyznaczenie wartości q

(r)

 

i t

(r)

 

Wartość obliczeniowe q

(r) 

t

(r)

 wyznaczamy ze wzorów: 

q

q

m

)

r

(

=

γ

   [kPa],           

t

t

m

)

r

(

=

γ

   [kPa] 

 

  

γ

m

 – współczynnik materiałowy dla I

D

 lub I

L

 gruntu, określony według PN-81/B-03020,  

γ

m

 

≤ 0.9 

  q  - charakterystyczny opór graniczny gruntu pod podstawą pala, przyjmowany wg tabl. 1 normy 

w zależności od rodzaju i stanu gruntu oraz według interpolacji względem głębokości, 

  t  - charakterystyczny opór graniczny tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala, przyjmowany wg tabl. 

2  normy  w  zależności  od  rodzaju  i  stanu  gruntu  oraz  według  interpolacji  względem 
głębokości, 

Interpolacja q i t względem głębokości 
Interpolację  q  i  t  względem  głębokości  przeprowadza  się  od  poziomu  interpolacji.  Poziom  ten 
w przypadku  występowania  samych  gruntów  mineralnych  przyjmuje  się  w  poziomie  pierwotnego 
terenu. W przypadku występowania w górnych partiach podłoża gruntów organicznych i nasypów 
poziom  interpolacji  przyjmuje  się  na  wysokości  zastępczej  h

z

  nad  poziomem  pierwszej  warstwy 

przenoszącej obciążenie z pala. Wysokość h

z

 określa się według wzoru: 

n

i

i

z

h

.

h

γ

γ

= 65

0

 

w którym:  

i

i

h

γ

  –  suma ciężarów warstw leżących nad pierwszą warstwą nośną, 

   

               

γ

n

 – ciężar objętościowy pierwszej warstwy nośnej, przenoszącej obciążenie z pala. 

Opory q wzrastają liniowo z głębokością od zera w poziomie interpolacji do wartości q z tablicy 1 
normy  na  głębokości  h

c

  poniżej  poziomu  interpolacji.  Na  dalszej  głębokości  pozostają  już  stałe 

(rysunek  poniżej).  Głębokość  h

c

,  zwana  głębokością  krytyczną  dla  oporów  q,  zależy  od  średnicy 

pala D, rodzaju gruntu i technologii pala: 

 a) w przypadku pali wbijanych w grunty niespoiste:    

  

0

10

D

D

h

c

=

 [m], 

 

Q

r

 

T

n

 

N

s

 

N

p

 

t

n

 

warstwy 

gruntów 

nienośnych 

warstwy 

gruntów 

nośnych 

background image

 

3

 b) w przypadku pali wierconych w gruntach niespoistych:   

0

10

3

1

D

D

.

h

c

=

 [m] 

 c)  w  przypadku  pali  w  gruntach  spoistych  i  niespoistych  luźnych  przyjmuje  się  h

c

  =  10  m, 

niezależnie od średnicy i technologii pala. 

W powyższych wzorach D

0

 – jest średnicą porównawczą pala równą D

0

 = 0.4 m.  

 

 
Opory t wzrastają liniowo z głębokością od zera w poziomie interpolacji do wartości t z tablicy 2 
normy na głębokości h

 = 5.0 m poniżej poziomu interpolacji, niezależnie od rodzaju gruntu oraz 

ś

rednicy  i  rodzaju  pala.  Poniżej  głębokości  h

t

  wartość  t  pozostaje  stała  (rysunek  powyżej). 

W obliczeniach  nośności  pali  pomija  się  wpływ  na  ogólną  pracę  pala  cienkich  przewarstwień 
gruntów  słabych  o miąższości  do  0.5  m  znajdujących  się  wśród  gruntów  nośnych,  przyjmując 
jednak w tych przewarstwieniach wartość t =0. 

Tarcie negatywne 
Tarcie  negatywne  wzdłuż  pobocznicy  pala  powstaje  w  wyniku  przemieszczania  się  w  dół  lub 
osiadania górnych warstw gruntowych względem pala. Tarcie to może wystąpić generalnie w trzech 
przypadkach (patrz rysunek): 
 a)  w  przypadku  przechodzenia  pala  przez  warstwy  gruntów  nieskonsolidowanych  (np.  luźno 

usypane świeże nasypy, składowiska odpadów, torfy i namuły), które ulegają osiadaniom pod 
wpływem własnego ciężaru, 

 b) w przypadku przewidywanego dodatkowego obciążenia naziomu, 
 c) w przypadku przewidywanego obniżenia zwierciadła wody gruntowej. 

Dla  gruntów  słabych,  luźnych  i  organicznych  oraz  nasypów  przyjmuje  się  tarcie  negatywne 
t

n

(r)

  =  5 

÷  10  kPa  (tabl.  3  PN)  ze  współczynnikiem  technologicznym  S

s

=1.0.  W  gruntach 

mineralnych wytrzymałych tarcie negatywne t

n

(r)

 oblicza się według takich samych zasad jak tarcie 

pozytywne,  przyjmując  współczynnik  materiałowy 

γ

m

  =  1.1,  współczynnik  technologiczny  S

s

 

według tabl. 4 PN, natomiast poziom interpolacji w poziomie terenu. 

 

Q

r

 

t

n

 

q’ 

warstwy 

gruntów 

nienośnych 

warstwy 

gruntów 

nośnych 

h

z

 

h

c

  h’ 

q’ 

poziom interpolacji 

t’ 

h

t

=5m 

h

t

’ 

t

n

’ 

t

n

 

h

tn

=5m 

h’

tn

 

 

Q

r

 

T

n

 

N

s

 

N

p

 

t

n

 

warstwy 

gruntów 

nienośnych 

grunt 

nośny 

t=0 

grunt 

nośny 

grunt nienośny 

<0.5m
t=0 

background image

 

4

 

Rys. Przypadki występowania tarcia negatywnego w palach. 

 

6.2. Nośność pala wyciąganego pojedynczego 

Pal  wyciągany  uzyskuje swoją  nośność  N

w

  tylko dzięki  oporowi  tarcia  gruntu  wzdłuż  pobocznicy 

(rysunek poniżej). W palu wyciąganym z oczywistych względów nie pracuje podstawa i pomija się 

tarcie negatywne.  

Nośność  na  wyciąganie  N

w

  w  gruncie  pala  pojedynczego  oblicza 

się z wzoru: 

=

)

r

(

i

si

i

w

w

t

A

S

N

 

w którym: 
S

w

 – współczynnik technologiczny, zależny od technologii pala i rodzaju 

gruntu, odczytywany z tabl. 4 normy, 

A

si

  – powierzchnia pobocznicy pala w warstwie i

t

i

(r)

  – jednostkowy graniczny opór tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala 

w warstwie i,

 

Wartości  tarcia  t

(r)

  przyjmuje  się  i  określa  według  takich  samych 

zasad  jak  w  przypadku  pala  wciskanego.  Poziom  interpolacji  dla 
przypowierzchniowych  warstw  podłoża  przyjmuje  się  w  poziomie 
terenu pierwotnego (rysunek). 
 
 

Nośność pala wyciąganego jest generalnie dużo niższa niż pala wciskanego. Ponadto w przypadku 
pala  wyciąganego  może  nastąpić  gwałtowne  zerwanie  pobocznicy  i  drastyczny,  niekontrolowany 
spadek  nośności  pala,  prowadzący  w  konsekwencji  do  groźnej  awarii  lub  katastrofy  budowlanej. 
Zjawiska  takiego  nie  obserwuje  się  w  palach  wciskanych.  Dlatego  należy  zachować  dużą 
ostrożność  i  rozwagę  w  obliczaniu  i  projektowaniu  pali  wyciąganych,  a  szczególnie  obciążonych 
cyklicznie lub powtarzalnie. 

 

Q

r

 

T

n

 

t

n

 

ś

wieży nasyp 

lub skład. 

odpadów 

warstwy 

gruntów 

nośnych 

 

Q

r

 

T

n

 

t

n

 

warstwy 

gruntów 

nośnych 

grunt słaby 

grunt nośny 

lub słaby 

obciążenie 

naziomu 

 

Q

r

 

T

n

 

t

n

 

grunt słaby 

warstwy 
gruntów 

nośnych 

grunt nośny 

lub słaby 

o

b

n

e

n

ie

 w

o

d

y

 

g

ru

n

to

w

e

a) 

b) 

c) 

 

Q

w

r

 

warstwy 
gruntów 

nienośnych 

warstwy 
gruntów 

nośnych 

grunt 

nośny 

N

w

 

t=0 

background image

 

5

 

Rys. Interpolacja oporów t względem głębokości dla pala wyciąganego. 

6.3. Nośność pala wciskanego w grupie 

Nośność  pala  wciskanego  znajdującego  się  w  grupie  pali  może  być  większa,  równa  lub 

mniejsza  od  nośności  pala  pracującego  pojedynczo.  Zależy  to  od  parametrów  warstw  nośnych, 

technologii pali oraz odległości między sąsiednimi palami. 

W  przypadku  pali  wbijanych  w  piaski  luźne  (o  I

D

  <  0.33)  nośność  grupy  pali  jest  równa  sumie 

nośności  pali  pojedynczych  gdy  rozstaw  osiowy  pali  r 

≥  4D.  Gdy  rozstaw  r  wynosi  3D  ÷  4D,  to 

sumę  nośności  pali  pojedynczych  można  zwiększyć  o  15%,  a  gdy  r  <  3D  to  sumę  tę  można 

zwiększyć  o  30%.  Tak  wyznaczona  nośność  grupy  pali  nie  może  przekraczać  jednak  nośności 

zastępczego  fundamentu  powierzchniowego  o  wymiarach  wyznaczonych  zewnętrznym  obrysem 

pali i posadowionego na głębokości podstaw pali.  

Nośność grupy pali równa się sumie nośności pali pojedynczych w następujących przypadkach: 

 a) pale opierają się na skale, 

 b) dolne końce pali są zagłębione na co najmniej 1.0 m w zagęszczone grunty  gruboziarniste (co 

najmniej piaski grube) lub w zwarte grunty spoiste, 

 c) pale wbijane są bez wpłukiwania w średniozagęszczone lub zagęszczone grunty niespoiste. 

W  pozostałych  przypadkach,  nie  wymienionych wyżej (np.  pali  wierconych  w  piaskach  drobnych 

zagęszczonych, czy pali wbijanych w grunty spoiste plastyczne i twardoplastyczne) nośność grupy 

pali  może  być  równa  lub  mniejsza  od  sumy  nośności  pali  pojedynczych  w  zależności  od 

zachodzenia  na  siebie  stref  oddziaływania  sąsiednich  pali.  Gdy  strefy  te  zachodzą  na  siebie 

występuje redukcja nośności pali w grupie, gdy strefy nie zachodzą na siebie – nośność grupy pali 

równa  jest  sumie  nośności  pali  pojedynczych.  Strefy  oddziaływania  pali  na  grunt  przyjmuje  się 

w kształcie stożków o łamanych tworzących (rysunek poniżej). Promień tych stożków R w pozio-

mie podstaw pali oblicza się ze wzoru: 

+

=

i

i

tg

h

D

R

α

2

 

w którym kąt 

α

i

 odczytuje się z tabl. 7 normy, a pozostałe wielkości zaznaczono na rysunku. 

 

h

z

 

poziom interpolacji 

t’

2

 

t

2

 

h

t2

=5m 

h

t

’ 

t

1

’ 

t

1

 

h

t1

=5m 

h’

t1

 

Q

w

r

 

t

1

 

t

2

 

warstwy 

gruntów 

nienośnych 

warstwy 
gruntów 

nośnych 

grunt 

nośny 

t=0 

background image

 

6

 

Rys. Rozchodzenie się stref oddziaływania w gruncie: a) w przypadku pali wciskanych,  

b) w przypadku pali wyciąganych. 

Nośność pala wciskanego w grupie oblicza się z wzoru: 

s

p

t

N

m

N

N

+

=

1

w którym współczynnik redukcyjny m

1

 odczytuje się z tabl. 8 normy w zależności od stosunku r/R

Gdy r/R 

≥ 2.0 to m

1

 =1,0. 

6.4. Nośność pala wyciąganego w grupie 

Nośność grupy pali wyciąganych w grupie przyjmuje się według zbliżonych zasad jak w przypadku 

pali wciskanych. W przypadku pali wbijanych w piaski luźne może nastąpić wzrost nośności grupy 

pali  wyciąganych  do  30%  w  stosunku  do  sumy  nośności  pali  pojedynczych,  w  zależności  od 

rozstawu  pali  –  tak  samo  jak  w  przypadku  pali  wciskanych.  W  pozostałych  przypadkach  może 

wystąpić redukcja nośności grupy pali, w zależności od zasięgu stref oddziaływania pali w gruncie. 

Strefy  te  w  palach  wyciąganych  rozwijają  się  inaczej  niż  w  palach  wciskanych  (patrz  rysunek 

powyżej). W przypadku występowania przewarstwień z gruntów nienośnych o miąższości powyżej 

0.5  m  przyjmuje  się,  że  następuje  w  nich  zanik  stref  oddziaływania,  a  w  warstwie  nośnej  leżącej 

powyżej,  strefy  te  rozwijają  się  od  początku  na  nowo.  Promień  zasięgu  R  stref  oddziaływania 

w palach wyciąganych oblicza się ze wzoru: 

h

.

D

R

+

=

1

0

2

 

przy  czym  przyjmuje  się  największą  wartość  tego  promienia  spośród  wyliczonych  dla 

poszczególnych stref (tak jak to pokazano na rysunku powyżej). 

Nośność pala wyciąganego w grupie oblicza się ze wzoru: 

w

w

g

N

m

N

=

1

 

w którym wartość współczynnika redukcyjnego m

1

 przyjmuje się według takich samych zasad jak 

w przypadku pali wciskanych. 

 

Q

r

 

warstwy 
gruntów 

nienośnych 

grunt 

nośny 

Q

r

 

Q

r

 

warstwa 
nośna 1 

warstwa 
nośna 2 

h

1

 

h

2

 

α

1

 

α

2

 

 

Q

w

r

 

warstwy 
gruntów 

nienośnych 

grunt 

nośny 

R

2

 

R

2

 

warstwa 
nośna 1 

warstwa 
nośna 2 

h

2

 

Q

w

r

 

Q

w

r

 

h

1

 

R

2

 

R

1

 

>0.5m 

a) 

b) 

background image

 

7

 

background image

 

8

 

background image

 

9

Zadanie przykładowe nr 6.1 

Dla danych przedstawionych poniżej obliczyć nośność na wciskanie i wyciąganie pala wbijanego 
Vibro według normy PN-83/B-02482 dostosowując obliczenia do wymogów EC7. 
 

background image

 

10