Pobierz Projektowanie geotechniczne i więcej Skrypty w PDF z Architektura i projektowanie tylko na Docsity!
WPROWADZENIE DO PROJEKTOWANIA GEOTECHNICZNEGO WEDŁUG
EUROKODU 7
Dr inż. Paweł FEDCZUK
1. PODZIAŁ FUNDAMENTÓW
2. PROJEKTOWANIE FUNDAMENTÓW
2.1. FAZY PROJEKTOWANIA
2.2. ELEMENTY PROCESU PROJEKTOWANIA FUNDAMENTÓW
2.3. WYMIAROWANIE GEOTECHNICZNE
2.4. DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA
2.5. DOKUMENTACJA GEOLOGICZNO-INŻYNIERSKA
3. PODSTAWY PROJEKTOWANIA GEOTECHNICZNEGO WEDŁUG EUROKODU 7
3.1. KATEGORIE GEOTECHNICZNE I METODY SPRAWDZANIA STANÓW
GRANICZNYCH
3.2. PROJEKTOWANIE GEOTECHNICZNE NA PODSTAWIE OBLICZEŃ
3.2.1. WARTOŚCI OBLICZENIOWE
3.2.1.1. WARTOŚCI OBLICZENIOWE ODDZIAŁYWAŃ
3.2.1.2. WARTOŚCI OBLICZENIOWE PARAMETRÓW GEOTECHNICZNYCH
3.2.1.3. WARTOŚCI OBLICZENIOWE DANYCH GEOMETRYCZNYCH
3.2.2. SPRAWDZENIE STANÓW GRANICZNYCH NOŚNOŚCI
3.2.2.1. SPRAWDZENIE RÓWNOWAGI STATYCZNEJ
3.2.2.2. SPRAWDZENIE STANÓW GRANICZNYCH NOŚNOŚCI KONSTRUKCJI I
PODŁOŻA
3.2.2.3. SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO WYPARCIA
3.2.2.4. SPRAWDZENIE OPORU NA DEFORMACJE WYWOŁANE PRZEZ CIŚNIENIE
SPŁYWOWE W GRUNCIE
3.2.2.5. STANY GRANICZNE UŻYTKOWALNOŚCI
3.2.3. PODEJŚCIA OBLICZENIOWE
3.3. PODSTAWY PROJEKTOWANIA GEOTECHNICZNEGO FUNDAMENTÓW
BEZPOŚREDNICH
1. PODZIAŁ FUNDAMENTÓW
fundament – element konstrukcyjny budowli, którego zadaniem jest przekazanie obciążenia na podłoże gruntowe w taki sposób, by podłoże nie osiadało nadmiernie, a cały układ „budowla – fundament – podłoże gruntowe” był stateczny, rodzaje fundamentów, klasyfikacja ze względu na:
- sposób przekazywania obciążenia na podłoże gruntowe oraz kształt i konstrukcję
1 FUNDAMENTY
A BEZPOŚREDNIE B POŚREDNIE przekazują obciążenie na podłoże gruntowe wyłącznie przez dolną powierzchnię (podstawę)
przekazują obciążenie z budowli na niżej zalegające warstwy nośne przez dodatkowe elementy wprowadzone lub uformowane w gruncie, przekazują obciążenie przez podstawę i powierzchnię boczną
a ŁAWY FUNDAMENTOWE a FUNDAMENTY NA PALACH
pod ścianami budynków lub szeregiem słupów
b STOPY FUNDAMENTOWE b FUNDAMENTY NA STUDNIACH
pod słupami konstrukcji budynków szkieletowych
zapuszczanych w grunt (np. kręgach studziennych)
c RUSZTY FUNDAMENTOWE c FUNDAMENTY NA KESONACH
(^) keson – otwarta od dołu skrzynia o szczelnych ścianach i stropie, do wnętrza której (zwanej komorą roboczą) doprowadza się sprężone powietrze
d PŁYTY FUNDAMENTOWE
e SKRZYNIE FUNDAMENTOWE
b PROJEKT WSTĘPNY
warianty rozwiązań budowli i fundamentu (wymiary, poziom posadowienia)
2.2. ELEMENTY PROCESU PROJEKTOWANIA FUNDAMENTÓW
1 BADANIA PODŁOŻA
GRUNTOWEGO
a In situ Wyniki badań b Laboratoryjne
WYMIAROWANIE
GEOTECHNICZNE
a Analiza warunków geotechnicznych
Warunki gruntowo-wodne, przyziemie budowli, poziom posadowienia Stopień wykorzystania wyników badań w projektowaniu Ocena kompletności dokumentacji geotechnicznej dla zadania projektowego Decyzja o sposobie posadowienia budowli: a) bezpośrednie, na naturalnym podłożu gruntowym, b) bezpośrednie, na wzmocnionym podłożu gruntowym, c) pośrednie,
b Metoda obliczeń
Stanów granicznych (wg EC7)
Stanów granicznych (wg PN-81/B-
c
Sprawdzenie warunków obliczeniowych
Nośności konstrukcji i podłoża
Stateczności ogólnej
Użytkowalności (przemieszczeń)
WYMIAROWANIE
KONSTRUKCYJNE
a (^) konstrukcyjneMateriały
b Obliczenia wytrzymałościowe
c Konstrukcja fundamentu
Zabezpieczenie przeciw korozji
Wytyczne wykonawcze
2.3. WYMIAROWANIE GEOTECHNICZNE
DANE O PODŁOŻU
GRUNTOWYM
a Ustalenie wartości parametrów geotechnicznych (^) metody oznaczania: laboratoryjne i polowe, parametr wiodący i zależności korelacyjne
b
Szczególne wymagania projektowe wynikające z warunków geotechnicznych grunty wietrzelinowe, wysadzinowe, pęczniejące, zapadowe; przemarzanie podłoża: filtracja, ciśnienie spływowe; procesy erozyjne, osuwiskowe, technologiczne; tereny górnicze i krasowe
WYMAGANIA
TECHNICZNO-
UŻYTKOWE
a Rodzaj budowli b Procesy geologiczne c Dopuszczalne przemieszczenia d Istniejące fundamenty e Głębokie wykopy
DOBÓR
FUNDAMENTU
Sprawdzenie warunków obliczeniowych wg SG
a Nośności
Podłoże jednorodne
Podłoże warstwowe (^) Wartości obliczeniowe obciążenia i parametrów
b Stateczności
Wartości obliczeniowe obciążenia i parametrów
c Użytkowalności Przemieszczenia (^) Wartości obliczeniowe (charakterys- tyczne) obciążenia i parametrów
4
WYTYCZNE
WYKONAWCZE
2.4. DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA
jej zakres uzależniony jest od zadania projektowego
Opis techniczny, Obliczenia statyczne i rysunki konstrukcyjne
2.5. DOKUMENTACJA GEOLOGICZNO-INŻYNIERSKA
zawartość
- szkic orientacyjny terenu w skali 1:5000,
- warstwicowy plan terenu projektowanych i istniejących budowli (z zaznaczeniem miejsca badań) w skali 1:1000,
- charakterystyka projektowanej konstrukcji,
- opis geologiczny terenu,
- dzienniki wierceń,
- wyniki badań geofizycznych,
- opis istniejących budowli,
- zestawienie wyników badań laboratoryjnych,
- profile analityczne otworów,
- przekroje geotechniczne przez punkty badawcze,
orzeczenie obejmujące: a) uzasadnienie wyboru terenu, b) wpływ warunków gruntowo-wodnych na roboty i użytkowanie budowli, c) uwagi dotyczące wyboru konstrukcji oraz sposobu i głębokości jej posadowienia
3. PODSTAWY PROJEKTOWANIA GEOTECHNICZNEGO WEDŁUG EUROKODU 7
3.1. KATEGORIE GEOTECHNICZNE I METODY SPRAWDZANIA STANÓW
GRANICZNYCH
projektowanie posadowienia poprzedza klasyfikacja obiektu (lub jego części) do odpowiedniej kategorii geotechnicznej, wyróżnia się 3 kategorie geotechniczne:
Kategoria geotech- niczna
Charakterystyka Rodzaje konstrukcji lub jej części^ Zakres rozpoznania podłoża
małe i względnie proste konstrukcje, gdy ryzyko związane z ogólną statecznością i przemieszczeniami podłoża jest pomijalnie małe oraz gdy warunki gruntowe są wystarczająco proste
a) 1- lub 2-kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze, b) ściany oporowe i rozparcia wykopów o różnicy poziomów ≤ 2m, c) wykopy do głębokości 1,2m lub nasypy do wysokości 3m (wykonywane głównie przy budowie dróg lub układaniu rurociągów),
jakościowe określenie właściwości podłoża na podstawie: a) analizy materiałów archiwalnych, b) uwzględnienia doświadczeń porównywalnych, c) badań terenowych
typowe rodzaje konstrukcji i fundamentów w prostych i złożonych warunkach gruntowych, wymagające oceny ilościowej danych z badań geotechnicznych i ich analizy
a) fundamenty bezpośrednie lub głębokie, b) ściany oporowe i inne konstrukcje oporowe, c) wykopy głębsze niż 1,2m lub nasypy wyższe niż 3m, d) przyczółki lub filary mostowe, e) kotwy gruntowe lub inne systemy kotwiące,
jakościowe określenie wartości parametrów geotechnicznych na podstawie: a) analizy materiałów archiwalnych i doświadczeń porównywalnych, b) wyników badań polowych i/lub laboratoryjnych z uwzględnieniem korelacji bezpośrednich z badań
bardzo duże nietypowe konstrukcje lub ich części narażone na nadzwyczajne ryzyko, w nietypowych i trudnych warunkach gruntowych
a) obiekty posadowione w skomplikowanych warunkach gruntowych, b) obiekty zabytkowe lub monumentalne, c) nietypowe obiekty budowlane, których wykonanie lub użytkowanie stwarza poważne zagrożenie dla użytkowników i środowiska,
jakościowe określenie wartości parametrów geotechnicznych na podstawie: a)analizy materiałów archiwalnych i doświadczeń porównywalnych, b)wyników badań polowych, laboratoryjnych i specjalistycznych z uwzględnieniem korelacji bezpośrednich z badań
metody sprawdzenia stanów granicznych (pojedyncze lub ich kombinacje) wg EC uwzględniające projektowanie na podstawie:
obliczeń podejście klasyczne,
wymagań przepisów gdy analiza porównywalnych doświadczeń czyni obliczenia zbędnymi,
próbnego obciążenia i badań doświadczalnych
dla uzasadnienia projektowanego rozwiązania lub uzupełnienia danych (z wykorzystaniem doświadczeń w postaci próbnego obciążenia, badań modelowych itp.),
- obserwacji
gdy prognozowanie zachowanie podłoża jest trudne (korekty rozwiązania w trakcie budowy obiektu na podstawie monitoringu)
w dalszej części → ograniczenie do podejścia klasycznego tj. projektowania na postawie obliczeń
3.2. PROJEKTOWANIE GEOTECHNICZNE NA PODSTAWIE OBLICZEŃ
w projektowaniu geotechnicznym uwzględnia się oddziaływania (obciążenia), właściwości gruntów, graniczne wartości odkształceń, rozwarcia rys i drgań, wymagając doboru właściwego modelu obliczeniowego, opisującego prawidłowo zachowanie podłoża i budowli, wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych ustala się doświadczalnie w badaniach laboratoryjnych i polowych, wartości obliczeniowe oddziaływań, parametrów geotechnicznych i danych geometrycznych określa się zgodnie z podanymi poniżej zasadami,
3. 2.1.2. WARTOŚCI OBLICZENIOWE PARAMETRÓW GEOTECHNICZNYCH
wartości obliczeniowe parametrów geotechnicznych Xd wyznacza się z wartości charakterystycznych ze wzoru
M
k d
X X
(3.4)
w których: M – współczynnik częściowy do parametru geotechnicznego,
Xk – wartość charakterystyczna parametru geotechnicznego,
współczynniki częściowe M do parametru geotechnicznego podaje tabela
Parametr geotechniczny Symbol
Zestaw M1 M
tangens kąta tarcia wewnętrznego ’ 1,0 1,
spójność efektywna c’ 1,0 1,
wytrzymałość na ścinanie bez odpływu cu 1,0 1,
wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe qu 1,0 1,
ciężar objętościowy 1,0 1,
3.2.1.3. WARTOŚCI OBLICZENIOWE DANYCH GEOMETRYCZNYCH
współczynniki częściowe oddziaływań F i parametrów geotechnicznych M uwzględniają
niewielkie odchyłki danych geometrycznych i nie wymagają w typowych przypadkach korekty,
3.2.2. SPRAWDZENIE STANÓW GRANICZNYCH NOŚNOŚCI wyróżnia się następujące przypadki stanów granicznych nośności
Lp. Oznaczenie Typ Charakterystyka
1 EQU utrata równowagi konstrukcji lub podłoża
konstrukcję i podłoże traktuje się jak ciało sztywne albo wytrzymałość materiałów konstrukcyjnych i gruntu jest nieistotna dla zapewnienia nośności
2 STR
wewnętrzne zniszczenie lub nadmierne odkształcenie konstrukcji
wytrzymałość materiałów konstrukcyjnych jest istotna w zapewnieniu nośności
3 GEO zniszczenie lub nadmierne odkształcenie podłoża
wytrzymałość gruntu jest decydująca dla zapewnienia nośności
4 UPL
utrata stateczności konstrukcji lub podłoża (utrata równowagi pionowej)
spowodowana jest ciśnieniem wody (wyporem) lub innymi oddziaływaniami pionowymi
5 HYD
hydrauliczne unoszenie cząstek, erozja wewnętrzna lub przebicie hydrauliczne
spowodowane spadkiem hydraulicznym
3.2.2.1. SPRAWDZENIE RÓWNOWAGI STATYCZNEJ
analiza granicznego stanu równowagi statycznej lub ogólnego przemieszczenia konstrukcji albo podłoża (EQU) wymaga spełnienia warunku
Edst ; d Estb ; d Td (3.5)
gdzie: Edst;d – wartość obliczeniowa efektu oddziaływań destabilizujących,
Estb;d – wartość obliczeniowa efektu oddziaływań stabilizujących, Td – wartość oporu na części konstrukcji stykającej się z gruntem,
3.2.2.2. SPRAWDZENIE STANÓW GRANICZNYCH NOŚNOŚCI KONSTRUKCJI I PODŁOŻA analiza stanu granicznego zniszczenia albo nadmiernego odkształcenia elementu konstrukcyjnego lub części podłoża (STR i GEO) wymaga spełnienia warunku
Ed Rd (3.6)
gdzie: Ed – wartość obliczeniowa efektu oddziaływań,
Rd – wartość obliczeniowa oporu przeciw oddziaływaniu, przy obliczaniu wartości obliczeniowych oporu Rd stosuje się współczynniki częściowe albo do parametrów gruntu X albo do oporów R albo do obu tych wielkości zgodnie z wzorami
d d ^ F rep k M d ^ R
d d F rep k d R
d d F rep k M d
R R F X a
R R F X a
R R F X a
w których: ad – wartość obliczeniowa danych geometrycznych,
R – współczynnik częściowy dla nośności,
współczynniki częściowe R dla nośności (dotyczące fundamentów bezpośrednich) podaje
tabela
Nośność Symbol Zestaw
R1 R2 R
nośność podłoża R;v 1,0^ 1,4^ 1,
przesunięcie (poślizg) R;h 1,0 1,1 1,
3.2.2.3. SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO WYPARCIA
analiza stanu granicznego wyparcia (UPL) wymaga sprawdzenia, czy wartość obliczeniowa kombinacji destabilizujących pionowych oddziaływań stałych i zmiennych Vdst;d jest mniejsza lub równa sumie obliczeniowej wartości stabilizujących pionowych oddziaływań stałych Gstb;d i obliczeniowej wartości dodatkowego oporu przeciwdziałającego wyparciu Rd
Vdst ; d Gstb ; d Rd (3.8)
3.2.2.4. SPRAWDZENIE OPORU NA DEFORMACJE WYWOŁANE PRZEZ CIŚNIENIE
SPŁYWOWE W GRUNCIE
analiza stanu granicznego deformacji gruntu wywołanej ciśnieniem spływowym (HYD) wymaga sprawdzenia w każdym istotnym profilu gruntu, czy: a) wartość obliczeniowa całkowitego destabilizującego ciśnienia wody w porach udst;d (w podstawie wydzielonego słupa gruntu) jest mniejsza lub równa całkowitemu
stabilizującemu naprężeniu pionowemu stb;d ,
A) SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO NOŚNOŚCI
A 1 ) Nośność podłoża stan graniczny nośności (wyczerpanie nośności podłoża) wymaga spełnienia warunku, w którym wartość obliczeniowa obciążenia pionowego Vd nie przekracza granicznego oporu podłoża gruntowego Rd
Vd Rd (3.11)
w obliczeniach stosuje się podejście obliczeniowe 2 (uwzględniające kombinację współczynników A1+M1+R2), przypadki: 1 ) Podłoże jednorodne jeden rodzaj gruntu o miąższości > 2B, mierzonej od poziomu posadowienia, metody obliczeń: a) Metoda analityczna warianty:
1 o) Warunki gruntowe z odpływem wody
^2 o) Warunki gruntowe bez odpływu wody
b) Metoda półempiryczna wykorzystująca wyniki badań polowych (np. presjometrycznych),
- Podłoże uwarstwione zmodyfikowany wariant warstwowany z PN-81/B-03020 (2 rodzaje gruntu w układzie warstwa mocna na słabej, o miąższości pierwszej warstwy < 2B, mierzonej od poziomu posadowienia), uwzględniający wzory dla podłoża jednorodnego z EC7,
A2) Nośność podłoża na przesunięcie (poślizg) gdy obciążenie nie jest prostopadłe do podstawy fundamentu, wymaga spełnienia warunku, w którym wartość obliczeniowa obciążenia poziomego Hd nie przekracza sumy wartości obliczeniowych oporu przeciw oddziaływaniu i siły utrzymującej Rp:d (wywołanej przez parcie gruntu na boczną powierzchnię fundamentu)
H (^) d Rd Rpd : (3.12)
w obliczeniach stosuje się podejście obliczeniowe 2 (uwzględniające kombinację współczynników A1+M1+R2),
A3) Stateczność ogólna wymaga sprawdzenia w przypadku posadowienia fundamentu na naturalnym zboczu lub skarpie (lub ich pobliżu), oraz w pobliżu: wykopu, ściany oporowej, rzeki, kanału, jeziora, zbiornika, brzegu morza, wyrobisk górniczych lub konstrukcji podziemnych,
B) SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO UŻYTKOWALNOŚCI polega na sprawdzeniu przemieszczeń fundamentów (osiadania i ewentualnie wypiętrzenia podłoża, z uwzględnieniem wielkości natychmiastowych i długotrwałych), wymaganym w plastycznych gruntach spoistych, stan graniczny użytkowalności wymaga spełnienia warunku, w którym wartość obliczeniowa efektu oddziaływań Ed nie przekracza granicznej wartości efektu oddziaływania Cd
Ed Cd (3.13)
w obliczeniach przyjmuje się wartości współczynników częściowych równe 1,0 , wyróżnia się następujące wartości obliczeniowe efektu oddziaływań Wartość obliczeniowa efektu oddziaływań Oznaczenie (miara)
- osiadanie s
2) różnica osiadań s
3) przechylenie
4) strzałka wygięcia
5) wskaźnik wygięcia l
6) obrót
7) względny obrót
8) odkształcenie kątowe s
9) przemieszczenie poziome
10)amplituda drgań
Polski Komitet Normalizacyjny w załączniku krajowym do EC7 ograniczył konieczność
sprawdzania do czterech miar osiadania: osiadania s , obrotu , strzałki wygięcia , oraz
przechylenia , (definiując ich graniczne wartości obliczeniowe dla budynków),
metody obliczania osiadań:
- Metody sumowania odkształceń podłoża warianty:
a) Metoda odkształceń jednoosiowych (naprężeń, analogu edometrycznego)
(^) b) Metoda odkształceń trójosiowych (trójwymiarowych, analogu sprężystego)
- Uproszczone metody ośrodka sprężystego rozwiązania z teorii sprężystości
