1 | S t r o n a

Przykad projektowania geotechnicznego pala prefabrykowanego wg PN-EN 1997-1 na podstawie wynikw sondowania CPT metod LCPC (francusk) Data: 2013-04-19 Opracowa: Dariusz Sobala, dr in. Liczba stron: 8

Zadanie projektowe

Okreli nono obliczeniow na wciskanie pojedynczego pala prefabrykowanego elbetowego wbijanego o przekroju 400x400mm i dugoci 14m w podanych warunkach gruntowych.

Dane do projektowania

Parametry podoa: w rejonie fundamentu wykonano otwr badawczy (rozpoznanie rodzaju gruntu) oraz sondowanie CPT (okrelenie parametrw gruntu metod in-situ) (rys. 2).

Metoda projektowania Ze wzgldu na zakres danych do projektowania wybrano projektowanie geotechniczne oparte na badaniach podoa (obliczeniach) przewidziane w PN-EN 1997-1. Jako metod projektowania wybrano metod LCPC (francusk) okrelania nonoci pala bezporednio na podstawie wynikw sondowania CPT opisan po raz pierwszy przez Bustamante i Gianeselliego w 1982 roku z poprawkami wg Fascicule 62 z 2004 roku. Metoda LCPC jest oceniania jako jedna z najbardziej wiarygodnych metod projektowania geotechnicznego pali. Metoda ta pozwala na wyznaczenie nonoci granicznej pala. Analiz stanu granicznego nonoci przeprowadzono wg PN-EN 1997-1 (EC7).

Opis metody LCPC (francuskiej)

Opis metody okrelania nonoci pali bezporednio na podstawie wynikw sondowania CPT opracowanej w LCPC (Francja) zosta przedstawiony w kolejnych tabelach 1 i 2. Opr jednostkowy pod podstaw pala wyznacza si w na podstawie zastpczego oporu sondy w poziomie spodu pala wyznaczonego wg schematu pokazanego na rys. 1 i opisanej procedury.

Tablica 1. Metoda LCPC projektowania pali na podstawie CPT wg Fascicule 62 (2004)

Opr jednostkowy Piaski i gliny

na pobocznicy pala = () , },

- wspczynnik redukcji oporu stoka do wyznaczenia oporu pobocznicy (tablica 3)

pod podstaw pala =

- zastpczy opr sondy w poziomie podstawy pala (rys. 1) - wspczynnik nonoci (tablica 2)

Zastpczy redni opr sondy na poziomie podstawy pala jest obliczany w trzech krokach: obliczana jest rednia warto oporu stoka sondy qcm w przedziale +b/-3a w stosunku do przyjtego

poziomu podstawy pala (rys. 1); w przedziale +b/-3a opory sondowania qc(z) wiksze ni 1,3qcm s zastpowane wartoci graniczn

1,3qcm; na podstawie zmodyfikowanego wyniku sondowania wyznaczany jest zastpczy opr jako opr redni

w przedziale +b/-3a. Zastpczy opr redni pomnoony przez wspczynnik stanowi opr graniczny pod podstaw pala .

2 | S t r o n a

Nono graniczna pala szacowana metod LCPC wyznaczana jest ze wzoru = + ,

gdzie jest powierzchni czynn pobocznicy, a jest powierzchni podstawy pala.

Tablica 2. Wspczynnik oporu pobocznicy i podstawy dla elbetowych pali prefabrykowanych Rodzaj gruntu qc (MPa) Wspczynnik Maksymalna warto (MPa) Wspczynnik

Gliny, iy, pyy od 1 do 3 - 0.015 0.55 > 3 75 0.080 Piaski i wiry 1 150 0.120 0.5 Uwaga! Dla () < 1 naley pomin nono pobocznicy.

D

1.3qcm

qce

Poziom podstawy

qc(z)

z

b3a

Pal

hH

a = max(D/2,0.5m) b = min(a,h)

Warstwa nona

qcm

Rys. 1. Metoda LCPC okrelanie zastpczego oporu sondy CPT pod podstaw pala

wg Fascicule (2004)

Nono graniczna pala oszacowana metod LCPC (obliczenia przeprowadzono przy uyciu skryptu w programie MathCad Fascicule62.xmcd) Poziom gruntw nonych na poziomie terenu Rodzaj pala prefabrykowany elbetowy wbijany Przekrj pala przyjto jako kwadratowy = 400 rednica zastpcza pala = 1.128 = 0.451 Dugo prefabrykatu pala = 14 Dugo zakotwienia/rozkucia = 0.6

3 | S t r o n a

Dugo czynna pala = 13.4 Obwd pala = 1.6 Powierzchnia pobocznicy pala = 21.44m2. Powierzchnia podstawy pala = 0.16m2 Spd zwieczenia znajduje si na rzdnej 1.28m ppt. Podstawa pala znajduje si 14.68m ppt. Wspczynnik nonoci podstawy dla piaskw ma warto () = 0.5 Warto = 0.5 Warto = 0.451 Zastpczy opr stoka sondy CPT na poziomie podstawy pala () = 16.2MPa Opr graniczny pod podstaw pala () = () () = 8.1MPa Nono graniczna podstawy pala = 1293kN Nono graniczna pobocznicy = 965kN Nono graniczna pala = 2258kN

Rys. 2. Rozkad oporw stoka sondy CPT na gbokoci

Rys. 3. Warto oporw zastpczych pod podstaw pala w zalenoci od gbokoci

4 | S t r o n a

Rys. 4. Rozkad oporw jednostkowych na pobocznicy w zalenoci od gbokoci

Analiza nonoci pala wg PN-EN 1997-1 (Eurokod 7)

Oszacowan metod LCPC nono graniczn poddano analizie bezpieczestwa zgodnie z wymaganiami PN-EN 1997-1 odpowiednimi dla przyjtego w zaczniku krajowym podejcia projektowego 2 oraz metody projektowania opartej na wynikach bada gruntu (obliczeniach).

Nono charakterystyczna pala wg PN-EN 1997-1 jest rwna:

= ,3 ,,4 W analizowanym przypadku jako podstaw projektowania przyjto jeden profil gruntowy, tak wic

wspczynniki korelacyjne s wg PN-EN 1997-1 rwne = 3 = 4 = 1.4, a rednia i minimalna nono graniczna jest rwna , = , = = 2258.

Dodatkowo przyjto redukcj wartoci wspczynnika korelacyjnego /1.1 ze wzgldu na sztywne zwieczenie (nadbudow) fundamentu palowego umoliwiajc redystrybucj obcie z pali o mniejszej nonoci na pale o wikszej nonoci, zatem = 1.4

1.1 = 1.27. Nono charakterystyczna jest zatem rwna: = 1.27 = 1778. Nono obliczeniowa pala:

= . Dla pala wciskanego = 1.1, zatem ostatecznie przyjto nono obliczeniow pojedynczego pala jako

rwn: = 1.1 = 1.27 1.1 = 1.4 = 1613

5 | S t r o n a

Weryfikacja projektu (oblicze) wynikami bada nonoci pali

W ramach wymaganej przez PN-EN 1997-1 (Eurokod 7) weryfikacji metody projektowania przewidziano wykonanie prbnego obcienia metod dynamiczn przy duych odksztaceniach. Wyniki bada poddano analizie metod CASE (bez dopasowania sygnau) oraz metod CAPWAP (z dopasowaniem sygnau). Jako wymagane przez PN-EN 1997-1 badanie kalibrujce dla badania dynamicznego wykorzystano badanie statyczne wykonane na palu prefabrykowanym w podobnych warunkach gruntowych (dowiadczenie porwnywalne). Energia mota w trakcie badania powinna umoliwia okrelenie nonoci granicznej o wartoci ok. = 2258kN.

Wyniki przeprowadzonych bada przedstawiono na kolejnych rysunkach 5 (CASE) i 6 (CAPWAP) oraz w tablicy 4 (CAPWAP). Wyniki podsumowano w tablicy 5.

Analiza wynikw bada nonoci pali i weryfikacja projektu palowania

Nono graniczna pala Rm

Przemieszczenie gowicy pala s(Rm)

Rys. 5. Wynik badania nonoci pala opracowany metod CASE (bez dopasowania sygnau

6 | S t r o n a

Rys. 6. Wykresy metody CAPWAP (z dopasowaniem sygnau)

7 | S t r o n a

Tablica 4. Wyniki analizy CAPWAP

12

3

4 5 6 7

8

9 10 11

13

14

15 16

17

18

19

12

20

Waniejsze informacje zawarte w tablicy 4: 1. nono graniczna pala wg CAPWAP 2. nono graniczna pobocznicy pala 3. nono graniczna podstawy pala 4. numer wydzielonej warstwy gruntu 5. odlego od czujnikw pomiarowych 6. odlego od powierzchni terenu 7. opr graniczny pobocznicy w warstwie 8. sia w palu 9. suma narastajca oporw granicznych na dugoci pobocznicy pala 10. opr na pobocznicy na jednostk dugoci pala 11. opr na pobocznicy na jednostk powierzchni 12. przemieszczenie towarzyszce osigniciu nonoci granicznej 13. redni opr na pobocznicy w pojedynczej warstwie 14. opr podstawy 15. redni opr na jednostk dugoci pobocznicy pala 16. redni opr na jednostk powierzchni pobocznicy pala

8 | S t r o n a

17. opr jednostkowy pod podstaw pala 18. rednia warto przemieszczenia pobocznicy pala towarzyszca osignieciu nonoci granicznej

pobocznicy 19. maksymalne przemieszczenie podstawy pala towarzyszce osignieciu nonoci granicznej podstawy 20. maksymalne pomierzone przemieszczenie wierzchu pala w trakcie badania

Tablica 5. Podsumowanie wynikw oblicze i bada Cakowita [kN] Podstawy [kN] Pobocznicy [kN]

Nono graniczna obliczona 2258 1293 956 100% 100% 100%

Nono graniczna pomierzona CASE 2134 b.d. b.d. -5.5% - -

Nono graniczna pomierzona CAPWAP 2139 1100 1039 -5.3% -14.9% +8.7%

Wnioski kocowe 1. Cakowita nono pomierzona i obliczona rni si o ok. 6% (tablica 5). Przy tak dobrej zbienoci

wynikw oblicze i bada nonoci pali mona przyj, e obliczenia zostay pozytywnie zweryfikowane badaniami.

2. Nono obliczeniowa wbijanego pala prefabrykowanego elbetowego o przekroju 400x400mm i dugoci cakowitej 14m i czynnej 13.4m ze zwieczeniem na poziomie 1.28m ppt. wynosi 1613kN.

3. SFRESISTANCE=2258kN/1613kN=1.4. SFLOAD=min. 1.35. SFTOTAL=1.41.35min. 1.9 dla zwieczenia sztywnego lub 1.91.1min. 2.1 dla zwieczenia wiotkiego, bez redystrybucji obcie midzy palami. Osignity poziom bezpieczestwa uznano za zadawalajcy.

Zadanie projektoweDane do projektowaniaMetoda projektowaniaOpis metody LCPC (francuskiej)Nono graniczna pala oszacowana metod LCPC

Analiza nonoci pala wg PN-EN 1997-1 (Eurokod 7)Weryfikacja projektu (oblicze) wynikami bada nonoci paliAnaliza wynikw bada nonoci pali i weryfikacja projektu palowaniaWnioski kocowe