Przedmiotem badań jest analiza współpracy płyty spoczywającej na podłożu i palach w przekazywaniu obciążenia pionowego w danych warunkach gruntowych.
Przed przystąpieniem do analizy własnej przedstawiono przegląd literatury w zakresie istniejących metod obliczania fundamentów płytowo-palowych. Na jego podstawie stwierdzono, że dotychczas zostały opracowane liczne metody służące analizie badanego fundamentu z wyszczególnieniem badań nad uproszczonymi, przybliżonymi i szczegółowymi metodami. Stwierdzono ponadto, że brakuje prac wykorzystujących krzywą obciążenie-osiadanie z testu statycznego pala w pełnym zakresie w analizie krzywej obciążenie-osiadanie pala występującego w grupie pod płytą. Następnie przedstawiono badania laboratoryjne i płynące z nich wnioski, które nie zawsze można w sposób bezpośredni utożsamiać z zachowaniem się analizowanego fundamentu w skali naturalnej. Na pewno pełnią one jednak ważną rolę poznawczą, dając wiedzę na temat współdziałania płyty, pali i gruntu, zmiany nośności całego ustroju, z uwzględnieniem rozdziału obciążenia przekazywanego przez płytę i pale.
Przegląd literatury zakończono wnioskami płynącymi z istniejących badań terenowych rzeczywistych obiektów posadowionych na fundamentach płytowo-palowych.
Podczas realizacji powyższego zadania zaproponowano metodę obliczania płyt fundamentowych spoczywających na podłożu i palach. Główny nacisk położono na realną charakterystykę osiadania płyty o zadanej sztywności oraz faktyczną pracę pala w gruncie jako czynnikach determinujących osiadanie fundamentu, a w związku z powyższym także stanu naprężenia kontaktowego pod płytą. Jedną z metod projektowania pali podaną przez Eurokod 7 są próbne obciążenia statyczne, a uzyskane nią wyniki niewątpliwie wiarygodnie przedstawiają relację obciążenie-osiadanie pojedynczego pala w danych warunkach gruntowych. Umożliwia ona także wykorzystanie wyników próbnych obciążeń pali z porównywalnych doświadczeń oraz ich weryfikację podczas realizacji konkretnego palowania. Przedstawiono ponadto możliwość wykorzystania opracowanego modelu matematycznego bazując jedynie na parametrach geotechnicznych podłoża.
W pracy wykorzystano badania nad zasięgiem stref aktywnych Meyera w wyznaczaniu osiadania fundamentów oraz krzywą Meyera-Kowalowa,
umożliwiającą ekstrapolację wyników próbnego obciążenia statycznego pala do jego nośności granicznej. Wiedza na temat zachowania pala poza zakresem objętym testem statycznym, z uwzględnieniem jego pracy w grupie zwieńczonej płytą, umożliwia optymalne projektowanie fundamentów wykorzystujących pale w celu ograniczenia osiadań oraz wyrównania momentów w płytach fundamentowych.
Przedstawiony w pracy model matematyczny uwzględnia wzajemne oddziaływania płyty, pali i podłoża, odzwierciedlające zarazem podatność ośrodka gruntowego i osadzonych w nim pali. W wyniku przeprowadzonych obliczeń uzyskujemy osiadania i ugięcia płyty, z określeniem rozdziału obciążenia przekazywanego przez płytę i poszczególne pale w grupie.
Przedstawiony model matematyczny zweryfikowano na podstawie istniejących wyników pomiarów osiadań obiektów rzeczywistych. W tym celu wykorzystano trzy podpory estakady drogowej, które ze względu na warunki gruntowe zaprojektowano jako fundamenty palowe oraz dwa zbiorniki, które od etapu projektowania do realizacji wykonano z założeniem udziału płyty w przekazywaniu obciążenia na podłoże.
Uzyskana znaczna zgodność wyników obliczeń i pomierzonych osiadań obiektów rzeczywistych pozwalają wnioskować o poprawności przyjętych założeń omawianego modelu matematycznego współpracy płyty i pali w przekazywaniu obciążenia na podłoże.
W pracy przedstawiono ponadto możliwość praktycznego zastosowania opracowanego modelu matematycznego podczas analizy posadowienia fundamentów płytowo-palowych. Prezentowany model matematyczny zaliczany do metod przybliżonych, umożliwia względnie sprawną w porównaniu z metodami szczegółowymi optymalizację posadowienia. Ponadto możliwość wykorzystania badań podłoża bezpośrednio pod płytą oraz wyników próbnego obciążenia statycznego pala, odpowiadających faktycznej współpracy płyty i pali z podłożem gruntowym, pozwalają uznać wagę jego praktycznego znaczenia.
Wnioski
Na podstawie opracowanego modelu matematycznego, przeglądu systematycznego rozwiązania oraz obliczeń rzeczywistych fundamentów sformułowano następujące wnioski:
1. Przeprowadzone w pracy analizy i wyniki badań potwierdzają postawioną tezę, że istnieje możliwość wykorzystania z dostateczną dla celów praktycznych
dokładnością krzywej obciążenie-osiadanie z testu statycznego pala w pełnym zakresie N2-s, do analizy krzywej obciążenie-osiadanie pala występującego w grupie pali pod płytą.
2. Przy analizie geotechnicznych warunków posadowienia fundamentów płytowych na palach istotną rolę pełni uwzględnienie faktycznej współpracy pala z gruntem oraz sprężystych własności płyty. Należy rozpatrywać łącznie sztywność i wielkość płyty, nieliniową charakterystykę pracy poszczególnych pali w grupie, ich rozstaw i usytuowanie na planie płyty, dla konkretnych warunków geotechnicznych posadowienia.
3. Wyznaczenie wartości i zmienności sztywności podpór modelujących podłoże, przy uwzględnieniu osadzonych w nim pali oraz stref aktywnych naprężenia płyty jest zagadnieniem złożonym. Wymaga wzięcia pod uwagę, poza warunkami geotechnicznymi, wzajemnej interakcji poszczególnych elementów przekazujących obciążenie na podłoże, przy uwzględnieniu charakterystyki pracy pali w grupie i sprężystych własności płyty.
4. Sztywność płyty fundamentowej w znacznym stopniu wpływa na równomierność osiadania oraz obciążenie poszczególnych pali w grupie. Wzrost sztywności płyty przyczynia się do wzrostu udziału pali zewnętrznych.
5. Mobilizacja oporów pobocznic i podstaw pali pracujących w grupie, z uwzględnieniem współpracy płyty, przebiega odmiennie niż podczas badania pala pojedynczego. Powyższe zjawisko stanowi efekt nachodzenia się stref naprężenia od poszczególnych pali, czego wynikiem jest mobilizacja oporów dla większych osiadań w porównaniu z palem pojedynczym. Czynnikami wpływającymi na mobilizację oporów wokół pala w grupie przy współpracy płyty jest jej sztywność, rozstaw z usytuowaniem pala w grupie i na planie płyty, a w związku z tym wielkości wzajemnych oddziaływań.
6. Istnieje możliwość wyznaczenia, z dostateczną dla celów praktycznych dokładnością, udziału płyty w przekazywaniu obciążenia na podłoże.
7. Udział pali w przekazywaniu obciążenia na podłoże nierozerwalnie wiąże się z rodzajem pala, scharakteryzowanego relacją obciążenie-osiadanie głowicy względem osiadania płyty, dla danego stopnia ich obciążenia w zadanych warunkach gruntowych. Charakterystyka pracy pali i płyty z uwzględnieniem jej sztywności w zadanych warunkach geotechnicznych podłoża, pod danym obciążeniem determinują udział pali w przekazywaniu obciążenia na podłoże.
8. Udział pali rośnie wraz ze wzrostem sztywności płyty, a także ze wzrostem obciążenia do pewnej wartości, przekroczenie której rozpoczyna proces zmniejszania udziału pali w przekazywaniu obciążenia na podłoże. Przyczyn powyższego zjawiska szukać należy w nieproporcjonalnym przyroście osiadania pala dla kolejnych stopni obciążenia, odzwierciedlających nieliniową charakterystykę pracy pali w gruncie.