• Nie Znaleziono Wyników

OLCHAWA A., ZAWALSKI A.: Zasady właściwego uwzględniania parametrów wytrzymałościowych w obliczeniach nośności gruntów spoistych

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "OLCHAWA A., ZAWALSKI A.: Zasady właściwego uwzględniania parametrów wytrzymałościowych w obliczeniach nośności gruntów spoistych"

Copied!
4
0
0

Pełen tekst

(1)

INŻYNIERIAMORSKAIGEOTECHNIKA,nr2/2015

90

Potrzeba ujednolicenia definicji, zasad, metod projektowania obiektów budowlanych oraz usunięcia barier technicznych jest realizowana w krajach Unii Europejskiej poprzez wprowadze-nie przepisów nazywanych Eurokodami. W zakresie geotechni-ki wprowadzono normę EN 1997 Eurocode 7 (EC-7), w Polsce PN-EN 1997 Eurokod 7 ,,Projektowanie geotechniczne”. Od-mienne warunki geologiczne w poszczególnych krajach powo-dują jednak znaczne zróżnicowanie modeli obliczeniowych. W związku z tym Eurokod 7 obejmuje tylko podstawowe reguły projektowania geotechnicznego i jest uzupełniany przez normy krajowe. Zawarte w nim zasady projektowania są zbliżone do tych, które znane są od dawna z normy PN-81/B-03020 ,,Posa-dowienie bezpośrednie”, bowiem w przypadku obu norm jest konieczne sprawdzenie stanu granicznego nośności i zastosowa-nie częściowych współczynników bezpieczeństwa.

Eurokod 7 zawiera także wiele innowacji, do których z pew-nością można zaliczyć projektowanie fundamentu metodą ob-serwacyjną, która pozwala na korygowanie rozwiązania pro-jektowego podczas robót. W złożonych warunkach gruntowych umożliwia ona osiągnięcie korzyści, takich jak skrócenie czasu budowy czy zmniejszenie kosztów.

Pomimo widocznych korzyści implementacja Eurokodu 7 do projektowania posadowień bezpośrednich napotyka na duże trudności ze względu na wymagane w obliczeniach efektywne parametry wytrzymałościowe gruntu fʹ i cʹ oraz wytrzymałość gruntu w warunkach bez odpływu cu. Brak Załącznika

Krajowe-go, który zawierałby stabelaryzowane wartości parametrów wy-trzymałościowych poszczególnych gruntów, sugeruje koniecz-ność wykonania szczegółowych i specjalistycznych badań. Stąd powszechną praktyką jest obliczanie oporu granicznego podłoża w oparciu o PN-81/B-03020, co jest zgodne z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych doty-czących budynków. Według Rozporządzenia budynki mogą być projektowane na podstawie norm aktualnych (np. Eurokod 7) lub norm wycofanych – dotychczas stosowanych norm krajo-wych (PN-B), np. PN-81/B-03020 „… - Eurokody, zatwierdzone

i opublikowane w języku polskim, mogą być stosowane do pro-jektowania konstrukcji, jeżeli obejmują one wszystkie niezbędne aspekty związane z zaprojektowaniem tej konstrukcji…”. W

Eu-rokodzie 7 brak jest na przykład podziału Polski na strefy z war-tościami umownej głębokości przemarzania.

Biorąc pod uwagę, że nie odnotowano do tej pory awarii lub katastrofy budowlanej związanej z projektowaniem posadowień w oparciu o PN-81/B-03020 [6], bezpieczne posadowienie kon-strukcji jest zapewnione, gdy obliczona wartość granicznego oporu podłoża według PN-EN 1997-1 jest porównywalna z ob-liczoną według PN-81/B-03020. Założenie to daje możliwość oceny stosowalności wytrzymałościowych parametrów geo-technicznych gruntów spoistych, do obliczeń nośności podłoża według Eurokodu 7.

Próba aplikacji wytrzymałościowych parametrów geotech-nicznych gruntów spoistych, zawartych w dostępnej literaturze przedmiotu, do obliczeń nośności podłoża według EC-7 jest przedmiotem prezentowanego artykułu.

METODYKA OBLICZEŃ

Zgodnie z ujęciem normy PN-81/B-03020 sprawdzenie sta-nu granicznego nośności polega na porównaniu pionowej skła-dowej obliczeniowego oporu granicznego podłoża gruntowego,

QfNB i obliczeniowej wartości pionowej składowej obciążenia, Nr według wzoru:

(1)

gdzie:

m – współczynnik korekcyjny zależny od metody obliczeń nośności

(stateczno-ści) i ustalania parametrów geotechnicznych.

W normie PN EN 1997-1 Eurokod 7 określono, że stan gra-niczny, ULS, będzie spełniony, gdy:

(2)

gdzie:

Vd – obliczeniowa wartość składowej pionowej przekazywanej przez podstawę

fundamentu na podłoże,

Rd – wartość obliczeniowa oporu granicznego podłoża lub oporu ścinania

po-między podstawą fundamentu a gruntem z uwzględnieniem wpływu uko-śnych lub mimośrodowych obciążeń oraz wpływu sąsiedztwa skarpy.

Opór graniczny podłoża oblicza się według Eurokodu 7 w warunkach z odpływem (sytuacja długotrwała) oraz dodatko-wo w warunkach bez odpływu (sytuacja krótkotrwała).

W normie PN-81/B-03020 przedstawiona metoda jest opar-ta na sopar-tatystycznych szacunkach obliczeniowych parametrów Dr hab. inż. Andrzej Olchawa1, dr inż. Andrzej Zawalski2

1Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu, Instytut Politechniczny

2Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

Zasady właściwego uwzględniania parametrów wytrzymałościowych

(2)

INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2015 91 gruntowych oraz obciążeń działających na konstrukcję.

Osza-cowanie tych wielkości następuje przez wprowadzenie proba-bilistycznego zapasu bezpieczeństwa w postaci współczynnika obciążenia gf i współczynnika materiałowego gm.

W Eurokodzie 7 stosuje się współczynniki częściowe do od-działywań lub do parametrów gruntu oraz oporu. Stosowane są 4 zasadnicze kombinacje tych współczynników – tzw. 3 podej-ścia obliczeniowe (Design Approaches).

W Załączniku Krajowym PN-EN 1997-1:2008/NA w punk-cie N.A.2.6., jako metodę projektową wskazano podejśpunk-cie ob-liczeniowe DA2*. W podejściu obliczeniowym DA2* oblicze-niową wartość oddziaływania, traktowaną jako niekorzystną, wyznacza się, stosując współczynnik częściowy gG = 1,35 dla

obciążeń stałych i gQ = 1,50 dla obciążeń zmiennych.

Oblicze-niową wartość oporu granicznego podłoża oblicza się na pod-stawie charakterystycznych parametrów geotechnicznych grun-tu, a następnie dzieli się obliczoną wartość przez współczynnik częściowy dla oporu gruntu gR = 1,40.

Przykładowe obliczenia nośności podłoża wykonano dla stóp fundamentowych o wymiarach B = 1,5 m i L = 1,5 m oraz

B = 1,0 m i L = 3,0 m. Założono, że w podłożu, bezpośrednio

pod fundamentami zalega warstwa twardoplastycznej lub pla-stycznej gliny o miąższości h >> 2B. Charakterystyczne warto-ści stopnia plastycznowarto-ści gliny przyjęto: IL = 0,15 lub IL = 0,42.

Do obliczeń oporu granicznego podłoża według PN-81/B-03020 przyjęto charakterystyczne parametry wytrzy-małościowe na podstawie nomogramów w niej zawartych.

Do obliczeń oporu granicznego według Eurokodu 7 charak-terystyczne parametry wytrzymałościowe gruntu fʹ i cʹ przyjęto na podstawie danych zawartych w [3] i graficznie przedstawio-nych w formie nomogramów na rys. 1 i 2.

Charakterystyczną wartość wytrzymałości na ścinanie bez odpływu cu obliczono na podstawie zależności wartości

wy-trzymałości na ścinanie bez odpływu tf dla spoistych gruntów

plejstoceńskich, które przedstawiono na rys. 3, i współczynnika poprawkowego m, którego wartość jest zależna od wskaźnika plastyczności gruntu. Zależność tę wyraża wzór [1]:

(3)

gdzie:

Ip – wskaźnik plastyczności wyrażony w procentach.

Przyjęte do obliczeń oporu granicznego podłoża charakte-rystyczne parametry wytrzymałościowe gruntów zestawiono w tabl. 1.

Rys. 1. Nomogramy charakterystycznych efektywnych wartości kąta tarcia we-wnętrznego gruntów spoistych według [3]

Rys. 2. Nomogramy charakterystycznych efektywnych wartości spójności według [3]

Rys. 3. Nomogramy charakterystycznych wartości wytrzymałości na ścinanie bez odpływu tf dla spoistych gruntów plejstoceńskich według [2]

Tabl. 1. Charakterystyczne parametry wytrzymałościowe podłoża z glin przyjęte do obliczeń Stopień plastyczności Spoistość 0,15 0,42 fʹ cʹ cucʹ cu [º] [kPa] [º] [kPa] 23,0 23,5 132,0 20,0 17,0 51,0 mało spoisty 20,5 34,0 187,0 17,0 24,0 72,0 średnio spoisty 18,5 45,0 108,0 13,5 35,0 47,0 zwięzło spoisty

(3)

INŻYNIERIAMORSKAIGEOTECHNIKA,nr2/2015

92

W celu porównania oporów podłoża dla stóp fundamento-wych obliczonych według PN-81/B-03020 i PN-EN 1997-1 wprowadzono współczynnik redukcyjny a = 0,87, któ-ry uwzględnia większe współczynniki obciążeń stosowane w EN 1997-1 [7].

Rys. 4. Stosunek oporu granicznego twardoplastycznej gliny obliczony według PN-81/B-03020 dla gruntów z grupy skonsolidowania „B”

i Eurokodu 7 w sytuacji długotrwałej (warunki „z odpływem”)

Rys. 5. Stosunek oporu granicznego twardoplastycznej gliny obliczony według PN-81/B-03020 dla gruntów z grupy skonsolidowania „B”

i Eurokodu 7 w sytuacji krótkotrwałej (warunki „bez odpływu”)

Rys. 6. Stosunek oporu granicznego plastycznej gliny obliczony według PN-81/B-03020 dla gruntów z grupy skonsolidowania „B”

i Eurokodu 7 w sytuacji długotrwałej (warunki „z odpływem”)

Rys. 7. Stosunek oporu granicznego plastycznej gliny obliczony według PN-81/B-03020 dla gruntów z grupy skonsolidowania „B”

i Eurokodu 7 w sytuacji krótkotrwałej (warunki „bez odpływu”)

Rys. 8. Opór graniczny twardoplastycznej gliny obliczony według PN-81/B-03020 dla gruntów z grupy skonsolidowania „B”

i według Eurokodu 7 dla gruntów średnio spoistych

Rys. 9. Opór graniczny plastycznej gliny obliczony według PN-81/B-03020 dla gruntów z grupy skonsolidowania „B”

i według Eurokodu 7 dla gruntów średnio spoistych

WYNIKI OBLICZEŃ

Obliczone wartości oporów granicznych podłoża w oparciu o metodykę zawartą w PN-81/B-03020 i Eurokodzie 7 zesta-wiono w tabl. 2 ÷ 5. Na rys. 4 ÷ 7 przedstazesta-wiono stosunek tych wartości, a na rys. 8 i 9 opory graniczne podłoża.

(4)

INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2015 93 PODSUMOWANIE

Obliczone wartości granicznego oporu twardoplastycznej i plastycznej gliny według PN-81/B-03020 i parametrów wy-trzymałościowych przyjętych jak dla gruntów z grupy skonsoli-dowania „A” są znacząco większe od obliczonych według

Euro-kodu 7. Stosunek obliczonych oporów dla twardoplastycznych glin wynosi od 1,29 do 1,52 w sytuacji długotrwałej i od 1,02 do 2,00 w sytuacji krótkotrwałej. Te same stosunki dla glin pla-stycznych wynoszą od 1,31 do 1,81 i od 1,50 do 2,61.

Porównanie oporu granicznego podłoża obliczonego dla glin z grupy skonsolidowania B z obliczonymi według EC-7 dla glin twardoplastycznych dają wartości od 0,89 do 1,05 w sytuacji długotrwałej i od 0,70 do 1,20 w sytuacji krótkotrwałej. Te same stosunki dla glin plastycznych mają wartości od 0,89 do 1,23 i od 1,01 do 1,78 (rys. 4 ÷ 7).

Szczególnym przypadkiem jest porównanie oporu podło-ża obliczonego według PN dla gliny z grupy skonsolidowania B z obliczonym według EC-7, gdy do obliczeń przyjmuje się parametry wytrzymałościowe gruntów średnio spoistych (rys. 8 i 9). Dla glin twardoplastycznych i plastycznych obliczone opory według EC-7 w sytuacji długotrwałej są porównywalne z obliczonymi według PN. Dla glin twardoplastycznych i glin plastycznych opory podłoża obliczone w sytuacji krótkotrwałej według EC-7 są odpowiednio większe i mniejsze od obliczo-nych według Polskiej Normy.

Przyjmując do obliczeń według Eurokodu 7 parametry wy-trzymałościowe fʹ, cʹ, cu gruntów średnio spoistych, o

wymia-rach projektowanych stóp fundamentowych na glinach twardo-plastycznych będzie decydować sytuacja „z odpływem”, a na glinach plastycznych sytuacja „bez odpływu” (rys. 8 i 9).

Można wstępnie przyjąć, że do szacowania oporu graniczne-go gruntów spoistych według Eurokodu 7 w sytuacji długraniczne-gotrwa- długotrwa-łej można przyjmować efektywne parametry wytrzymałościo-we fʹ i cʹ na podstawie znanej wartości stopnia plastyczności

IL (lub wskaźnika konsystencji Ic) z nomogramów na rys. 1 i 2

dla gruntów średnio spoistych, a sytuacji krótkotrwałej wartości wytrzymałości na ścinanie bez odpływu z nomogramu na rys. 3 z uwzględnieniem współczynnika poprawkowego m.

LITERATURA

1. Azzouz A. S., Baligh M. M., Ladd C. C.: Corrected field vane strength for embankment design. Journal of Geotechnical Engineering. A.S.C.E. 109. GT5; 1983, 730-734.

2. Kostrzewski W.: Mechanika Gruntów. Parametry geotechniczne grun-tów budowlanych oraz metody ich wyznaczania. Państwowe Wydawnictwo Na-ukowe, 1980.

3. Pisarczyk S., Rymsza B.: Badania laboratoryjne i polowe gruntów. Ofi-cyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1993.

4. PN-EN-1997-1:2008P Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne.

5. PN-81/B-03020 Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia sta-tyczne i projektowanie.

6. Wysokiński L.: Podstawy projektowania geotechnicznego. XX Ogól-nopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji. Wisła – Ustroń, 2005, 35-70.

7. Wysokiński L., Kotlicki W., Godlewski T.: Projektowanie geotech-niczne według Eurokodu 7. Dział Wydawniczy Instytutu Techniki Budowlanej. Warszawa, 2011.

Tabl. 2. Wyniki obliczeń oporu granicznego twardoplastycznej gliny obli-czonego według PN-81/B-03020 i Eurokodu 7 w sytuacji długotrwałej

Stopa

B × L

PN-81/B-03020 PN-EN 1997-1 0,9 × m × QfnB [kN] a × Rd [kN]

Grupa skonsolidowania Spoistość gruntu A B spoistymało średnio spoisty zwięzło spoisty 1,5 × 1,5 m 1923,5 1332,5 1262,5 1329,5 1418,0 1,0 × 3,0 m 1992,7 1370,0 1351,0 1438,0 1547,0

Tabl. 3. Wyniki obliczeń oporu granicznego twardoplastycznej gliny obli-czonego według PN-81/B-03020 i Eurokodu 7 w sytuacji krótkotrwałej

Stopa

B × L

PN-81/B-03020 PN-EN 1997-1 0,9 × m × QfnB [kN] a × Rd [kN]

Grupa skonsolidowania Spoistość gruntu A B spoistymało średnio spoisty zwięzło spoisty 1,5 × 1,5 m 1923,5 1332,5 1167,5 1638,5 960,5 1,0 × 3,0 m 1992,7 1370,0 1383,0 1950,5 1143,0

Tabl. 4. Wyniki obliczeń oporu granicznego gliny plastycznej obliczonego według PN-81/B-03020 i Eurokodu 7 w sytuacji długotrwałej

Stopa

B × L

PN-81/B-03020 PN-EN 1997-1 0,9 × m × QfnB [kN] a × Rd [kN]

Grupa skonsolidowania Spoistość gruntu A B spoistymało średnio spoisty zwięzło spoisty 1,5 × 1,5 m 1135,4 773,0 626,5 766,5 790,0 1,0 × 3,0 m 1164,0 785,7 849,0 846,0 885,0

Tabl. 5 .Wyniki obliczeń oporu granicznego gliny plastycznej obliczony według PN-81/B-03020 i Eurokodu 7 w sytuacji krótkotrwałej

Stopa

B × L

PN-81/B-03020 PN-EN 1997-1 0,9 × m × QfnB [kN] a × Rd [kN]

Grupa skonsolidowania Spoistość gruntu A B spoistymało średnio spoisty zwięzło spoisty 1,5 × 1,5 m 1135,4 773,0 469,0 648,0 435,0 1,0 × 3,0 m 1164,0 785,7 560,0 775,0 520,5

Cytaty

Powiązane dokumenty

The confer- ence presentations were delivered by such well-known scholars as Robert Parker, Wykeham Professor of Ancient History, New College, Oxford University, Pietro

The edition of Hieronim Feicht’s major academic writings, prepared in the 1970s in Warsaw’s Institute of Musicology — Opera musicologica Hieronymi Feicht — contains 25 papers

Opierając się na tych dowodach sąd nie dał wiary wyjaśnieniom oskarżonego nie przyznającego się do popełnienia zarzucanego mu czynu i świadkom: Teresie i Władysławowi

Wśród rysunków znajduje się między innymi tar­ cza boga słońca z rozpostartymi skrzydłami, dwie lektyki w kształcie łodzi, na któ­ rych znajdują się pomieszczenia

Z p u n k tu w idzenia fa­ chow ców zajmujących się o chroną zabytków niezm ier­ nie w ażne jest wykorzystyw anie technik m ultim edial­ nych przy dokum entacji i

Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że występująca w podłożu projektowanego odcinka drogi warstwa gruntów organicznych, składająca się z torfów i gytii jest

Warto jednak skożystad z faktu, że wektor stworzony z wag neuronu, czyli wektor [5,1] jest wektorem normalnym do prostej decyzyjnej, a więc wektor [-1,5] normalny do [5,1]

[r]