Formularz wyszukiwania

Nośność i sztywność osiowa pala pojedynczego

Baza wiedzy

Tagi:  przykłady projektowe przykłady obliczeń sondowania CPT

Przykład projektowania geotechnicznego pala prefabrykowanego

wg PN-EN 1997-1 na podstawie wyników sondowania CPT metodą LCPC (francuską)

Data: 2013-04-19
Opracował: dr inż. Dariusz Sobala

Zadanie projektowe

Określić nośność obliczeniową na wciskanie pojedynczego pala prefabrykowanego żelbetowego wbijanego o przekroju 400x400mm i długości 14m w podanych warunkach gruntowych.

Dane do projektowania

Parametry podłoża: w rejonie fundamentu wykonano otwór badawczy (rozpoznanie rodzaju gruntu) oraz sondowanie CPT (określenie parametrów gruntu metodą "in-situ") (rys. 2).

Metoda projektowania

Ze względu na zakres danych do projektowania wybrano projektowanie geotechniczne oparte na badaniach podłoża (obliczeniach) przewidziane w PN-EN 1997-1. Jako metodę projektowania wybrano metodę LCPC (francuską) określania nośności pala bezpośrednio na podstawie wyników sondowania CPT opisaną po raz pierwszy przez Bustamante i Gianeselli’ego 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 nośności granicznej pala. Analizę stanu granicznego nośności przeprowadzono wg PN-EN 1997-1 (EC7).

Opis metody LCPC (francuskiej)

Opis metody określania nośności pali bezpośrednio na podstawie wyników sondowania CPT opracowanej w LCPC (Francja) został przedstawiony w kolejnych tabelach 1 i 2. Opór jednostkowy qb pod podstawą pala wyznacza się w na podstawie zastępczego oporu sondy w poziomie spodu pala wyznaczonego wg schematu pokazanego na rys. 1 i opisanej procedury.

Opór jednostkowy Piaski i gliny
na pobocznicy pala qs qs=minqz(z)β,qsmax
β - współczynnik redukcji oporu stożka do wyznaczenia oporu pobocznicy (tablica 3)
pod podstawą pala qb

qb=kb qce
qce - zastępczy opór sondy w poziomie podstawy pala (rys. 1)
kb - współczynnik nośności (tablica 2)

 

Zastępczy średni opór sondy qce na poziomie podstawy pala jest obliczany w trzech krokach:
• obliczana jest średnia wartość oporu stożka sondy qcm w przedziale +b/-3a w stosunku do przyjętego poziomu podstawy pala (rys.1);
• w przedziale +b/-3a opory sondowania qc(z) większe niż 1,3qcm są zastępowane wartością graniczną 1,3qcm;
• na podstawie zmodyfikowanego wyniku sondowania wyznaczany jest zastępczy opór qce jako opór średni w przedziale +b/-3a. Zastępczy opór średni qce pomnożony przez współczynnik kb stanowi opór graniczny pod podstawą pala qb

Nośność graniczna pala Rcm, szacowana metodą LCPC wyznaczana jest ze wzoru
Rcm = Asqs + Abqb
gdzie As jest powierzchnią czynną pobocznicy, a As jest powierzchnią podstawy pala.

Tablica 2. Współczynnik oporu pobocznicy β i podstawy kb dla żelbetowych pali prefabrykowanych
 

Rodzaj gruntu qc (MPa) Współczynnik β Maksymalna wartość qsmax (MPa) Współczynnik kb
Gliny, iły, pyły od 1 do 3 - 0,015

0,55

>3 75 0,08 0,55
Piaski i żwiry >=1 150 0,12 0,5

Uwaga! Dla qc(z) < 1MPa należy pominąć nośność pobocznicy.

Nośność graniczna pala oszacowana metodą LCPC
(obliczenia przeprowadzono przy użyciu skryptu w programie MathCad – Fascicule62.xmcd)

 

Poziom gruntów nośnych - na poziomie terenu
Rodzaj pala - prefabrykowany żelbetowy wbijany
Przekrój pala przyjęto jako kwadratowy  - A = 400mm
Średnica zastępcza pala - D = 1.128 A = 0.451m
Długość prefabrykatu pala - LPP =14m
Długość zakotwienia/rozkucia - LZ=0.6m
Długość czynna pala - LC=13.4m
Obwód pala - Op=1.6m
Powierzchnia pobocznicy pala - As=21.44m2.
Powierzchnia podstawy pala - Ab=0.16m2
Spód zwieńczenia znajduje się na rzędnej - 1.28m ppt.
Podstawa pala znajduje się - 14.68m ppt.
Współczynnik nośności podstawy dla piasków ma wartość - KB(z)=0.5
Wartość - a=0.5m
Wartość - b=0.451m
Zastępczy opór stożka sondy CPT na poziomie podstawy pala - qce(z)=16.2MPa
Opór graniczny pod podstawą pala - qb(z) = qce(z) • kb(z) = 8.1MPa
Nośność graniczna podstawy pala - Rcsm = 1293kN
Nośność graniczna pobocznicy - Rcsm = 965kN
Nośność graniczna pala - Rcsm = 2258kN

Alt

Rys. 1. Metoda LCPC – określanie zastępczego oporu sondy CPT pod podstawą pala wg Fascicule (2004)

Alt
Alt
Alt

Rys. 4. Rozkład oporów jednostkowych na pobocznicy w zależności od głębokości


Analiza nośności pala wg PN-EN 1997-1 (Eurokod 7)
Oszacowaną metodą LCPC nośność graniczną poddano analizie bezpieczeństwa zgodnie z wymaganiami PN-EN 1997-1 odpowiednimi dla przyjętego w załączniku krajowym podejścia projektowego 2 oraz metody projektowania opartej na wynikach badań gruntu (obliczeniach).
Nośność charakterystyczna pala wg PN-EN 1997-1 jest równa:

Rck=minRm,avgcξ3,Rm,mincξ4
W analizowanym przypadku jako podstawę projektowania przyjęto jeden profil gruntowy, tak więc współczynniki korelacyjne są wg PN-EN 1997-1 równe
ξ=ξ3=ξ4=1.4 a średnia i minimalna nośność graniczna jest równa Rm,avgc=Rm,minc=Rmc=258kN
Dodatkowo przyjęto redukcję wartości współczynnika korelacyjnego ξ/1.1 ze względu na sztywne zwieńczenie (nadbudowę) fundamentu palowego umożliwiającą redystrybucję obciążeń z pali o mniejszej nośności na pale o większej nośności, zatem ξ=1.41.1=1.27
Nośność charakterystyczna jest zatem równa: Rck=Rmc1.27=1778kN
Nośność obliczeniowa pala: Rcd=Rckγc=1778kN
Dla pala wciskanego γc=1.1 zatem ostatecznie przyjęto nośność obliczeniową pojedynczego pala jako równą: Rcd=Rck1.1=Rmc1.27×1.1=Rmc1.4=1613kN

 

Weryfikacja projektu (obliczeń) wynikami badań nośności pali

W ramach wymaganej przez PN-EN 1997-1 (Eurokod 7) weryfikacji metody projektowania przewidziano wykonanie próbnego obciążenia metodą dynamiczną przy dużych odkształceniach. Wyniki badań poddano analizie metodą CASE (bez dopasowania sygnału) oraz metodą CAPWAP (z dopasowaniem sygnału). Jako wymagane przez PN-EN 1997-1 badanie kalibrujące dla badania dynamicznego wykorzystano badanie statyczne wykonane na palu prefabrykowanym w podobnych warunkach gruntowych (doświadczenie porównywalne). Energia młota w trakcie badania powinna umożliwiać określenie nośności granicznej o wartości ok.Rcm = 2258kN.
Wyniki przeprowadzonych badań przedstawiono na kolejnych rysunkach 5 (CASE) i 6 (CAPWAP) oraz w tablicy 4 (CAPWAP). Wyniki podsumowano w tablicy 5.

Analiza wyników badań nośności pali i weryfikacja projektu palowania

Alt

Rys. 5. Wynik badania nośności pala opracowany metodą CASE (bez dopasowania sygnału)

Alt

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

Alt

Tablica 4. Wyniki analizy CAPWAP

Ważniejsze informacje zawarte w tablicy 4:
1. nośność graniczna pala wg CAPWAP
2. nośność graniczna pobocznicy pala
3. nośność graniczna podstawy pala
4. numer wydzielonej warstwy gruntu
5. odległość od czujników pomiarowych
6. odległość od powierzchni terenu
7. opór graniczny pobocznicy w warstwie
8. siła w palu
9. suma narastająca oporów granicznych na długości pobocznicy pala
10. opór na pobocznicy na jednostkę długości pala
11. opór na pobocznicy na jednostkę powierzchni
12. przemieszczenie towarzyszące osiągnięciu nośności granicznej
13. średni opór na pobocznicy w pojedynczej warstwie
14. opór podstawy
15. średni opór na jednostkę długości pobocznicy pala
16. średni opór na jednostkę powierzchni pobocznicy pala
17. opór jednostkowy pod podstawą pala
18. średnia wartość przemieszczenia pobocznicy pala towarzysząca osiągnieciu nośności granicznej pobocznicy
19. maksymalne przemieszczenie podstawy pala towarzyszące osiągnieciu nośności granicznej podstawy
20. maksymalne pomierzone przemieszczenie wierzchu pala w trakcie badania

  Całkowita [kN] Podstawowy [kN] Poboczny [kN]
Nośność graniczna oblicznona 2258 1293 956
100% 100% 100%
Nośność graniczna pomierzona CASE 2134 b.d. b.d.
-5.5% - -
Nośność graniczna pomierzona CAPWAP 2139 1100 1039
-5.3% -14.9% +8.7%

Tabela 5. Podsumowanie wyników obliczeń i badań

 

Wnioski końcowe

1. Całkowita nośność pomierzona i obliczona różnią się o ok. 6% (tablica 5). Przy tak dobrej zbieżności
wyników obliczeń i badań nośności pali można przyjąć, że obliczenia zostały pozytywnie zweryfikowane
badaniami.
2. Nośność obliczeniowa wbijanego pala prefabrykowanego żelbetowego o przekroju 400x400mm i długości
całkowitej 14m i czynnej 13.4m ze zwieńczeniem na poziomie 1.28m ppt. wynosi 1613kN.
3. SFRESISTANCE=2258kN/1613kN=1.4. SFLOAD=min. 1.35. SFTOTAL=1.4⋅1.35≅min. 1.9 dla zwieńczenia
sztywnego lub 1.9⋅1.1≅min. 2.1 dla zwieńczenia wiotkiego, bez redystrybucji obciążeń między palami.
Osiągnięty poziom bezpieczeństwa uznano za zadawalający.

Poniżej plik pdf z treścią:

Zostaw komentarz

SZUKAJ

BAZA WIEDZY

BĄDŹ NA BIEŻĄCO

Zapisz się do naszego newslettera, zdobywaj wiedzę i umiejętności

TAGI