Program PaleCPT pakietu ForGeo (www.forgeo.pl) umożliwia przeprowadzenie analizy geotechnicznej pali fundamentowych na podstawie sondowań statycznych CPT. Program jest powszechnie używany do wyznaczenia nośności i osiadania pali fundamentowych. Obliczenia przeprowadzane są jednocześnie dwiema metodami europejskimi (metodą niemiecką EAP – Recommendation on Piling oraz metodą francuską LCPT – M. Bustamante i L. Gianeeselli, Pile bearing capacity prediction by means of static penetrometer CPT). Poniżej omówiono przykładową procedurę oszacowania nośności i osiadania pojedynczego pala prefabrykowanego wbitego w podłoże uwarstwione przy użyciu programu PaleCPT. Wykres sondowania CPT Wykresy sondowań statycznych CPT dostępne są zazwyczaj w formie graficznej (najczęściej pliki PDF), jako część dokumentacji geotechnicznej. Do odczytu wartości liczbowych z wykresu sondowania służy program ScanCPT pakietu ForGeo, który automatycznie odczytuje wartości oporu stożka sondy qc i zapisuje do Excela. Dodatkowo wyznaczana jest także wytrzymałość gruntu spoistego na ścinanie cu zgodnie z normą PN-B-04452:2002 Geotechnika – Badania polowe. Działanie programu przedstawiono na krótkim filmie dostępnym na YouTube.

W zakładce Dane w polu:

 

Tytuł obliczeń – wpisać opis fundamentu widoczny na wydrukach;

Do tabeli Parametry podłoża gruntowego należy wczytać dane z sondowania CPT.
Naciśnij przycisk [ 1 ] i otwórz dane (qc i su) odczytane automatycznie z wykresu sondowania programem ScanCPT. Istnieje także możliwość manualnego odczytu danych (qc i su) z wykresu sondowania za pomocą modułu wbudowanego w program PaleCPT.
Otwarcie modułu następuje po naciśnięciu przycisku [ 2 ] (wówczas odczyt manualny realizowany jest poprzez wskazanie charakterystycznych punktów na wykresie sondowania).

Tabela parametrów gruntu składa się z następujących kolumn:

1. Z: rzędna w metrach pod poziomem terenu;

2. qc: opór stożka sondy w MPa na danej głębokości;

3. cu (su): wytrzymałość na ścinanie gruntu spoistego w kPa na danej głębokości (domyślnie parametr wyznaczany wg PN-B-04452:2002 Geotechnika – Badania polowe);

4. Rodzaj gruntu: grunt spoisty lub niespoisty.

Pozostałe parametry podłoża gruntowego:

Woda gruntowa – poziom względny wody gruntowej w metrach poniżej poziomu terenu, np. 2,00m p.p.t.

Grunt nienośny – w przypadku występowania gruntu nienośnego (np. świeżego nasypu) należy określić rzędne (od … do). Grunt nienośny nie jest uwzględniany w obliczeniach nośności pala – w omawianym przykładzie brak takiej warstwy.

Tarcie negatywne gruntu – w przypadku występowania tarcia negatywnego należy określić rzędne (od … do) – w omawianym przykładzie brak takiej warstwy.

Po uzupełnieniu zakładki Dane należy przejść do kolejnej zakładki Wykres.

Zakładka Wykres zawiera podgląd graficzny danych odczytanych z sondowania CPT. Podgląd graficzny umożliwia weryfikację danych gruntowych wczytanych do programu. Następnie przechodzimy do kolejnej zakładki Obliczenia.

Należy określić parametry gruntu i pala:

Parametry pala:

a. Rodzaj pala: należy określić rodzaj pala oraz technologię wykonania – np. wbijany żelbetowy prefabrykowany;

b. Szerokość boku pala: należy określić wymiar przekroju poprzecznego pala – np. 0,40m;

c. Długość pala w zwieńczeniu: w omawianym przykładzie należy określić długość prefabrykatu, która po rozkuciu głowicy będzie stanowić długość zakotwienia w zwieńczeniu (fundamencie) – np. 0,6m;

d. Rzędna spodu zwieńczenia: należy podać rzędną spodu zwieńczenia (np. podpory mostowej) w metrach pod poziomem terenu – np. 1,50m.

Grunty słabe:

Zaleca się pominięcie w obliczeniach nośności tzw. gruntów słabych. Definicja gruntów słabych dla obu metod obliczeniowych wyświetlana jest po naciśnięciu przycisku oznaczonego znakiem zapytania „ ? ”

Opory gruntu wg EAP:

Oddzielnie dla gruntów spoistych i niespoistych należy określić współczynniki z zakresu 0 ÷ 1 definiujące wartość oporów gruntu na pobocznicy i pod podstawą pala wg metody EAP – np. 0. Współczynnik 0 odpowiada wartości minimalnej oporów gruntu natomiast współczynnik 1 wartości maksymalnej określonej w metodzie EAP

Poniżej znajdują się współczynniki obciążeń wykorzystywane w obliczeniach osiadania pala. Współczynniki dla obciążeń stałych i zmiennych przyjmowane są domyślnie wg EC7, DIN1054:

a. Częściowy współczynnik dla obciążeń stałych γ G – wartość domyślna 1,35;

b. Częściowy współczynnik dla obciążeń zmiennych γ Q – wartość domyślna 1,50;

Całkowity współczynnik obciążeń wyznaczany jest na podstawie stosunku obciążeń zmiennych do obciążeń całkowitych:

c. Stosunek obciążeń zmiennych do obciążeń całkowitych Q/(G+Q) – np. 0,50;

d. Całkowity współczynnik obciążeń γ (G,Q) (wartość wyznaczana automatycznie na podstawie γ G, γ Q oraz Q/(G+Q) – w omawianym przykładzie 1,42.

Współczynniki nośności obejmują wartości domyślne dla obu metod obliczeniowych (EAP i LCPC):

a. Współczynnik nośności dla podstawy pala γ b

b. Współczynnik nośności dla pobocznicy pala γ s

c. Współczynnik nośności pala wyciąganego γ t

Po uzupełnieniu danych w zakładacie Obliczenia należy nacisnąć przycisk "Wykonaj obliczenia nośności".

Program automatycznie przejdzie do zakładki Nośność.

W tablicach, oddzielnie dla obu metod obliczeniowych, prezentowane są wyniki nośności pala:

Z – zagłębienie stopy pala w metrach poniżej poziomu terenu;

Lc – długość całkowita pala w metrach (w omawiany przykładzie to całkowita długość prefabrykatu);

Lg – długość czynna pala w metrach – długość poniżej spodu zwieńczenia (w omawianym przykładzie jest to długość całkowita prefabrykatu pomniejszona o odcinek zagłębiony w podporze mostowej określany w zakładce Dane);

Rb(d) – nośność obliczeniowa stopy pala o danej długości w kN;

Rs(d) – nośność obliczeniowa pobocznicy pala o danej długości w kN;

T(d) – obliczeniowe tarcie negatywne gruntu w kN dla pala o danej długości (jeżeli zdefiniowano w zakładce Dane);

Rc(d) – nośność obliczeniowa na wciskanie dla pala o danej długości w kN;

Rt(d) – nośność obliczeniowa na wyciąganie dla pala o danej długości w kN;

W omawianym przykładzie pal o długości całkowitej Lc=14,0m i długości czynnej Lg=13,40m ma według metody EAP nośność obliczeniową na wciskanie równą Rc(d)=1592 kN i jednocześnie nośność obliczeniową na wyciąganie równą Rt(d)=452 kN.

Z kolei według metody LCPC pal o tej samej długości Lc=14,0m ma nośność obliczeniową na wciskanie równą Rc(d)=1415 kN i jednocześnie nośność obliczeniową na wyciąganie równą Rt(d)=591 kN.

Opcje poniżej służą do definiowania zakresu i sposobu prezentacji wyników obliczeń:

Prezentowane metody wyników nośności:

  • Min i max EAP – wybór opcji powoduje wyświetlenie na wykresie minimalnych i maksymalnych wartości nośności pala określonych w metodzie EAP (opcja domyślnie nie jest aktywna);
  • EAP – wybór opcji powoduje wyświetlenie na wykresie rozkładu nośności pala wg metody EAP (opcja domyślnie jest aktywna);
  • LCPC – wybór opcji powoduje wyświetlenie na wykresie rozkładu nośności pala wg metody LCPC (opcja domyślnie jest aktywna).

Prezentowana konfiguracja ustawień spowoduje wyświetlenie rozkładu nośności pala jednocześnie dla metody EAP i LCPC.

Metoda wskazana na wykresie nośności – opcja powoduje wskazanie na wykresie wartości nośności pala wg wybranej metody – w omawianym przykładzie EAP.

Po prawej stronie od zakładki Nośność widoczna jest zakładka Pal wciskany, a w oknie Rozkład nośności na wciskanie wyświetlany jest rozkład przyrostu nośności pala wciskanego w zależności od zagłębienia pala w gruncie. Zgodnie z ustawianiami zakresu wyników na wykresie prezentowany jest jednocześnie rozkład nośności dla obu metod (EAP – wykres niebieski oraz LCPC – wykres zielony). Wartości wskazane graficznie na wykresie oraz wartości liczbowe wyświetlone pod wykresem odnoszą się natomiast do aktualnie wybranej metody obliczeniowej – w niniejszym przykładzie metody EAP.

Po zaznaczeniu wybranej długości pala w Tabeli wyników w oknie Pal wciskany wyświetlany jest wykres dla pala o aktualnie wybranej długości. Poniżej wykresu podawane są informacje o długości całkowitej pala, nośności całkowitej, nośności stopy i pobocznicy oraz przyjętej wartości tarcia negatywnego dla wskazanej w przykładzie metody EAP.

Po przełączeniu po prawej stronie zakładki Pal wciskany na Pal wyciągany, analogiczne informacje w formie wykresu prezentowane są dla pala pracującego na wyciąganie.

Po przełączeniu po lewej stornie na ostatnią zakładkę Osiadanie prezentowane są wyniki osiadania pala wyznaczane jest zgodnie z metodą EAP.

W zależności od wybranej opcji wyniki osiadania pala dotyczą fazy testów (próbnego obciążenia pala) lub fazy docelowej (eksploatacji fundamentu palowego):

  • Osiadanie pala podczas próbnego obciążenia – osiadanie pala obliczane jest wówczas bez uwzględnienia ewentualnego tarcia negatywnego gruntu. Przyjęto założenie, że wpływ ewentualnego tarcia negatywnego gruntu na osiadanie pala podczas próbnego obciążenia jest pomijany ponieważ tarcie negatywne gruntu może wystąpić dopiero w fazie eksploatacji.
  • Osiadanie pala podczas eksploatacji – osiadanie pala obliczane jest z uwzględnieniem ewentualnego tarcia negatywnego gruntu.
    W omawianym przykładzie w zakładce Dane nie zdefiniowano tarcia negatywnego gruntu, zatem wartości osiadania pala dla obu powyższych opcji (tj. podczas próbnego obciążania i podczas eksploatacji) są jednakowe.

W tablicy wyników zestawione są punkty charakterystyczne tworzące krzywą osiadania pala (tj. osiadanie dla obciążeń pośrednich oraz obciążenia granicznego):

Z – zagłębienie stopy pala w metrach poniżej poziomu terenu;

Lc – długość całkowita pala w metrach (w omawianym przykładzie jest to całkowita długość prefabrykatu);

Lg – długość czynna pala w metrach – długość poniżej spodu zwieńczenia (w omawianym przykładzie jest to długość całkowita prefabrykatu pomniejszona o odcinek zagłębiony w podporze mostowej określany w zakładce Dane);

Rsg(k) – nośność charakterystyczna pala w kN przy osiadaniu o wartości Ssg w mm;

Ssg – osiadanie pala w mm przy obciążeniu o wartości Rsg(k) w kN;

R0035(k) – nośność charakterystyczna pala w kN przy osiadaniu o wartości odpowiednio: dla pali wbijanych S0035 w mm natomiast dla pali wierconych S003 w mm;

S0035 – osiadanie pala w mm przy obciążeniu o wartości odpowiednio: dla pali wbijanych R0035(k) w kN natomiast dla pali wierconych R003(k) w kN;

R01(k) – nośność charakterystyczna pala w kN przy osiadaniu o wartości S01 w mm;

S01 – osiadanie pala w mm przy obciążeniu o wartości R01(k) w kN.

Pod tablicą prezentowane jest obciążenie charakterystyczne pala Q(k) i odpowiadające mu osiadanie

Wartość obciążenia charakterystycznego Q(k) określona została na podstawie współczynników obciążeń zdefiniowanych uprzednio w zakładce Obliczenia. Po zmianie wartości obciążenia charakterystycznego Q(k) wartość osiadania pala aktualizowana jest automatycznie i oznaczana graficznie na krzywej osiadania.

Podsumowanie:

W omówionym przykładzie przeanalizowano nośność na wciskanie i wyciąganie oraz osiadanie pala prefabrykowanego o przekroju 400x400mm, długości całkowitej Lc=14,0m i długości czynnej w gruncie Lg=13,4m pogrążonego w podłoże uwarstwione. Spód podpory mostowej zwieńczającej pale przyjęto na głębokości 1,50m pod poziomem terenu. Przewidziano rozkucie głowicy pala na odcinku 0,6m i zakotwienie zbrojenia w zwieńczeniu. Obliczenia wykonano na podstawie rzeczywistego wykresu sondowania CPT – tj. bez uśredniania oporu stożka sondy qc.

Obliczona wg metody EAP nośność geotechniczna żelbetowego pala prefabrykowanego wbijanego na wciskanie wynosi Rc(d)=1592kN, a na wyciąganie Rt(d)=452kN. Otrzymane wyniki nośności opowiadają minimalnej wartości oporów gruntu określonej w metodzie EAP.

Obliczona wg metody LCPC nośność geotechniczna żelbetowego pala prefabrykowanego wbijanego na wciskanie wynosi Rc(d)=1415kN, a na wyciąganie Rt(d)=591kN.

Wyznaczono także krzywą osiadania pala o długości całkowitej Lc=14,0m. Dla obciążenia charakterystycznego Q(k) o wartości 1121kN osiadanie pala wynosi 9,9mm.