Katedra Geotechniki i Budownictwa Drogowego

Transkrypt

1 Katedra Geotechniki i Budownictwa Drogowego WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Fundamentowanie Wykład 3: Podstawy projektowania geotechnicznego. Rozpoznanie geotechniczne. dr inż. Ireneusz Dyka pok [ul. Heweliusza 4] i.dyka@uwm.edu.pl

2 Fundament jest to ta część obiektu budowlanego (budynek, budowla, obiekt małej architektury), której głównym zadaniem jest bezpieczne przekazanie wszystkich obciążeń (oddziaływań) z budowli na podłoże gruntowe. podłoże gruntowe ta część litosfery (zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej), w której wskutek wzniesienia budowli powstają mierzalne zmiany stanu naprężenia i odkształcenia w stosunku do naturalnego, istniejącego przed przystąpieniem do realizacji danego obiektu. w sposób bezpieczny tzn. tak, aby stateczność posadawianej budowli była zachowana, jej przemieszczenia były równomierne i nie przekraczały wartości dopuszczalnych, a stan naprężenia i odkształcenia w gruncie nie osiągnęły jeszcze stanu granicznego.

3 Normy projektowania geotechnicznego: Eurokody EN :2004 Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne. Cz. 1: Zasady ogólne EN :2003 Cz.2: Rozpoznanie podłoża i badania gruntu Ponad 30 norm badań gruntów: ISO i EN-ISO oraz specyfikacje TC 341 Grupa 13 norm EN Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych Normy wyrobów budowlanych

4 Eurokod podkreśla, że: prawidłowo opracowane parametry geotechniczne i kontrola jakości wykonania robót na budowie ma większe znaczenie dla spełnienia podstawowych wymagań projektu niż dokładno adność modeli obliczeniowych i wartości współczynników częściowych

5 Wszystkie fundamenty obiektu budowlanego (zespół fundamentów i konstrukcji geotechnicznych) stanowią: posadowienie obiektu budowlanego Czynniki decydujące o wyborze najbardziej odpowiedniego sposobu posadowienia projektowanego obiektu budowlanego: rodzaj obiektu budowlanego, jego przeznaczenie oraz wielkości i charakter obciążenia; warunki gruntowo-wodne (geotechniczne); warunki techniczno-ekonomiczne; ukształtowanie terenu; otoczenie i lokalizacja obiektu w terenie.

6 GEOTECHNICZNA OCENA WARUNKÓW jest to: POSADOWIENIA BUDOWLI integralna część projektu budowlanego służąca do właściwego i bezpiecznego zaprojektowania obiektu na podstawie rozpoznania podłoża KATEGORIA GEOTECHNICZNA: kategoria zagrożenia bezpieczeństwa obiektu wynikająca ze stopnia skomplikowania projektowanej konstrukcji, jej fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych, mająca wpływ na zaprogramowanie rodzaju i zakresu badań geotechnicznych, obliczeń projektowych i kontroli konstrukcji

7 Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 24 września 1998 r. na podstawie art. 34 ust. 6 pkt 2 ustawy z 7 lipca 1994 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych (Dz. U. Nr 126/1998, poz. 839) Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych (Dz. U. RP z 27 kwietnia 2012 r., poz. 463)

8 Zakres badań geotechnicznych gruntu ustala się w zależności od kategorii geotechnicznej obiektu budowlanego Program badań geotechnicznych opracowanie określające przeznaczenie i cel badań, kategorię geotechniczną obiektu, zakres i sposób wykonania badań, rodzaj i zakres dokumentacji, granice terenu badań oraz przedsięwzięcia konieczne ze względu na ochronę obiektów sąsiednich i ochronę środowiska Dokumentacja geotechniczna dokumentacja powstała na podstawie zespołu czynności badawczych, wykonywanych w celu określenia rodzaju, właściwości, cech wytrzymałościowych i odkształcalności gruntów, ich zmienności, poziomu wody gruntowej oraz stateczności wykopów i nasypów PN-B-02479: 1998 Geotechnika. Dokumentowanie geotechniczne. Zasady ogólne.

9

10

11

12 Program powinien określać zadania i podawać sposoby ich rozwiązania oraz zawierać specyfikację badań terenowych i laboratoryjnych. Podstawę programu badań stanowią: założenia inwestycyjne, plan sytuacyjno-wysokościowy (w skali co najmniej 1:1 000) z lokalizacją projektowanych budowli i informacjami o uzbrojeniu terenu, archiwalne informacje o terenie, wiercenia, mapy geologiczne, literatura dotycząca terenu i jego podłoża, także w strefie możliwego oddziaływania obiektu. Program badań podłoża powinien zakładać taki zakres badań, aby wyjaśnić istotne problemy geotechniczne wynikające z wymagań projektu. W ramach tych badań należy: sprecyzować problemy, które mają być rozwiązane, oraz określić zmiany w podłożu, jakie mogą wywołać przewidywane prace budowlane, ustalić adekwatny do potrzeb zakres badań, opracować część tekstową i graficzną programu.

13 Badania kategorii II - zakres badań terenowych Liczba podstawowych punktów obserwacyjnych i ich usytuowanie w terenie powinny umożliwić wydzielenie warstw geotechnicznych z dokładnością odpowiadającą wymaganiom obliczeń projektowych. Przyjmuje się następujące wymagania minimalne: najmniejsza dopuszczalna liczba punktów obserwacyjnych dla jednej budowli wynosi cztery w tym co najmniej jeden otwór wiertniczy; jeżeli istnieje możliwość wykorzystania archiwalnych otworów wiertniczych, wykonywanie otworu nie jest konieczne. dla obiektów liniowych rozstaw punktów obserwacyjnych nie powinien przekraczać 100 m w przypadku prostych oraz 50 m - w przypadku złożonych warunków gruntowych. dla obiektów o zwartym obrysie w planie odległość między punktami obserwacyjnymi nie powinna być większa niż 40 m - w przypadku prostych oraz większa niż 20 m - w przypadku złożonych warunków gruntowych, w razie potrzeby dla uściślenia warunków geotechnicznych należy zwiększyć liczbę punktów badawczych. jeżeli podczas badań stwierdzone zostanie występowanie gruntów słabych, mogących wpływać w istotny sposób na wartości osiadań i nośności podłoża, liczbę punktów badawczych należy zwiększyć tak, aby można było jednoznacznie ustalić rozciągłość i miąższość warstw geotechnicznych obejmujących te grunty. w przypadku lokalizacji projektowanych budowli w bezpośrednim sąsiedztwie budowli istniejących, należy - szczególnie gdy brak dokumentacji tych budowli - wykonać odkrywki istniejących fundamentów w celu określenia ich stanu, rodzaju, wymiarów i głębokości posadowienia, po czym należy zbadać możliwość wzajemnego niekorzystnego oddziaływania nowych i starych budowli. w trakcie prowadzenia prac polowych należy prowadzić obserwację zwierciadła wód gruntowych w dostępnych miejscach i otworach.

14 Badania kategorii II - zakres badań terenowych Wiercenia i sondowania powinny obejmować strefę podłoża, w której właściwości gruntów mają istotny wpływ na projektowanie, wykonywanie i eksploatację budowli. Jako zasadę przyjmuje się następujące minimalne głębokości badań: dla stóp i ław fundamentowych - od 1 do 3 szerokości fundamentu poniżej przewidywanego poziomu posadowienia, lecz nie mniej niż 5 m, dla fundamentów płytowych - szerokość płyty poniżej przewidywanego poziomu posadowienia, dla fundamentów palowych - zazwyczaj 5-krotna średnica pala i nie mniej niż 3 m poniżej jego podstawy i każdorazowo głębokość zapewniająca bezpieczeństwo posadowienia, w obszarach występowania gruntów antropogenicznych głębokość zależy od ich miąższości, ściśliwości i strefy oddziaływania budowli. W każdym przypadku należy ustalić miąższość nasypów.

15 Dokładność i rzetelność dokumentacji geotechnicznej, która stanowi podstawę projektowania fundamentów, uzależniona jest między innymi od prawidłowego podziału podłoża na warstwy oraz przypisania dla niego odpowiednich parametrów geotechnicznych. Eurokod 7 nie podaje ścisłych procedur dotyczących określania parametrów geotechnicznych. Geotechnik wybiera je bezpośrednio do zadania zależnie od kategorii geotechnicznej, metody obliczeń i modelu opisującego współpracę konstrukcji z podłożem gruntowym oraz rodzaju fundamentu.

16 Badania geotechniczne: roboty terenowe badania laboratoryjne.

17 Badania terenowe,, zwane również polowymi, przeprowadza się w celu: poznania istniejącej budowy geologicznej, warunków hydrogeologicznych i geotechnicznych, wskazania najbardziej odpowiedniego terenu dla posadowienia projektowanego obiektu.

18 Badania terenowe: otwory badawcze wiercenia ręczne i mechaniczne, małośrednicowe sondowania próbnikami przelotowymi, dynamiczne i statyczne, sondowania badania presjometryczne i dylatometryczne, badania georadarowe i elektrooporowe, badania geofizyczne, badania dynamiczne gruntów, odkrywki fundamentów, badania wodoprzepuszczalności gruntów i konstrukcji ziemnych, badania wód gruntowych i ich oddziaływania na konstrukcję, badania na poletkach doświadczalnych.

19 Badania geotechniczne

20 Wizja lokalna: wstępna interpretacja zdjęć lotniczych, zapoznanie się z rzeźbą i morfologią terenu, ustalenie poprawności wykonania map geodezyjnych z faktyczną morfologią terenu, określenie przebiegu i rozmiaru osuwisk, krasów, erozji, sufozji i innych zjawisk geodynamicznych, rejestracja obecności wód powierzchniowych lub powodziowych w dolinach, ustalenie głębokości wody gruntowej i maksymalnego jej stanu oraz zwierciadła wody w studniach gospodarczych, ustalenie rodzaju, rozmiaru i przyczyn ewentualnych uszkodzeń, rodzaju konstrukcji i jego posadowienia, sprawdzenie, czy teren podlega ochronie prawnej, ustalenie występowania linii energetycznych, rurociągów i innych obiektów podziemnych, sprawdzenie wpływu budowli na środowisko naturalne.

21 Badania geotechniczne terenowe (polowe)

30 Badania z zastosowaniem sond: Sonda DPL Sonda SPT Sonda wkręcana WST

31 Sonda FVT Dylatometr płaski DMT Dylatometr cylindryczny FDT Presjometr Menard a

32 Dylatometr płaski DMT Presjometr Menard a

33 Sonda CPT Rodzaje stożków

34 Jedną z metod mającą coraz większe znaczenie w geotechnicznej praktyce inżynierskiej jest badanie statyczne sondą stożkową wciskaną CPT i CPTU

35 Sonda statyczna SCPTU Katedra Geotechniki i Budownictwa Drogowego

36 Elementy sondy CPT(U): elektryczna stożkowa końcówka penetrometru hydrauliczny system wciskający z żerdziami pomiarowymi okablowanie i urządzenie przekazujące dane rejestrator głębokości jednostka pobierająca dane

37 Podstawowe parametry pomiarowe sondą statyczną: opór na stożku końcówki q c tarcie na pobocznicy końcówki f s ciśnienie wody w porach u

38

39 badanie płytą dynamiczną badanie lekką sondą dynamiczną badanie testerem Clegg a

40 Lekki ugięciomierz dynamiczny Lekki ugięciomierz dynamiczny stosuje się w budowlach ziemnych i drogowych w celu szybkiego oznaczania dynamicznego modułu odkształcenia podłoża (E D ), a także nośności i zagęszczenia gruntów, wbudowywanych warstw nośnych i podsypek oraz gruntów wzmocnionych.

41 Badania lekką płytą dynamiczną można przeprowadzać na gruntach niespoistych różnoziarnistych i gruboziarnistych, jak również gruntach spoistych w stanach twardoplastycznym do zwartego.

42 Płyty obciążona statycznie (VSS) Aparat płytowy VSS ma w Polsce ponad 40-letnią tradycję w zastosowaniu do badań nośności podłoża oraz warstw nawierzchni. Pomysł aparatu został opracowany w Szwajcarii.

43 Rodzaje VSS Jednoczujnikowa płyta VSS Aparat VSS trójpunktowy

44 Głębokość posadowienia - zagłębienie podstawy fundamentu mierzone od powierzchni terenu (projektowanego) znajdującego się obok ściany fundamentowej Czynniki, od których zależy głębokość posadowienia fundamentu: wymagania eksploatacyjne, osiągnięcie odpowiednio nośnego podłoża, poziom zwierciadła wody gruntowej w podłożu oraz trudności, jakie mogą się pojawić, jeśli wykop trzeba będzie wykonać poniżej zwierciadła wody, głębokość, powyżej której mogą nastąpić uszkodzenia spowodowane przemarzaniem gruntu, głębokość, powyżej której pęcznienie i skurcz gruntów spoistych, wynikający z sezonowych zmian pogody oraz wpływu drzew i krzewów może spowodować znaczące przemieszczenia, wysokie i niskie temperatury wywołane przez projektowany obiekt np. ciepłociąg posadowiony na iłach (brak w B-03020), wpływ wykopu na sąsiednie fundamenty i konstrukcje oraz instalacje podziemne (B wskazywała tylko na konieczność uwzględnienia), wpływ przewidywanych wykopów na sieci podziemne, możliwość rozmycia gruntu wskutek przepływu wody, obecność w gruncie materiałów rozpuszczalnych (brak w B-03020).

45 Głębokość posadowienia

46 Głębokość posadowienia, obecność gruntów ekspansywnych

47 Głębokość posadowienia, obecność gruntów ekspansywnych

48 Głębokość posadowienia - zagłębienie podstawy fundamentu mierzone od powierzchni terenu (projektowanego) znajdującego się obok ściany fundamentowej Czynniki, od których zależy głębokość posadowienia fundamentu: wymagania eksploatacyjne, osiągnięcie odpowiednio nośnego podłoża, poziom zwierciadła wody gruntowej w podłożu oraz trudności, jakie mogą się pojawić, jeśli wykop trzeba będzie wykonać poniżej zwierciadła wody, głębokość, powyżej której mogą nastąpić uszkodzenia spowodowane przemarzaniem gruntu, głębokość, powyżej której pęcznienie i skurcz gruntów spoistych, wynikający z sezonowych zmian pogody oraz wpływu drzew i krzewów może spowodować znaczące przemieszczenia, wysokie i niskie temperatury wywołane przez projektowany obiekt np. ciepłociąg posadowiony na iłach (brak w B-03020), wpływ wykopu na sąsiednie fundamenty i konstrukcje oraz instalacje podziemne (B wskazywała tylko na konieczność uwzględnienia), wpływ przewidywanych wykopów na sieci podziemne, możliwość rozmycia gruntu wskutek przepływu wody, obecność w gruncie materiałów rozpuszczalnych (brak w B-03020).

49 Głębokość posadowienia, obecność pobliskich fundamentów, wykopów, itp. Grunt niespoisty α ϕ Grunt spoisty tgα tgϕ + c/q q średni nacisk pod fundamentem na grunt