Poradnik Inżyniera Nr 13 Aktualizacja: 09/2016 Analiza nośności ionowej ojedynczego ala Program: Plik owiązany: Pal Demo_manual_13.gi Celem niniejszego rzewodnika jest rzedstawienie wykorzystania rogramu GEO5 PAL do obliczania nośności ionowej ojedynczego ala w odniesieniu do konkretnego raktycznego roblemu. Sformułowanie roblemu Ogólne sformułowanie roblemu zostało rzedstawione w orzednim rozdziale (Przewodnik Inżyniera nr 12 Pale fundamentowe wrowadzenie). Obliczenia nośności ionowej ojedynczego ala owinny być rowadzone w zgodności z wymogami stawianymi rzez normę EN 1997-1 (odejście obliczeniowe nr 2). Składowe N 1, M y,1, H x, 1 obciążenia wyadkowego rzyłożone są do głowicy ala. Schemat ogólny zadania ojedynczy al Rozwiązanie Aby wykonać zadanie skorzystaj z rogramu Pal zawartego w akiecie GEO5. Przewodnik rzedstawia kolejne kroki rozwiązania tego rzykładu. 1
Niniejszy rzykład stanowi analizę nośności ojedynczego ala z wykorzystaniem różnych metod obliczeniowych (NAVFAC DM 7.2, metoda narężeń efektywnych oraz CSN 73 1002) ze zwróceniem szczególnej uwagi na arametry wejściowe mające wływ na ostateczne wyniki obliczeń. Wrowadzanie danych W ramce "Ustawienia" naciśnij rzycisk "Wybierz ustawienia" a nastęnie wybierz z listy dostęnych ustawień obliczeń numer 4 "Standardowe EN 1997 DA2". Nastęnie wybierz metodą obliczania nośności ionowej jako rozwiązanie analityczne. W naszym rzyadku obliczenia ala rzerowadzimy w warunkach z odływem. Okno dialogowe "Lista ustawień obliczeń" Do wstęnej analizy ala wykorzystamy metodę NAVFAC DM 7.2, która jest domyślna dla wybranego ustawienia obliczeń (atrz zrzut). Ramka "Ustawienia obliczeń" Nastęnie wrowadź rofil geotechniczny odłoża. Pomiń ramkę Moduł k h, gdyż w tym zadaniu nie analizujemy nośności oziomej ala. W naszym rzyadku nie ma znaczenia jaka wartość kąta dysersji zostanie zdefiniowana dla gruntów, gdyż nie ma ona wływu na wartość nośności ionowej ala. 2
Nastęnie wrowadź ozostałe arametry gruntów oraz rzyorządkuj grunty do rofilu. Metoda NAVFAC DM 7.2 wymaga określenia rodzaju gruntu, czy grunt danej warstwy jest soisty, czy też niesoisty. Wszystkie rzedstawione oniżej arametry mają wływ na wartość ooru wzdłuż obocznicy ala R s kn. Grunt (Klasyfikacja gruntu) Ciężar objętościowy kn 3 m Efektywny kąt tarcia wewnętrznego Efektywna sójność gruntu Wsółczynnik adhezji Wsółczynnik nośności ala ef c ef kpa SaFCl Ił iaszczysty, twardolastyczny FSa iasek drobny, średniozagęszczony 18.5 24.5 - / 50 0.60 0.30 17.5 29.5 0 / - - 0.45 Tabela z arametrami gruntu nośność ionowa ala (rozwiązanie analityczne) Dla ierwszej warstwy gruntu, soistej bez odływu wody z orów gruntu (grunt wysadzinowy, stan twardolastyczny), należy dodatkowo wrowadzić arametr sójności całkowitej gruntu (wytrzymałości na ścinanie w warunkach bez odływu) kpa c u oraz wsółczynnik adhezji. Wsółczynnik adhezji zależy od stanu gruntu, materiału ala oraz całkowitej sójności gruntu (więcej informacji w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). Dla drugiej warstwy gruntu, niesoistej (grunt niewysadzinowy, średniozagęszczony), należy dodatkowo określić kąt tarcia na obocznicy ala, który zależy od materiału ala. Nastęnie należy zdefiniować wartość wsółczynnika arcia bocznego K, którego wartość uzależniona jest od rodzaju obciążenia (rozciąganie ściskanie) oraz technologii wykonania ali (więcej informacji w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). Aby urościć obliczenia wybierzemy ocję wyznacz dla obydwu wsółczynników. 3
Okno dialogowe "Dodaj nowy grunt" Przejdź do ramki "Materiał" i wybierz materiał, z którego wykonany jest al fundamentowy 3 ciężar objętościowy ala rzyjmij jako 23.0 kn m. Nastęnie zdefiniujemy obciążenie działające na al. Wartość rojektowa (obliczeniowa) obciążenia wykorzystywana jest w obliczeniach nośności ionowej ala, natomiast wartość charakterystyczna obciążenia służy do obliczenia osiadania ala. 4
Okno dialogowe "Nowe obciążenie" Przejdź do ramki "Geometria" i wybierz kształt rzekroju ala jako kołowy a nastęnie wrowadź dane geometryczne długość oraz średnicę ala. Kolejnym krokiem będzie określenie technologii wykonania ali. Ramka "Geometria" Pomiń zakładkę ZWG + odłoże. Przejdź do ramki "Ustawienia fazy" i wybierz trwałą sytuację obliczeniową. Nastęnie rzejdź do obliczeń ala wybierając ramkę Nośność ionowa. 5
Analiza nośności ionowej ojedynczego ala metoda obliczeń NAVFAC DM 7.2 Pierwszym krokiem obliczeń jest wrowadzenie w ramce Nośność ionowa arametrów kn. Zacznij od zdefiniowania mających wływ na wartość nośności odstawy ala R b wsółczynnika głębokości krytycznej k determinującego obliczenia głębokości krytycznej, dc zależnego tylko od gęstości gruntu (więcej informacji w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). Przyjmij do obliczeń wsółczynnik o wartości k 1, 0. Kolejnym istotnym arametrem jest wsółczynnik nośności od kąta tarcia wewnętrznego gruntu ef dc N q, którego wartość jest zależna oraz technologii wykonania ala (więcej informacji w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). Przyjmij wsółczynnik o wartości N 10. 0. q ala Ramka Nośność ionowa obliczenia nośności według NAVFAC DM 7.2 Obliczeniowa nośność ionowa ala obciążonego osiowo R c kn jest sumą ooru obocznicy R s oraz ooru od odstawą ala R b. Aby warunek stanu granicznego nośności był sełniony wartość nośności musi być wyższa od wartości obciążenia obliczeniowego V d kn działającego na al. NAVFAC DM 7.2: R 2219.06 kn V 1450. kn SPEŁNIA WYMAGANIA c d 0 6
Analiza nośności ionowej ojedynczego ala metoda narężeń efektywnych Kolejną czynnością będzie owrót do etau definiowania ustawień i rzerowadzenie obliczeń nośności ojedynczego ala według innych metod obliczeniowych (metodą narężeń efektywnych oraz zgodnie z normą CSN 73 1002). W ramce Ustawienia naciśnij rzycisk Edytuj, a nastęnie rzejdź do zakładki Pale. Dla ocji ustawień Obliczenia w warunkach z odływem wybierz z listy rozwijalnej Narężenie efektywne. Pozostałe arametry wejściowe do obliczeń nie ulegają zmianie. Okno dialogowe "Edycja ustawień bieżącego zadania" Nastęnie rzejdź do ramki Grunty, w której należy zdefiniować dodatkowy, niezbędny dla tej metody obliczeniowej, wsółczynnik nośności ala mający bezośredni wływ na wartość ooru obocznicy ala R s kn. Wartość tego arametru uzależniona jest od kąta tarcia wewnętrznego gruntu oraz rodzaju gruntu (więcej informacji w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). ef 7
Okno dialogowe "Edycja arametrów gruntu" Pozostałe ramki nie wymagają wrowadzania żadnych zmian. Przejdź do ramki Nośność ionowa. Metoda narężeń efektywnych wymaga określenia wsółczynnika nośności który znacząco wływa na wartość nośności odstawy ala R b kn uzależniona jest od kąta tarcia wewnętrznego gruntu w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). ef N,. Wartość tego arametru oraz rodzaju gruntu (więcej informacji Wływ wartości wsółczynnika N na nośność odstawy ala rzedstawiono oniżej: dla N 10 (odstawa ala w gruncie soistym): R b 1542. 24 kn, dla N 30 (odstawa ala w gruncie iaszczystym): R b 4626. 71 kn, dla N 60 (odstawa ala w gruncie żwirowym): R b 9253. 42 kn. Dla analizowanego rzyadku rzyjmij wartość wsółczynnika nośności N 30 (odstawa ala w gruncie iaszczystym). Wartości referencyjne wsółczynnika rogramu naciśnij rzycisk F1. N można znaleźć w omocy do 8
Ramka Nośność ionowa obliczenia nośności metodą narężeń efektywnych MET. NAPR. EFEKTYWNYCH: R 6172.8 kn V 1450. kn SPEŁNIA WYMAGANIA c d 0 9
Analiza nośności ionowej ojedynczego ala metoda obliczeń wg normy CSN 73 1002 Przejdź do ramki Ustawienia i naciśnij rzycisk Edytuj a nastęnie rzejdź do zakładki Pale. Dla ocji ustawień Obliczenia w warunkach z odływem wybierz z listy rozwijalnej CSN 73 1002. Pozostałe arametry wejściowe do obliczeń nie ulegają zmianie. Okno dialogowe "Edycja ustawień bieżącego zadania" Uwaga: Stosowana rocedura obliczeniowa jest rzedstawiona w ublikacji Komentarz do normy CSN 73 1002 Fundamenty alowe (Rozdział 3: Projektowanie, część B rozwiązanie ogólne wg teorii 1. gruy stanów granicznych, str. 15). Wszystkie rocedury obliczeniowe oarto na wzorach odanych w tej ublikacji, z wyjątkiem wsółczynników obliczeniowych, których wartość zależy od rzyjętej metody obliczeniowej (więcej informacji w omocy rogramu naciśnij rzycisk F1). Nastęnie rzerowadź onowne obliczenia ala w ramce Nośność ionowa. Pozostaw wsółczynnik wływu technologii wykonania o wartości k 1, 0 (obliczenia nośności ionowej ala bez redukcji z uwagi na technologię wykonania ala). 10
Ramka Nośność ionowa obliczenia nośności według normy CSN 73 1002 CSN 73 1002: R 5776.18 kn V 1450. kn SPEŁNIA WYMAGANIA c d 0 Podsumowanie analizy nośności ionowej ojedynczego ala Całkowita wartość nośności ionowej ala danych wejściowych wykorzystywanych rzez te metody: R c zależy od rzyjętej metody obliczeniowej oraz NAVFAC DM 7.2: wsółczynnik adhezji, kąt tarcia na owierzchni ala 11, wsółczynnik arcia bocznego gruntu K, wsółczynnik głębokości krytycznej k, wsółczynnik nośności q N. EFFECTIVE STRESS: wsółczynnik nośności ala, wsółczynnik nośności N. dc
CSN 73 1002: efektywna sójność gruntu c ef kpa, efektywny kąt tarcia wewnętrznego. Wyniki obliczeń nośności ionowej ojedynczego ala w warunkach z odływem w zależności od zastosowanej metody obliczeniowej rzedstawiono w oniższej tabeli: ef EN 1997-1, DA2 (warunki z odływem) Metoda obliczeń Nośność obocznicy ala R s kn Nośność odstawy ala R b kn Nośność ionowa ala R c kn NAVFAC DM 7.2 676.82 1542.24 2219.06 MET. NAPRĘŻEŃ EFEKTYWNYCH 1546.09 4626.71 6172.80 CSN 73 1002 1712.58 4063.60 5776.18 Podsumowanie wyników nośność ionowa ojedynczego ala w warunkach z odływem Całkowita nośność ionowa ala obciążonego osiowo obliczeniowego R c jest wyższa od obciążenia V d działającego na al. Warunek stanu granicznego nośności ala jest sełniony, a zatem al jest orawnie zarojektowany. Wnioski Wyniki obliczeń nośności ionowej ojedynczego ala są różne, co jest skutkiem zastosowania różnych metod obliczeniowych wykorzystujących inne dane wejściowe. Projektowanie ali zależy rzede wszystkim od zastosowanej metody obliczeniowej oraz danych wejściowych oisujących grunt. Zadaniem rojektanta jest wybór charakterystycznej, referowanej dla danego regionu metody obliczeniowej (uwzględniającej secyfikę odłoża oraz otencjał technologiczny), dla której znane są wszystkie niezbędne arametry gruntowe uzyskane z badań geotechnicznych. Oczywistym błędem jest obliczanie ali rzy wykorzystaniu wszystkich dostęnych w rogramie metod i wybieranie najbardziej korzystnych lub niekorzystnych wyników. Autorzy akietu orogramowania GEO5 w rzyadku obszaru Czech i Słowacji zalecają obliczanie nośności ionowej ojedynczych ali z wykorzystaniem nastęujących metod: Obliczenia z uwzględnieniem douszczalnego osiadania ali na oziomie s lim 25 mm (rocedura obliczeniowa według Masousta oarta na rozwiązaniu równań krzywej regresji obciążenie osiadanie). Obliczenia zgodnie z rocedurą zawartą w normie CSN 73 1002. Procedura obliczeniowa jest identyczna jak w normie CSN, z wyjątkiem obciążeń oraz wsółczynników obliczeniowych 12
redukujących arametry gruntu oraz oór obocznicy i odstawy ala, które są zgodne z normą EN 1997-1, dzięki czemu metoda jest zgodna z EN 1997-1. 13