PROGRAM POSA2 (12.11) Autorzy programu: Zbigniew Marek Michniowski Dariusz Petyniak Program do obliczania posadowień bezpośrednich zgodnie z normą PN-81/B-03020. PRZEZNACZENIE I OPIS PROGRAMU Program POSA2 umożliwia obliczanie posadowień bezpośrednich metodą stanów granicznych zgodnie z normą PN-81/B-03020. Program umożliwia wyznaczanie: -oporu granicznego podłoża gruntowego, -osiadań pod fundamentem, -bryły naprężeń pod fundamentem, -osiadań średnich i przechylenia budowli. Dane i wyniki mogą być drukowane na drukarce w znormalizowanej formie (zgodnie z PN-69/B-03000). Dane do programu mogą być składowane w zbiorze użytkownika i pobierane z niego. Operowanie programem odbywa się przy pomocy zestawu rozkazów sterujących opisanych w podręczniku "Ogólne zasady operowania programami z pakietu MOST".
Program jest przeznaczony do użytku na komputerach typu IBM PC/XT/AT z systemem operacyjnym Windows XP/Vista/7, jak również na tabletach z systemem Android 4.x.x. METODA OBLICZEŃ Nośność podłoża gruntowego wyznacza się zgodnie ze wskazaniami normy PN-81/B-03020 oraz zgodnie z metodą zaproponowaną przez J. Madeja w Inżynierii i Budownictwie nr 6/77. W przypadku podłoży słabych, przy wyznaczaniu współczynników wpływu nachylenia obciążenia obliczany jest zastępczy kąt nachylenia obciążenia z uwzględnieniem spójności gruntu wg metody podanej przez E. Motaka na seminarium szkoleniowym "Posadowienia budowli na gruntach słabych" (Kraków 84.05.30). Naprężenia krytyczne wyznaczane są wg metody zaproponowanej przez N. N. Masłowa zamieszczonej w pracy Z. Wiłuna "Zarys geotechniki" (WKL, Warszawa 1982). DANE Dane do programu wprowadzane są w następujących grupach: P a r a m e t r y s t e r u j ą c e -nazwa projektu, -nazwa zbioru,z którego mają być pobrane dane do programu, -zakres obliczeń: -0 - nośność, -1 osiadanie fundament sztywny, -2 - naprężenia, -3 - osiadanie średnie i przechylenie, -4 - osiadanie średnie i przechylenie, -5 osiadanie fundament podatny, -6 - funkcjonalność przeniesiona do programu TETA. Zasadniczą różnicą między zakresem obliczeń 1 i 5 jest to, iż stosowane są różne współczynniki rozkładu naprężeń w środowisku: 1 - stosuje wzór (Z2-9) normy, jak dla fundamentów doskonale sztywnych, natomiast 5 stosuje wzór (Z2-8) normy, jak dla fundamentów podatnych. Zlikwidowano w obecnej wersji programu POSA2 zakres obliczeń oznaczony jako 6 i przesunięto obliczenia współczynników rozkładu naprężeń pod fundamentami prostokątnymi i kołowymi do osobnego programu TETA, udostępnianego bezpłatnie.
Program sprawdza czy dane pobierane ze zbioru były zapisane programem POSA1/POSA2. W przeciwnym wypadku wyprowadzany jest komunikat: "niepoprawny format danych w zbiorze". D a n e o g ó l n e -wymiar podłużny fundamentu (wzdłuż osi X), -wymiar poprzeczny fundamentu (wzdłuż osi Y), -współrzędna X środka fundamentu, -współrzędna Y środka fundamentu, -minimalna głębokość posadowienia, -rzędna zwierciadła wody gruntowej, -liczba warstw powyżej poziomu posadowienia, -liczba warstw poniżej poziomu posadowienia, -liczba pionowych obciążeń na fundamencie (przy liczeniu nośności i naprężeń) lub liczba obciążeń w okolicy fundamentu (przy liczeniu osiadań), -metoda oznaczania parametrów geotechnicznych (A lub B), -składniki współczynników kształtu fundamentu. Płaszczyzna wyznaczona przez osie XY zlokalizowana jest w poziomie posadowienia, oś Z skierowana jest do dołu. Wymiar fundamentu w kierunku osi X musi być większy lub równy wymiarowi w kierunku Y. Składniki współczynników kształtu fundamentu podaje się tylko, gdy są różne od normowych (np. wzor Z1-2 normy). Jeśli podano, że parametry geotechniczne gruntu oznaczone są metodą B, wówczas współczynnik materiałowy przyjmowany będzie 0.9 lub 1.1, natomiast współczynnik korekcyjny 0.81. Przy oznaczaniu parametrów geotechnicznych metodą A współczynnik materiałowy przyjmowany jest 1, natomiast współczynnik korekcyjny 0.9. Oznacza to, że parametry geotechniczne powinny być przed wprowadzeniem ich do programu wymnożone przez współczynniki materiałowe (jeśli mają być wprowadzone wartości obliczeniowe parametrów). Warstwy poniżej poziomu posadowienia numerowane są od poziomu posadowienia w dół, natomiast warstwy powyżej poziomu posadowienia numerowane są od poziomu posadowienia w górę. Gdy zwierciadło wody gruntowej znajduje się powyżej poziomu posadowienia, wówczas rzędna zwierciadła jest ujemna.
Jeśli jako rzędną zwierciadła wody gruntowej przyjmie się wartość zerową, wówczas program automatycznie ustali rzędną zwierciadła wody gruntowej na poziomie spągu najniższej warstwy. Linie rozgraniczające warstwy geotechniczne muszą również przechodzić przez poziom posadowienia, przez poziom zwierciadła wody gruntowej oraz poziom(y) terenu. W przypadku braku wody gruntowej w przekroju należy podać rzędną jej zwierciadła na poziomie spągu najniższej warstwy lub przyjąć wartość równą zeru. D a n e o o b c i ą ż e n i a c h (nośność) -wartość siły działającej pionowo (zgodnie z osią Z) na fundament, -współrzędna X punktu przyłożenia siły pionowej, -współrzędna Y punktu przyłożenia siły pionowej, -wartość siły poziomej działającej zgodnie z osią X, -wartość siły poziomej działającej zgodnie z osią Y, -moment zginający obracający wokół osi X, -moment zginający obracający wokół osi Y. Dodatnie momenty powodują obrót wokół osi zgodnie wskazówek zegara. Dodatnie siły skierowane są pionowo w dół. ruchem Obciążenia muszą być sprowadzone do poziomu posadowienia. D a n e o o b c i ą ż e n i a c h (osiadanie) -intensywność obciążenia działającego na fundament, -wymiar fundamentu (obciążenia) w kierunku osi X, -wymiar fundamentu (obciążenia) w kierunku osi Y, -współrzędna X środka fundamentu (obciążenia), -współrzędna Y środka fundamentu (obciążenia). Pierwsze podawane obciążenie działa na fundament, pod którym wyznaczane jest osiadanie. Pozostałe obciążenia to obciążenia działające w okolicy fundamentu. Założono, że wymiary pierwszego obciążenia pokrywają się z wymiarami fundamentu podanymi w poprzedniej grupie danych.
Jeśli tak nie jest, wówczas wymiary fundamentu podane w poprzedniej grupie danych zostaną automatycznie zamienione na wymiary podane w tej grupie. Założono, że wszystkie obciążenia działają w poziomie posadowienia fundamentu, pod którym liczone jest osiadanie. Dodatnie obciążenia skierowane są do dołu. P a r a m e t r y g e o t e c h n i c z n e g r u n t u Dla warstw powyżej poziomu posadowienia podaje się: -grubość warstwy, -gęstość objętościowa gruntu (t/m3). Dla warstw poniżej poziomu posadowienia podaje się: -grubość warstwy, -gęstość objętościowa gruntu (t/m3), -kąt tarcia wewnętrznego (stopnie), -spójność. U z u p e ł n i e n i e p a r a m t r ó w g e o t e c h- n i c z n y c h g r u n t u (osiadania) -głębokość posadowienia, -czas budowy w latach (0 lub 1 rok), -edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej (Mo), -edometryczny moduł ściśliwości wtórnej (M), -spadek hydrauliczny (i), -kąt odchylenia kierunku przepływu wody (BETA), -procent osiadań jaki zajdzie do chwili zakończenia budowy (proc. osiad.). Dane do programu należy wprowadzać w jednostkach pochodnych od metrów i kilonewtonów. Kąty podaje się w stopniach. Gęstość objętościowa gruntu należy podawać w t/m3.
WYNIKI W wyniku obliczeń program wyznacza w zależności od zakresu obliczeń następujące grupy wyników: N o ś n o ś ć Dla wszystkich warstw położonych poniżej poziomu posadowienia wyprowadza się: -numer warstwy, -rzędna stropu warstwy, -wartość pionowej składowej obciążenia na poziomie stropu warstwy, -wartości pionowych składowych oporu granicznego podłoża na poziomie stropu warstwy, w kierunku krótszego boku (Y) i dłuższego boku (X), wymnożone przez współczynnik korekcyjny m (zależny od metody oznaczania parametrów geotechnicznych). Dla prostych przypadków posadowienia, gdy nie występują warunki wymienione w punkcie 3.3.6 b, c i d normy oraz gdy mimośród obciążenia spełnia warunek ex/l+ey/b<=0.035b, (ex i ey - składowe wypadkowego mimośrodu obciążenia, L i B wymiary fundamentu w kierunku X i Y) wówczas wyniki wyprowadzane są w następującym układzie: -numer warstwy, -rzędna stropu warstwy, -wartość pionowej składowej obciążenia na poziomie stropu warstwy, -średnie naprężenie na poziomie stropu warstwy, -jednostkowy opór graniczny podłoża na poziomie stropu warstwy, wymnożony przez współczynnik korekcyjny m, -wartości pionowych składowych oporu granicznego podłoża na poziomie stropu warstwy, w kierunku krótszego boku (Y) i dłuższego boku (X), wymnożone przez współczynnik korekcyjny m. Program wyznacza również jednostkowy opór graniczny wg sposobu zaproponowanego przez J. Madeja, o ile spełnione są podane przez autora warunki. Obliczony odpór graniczny nie
jest mnożony przez współczynnik korekcyjny. Wartość przyjętego współczynnika korekcyjnego jest również wyprowadzana. W przypadku, gdy w danych podano metodę B oznaczania parametrów geotechnicznych a składowa pozioma obciążenia jest większa niż 10% składowej pionowej, wówczas wyprowadzany jest komunikat: "parametry geotechniczne powinny być oznaczone metodą A; siła pozioma > 10% siły pionowej". Nie wpływa to jednak na przebieg obliczeń. W wydrukach roboczych, dodatkowo drukowane są dla poszczególnych warstw wartości współczynników nośności oraz współczynniki wpływu nachylenia wypadkowej obciążenia w kierunku Y i X. O s i a d a n i e Dla każdej warstwy poniżej poziomu posadowienia wyznaczane są: -numer warstwy wraz z liczbą utworzonych podwarstw, -rzędna spągu warstwy, -osiadanie jakie nastąpi w tej warstwie (przyrost osiadań), -osiadanie całkowite (sumaryczne) na spągu warstwy, na końcu podawana jest granica wpływu obciążenia wraz z wielkością osiadania na tym poziomie. UWAGA: Granica wpływu obciążenie wyznaczana jest z dokładnością do grubości podwarstwy utworzonej w warstwie. Osiadania wyznaczane są do ostatniej opisanej warstwy. W przypadku, gdy na spągu ostatniej opisanej warstwy nie jest spełniony warunek (22) normy wyprowadzany jest komunikat "nie jest spełniony warunek (22) normy, podaj dodatkowe warstwy". Należy wówczas opisać głębiej położone warstwy. Obliczone osiadania mogą być zapisane do tablicy w celu wyznaczenia osiadania średniego i przechylenia budowli. Szczegółowe wyniki osiadań dla każdej podwarstwy zapisywane są w pliku POSA2$.ROB. N a p r ę ż e n i a We wszystkich charakterystycznych punktach bryły naprężeń pod fundamentem podawane są współrzędne punktu oraz wartość naprężenia. W punktach leżących na granicy strefy ściskanej i rozciąganej naprężenia mogą być nieznacznie różne od zera. Liczba tych punktów może być równa 3, 4 lub 5. Przyjęto, że naprężenia ściskające mają znak dodatni. W przypadku wystąpienia odrywania pod fundamentem wyprowa-
dzany jest istniejący i dopuszczalny zasięg szczeliny między fundamentem a podłożem. Program wyznacza także naprężenia krytyczne wg propozycji N.N.Masłowa. O s i a d a n i e ś r e d n i e i p r z e c h y l e- n i e Dla zapisanych w tablicy, osiadań poszczególnych fundamentów (lub wydzielonych części fundamentu) wyprowadzane są dla każdego fundamentu (lub części fundamentu): -osiadanie, -pole powierzchni, -poziome współrzędne środka (X i Y), oraz osiadanie średnie i przechylenie budowli. Przy wykorzystaniu funkcji obliczeniowej 4 (zakres obliczeń) program umożliwia wyznaczenie osiadania średniego i przechylenia fundamentu (fundamentów) przy założeniu stałych warunków gruntowych pod całym fundamentem (fundamentami). UWAGA: liczba fundamentów lub elementów fundamentu nie może być większa niż 10. OGRANICZENIA PROGRAMU Program ma następujące ograniczenia: -maksymalna liczba warstw powyżej poziomu posadowienia fundamentu = 5, -maksymalna liczba warstw poniżej poziomu posadowienia fundamentu = 9, -maksymalna liczba obciążeń na fundamencie = 9, -maksymalna liczba obciążeń w okolicy fundamentu = 9,