Górnitwo i Geoin ynieria Rok 35 Zeszyt 0 Halina Konderla* OCENA NO NO CI PALI NA PODSTAWIE BADA SOND STATYCZN CPT. Wst p Projektowanie fundamentów palowyh powinno by poprzedzone rozpoznaniem pod- o a gruntowego na znazne g boko i. Obenie oraz z iej poza wiereniami stosuje sondowanie statyzne CPT. Istniej dwie mo liwo i okre lania no no i pali przy wykorzystaniu parametrów mierzonyh w zae testu sondowania: po rednia; na podstawie pomierzonego oporu pod sto kiem q okre la wska niki testowe stopie zag szzenia I D lub stopie plastyzno i I L, a nast pnie po rednie korelaje pozwalaj na oen oporów pod podstaw i na pobozniy pala wed ug normy PN-83/B-048 [6], bezpo rednia; za pomo metod wykorzystuj yh bezpo redni korelaj oporu pod podstaw i na pobozniy pala z parametrami mierzonymi podzas sondowania. Oba sposoby wyznazania no no i pali zastosowano w przyk adzie lizbowym. W oblizeniah wykorzystano wyniki sondowa CPT wykonanyh w bezpo rednim s edztwie projektowanego fundamentu palowego.. Metody projektowania no no i pali.. Metoda normowa Norma PN-83/B-048 do oeny no no i pali wykorzystuje wzór statyzny, w którym no no pala jest sum oporu pod postaw N p i oporu pobozniy N s. No no oblizeniow pala wiskanego obliza na podstawie wzoru: * Zak ad Geomehaniki i Budownitwa Podziemnego, Instytut Geotehniki i Hydrotehniki, Wydzia Budownitwa L dowego i Wodnego, Politehnika Wro awska, Wro aw 367
n ^rh ^ NT Np Ns Spq Ap m St r h + + / i A () i q (r) oblizeniowy opór gruntu pod podstaw pala, (r) t i oblizeniowy opór gruntu wzd u pobozniy pala w obr bie rozpatrywanej warstwy i tej, S p, S wspó zynniki tehnologizne zale ne od rodzaju pala, rodzaju i stanu gruntu, A p pole przekroju poprzeznego podstawy pala, zale y od tehnologii wykonania pala i rodzaju gruntu, A pole pobozniy w i tej warstwie gruntu, m wspó zynnik redukyjny uwzgl dniaj y pra pali w grupie. Warto i q (r) i t i (r) wyznaza ze wzorów: q ^ ti ^rh rh mq mti () m wspó zynnik materia owy, m 0,9, q opór gruntu pod podstaw pala, t opór gruntu wzd u pobozniy pala... Oena no no i pali na podstawie testu statyznego sondowania W ród bada in tu sondowanie CPT harakteryzuje najwi ksz lizb metod okre- lania no no i pojedynzego pala. Wynika to z faktu, e sond CPT mo na traktowa jako model pala obi onego w sposób i g y. Sonda statyzna pozwala na bezpo redni pomiar oporu pod sto kiem q oraz taria na pobozniy tulei iernej f s. Parametry sondowania s u ywane do oblizania no no i pala (rys. ): R R + R A q +/ A q (3) u bu su b bu sui i R u obi enie granizne w g owiy pala, R bu, R su granizne opory gruntu odpowiednio pod podstaw i na pobozniy pala, q bu, q sui jednostkowe, granizne opory gruntu odpowiednio pod podstaw i na pobozniy pala w obr bie i tej warstwy oblizeniowej, A b powierzhnia podstawy pala, A pole powierzhni boznej pala w obr bie i tej warstwy oblizeniowej. 368
R u D q sui hi- fs q h ihi h R su l q q bu l R bu Rys.. Za o enia do oblize no no i pala q bu } (4) q } wspó zynnik no no i podstawy, q u redniony, jednostkowy opór gruntu pod sto kiem sondy w strefie przy podstawie pala. sui fr lub qsui } i } 3i q u redniony, jednostkowy opór gruntu pod sto kiem sondy w obr bie i tej warstwy oblizeniowej, f u redniony, jednostkowy opór gruntu na pobozniy tulei sondy w obr bie i tej warstwy oblizeniowej, } i wspó zynnik no no i pobozniy w obr bie i-tej warstwy oblizeniowej (przy uwzgl dnianiu oporu q ), } 3i wspó zynnik no no i pobozniy w obr bie i-tej warstwy oblizeniowej (przy uwzgl dnianiu oporu f s ), h i mi szo i tej warstwy oblizeniowej, h zag bienie pala w grunie. Warstwa oblizeniowa obejmuje grunt jednego rodzaju o zbli onyh warto iah oporów sondy q lub f s. W wi kszo i metod oblizania no no i pali na podstawie sondowania CPT przyjmuje empiryzne korelaje pomi dzy q bu i q dla podstawy oraz pomi dzy q i sui q lub f dla pobozniy pala. Zale no i te s najz iej potwierdzone wynikami próbnyh obi e pali w skali naturalnej. Metody okre lania no no i pali ró ni zakresem ih stosowania (w zale no i od metody wykonania pali), warto iami wspó zynników }, } i i } 3i, sposobem u redniania (5) 369
warto i q, q i f oraz przyjmowaniem za gu stref pod o a uwzgl dnianyh w oblizaniu oporu podstawy. W metodah najstarszyh, obenie praktyznie nie wykorzystywanyh, np. Huizinga [3], warto q bu wyznazana jest na podstawie oporu pod sto kiem sondy w poziomie podstawy pala ale warto q su nie jest okre lana. Do metod pozwalaj yh na okre lenie jednostkowego, graniznego oporu gruntu na pobozniy pala nale y mi dzy innymi metoda Philipponnat [5]. Wyst puj e w tej metodzie wspó zynniki korelayjne uwzgl dniaj ogranizenia warto i q sui w zale no i od rodzaju i stanu gruntu. Metody oblize modyfikowane s w zale no i od lokalnyh wyników bada. W Polse do oblizania no no i pali Franki najz iej wykorzystywane s nast puj e metody: Energopolu [4], Philipponnat [5] i Wi una []. Wa n rol w oblizeniah odgrywa metoda u redniania warto i q w rejonie postawy oraz q i f s w wydzielonyh przedzia ah oblizeniowyh h i. Ogólne wzory na warto i u rednione s nast puj e: l + l Dhi fr Dhi h-l hi hi- hi hi- h+ l q^hhdh q^hhdh fs ^hhdh (6) l i l grubo i warstwy gruntu powy ej i poni ej poziomu podstawy pala przyj te do analizy. Poni ej przedstawiono szerzej dwie metody, które nast pnie wykorzystano w przyk adzie lizbowym. Metoda Energopolu [4] Jednostkowy, granizny opór gruntu pod podstaw pala wyznaza ze wzoru (4), w którym dla pali o redniy D < 0,6 m: } k $ b (7) gdzie k wspó zynnik niejednorodno i gruntu w strefah l i l zale ny od q q,min k q r (8) q, min minimalna warto jednostkowego oporu sto ka sondy w strefah l i l, 370
l + l q^hhdh przy zym l D, l 4D h-l h+ l b wspó zynnik zmniejszaj y b b(q ) d G0,5;,00H [4]. Jednostkowy, granizny opór gruntu na pobozniy pala obliza ze wzoru (5 ), w którym: (9) fr Dhi hi- hi fs ^hhdh (0) Wspó zynnik } 3i odzytuje z nomogramu zamieszzonego w [4]! 005, ;,, gdzie z jest zag bieniem sondy CPT. } 3i } 3i^zf, r, hh Metoda Philipponnat [5] U redniony, jednostkowy opór gruntu pod sto kiem sondy d + g d g 3D q h dh ^ h 3D h+ 3D h h h-3d q^hhdh () Je eli q g > q d to nale y przyjmowa q g q d. Wspó zynnik } zale y od rodzaju gruntu i wyno: 0,35 dla wiru, 0,40 dla piasku, 0,45 dla glin i 0,50 dla i ów i kredy. Jednostkowy, granizny opór gruntu na pobozniy pala q sui, wyznazony z wzoru (5), dla danego rodzaju pala nie mo e przekraza warto i maksymalnej podanej w pray [5]. Dla pali Franki wyno ona 0 kpa. U redniony, jednostkowy opór gruntu pod sto kiem sondy Dhi hi- hi q^hhdh () a Wspó zynnik }i a. Dla pali Franki a fi,5, natomiast wspó zynnik a fi zale y od rodzaju gruntu i wyno 50 dla i ów, 60 dla py ów i glin, 00 dla piasków lu nyh, 50 dla piasków rednio zag szzonyh oraz 00 dla piasków zag szzonyh i wirów. W obu opisanyh powy ej metodah wykorzystuje poj ie no no i dopuszzalnej z zastosowaniem konepji wspó zynników bezpieze stwa, oddzielnie dla pobozniy i podstawy pala: 37
N Rbu mr su + Nb+ Ns Fb F (3) s N, N b, N s no no i dopuszzalne odpowiednio a kowita, podstawy i pobozniy pala, F b i F s wspó zynniki bezpieze stwa odpowiednio dla podstawy i pobozniy pala [] dla obu metod wspó zynniki te s równe F b F s. 3. Wyniki badania sond CPT Dla projektowanego fundamentu palowego w ramah pra terenowyh wykonano 4 sondowania statyzne CPT [7] oraz 4 otwory badawze po o one w ih s edztwie. Te ostatnie zgodnie z norm [9] maj s u y weryfikaji przeprowadzonego rozpoznania in tu. Lokalizaj miejs wykonanyh bada pokazano na rysunku. Na podstawie wiere okre- lono profile geologizne do g boko i 8 m. Wierenia przeprowadzono widrem spiralnym o redniy 0 mm do g boko i 8 m. CPT CPT4 p³yta fundamentowa 8,0 m CPT3 CPT Rys.. Rozmieszzenie otworów badawzyh Sondowanie wykonano samojezdn sond statyzn w oskiej firmy PAGANI TG 73 00 wyposa on w zestaw hydraulizny GOUDA o maksymalnej le naisku 00 kn i sto ek mehanizny typu Begemanna [0]. Profil gruntowy zosta wyinterpretowany na podstawie sondowa oraz w opariu o wyniki wiere wykonanyh na analizowanym terenie. Uzyskane z bada parametry sondowania u yto do okre lenia: stopnia plastyzno i dla gruntów spoistyh (warto wyprowadzona) IL A-05, log^q-vlvoh (4) A wspó zynnik zale ny od rodzaju gruntu, uwzgl dniaj y jego regionalno, A 0,5 0,35, pionowe efektywne napr enie geostatyzne, v vo stopnia zag szzenia (formu a Baldi []) dla gruntów niespoistyh (warto wyprowadzona) q IL 04, - ln 055, m ^48vl (5) voh 37
no no i pali metodami bezpo rednimi. Przyk adowe wyniki sondowania CPT wraz z interpretaj przedstawiono na rysunku 3. Wyniki bada polowyh wskazuj na du e zró niowanie budowy geologiznej w obr bie fundamentu, wyst powanie no nej warstwy piasków odpowiedniej do posadowienia pali oraz brak gruntów nieno nyh. 0 0 nn(p d) q P/P d g 4 0*f s 4 P/P d P/G d p P d 6 6 P/P d s P s P/P s r g³êbokoœæ [m] 8 0 8 0 P s P r 4 4 I D P s 6 6 I L 8 8 0 0 0 0 0 30 40 MPa 0,0 0, 0,4 0,6 0,8,0 Rys. 3. Przyk adowe wyniki sondowania 4. Przyk ad lizbowy Oeny no no i pali, za pomo omówionyh powy ej metod, dokonano na przyk adzie fundamentu palowego sk adaj ego z p yty fundamentowej i pali Franki. Ko owa p yta fundamentowa o redniy 8 m, posadowiona na g boko i 3 m p.p.t. spozywa na palah Franki o redniy trzonu D 0,5 m i d ugo i 6 0 m. Oowy rozstaw pali r wyno,9 m. Warunki geotehnizne panuj e w rejonie projektowanego fundamentu sharakteryzowano w punkie 3. W oblizeniah metod normow pole podstawy pala formowanego w grunie niespoistym zwi kszano o 75%, a w grunie spoistym o 50%. Przeprowadzone oblizenia porównawze wskazuj na znazne ró nie w warto iah no- no i pali uzyskane ró nymi metodami (rys. 4). Dla analizowanyh warunków geotehniznyh najwy sze no no i otrzymano metod normow a najbezpiezniejsze metod Energopolu. W oblizeniah wykorzystano metod normow [6] poniewa jest ona podobna do jednego z podej projektowania pali dopuszzonyh w Eurokodzie 7 [8]. 5. Wnioski Przedstawione powy ej bezpo rednie metody oblize no no i pali z wykorzystaniem wyników bada sond CPT wskazuj na du ih przydatno do bezpieznego i ekonomiznego projektowania pali. 373
4 3 CPT CPT CPT3 CPT4 Philipponnat Energopol PN noœnoœæ pala N [MN] 0 6 7 8 9 0 d³ugoœæ pala h [m] Rys. 4. Wp yw metody oblizeniowej na no no pala Metody bezpo rednie, opraowane w Polse uwzgl dniaj tutejsze warunki, spe niaj zatem warunek [8] o zaleeniu maksymalnego wykorzystania rozwi za krajowyh i regionalnyh. Metody bezpo rednie s obenie intensywnie rozwijane oraz zaleane i preferowane w praktye in ynierskiej. Oblizenia porównawze wskazuj na znazne ró nie w oenie no no i pali za pomo dotyhzas stosowanej metody normowej i metod opartyh na parametrah geotehniznyh uzyskanyh z bada pod o a. LITERATURA [] Baldi G.I. et al.: Interpretation of CPT S. Fourth Inter. Geot. Seminar, Singapoe 986, pp.43 56 [] Gwizda a K., St zniewski M.: Oblizanie no no i pali na podstawie wyników bada sond CPT. XLIV Konferenja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Krynia 998, s. 53 60. [3] Huizinga T.K.: Appliation of Results of Deep Penetration Tests to Foundation Piles, Building Researh Congress. Vol.,95, pp. 73 78 [4] Instrukja przewidywania no no i pali w opariu o badania presjometryzne i sondowania statyzne. Centralny O rodek Badawzo Rozwojowy Budownitwa Hydrotehniznego ENERGOPOL, Warszawa, 979 [5] K os J.: Oblizanie no no i pojedynzego pala na podstawie wyników sondowa statyznyh. In ynieria Morska i Geotehnika, nr 3, 983, s. 303 306 [6] PN-83/B-048 Fundamenty budowlane. No no pali i fundamentów palowyh [7] PN-B-0445:00 Geotehnika. Badania polowe [8] PN-EN 997-:005 Eurokod 7: Projektowanie geotehnizne. Cz : Zasady ogólne [9] PN-EN 997-:007 Eurokod 7: Projektowanie geotehnizne. Cz : Badania pod o a gruntowego [0] PN-EN ISO 476-:009 Rozpoznanie i badania geotehnizne. Badania polowe. Cz : Badanie sond sto kow (CPTM) o ko ówe mehaniznej (oryginalna wersja j zykowa) [] Wi un Z.: Zarys geotehniki. WKi, Warszawa, 987