Obliczanie pali obciążonych siłami poziomymi

Obliczanie pali obciążonych siłami poziomymi

Obliczanie pali
obciążonych siłami
poziomymi
Obliczanie nośności bocznej pali obciążonych siłą poziomą
Sprawdzenie sztywności pala
Na to, czy dany pal można uznać za sztywny czy
wiotki, mają wpływ nie tylko wymiary pala, ale także
cechy otaczającego go podłoża. Najważniejszym
jednak parametrem jest w tym przypadku długość
pala. Pale krótkie można zwykle uznać za sztywne.
Według autorów normy PN-83/B – 02482 (PN-83/B02482, 1983) sztywność pali o głowicach
swobodnych wyznacza się na podstawie
następujących zależności:
Zagłębienie sprężyste pala:
hs = n+ 4
4 EI n
h
Dk x
w którym: EI - sztywność giętna pala, kx - współczynnik
podatności bocznej gruntu określany w przypadku gruntu
niespoistego jako:
k x = Sn
(750 I
2
D
)
+ 225 I D + 150 γ
D
oraz, dla gruntu spoistego:
k x = 9600
(1 − I L )
Sn
D
Sn – współczynnik uwzględniający stopień naruszenia gruntu w
trakcie wykonywania pala
Sposób wprowadzania pala w grunt
Sn
Wbijane w gruntach niespoistych
Wwibrowywane w gruntach niespoistych
a) dla ID > 0,33
b) dla ID ≤ 0,33
Wpłukiwane w gruntach niespoistych
Wykonywane w gruncie
a) rura obsadowa wbijana i silnie ubijany beton
b) rura obsadowa wwiercana i silnie ubijany
beton
c) rura obsadowa wwiercana i słabo ubijany
beton
1,1
1,1
1,2
0,8
1,15
1,1
0,9
4 EI n
hs = n+ 4
h
Dk x
Ponadto D oznacza średnicę lub szerokość pala mierzoną
prostopadle do kierunku działania siły poziomej, γ jest
ciężarem objetościowym gruntu, n jest wykładnikiem potęgi,
przyjmowanym w zależności od rodzaju gruntu, przy czym
dla gruntów spoistych przekonsolidowanych n = 0, zaś dla
gruntów niespoistych i gruntów spoistych normalnie
skonsolidowanych - n = 1. Dodatkowo ID oznacza stopnień
zagęszczenia gruntu niespoistego, a IL - stopnień plastyczności
gruntu spoistego.
Jeżeli h < 1,5 hs, to pale uznaje się za sztywne,
jeśli natomiast h > 3,0 hs, to pale traktuje się jako wiotkie,
przy czym h jest zagłębieniem pala w gruncie.
Jeżeli 1,5 hs < h < 3,0 hs , to pal zalicza się do kategorii pośredniej,
dla której wykonuje się obliczenia zarówno, jak dla kategorii sztywnej
jak i dla kategorii wiotkiej.
Podstawowa różnica w obliczeniach pomiędzy palami
sztywnymi i wiotkimi polega na tym, że w przypadku pali
sztywnych znajduje się wartość granicznej siły powodującej
powstanie stanu granicznego w gruncie, natomiast w palach
wiotkich zniszczenie pala jako żelbetowego słupa na skutek
jego zginania może nastąpić znacznie wcześniej aniżeli
powstanie stanu granicznego w gruncie.
Nośność boczna
Schemat statyczny i równania równowagi
zr
L
0
zr
H u = ∫ pu ( z ) Ddz − ∫ pu ( z ) Ddz
zr
L
0
zr
M u = H u e = − ∫ pu ( z ) Dz dz + ∫ pu ( z ) Dz dz
pu(z) - opór graniczny gruntu na głębokości z
poniżej powierzchni terenu
Stały opór gruntu pu(z) = p0
1 Hu
zr = (
+ L)
2 p0 D
Hu
2e 2
2e
= (1 + ) + 1 − (1 + )
p0 DL
L
L
Liniowy opór
gruntu
3
2

p0   12 p0  e  z r
z
z
 r
 r   e
 
4  + 6    +
 + 
 L    L    L p L − p0   p L − p0  L  L

Hu
= 1 −
p L DL 
p0
pL
2
  e  p0 + p L   2 p L + p0 
 − 
 = 0
 −  3 
  L  p L − p0   p L − p0 
 z r 
 p
  +  2 0
 L 
 pL
 z r  1 
  − 1 +
 L  2 
p0
pL



Metody szacowania oporu granicznego:
•
Metoda Brinch-Hansena
•
Metoda Bromsa
Poulos H.G. , Davis E.H. (1980). Pile foundation
analysis and design. J.Wiley, New York.
Obliczanie nośności bocznej pali wg PN-83/B-02482
Warunek stanu granicznego
Hr ≤ m ⋅ Hf = m ⋅ (γ(r) ⋅ Dh2 Nq iq Sq + cu(r) Dh ⋅ Nc ic Sc)
Hf m-
obliczeniowa nośność boczna gruntu,
współczynnik korekcyjny, który należy przyjmować:
0,8 - przy posadowieniu pali w gruntach niespoistych,
0,7 - przy posadowieniu pali w gruntach spoistych.
Hr - obliczeniowa siła pozioma przypadająca na pal,
Nq,Nc- współczynniki nośności odczytywane z nomogramów w
zależności od wartości obliczeniowej kąta tarcia
wewnętrznego gruntu i stosunku h/D.
Obliczeniowe wartości parametrów geotechnicznych (z indeksem
r u góry) uwzględniają niejednorodność gruntu oraz stopień jego
naruszenia w trakcie wykonywania pala i związane są z
parametrami charakterystycznymi (z indeksem n u góry)
następującymi zależnościami:
γ( r ) = 0.9 Sn γ( n )
c (r ) = 0.5 c ( n )
φ( r) = 0.8 Sn φ ( n )
Hr ≤ m ⋅ (γ(r) ⋅ Dh2 Nq iq Sq + cu(r) Dh ⋅ Nc ic Sc)
D
S q = 1+ 1 β q
D
D1 -
D
Sc = 1+ 1 β c
D
długość przekroju pala, mierzona w kierunku
równoległym do kierunku działania siły,
βq, βc - współczynniki uwzględniające wpływ szerokości pala,
odczytywane z nomogramów,
iq, ic - współczynniki uwzględniające wysokość zaczepienia siły
nad poziomem terenu, odczytywane z nomogramów w
zależności od hH/h
Wyznaczenie maksymalnego momentu zginającego.
Pale sztywne o głowicach swobodnych wymiaruje się na
obliczeniowy maksymalny moment zginający Mmax wyznaczony
ze wzoru:
Mmax = Hr ⋅ (hH + hu)
Dla głowicy utwierdzonej
Mmax = 0,6 ⋅ Hr ⋅ (hH + hu)
gdzie:
Hr - obliczeniowa wartość siły poziomej,
hH hu -
wysokość zaczepienia siły poziomej nad poziomem
terenu,
zagłębienie obliczeniowego poziomu utwierdzenia pala
hu ≈ 0,4 hs
Przemieszczenia głowicy swobodnej pala sztywnego określa się
dla gruntu niespoistego według zależności:
h 

18H n 1 + 1.33 H 
h 

y=
h 2k x
a dla gruntu spoistego jako
h 

4 H n 1 + 1.50 H 
h 

y=
hDk x
przy czym 1.0 cm jest to wartość określona przez normę jako
dopuszczalna (o ile eksploatacja konstrukcji nie narzuca mniejszej
wartości).
Przemieszczenia głowicy utwierdzonej pala sztywnego
określa się dla gruntu niespoistego według zależności:
y=
2H n
h 2k x
a dla gruntu spoistego jako:
Hn
y=
Dhk x
przy czym 1.0 cm jest to wartość określona przez normę
jako dopuszczalna (o ile eksploatacja konstrukcji nie
narzuca mniejszej wartości).
Klasyfikacje pali.
Technologie palowe
Klasyfikacja pali
• Ze względu na zastosowany materiał:
a) pale betonowe (żelbetowe)
b) pale stalowe (z rur zamkniętych, otwartych lub z profili
walcowanych, najczęściej typu „H")
c) pale drewniane
•
Ze względu na technologie przygotowania pali
betonowych:
a) pale prefabrykowane, najczęściej o przekroju
kwadratowym
b) pale monolityczne (betonowane w gruncie)
Fundamenty pośrednie – pale fundamentowe
•
•
•
•
Ze względu na wymiar średnicy pala:
a) pale typowych średnic - Ø 300 ÷ 600 mm
b) pale wielkośrednicowe - Ø 800 + 1500 mm (1800 mm)
c) mikropale - Ø 100 - 250 mm
Fundamenty pośrednie – pale fundamentowe
Ze względu na technikę wprowadzania w grunt
• a) pale wbijane
• b) pale wiercone
• c) pale wciskane statycznie
• d) pale wwibrowywane
• e) pale wwiercane
• f) pale wkręcane
• g) pale iniekcyjne
Fundamenty pośrednie – pale fundamentowe
Ze względu na sposób przekazywania obciążeń na grunt:
• a) pale przekazujące obciążenia na grunt zarówno przez
opór podstawy jak i tarcie na pobocznicy
• b) pale stojące - oparte podstawą na skale lub bardzo
mocnym gruncie
• c) pale zawieszone - przekazujące głównie obciążenia
przez tarcie na pobocznicy
Fundamenty pośrednie – pale fundamentowe
Ze względu na wpływ na strukturę gruntu wokół pala:
• a) pale przemieszczeniowe - całkowicie rozpychające
grunt na boki (wbijane, wciskane statycznie,
wwibrowywane, wkręcane)
• b) pale półprzemieszczeniowe - częściowo rozpychające
grunt na boki, częściowo wynoszące go na zewnątrz (pale
wwiercane, niektóre iniekcyjne)
• c) pale nieprzemieszczeniowe - nie zmieniające struktury
gruntu - całkowicie wynoszące urobek na zewnątrz (pale
wiercone, niektóre pale iniekcyjne)
Fundamenty pośrednie – pale fundamentowe
Najbardziej znane technologie wykonywania pali
Pale wbijane prefabrykowane
Pale wbijane „Vibro"
Pale wbijane „Franki"
Pale wiercone w rurach obsadowych
Pale wiercone w zawiesinie iłowej
Pale wiercone „Wolfscholza"
Pale wwiercane CFA
Pale wkręcane „Atlas"
Pale wkręcane „Omega"
Pale wkręcane ,,Tubex'”
Pale wbijane i wwibrowywane z rur stalowych zamkniętych i otwartych
Mikropale wciskane „Mega"
Mikropale iniekcyjne
Pale iniekcyjne ,jet-grouting"
Technologie palowe
Pale prefabrykowane wbijane
Wymiary 30x30, 35x35, 40x40, 45x45
Pale prefabrykowane wbijane
Pale wbijane Vibro
Średnice: 38, 41, 46, 51, 56, 61
Pale wbijane Vibrex
Średnice: 38, 41, 46, 51, 56, 61
Pale wbijane Franki
Średnice: 42, 52
Pale wbijane Franki
Pale wiercone Wolfsholza
Średnice: 30, 35, 40
Pale wiercone w rurze obsadowej
Pale wiercone w zawiesinie iłowej
Pale wiercone CFA
Średnice: 30, 35, 40, 50, 60, wielkośrednicowe