Pale CPT

Wstęp

Moduł pozwala na obliczenie nośności pojedynczego pala obciążonego osiowo na podstawie wyników sondowań statycznych CPT z wykorzystaniem metody LCPC (Bustamante i Gianeselli 1982). Metoda została zaadoptowana do wytycznych zawartych w normie PN-EN 1997-1.

DMT result example DMT result example
Przykładowy wynik obliczeń

Wprowadzanie danych

Obliczenia nośności pali metodą LCPC wykorzystują wyniki sondowań CPT.

Generowanie wyników

DMT program
Widok okna programu do generowania wyników
Wykonywanie obliczeń nośności pali metodą LCPC odbywa się poprzez dedykowany moduł dostępny w zakładce "Programy" ⭢ "Pale CPT" (Dostępny jedynie dla użytkowników z aktywną subskrypcją programu "Pale CPT"). Moduł pozwala na:
  • zdefiniowanie podstawowych parametrów obliczeń, w tym:
    • wybór badania CPT, na podstawie którego zostaną wykonane obliczenia
    • wybór rodzaju pala (wiercone betonowe | wiercone w rurze osłonowej | przemieszczeniowe betonowe | przemieszczeniowe stalowe)
    • określenie przekroju pala (czworokątny | kołowy)
    • D|b [m] - wymiar podstawy pala: średnica D lub szerokość b podstawy pala
    • a [m] - wysokość podstawy pala
    • Zb [m] - zagłębienie podstawy pala
    • Zg [m] - zagłębienie głowicy pala
    • Tn [m] - głębokość, do której liczone jest tarcie negatywne
    • Ep [GPa] - moduł odkształcenia pala
  • zdefiniowanie obciążeń stałych i zmiennych
  • zdefiniowanie współczynników częściowych:
    • γG - współczynnik częściowy do niekorzystnych oddziaływań stałych
    • γQ - współczynnik częściowy do oddziaływań zmiennych
    • ξ - współczynnik korelacyjny
    • γb - współczynnik częściowy dla nośności podstawy pala
    • γs - współczynnik częściowy dla nośności pobocznicy pala
    • γs;t - współczynnik częściowy dla nośności pala na wyciąganie
  • możliwość zdefiniowania nazwy pala widocznej w raporcie oraz wyświetlenia wyników szczegółowych obliczń
  • możliwość zmiany domyślnych współczynników nośności zdefiniowanych przez metodę LCPC

Wykonywanie obliczeń

W celu wykonania obliczeń należy zdefiniować wszystkie potrzebne parametry obliczeń, a następnie wcisnąć przycisk "Generuj wyniki".

Generowanie raportu

W celu wygenerowania raportu należy zdefiniować wszystkie niezbędne parametry i wcisnąć przycisk "Generuj wyniki" (lub "Generuj wiele" i wybrać zapisane zestawy), co otworzy dodatkowe okno podglądu wyników. W oknie podglądu możliwe jest zdefiniowanie dodatkowych ustawień dla wyników takich jak:
  • Język - język wyniku (PL | EN)
  • Numeracja załączników - pole pozwala określić sposób numeracji załączników. Wartość zamknięta w nawiasach klamrowych {1} traktowana jest jako zmienna, od której rozpoczyna się numeracja (np. "2.{2}a" spowoduje powstanie numerów załączników w postaci 2.2a, 2.3a, 2.4a, ...)"
Dodatkowo po prawej stronie dostępne są przyciski funkcyjne:
  • - przycisk uruchamiający generowanie karty dokumentacyjne
  • - przycisk wydruku wygenerowanych wyników
BC program result preview
Widok podglądu wyników

Metodyka obliczeń

  1. Stan graniczny nośności

    1. Określenie wartości obliczeniowych oddziaływań

      Obciążenie charakterystyczne pala:

      \[F_{ck} = {P_{Gk} + {{\sum\psi_{i}} \cdot P_{{Qk},i}} + W_{Gk}}\]

      gdzie:
      PGk - pionowe obciążenia stałe,
      Pqk,i - pionowe obciążenia zmienne,
      ψi - współczynnik,
      WGk - ciężar pala,

      Obciążenie obliczeniowe pala:

      \[F_{cd} = {{\gamma_{G} \cdot {({P_{Gk} + W_{Gk}})}} + {{\sum\gamma_{Q}} \cdot \psi_{i} \cdot P_{{Qk},i}}}\]

      gdzie:
      γG - współczynnik częściowy do obciążeń stałych,
      γQ - współczynnik częściowy do obciążeń zmiennych,

      A – współczynniki częściowe do oddziaływań

      Oddziaływanie Rodzaj Symbol Zestaw
      A1 A2
      Stałe Niekorzystne γG 1.35 1.0
      Korzystne 1.0 1.0
      Zmienne Niekorzystne γQ 1.5 1.3
      Korzystne 0 0
    2. Opór jednostkowy pod podstawą pala

      \[q_{b;k} = {k_{c} \cdot q_{ca}}\]

      gdzie:
      kc - współczynnik nośności podstawy pala wg tabeli 1,
      qca -

      uśredniony opór stożka w obrębie podstawy pala wyznaczony dla zakresu głębokości powyżej i poniżej 1.5Deq od zagłębienia podstawy pala wyznaczony zgodnie z następującymi krokami:

      1. krzywa qc jest wstępnie wygładzana w celu usunięcia lokalnych nieregularności,
      2. na podstawie wygładzonej krzywej wyznaczana jest wartość średnia oporów stożka qcm z przedziału głębokości równego 1.5Deq powyżej i poniżej poziomu podstawy pala,
      3. qca wyznaczane jest jako średnia wartość qc z przedziału głębokości równego 1.5Deq powyżej i poniżej poziomu podstawy pala po odcięciu wartości wyższych od 1.3qcm poniżej podstawy pala oraz wartości wyższych od 1.3qcm i niższych od 0.7qcm powyżej podstawy pala.

      Jednostkowe tarcie na pobocznicy pala w i-tej warstwie:

      \[{q_{s;i;k} = \min}\left( {\frac{q_{c}}{k_{s}},q_{smax}} \right)\]

      gdzie:
      ks - współczynnik nośności pobocznicy pala wg tabeli 1,
      qsmax - maksymalny opór jednostkowy na pobocznicy pala wg tabeli 1.
      Współczynniki nośności do metody LCPC
      Rodzaj gruntu qc [MPa] strefa wiercone przemieszczeniowe
      betonowe w rurze obsadowej wiercone betonowe stalowe przemieszczeniowe
      ks qsmax [kPa] ks qsmax [kPa] kc ks qsmax [kPa] ks qsmax [kPa] kc
      grunty niespoiste(żwiry i piaski) ≤ 5 5,6,7,8 60 35 150 35 0.4 60 35 120 35 0.5
      5 - 12 100 120 200 80 0.4 100 120 200 80 0.5
      > 12 150 150 300 120 0.3 150 150 200 120 0.4
      grunty spoiste (Iły, gliny, pyły) < 1 1,3,4,9 30 15 30 15 0.4 30 15 30 15 0.5
      1 - 5 40 80 80 80 0.35 40 80 80 35 0.45
      > 5 60 80 120 80 0.45 60 80 120 35 0.55
      grunty organiczne < 1 2 30 15 30 15 0.4 30 15 30 15 0.5
    3. Wyznaczenie nośności granicznej pala

      Nośność graniczna podstawy pala:

      \[R_{b;{cal}} = {A_{b} \cdot q_{b;k}}\]

      Nośność graniczna pobocznicy pala:

      \[R_{s;{cal}} = {{\sum A_{s;i}} \cdot q_{s;i;k}}\]

      gdzie:
      Ab - powierzchnia podstawy pala,
      qb;k - opór jednostkowy pod podstawą pala,
      As;i - powierzchnia pobocznicy pala w i-tej warstwie,
      qs;i;k - jednostkowe tarcie na pobocznicy pala w i-tej warstwie.
    4. Wyznaczenie nośności charakterystycznaj pala

      Nośność charakterystyczna podstawy pala:

      \[{R_{b;k} = {Min}}\left\{ {\frac{{(R_{b;{cal}})}_{mean}}{\xi_{3}};\frac{{(R_{b;{cal}})}_{\min}}{\xi_{4}}} \right\}\]

      Nośność charakterystyczna pobocznicy pala:

      \[{R_{s;k} = {Min}}\left\{ {\frac{{(R_{s;{cal}})}_{mean}}{\xi_{3}};\frac{{(R_{s;{cal}})}_{\min}}{\xi_{4}}} \right\}\]

      gdzie:
      ξ3,ξ4 - współczynniki korelacyjne.
      Współczynniki korelacyjne do wyznaczania wartości charakterystycznych na podstawie wyników badań podłoża (n – liczba badanych profilów) wg PN-EN 1997-1 (A.10)
      ξ dla n = 1 2 3 4 5 7 10
      ξ3 1.40 1.35 1.33 1.31 1.29 1.27 1.25
      ξ4 1.40 1.27 1.23 1.20 1.15 1.12 1.08
    5. Wyznaczenie nośności obliczeniowej pala

      Dla pojedynczgo profilu gruntowego nośność obliczeniowa wynosi:

      \[R_{c;d} = {\frac{R_{b;k}}{\gamma_{b}} + \frac{R_{s;k}}{\gamma_{s}}}\]

      gdzie:
      γb - współczynnik częściowy do oporu podstawy pala,
      γs - współczynnik częściowy do oporu pobocznicy pala,
      Współczynniki częściowe do nośności wg PN-EN 1997-1 (tablica A.6, A.7, A.8, A.10)
      Nośność Symbol Zestaw
      R1 R2 R3 R4
      PALE WBIJANE
      Podstawa γb 1.0 1.1 1.0 1.3
      Pobocznica (przy wciskaniu) γs 1.0 1.1 1.0 1.3
      Pobocznica (przy wyciąganiu) γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6
      PALE WIERCONE
      Podstawa γb 1.25 1.1 1.0 1.6
      Pobocznica (przy wciskaniu) γs 1.0 1.1 1.0 1.3
      Pobocznica (przy wyciąganiu) γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6
      PALE CFA
      Podstawa γb 1.1 1.1 1.0 1.45
      Pobocznica (przy wciskaniu) γs 1.0 1.1 1.0 1.3
      Pobocznica (przy wyciąganiu) γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6
    6. Sprawdzenie warunku nośności pala

      Sprawdzenie warunku nośności pala:

      \[F_{c;d} \leq R_{c;d}\]

      gdzie:
      Fc;d - obliczeniowa pionowa siła działająca na fundament,
      Rc;d - nośność obliczeniowa pala.

      Stopień wykorzystania nośności pala:

      \[N = \frac{F_{c;d}}{R_{c;d}}\]

    Stan graniczny użytkowalności

    1. Obliczenie osiadania

      Oisiadanie pala:

      \[s = {s_{e} + s_{b} + s_{s}}\]

      gdzie:
      se - skrócenie trzonu pala,
      sb - osiadanie pala wynikające z sił w podstawie pala,
      ss - osiadanie pala wynikające z sił na pobocznicy pala,

      Skrócenie trzonu pala:

      \[s_{e} = \frac{{({{R_{b} + 0.5}R_{s}})} \cdot L}{A \cdot E_{p}}\]

      gdzie:

      Rb - obciążenie przenoszone podstawę pala,
      Rs - obciążenie przenoszone przez pobocznicę pala,
      L - długość pala,
      A - pole przekroju trzonu pala,
      Ep - moduł odkształcenia trzonu pala.

      Osiadanie pala liczone jest z wykorzystaniem funkcji transformacyjnych (Gwizdała i Krasiński 2016):

      \[R_{b} = {R_{b;{cal}} \cdot \left( \frac{s_{b}}{z_{f}} \right)^{\beta}} \leq R_{b;{cal}}\]

      \[R_{s} = {R_{s;{cal}} \cdot \left( \frac{s_{s}}{z_{v}} \right)^{\alpha}} \leq R_{s;{cal}}\]

      gdzie:
      Rb - opór podstawy pala zmobilizowany przy przemieszczeniu sb,
      Rs - opór pobocznicy pala zmobilizowany przy przemieszczeniu ss,
      sb,ss - przemieszczenia odpowiednio podstawy i pobocznicy pala,
      α,β - parametry funkcji,
      zf - przemieszczenie podstawy pala, przy którym mobilizuje się graniczny opór gruntu pod podstawą,
      zv - przemieszczenie pobocznicy pala, przy którym mobilizuje się maksymalny opór tarcia gruntu na pobocznicy,
      Parametry funkcji transformacyjnych (na podstawie Gwizdała i Krasiński 2016)
      Rodzaj pala zv α zf β
      wiercone betonowe 0.01Deq

      spoiste: 0.5

      niespoiste: 0.25

      		 0.05Deq 0.5
      wiercone w rurze osłonowej
      przemieszczeniowe betonowe 0.01Deq 0.5 0.05Deq 0.25
      przemieszczeniowe stalowe

Literatura

  1. Bowles J. E. (2007). Foundation analysis and design. Knovel, Norwich, NY.
  2. Bustamante M., Gianeselli L. (1982). Pile bearing capacity prediction by means of static penetrometer CPT. Proceedings of the 2-nd European symposium on penetration testing, s. 493–500.
  3. Gabrielaitis L., Papinigis V., Sirvydaitė J. (2012). Assessment Of Different Methods For Designing Bored Piles. Engineering Structures and Technologies, 4(1), s. 7–15.
  4. Gwizdala K., Krasinski A. (2016). Fundamenty palowe, obliczenia z zastosowaniem zasad Eurokodu 7 i doświadczeń krajowych. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, -15(2), .
  5. Gwizdała K., Dyka I. (2004). Osiadanie pali i fundamentów palowych. Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych. Seminarium PG i PKG, Gdańsk, 25.
  6. Gwizdała K., Stęczniewski M. (2015). Wykorzystanie metody funkcji transformacyjnych do analizy nośności i osiadań pali CFA. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 3.
  7. Gwizdała K., Stęczniewski M., Dyka I. (2009). Wykorzystanie sondowań statycznych do obliczania nośności i osiadań pali. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, Nr 4, s. 62–69.
  8. Kempfert H.-G., Deutsche Gesellschaft für Geotechnik, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik (Red.). (2014). Recommendations on piling: EA-Pfähle. Ernst/Wiley, Berlin.
  9. Legrand J., Millan A., Renault J. (1993). Règles techniques de conception et de calcul des fondations des ouvrages de génie civil. Cahier des clauses techniques générales applicables aux marchés publics de travaux, Fascicule No, .
  10. Mahler A. (2003). Use of Cone Penetration Test In Pile Design. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 47(2), s. 189–197.
  11. Poulos H. G., Davis E. H. (1980). Pile foundation analysis and design. Series in geotechnical engineering, Wiley, New York.
  12. Puła, Olgierd (2013). Fundamenty palowe według Eurokodu 7. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne.
  13. Rajapakse R. (2016). Pile design and construction rules of thumb. Butterworth-Heinemann, Amsterdam ; Boston, MA.
  14. Salgado R., Lee J. (1999). Pile Design Based on Cone Penetration Test Results. Purdue University, West Lafayette, IN.s. FHWA/IN/JTRP-99/08, 2142.
  15. Sobala D. (2014). Sposoby określania nośności geotechnicznej pali wciskanych: procedury i przykłady obliczeniowe według Eurokodu 7. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, z. 61, nr 1.
  16. Stęczniewski M., Gwizdała K. (2003). Obliczanie nośności i osiadania pali pojedynczych na podstawie badań sondą Statyczną CPT.. ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ, SERIA: Budownictwo, s. 267–278.
  17. Tomlinson M. J., Woodward J. (2020). Pile design and construction practice.
  18. Wysokiński L., Kotlicki W., Godlewski T. (2011). Projektowanie geotechniczne wed\lug Eurokodu 7: poradnik. Instytut Techniki Budowlanej.
  19. Zielinski P., Wojtasik A. T. (2016). Projektowanie przemieszczeniowych pali wkręcanych-analiza doświadczeń. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, -15(4).