Lech Wysokiński.pdf

KRAKÓW

XX OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI

Wisła - Ustroń, 01 ÷ 04 marca 2005 r.

Lech WYSOKIŃSKI 1

PODSTAWY PROJEKTOWANIA GEOTECHNICZNEGO

Klasyfikacja gruntów, wydzielanie warstw, ustalanie parametrów

geotechnicznych z uwzględnieniem nowych norm europejskich

1. Wprowadzenie

Tytuł tego referatu jest zgodny z drugim rozdziałem EN 1997-1, tj. Eurokodu 7.

W przyszłości z literami PN na początku Eurokod ten zostanie norma polską. W rozdziale

drugim mówi się o konieczności wprowadzenia stanów granicznych zdefiniowanych już

w PN – EN 1990:2002.

W punkcie pierwszym (2.1) EN 1997-1 „Wymagania projektowe” określa się, co należy

uwzględnić w projekcie geotechnicznym. Podaje się minimalne wymagania dotyczące

rodzajów badań i obliczeń w szczególności definiuje się kategorie geotechniczne.

Następnie w podrozdziale „Sytuacje obliczeniowe” omawia się sytuacje stałe

i przejściowe, w których kombinacje i przypadki występujące w projekcie należy określić.

Dalej należy dokonać ogólnej oceny przydatności podłoża z uwzględnieniem

stateczności ogólnej i przemieszczeń podłoża. Następnie podłoże należy podzielić na

warstwy, które powinny być odpowiednio opisane i sklasyfikowane. Należy uwzględnić

skutki procesów geodynamicznych, jak kras, sufozja, przemarzanie, skutki suszy, trzęsienia

ziemi, szkody górnicze itp. Należy w końcu ocenić wpływ nowego obiektu na już istniejące,

instalacje i lokalne środowisko przyrodnicze.

Następny podrozdział dotyczy „trwałości”. Zwraca się w nim uwagę, że konstrukcja

wykonana w gruncie powinna być zabezpieczona na działanie czynników agresywnych.

Wymienia się tu zabezpieczanie betonu, stali, drewna oraz geosyntetyków na czynniki

środowiskowe, odsyłając do odpowiednich norm materiałowych.

łówną treścią rozdziału drugiego jest „Projektowanie na podstawie obliczeń” (2.2).

Projektowanie to wymaga określenia:

– oddziaływań, które mogą być obciążeniami albo zadanymi przemieszczeniami

(ruchami podłoża),

– parametrów geotechnicznych,

– danych geometrycznych,

– granicznych wartości odkształceń, rozwarcia rys, drgań itp.

1 Prof. dr hab. inż., Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie, Politechnika Krakowska

WISŁA - USTROŃ

Dalej następuje podkreślenie, że „Rozpoznanie gruntów i kontrola jakości wykonania

konstrukcji ma większe znaczenie dla spełnienia podstawowych wymagań projektowych niż

dokładność modeli obliczeniowych i współczynniki częściowe.”

Rozróżnia się trzy rodzaje modeli obliczeniowych: analityczne, półempiryczne, numeryczne.

Zwraca się uwagę na fakt, że występujące mechanizmy zniszczenia muszą być sprawdzalne

odpowiednimi modelami obliczeniowymi.

Zauważa się, że stosowanie metod numerycznych jest uzasadnione, gdy uwzględnia się

zgodność odkształceń konstrukcji i podłoża zwłaszcza tam, gdzie może nastąpić łączne

zniszczenie elementów konstrukcji i podłoża, jak np. przy fundamentach płytowych, palach

obciążonych poziomo, wiotkich ścianach oporowych.

W podrozdziale „oddziaływania” (2.4.2) podana jest lista oddziaływań. Są to:

– ciężar gruntu, skały i wody,

– naprężenia w gruncie,

– parcie gruntu i ciśnienie wody gruntowej,

– ciśnienie wody powierzchniowej, włączając ciśnienie fal,

– ciśnienie wody gruntowej,

– ciśnienie spływowe,

– obciążenia stałe i zmienne od konstrukcji,

– obciążenia naziomu,

– siły kotwienia lub cumowania,

– usunięcie obciążenia (odciążenie) lub wykonanie wykopu,

– obciążenie pojazdami,

– przemieszczenia spowodowane eksploatacją górniczą albo wykonywaniem

wykopów lub tuneli,

– pęcznienie i skurcz spowodowane przez rośliny, wpływy klimatyczne lub zmiany

wilgotności,

– przemieszczenia związane z pełzaniem lub osiadaniem mas gruntu,

– przemieszczenia związane z degradacją, zmianami w składzie mineralnym,

samozagęszczeniem i rozpuszczeniem gruntu,

– przemieszczenia i przyspieszenia spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchami,

drganiami i obciążeniami dynamicznymi,

– skutki działania temperatur, w tym zamarzania,

– obciążenie lodem,

– wstępne sprężenie kotew gruntowych lub rozpór,

– tarcie negatywne.

Właściwości podłoża (2.4.3) gruntów lub skał podawane są do obliczeń projektowych

jako parametry geotechniczne. Mogą być wyznaczane bezpośrednio z wyników badań, przez

korelację, teorię i doświadczenie z innych dostępnych danych.

Dane geometryczne (2.4.4), to poziom nachylenia powierzchni terenu, poziom wody,

linie graniczne między warstwami, zarysy wykopów oraz wymiary konstrukcji.

Wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych (2.4.5), to wartości

parametrów geotechnicznych i geometrycznych. Wartości obliczeniowe mogą być określane

bezpośrednio lub z wartości charakterystycznych przy zastosowaniu współczynników

częściowych.

W Eurokodzie 7 zostały generalnie wyróżnione inne stany graniczne niż to stosujemy

w Polsce (tylko stan graniczny nośności i użytkowalności). Stanów granicznych w EN jest

pięć (EQV, STR, GEO, UPL, HVD), opisane zostaną w dalszej części pracy. Wyróżnia się też

trzy podejścia projektowe, które zostaną omówione później. Różnią się one zasadami

stosowania wartości współczynników częściowych do oddziaływań lub ich skutków, a także

zasadami przyjmowania równoczesności obciążeń.

Norma EN 1997-1 wymaga podania w projekcie wartości granicznych przemieszczeń

fundamentu. Nie ustala ich jako obowiązujące, ale zalecane wartości przemieszczeń

granicznych, mają być podane w załącznikach krajowych.

Rozdział „Projektowanie na podstawie wymagań przepisów” (2.5) to rozdział

zezwalający na projektowanie tylko na podstawie doświadczenia. Można tu podać przykłady:

głębokość przemarzania, szkodliwość wpływów chemicznych itp.

„Próbne obciążenia i badania na modelach” (2.6). Metodę tę stosuje się do poparcia

założeń projektowych, należy wtedy zapewniać maksymalne podobieństwo modelowe, lub

wykonać badania na wybranym elemencie rzeczywistej konstrukcji (przykład próbne

obciążenia pali).

Nową i w pewnym sensie szokującą dla nas jest „metoda obserwacyjna” (2.7).

W metodzie tej zakłada się, że rozwiązanie projektowe jest korygowane w czasie budowy na

podstawie obserwacji konstrukcji. W praktyce może jest to przypadek wcale nie taki rzadki.

Na budowie zmienia się przecież rozwiązania projektowe i jeśli rozwiązania te nie różnią się

w sposób istotny od projektu, jest to zgodne z Polskim Prawem Budowlanym.

Eurokod formalizuje proces korygowania projektu, zakłada ustalenie granic

dopuszczalnych zachowań konstrukcji, zobowiązuje do wykonania programu monitorowania

oraz opracowanie procedury reakcji na wykonane pomiary oraz plan działań interwencyjnych,

tj. jeśli np. przemieszczenie osiągnie określoną wartość, to wykonujemy wariant 2, jeśli jest

mniejsze, wykonujemy wariant 1.

Końcowym punktem tego rozdziału jest podrozdział „Projekt geotechniczny” (2.8).

Treść projektu geotechnicznego zgodnie z EN 1997-1 to:

– opis działki i jej otoczenia,

– opis warunków w podłożu gruntowym,

– wartości obliczeniowe 2 właściwości gruntów i skał, w razie potrzeby łącznie z ich

uzasadnieniem,

– wykaz stosowanych norm i przepisów,

– geotechniczne obliczenia projektowe i rysunki,

– zalecenia dotyczące projektu fundamentów,

– wykaz zagadnień do sprawdzania podczas budowy lub wymagających

monitorowania.

Rozdział 3 Dane geotechniczne, zostanie również omówiony. Zawiera on podrozdziały:

Postanowienia ogólne (3.1), Badania geotechniczne (3.2), Wyznaczanie wartości parametrów

geotechnicznych (3.3), Dokumentacja badań podłoża (3.4).

Wymagania dotyczące badań laboratoryjnych i terenowych są zawarte w EN 1997-2.

W rozdziale (3.2) „Badania geotechniczne” omawiany jest tok wykonywania dokumentacji

geotechnicznej (badań podłoża) z wymienieniem problemów, które musi ona rozwiązać

w zakresie budowy geologicznej.

W rozdziale (3.3) „Wyznaczanie wartości parametrów geotechnicznych” jako

obligatoryjne mówi się tu, że grunty i skały należy rozpoznać i opisać zgodnie z przyjętą

klasyfikacją. Należy także dokonać ich oceny geologicznej. Punkt ten zawiera wykaz badań

laboratoryjnych i polowych stosowanych zwykle przy ocenie gruntów i skał oraz krótkie

komentarze odnośnie ich stosowalności.

Rozdział 3.4 „Dokumentacja badań podłoża”. Dokumentacja ta powinna stanowić część

projektu geotechnicznego (2.8) stanowi zestawienie wszystkich badań terenowych

i laboratoryjnych.

Zgodnie z polską praktyką Dokumentacja w sensie EN odpowiada zakresem i treścią

„Dokumentacji geologiczno-inżynierskiej” lub „Dokumentacji geotechnicznej”, gdy Projekt

2 podkreślenie L.W. obliczeniowe nie charakterystyczne

geotechniczny to jakby „Geotechniczne warunki posadowienia” zgodnie z naszym Prawem

Budowlanym lub niewiele więcej, ale z całą pewnością nie jest to projekt konstrukcyjny

fundamentów. Wydaje się, że w stosunku do konstrukcji wykonanych z gruntów (nasypy,

skarpy, wzmocnienia, obudowy głębokich wykopów, projekt geotechniczny wg EC 7 może

odpowiadać zakresem projektowi konstrukcyjnemu, budowlanemu czy wykonawczemu

dokumentacji projektowej.

W dziedzinie badania gruntów i dokumentowania warunków geotechnicznych stan

prawny w Polsce nie jest zadowalający. W chwili obecnej mamy w Prawie Budowlanym

§ 34.4 stwierdzenie, że Projekt Budowlany powinien zawierać: w zależności 3 od potrzeb

wyniki badań geologiczno-inżynierskich oraz geotechniczne warunki posadowienia obiektów

budowlanych.

Na podstawie delegacji wykonanej w § 34.6 Prawa Budowlanego wykonano zarządzenie

dotyczące ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych

(Dz. U. 126, poz. 839). Rozporządzenie to ukazało się 24 września 1998 roku. Ze strony

geotechników jest nacisk na nowelizację tego Rozporządzenia. Głównie zależy tu na

stwierdzeniu, że grunty należy badać zawsze, a także o lepsze wyeksponowanie roli

geotechników w procesie budowlanym.

Uregulować należy także uprawnienia geotechniczne i sprecyzować zakres

odpowiedzialności geotechników za obiekt i jego posadowienie.

2. System normalizacyjny w geotechnice polskiej

2.1. Dobrowolność stosowania norm

Ustawa o normalizacji stanowi, że stosowanie norm jest dobrowolne. Normy są

dokumentami wysokiego zaufania społecznego i jako takie mogą być przywoływane

w przepisach prawnych jako dobry sposób rozwiązania zadań, będących przedmiotem tych

przepisów.

Podane w normach sposoby spełnienia wymagań stawianych w przepisach nie wymagają

przeprowadzenia dowodu słuszności. Ma to bardzo istotne znaczenie, ponieważ nie wszystkie

ustalenia w praktyce mogą być uzasadnione w sposób sprawdzalny doświadczalnie. Szereg

wymagań, w tym również „należyty poziom niezawodności” czy „ostrożne oszacowanie

wartości parametru”, opiera się na ogólnie uznanych obserwacjach wynikających z praktyki

i doświadczeniu środowiska inżynierskiego. Wysokie zaufanie publiczne wynika też z faktu,

że normy opracowywane są przez grono osób o odpowiedniej wiedzy i doświadczeniu, i że

przyjmowane są na podstawie konsensusu użytkowników norm.

W przypadku norm projektowania konstrukcji, do których należy Eurocod 7 (EC-7),

czyli przyszła norma PN-EN 1997-1, w momencie kiedy nasze obecne PN-B zastępowane

będą przez PN-EN...., wystąpi jeszcze jeden czynnik podnoszący rangę ustaleń zawartych w

Eurokodach. Jest to wymaganie Komisji Europejskiej, aby podawane w Eurokodach wartości

współczynników, wprowadzanych do stosowania w państwach Unii jako normy krajowe,

ustalane były przez władze państwowe. Wymaganie to czyni władze państwowe

odpowiedzialne za określenie społecznie akceptowanego poziomu niezawodności konstrukcji,

a podany w normach sposób wykazania, że poziom ten został osiągnięty, uzyskuje rangę

ustalenia prawnego. 4

Aktualnie stosowane PN-B projektowania konstrukcji nie przewidują innego sposobu

wykazania, że określony przez nie poziom niezawodności konstrukcji został osiągnięty, niż

3 potrzeba istnieje zawsze

4 zatem de facto wracamy chyba do stanu poprzedniego, sprzed dobrowolności norm (L.W.)

postępowanie zgodnie z ustaleniami normy . Eurokody, a stąd i przyszłe PN-EN wyróżniają

w tekście „zasady”, dla których nie ma alternatywy i „reguły stosowania”, w zakresie których

dopuszcza się także inny sposób postępowania pod warunkiem, że będzie on: zgodny

z „zasadami” i poziom niezawodności konstrukcji będzie nie niższy od uzyskiwanego, który

osiągamy kierując się normowymi „regułami stosowania i dalszymi ustaleniami”.

Dostosowanie EN do warunków krajów członkowskich następuje poprzez „wartości

ustalane krajowo” NDP - Nationally Determined Parameters, występujące w obliczeniach

nośności konstrukcji i w wymaganiach konstrukcyjnych, dotyczących jej trwałości (chodzi tu

głównie o współczynniki cząstkowe) Za takie wartości polska praktyka projektowania

fundamentów z całą pewnością uznawała przez lata również parametry gruntów stosowane do

projektowania, określane metodą B - PN-03020 (tylko na podstawie opisania nazwy i stanu

gruntów).

Każda z części Eurokodów zawiera wykaz punktów, zawierających wielkości, dla

których dopuszcza się NDP. Dla wielkości tych EN podaje wartości zalecane do akceptacji

przez władze krajowe odpowiedzialne za ustalenia prawne zapewniające niezawodność

konstrukcji.

Dopuszczenie NDP w krajowych EN (w Polsce PN-EN) pozwala na projektowanie z tym

samym prawdopodobieństwem osiągnięcia stanów granicznych, co w przypadku

posługiwania się normami dotychczas stosowanymi w danym kraju, z reguły

niekwestionowanymi z uwagi na poziom niezawodności. Wynika z tego wniosek, że

wdrożenie PN-EN do praktyki krajowej stanowi zadanie, w którym zaangażowane zostają nie

tyle krajowe instytucje normalizacyjne, ale władze krajowe, odpowiedzialne za „swobodną

wymianę towarów i usług”.

Schemat zadań wdrożeniowych przewidzianych przez kompetentną w tym względzie

Dyrekcję Generalną Przedsiębiorstw Komisji Europejskiej przedstawia tablica 1.

Tablica 1. Schemat zadań wdrożeniowych przewidzianych przez Dyrekcję Generalną

Przedsiębiorstw Komisji Europejskiej

KRAJOWE INSTYTUCJE

NORMALIZACYJNE

WŁADZE PAŃSTWOWE

BRANŻA

BUDOWLANA

Okres kalibracji krajowej

Kształcenie

użytkowników

Opracowanie materiałów

pomocniczych

Współpraca z władzami

krajowymi i krajowymi

instytucjami

normalizacyjnymi

Okres tłumaczenia

Ustalenie NDP

Informowanie organów Komisji

Europejskiej (przekazanie

Załącznika krajowego i wniosków

z praktyki)

Dostosowanie przepisów

krajowych umożliwiające

stosowanie krajowej EN

12 miesięcy

24 miesiące

Publikacja EN

z załącznikiem krajowym

Okres koegzystencji

Utrzymanie związku z

organami Komisji

Europejskiej, krajowymi

instytucjami

normalizacyjnymi

i CEN/TC 250

dla pierwszej

części pakietu

Eurokodów

(6-7 lat)

dla ostatniej

części pakietu

Eurokodów

(3 lata)

łącznie 5 lat

od ostatniej części pakietu

Wycofanie wszystkich

sprzecznych norm krajowych

Dostosowanie do EN/EC

wszystkich sprzecznych przepisów

krajowych

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: