Fundamentowanie - Kompendium Normatywne

PN-EN 1997-1 PN-EN 1992-1-1 PN-EN 1536 PN-EN 12699 PN-B-03010

Politechnika Warszawska - Wydział Inżynierii Lądowej

PN-EN 1997-1 (EC-7)
Projektowanie geotechniczne
Stany graniczne Nośność Osiadania
PN-EN 1992-1-1 (EC-2)
Konstrukcje betonowe
Wymiarowanie Zbrojenie Ścinanie
PN-EN 1536
Pale wiercone
Wykonawstwo Kontrola Badania
PN-EN 12699
Pale przemieszczeniowe
Wbijane Przemieszczeniowe Kontrola
PN-B-03010
Fundamenty budynków
Posadowienie Głębokość Wymagania
Obliczenia
Wzory i metody obliczeniowe
Wzory Tabele Przykłady
PN-EN 1997-1 (Eurokod 7)
Projektowanie geotechniczne - Część 1: Zasady ogólne

Zakres normy:

Norma określa zasady projektowania geotechnicznego konstrukcji, w tym fundamentów, konstrukcji oporowych, wykopów, nasypów i konstrukcji z gruntu zbrojonego.

Stany graniczne nośności (ULS) - §2.4.7.1:

1. STR - stan graniczny wewnętrznej nośności konstrukcji lub jej elementów
2. GEO - stan graniczny nośności podłoża gruntowego lub konstrukcji ziemnej
3. EQU - stan graniczny utraty stateczności konstrukcji jako całości
4. UPL - stan graniczny utraty stateczności na skutek sił wyporu wody
5. HYD - stan graniczny przesiąkania hydraulicznego

Podstawowy warunek stanu granicznego nośności (§2.4.7.1):
Ed ≤ Rd
Ed - obliczeniowa wartość efektu działania
Rd - obliczeniowa wartość odpowiedniego oporu
Nośność graniczna podłoża - metoda analityczna (Annex D):
qf = c'Ncscic + q'Nqsqiq + 0.5γ'B'Nγsγiγ
c' - efektywna spójność gruntu [kPa]
q' = γ·D - efektywne naprężenie pionowe na poziomie posadowienia [kPa]
γ' - efektywny ciężar objętościowy gruntu poniżej fundamentu [kN/m³]
B' = B - 2eB - efektywna szerokość fundamentu [m]
Nc, Nq, Nγ - współczynniki nośności
Podejście obliczeniowe Kombinacja Zastosowanie
DA-1 (Podejście 1) A1 + M1 + R1 Fundamenty bezpośrednie, ściany oporowe
DA-1 (Podejście 1) A2 + M2 + R1 Fundamenty palowe, ściany szczelinowe
DA-2 (Podejście 2) A1 + M1 + R2 Wszystkie konstrukcje geotechniczne
DA-3 (Podejście 3) A2 + M2 + R3 Konstrukcje z gruntu zbrojonego
Współczynniki nośności dla φ' > 0 (Annex D.4):
Nq = eπ·tanφ'·tan²(45° + φ'/2)
Nc = (Nq - 1)·cotφ'
Nγ = 2(Nq - 1)·tanφ'
Wymagania dotyczące osiadań (§6.6.2):
Osiadanie całkowite s ≤ sdop
Różnica osiadań Δs ≤ Δsdop
Nachylenie ω ≤ ωdop
Krzywizna κ ≤ κdop
PN-EN 1992-1-1 (Eurokod 2)
Projektowanie konstrukcji z betonu - Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków

Zakres normy dla fundamentów:

Norma określa zasady projektowania konstrukcji betonowych, w tym fundamentów bezpośrednich, ław, stóp, płyt fundamentowych.

Nośność na ścinanie bez zbrojenia na ścinanie (§6.2.2):
VRd,c = [CRd,c·k·(100·ρl·fck)1/3 + k1·σcp]·bw·d
CRd,c = 0.18/γc = 0.12 (dla γc = 1.5)
k = 1 + √(200/d) ≤ 2.0 [d w mm]
ρl = Asl/(bw·d) ≤ 0.02
fck - charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie [MPa]
σcp = NEd/Ac [MPa]
Minimalna nośność na ścinanie (§6.2.2):
VRd,c,min = (vmin + k1·σcp)·bw·d
vmin = 0.035·k3/2·fck1/2
Nośność na przebicie bez zbrojenia na ścinanie (§6.4.4):
vRd,c = CRd,c·k·(100·ρl·fck)1/3 ≥ vmin
Kontrola na obwodzie kontrolnym w odległości 2d od krawędzi słupa
Klasa ekspozycji Opis Minimalne otulenie cmin,dur [mm]
XC1 Wilgotność mała lub sucho 15
XC2 Wilgotność duża 25
XC3 Umiarkowanie wilgotno 25
XD1 Umiarkowanie narażone na chlorki 35
XS1 Ekspozycja na sól morską 40
Minimalne zbrojenie (§9.2.1.1):
As,min = 0.26·(fctm/fyk)·bt·d ≥ 0.0013·bt·d
fctm - średnia wytrzymałość betonu na rozciąganie [MPa]
fyk = 500 MPa - granica plastyczności stali
bt - średnia szerokość strefy rozciąganej
Wymagania szczególne dla fundamentów (§9.8):

1. Minimalna grubość: 250 mm dla fundamentów bezpośrednich
2. Minimalne zbrojenie w stopach: Ø12 co 200 mm
3. Zakotwienie zbrojenia: lbd ≥ 15Ø dla prętów prostych
4. Beton fundamentowy: minimum C16/20 (XC1) lub C25/30 (XC2, XC3)

PN-EN 1536:2010
Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych - Pale wiercone

Rodzaje pali wierconych (§4):

1. Pale wiercone bez rury obsadowej - w gruntach spoistych
2. Pale wiercone z rurą obsadową - w gruntach niespoistych
3. Pale CFA (Continuous Flight Auger) - ciągła ślimacznica
4. Pale barretowane - prostokątne, z płuczką bentonitową

Wymagania dotyczące betonowania (§6.6):
Vbetonu ≥ 1.05·Votworu
Hsłupa betonu ≥ 3·Ø lub 2.0 m
Minimalny nadbeton zapewniający ciągłość i jakość betonu
Rura tremowa musi być zanurzona minimum 1.0 m w betonie
Średnica pala [mm] Minimalna długość zakotwienia zbrojenia Minimalna ilość prętów głównych
300-600 40·Ø 6
600-900 35·Ø 8
900-1200 30·Ø 10
1200-1500 25·Ø 12
Kontrola jakości wykonania (§9):
Pomiar średnicy i głębokości otworu
Kontrola pionowości (max 1% odchylenia)
Badania integrytometryczne (co 10 pal)
Próby obciążenia statycznego (co 100 pali, min 1)
Badania niszczące (wyciąganie próbek rdzeniowych)
Minimalne odległości między palami (§5.3):
s ≥ max(3·Ø; 1.0 m)
Od krawędzi: a ≥ max(1.5·Ø; 0.5 m)
Wymagania dla pali CFA:

1. Prędkość wierczenia: 0.5-2.0 m/min
2. Prędkość podawania betonu: 1.5-3.0 m³/min
3. Ciśnienie betonu: min 0.5 MPa
4. Głębokość zanurzenia ślimacznicy: min 0.5 m poniżej poziomu betonu

PN-EN 12699:2015
Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych - Pale przemieszczeniowe

Rodzaje pali przemieszczeniowych (§4):

1. Pale wbijane - prefabrykowane, żelbetowe lub stalowe
2. Pale wkręcane - wykonane in situ
3. Pale CFA z rozszerzoną podstawą

Typ pala Minimalna średnica [mm] Maksymalna długość [m] Nośność charakterystyczna [kN]
Wbijany prefabrykowany 250 30 1500-3000
Wkręcany 300 25 800-2000
CFA z rozszerzeniem 400 28 2000-5000
Obliczeniowa nośność pala (§6):
Rc,d = Rb,d + Rs,d = Rb,k/γb + Rs,k/γs
γb = 1.1, γs = 1.1 (DA-2)
γb = 1.0, γs = 1.0 (DA-1, DA-3)
Nośność na wyciąganie (§6.4):
Rt,d = Rs,k/γs,t
γs,t = 1.25 (pale wiercone)
γs,t = 1.1 (pale wbijane)
Badania kontrolne (§9):
Próby dynamiczne (co 10 pal)
Próby statyczne (1% lub min 2 pale)
Pomiary odkształceń (co 50 pal)
Kontrola pionowości (max 2%)
Pomiary drgań (w terenie zabudowanym)
Ograniczenia stosowania:

1. Pale wbijane niezalecane w terenie zurbanizowanym (drgania)
2. Minimalna odległość od istniejących budynków: 3·H (głębokość)
3. W gruntach spoistych konieczne uwzględnienie ujemnego tarcia
4. W gruntach organicznych wymagane badania dodatkowe

PN-B-03010:1979
Fundamenty budynków - Obliczenia statyczne i projektowanie

Minimalna głębokość posadowienia (§4):

D ≥ max(0.5 m, zf + 0.5 m)
gdzie zf - głębokość przemarzania gruntu

Strefa klimatyczna Głębokość przemarzania zf [m] Minimalna głębokość posadowienia Dmin [m]
I (Zachód) 0.8 1.3
II (Centrum) 1.0 1.5
III (Wschód) 1.2 1.7
IV (Góry) 1.4 1.9
Dopuszczalne naprężenia w podłożu - wzór uproszczony:
qdop = 0.5·γ·B·Nγ·sγ + γ·D·Nq·sq + c·Nc·sc
Współczynniki jak w EC-7 ale z Fs = 2.0-3.0 w zależności od rodzaju gruntu
Wymagania konstrukcyjne dla ław fundamentowych:
Minimalna szerokość: 40 cm
Minimalna wysokość: 30 cm
Wysokość przekroju ≥ szerokość/2
Minimalne zbrojenie: 4Ø12
Otulenie: min 5 cm
Uwagi praktyczne:

1. Norma historyczna, ale nadal stosowana w praktyce
2. W wielu przypadkach zastępowana przez EC-7
3. Zapewnia konserwatywne podejście projektowe
4. Wymaga znajomości lokalnych warunków gruntowych

Wzory i metody obliczeniowe
Kompendium wzorów zgodnych z normami

Podstawowe wzory do egzaminu:

Poniżej przedstawiono najważniejsze wzory wymagane na egzaminie z fundamentowania.

1. Efektywna szerokość fundamentu (mimośród):
B' = B - 2·eB
L' = L - 2·eL
eB, eL - mimośrody obciążenia w dwóch kierunkach
2. Współczynniki kształtu (EC-7 Annex D):
sc = 1 + (B'/L')·(Nq/Nc)
sq = 1 + (B'/L')·tanφ'
sγ = 1 - 0.3·(B'/L')
3. Współczynniki nachylenia obciążenia (EC-7 Annex D):
ic = iq = (1 - α/90°)²
iγ = (1 - α/φ')²
gdzie α = arctan(H/V)
4. Nośność grupy pali (efficiency):
η = 1 - arctan(d/s)·[(n-1)·m + (m-1)·n]/(90·m·n)
Rg,d = η·n·Rc,d
d - średnica pala, s - rozstaw pali
m - liczba rzędów, n - liczba pali w rzędzie
5. Osiadanie bezpośrednie (sprężyste):
s = q·B·(1-ν²)·Iρ/E
Iρ - współczynnik wpływowy (zależny od kształtu fundamentu)
ν - współczynnik Poissona, E - moduł Younga
6. Osiadanie konsolidacyjne (jednowymiarowe):
sc = Σ [Δσz·H·Cc/(1+e0)·log((σ'v0+Δσz)/σ'v0)]
Cc - wskaźnik kompresji, e0 - wskaźnik porowatości
σ'v0 - naprężenie efektywne początkowe
7. Parcie gruntu na ścianę oporową (Rankine):
pa = Ka·γ·z - 2c·√Ka
Ka = tan²(45° - φ/2)
pp = Kp·γ·z + 2c·√Kp
Kp = tan²(45° + φ/2)
Wzór Norma Zastosowanie
qf = c'Ncscic + ... PN-EN 1997-1 Annex D Nośność podłoża
VRd,c = [CRd,c·k·...] PN-EN 1992-1-1 §6.2.2 Nośność na ścinanie
Rc,d = Rb,k/γb + Rs,k/γs PN-EN 1997-1 §7.6 Nośność pala
D ≥ max(0.5 m, zf + 0.5 m) PN-B-03010 §4 Głębokość posadowienia
Kluczowe do zapamiętania na egzamin:

1. Współczynniki częściowe dla DA-2: γG=1.35, γQ=1.5, γφ=1.0, γc=1.0
2. Minimalne wymiary: ława 40×30 cm, stopa 60×60 cm
3. Współczynniki nośności: zapamiętać wzory na Nq, Nc, Nγ
4. Stany graniczne: STR, GEO, EQU, UPL, HYD - znać różnice