Výpočet únosnosti základu v odvodněných a neodvodněných podmínkách

Odborný článek

V přídavném modulu RF-/FOUNDATION Pro lze posuzovat základy (základové desky, kalichy a patky) na veškeré podporové síly v modelu RFEM nebo RSTAB. Geotechnický návrh přitom provádíme podle EN 1997-1.

V našem příspěvku se budeme zabývat hlavně výpočtem únosnosti základu podle [1], přílohy D a rozdílem mezi odvodněným a neodvodněným podložím.

Příklad: Kyvná stojka se základovou deskou

Rozdíly předvedeme na posouzení základové desky pro kyvnou stojku.

Obr. 01 - Kyvná stojka

Stojka je namáhána vlastní tíhou, užitným zatížením, sněhem a větrem ve čtyřech zatěžovacích stavech. Hodnoty zatížení můžeme převzít z následujícího obrázku.

Obr. 02 - Zatížení

Kombinace zatížení pro posouzení mezního stavu únosnosti (STR/GEO) se v programu RFEM vytvoří automaticky podle EN 1990 a převedou se k posouzení do přídavného modulu  RF-/FOUNDATION Pro.

Zadání v modulu RF-/FOUNDATION Pro

Únosnost základové desky se má stanovit podle [1], přílohy D, a proto v dialogu „1.1 Základní údaje“ označíme tuto možnost.

Dále zadáme  rozměry základové desky. Délku i šířku nastavíme na 1,25 m a tloušťku t na 25 cm.

Další údaje jako třída betonu, rozměry sloupu, průměry výztuže, typ výztužné oceli a podobně nehrají při tomto posouzení žádnou roli, protože jsme v detailním nastavení aktivovali pouze posouzení únosnosti základu a posouzení na usmyknutí. Uvedené parametry se tak při posouzení neuvažují a můžeme ponechat standardní nastavení.

Pro stanovení únosnosti základu jsou rozhodující parametry podloží. Můžeme je nastavit v dialogu „Půdní profil“. V této souvislosti odkazujeme na dřívější příspěvek, v němž jsme se zabývali zadáním půdního profilu pro výpočet únosnosti plošného základu v případě několika vrstev zeminy v odvodněných podmínkách.

V našem případě budeme počítat s jediným konstantním parametrem zeminy pod základovou spárou. Uvažované parametry podloží:

Štěrk s příměsí písku a jílu (GC)
γ = 21,0 kN/³
φk = 35,0°
c'k = 0,007 MN/m²
cuk = 0,040 MN/m²

Důležité přitom je, že modul RF-/FOUNDATION Pro standardně zobrazí pouze používané parametry, které závisí na nastavení „odvodněných“ nebo „neodvodněných“ podmínek v dialogu „1.1 Základní údaje“. Pokud zrušíme označení políčka „Zobrazit pouze použité parametry“, můžeme si prohlédnout u dané vrstvy podloží všechny parametry.

Obr. 05 - Parametry zeminy

Rozhodující podporové síly a momenty

Pro posouzení únosnosti základu jsou v našem případě směrodatné podporové síly z vygenerované kombinace zatížení KZ4. Tato kombinace zatížení je definována následovně:

$\frac12\;\cdot\;\mathrm{LK}4\;=\;1,35\;\cdot\;\mathrm G\;+\;1,50\;\cdot\;\mathrm Q\;+\;0,75\;\cdot\;\mathrm S\;+\;0,90\;\cdot\;\mathrm W$

Výsledné podporové síly vidíme na následujícím obrázku.

Obr. 06 - Rozhodující podporové síly z KZ4

Rozdíl mezi „odvodněnými“ a „neodvodněnými“ podmínkami

Pojmy „odvodněné“ a „neodvodněné“ podmínky odpovídají termínům "konsolidované“ a „nekonsolidované“ podloží. Požadovanou možnost musí uživatel vybrat před spuštěním výpočtu. Únosnost základu se tak bude počítat buď pomocí rovnice (D.1) anebo (D.2).

Obr. 07 - Výběr „odvodněných“ a „neodvodněných“ podmínek

Obecně se vychází z toho, že v případě konsolidovaného podloží přechází přírůstek napětí do půdního skeletu, respektive je jím přenášen (odvodněný stav). V nekonsolidovaných podmínkách není přírůstek napětí v podloží přenášen půdním skeletem, nýbrž pórovou vodou pod zvýšeným tlakem (neodvodněný stav).

Únosnost základu v neodvodněných podmínkách

Únosnost základu v neodvodněných podmínkách se určí podle [1], přílohy D pomocí rovnice (D.1):

$\frac{\mathrm R}{\mathrm A'}\;=\;\left(\mathrm\pi\;+\;2\right)\;\cdot\;{\mathrm c}_\mathrm{uk}\;\cdot\;{\mathrm b}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm i}_\mathrm c\;+\;\mathrm q$
kde
A' = návrhová efektivní plocha základu B' ⋅ L'
cuk = celková soudržnost neodvodněného podloží
bc = součinitel sklonu základové spáry
sc = součinitele tvaru základu
ic = součinitel šikmosti zatížení
q = tlak nadloží nebo zatížení v úrovni základové spáry

Pro výše uvedené nastavení dostaneme následující mezivýsledky:

A' = 1,5404 m²
bc = 1,00, protože v modulu RF-FOUNDATION Pro se vždy předpokládá vodorovná poloha základové spáry
sc = 1,197
ic = 0,963
q = 0,005 kN/m²

Jestliže hodnoty dosadíme do rovnice (D.1), dostaneme následující charakteristickou únosnost základu Rk/A':

$\frac{\mathrm R}{\mathrm A'}\;=\;\left(\mathrm\pi\;+\;2\right)\;\cdot\;0,040\;\mathrm{MN}/\mathrm m²\;\cdot\;1,197\;\cdot\;0,963\;+\;0,005\;\mathrm{MN}/\mathrm m²$

Návrhová hodnota únosnosti základu je tak:

$\frac{{\mathrm R}_\mathrm k}{\displaystyle\frac{\mathrm A'}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm R,\mathrm v}}}\;=\;\frac{0,242\;\mathrm{MN}/\mathrm m²}{1,40}\;=\;0,173\;\mathrm{MN}/\mathrm m²$

Obr. 08 - Podrobný přehled výsledků posouzení únosnosti základu

Únosnost základu v odvodněných podmínkách

Stanovení únosnosti základu v odvodněných podmínkách jsme si ukázali již v dřívějším příspěvku, a proto nyní již výpočet podle rovnice (D.2) nebudeme podrobněji vysvětlovat.

Únosnost základu v odvodněných podmínkách je v našem příkladu:

$\frac{{\mathrm R}_\mathrm k}{\displaystyle\frac{\mathrm A'}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm R,\mathrm v}}}\;=\;\frac{1,124\;\mathrm{MN}/\mathrm m²}{1,40}\;=\;0,803\;\mathrm{MN}/\mathrm m²$

Shrnutí

Tento příklad dokládá, jaký vliv má výběr „odvodněných“ a „neodvodněných“ podmínek v dialogu 1.1 na výpočet únosnosti základu podle EN 1997-1, přílohy D. V praxi se bezpochyby většinou vychází z odvodněného (konsolidovaného) podloží.

Přesto přídavný modul RF-/FOUNDATION Pro nabízí obě možnosti, a pokud nejsou základové poměry jednoznačné, můžeme ověřit vliv odvodněných aneodvodněných podmínek.

Nastavení „odvodněných“ nebo „neodvodněných“ podmínek neovlivňuje pouze výpočet únosnosti základu, nýbrž také posouzení na usmyknutí, respektive stanovení odolnosti proti usmyknutí. Podrobnější informace můžeme najít v manuálu k modulu RF-FOUNDATION Pro v kapitole 3 pod „Porušení smykem “.

Klíčová slova

základ odvodněné neodvodněné

Literatura

[1]   Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln; DIN EN 1997-1:2014-03

Ke stažení

Odkazy

Kontakt

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte nás nebo využijte stránky s často kladenými dotazy.

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

Cena za první licenci
3 540,00 USD
RFEM Železobetonové konstrukce
RF-FOUNDATION Pro 5.xx

Přídavný modul

Posouzení jednoduchých, kalichových a blokových základů

Cena za první licenci
760,00 USD
RSTAB Hlavní program
RSTAB 8.xx

Hlavní program

Program pro statický výpočet a navrhování prutových a příhradových konstrukcí, provedení lineárních a nelineárních výpočtů vnitřních sil, deformací a podporových reakcí.

Cena za první licenci
2 550,00 USD
RSTAB Železobetonové konstrukce
FOUNDATION Pro 8.xx

Přídavný modul

Posouzení jednoduchých, kalichových a blokových základů

Cena za první licenci
760,00 USD