Analiza współpracy podłoża gruntowego z konstrukcją z wykorzystaniem obliczeń MES 2D/3D w projektowaniu geotechnicznym

Abstrakt

Projektowanie geotechniczne jest dziedziną trudną i interdyscyplinarną wykorzystującą gruntoznawstwo, mechanikę gruntów, mechanikę budowli, zjawiska reologiczne etc. Artykuł ma na celu zaprezentowanie kompleksowego rozwiązania projektowania geotechnicznego w przypadku posiadania cyfrowej informacji wielu danych projektowych pochodzących z różnych programów obliczeniowych. Praca dotyczy tematyki projektowania geotechnicznego z analizą stanów granicznych nośności i użytkowalności na przykładzie koncepcji projektowej posadowienia hali magazynowej w trudnych warunkach geotechnicznych wschodnich Niemiec. Wykorzystując informacje dotyczące warunków gruntowowodnych i układu warstw z modelu programu Leapfrog zbudowano przestrzenny model obliczeniowy podłoża w metodzie analitycznej i programie numerycznym Plaxis 3D MES bazując na blisko 400-stu wirtualnych odwiertach. Informacje na temat geometrii hali o długości 330 m i szerokości 150 m zapisana została w pliku ifc. Oddziaływania w postaci kilkunastu projektowanych kombinacji obciążeń na stopy fundamentowe z ich lokalizacją w globalnym układzie współrzędnych zostały zapisane w postaci danych tabelarycznych plików Excel. Analiza wykonywana była dwutorowo tj. z wykorzystaniem analitycznych, obliczeniowych metod empirycznych oraz obliczeniowej analizy MES 3D/2D. W metodzie analitycznej wszystkie cyfrowe informacje zostały zebrane w jedną bazę danych programu Excel, gdzie przeprowadzono dalsze obliczenia. Po utworzeniu spójnej cyfrowej bazy danych projektowych te same informacje zostały zaimplementowane do programu Plaxis 3D w celu wykonania obliczeń numerycznych MES. Rozwiązanie posadowienia hali zaprojektowano w technologii stóp fundamentowych posadowionych na palach wierconych. Na etapie obliczeń projektowych przeprowadzana została kalibracja parametrów warstw gruntowych w oparciu o badania statyczne pali. Z powodu posadowienia części geometrii hali na obszarze wysokiego nasypu (ok 5 m wysokości) w obliczeniach wykonano analizę konsolidacji gruntów spoistych występujących na projektowanym obszarze. Wpływ konsolidacji został uwzględniony w postaci tarcia negatywnego przy projektowaniu SGN pali. Geometria pali została dopasowana do panujących warunków gruntowych, miąższości warstw słabonośnych. Ostateczna geometria fundamentów hali w tym długości pali zostały zaprojektowane, aby spełnić warunek SGU narzucony przez projektanta konstrukcji oraz wyrównać nierównomierne osiadania budynku.