Projektowanie geotechniczne w świetle przepisów norm światowych i europejskich Dr inż. Włodzimierz Cichy – Politechnika Gdańska Normalizacja europejska stanowi dla polskich konstruktorów budowlanych bardzo duże wyzwanie. Zespół norm wchodzących w zakres dziesięciu Eurokodów (dodatkowy Eurokod 0 Basis of design) liczy kilka tysięcy stron formatu A4. Eurokody, oprócz zaleceń dotyczących obliczeń konstrukcyjnych, zawierają bardzo dużo zaleceń z zakresu tak zwanej „sztuki inżynierskiej” (po francusku l’art d’ingénieur). Po wielu latach doświadczeń przekonano się, że o bezpieczeństwie konstrukcji budowlanych w równym stopniu decydują obliczenia konstrukcyjne, jak i zespół praktycznych doświadczeń zdobytych dotychczas w konkretnej dziedzinie konstrukcji budowlanych. Stąd tak bardzo rozbudowana część opisowa norm europejskich. Normy europejskie stanowią więc rodzaj bardzo precyzyjnych przewodników dla konstruktora budowlanego. Różnica w stosunku do zwykłych przewodników polega na dyrektywnym charakterze zaleceń normowych. Myli się jednak ten, który sądzi, że w normach europejskich znajdzie gotowe recepty na wszystkie problemy związane z projektowaniem konstrukcji budowlanych. Do podstawowych norm geotechnicznych, opracowanych w ramach Eurokodu 7, należą: a) ENV 1997 Part 1 Geotechnical design. General rules (Projektowanie geotechniczne. Zalecenia ogólne), 1994 r.,
22
Embed
Projektowanie geotechniczne w świetle przepisów norm światowych i europejskich
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Projektowanie geotechniczne w świetle przepisów norm światowych i
europejskich
Dr inż. Włodzimierz Cichy – Politechnika Gdańska
Normalizacja europejska stanowi dla polskich konstruktorów budowlanych bardzo duże
wyzwanie. Zespół norm wchodzących w zakres dziesięciu Eurokodów (dodatkowy Eurokod 0
Basis of design) liczy kilka tysięcy stron formatu A4. Eurokody, oprócz zaleceń dotyczących
obliczeń konstrukcyjnych, zawierają bardzo dużo zaleceń z zakresu tak zwanej „sztuki
inżynierskiej” (po francusku l’art d’ingénieur). Po wielu latach doświadczeń przekonano się,
że o bezpieczeństwie konstrukcji budowlanych w równym stopniu decydują obliczenia
konstrukcyjne, jak i zespół praktycznych doświadczeń zdobytych dotychczas w konkretnej
dziedzinie konstrukcji budowlanych. Stąd tak bardzo rozbudowana część opisowa norm
europejskich. Normy europejskie stanowią więc rodzaj bardzo precyzyjnych przewodników
dla konstruktora budowlanego. Różnica w stosunku do zwykłych przewodników polega na
dyrektywnym charakterze zaleceń normowych. Myli się jednak ten, który sądzi, że w
normach europejskich znajdzie gotowe recepty na wszystkie problemy związane z
projektowaniem konstrukcji budowlanych.
Do podstawowych norm geotechnicznych, opracowanych w ramach Eurokodu 7, należą:
a) ENV 1997 Part 1 Geotechnical design. General rules (Projektowanie geotechniczne.
Zalecenia ogólne), 1994 r.,
b) ENV 1997 Part 2 Geotechnical design assisted by laboratory testing. (Projektowanie
geotechniczne za pomocą badań laboratoryjnych), 1999 r.,
c) ENV 1997 Part 3 Geotechnical design by field testing. (Projektowanie geotechniczne za
pomocą badań polowych), 1999 r.,
Normami podstawowymi do projektowania geotechnicznego są również:
a) Pr EN 1990 Basis of design. (Podstawy projektowania),
b) PrEN 1991 Actions on structures. (Oddziaływania na konstrukcje),
c) EN 1992 Part 3 Design of concrete structures. Concrete foundations. (Projektowanie
konstrukcji betonowych. Fundamenty betonowe),
d) EN 1993 Part 5 Design of steel structures. Piling. (Projektowanie konstrukcji metalowych.
Fundamenty palowe),
e) EN 1998 Part 3 Design of structures for earthquake resistance. Foundations, retaining
structures and geotechnical aspects. (Projektowanie konstrukcji odpornych na trzęsienia
ziemi. Fundamenty, konstrukcje oporowe i aspekty geotechniczne).
Do tego dochodzą normy opracowane w ramach specjalnego komitetu TC288 – Execution of
special geotechnical works (Wykonawstwo specjalistycznych robót geotechnicznych):
a) EN 1536 Bored piles (Pale wiercone),
b) EN 1537 Ground anchors (Kotwy gruntowe),
c) EN 1538 Diaphragam walls (Ściany szczelinowe),
d) EN 12063 Sheet pile walls (Ścianki szczelne),
e) EN 12699 Displacement piles (Pale przemieszczeniowe),
f) EN 12715 Grouting (Iniekcja),
g) EN 12716 Jet grouting (Iniekcja strumieniowa),
h) EN 12794 Precast concrete foundation piles (Prefabrykowane pale betonowe),
i) EN 288008 Micropiles (Mikropale).
Wymienione wyżej normy obejmują wszystkie aspekty geotechniki i stanowią olbrzymi zasób
bardzo specjalistycznej wiedzy do opanowania (ponad tysiąc stron formatu A4). Stanowić to
będzie niewątpliwe wyzwanie dla konstruktorów budowlanych i geotechników.
Największym wyzwaniem będzie jednak dla konstruktorów budowlanych wprowadzenie
obliczeń konstrukcyjnych opartych na zasadach prawdopodobieństwa (lub niezawodności)
konstrukcji budowlanych. Bardzo dobrze się stało, że nie czekając na ustanowienie
odpowiedniej normy europejskiej (EN 1990) Polski Komitet Normalizacyjny wprowadził
latem tego roku do Polskich Norm normę PN-ISO 2394 „Ogólne zasady niezawodności
konstrukcji budowlanych”[2].
Wprawdzie norma ta nie jest jeszcze normą obowiązującą, wprowadza jednak konstruktora
budowlanego w nowe podejście do problemu bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych,
zapewniające odpowiedni poziom ich niezawodności. Norma ta ma więc charakter
koncepcyjny i stanowi przewodnik dla Normalizacyjnych Komisji Problemowych, które
zajmują się problemami konstrukcyjnymi w budownictwie, w tym NKP Nr 254 ds.
Geotechniki. Ze względu na wprowadzenie nowych definicji i bardzo przejrzyste
potraktowanie problemu niezawodności konstrukcji budowlanych stanowi swego rodzaju
podręcznik, z którym powinien już teraz zapoznać się każdy konstruktor budowlany, aby
wiedzieć co go czeka za parę lat, kiedy Polska stanie się członkiem Wspólnoty Europejskiej.
Wprowadzenie problemu niezawodności do oceny bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych
dla wielu polskich konstruktorów budowlanych nie powinno stanowić zaskoczenia. Wszak
2
już w połowie lat dziewięćdziesiątych ukazało się polskie tłumaczenie prenormy (normy
wprowadzonej do próbnego stosowania) europejskiej ENV 1991-1:1994 „Podstawy
projektowania i oddziaływania na konstrukcje. Część 1 Podstawy projektowania”[1]. Na
łamach czasopism specjalistycznych, w tym głównie „Inżynierii i Budownictwa”, ukazało się
też sporo artykułów poruszających tą tematykę. Jednak fakt wprowadzenia latem tego roku
normy PN-ISO 2394 stanowić powinien swego rodzaju przełom, podobny do tego, jaki
stanowiła w Polsce norma PN-76/B-03001 wprowadzająca powszechną zasadę obliczeń
konstrukcyjnych opartych na częściowych współczynnikach bezpieczeństwa.
Trudno będzie teraz odkładać problem niezawodności konstrukcji budowlanych do czasu
ukazania się normy europejskiej EN 1990 „Podstawy projektowania”. Jak widać chociażby z
numeracji wagę tego Eurokodu postanowiono pokreślić przez wyodrębnienie go z grupy norm
ENV 1991. Fakt, że dotychczas nie może się ukazać podstawowa norma europejska,
dotycząca projektowania konstrukcji budowlanych, wskazuje na brak jednomyślności wśród
krajów Wspólnoty co do celowości szybkiego wdrażania nowych zasad projektowania
konstrukcji budowlanych. Jednakże grubym błędem byłoby założenie, że proces ten potrwa
jeszcze wiele lat i tak naprawdę nas nie dotyczy. NKP Nr 102 ds. Podstaw projektowania
konstrukcji budowlanych, zajmująca się tymi zagadnieniami, bardzo dobrze sobie zdaje
sprawę z faktu nieuchronności wprowadzenia nowych zasad projektowania do normalizacji
europejskiej i dlatego już teraz wprowadziła do Polskich Norm normę PN-ISO 2394.
Zagadnienia niezawodności konstrukcji budowlanych dotyczą szczególnie tak zwanego
projektowania geotechnicznego. Jest to pojęcie, które dotychczas nie istniało w powszechnej
świadomości konstruktorów budowlanych. Zostało na początku lat dziewięćdziesiątych
zdefiniowane przez autorów pierwszego projektu Eurokodu 7 „Geotechnical design”.
Zarówno w polskim prawie budowlanym, jak i w normalizacji, trudno znaleźć definicję tego
pojęcia. Stwierdzenie, że projektowanie geotechniczne polega na projektowaniu
fundamentów konstrukcji budowlanych jest nadmiernym uproszczeniem i narusza w sposób
wyraźny dotychczas ustalone kompetencje konstruktora budowlanego.
Projektowanie geotechniczne jest pojęciem znacznie wychodzącym poza zakres samych
obliczeń fundamentów konstrukcji, chociaż szczególnie w przypadku konstrukcji należących
do trzeciej kategorii geotechnicznej na pewno dotyczy również projektowania fundamentów
konstrukcji.
Na rys. 1 przedstawiono schemat projektowania geotechnicznego, przedstawiający wzajemne
powiązania poszczególnych elementów tego projektowania. Do podstawowych elementów
należą:
3
Rys.1. Projektowanie geotechniczne
a) prawo budowlane, normy i instrukcje projektowania,
b) wiercenia oraz badania polowe i laboratoryjne gruntów,
c) ustalenie obciążeń i geometrii układu konstrukcyjnego: konstrukcja budowlana – podłoże
gruntowe,
d) technologia wykonawstwa robót,
e) model obliczeń konstrukcyjnych,
f) zagadnienia ochrony środowiska w geotechnice,
4
g) geosyntetyki.
O tym, że istnieją liczne, bardziej lub mniej skomplikowane zależności między tymi
elementami projektowania geotechnicznego nie trzeba nikogo przekonywać.
Najważniejszymi elementami tego schematu są wpływy przyjętego modelu obliczeniowego,
rodzaju obciążeń działających na podłoże, ograniczeń ruchu konstrukcji, sposobu
wykonawstwa i oczywiście norm i instrukcji na sposób badań laboratoryjnych i polowych
gruntu. We współczesnej geotechnice niemożliwe jest prawidłowe rozpoznanie podłoża
gruntowego bez wcześniejszych uzgodnień między geotechnikiem, geologiem inżynierskim i
konstruktorem obiektu budowlanego. Niestety praktyka w tej dziedzinie w Polsce pozostawia
wiele do życzenia.
Innym istotnym elementem jest wybór modelu obliczeniowego. Jeżeli chcemy sprawdzić
zachowanie się konstrukcji we wszystkich fazach wznoszenia i eksploatacji nie jest możliwe
zbudowanie modelu obliczeniowego bez metod numerycznych, a te z kolei stawiają bardzo
ostre wymagania co do sposobu przeprowadzania badań gruntu. Oddziaływania
środowiskowe stanowią przedmiot bardzo prężnie rozwijającej się w ostatniej dekadzie, tak
zwanej geotechniki środowiskowej. Podstawą tej dziedziny jest ograniczenie wpływów
środowiska gruntowego na konstrukcje budowlane, ale również wpływu konstrukcji
budowlanych na środowisko gruntowe. Równie prężnie rozwija się w ramach geotechniki