Pale fundamentowe mają kluczowe zastosowanie w budownictwie wówczas, gdy niezbędne jest posadowienie pośrednie obiektów budowlanych. Dzieje się tak w przypadku, kiedy obiekt umiejscawiany jest w terenie, na którym warstwa nośna gruntu znajduje się na kilkumetrowej głębokości. Niska nośność płytkiego gruntu sprawia, że wymogiem stają się takie rozwiązania, jak pale fundamentowe, stosowane również w przypadku dużej odkształcalności gruntu budowlanego, luźnych nasypów czy terenu górniczego lub poprzemysłowego. Poza tym nośność pali wpływa na bezpieczeństwo osadzenia takich obiektów budowlanych jak przyczółki mostów, wieże, maszty, słupy linii wysokiego napięcia, kominy, platformy wiertnicze, hale produkcyjne, wielkogabarytowe obiekty handlowe, fundamenty pod maszyny, garaże podziemne, a nawet podziemne odcinki infrastruktury transportowej. Tak szerokie zastosowanie pali fundamentowych sprawia, że niezbędne jest uprzednie kontrolowanie ich jakości poprzez badanie nośności pali.

Definicja nośności pali

Warto zatem rozpocząć od sprecyzowania, czym jest nośność pali fundamentowych. To trudne do jednoznacznego zdefiniowania zjawisko, bowiem może być rozumiane przez pryzmat analizy teoretycznej, praktycznej czy normowej, jednak ostatecznie jest sprowadzane do pewnej wartości fizycznej. Według jednej z norm europejskich nośność elementu, w tym przypadku pala, jest jego zdolnością do przeniesienia oddziaływań bez zniszczenia mechanicznego. W praktyce oznacza to, że nośność pali osadzonych w gruncie, jest ich zdolnością do utrzymania własnych właściwości, a co za tym idzie, trwałości osadzonych na nich budowli, pomimo oddziaływań naturalnych gruntu. Innymi słowy, ten element konstrukcyjny musi zapewnić odpowiednią wartość fizyczną oporu na niepożądane „zachowania” gruntu, a więc przewyższać zewnętrzną nośność gruntu i podnosić ją właśnie dzięki zastosowaniu pali fundamentowych. Pojęcie to definiuje się jako nośność geotechniczna pala.

W jaki sposób mogą zostać wykonane badania statyczne nośności pali?

Jednym ze sposobów na wyznaczenie wspomnianej wyżej wartości i zapewnienie odpowiednich właściwości pala w stosunku do gruntu, w którym będzie osadzony, jest przeprowadzenie badania nośności pali. Metodą najdokładniejszą jest natomiast badanie statyczne nośności pali, a więc tak zwane SLT (ang. Static Load Test). Badania te wykonywane są w różnych możliwych konfiguracjach, a zatem za pomocą wciskania i wyciągania pali (próbne obciążenia pionowe) lub w obciążeniu poziomym i ukośnym. Cechami wspólnymi różnych konfiguracji badań są natomiast zgodność ich przebiegu z procedurami międzynarodowymi (m.in. normą PN-83/B-02483) oraz dostosowanie pozostałych procedur do charakteru obciążeń użytkowych opracowanych na potrzeby konkretnej realizacji.

Pierwsza z wymienionych konfiguracji, a więc pionowe próbne obciążenie statyczne nośności pali, polega na ich stopniowym obciążaniu do maksymalnej zadanej wartości. Może być wykonywane za pomocą balastu (stosowane wyłącznie w przypadku braku pali kotwiących w sąsiedztwie pala obciążanego lub ich niewystarczającej nośności na wyciąganie) lub z użyciem pali kotwiących. Innym sposobem jest także zastosowanie siłownika umieszczonego wewnątrz pala, co pozwala na wykorzystanie jego części jako konstrukcji oporowej.

Pomiar nośności pali zarówno w płaszczyźnie pionowej, jak i poziomej, polegający na wywieraniu stopniowego obciążenia na głowicę pala i jednoczesnym pomiarze jej przemieszczenia, wykonuje firma Metris, a więcej informacji odnaleźć można pod adresem: https://www.metris.com.pl/p/57,badania_statyczne_nosnosci__pali.

Co pozwalają określić badania statyczne nośności pali?

Jak już wspomniano, najważniejszą informacją, jaką dają badania statyczne nośności pali, jest zależność ich osiadania od obciążeń, a także wartość nośności granicznej. Jak zatem znaleźć te wartości? Stopniowe przykładanie coraz większej siły na pale fundamentowe, pozwala na cykliczne odczyty coraz większych osiadań pala testowego do momentu ustabilizowania wartości. Pomiar siły wykonywany jest natomiast poprzez odczyt ciśnienia w manometrze, a kontrola przemieszczeń głowicy pala przy pomocy niwelatora.

Zatem badania statyczne nośności pali pozwalają na określenie nośności geotechnicznej, dzięki wyznaczeniu przemieszczenia s (osiadań/uniesień) głowicy pala pojedynczego pod wpływem cyklicznych obciążeń Q o zmiennych wartościach, po czasie t, jaki upłynął od momentu osadzenia pala w gruncie. Efektem próbnego obciążania i badań nośności pali jest krzywa obciążenia-osiadania pala, która bezpośrednio określa dopuszczalne obciążenia ze względu na osiadanie pala fundamentowego o danych właściwościach. To z kolei oznacza określenie geotechnicznej nośności pala, a więc wartości przekładającej się bezpośrednio na bezpieczeństwo, stabilność i trwałość budowli potencjalnie osadzonych na tychże palach.