Spis treści

I.OPIS TECHNICZNY…………………………………………………………………………………...2

1. Założenia projektowe……………..………………………………………………..…2

2. Lokalizacja obiektu……………………….………………………………………..…2

3. Przedmiot i zakres opracowania…………..……………………………………….…2

4. Charakterystyka geotechniczna podłoża…………..…………………………………2

5. Warunki hydrogeologiczne………………………….……………………………….2

6. Technologia wykonania………………………………………………………………3

7. Wykorzystane materiały……………………………………………………………...3

OBLICZENIA STATYCZNE…………..………………………………………………………………...4

1. Przyjęcie wstępnych wymiarów o konstrukcji ścianki szczelnej. …………...……………………….4

2. Obliczenie oddziaływań gruntu i wody na ściankę szczelną…………...……………………………..4

   1. Wyznaczenie wartości wypadkowych parcia i odporu ………………….....4

   2. Wyznaczenie głębokości zerowania się parcia i odporu gruntu…….….…..7

3. Obliczenia statyczne ścianki szczelnej metodą analityczną: ………………………..………………..8

   1. Wyznaczenie siły w ściągu i reakcji w podporze B….……………………..9

   2. Wyliczenie potrzebnego zagłębienia:…………………………….…………9

   3. Wyliczenie maksymalnych momentów zginających………………….……10

4. Zwymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki szczelnej: ……………………….…………..11

   1. Profil brusów………………………………..……………………………..12

   2. Wymiarowanie kleszczy……………………..…………………………….12

   3. Dobranie ściągów ………...……………………………………………….12

   4. Dobranie śrub…………………..………………………………………….13

5. Zaprojektowanie i obliczenie nośności zakotwienia ściągów ścianki szczelnej…………………….13

   1. Obliczenia odporów i parcia gruntu na płytę kotwiącą…………………..13

   2. Warunek nośności……………………………………………………......14

   3. Wyznaczenie długości ściągu…………………………………………….14

6. RYSUNKI:

-Rys. 1.

Rysunek ogólny ścianki szczelnej: przekrój pionowy z profilem geotechnicznym, widok z góry.

-Rys. 2a

Połączenie kleszczy i ściągów z profilami ścianki szczelnej: przekrój poziomy z widokiem.

-Rys. 2b

Połączenie kleszczy i ściągów z profilami ścianki szczelnej: przekroje pionowe.

OPIS TECHNICZNY

1.Założenia projektowe.

Projekt został wykonany w ramach zaliczenia przedmiotu Fundamentowanie wg tematu wydanego przez prowadzących przedmiot.

Temat: Dla przedstawionych danych zaprojektować konstrukcje ścianki szczelnej

2.Lokalizacja Obiektu.

Teren niezabudowany. Nabrzeże.

3.Przedmiot i zakres opracowania.

Projekt przewiduje wykonanie ścianki szczelnej jednokrotnie kotwionej, utrzymującej uskok naziomu o wysokości 6,9m. Przyjęto profil typu PU8. W wyniku obliczeń, jaką musi przenieść ściąg wyliczono jego średnice Ф48mm, rozstaw między ściągami a=2,4m. oraz długość ściągu L=8,5m. Jako kleszczy użyto 2x C180. Śruby mocujące to śruby M27. Ścianka zakotwiona za pomocą ściągów do płyty o wysokości h=1m oraz szerokości b=1m. Zaprojektowana ścianka szczelna wykonana zostanie z Brusów typu PU8, ze stali St3S. Ścianka zapuszczona będzie na głębokość t=6m poniżej dna zbiornika wodnego. Ściągi kotwiące wykonane ze stali St3S ściągi wykonane zostaną z prętów okrągłych, gwintowanych na końcach. Rozstaw pomiędzy sąsiednimi śrubami mocującymi l=2,4m.

4.Charakterystyka geotechniczna podłoża.

Warstwa	wysokość	Id	γ	Φ	c
Piasek drobny Saclsi	2,6	0,45	20,3	11	15
Piasek gruby Msa	3,8	0,55	18,5	32,5	0
Piasek gruby Msa	0,3	0,75	18,4	34	0

5.Warunki hydrogeologiczne.

Zwierciadło wody po stronie górnego naziomu znajduje się 2,8 [m p.p.t.], zaś w kanale 4,0 [m p.p.t]. Teren jest niezabudowany i nieuzbrojony.

1. Technologia wykonania

Ścianę wykonać należy wykonać z profili PU8. Wbijanie zaczynamy od brusa narożnego wbijając go na odpowiednią głębokość. Kolejne elementy wbijamy parami pomiędzy drewnianymi łatami długości ok. 4m. Brusy łączymy na zamki. Za pomocą dwóch kafarów dokonujemy wbijania poszczególnych elementów zabezpieczając specjalnymi kołpakami głowice złączonych profili. Po wbiciu profili należy wykonać wykop za ścianką, na głębokość ponad 2,5m w celu zamontowania kleszczy. Za pomocą śrub M27 łączymy brusy z ceownikami C180. W celu umieszczenia ściągu w gruncie należy wykonać wąski wykop wzdłuż docelowego położenia ściągu, prostopadle do brusów. Na prętach mocujemy śrubę rzymską o gwincie M48 i średnicy wewnętrznej d=48mm , w celu naciągnięcia ściągu. Po zakończeniu czynności należy zasypać i zagęścić wszystkie wykopy.

 

7.Wykorzystane materiały

- PN – 81 / B –03020 – Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli.

- PN – 83 / B –03010 – Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.

- Obliczanie i projektowanie ścianek szczelnych, Dr inż. Adam Krasiński

OBLICZENIA STATYCZNE

1.Przyjęcie wstępnych wymiarów o konstrukcji ścianki szczelnej.

Przyjęto wstępnie zagłębienie: t = 3.1 m

2.Obliczenie oddziaływań gruntu i wody na ściankę szczelną.

2.1. Wyznaczenie wartości wypadkowych parcia i odporu

Współczynniki parcia gruntu przyjęto: 

δ_a = 0,   

$$K_{\text{ai}} = \text{tg}^{2}(45 - \frac{\varnothing_{i}}{2})$$

$$K_{a1} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{11}{2} \right) = 0,6795$$

$$K_{a2} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{32,5}{2} \right) = 0,3010$$

$$K_{a3} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{34}{2} \right) = 0,2827$$

Współczynniki odporu gruntu przyjęto:

$$\delta_{b} = - \frac{\varnothing}{2} = - \frac{34}{2} = - 17,\ \ \eta = 0,85$$

$$K_{p} = \frac{\cos^{2}\varnothing}{\cos\delta_{p} \bullet \left\lbrack 1 - \sqrt{\frac{sin(\varnothing - \delta_{p}) \bullet sin\varnothing}{\cos\delta_{p}}} \right\rbrack^{2}} = \frac{\cos^{2}34}{cos( - 17) \bullet \left\lbrack 1 - \sqrt{\frac{sin(34 + 17) \bullet sin34}{cos( - 17)}} \right\rbrack^{2}} = 6,747$$

K^′_p = K_p • η = 0, 85 • 6, 747 = 5, 7523

Obliczenie wartości efektywnego pionowego naprężenia dla granic warstw:

σ_i^′ = p + Σ(h_i • γ_i)

σ₀^′ = 14kPa

$$\sigma_{1}^{'} = 14 + 20,30\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 2,6m = 66,78kPa$$

$$\sigma_{2}^{'} = 66,78 + 18,50\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 0,2m = 70,48kPa$$

$$\sigma_{3}^{'} = 70,48 + 8,50\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,2m = 80,68kPa$$

$$\sigma_{4}^{'} = 80,68 + 8,50\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 3,6m = 101,08kPa$$

$$\sigma_{5}^{'} = 101,08 + 8,40\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 0,5m = 105,28kPa$$

$$\sigma_{6}^{'} = 105,28 + 8,40\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 3,4m = 129,64kPa$$

Obliczenie wartości jednostkowego parcia gruntu:

$$e_{\text{ai}} = \sigma_{i}^{'} \bullet K_{\text{ai}} - 2c \bullet \sqrt{K_{\text{ai}}}$$

$$e_{a0} = 14 \bullet 0,6795 - 2 \bullet 15 \bullet \sqrt{0,6795} = - 15,22kPa$$

$${e_{a1}}^{g} = 66,78 \bullet 0,6795 - 2 \bullet 15 \bullet \sqrt{0,6795} = 20,65kPa$$

e_a1^d = 66, 78 • 0, 3010 = 20, 10kPa

e_a2 = 70, 48 • 0, 3010 = 21, 21kPa

e_a3 = 80, 68 • 0, 3010 = 24, 28kPa

e_a4^g = 101, 08 • 0, 3010 = 30, 42kPa

e_a4^d = 101, 08 • 0, 2827 = 28, 58kPa

e_a5 = 105, 28 • 0, 2827 = 29, 76kPa

e_a6 = 129, 64 • 0, 2827 = 36, 65kPa

Obliczenie wartości jednostkowego parcia wody:

e_wi = γ_w • h_wi

e_w2 = 0

$$e_{w3} = 10\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,2m = 12kPa$$

Obliczenie wartości jednostkowego odporu gruntu:

$$e_{p} = \gamma \bullet h \bullet K_{p}' + 2c^{*} \bullet \sqrt{K_{p}'}$$

$$e_{p6} = 8,4\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 3,1m \bullet 5,7523 = 149,79kPa$$

e_ph = e_p • cosδ_b

e_ph6 = 149, 79 • cos(−17) = 143, 245kPa

Określenie wartości wypadkowych odporu i parcia:

e_pi^* = e_ai + e_wi − e_pi

e_p0^* = e_a0 = −15, 22kPa

e_p1^*g = e_a1^g = 20, 65kPa

e_p1^*d = e_a1^d = 20, 10kPa

e_p2^* = e_a2 = 21, 21kPa

e_p3^* = e_a3 + e_w3 = 24, 28 + 12 = 36, 28kPa

e_p4^*g = e_a4^g + e_w4 = 30, 42 + 12 = 42, 42kPa

e_p4^*d = e_a4^d + e_w4 = 28, 58 + 12 = 40, 58kPa

e_p5^* = e_a5 + e_w5 = 29, 76 + 12 = 41, 76kPa

e_p6^* = e_a6 + e_w6 − e_p6 = 36, 65 + 12 − 143, 245 = −94, 59kPa

2.2. Znalezienie głębokość a równoważenia się parcia i odporu:

e_a(a) = e_p(a)

12 + (105, 28 + 8, 40 • a)•0, 2827 = 8, 4 • a • 5, 7523 • 0, 956

12 + 105, 28 • 0, 2827 = 8, 4 • a • 5, 7523 • 0, 956 − 8, 40 • a • 0, 2827

$$\frac{12 + 105,28 \bullet 0,2827}{8,4 \bullet 5,7523 \bullet 0,956 - 8,40 \bullet 0,2827} = a$$

a = 0, 95m

Znalezienie poziomu b na którym parcie gruntu jest równe 0

$$e_{\text{ab}} = (14 + 20,30 \bullet b) \bullet 0,6795 - 2 \bullet 15 \bullet \sqrt{0,6795} = 0$$

$$\bullet b = \frac{2 \bullet 15 \bullet \sqrt{0,6795} - 14 \bullet 0,6795}{20,30 \bullet 0,6795} = 1,10m$$

3.Obliczenia statyczne ścianki szczelnnej metodą analityczną:

E_a1 = 20, 65 • 1, 5 • 0, 5 = 15, 45kN/m

$${r_{a1}}^{A} = \frac{2}{3} \bullet 1,5 + 1,1 - 1 = 1,1m$$

r_a1^B = 6, 85 − 1, 1 = 5, 75m

$$E_{a2} = \frac{(20,10 + 21,22)}{2} \bullet 0,2 = 4,13kN/m$$

$${r_{a2}}^{A} = 2,6 - 1 + \frac{20,10 + 21,22 \bullet 2}{20,10 + 21,22} \bullet \frac{1}{3} \bullet 0,2 = 1,7m$$

r_a2^B = 6, 85 − 1, 7 = 5, 15m

$$E_{a3} = \frac{(21,22 + 36,28)}{2} \bullet 1,2 = 34,50kN/m$$

$${r_{a3}}^{A} = 2,8 - 1 + \frac{21,22 + 36,28 \bullet 2}{21,22 + 36,28} \bullet \frac{1}{3} \bullet 1,2 = 2,45m$$

r_a3^B = 6, 85 − 2, 45 = 4, 4m

$$E_{a4} = \frac{(36,28 + 42,42)}{2} \bullet 2,4 = 94,45kN/m$$

$${r_{a4}}^{A} = 4 - 1 + \frac{36,28 + 42,42 \bullet 2}{36,28 + 42,42} \bullet \frac{1}{3} \bullet 2,4 = 4,23m$$

r_a4^B = 6, 85 − 4, 23 = 2, 62m

$$E_{a5} = \frac{(40,58 + 41,76)}{2} \bullet 0,5 = 20,59kN/m$$

$${r_{a5}}^{A} = 6,4 - 1 + \frac{40,58 + 41,76 \bullet 2}{40,58 + 41,76} \bullet \frac{1}{3} \bullet 0,5 = 5,65m$$

r_a5^B = 6, 85 − 5, 65 = 1, 2m

$$E_{a6} = \frac{41,76}{2} \bullet 0,95 = 19,90kN/m$$

$${r_{a6}}^{A} = 6,9 - 1 + \frac{1}{3} \bullet 0,95 = 6,22m$$

r_a6^B = 6, 85 − 6, 22 = 0, 63m

$${E_{p}}^{*} = \frac{\frac{94,59}{2,15} \bullet t^{*}}{2} \bullet t^{*} = 22,03 \bullet {t^{*}}^{2}kN/m$$

3.1. Wyznaczenie siły w ściągu i reakcji w podporze B.

Równania momentów w podporach

ΣM_A = 0 ∖ nΣM_A = 15, 45 • 1, 1 + 4, 13 • 1, 7 + 34, 5 • 2, 45 + 94, 45 • 4, 23 + 20, 59 • 5, 65 + 19, 90 • 6, 22 − R • 6, 85 = 0

R = 109, 20kN/m

ΣM_B = 0

ΣM_B = −(15,45•5,75+4,13•5,15+34,5•4,4+94,45•2,62+20,59•1,2+19,90•0,63) + S • 6, 85 = 0

S = 79, 82kN/m

Sprawdzenie:

ΣX = 0

ΣX = 109, 20 + 79, 82 − 15, 45 − 4, 13 − 34, 5 − 94, 45 − 20, 59 − 19, 90 = 0

3.2.Wyliczenie potrzebnego zagłebienia:

ΣM_C = 0

$\Sigma M_{C} = {E_{p}}^{*} \bullet \frac{1}{3} \bullet t^{*} - R \bullet t^{*} = 0$ => $22,03 \bullet {t^{*}}^{2} \bullet \frac{1}{3} = 109,2$ 0 => ${t^{*}}^{2} = 3 \bullet \frac{109,2}{22,03}$ => $t^{*} = \sqrt{3 \bullet \frac{109,2}{22,03}} = 3,86m$

3.3.Wyliczenie maksymalnych momentów zginających:

a)w górnej belce

T(y_1m)  =  0

Ponieważ S − E_a1 − E_a2 − E_a3 = 25, 73 > 0 i

S − E_a1 − E_a2 − E_a3 − E_a4 = −68, 72 < 0 wiemy moment maksymalny znajduje się poniżej punktu 3 (-4.0m.p.p.t)

e_a + w(y_1m) = 36, 28 + 8, 5 • y_1m • 0, 3010 = 36, 28 + 2, 56 • y_1m

E_a + w(y_1m) = e_a + w(y_1m) • y_1m = 36, 28 • y_1m + 2, 56 • y_1m²

T(y_1m) = S − E_a1 − E_a2 − E_a3 − E_a + w(y_1m) = 25, 73 − 36, 28 • y_1m − 2, 56 • y_1m² = 0

y_1m = 0, 68m

e_a + w(y_1m=0,68m) = 36, 28 + 2, 56 • y_1m = 38, 02

E_a + w(y_1m=0,68m) = e_a + w(y_1m=0,68m) • y_1m = 38, 02 • 0, 68 = 25, 86kN/m

$$r_{y1m} = \frac{36,28 \bullet 2 + 38,02 \bullet 2}{36,28 + 38,02} \bullet \frac{1}{3} \bullet 0,68 = 0,34$$

Moment maksymalny w górnej belce:

M_1max = 79, 82 • (4−1+0,68) − 15, 45 • (4−1+0,68−1,1) − 4, 13 • (4−1+0,68−1,7) − 34, 50 • (4−1+0,68−2,45) − 25, 86 • 0, 34 = 194, 62kNm/m

a)w dolnej belce

T(y_2m)  =  0

T(y_2m) = 109, 20 − 22, 03 • y_2m² = 0

y_2m = 2, 23m

Moment maksymalny w dolnej belce:

$$M_{2max} = - 109,20 \bullet 2,23 + 22,03 \bullet {2,23}^{3} \bullet \frac{1}{3} = - 162,09kNm/m$$

Spośród momentów M_1max i M_2max większą bezwzględna wartość uzyskał moment M_1max.

Zagłębienie całkowite ścianki w gruncie poniżej dna basenu:

t_C = a + t^* = 0, 95 + 3, 86 = 4, 81m

Zagłębienie ścianki przyjęte do wykonania:

t = 1, 25t_C = 6, 01m

Przyjmujemy t=6m

4. Zwymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki szczelnej: brusów, kleszczy, ściągów i śrub.

Wartość obliczeniowa momentu zginającego i siły w ściągu (do wymiarowania elementów):

M_max =  1.25  ⋅ 194, 62  =  243, 29 kNm/m

 S  =  1.25  ⋅  79, 82  =  99, 77 kN/m

Zagłębienie całkowite ścianki w gruncie poniżej dna basenu:

t_C = a + t^* = 0, 95 + 3, 86 = 4, 81m

Zagłębienie ścianki przyjęte do wykonania:

t = 1, 25t_C = 6, 01m

Przyjmujemy t=6m

4.1. Profil ścianki

Przyjęcie profilu ścianki:

Przyjęto stal St3S  f_d  =  195 MPa

Potrzebny wskaźnik wytrzymałości:

$$W \geq \frac{M_{\max}}{f_{d}} = \frac{243,29 \bullet 10^{2}}{195\ \bullet 10^{- 1}} = 801,58\frac{\text{cm}^{3}}{m}$$

Przyjęto profil PU8 o Wx  =  830 cm3/m  > 801, 58 cm3/m

Pozostałe parametry profilu:

J  =  11620 cm4/m

A  =  116 cm2/m

2. Dobranie kleszczy

Przyjęto stal S 240 GP → fd  =  240 MPa, kleszcze wykonane zostaną z pary ceowników walcowanych

Obliczeniowa siła w ściągu z 1mb ścianki: S^(r) =  1, 25  ⋅  79, 82  =  99, 77 kN/m ∖ nPrzyjeto rozstaw ściągów co 4 profile PU8 → L_s  =  4 • 0, 6  =  2, 4 m

Maksymalny obliczeniowy moment zginający w kleszczach:
M_max^(r) = 0, 1 • S^(r) • L_s² = 0, 1  • 99, 77  • 2, 4² = 57, 47 kNm

Potrzebny wskaźnik wytrzymałości kleszczy: $W \geq \frac{M_{\max}^{\left( r \right)}}{f_{d}} = \frac{57,47 \bullet 100}{240 \bullet 0,1} = 239,448\text{cm}^{3}$
Wskaźnik wytrzymałości dla pojedynczego ceownika:

W₁ =  0.5 ⋅ 239, 448 =  119, 724 cm3 
Przyjęto profile C180 o Wx = 150cm³  >  119, 72cm³

4.3Dobranie ściągów.

Przyjęto stal St3S → fd  =  195 MPa, ściągi wykonane zostaną z prętów okrągłych, gwintowanych na końcach.
Obliczeniowa siła na pojedynczy ściąg:

$S_{1}^{(r)} = 2,4m \bullet 99,77\ \frac{\text{kN}}{m} = 239,45\ kN$ (przy rozstawie Ls=2,4m)

Potrzebny przekrój netto (po nagwintowaniu) ściągu: $A_{\text{nt}} = \frac{S_{1}^{(r)}}{f_{d}} = \frac{239,45}{195\ \bullet 0,1} = 12,28\ \text{cm}^{2}$

Przyjęto pręt φ48 mm z gwintem M48 o A_nt  =  13, 76 cm²  > 12, 28cm² ∖ n

4.4.Dobranie śrub.

Przyjęto śruby klasy 5.6 o Rm = 500 MPa i Re = 380 MPa

Obliczeniowa siła na pojedynczą śrubę: S_s1^(r) = 1, 2  • 99, 77 = 119, 724 kN (przy rozstawie ls = 1,2 m)

Potrzebny przekrój netto śruby: $A_{s} > max\left\{ \begin{matrix} \frac{S_{s1}}{0,65\ R_{m}} = \frac{119,724\ \ kN}{0,65 \bullet 500 \bullet 0,1} = 3,68\ \text{cm}^{2} \\ \frac{S_{s1}}{0,85\ R_{e}} = \frac{119,724\ \ kN}{0,85 \bullet 380 \bullet 0,1} = \ {3,71cm}^{2} \\ \end{matrix} \right.\ $

Przyjęto śruby M27 o As = 4, 97 cm2

4. Zaprojektowanie i obliczenie nośności zakotwienia ściągów ścianki szczelnej.

- Rodzaj zakotwienia - płytowe

5.1.Obliczenia odporów i parcia gruntu na płytę kotwiącą:

a = 2, 4m

b = 1m

$$\frac{H}{h} = \frac{1,5}{1} = 1,5 \rightarrow \eta = 7,15$$

Jednostkowe wartości odporu:

$$e_{p1}\ = \ \gamma \cdot h_{1}\ \cdot \eta = 20,30\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 0,5m \bullet 7,4 = 72,57kPa$$

$$e_{p2}\ = \ \gamma \cdot \text{H\ } \cdot \eta = 20,30\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,5m \bullet 7,4 = 217,72kPa$$

Szerokość stref oddziaływania odporu:

$$\frac{H}{h} = \frac{1,5}{1} = 1,5 \rightarrow \beta = 2,2$$

b_z = b • β = 1m • 2, 2 = 2, 2m

b_z  <  a więc wartość wypadkowej odporu obliczamy

$$E_{\text{ph}} = \frac{(e_{p1} + e_{p2})}{2} \bullet h \bullet b_{z} = \frac{\left( 72,57 + 217,72 \right)}{2} \bullet 1 \bullet 2,2 = 319,319kN$$

Jednostkowe wartości parcia : ∖nPrzyjmujemy ${K_{a} = K}_{a1} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{11}{2} \right) = 0,6795$

$$e_{a1} = \left( \gamma \bullet h_{1} + p \right) \bullet K_{a} = \left( 20,30\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 0,5m + 14kPa \right) \bullet 0,6795 = 16,41kPa$$

$$e_{a2} = \left( \gamma \bullet H + p \right) \bullet K_{a} = \left( 20,30\frac{\text{kPa}}{m} \bullet 1,5m + 14kPa \right) \bullet 0,6795 = 30,21kPa$$

Wartość wypadkowej parcia

$$E_{a} = \frac{(e_{a1} + e_{a2})}{2} \bullet h \bullet b = \frac{\left( 16,41 + 30,21 \right)}{2} \bullet 1 \bullet 1 = 23,31kN$$

2. Warunek nośności:

S  ≤  0, 8 ⋅ Eph  1, 2 ⋅ Ea

0, 8 ⋅ Eph  1, 2 ⋅ Ea = 0, 8 ⋅ 319, 319  1, 2 ⋅ 23, 31 = 227, 49kN

S = 79, 82kN ≤  227, 49kN

Wyznaczenie długość ściągu:

Przyjmujemy L=8,5m