1.FUNDAMENY-ZAGADNIENIA OGÓLNE

1.1.Definicja fundamentu

Jest to element konstrukcyjny budowli, którego zadaniem jest przekazywanie obciążenia z budowli na podłoże gruntowe w taki sposób aby podłoże pod przekazywanym ciężarem nadmiernie się nie odkształciło i nie spowodowało nadmiernych osiadań budowli, albo nierównomiernego osiadania budowli. Ma zapewnić całemu układowi stateczność.

1.2.Rodzaje fundamentów

Fundamenty możemy podzielić według kryteriów:

-sposób przekazywania obciążenia na podłoże gruntowe

• fundamenty pośrednie- przekazują obciążenie z budowli na grunt przez pobocznice jak i podstawę

• fundamenty bezpośrednie- przekazują obciążenie z budowli na grunt przez dolną powierzchnie (podstawę)

-głębokość posadowienia

• fundamenty płytkie- umownie przyjmuje się graniczną głębokość jako 4-5m, zwykle jest on wykonany na głębokości na której nie jest wymagane zabezpieczenie ścian wykopu przed osunięciem ani usuwanie wody z wykopu, są to fundamenty bezpośrednie

• fundamenty głębokie- mają one głębokość powyżej 4-5m, potrzebne jest z reguły zabezpieczenie ścian wykopu a także zabezpieczenie przed wodą gruntową

-kształt fundamentu

#fundamenty bezpośrednie

• ławy fundamentowe- są to fundamenty pod ścianami, stosuje się je na podłożu jednolitym i przy stosunkowo niewielkich obciążeniach

• stopy fundamentowe- przekazują obciążenie od słupów (konstrukcji szkieletowych) jest to konstrukcja nieodkształcalna, stosuje się je na jednorodnych dość nośnych gruntach

• ruszty fundamentowe- jest to układ ław wzajemnie się przecinających, stosuje się je na podłożu słabym i niejednorodnym

• płyty fundamentowe- (jeżeli H w stosunku do wymiarów jest niewielkie to nazywamy fundament płytą), są to fundamenty o małym stosunku wysokości do rozpiętości, stosuje się je na słabych gruntach i przy dużych obciążeniach, a także przy posadowieniu poniżej zwierciadła wody

#fundamenty pośrednie

• fundamenty na palach

• fundamenty na studniach

• fundamenty na kesonie

• fundamenty na ściankach szczelnych

• fundamenty na słupach

-sztywność fundamentu

• sztywne- w zasadzie się nie odkształcają i w układzie fundament-podłoże zachowują się jak ciało sztywne, i nie ulegają odkształceniu które spowodowało by zmianę rozkładu oddziaływań na podłoże

• sprężyste- obejmują takie układy konstrukcyjne jak (belki płyty), w trakcie przekazywania obciążeń na podłoże ulegają odkształceniu, wielkość odkształceń fundamentu zależy od jego sztywności oraz odkształcalności podłoża

• wiotkie- nie mają praktycznie sztywności na zginanie, do tej grupy należą podłogi hal przemysłowych cienkie i płaskie dna zbiorników posadowionych bezpośrednio na podłożu gruntowym

2.PODŁOŻE BUDOWLANE- ZAGADNIENIA OGÓLNE

2.1.Definicja podłoża budowlanego

Część masywu gruntowego, która przejmuje naciski przekazywane przez fundament. Definicja podłoża budowlanego związana jest z obrysem fundamentu a także sięga poza jego granice. Przydatność podłoża zależy od gruntów w nim występujących , jest ono dokonywane na podstawie rozpoznania większego obszaru z punktu widzenia geologii inżynierskiej, ocena gruntów dokonywana jest na podstawie kryteriów geologicznych miąższości warstw, formy ich występowania i genezy, z także na podstawie własności fizyko-chemicznych.

Jest to część podłoża gruntowego która:

• przejmuje obciążenie przekazywane przez fundament lub inne elementy konstrukcyjne np. elementy kotwiące

• odkształca się na skutek powstania zmian w stosunku do naturalnego stanu naprężeń przed realizacją projektu

• jest elementem obciążającym np. konstrukcje oporowe

2.3.Odkształcenia trwałe- ściśliwość, ścinanie

Ściśliwość- pod wpływem obciążenia grunt odkształca się, odkształcenie to zależy od wartości obciążenia oraz od własności gruntu, wywołane jest przemieszczeniem cząstek gruntu i jest to proces nieodwracalny (grunt pamięta historie obciążenia)

Ścinanie gruntu- związane jest z tarciem, jest to odniesiony do jednostki gruntowej opór jaki stawia dany ośrodek siłą przesuwającym.

2.4.Hipoteza Culomba-Mohra w mechanice gruntów- uzasadnienie stosowania

Teoria Culomba-Mohra- stwierdza, że zniszczenie materiału następuje wówczas gdy naprężenia ścinające na jakiejś (...) płaszczyźnie przekraczają wytrzymałość materiału na ścinanie.

Metoda ta pozwala na szybkie określenie kąta φ zniszczenia (ścięcia) próbki przy różnych obciążeniach.

3.3.Projektowanie fundamentów ze względu na I i II stan graniczny wg PN-81/B-03020

Rodzaje I stanu granicznego

• wypieranie podłoża przez fundament lub przez całą budowle

• usuwisko albo zsuw fundamentów lub podłoża wraz z budowlą

• przesunięcie w poziomie posadowienia fundamentu lub w głębszych warstwach podłoża

Warunek obliczeniowy- przy obliczeniach I stanu granicznego, wartość obliczeniowa działającego obciążenia Qr powinna spełniać warunek:

Qf- opór graniczny podłoża gruntowego przeciwdziałający temu obciążeniu

m- współczynnik korekcyjny, który należy przyjmować w granicach 0,7-0,9 zależnie od metody obliczania Qf

W obliczeniach należy, przyjąć najniekorzystniejsze warunki, uwzględnia się obliczeniowe obciążenia stałe i zmienne budowli.

Wypieranie podłoża przez fundament

• Podłoże jednorodne

W przypadku, gdy pod fundamentem do głębokości podwójnej szerokości fundamentu występuje jedna warstwa geotechniczna, a obciążenie jest mimośrodowe i działające pod kątem do pionu:

oraz

Nr- obliczeniowa wartość pionowej składowej obciążenia

- pionowa składowa obliczeniowego oporu granicznego, podłoża gruntowego przy rozpatrywaniu wypierania w kierunku równoległym bo boku B fundamentu

- pionowa składowa obliczeniowego oporu granicznego, podłoża gruntowego przy rozpatrywaniu wypierania w kierunku równoległym bo boku L fundamentu

• Podłoże uwarstwione- jeśli podłoże jest uwarstwione i jeżeli najsłabsza warstwa występuje w poziomie posadowienia, to opór graniczny wyznacza się jak dla podłoża nie uwarstwionego odpowiadający najsłabszej warstwie

Sprawdzenie stateczności fundamentu i budowli na obrót i przesuw- w niektórych przypadkach zachodzi konieczność sprawdzenia stateczność budowli, warunki decydujące o konieczności sprawdzenia stateczności:

• budowla posadowiona jest na zboczu lub przy istniejącym wykopie

• możliwy jest zsuw budowli ze względu na budowę geologiczną podłoża

• na budowlę działają siły poziome o wielkości przekraczającej 10% wartości sił pionowych, w praktyce przypadek ten odnosi się przede wszystkim do budowli przenoszących zwykle jednostronne siły poziome w postaci np. parcia gruntów lub wody (mury oporowe, zapory, jazy, wały zbiorników, wały przeciw powodziowe itp.)

• obok budowli przewidziane są dodatkowe obciążenia mogące naruszyć stateczność podłoża gruntowego pod fundamentami

• poniżej poziomu posadowienia występują słabe grunty

II stan graniczny

Generalnie można powiedzieć, że obliczenia należy wykonać we wszystkich przypadkach, w których istnieją obawy co do przemieszczeń budowli, dokładnie precyzuje to norma.

Warunek obliczeniowy:

[S]-symbol przemieszczeń wyrażający: osiadanie średnie fundamentów Sśr, przechylenie budowli θ, strzałkę ugięcia
, lub względną różnice osiadań

[S]dop- symbol odpowiednich wartości dopuszczalnych dla danej budowli, ustalonych na podstawie analizy stanów granicznych jej konstrukcji, wymagań użytkowych i eksploatacji urządzeń, a także działania połączeń instalacyjnych. W przypadku braku innych danych, należy stosować wartości podane w normie dla poszczególnych rodzajów budowli

Rodzaje II stanu granicznego

-osiadanie średnie fundamentów

-przechylenie całości lub części budowli wydzielonej dylatacjami

-odkształcenie konstrukcji ugięcie budowli jako całości lub jej części między dylatacjami lub różnica osiadań

4.NOŚNOŚĆ PODŁOŻA BUDOWLANEGO

4.2.Stany bierne i czynne teorii Rankine`a

Stan czynny spowodowany jest działaniem parcia klina 1 na klin 2, w wyniku działania obciążenia z fundamentu klin ten chce przemieścić się w dół po linii przerywanej i wyprzeć klin 2 , który przemieścił by się po lini(?grubej)

Procesy czynne Procesy bierne

-współczynnik parcia czynnego
-współczynnik parcia biernego
-naprężenia poziome (od czynnych)
- naprężenia poziome(od biernych)

-naprężenia pionowe

4.3.Nośność graniczna stempla w płaskim stanie odkształceń- metoda klinów odłamu Rankine`a (założenia, wyprowadzenie wzoru, czynniki pominięte we wzorze)

Założenia:

• zakładamy płaski stan odkształceń

• uwzględnia się ciężar gruntu znajdujący się powyżej poziomu posadowienia ale pomija się opór na ścinanie

• przyjmujemy model gdzie powierzchnie poślizgu są prostoliniowe

Wzór Rankine`a:

klin odłamu biernego klin odłamu czynnego

Wnioski

• kąt tarcia wewnętrznego zwiększ nośność gruntu

• zwiększenie głębokości posadowienia powoduje wzrost nośności podłoża

• ze względu na przyjęte założenia upraszczające (kształt powierzchni poślizgu, pominięcie sztywności gruntu powyżej poziomu posadowienia, pominięcie kohezji)

• wzór zaniża nośność gruntu i nie nadaje się do zastosowań praktycznych

Uwagi:

• przedstawione rozwiązanie nie uwzględnia kształtu fundamentu (wprowadzamy je przy założeniach płaskiego stanu odkształceń)

• nie uwzględnia pochyłości terenu

• nie uwzględnia obciążeń odchylonych od pionu

• opór jaki stawia grunt wyznaczono przy założeniach, że wpływ obciążeń gruntu i obciążeń zewnętrznych można uwzględnić niezależnie od sibie

5.OSIADANIE FUNDAMENTÓW

5.1.Rodzaje osiadań- wpływ charakteru obciążeń i parametrów gruntu

Osiadanie fundamentu- pionowe przemieszczanie fundamentu wskutek ściśliwości obciążonego podłoża, metody obliczania odkształceń podłoża oparto na założeniach sprężystych gruntu.

Wyznaczenie naprężeń w ośrodku gruntowym od przyłożonych obciążeń:

Eśr H

zastępujemy warstwę niejednorodną

warstwą sprężystą, lub pół przestrzenią

E- odkształcenia(eta), Δq- zmiana naprężeń, E- parametry materiałowe

Δg=f(H,P)- funkcja głębokości obciążenia

Przemieszczenie natychmiastowe zachodzi od kilku do kilkunastu dni

Przemieszczenia związane z konsolidacją trwają kilka lat zależą od:

-właściwości gruntu a przede wszystkim od współczynnika wodoprzepuszczalności

-szybkości przyłożenia obciążenia

obciążenie z drenażem obciążenie bez drenażu

P P

t t

t- czas t

Wmax

W- przemieszcenia W

Wmax

5.2.Metoda Bussinesq`a izolinie naprężeń pod fundamentem na podłożu spręzystym

Założenia:

• podłoże jest pół przestrzenią sprężystą

• obowiązuje prawo Hooke`a

• obowiązuje zasada super pozycji

• w podłożu działa siła na nieskończenie małą powierzchnie

• naprężenia łączą się promieniście

• ciało jest ośrodkiem jednorodnym

P

L

z B 2
;L=B

1

Δqz

Naprężenia zanikają wraz z głębokością

5.4.Metoda ścieżek naprężeń- podłoże o nieliniowych charakterystykach fizycznych

Ścieżką naprężeń- nazywa się ciągłą linie reprezentująca w danej przestrzeni zmiany stanu naprężenia które miały miejsce w punkcie obciążenia ciała od początku proces u do chwili bieżącej.

Metoda ścieżek naprężeń wykorzystuje metodę elementów skończonych (MES)

1.Pierwsza liniowo sprężysta analiza MES z parametrami Ei Vi gdzie „i” zmienia się od 1do4

2.Pobrane próbki gruntu w laboratorium poddawane są naprężeniom wyznaczonym w etapie pierwszym, wyznaczamy dla nich stałe materiałowe.

3.Powtórna liniowo-sprężysta analiza MES ze stałymi materiałowymi

. Zmieniającymi się dla odpowiednich grup elementów skończonych w pobliżu miejsca pobranych próbek.

6.PALE FUNDAMENTOWE

6.1.Definicja fundamentu na palach

Fundamenty na palach są to fundamenty głębokie, w których obciążenia budowli przenoszone są poprzez pale na głębsze warstwy gruntu, bardziej wytrzymałe od warstw powierzchniowych

Fundament na palach składa się z oddzielnych pali połączonych u góry żelbetowym rusztem

Pale są to podłużne elementy z rożnych materiałów, o stosunku średnicy (boku) do długości ok. 1-20 ~~1-50

6.3.Kryteria podziału oraz podział fundamentów palowych wg poszczególnych kryteriów

Pod względem warunków pracy:

• stojące (słupowe)- gdy nośność pala zależy głównie od oporu pod jego stopą

• zawieszone(wiszące)- gdy nośność pala zależy prawie wyłącznie od oporu tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala

• normalne (pośrednie)- gdy nośność pala zależy od oporu gruntu pod ostrzem(stopą) i od oporu tarcia wzdłuż pobocznicy pala

Stosowanie pali ukośnych jest konieczne, gdy obciążenie poziome H przekracza 10% obciążenia pionowego Q lub jest większe od nośności bocznej.

Podział pali ze względu na materiał: drewniane, stalowe, betonowe, żelbetowe i kombinowane.

Podział pali pod względem sposobu wykonania:

• Pale gotowe:

• wbijane (drewniane, stalowe, żelbetowe, prefabrykowane, kombinowane)

• wwiercane(stalowe, żelbetowe)

• wciskane(Mega)

• pale wykonywane w gruncie

• wykonane w otworach wierconych w gruncie (typ Straussa, Wolfcholza)

• wykonane w otworach wybijanych w gruncie (Franki, Simplex, Vibro)

Podział pali ze względu na średnice:

• mikro pale-średnica od 5cm do 20cm

• normalnośrednicowe- od 20cm do 60cm

• wielkośrednicowe- powyżej 60cm (Bento)

Warunki stosowania fundamentów na palach

• gdy w podłożu występują grunty słabo nośne: miękkoplastyczne lub płynne gliny, torfy itp.

• gdy w podłożu występuje wysoki poziom wody gruntowej, a nie ma możliwości odwodnienia lub koszt odwodnienia jest bardzo duży

• gdy zachodzi potrzeba zabezpieczenia budowli oraz skarpy lub zbocza przed osuwiskiem

• gdy miejsce na fundament jest ograniczone np. w budownictwie uprzemysłowionym

• gdy w pomieszczeniu należy wykonać głębokie wykopy np. pod maszyny

• gdy występują duże odciążenia np. filary mostowe, budownictwo przemysłowe

• gdy zachodzi potrzeba wzmocnienia istniejących fundamentów bezpośrednich

• na terenach ze zjawiskami krasowymi, lub z nierównym stropem skał nie zwietrzałych

• w budownictwie hydrotechnicznym, pale czasami stosuje się przy posadawianiu przyczółków jazów, w wyjątkowych przypadkach stosowane są przy posadawianiu zapór betonowych

6.5.Obliczenie nośności pojedynczego pala

Wzoru podstawowe

Qr- obciążenie obliczeniowe działające wzdłuż pala

N- obliczeniowa nośność pala

m- współczynnik korekcyjny pala przyjmuje się dla fundamentu na palach równy 0,9; w przypadku oparcia fundamentu na 1 palu przyjmuje się m=0,70 ; na 2 palach m=0,80

Obliczeniowa nośność pala

• wciskanego Nt

• wyciąganego
  

- opór podstawy pala [kN]

- opór pobocznicy pala wciskanego [kN]

-pole przekroju poprzecznego podstawy pala [
]

- pole pbocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i [
]

-jednostkowa, obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala

- jednostkowa, obliczeniowa wytrzymałość gruntu wzdłuż pobocznicy pala, w obrębie warstwy i

-współczynniki technologiczne

Zależność
od głębokości i średnicy pala Zależność wartości t od głębokości

q[kPa]

0,00 0,00 t[kPa]

D0<0,4m

5,00

10,0 t

D0=0,4m

D0>0,4m

H(m) h[m]

W obliczeniach nośności pali należy uwzględnić możliwość wystąpienia tarcia negatywnego

6.6.Nośność pali w grupie

W przypadku pala w grupie należy uwzględnić ewentualne nakładanie się stref naprężeń. Może t zachodzić zwłaszcza dla długich pali rozmieszczonych w odległościach mniejszych od minimalnych w tym celu wprowadzamy współczynnik redukcyjny m 1 z tablic ze stosunku r/R

r- osiowa odległość między palami w poziomie podstawy pali

R- promień strefy naprężeń w gruncie wokół pala

Pale wciskane Pale wyciągane

Nośność pali w grupie obliczamy

Jeżeli po określeniu stref aktywnych uzyskujemy to że nakładają się na siebie co powodowało by kumulacje naprężeń w gruncie w punkcie pokryć, dlatego należy zmniejszyć nosność pala przez wprowadzenie współczynnika „m” który zależy od stosunku r/R i dobiera się go z tablic.

Jeżeli następuje zachodzenie na siebie stref naprężeń poszczególnych pali wówczas ich nośność wyznaczamy ze wzorów:

Pale wciskane Pale wyciągane

7.2.Obciążenia działające na ściankę (parcie czynne i bierne)

W obliczeniach parć ścianek i odporów gruntu stosuje się zasady ogólnie wynikające z założeń teorii Coulomba.

Jednostkowe parcie czynne i bierne oblicza się z wzorów:

• parcie czynne
  
  
  

• parcie bierne
  
  

- współczynnik parcia czynnego, biernego

q- obciążenie

γ- ciężar objętościowy gruntu

z- głębokość poniżej naziomu

c- spójność gruntu

φ- kąt tarcia wewnętrznego gruntu

Do wyznaczonych ea, ep dodaje się wartości hydrostatyczne parcia wody. W obliczeniach powinno się uwzględnić 50% spójności gruntu. W obliczeniach stosuje się charakterystyczne obciążenia i charakterystyczne wartości parametrów geotechnicznych.

Ostateczną wartość naprężeń wyznacza się

8.WZMACNIANIE PODŁOŻA I FFUNDAMENTÓW

8.1.Charakterystyka poszczególnych metod wzmacniania podłoża

• Wymiana gruntu

• Wstępne obciążenie gruntu

• Konsolidacja słabo nośnych gruntów spoistych przez odwodnienie za pomocą pionowych drenów (z jednoczesnym wstępnym obciążeniem gruntu lub bez obciążenia dodatkowego)

• Zagęszczenie gruntu

• Wtłaczanie tłucznia

• Zastosowanie zastrzyków

• Konsolidacja gruntów spoistych przez odwodnienie metodą elektroosmozy

• Zamrażanie gruntu

• Spiekanie gruntu

• Zbrojenie gruntu

8.2.Sposoby wzmacniania fundamentów

• Podmurowanie i poszerzenie fundamentów

• Pale kotwy i ściany szczelinowe

25)Wytrzymałość gruntów na ścinanie. Wzór Coulomba. Wyznaczenie kąta tarcia wewnętrznego i spójności- aparat bezpośredniego ścinania i aparat trójosiowego ściskania: wytrzymałość gruntu na ścinanie jest największym oporem, jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Wartość oporu wyznacza się ze wzoru Coulomba: tau=sigma*tgfi+c, gdzie: sigma- składowa normalna naprężenia, fi- kąt tarcia wewnętrznego, c- kohezja- opór spójności gruntu. Przy pomocy kół Mohra- wykonujemy wykres oraz określamy kąt tarcia wewnętrznego i spójność.

37)PARCIE I OPÓR GRUNTU. Parcie: czynne,bierne,spoczynkowe.Parcie uwzglendnia się przy projektowaniu murow oporowych tuneli,scian budynkow,.Parcie czynne gr. pojawia się gdy mur oporowy ulegnie nie znacznemu odchyleniu lub odsunieciu w kierunku od gr.Parcie bierne gr. odpur gruntu mur dziala na grunt.Parcie spoczynkowe mur nie przesuwa się pozostaje w spoczynku parcie geostatyczne.Zalozenia Culomba sciana oporowa jest pionowa, grunt za sciana jest jednorodny , nie spoisty i izotropowy , miezdy sciana oporowa i gruntem brak tarcia,poslizg grunt wzdluz plaszczyzny odlamu nachylony jest pod pewnymn katem (alfa) do poziomu pzrechodzi prze dolna tylko czesc sciany oporowej,w plaszcyznie odlamu spelniony jest warunek graniczny:T = N*tg(fi)_u,klin odlamu jest calkiem sztywnym i znajduje się w stanie rownowagi granicznej, nachylenia plaszczyzny odlamu alfa wynik z warunkow ekstremalnych parcia gruntu.WEDŁUG metody Culomba wypadkowy odpór graniczny gruntu jest równy najmniejszemu naciskowi na ścianę, jaki może wywierac klin odłamu znajdujący się między ścianą a płaszczyzną odłamu przechodzącą przez dolną krawidz ściany.

3

---