Ćwiczenia projektowe z fundamentowania

Krzysztof Nepelski,

Katedra Geotechniki, Politechnika Lubelska, 2013

1

TOK POSTĘPOWANIA PRZY PROJEKTOWANIU

STOPY FUNDAMENTOWEJ OBCIĄŻONEJ MIMOŚRODOWO

WEDŁUG WYTYCZNYCH PN-EN 1997-1 Eurokod 7

Przyjęte do obliczeń dane i założenia:

•

V, H, M – wartości charakterystyczne obciążeń stałych: pionowych, poziomych
oraz momentu przekazywane na stopę fundamentową

•

Q1, Q2,Q3 - wartości charakterystyczne obciążeń zmiennych: pionowych,
poziomych oraz momentu przekazywane na stopę fundamentową

•

Wymiary słupa

•

Lokalizacja

•

Poziom posadzki poniżej poziomu terenu

•

Grubość posadzki

•

Poziom wody gruntowej

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

I. DANE DO PROJEKTOWANIA

4. OBLICZENIE CIĘŻARU FUNDAMENTU WRAZ Z ZASYPEM

G

F

=G

1

+G

2

+G

3

G

F

– Ciężar fundamentu wraz z zasypem

G

1

– Ciężar żelbetowej stopy fundamentowej

G

2

– Ciężar gruntu zalegającego nad stopą po stronie lewej

G

3

– Ciężar gruntu oraz posadzki nad stopą po stronie prawej

3. OKREŚLENIE POZIOMU POSADOWIENIA

a) D

1

– ze względu na głębokość przemarzania gruntu

W zależności od lokalizacji ustalić minimalny poziom posadowienia wg mapki z Rys.1 w normie PN-81/B-03020

b) D

2

– ze względu na konstrukcję obiektu

Ze względu na konstrukcję fundamentu i poziomu posadzki piwnicy ustalić minimalny poziom posadowienia

jako sumę: poziom posadzki poniżej terenu + grubość posadzki + wysokość stopy fundamentowej.

Poziom posadowienia D=max{ D

1

, D

2

}

Jako poziom posadowienia wybrać większą z wyznaczonych wartości.

2. PRZYJĘCIE GEOMETRII FUNDAMENTU

Wskazówki do przyjęcia wymiarów fundamentu znajdują się w pliku „geometria.pdf”

1.

TABELA WŁAŚCIWOŚCI GRUNTÓW

Określić parametry gruntów wg schematu w pliku „tabela.pdf”

Ćwiczenia projektowe z fundamentowania

Krzysztof Nepelski,

Katedra Geotechniki, Politechnika Lubelska, 2013

2

II. SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO NOŚNOŚCI „GEO”



= 



∙ 
+



 + 



∙ 







= 



∙  + 



∙ 







= 



∙  + 



∙ 



OKREŚLENIE WARTOŚCI OBLICZENIOWYCH ODDZIAŁYWAŃ

OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKÓW CZĘŚCIOWYCH

A

(na podst. PN-EN 1997-1 zał. A.3)

γ

Gn

– wsp. częściowy do obciążeń stałych niekorzystnych

γ

Gk

– wsp. częściowy do obciążeń stałych korzystnych

γ

Qn

– wsp. częściowy do obciążeń zmiennych niekorzystnych

γ

Qk

– wsp. częściowy do obciążeń zmiennych korzystnych

M

(na podst. PN-EN 1997-1 zał. A.4)

γ

φ

– wsp. częściowy do tangensa kąta tarcia wewnętrznego

γ

c

– wsp. częściowy do spójności efektywnej

γ

γ

– wsp. częściowy do ciężaru objętościowego

R

(na podst. PN-EN 1997-1 zał. A.5)

γ

Rv

– wsp. częściowy do nośności podłoża

γ

Rh

– wsp. częściowy do przesuwu

OBLICZENIE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

PODEJŚCIE PROJEKTOWE DA2

A1 + M1 + R2

Ćwiczenia projektowe z fundamentowania

Krzysztof Nepelski,

Katedra Geotechniki, Politechnika Lubelska, 2013

3

WYZNACZENIE EFEKTYWNEGO POLA PODSTAWY FUNDAMENTU

A’ = B’· L’

- efektywne pole podstawy

B’ = B – 2·e

B

- efektywna szerokość fundamentu

L’ = L – 2·e

L

- efektywna długość fundamentu

Efektywne pole podstawy wyznacza się dla mimośrodu sił od obciążeń stałych i zmiennych (e

LQ

).

SPRAWDZENIE WARUNKÓW MAKSYMALNEGO MIMOŚRODU

a)

Od obciążeń stałych

Wypadkowa obciążeń powinna znajdować się w rdzeniu przekroju podstawy stopy (aby nie wystąpiło oderwanie

fundamentu od podłoża), a więc wartość mimośrodu e

LG

musi być mniejsza od zasięgu rdzenia przekroju l

0

=L/6

b)

Od obciążeń stałych i zmiennych

Maksymalny mimośród e

LQ

powinien być mniejszy od wartości dopuszczalnej określonej przez PN-EN 1997-1

wynoszącej L/3.

W przypadku niespełnienia jednego z warunków należy zaprojektować stopę niesymetryczną przesuwając środek

ciężkości podstawy stopy (powrót do pkt. I.2). W stopie niesymetrycznej do momentu wliczamy dodatkowo siłę

pionową przekazywaną przez słup.

WYZNACZENIE MIMOŚRODU DZIAŁANIA SIŁ (e

L

, e

B

)

a)

Od obciążeń stałych e

LG

b)

Od obciążeń stałych i zmiennych e

LQ

Mimośród wyznacza się względem środka ciężkości podstawy fundamentu.

W rozpatrywanych przypadkach, a więc przy obciążeniach zadanych w jednej płaszczyźnie „L” do

wyznaczenia pozostaje jedynie e

L

, natomiast e

B

=0

OKREŚLENIE WARTOŚCI OBLICZENIOWYCH PARAMETRÓW GEOTECHNICZNYCH





=









- wartość obliczeniowa ciężaru objętościowego





=









- wartość obliczeniowa spójności gruntu





= atan

  !





"



- wartość obliczeniowa ciężaru objętościowego

Obliczeniowe wartości parametrów wyznaczamy dla gruntu na którym posadowiony jest fundament.

Ćwiczenia projektowe z fundamentowania

Krzysztof Nepelski,

Katedra Geotechniki, Politechnika Lubelska, 2013

4

OBLICZENIE NOŚNOŚCI FUNDAMENTU NA WARSTWIE SŁABSZEJ ZALEGAJĄCEJ PONIŻEJ

WARSTWY NOŚNEJ

Sprawdzić czy do głębokości 2B poniżej poziomu posadowienia zalega grunt słabszy.

Jeżeli tak, wykonać obliczenia dla fundamentu zastępczego zgodnie z PN-81/B-03020 zał. 1.2
Obliczenia wykonuje się analogicznie jak dla właściwego fundamentu, przyjmując jako fundament zastępczy stopę wraz

z blokiem gruntu zalegającym poniżej do stropu warstwy słabszej.

Określić wymiary fundamentu zastępczego (B

z

=B+b; L

z

=L+b; b – na podstawie normy)

Obciążenie pionowe zwiększy się o ciężar bloku gruntu wliczonego do fundamentu (V

d

’=V

d

+

γ

Gn

·L

z

·B

z

·h’·γ)

γ – ciężar objętościowy bloku gruntu

Moment działający w podstawie fundamentu zastępczego zwiększy się o wartość siły poziomej działającej na

ramieniu równym zagłębieniu warstwy słabszej, mierzonej od poziomu posadowienia rzeczywistego fundamentu

(M

1Q

’= M

1Q

+H

d

·h’). Wystarczające jest wyznaczenie mimośrodu od obciążeń stałych + zmiennych (

#

$

=

%

&'

(

)

*

(

)

Naprężenia od nadkładu „q” określić w poziomie podstawy fundamentu zastępczego [ q=(D

min

+h’)*

γ ]

h’ – odległość od rzeczywistego poziomu posadowienia do warstwy słabszej

γ – średni ciężar objętościowy gruntu powyżej poziomu posadowienia fundamentu zastępczego

Do obliczenia nośności podłoża R

k

przyjmuje się parametry gruntu słabszego.



= 

+

∙ 
+



 + 

+

∙ 







= 



∙  + 



∙ 



SPRAWDZENIE NOŚNOŚCI NA PRZESUW

•

Wyznaczenie wartości obliczeniowych obciążeń:

Należy ponownie wyznaczyć wartości obliczeniowe obciążeń, stosując do sił pionowych współczynniki częściowe

korzystne (w przypadku przesuwu obciążenie pionowe działa korzystnie, zwiększając tarcie fundamentu o podłoże).

Ponadto pomijamy parcie gruntu na fundament.

•

Wyznaczenie nośności obliczeniowej na przesuw R

dh

ze wzoru 6.3a lub 6.3b PN-EN 1997-1

•

Sprawdzenie warunku H

d

≤ R

dh

OKREŚLENIE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Obliczenia przeprowadzić zgodnie z PN-EN 1997-1 zał. D.
Wyznaczyć współczynniki (stosując wartości obliczeniowe parametrów geotechnicznych oraz obciążeń):
- nośności N

c

, N

q

, N

γ

- nachylenia podstawy fundamentu b

c

, b

q

, b

γ

- kształtu fundamentu s

c

, s

q

, s

γ

- nachylenia obciążenia i

c

, i

q

, i

γ

oraz naprężenia od nadkładu w poziomie podstawy fundamentu:

- q = D

min

· γ

(γ – średni ciężar objętościowy gruntu powyżej poziomu posadowienia. Obliczyć naprężenia z

prawej i lewej strony fundamentu, do obliczeń przyjąć wartość mniejszą.)

Określić nośność charakterystyczną podłoża q

Rk

ze wzoru D.2 stosując wyznaczone współczynniki.

Wyznaczyć obliczeniową nośność podłoża: ,

-

=

.

/



/0

oraz naprężenia przekazywane na grunt ,

1

=

)

*

2(

Stopień wykorzystania podłoża 3 =

.

4*

.

/*

= 0.8 ÷ 1

Ćwiczenia projektowe z fundamentowania

Krzysztof Nepelski,

Katedra Geotechniki, Politechnika Lubelska, 2013

5

II. SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO NOŚNOŚCI „STR”

IV. OBLICZENIA STANU GRANICZNEGO UŻYTKOWALNOŚCI

V. RYSUNKI

VI. SPRAWDZENIE STATECZNOŚCI SKARPY WYKOPU

OBLICZENIE ZBROJENIA STOPY

a)

wyznaczenie momentów zginających

b)

obliczenie zbrojenia głównego

c)

obliczenie zbrojenia poprzecznego

Metoda obliczeń została przedstawiona w pliku „zbrojenieEN.pdf”

Pole przekroju zbrojenia w zależności od średnicy i ilości prętów zestawione w pliku „zbrojenie_pole.pdf”

Wytyczne do zbrojenia fundamentu znajdują się w pliku „zbrojenie_zasady.pdf”

SPRAWDZENIE STATECZNOŚCI SKARPY WYKOPU

METODĄ FELLENIUSA

Tok postępowania przy sprawdzaniu stateczności skarpy metodą Felleniusa przedstawiony został w pliku

„skarpa.pdf”

PODEJŚCIE PROJEKTOWE DA3

Obliczenia przeprowadzamy według podejścia projektowego DA3.

A2+M2+R3

Uwaga!!! Ponieważ przy sprawdzaniu stateczności skarpy mamy do czynienia z oddziaływaniami

geotechnicznymi w obliczeniach stosujemy współczynniki z grupy A2.

Wyznaczyć wartości obliczeniowe parametrów gruntu.

RYSUNEK KONSTRUKCYJNY STOPY

Sporządzenie rysunku konstrukcyjnego stopy.
Przykładowy rysunek w pliku „stopa_rysunek.pdf”

WYKRESY NAPRĘŻEŃ W PODŁOŻU GRUNTOWYM

Sporządzenie wykresów naprężeń w podłożu gruntowym.
Przykładowy wykres naprężeń w pliku „naprężenia_wykres.pdf”

OBLICZENIE OSIADANIA FUNDAMENTU

Obliczenia przeprowadzamy na wartościach charakterystycznych.
Do wyznaczenia osiadania niezbędne są obliczenia naprężeń w gruncie.
Metoda obliczeń została przedstawiona w pliku „osiadanie.pdf”

SPRAWDZENIE STOPY NA PRZEBICIE

Sprawdzenie wykonać zgodnie z procedura opisaną w normie Eurokod 2 - EN 1992-1 (Projektowanie

konstrukcji z betonu. Reguły ogólne i reguły dla budynków.), rozdział 6.4 (w szczególności podpunkt 6.4.4)