1

Wyk

Wyk

ł

ł

ad nr 11

ad nr 11

Konstrukcje oporowe,

Konstrukcje oporowe,

Parcie i odp

Parcie i odp

ó

ó

r gruntu

r gruntu

Definicje podstawowe

Definicje podstawowe

Stok

Stok

: pochy

: pochy

ł

ł

a powierzchnia formy terenu,

a powierzchnia formy terenu,

Zbocze

Zbocze

: rodzaj stoku stanowi

: rodzaj stoku stanowi

ą

ą

cy boczne ograniczenie doliny,

cy boczne ograniczenie doliny,

Skarpa

Skarpa

: Zewn

: Zewn

ę

ę

trzna, stroma, cz

trzna, stroma, cz

ęść

ęść

budowli ziemnej (nasypu,

budowli ziemnej (nasypu,

wykopu, itp.).

wykopu, itp.).

1

α

α

2

H

Naziom

Podstawa

Skar

pa

Elementy skarpy:

Elementy skarpy:

Rodzaje skarp

Rodzaje skarp

Niepodparta

Niepodparta

–

–

brak dodatkowych konstrukcji podtrzymuj

brak dodatkowych konstrukcji podtrzymuj

ą

ą

cych

cych

skarp

skarp

ę

ę

,

,

Podparta

Podparta

–

–

bezpiecze

bezpiecze

ń

ń

stwo zapewnia dodatkowa konstrukcja,

stwo zapewnia dodatkowa konstrukcja,

b

b

ę

ę

d

d

ą

ą

ca budowl

ca budowl

ą

ą

sta

sta

łą

łą

(skarpy drogowe, kolejowe, zapory, wa

(skarpy drogowe, kolejowe, zapory, wa

ł

ł

y

y

przeciwpowodziowe) lub tymczasow

przeciwpowodziowe) lub tymczasow

ą

ą

(podparcia wykop

(podparcia wykop

ó

ó

w,

w,

g

g

ł

ł

ó

ó

wnie w g

wnie w g

ę

ę

stej zabudowie miejskiej).

stej zabudowie miejskiej).

Podparcia skarp

Podparcia skarp

•

•

Mur oporowy,

Mur oporowy,

•

•

Ś

Ś

ciany szczelinowe,

ciany szczelinowe,

•

•

Ś

Ś

cianki szczelne (

cianki szczelne (

Larsena

Larsena

),

),

•

•

Ś

Ś

ciany kotwione.

ciany kotwione.

Stateczno

Stateczno

ść

ść

skarp

skarp

Stateczno

Stateczno

ść

ść

–

–

zdolno

zdolno

ść

ść

zachowania kszta

zachowania kszta

ł

ł

tu i po

tu i po

ł

ł

o

o

ż

ż

enia wbrew

enia wbrew

dzia

dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

cym si

cym si

ł

ł

om d

om d

ążą

ążą

cym do zmiany istniej

cym do zmiany istniej

ą

ą

cego stanu.

cego stanu.

Miar

Miar

ą

ą

stateczno

stateczno

ś

ś

ci

ci

jest tzw.

jest tzw.

wsp

wsp

ó

ó

ł

ł

czynnik stateczno

czynnik stateczno

ś

ś

ci

ci

F

F

(wsp

(wsp

ó

ó

ł

ł

czynnik pewno

czynnik pewno

ś

ś

ci,

ci,

Safety

Safety

Factor

Factor

).

).

Jego warto

Jego warto

ść

ść

zale

zale

ż

ż

y od metody analizy. Og

y od metody analizy. Og

ó

ó

lna definicja opisuje

lna definicja opisuje

warto

warto

ść

ść

F

F

jako stosunek uog

jako stosunek uog

ó

ó

lnionej si

lnionej si

ł

ł

y granicznej (potrzebnej

y granicznej (potrzebnej

do wywo

do wywo

ł

ł

ania przesuwu rozpatrywanej bry

ania przesuwu rozpatrywanej bry

ł

ł

y gruntu) do aktualnie

y gruntu) do aktualnie

dzia

dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

cej si

cej si

ł

ł

y zsuwaj

y zsuwaj

ą

ą

cej:

cej:

d

u

M

M

F

=

Rodzaje utraty stateczno

Rodzaje utraty stateczno

ś

ś

ci

ci

c)

b)

•

•

Osuwisko

Osuwisko

–

–

obsuni

obsuni

ę

ę

cie gruntu wzd

cie gruntu wzd

ł

ł

u

u

ż

ż

krzywoliniowej

krzywoliniowej

powierzchni po

powierzchni po

ś

ś

lizgu (rys. a),

lizgu (rys. a),

•

•

Zsuw

Zsuw

–

–

obsuni

obsuni

ę

ę

cie g

cie g

ó

ó

rnej warstwy gruntu r

rnej warstwy gruntu r

ó

ó

wnolegle do

wnolegle do

powierzchni terenu (rys. b),

powierzchni terenu (rys. b),

•

•

Sp

Sp

ł

ł

yw

yw

–

–

stopniowe spe

stopniowe spe

ł

ł

zanie nawodnionej masy gruntu

zanie nawodnionej masy gruntu

bez wyra

bez wyra

ź

ź

nej powierzchni po

nej powierzchni po

ś

ś

lizgu (

lizgu (

np

np

. sp

. sp

ł

ł

yw skarpy na

yw skarpy na

wiosn

wiosn

ę

ę

(rys. c).

(rys. c).

a)

2

Stateczno

Stateczno

ść

ść

skarp

skarp

Wsp

Wsp

ó

ó

ł

ł

czynnik stateczno

czynnik stateczno

ś

ś

ci

ci

definiuje deterministyczny zapas

definiuje deterministyczny zapas

bezpiecze

bezpiecze

ń

ń

stwa. Wymagane warto

stwa. Wymagane warto

ś

ś

ci to zwykle

ci to zwykle

1,1

1,1

–

–

1,3

1,3

w zale

w zale

ż

ż

no

no

ś

ś

ci od wa

ci od wa

ż

ż

no

no

ś

ś

ci obiektu i dok

ci obiektu i dok

ł

ł

adno

adno

ś

ś

ci bada

ci bada

ń

ń

cech

cech

grunt

grunt

ó

ó

w. Dla skarp autostradowych wymaga si

w. Dla skarp autostradowych wymaga si

ę

ę

uzyskania

uzyskania

warto

warto

ś

ś

ci

ci

F

F

= 1,50

= 1,50

(dla warto

(dla warto

ś

ś

ci obliczeniowych!).

ci obliczeniowych!).

Utrata stateczno

Utrata stateczno

ś

ś

ci

ci

nast

nast

ę

ę

puje wzd

puje wzd

ł

ł

u

u

ż

ż

dowolnej linii ci

dowolnej linii ci

ą

ą

g

g

ł

ł

ej

ej

powierzchni w zboczu lub skarpie (

powierzchni w zboczu lub skarpie (

powierzchnia po

powierzchnia po

ś

ś

lizgu

lizgu

), w

), w

przypadku, gdy si

przypadku, gdy si

ł

ł

y

y

ś

ś

cinaj

cinaj

ą

ą

ce przekrocz

ce przekrocz

ą

ą

wytrzyma

wytrzyma

ł

ł

o

o

ść

ść

gruntu na

gruntu na

ś

ś

cinanie.

cinanie.

Ka

Ka

ż

ż

dej powierzchni po

dej powierzchni po

ś

ś

lizgu (mechanizmowi zniszczenia)

lizgu (mechanizmowi zniszczenia)

odpowiada inny wsp

odpowiada inny wsp

ó

ó

ł

ł

czynnik stateczno

czynnik stateczno

ś

ś

ci. Celem analiz jest

ci. Celem analiz jest

oszacowanie najmniejszej warto

oszacowanie najmniejszej warto

ś

ś

ci

ci

F

F

.

.

Stateczno

Stateczno

ść

ść

skarp

skarp

Na warto

Na warto

ść

ść

wsp

wsp

ó

ó

ł

ł

czynnika stateczno

czynnika stateczno

ś

ś

ci najwi

ci najwi

ę

ę

kszy wp

kszy wp

ł

ł

yw maj

yw maj

ą

ą

parametry:

parametry:

•

•

ci

ci

ęż

ęż

ar obj

ar obj

ę

ę

to

to

ś

ś

ciowy gruntu

ciowy gruntu

γ

γ

,

,

•

•

parametry wytrzyma

parametry wytrzyma

ł

ł

o

o

ś

ś

ciowe: k

ciowe: k

ą

ą

t tarcia wewn

t tarcia wewn

ę

ę

trznego

trznego

φ

φ

u

u

oraz

oraz

sp

sp

ó

ó

jno

jno

ść

ść

c

c

u

u

,

,

•

•

obecno

obecno

ść

ść

wody (ci

wody (ci

ś

ś

nienie sp

nienie sp

ł

ł

ywowe oraz zmniejszenie

ywowe oraz zmniejszenie

wytrzyma

wytrzyma

ł

ł

o

o

ś

ś

ci gruntu wskutek ci

ci gruntu wskutek ci

ś

ś

nienia porowego

nienia porowego

wywo

wywo

ł

ł

ywanego na szkielet gruntowy).

ywanego na szkielet gruntowy).

Stateczno

Stateczno

ść

ść

skarp

skarp

Na bezpiecze

Na bezpiecze

ń

ń

stwo (stateczno

stwo (stateczno

ść

ść

) budowli ziemnych i zboczy maj

) budowli ziemnych i zboczy maj

ą

ą

wp

wp

ł

ł

yw:

yw:

•

•

nachylenie skarpy,

nachylenie skarpy,

•

•

obci

obci

ąż

ąż

enie naziomu,

enie naziomu,

•

•

zastosowane konstrukcje zapewniaj

zastosowane konstrukcje zapewniaj

ą

ą

ce podparcie skarpy,

ce podparcie skarpy,

•

•

obecno

obecno

ść

ść

wody (spos

wody (spos

ó

ó

b jej odprowadzenia).

b jej odprowadzenia).

α

Zabezpieczenie stateczno

Zabezpieczenie stateczno

ś

ś

ci skarp

ci skarp

Masywne mury oporowe

Masywne mury oporowe

Stosowanie:

Stosowanie:

•

•

trwa

trwa

ł

ł

e ukszta

e ukszta

ł

ł

towanie terenu umo

towanie terenu umo

ż

ż

liwiaj

liwiaj

ą

ą

ce strome przej

ce strome przej

ś

ś

cie

cie

pomi

pomi

ę

ę

dzy r

dzy r

ó

ó

ż

ż

nymi poziomami,

nymi poziomami,

•

•

elementy zap

elementy zap

ó

ó

r wodnych,

r wodnych,

•

•

zabezpieczenie skarp, obiekt

zabezpieczenie skarp, obiekt

ó

ó

w, infrastruktury, itp.

w, infrastruktury, itp.

Schemat statyczny

Schemat statyczny

Masywne mury oporowe

Masywne mury oporowe

Podzia

Podzia

ł

ł

ś

ś

cian

cian

-

-

materia

materia

ł

ł

:

:

•

•

ż

ż

elbetowe,

elbetowe,

•

•

betonowe,

betonowe,

•

•

kamienne.

kamienne.

Podzia

Podzia

ł

ł

ś

ś

cian

cian

–

–

schemat statyczny

schemat statyczny

:

:

•

•

masywne,

masywne,

•

•

masywne z p

masywne z p

ł

ł

yt

yt

ą

ą

doci

doci

ąż

ąż

aj

aj

ą

ą

c

c

ą

ą

,

,

•

•

p

p

ł

ł

ytowo

ytowo

–

–

k

k

ą

ą

towe,

towe,

•

•

p

p

ł

ł

ytowo

ytowo

–

–

ż

ż

ebrowe.

ebrowe.

Masywne mury oporowe

Masywne mury oporowe

3

Ś

Ś

ciany szczelinowe

ciany szczelinowe

Stosowanie

Stosowanie

:

:

•

•

zabezpieczenie skarp,

zabezpieczenie skarp,

•

•

elementy podziemnych kondygnacji i tuneli.

elementy podziemnych kondygnacji i tuneli.

Schematy statyczne

Schematy statyczne

Ś

Ś

cianki szczelne

cianki szczelne

Schematy statyczne

Schematy statyczne

Stosowanie

Stosowanie

:

:

•

•

zabezpieczanie wykop

zabezpieczanie wykop

ó

ó

w na czas rob

w na czas rob

ó

ó

t,

t,

•

•

elementy konstrukcyjne podparcia skarp.

elementy konstrukcyjne podparcia skarp.

Palisady

Palisady

Zasady stosowania:

Zasady stosowania:

•

•

Schemat statyczny

Schemat statyczny

–

–

identyczny jak

identyczny jak

ś

ś

cian szczelinowych,

cian szczelinowych,

•

•

Zasada wykonywania

Zasada wykonywania

–

–

realizacja pali fundamentowych jeden

realizacja pali fundamentowych jeden

przy drugim w spos

przy drugim w spos

ó

ó

b zapewniaj

b zapewniaj

ą

ą

cy szczelno

cy szczelno

ść

ść

konstrukcji,

konstrukcji,

•

•

Najcz

Najcz

ęś

ęś

ciej stosuje si

ciej stosuje si

ę

ę

palisady z kolumn wykonywanych metod

palisady z kolumn wykonywanych metod

ą

ą

wysokoci

wysokoci

ś

ś

nieniowej iniekcji strumieniowej:

nieniowej iniekcji strumieniowej:

jet

jet

-

-

grouting

grouting

,

,

•

•

Ze wzgl

Ze wzgl

ę

ę

du na gabaryty, sprz

du na gabaryty, sprz

ę

ę

t do wykonywania palisad

t do wykonywania palisad

umo

umo

ż

ż

liwia prowadzenie rob

liwia prowadzenie rob

ó

ó

t w warunkach g

t w warunkach g

ę

ę

stej

stej

zabudowy oraz w istniej

zabudowy oraz w istniej

ą

ą

cych pomieszczeniach.

cych pomieszczeniach.

Palisady

Palisady

Przyk

Przyk

ł

ł

ad zastosowania palisady

ad zastosowania palisady

Kotwy i gwo

Kotwy i gwo

ź

ź

dzie gruntowe

dzie gruntowe

Stosowanie

Stosowanie

:

:

•

•

zabezpieczanie podcinanych zboczy,

zabezpieczanie podcinanych zboczy,

•

•

elementy podparcia skarp w celach wzmocnienia lub naprawy,

elementy podparcia skarp w celach wzmocnienia lub naprawy,

•

•

elementy konstrukcyjne tuneli,

elementy konstrukcyjne tuneli,

•

•

elementy zakotwie

elementy zakotwie

ń

ń

(oczepy,

(oczepy,

ś

ś

ciany szczelinowe, palisady, itp.).

ciany szczelinowe, palisady, itp.).

Wiod

Wiod

ą

ą

ce systemy: TITAN, GONAR.

ce systemy: TITAN, GONAR.

Kotwy i gwo

Kotwy i gwo

ź

ź

dzie gruntowe

dzie gruntowe

Przyk

Przyk

ł

ł

ady realizacji:

ady realizacji:

4

Parcie czynne i bierne:

Parcie czynne i bierne:

Zależność oddziaływania gruntu na konstrukcję
oporową w zależności od wzajemnego przesunięcia:

z

x

K

σ

σ

⋅

=

Parcie czynne i bierne

Parcie czynne i bierne

–

–

rozwi

rozwi

ą

ą

zanie

zanie

Rankina

Rankina

:

:

a

p

K

tg

K

1

2

45

2

=













+

°

=

φ

Parcie bierne – oddziaływanie gruntu na ścianę
w przypadku dociskania ściany do gruntu:

Parcie czynne – oddziaływanie gruntu na ścianę
w przypadku odsuwania ściany od gruntu:













−

°

=

2

45

2

φ

tg

K

a

Jednostkowe si

Jednostkowe si

ł

ł

y parcia dzia

y parcia dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

ce

ce

na konstrukcje oporowe

na konstrukcje oporowe

p

p

p

K

c

K

z

e

2

+

⋅

⋅

=

γ

a

a

a

K

c

K

z

e

2

−

⋅

⋅

=

γ

dla gruntów drobnoziarnistych
(spoistych):

p

p

K

z

e

⋅

⋅

=

γ

dla gruntów gruboziarnistych
(niespoistych):

a

a

K

z

e

⋅

⋅

=

γ

Jednostkowe si

Jednostkowe si

ł

ł

y parcia dzia

y parcia dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

ce

ce

na konstrukcje oporowe

na konstrukcje oporowe

dla gruntów gruboziarnistych
(niespoistych):

H

z

E

a

z

E

p

γH Ka

γH Kp

Jednostkowe si

Jednostkowe si

ł

ł

y parcia dzia

y parcia dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

ce

ce

na konstrukcje oporowe

na konstrukcje oporowe

dla gruntów drobnoziarnistych
(spoistych):

H

z

z

γH Kp

E

a

γ H K

p

E

a

2 c Ka

2 c Kp

Wypadkowe si

Wypadkowe si

ł

ł

parcia dzia

parcia dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

ce na

ce na

konstrukcje oporowe

konstrukcje oporowe

dla gruntów spoistych:

p

p

p

K

cH

K

H

E

2

2

2

+

=

γ

γ

γ

2

2

2

2

2

c

K

cH

K

H

E

a

a

a

+

−

=

a

a

K

H

E

2

2

γ

=

dla gruntów niespoistych:

a

a

K

H

E

2

2

γ

=

5

Wypadkowe si

Wypadkowe si

ł

ł

parcia dzia

parcia dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

ce na

ce na

konstrukcje oporowe

konstrukcje oporowe

podłoże uwarstwione – analizuje się parcia na
konstrukcję osobno dla poszczególnych odcinków, a
następnie sumuje oddziaływania (dotyczy parcia
czynnego i biernego).

h

w

– wysokość słupa wody

oddziaływanie wody na
konstrukcję oporową:

w

w

h

u

⋅

=

γ

Parcie dzia

Parcie dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

ce na konstrukcje oporowe

ce na konstrukcje oporowe

w przypadku obci

w przypadku obci

ąż

ąż

enia naziomu

enia naziomu

p

p

p

K

cH

K

qH

H

E

2

2

2

−















+

=

γ

(

)

p

p

p

K

c

K

q

z

e

2

+

⋅

+

⋅

=

γ

parcie bierne:

γ

γ

2

2

2

2

2

c

K

cH

K

qH

H

E

a

a

a

+

−















+

=

(

)

a

a

a

K

c

K

q

z

e

2

−

⋅

+

⋅

=

γ

parcie czynne:

Zestawienie si

Zestawienie si

ł

ł

dzia

dzia

ł

ł

aj

aj

ą

ą

cych na konstrukcj

cych na konstrukcj

ę

ę

oporow

oporow

ą

ą

–

–

tradycyjna metoda oblicze

tradycyjna metoda oblicze

ń

ń

τ

E

a

E

p

g

1

g

2

τ

σ

q

q

– obciążenie naziomu,

E

a

, E

p

– parcie czynne

i bierne,

g

1

, g

2

– ciężar gruntu na

podstawę ściany oporowej,

τ

–

naprężenie od tarcia,

σ –

nacisk fundamentu na

podłoże.

Si

Si

ł

ł

y wewn

y wewn

ę

ę

trzne w konstrukcjach oporowych

trzne w konstrukcjach oporowych

z

z

z

N:

V:

M:

Wymiarowanie: jako konstrukcje żelbetowe zginane i ściskane

Odwodnienie konstrukcji oporowych

Odwodnienie konstrukcji oporowych

grunt zasypowy

warstwa drenująca

warstwa nieprzepuszczalna

rurki odprowadzające

Odwodnienie konstrukcji oporowych

Odwodnienie konstrukcji oporowych

grunt zasypowy

warstwa drenująca

warstwa nieprzepuszczalna

studzienka