fd_w1_2012 lato

–

w 1

FUNDAMENTOWANIE

•

Wyk

ady

SS, SN

dr hab. inż. W

odzimierz Idczak

•

Ćwiczenia

26 – SS

10 – SN

–

dr hab. inż. W

odzimierz Idczak

– X1-X4

–

kpt. mgr

inż.

Krzysztof Duda – X5-X8

– W. Idczak

–

w 1

Literatura

Z. Grabowski, S. Pisarczyk, M. Obrycki:

Fundamentowanie

, OW PW, Warszawa 2005

I. Cios, S. Garwacka-Piórkowska:

Projektowanie

fundamentów

, OW PW, Warszawa 2008

M. Obrycki, S. Pisarczyk,

Wybrane zagadnienia z

fundamentowania,

Przykłady oblicze

OW PW,

Warszawa 2005

Z. Wi

un: Zarys geotechniki, WK

, Warszawa 2007

Polskie normy budowlane,

urok

ody

–

w 1

Rygory zaliczeniowe

Egzamin pisemny

Warunek dopuszczaj

cy do egzaminu:

zaliczenie

wicze

rachunkowych –

na ocen

obrona

ocen z

wicze

rachunkowych uzyskaniem

pozytywnej oceny ze sprawdzianu „wyj

ciowego”

–

na ocen

–

w 1

Tematyka wyk

w 1 – Ogólne wiadomości o fundamentach;

Klasyfikacja fundamentów;

Warunki geologiczne

a warunki fundamentowania.

w 2 –

Fundamenty bezpo

rednie: klasyfikacja, wybór gł

boko

ci posadowienia fundamentu,

roboty fundamentowe; Zabezpieczanie gł

bokich wykopów

w 3 –

rojektowania fundamentów bezpośrednich;

Metody ustalania parametrów

geotechnicznych podło

a gruntowego.

w 4

–

Obliczenia fundamentów wg I i II stanu granicznego.

w 5 –

Odwadnianie wykopów fundamentowych; Ochrona fundamentów przed wilgoci

wod

gruntow

i agresywno

podło

a gruntowego

w 6 –

Fundamenty na palach: definicje, klasyfikacje pali, rozmieszczenie pali pod

fundamentem dla obci

ąż

osiowych i mimo

rodowych, obliczanie no

ci pali;

w 7

–

Technologie palowania.

w 8 – Ścianki szczelne i ściany szczelinowe; Fundamentowanie na studniach, kesonach i

ścianach szczelinowych.

w 9 – Wzmacnianie i uszczelnianie pod

oża gruntowego; Wzmacnianie fundamentów;

Fundamentowanie na grodzach;

w 10 – Ściany oporowe; Podsumowanie treści wyk

adów; Przygotowanie do egzaminu.

–

w 1

WST

• Fundamentowanie – nauka zajmująca się:

• projektowaniem fundamentów,
• wykonawstwem fundamentów,
• wykonawstwem robót fundamentowych.

• Fundament

Najniższa część budowli, bezpośrednio
stykająca się z pod

ożem i przenosząca nań w

sposób

bezpieczny

ciężar w

asny budowli i wszelkie

jej obciążenia.

• Zasięg oddzia

ywania fundamentu:

W praktyce inżynierskiej przyjmuje się do g

ębokości

gdzie:

≤ 0,3 ·

–

w 1

Cechy szczeg

lne fundamentowania

• w obszarze fundamentowania spotykają się materia

znacznie odbiegające od siebie pod względem
wytrzyma

ościowym

wytrzyma

ość na ściskanie i ścinanie

materia

u pod

oża gruntowego << materia

u fundamentu

wspó

czynnik sprężystości

materia

u pod

oża gruntowego << materia

u fundamentu

(nie wytrzymuje rozciągania)

rodzaju pod

oża gruntowego na ogó

nie można wybierać

–

w 1

fundamentowanie nie jest szablonowe i wymaga
odpowiedniego wybrania fundamentu pod względem:

technicznym i
ekonomicznym.

przed rozpoczęciem fundamentowania należy w
odpowiednim zakresie rozpoznać pod

oże gruntowe pod

względem jego w

aściwości fizycznych i mechanicznych.

FUNDAMENTOWANIE

obejmuje

projektowanie i wykonawstwo

fundamentów i robót fundamentowych

w różnych warunkach gruntowo-wodnych

–

w 1

KLASYFIKACJA

FUNDAMENT

Podzia

ze względu na g

ębokość posadowienia:

• p

ytkie,

• g

ębokie

Przyk

posadowienia
fundamentu

–

w 1

FUNDAMENTY P

YTKIE

Stosuje się wtedy, gdy:

• pod

oże wytrzyma

e naturalne

występuje p

ytko, tuż pod powierzchnią terenu, w

warstwach o dużej miąższości, lub

• pod

oże występujące p

ytko jest sztucznie wzmocnione lub

wymienione

Klasyfikacja

• stopy,
•

awy,

• ruszty,
• p

yty,

• skrzynie,
• bloki fundamentowe

oparte

bezpośrednio

na gruncie

Są to tzw.

FUNDAMENTY BEZPOŚREDNIE

–

w 1

FUNDAMENTY BEZPO

REDNIE

a)stopa,

awa,

c) p

yta,

d)ruszt,

e)skrzynia

–

w 1

• fundament uważa się za p

ytki, gdy:

• osiągnięcie wymaganej głębokości posadowienia

nie wymaga:

specjalnych zabiegów zabezpieczających ściany wykopu

przed osunięciem,

specjalnych metod wykonania,

uciążliwej walki z wodą

Umownie, dla fundamentów p

ytkich:

= 4 m

–

w 1

FUNDAMENTY G

BOKIE

Klasyfikacja

Bezpośrednie

• stopy,

awy, ruszty,

• p

yty, skrzynie,

• bloki fundamentowe;

Pośrednie

• na palach,
• na studniach,
• na kesonie,
• na ścianach szczelinowych,
• na s

upach

Stosuje się wtedy, gdy wytrzyma

e pod

oże naturalne

występuje g

ęboko.

D > 4 m

Osiągnięcie wymaganej g

ębokości

posadowienia wymaga

•

specjalnych zabiegów zabezpieczających

ściany wykopu przed osunięciem

•

specjalnych metod wykonania,

• uciążliwej walki z wodą.

przeniesienie nacisku fundamentu
na g

ębsze, wytrzyma

e warstwy

pod

oża

–

w 1

FUNDAMENTY G

BOKIE

REDNIE

a) na palach,

b) na studniach,

c) na kesonie,

d) na ścianach

szczelinowych,

e) na s

upach.

–

w 1

WARUNKI

jakie powinien spe

nia

FUNDAMENT

Bezpiecznie zaprojektowany fundament powinien spe

niać

warunki:

•

wymaganej nośności

•

dopuszczalnych odkszta

ceń

– osiadania,

•

aściwej stateczności

•

wytrzyma

ości

Nośność fundamentu zależy od:

• warunków wodno-gruntowych,
• wymiarów fundamentu.

Naprężenie

w pod

ożu

fundamentu

Nośność

pod

oża

–

w 1

BADANIA GRUNT

Cele wykonywania badań geologicznych i geotechnicznych gruntów

• wybrania najbardziej dogodnego terenu do wykonania

projektowanej budowli,

• ustalenia w jaki sposób będą na siebie oddzia

ywa

pod

oże gruntowe i

budowla

w czasie jej wykonania i w czasie eksploatacji.

Badania geologiczne i geotechniczne wykonuje się w 2 etapach

• wstępnym – do za

ożeń techniczno-ekonomicznych,

• ostatecznym – do projektu techniczno-roboczego.

W z

ożonych warunkach wodno-gruntowych przeprowadzane są również:

• badania kontrolne w trakcie realizacji budowy

–

w 1

Rozpoznanie terenu na etapie wst

pnym

• studia materia

ów i publikacji geologicznych danego terenu,

• oględziny terenu,

• niekiedy wykonuje się

wiercenia

ębokie wykopy, teren

osuwiskowy, itp.)

• fotointerpretacja zdjęć lotniczych

(dla większych obszarów),

Dla inwestycji o większym znaczeniu

(zapory, mosty, zak

ady

przemys

owe, osiedla, itp.)

• szersze badania terenowe

(wiercenia, badania geofizyczne, itp.)

• badania laboratoryjne

(określanie cech fizycznych i mechanicznych

gruntu)

–

w 1

Rozpoznanie terenu do projektu techniczno

roboczego

• wykorzystuje się badania szczegó

owe z etapu wstępnego,

• ostateczne wyniki prac terenowych i laboratoryjnych do

projektów technicznych opracowuje się w formie

dokumentacji geologiczno-inżynierskiej

lub

orzeczenia geotechnicznego

–

w 1

Otwory badawcze

y próbne otwory wiertnicze

• dają obraz:

uwarstwienia gruntu,
warunków wodnych,

• umożliwiają pobranie próbek

NNS

• umożliwiają pobranie próbek gruntu:

z większych g

ębokości,

poniżej zwierciad

a wody gruntowej.

–

w 1

Przyrz

dy wiertnicz

a) szlamówka – do wiercenia w gruntach nawodnionych,
b) świder spiralny – do gruntów suchych i zbitych,
c)

yżka rurowa (szypa) – do i

ów, glin i gruntów mieszanych,

d) świder

yżka – do twardych i

ów i margli,

e) d

uto – do przewiercania ska

i rozbijania g

azów,

f) Grajcar – do wyciągania mniejszych kamieni.

–

w 1

Zasady ustalania g

boko

ci wierce

•

wiercenia powinny obejmować strefę oddzia

ywania

fundamentu

= 0,3

Ponadto:

1. gdy roboty budowlane będą wykonywane poniżej

spodziewanego poziomu występujących g

ębiej wód

naporowych

wiercenia wykonać do warstwy zawierającej

wody naporowe.

Wiercenia można zakończyć na p

ytszym poziomie, na którym ciężar

wyżej leżących warstw gruntu będzie równoważyć napór wody.

–

w 1

2. dla budynków ciężkich, których obliczeniowe obciążenie

zastępcze wynosi więcej niż

3. gdy przewiduje się posadowienie pośrednie budowli,

np. na palach, studniach lub kesonach,

ębokość wierceń powinna być większa o 5,0 m

od poziomu posadowienia podstawy pali, studni
lub kesonu.

ębokość wiercenia nie powinna być mniejsza

od sumy g

ębokości posadowienia budynku

i jego szerokości w rzucie poziomym.

–

w 1

4. w przypadku wierceń na dużych terenach, gdy liczba

wierceń jest większa od 15, zaleca się

5. w szczególnie trudnych warunkach gruntowych

(np. grunty

organiczne, kras, nasypy, itp.)

zaleca się

wykonać wiercenia pod każdy fundament.

wykonać 25 % ogólnej liczby wierceń do g

ębokości

większej o 30% w stosunku do wierceń pozosta

ych.

–

w 1

Rozmieszczenie otwor

w badawczych

• rozmieszczenie otworów badawczych powinno umożliwiać

wykreślenie charakterystycznych przekrojów geologicznych

pod ca

ą budowlą.

• na etapie szczegó

owym i w

ożonych warunkach gruntowych,

maksymalny odstęp pomiędzy

otworami

30 m

–

w 1

• dla zapór ziemnych i obwa

owań o wysokości < 6 m, otwory

sytuuje się wzdłuż osi zapory.

rozstaw wierceń przyjmuje się w granicach

(50 ÷ 300)m

• przy wysokościach zapór lub obwa

owań > 6 m, stosuje się

otwory wg tabeli:

–

w 1

Opis grunt

w podczas wykonywania otwor

badawczych

W czasie wykonywania wierceń lub do

ów próbnych, grunty

opisuje się makroskopowo, zapisując:

• g

ębokość pobrania próbek,

• opór gruntu przy wierceniu,

• nacisk na rury os

onowe,

• obserwacje poziomu wody.

Dane te wpisuje się do metryki otworów.

–

w 1

bki gruntu

• próbki

pobiera się do skrzynek – z każdej warstwy, ale nie

rzadziej niż co 1 m,

• próbki

pobiera się do s

oików – co zmianę warstwy –

tylko dla gruntów spoistych,

• próbki

NNS

pobiera się do cylindrów:

z warstw istotnych dla pracy fundamentu

(do g

ębokości

równej

1,5 B

)

z warstw g

ębszych, jeżeli mają niewielką nośność

• próbki wody gruntowej w celu określenia sk

adu chemicznego

–

w 1

Sondowanie

• stan

gruntów niespoistych

–

stopień zagęszczenia – określa
się stosując sondy:

stożkow

krzyżakow

cylindryczn

• stan

gruntów spoistych

określa

się sondą cylindryczną

a) sonda wbijana – ITB-ZW,
b) sonda cylindryczna – SPT,
c) wykres sondowania sondą krzyżakową – ITB-ZW

–

w 1

Sonda krzy

akowa

–

badanie grunt

w s

abych

Schemat ścinania gruntu sondą ITB-ZW

Dla s

abych gruntów

= 0,

zatem

(opór ścinania = spójności)

(mad, mu

ów i torfów)

–

w 1

Badania presjometryczne

Zasada badań presjometrem

mierzymy deformacje ścianki

otworu wiertniczego w

wyniku przy

ożenia do niej

określonego obciążenia

poziomego, ko

owo-

symetrycznego

Mierzymy wielkość ciśnienia p

ynu

oraz wzrost objętości komory, czyli

deformację objętościową otworu.

wyniki:

•

modu

odkszta

cenia,

• naprężenie graniczne,
• naprężenie dopuszczalne.

–

w 1

Wyniki bada

presjometrem

1. Presjometryczny modu

odkszta

cenia

(

∆

)

–

wspó

czynnik odkszta

cenia sondy

zależny od średniej objętości p

ynu

doprowadzonego do komory pomiarowej

2. Edometryczny modu

ściśliwości

p ,

– wyznaczamy z rysunku

–

w 1

3. Naprężenie dopuszczalne

dop

(

–

) / 3 +

– naprężenie graniczne określone z wykresu,

– naprężenie pierwotne – poziome i pionowe na g

ębokości

wykonywania pomiarów,

– wspó

czynnik nośności, zależny od rodzaju i g

ębokości

posadowienia, rozmiaru i kszta

tu fundamentu oraz

rodzaju gruntu (

= 0,8÷3,0)

–

w 1

FUNDAMENTOWANIE

w r

nych warunkach geologicznych

• grunty skaliste:

• twarde

–

> 5 MPa,

modu

ściśliwości -

2·10

÷10

MPa,

• miękkie

–

≤ 5 Mpa,

modu

ściśliwości -

4·10

MPa,

• zwietrza

e, spękane, wyg

adzone, z uskokami,

• magmowe i metamorficzne,
• osadowe lite.

• grunty mineralne rodzime:

• zwietrzelinowe: gliny zwietrzelinowe i zwietrzeliny kamieniste,
• osadzone w wodzie: rzeczne jeziorne, morskie, zastoiskowe,
• akumulacji lodowcowej: piaski, żwiry, g

azy, czasami gliny,

• eolityczne: piaski wydmowe i lessy.

• grunty organiczne rodzime:

• próchnicze: piaski i py

y próchnicze,

• namu

y, gytie, torfy – nie nadają się do posadowienia na nich budowli,

• węgle brunatne i kamienne (grunty organiczne skaliste)

–

w 1

• Ska

y dzięki swym w

aściwościom mechanicznym są najczęściej

dobrym pod

ożem fundamentowym,

• należy jednak zwrócić uwagę na możliwość występowania:

zwietrzenia ska

spękania

wyg

adzenia

uskoków

• Ogólne wytyczne fundamentowania na ska

ach litych:

Fundamentowanie na ska

ach

Posadowienie budynku

na nierównomiernie

zwietrza

ej skale

Fundamentowanie na

palach w przypadku

nierównomiernie

zwietrza

ej ska

Ska

a lita p

ycej

niż 1 m pod

fundamentem

Ska

a lita g

ębiej

niż 4 m pod

fundamentem

–

w 1

Fundamentowanie na gruntach akumulacji lodowcowej

Piaski skonsolidowane przez lodowce –

= 0,7÷1,0,

Piaski nie skonsolidowane –

= 0,5

0,7

Duży wp

yw na nośność pod

oża ma wartość ciśnienia

ywowego wody przy przep

ywie z do

u do góry.

Kurzawka może powstać również wtedy gdy w dnie wykopu zamiast py

u zalegają piaski

drobne i pylaste, zawierające cząstki koloidalne – i

owe.

ynnienie może nastąpić przy zagęszczaniu tych gruntów w czasie robót (powstaje

nadmiar wody w porach). W tym przypadku mamy do czynienia z

kurzawk

ciw

–

obniżamy poziom zwierciad

a wody za pomocą studni depresyjnych (rys. b).

Przy wykopach poniżej poziomu zwierciad

a wody

gruntowej, gdy w dnie wykopu mamy grunt ma

przepuszczalny, a pod nim bardziej przepuszczalna
warstwa wodonośna (rys. a) – może nastąpić
rozluźnienie py

u i powstanie tzw.

kurzawki pozornej

Pompowanie wody

bezpośrednio z dna wykopu

–

w 1

Fundamentowanie na gruntach organicznych rodzimych

• grunty organiczne nie-skaliste – nieznaczna ściśliwość.

można na nich posadowić budowle jeśli warstwa gruntu

organicznego o miąższości 0,5÷1,0 m występuje nie
bezpośrednio pod fundamentem, lecz głębiej (3÷5 m) i nie ulega
ona odwodnieniu lub zwietrzeniu

muszą być zachowane

warunki

pierwszego i drugiego

stanu granicznego

• Regu

grunty organiczne

z wyjątkiem piasków próchniczych

i torfów interglacjalnych są bardzo

abe i

nie nadają się

posadowienia na nich budowli

Dylatacja

w przypadku

wystąpienia

soczewki torfu