1
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
Uwagi dot. projektowania ´scianki szczelnej
Ostatnia zmiana 02.01.2004
To jest pierwszy szkic tekstu, prosz
,
e o przesyÃlanie uwag pod:
aniem@pg.gda.pl
1
Zakres projektu
P
G
I
W
h
G
h
n
h
P
h
Ia
h
Ip
h
W
∆h
(OCR=1)
z
z
1
2
q
q+
p+
a
b
Q+
ZWG
Rysunek 1: Schemat ´scianki szczeln
,
a
Wymiarowanie ´scianki nale˙zy przeprowadzi´c dla bardziej niekorzystnego z nast
,
epuj
,
acych dwu stan´ow pracy:
• Stan natychmiast po odkopaniu.
No´sno´s´c pocz
,
atkowa tj. kr´otkoterminowa, grunt ma parametry φ
u
= 0 i c
u
= OCR · σ
0
z
tan φ
s
w w-wie iÃlu i
c
u
= 30 kPa = const w warstwie gliny. W powy˙zszym wzorze σ
0
z
oznacza efektywne napr
,
e˙zenie pionowe od
ci
,
e˙zaru wÃlasnego i obci
,
a˙ze´
n dÃlugotrwaÃlych
(licz
,
a ch
,
etni dla podwy˙zszenia oceny)
.
• Stan ko´ncowy.
No´sno´s´c dÃlugoterminowa, grunt ma parametry φ
0
i c
0
przy OCR > 1 lub φ
s
i c
0
= 0 przy OCR = 1,
(licz
,
a
obowi
,
azkowo wszyscy)
.
Zgodnie bowiem z Eurocode 7 p. 8.3.3 musimy uwzgl
,
edni´c zmienno´s´c parametr´ow gruntowych w czasie.
W szczeg´olno´sci nale˙zy sprawdzi´c nast
,
epuj
,
ace warunki wytrzymaÃlo´sciowe:
1. SiÃla w ´sci
,
agu zwi
,
ekszona o 50% powinna by´c mniejsza od dopuszczalnej (jedna kotwa ulega zniszczeniu)
2. Zakotwienie (np pÃlyta kotwi
,
aca lub buÃlawa iniekcyjna) wystarczy do przeniesienia obci
,
a˙zenia 1, 5 · A · d gdzie
A to obliczeniowa siÃla kotwi
,
aca na 1 mb ´sciany a d to to rozstaw kotew na dÃlugo´sci ´sciany.
3. Momenty zginaj
,
ace w brusach ´scianki szczelnej nie powinny spowodowa´c uplastycznienia przekroju.
4. Podpora ziemna powinna przej
,
a´c przewidziane dla niej obci
,
a˙zenie (wypadkowa wyresu odporu wi
,
eksza od
reakcji przypadaj
,
acej na podpor
,
e ziemn
,
a wg metody belki zast
,
epczej Blum’a )
5. Nie powinno doj´s´c do wyparcia dna (r´ownowaga siÃl poziomych pod ´sciank
,
a z uwzgl
,
ednieniem siÃl filtracji)
2
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
6. Kleszcze lub belka kotwi
,
aca powinna by´c wystarczaj
,
aco wytrzymaÃla dla przyj
,
etego rozstawu d kotew (zginanie
od obci
,
a˙zenia rozÃlo˙zonego A w sytuacji, gdy jedna kotwa ulega zniszczeniu).
7. Og´olna stateczno´s´c uskoku naziomu
Formalnie (wg Eurocode 7 p. 8.2) nale˙zaÃloby sprawdzi´c jescze kilka warunk´ow np. przes
,
aczanie wody gruntowej
pod ´sciank
,
a, szczelno´s´c ´scianki, zaburzenia ruchu w´od gruntowych. Jednak w niniejszym projekcie pomijamy te
zagadnienia.
1.1
Wsp´
oÃlczynniki materiaÃlowe i wsp´
oÃlczyniki obci
,
a˙zenia = 1
W projekcie ´scianki szczelnej zakÃladamy (nietypowo), ˙ze liczymy tylko jedn
,
a kombinacj
,
e obci
,
a˙zenia i dlatego
zakÃladamy, ˙ze podane parametry materiaÃlowe s
,
a w warto´sciach obliczeniowych a podane obci
,
a˙zenia zawieraj
,
a
wszystkie potrzebne wsp´oÃlczynniki przeci
,
a˙zenia. Przyjmujemy (wyj
,
atkowo) wszystkie ci
,
e˙zary grunt´ow γ = 20
kN/m
3
i γ
0
= γ
w
= 10 kN/m
3
.
2
Uwzgl
,
ednienie ogranicze´
n przemieszczeniowych
W przypadku, gdy w projekcie stawiane s
,
a ograniczenia przemieszcze´
n poziomych korony np.: f
A
< f
dop
= 3 cm
nale˙zy przeprowadzi´c obliczenia dla podwy˙zszonego parcia po´sredniego E
I
i zredukowanego odporu po´sredniego
E
II
wg rys. 10 normy PN-83/B-03010 . W tym celu szacujemy przemieszczenie uog´olnione ρ = f
dop
/h, gdzie
h jest caÃlkowit
,
a wysoko´sci
,
a ´scianki (wÃl
,
acznie z wbiciem, przyj
,
a´c ok. h = 1, 6h
n
) a nast
,
epnie na podstawie
ρ/ρ
a
odczytujemy z rys. 10
1
PN-83/B-03010 E
I
z interpolacji mi
,
edzy K
a
a K
0
= (1 − sin φ
0
)
√
OCR Nast
,
epnie
definiujemy czynnik
η
a
= E
I
/E
a
(1)
do zwi
,
ekszenia wsp´oÃlczynika parcia K
a
. Analogicznie mo˙znaby okre´sli´c E
II
dla odporu interpoluj
,
ac mi
,
edzy K
p
a
K
0
na podstawie ρ/ρ
p
a nast
,
epnie
η
p
= E
II
/E
p
(2)
do zmniejszenia wsp´oÃlczynika odporu K
p
. Dla obrotu wok´oÃl ostrza ´scianki warto´sci ρ
I
= ρ
II
= ρ s
,
a identyczne.
Wielko´sci graniczne ρ
a
oraz ρ
p
przyjmujemy z rys. 8 i 9 w PN-83/B-03010 . Do okre´slenia η
a
i η
p
nale˙zy wykorzysta´c
krzywoliniowy wykres na rys. 10. Nie(!) zaleca si
,
e stosowa´c dwuliniowego przybli˙zenia krzywej E − ρ (parcie -
przemieszczenie uog´olnione), czyli liczenia wg wzor´ow (22-25) z PN-83/B-03010 .
Poniewa˙z przemieszczenie ostrza jest nieznane zamiast interpolacji odp´or sza-
cujemy przyjmuj
,
ac
η
p
= E
II
/E
p
=
1
2
(3)
W dalszej cz
,
e´sci tego tekstu przyjmujemy, ˙ze wsp´oÃlczynniki parcia i odporu zostaÃly nast
,
epuj
,
aco zmodyfikowane
K
ah nowe
:= η
a
K
ah
K
ph nowe
:= η
p
K
ph
(4)
(5)
Dla uproszczenia przyjmujemy warto´sci sp´ojno´sci bez zmian tj. c
0
nowe
= c
0
.
Przy sprawdzeniu no´sno´sci kr´otkoterminowej przeprowadzamy ze wzgl
,
edu na ograniczone przemieszczenia mody-
fikacje jednostkowego parcia:
e
a nowe
:= η
a
e
a
e
p nowe
:= η
p
e
ph
(6)
gdzie e
a
= γ
r
· z
1
− 2c
u
i e
p
= γ
r
· z
2
+ 2c
u
Zamiast powy˙zszej redukcji dla konkretnie zadanych przemieszcze´
n dopuszczalnych mo˙zna szacunkowo dla ty-
powych warunk´ow (wg Scherzinger’a 1991) przyj
,
a´c 4-krotnie zredukowan
,
a sp´ojno´s´c jedynie po stronie odporu tj.
e
a nowe
= σ
z
− 2c
u
e
p nowe
= σ
z
+ 2 ·
1
4
c
u
,
(7)
gdzie σ
z
jest caÃlkowitym (a nie efektywnym) napr
,
e˙zeniem pionowym na danej gÃl
,
eboko´sci.
1
W Eurocode 7 uwzgl
,
edniono dodatkowo spos´
ob przemieszczania si
,
e ´sciany. Dla obrotu wok´
oÃl korony, obrotu wok´
oÃl podstawy i
dla r´
ownolegÃlej translacji warto´sci f przemieszczenia odpowiadaj
,
ace ρ
a
wynosz
,
a odpowiednio 0, 001h, 0.005h i 0.001h, gdzie h jest
caÃlkowit
,
a wysoko´sci
,
a ´scianki.
3
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
3
Kr´
otkoterminowa i dÃlugoterminowa wytrzymaÃlo´
s´
c grunt´
ow spoistych
Nale˙zy rozr´o˙znia´c wytrzymaÃlo´s´c gruntu pocz
,
atkow
,
a (kr´otkoterminow
,
a, w warunkach bez drena˙zu) i ko´
ncow
,
a
(dÃlugoterminow
,
a, po dysypacji tj. wyr´ownaniu nadci´snie´
n wody). Bezpo´srednio po szybkim
2
obci
,
a˙zeniu grunt´ow
spoistych (mo˙ze to by´c wykonanie wykopu i przyÃlo˙zenie obci
,
a˙zenia naziomu w ci
,
agu kr´otkiego czasu np 2 ty-
godni) nale˙zy opr´ocz no´sno´sci dÃlugoterminowej sprawdzi´c no´sno´s´c kr´otkoterminow
,
a. Analiz
,
e przeprowadzamy na
napr
,
e˙zeniach caÃlkowitych traktuj
,
ac mieszanin
,
e wody z gruntem jako jedn
,
a substancj
,
e o ci
,
e˙zarze γ
r
i wytrzymaÃlo´sci
okre´slonej kryterium Coulomba przy φ
u
= 0 i c
u
6= 0. Parcie samej wody pomija si
,
e. Sp´ojno´s´c c
u
zale˙zy zgod-
nie z kryterium Krey’a i Tiedemann’a od napr
,
e˙zenia prekonsolidacji σ
p
i resztkowego k
,
ata tarcia φ
s
, rys. 2. W
gruntach normalnie skonsolidowanych, tj. takich dla kt´orych OCR =
σ
p
σ
0
z
= 1, parametry wytrzymaÃlo´sciowe nale˙zy
przyjmowa´c w warto´sci φ
s
oraz c
0
= 0. Resztkowy k
,
at φ
s
tarcia wewn
,
etrznego mo˙zna przyj
,
a´c (wg BS 8002: 1994)
σ
'
τ
σ
p
σ
p
c'
c'
φ
,
φ
,
φ
σ
p
Trwale zageszczenie zwieksza
naprezenie prekonsolidacji a w
nastepstwie tego rowniez
c' oraz c
u
c
u
c
u
s
Rysunek 2: WytrzymaÃlo´s´c dÃlugotrwaÃl
,
a opisuj
,
a parametry φ
0
i c
0
przy czym nadyw˙zk
,
e nad lini
,
a φ
s
wytrzymaÃlo´sci
resztkowej cz
,
esto si
,
e pomija. WytrzymaÃlo´s´c kt´otkoterminowa odpowiada φ
u
= 0 i c
u
6= 0. Sp´ojno´sci c
0
i c
u
zale˙z
,
a
od zag
,
eszczenia gruntu via σ
p
natomiast k
,
aty φ
s
i φ
0
s
,
a dla danego gruntu staÃle.
na podstawie I
p
= w
L
− w
P
:
I
p
[%]
φ
s
[
◦
]
15
30
30
25
50
20
80
15
3.1
Parcie i odp´
or do no´
sno´
sci dÃlugoterminowej wg φ
0
i c
0
Liczy´c K
a
wg Coulomba przyjmuj
,
ac δ
a
=
2
3
φ
0
i K
p
wg Coulomba przyjmuj
,
ac δ
p
= −
2
3
φ
0
lub (wskazane dla φ
0
> 35
◦
)
K
p
wg Caquot i Kerisel’a przyjmuj
,
ac δ
p
= −φ. Obci
,
a˙zenie pasmowe pionowe q
+
o szeroko´sci b lub liniowe Q
+
wywiera parcie o wypadkowej
E
q
= q
+
b
pK
a
(8)
E
q
= Q
+
pK
a
(9)
a obci
,
a˙zenie pasmowe poziome p o szeroko´sci b wywiera parcie o wypadkowej
E
p
= pb .
(10)
RozkÃlady jednostkowych par´c s
,
a przedstawione na rys. 3. Od obci
,
a˙zenia linowego przyj
,
a´c rozkÃlad r´ownomierny.
Nale˙zy sprawdzi´c dwa warianty: stateczno´s´c kr´otkoterminow
,
a (parcie z c
u
i φ
u
= 0 a pod wod
,
a γ
r
ale bez parcia
wody) i stateczno´s´c dÃlugpoterminow
,
a (osobno parcie gruntu i wody, φ
0
i c
0
i pod wod
,
a γ
0
). W piasku r´o˙znice
mi
,
edzy ww wariantami znikaj
,
a, tj. wystarczy policzy´c parcie w wariancie dÃlugotrwaÃlym z φ
0
i c
0
= 0 i pod wod
,
a
γ
0
a nast
,
epnie doda´c parcie wody.
W ´sciankach odkopywanych przyj
,
ecie po stronie ni˙zszego naziomu granicznej warto´sci odporu nie koniecznie oz-
nacza, ˙ze dopuszczamy du˙ze przemieszczenia poziome w celu mobilizacji tego odporu. Np., dla ´scianki o wys.
uskoku naziomu h
n
= 10 m, idealnie nieruchomej samoczynnie wytworzy si
,
e pod dnem wykopu przy φ = 30
◦
i
γ = 20 kN/m3 stan granicznego (maksymalnego) odporu w warstwie o gÃl
,
eboko´sci y ≈ 2 m. Wynika to z por´ownania
K
0
γ(h
n
+ y) = K
p
γy
(11)
2
Jako ”szybkie” nazywamy obci
,
a˙zenie, kt´
orego bezwymiarowy czas konsolidacji T
v
=
c
v
t
h
2
< 0, 2, gdzie c
v
= kM/γ
w
a t jest czasem
przykÃladania obci
,
a˙zenia.
4
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
q
b
φ
45+φ/2
45+φ/2
p
b
φ
45+φ/2
Rysunek 3: RozkÃlad parcia od ob´c. pasmowego
3.2
Parcie i odp´
or do no´
sno´
sci kr´
otkoterminowej wg φ
u
= 0
i c
u
Parcie jednostkowe w g. spoistych nale˙zy liczy´c wg
e
a
= σ
za
− 2c
u
≥ 0, 2σ
za
(12)
e
p
= σ
zp
+ 2 ·
1
4
c
u
(13)
gdzie σ
za
jest napr
,
e˙zeniem caÃlkowitym pionowym liczonym od wy˙zszego naziomu (po stronie aktywnej) a σ
zp
jest
napr
,
e˙zeniem caÃlkowitym pionowym liczonym od ni˙zszego naziomu (po stronie pasywnej). W ci
,
e˙zarze γ gruntu do
obliczenia σ
z
nie nale˙zy uwzgl
,
ednia´c wyporu wody. Na poziomie dna basenu sp´ojno´s´c c
u
przy OCR = 1 osi
,
aga
warto´s´c
c
u
|
z
2
=0
= (γ
G
· h
G
+ (γ
0
P
· h
P 1
+ γ
P
· h
P 2
) + γ
0
I
· h
I
) tan φ
s
(14)
a jednostkowe parcie wynosi (tutaj bez powi
,
ekszenia ze wzgl
,
edu na przemieszczenia) wynosi
e|
z
2
=0
= q + γ
G
· h
G
+ γ
P
· h
P
+ γ
I
· h
I
− 2 c
u
|
z
2
=0
≥ 0, 2(q + γ
G
· h
G
+ γ
P
· h
P
+ γ
I
· h
I
)
(15)
Poniewa˙z c
u
zale˙zy od σ
p
a w ile, rys. 1, OCR=1 czyli σ
p
= σ
0
z
zatem poni˙zej dna basenu/wykopu jednostkowy
odpor pomniejszony o parcie wynosi
e(z
2
) = e|
z
2
=0
− 2, 5c
u
= e|
z
2
=0
− 2, 5σ
p
tan φ
s
= e|
z
2
=0
− 2, 5z
2
γ
0
I
tan φ
s
(16)
poniewa˙z OCR = 1. Schemat parcia w stanie pocz
,
atkowym przedstawiony jest na rys. 4
PrzykÃlad:
Geometria: h
G
= 1 m; h
P
= 1 m; h
Ia
= 3 m; h
w
= 2 m; ∆h
w
= 1 m
Obci
,
a˙zenia naziomu: q = 0 kPa, p = 0 + zabezpieczenie przed rys
,
a skurczow
,
a.
Glina: c
uG
= 30 kPa
Piasek: φ
0
= 30
◦
, δ = 0
◦
iÃl: I
p
= 15
→
φ
s
= 30
◦
;
Jednostkowe parcia czynne:
1) G strop: e
a
= 0
2) G sp
,
ag: e
a
= γ1 − 2c
u
< 0
→
e
a
= 0, 2 · 20 = 4 kPa
3) P strop: e
a
=
1
3
20 = 6, 6 kPa;
4) P sp
,
ag: e
a
=
1
3
· 2 · 20 = 13, 2 kPa;
5) I strop: c
u
= OCR · γ · z tan φ
s
= 1 · 20 · 2 · 0, 577 = 23 kPa
e
a
= γ · z − 2c
u
< 0
→
e
a
= 0, 2 · γ · z = 8 kPa
6) I dno+0,01: c
u
= OCR · γ
0
(?) · z tan φ
s
= 1 · (20 · 2 + 10 · 3) · 0, 577 = 40, 4 kPa
e
a
= γ · z − 2c
u
= 20 · 5 − 2 · 40, 4 = 20 ≈ 0, 2 · 20 · 5 = 20 kPa
5
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
W
h
G
h
n
h
P
h
Ia
h
Ip
h
W
∆h
z
z
1
z
1
2
1
γ z
+
q
1
0,2
(γ
z
+ q
)
2 c
2 c
u
u
0,5 c
u
c
u
u
w
u
w
Rysunek 4: Wykres parcia przy sprawdzeniu no´sno´sci kr´otkoterminowej
7) I dno-0,01: e
a
= e
a6
− 0, 5c
u6
≈ 0
Punkt Z wypada zatem na poziomie dna basenu. Wsp´oÃlczynnik K
∗
(odp´or minus parcie) wynosi
K
∗
= 2, 5γ
0
I
tan φ
s
= 2, 5 · 10 · 0, 577 = 14, 42 kPa/ m
(17)
Zauwa˙zmy, ˙ze ew. ci
,
e˙zar wody w piasku P nale˙zy r´ownie˙z doda´c do pionowych napr
,
e˙ze´
n caÃlkowitych σ
z
po stronie
parcia. Napr
,
e˙zenie prekonsolidacji σ
p
odpowiada napr
,
e˙zeniu pionowemu efektywnemu(!), a zatem do obliczena σ
p
w warstwach nad ZWG bierzemy γ a pod ZWG γ
0
.
4
Przyj
,
ecie parcia od wody
4.1
Woda w no´
sno´
sci dÃlugoterminowej
ZWG
u
w
Rysunek 5: Parcie wody.
Przyjmujemy trapezowy wykres parcia wody, rys. 5, jak gdyby ´scianka dochodziÃla w ostrzu do warstwy nieprze-
puszczalnej. Robimy w ten spos´ob dwa bÃl
,
edy: zakÃladamy ˙ze ci´snienie wody zmienia si
,
e skokowo przy ostrzu (cho´c
w rzeczywisto´sci ci´snienie zmienia si
,
e stopniowo) i ˙ze woda stoi (w rzeczywisto´sci wyst
,
epuje przes
,
aczanie wody i
zwi
,
azane z tym siÃly filtracji). ZakÃlada si
,
e ˙ze powy˙zsze dwa bÃledy znosz
,
a si
,
e.
4.2
Woda w no´
sno´
sci kr´
otkoterminowej
Parcie wody przyjmujemy jedynie w warstwach grunt´ow niespoistych gdzie parcie gruntu jest liczone wg parametr´ow
efektywnych φ
0
i c
0
a nie φ
u
i c
u
. W warstwach liczonych w napr
,
e˙zeniach caÃlkowitych parcie od wody pomija si
,
e,
tj u
w
= 0
6
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
4.3
Woda w rysie skurczowej
E
w+
h c
Rysunek 6: Parcie wody z rysy skurczowej
Wskutek post
,
epuj
,
acego od naziomu wysychania gruntu spoistego mog
,
a powsta´c rysy skurczowe, rys. 6, o gÃl
,
eboko´sci
h
c
=
2c
γ
r
tan(45
◦
− φ
0
/2)
,
(18)
kt´ore w razie ulewnego deszczu mo˙ze wypeÃlni´c woda powoduj
,
ac niebezpieczne dodatkowe parcie na ´sciank
,
e o
warto´sci
E
w+
= γ
w
h
2
c
/2
(19)
Oczywi´scie h
c
nie mo˙ze si
,
ega´c pni˙zej ZWG lub zachodzi´c na warstw
,
e piasku.
5
Obliczenia statyczne ´
sciany
5.1
´
Sciana wspornikowa (bez zakotwienia)
x
u
Q
h
0
x
∆
F
C
Rysunek 7: ´
Sciana wspornikowa
Rys. 7 przedstawia najprostszy schemat statyczny ´scianki szczelnej. Mo˙ze by´c on stosowany przy niewielkich (2m)
uskokach naziomu.
Wprowadzaj
,
ac oznaczenie K
∗
= (K
ph
− K
ah
)γ
0
I
dla no´sno´sci dÃlugoterminowej i K
∗
= 2, 5γ
0
I
tan φ
s
(je´sli wg
Scherzinger’a) dla no´sno´sci kr´otkoterminowej, mo˙zemy obliczy´c gÃl
,
eboko´s´c u poÃlo˙zenia punktu Z zr´ownania si
,
e
parcia i odporu
K
∗
· u = e|
z
2
=0
− 0, 5 c
u
|
z
2
=0
(20)
Nast
,
epnie okre´slamy wypadkow
,
a Q (wraz z wysoko´sci
,
a linii dziaÃlania) od wszystkich obci
,
a˙ze´
n dziaÃlaj
,
acych powy˙zej
Z, wÃl
,
acznie z nadci´snieniem wody i parciem od obci
,
a˙zenia naziomu
3
3
W celu uproszczenia oblicze´
n dopuszcza si
,
e pod pewnymi warunkami (EAU 1996, E 77) przyj
,
ecie zast
,
epczego prostok
,
atnego
rozkÃladu parcia gruntu zachowuj
,
ac warto´s´
c wypadkowej ale niekoniecznie jej poÃlo˙zenie. W przypadku wielokrotnie zakotwionych ´scianek
EAU zaleca zamiast metody Blum’a tzw. metod
,
e Lackner’a, w kt´
orej do wyznaczenia punktu Z po stronie aktywnej uwzgl
,
ednia sie
nadci´snienie wody (dlaczego ??) (tj. ”Additionsnullpunkt” zamiast ”Belastungsnullpunkt”). PeÃlne tÃlumaczenie EAU mo˙zna znale˙z´
c w
zeszytach ”In˙zynieria Morska i Geotechnika”.
7
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
parcie od wody:
maÃle
du˙ze
tylko
´sciana wspornikowa
1,2
1,3
1,4 . . . 1,6
´sciana kotwiona utwierdzona
1,1
1,15
1,2 . . . 1,3
´sciana kotwiona wolnopodparta
1,05
1,1
1,15 . . . 1,2
Tabela 1: Zalecane w Spundwandhandbuch (HSP GmbH) wsp´oÃlczynniki α
Metod
,
a Bluma (1931) obliczamy potrzebn
,
a gÃleboko´s´c wbicia zakÃladaj
,
ac r´ownowag
,
e moment´ow wzgl
,
edem punktu
F , czyli
Q · (h
0
+ x) = K
∗
· x ·
1
2
x ·
1
3
x = 0
(21)
co prowadzi do r´ownania sze´sciennego (przy oczywistych oznaczeniach m, n) wzgl
,
edem x
x
3
= mx + n
(22)
i z kt´orego wyznaczamy potrzebn
,
a gÃl
,
eboko´s´c wbicia u + x + ∆x = α · (u + x). Do rozwi
,
azania r. sze´sciennego Blum
(Bautechnik 1950) podaÃl gotowe diagramy. Szeroko´s´c ∆x potrzebna jest do przeniesienia tzw. zast
,
epczej siÃly C
potrzebnej do r´ownowagi siÃl poziomych. Zalecane mno˙zniki α, tabl. 1 zale˙z
,
a od tego, czy parcie Q wywoÃlane jest
tylko gruntem czy te˙z dodatkowo nadci´snieniem wody:
PoÃlo˙zenie x
a
zerowej siÃly tn
,
acej wyznaczymy z warunku
K
∗
· x
a
·
1
2
x
a
= Q
(23)
czyli
x
a
=
r 2Q
K
∗
(24)
Tam te˙z spodziewamy si
,
e maksymalnego momentu zginaj
,
acego (do wymiarowania przekroju ´scianki)
max M = Q · (h
0
+ x
a
) − K
∗
x
3
a
/6
(25)
5.2
´
Sciana jednokrotnie zakotwiona wolnopodparta
Obliczenia prowadzimy anologicznie jak w przypadku scianek szczelinowych i palisad.
W przypadku podpory gruntowej wolnopodpartej wyznaczenie gÃl
,
eboko´sci ´sciany przeprowadzamy iteracyjnie:
e
e - e
R
R
a
a
p
A
B
Z
Z
x /3
h
Q
h
A
ah
ph
K = (K - K )γ
schemat
ruchu
Q
x
*
1
Rysunek 8: ´
Scianka szczelna wolnopodparta.
1. Sporz
,
adzi´c wykres sumy jednostkowego parcia i odporu (z odpowiednimi wsp obliczeniowymi)
2. ´
Sciank
,
e potraktowa´c jak belk
,
e wolnopodpart
,
a (pracuj
,
ac
,
a w pionie) obci
,
a˙zon
,
a sum
,
a parcia i odporu ale tylko
w cz
,
e´sci, gdzie parcie przewy˙zsza odp´or.
3. Pierwsz
,
a podpor
,
e A przyj
,
ac w miejscu zakotwienia, tj. ok.
1
3
h
n
licz
,
ac od g´ory
8
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
4. Wyznaczy´c punkt zerowy Z, w kt´orym jednostkowe parcie i odp´or (po drugiej stronie ´sciany) s
,
a identyczne
tj. e
a
= e
p
5. ZaÃlo˙zy´c prowizorycznie, ˙ze potrzebna gÃl
,
eboko´s´c x sciany poni˙zej Z wynosi ok
1
3
h wysoko´sci ´sciany powy˙zej
Z
6. Przyj
,
a´c drug
,
a podpor
,
e B na gÃl
,
eboko´sci
2
3
x licz
,
ac od Z
7. Wyliczy´c reakcje od obci
,
a˙zenia rozÃlo˙zonego, tj. od sumy parcia i odporu ale tylk
,
a w cz
,
e´sci, gdzie parcie
przewy˙zsza odp´or.
8. Por´owna´c reakcj
,
e R
B
potrzebn
,
a do przeniesienia obci
,
a˙zenia z dopuszczalnym odporem
1
2
x
2
· K
∗
9. W razie du˙zej rozbie˙zno´sci wydÃlu˙zy´c b
,
ad´z skr´oci´c x i powt´orzy´c obliczenia od pktu 6.
Alernatywnie x mo˙zna wyznaczy´c analitycznie z warunku r´ownowagi moment´ow wzgl
,
edem punktu A tj.
Q · h
Q
= K
∗
·
1
2
x
2
(h
A
+
2
3
x)
(26)
Ta metoda nie wymaga zatem iteracyjnego ustalania x.
Przyj
,
ecie tr´ojk
,
atnego rozkÃladu odporu (st
,
ad rami
,
e wyadkowej =
2
3
x w powy˙zszym r´ownaniu) jest nieco dyskusyjne
poniewa˙z w praktyce tylko cz
,
e´s´c odporu mobilizuje si
,
e na wi
,
ekszej gÃl
,
eboko´sci. Np. Goldscheider (1985) proponuje
przyj
,
a´c drug
,
a podpor
,
e B na gÃl
,
eboko´sci :
• 0, 6x dla ´sredniozag
,
eszczonych lub zag
,
eszczonych grunt´ow niespoistych
• 0, 5x dla twardoplastycznych lub zwartych gr. spoistych
•
2
3
x dla lu´znych grunt´ow niespoistych i plastycznych gr. spoistych
W celu dobrania odpowiedniego profilu grodzic nale˙zy obliczy´c maksymalny moment zginaj
,
acy dla schematu
wolnopodpartego z rys. 8 (´srodkowy szkic).
5.3
´
Sciana jednokrotnie zakotwiona utwierdzona
Niekiedy wykonanie dÃlu˙zszej ´scianki i wymuszenie schamatu pracy z utwierdzeniem na dole i wolnopodparte w
miejscu zakotwienia mo˙ze si
,
e okaza´c ta´
nsze ni˙z stosowane ci
,
e˙zkich profili koniecznych do przeniesienia du˙zych mo-
ment´ow zginaj
,
acych ´scianki pracuj
,
acej w schemacie wolnopodpartym. W przypadku tzw. peÃlnego utwierdzenia
´sciany w gruncie do´swiadczenie wskazuje, ˙ze punkt Z odpowiada zerowemu momentowi zginaj
,
acemu! To nie
jest oczywi´scie ˙zadna og´olna zasada mechaniki tylko obserwacja empiryczna dla grunt´ow ± jednorodnych pod
powierzchni
,
a dolnego naziomu. W obliczeniach mo˙zemy zatem w Z przyj
,
a´c przegub i otrzymamy belk
,
e ger-
berowsk
,
a. Dzi
,
eki temu obliczenie prowadzimy bez iteracji!
e
R
R
a
A
Z x
h
Z
n
H = h + u + 1,2 x
n
e - e
a
p
F
F
schemat
ruchu
F
u
A
Rysunek 9: ´
Scianka szczelna utwierdzona w gruncie
1. Traktujemy g´orn
,
a cz
,
e´s´c ´sciany (nad Z) jako belk
,
e wolnopodpart
,
a o podporach w punktach A i Z. Wyliczamy
reakcje R
A
i R
Z
2. Reakcj
,
a R
Z
obci
,
a˙zamy wspornik pod Z kt´orego dÃlugo´s´c h
d
znajdujemy z warunku r´ownowagi moment´ow
wok´ol podstawy ´sciany (z jednej strony reakcja a z drugiej suma odporu i parcia)
R
Z
· x =
1
2
x
2
· K
∗
·
1
3
x
(27)
9
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
3. Tak znalezion
,
a dÃlugo´s´c wspornika powi
,
ekszamy o 20%
W celu dobrania odpowiedniego profilu grodzic nale˙zy obliczy´c maksymalny moment zginaj
,
acy. W g´ornej cz
,
e´sci
´scianki (mi
,
edzy podporami A i Z wg rys. 9) obliczamy moment dla schematu wolnopodpartego. W dolnej cz
,
e´sci
(mi
,
edzy punktami Z i F ) wyznaczamy rz
,
edn
,
a x
a
, dla kt´orej moment zginaj
,
acy osi
,
aga maksimum, z warunku
zerowania si
,
e siÃl tn
,
acych, tj.
x
a
=
r 2R
z
K
∗
(28)
Maksymalny moment zginaj
,
acy w dolnej cz
,
e´sci (mi
,
edzy punktami Z i F ) wynosi zatem
M
max
= R
Z
· x
a
−
1
2
K
∗
x
2
a
·
1
3
x
a
(29)
6
Sprawdzenie zakotwienia
No´sno´s´c pÃlyt kotwi
,
acych sprawdzamy metod
,
a Buchholza np. patrz Dembicki, Tejchman ”Wybrane zagadnienia
fundamentowania budowli hydrotechnicznych” cz. 6. a no´sno´s´c blok´ow kotwi
,
acych metod
,
a Odrobi´
nskiego, patrz
j.w. te˙z cz. 6.
6.1
Zakotwienia iniekcyjne
DÃlugo´s´c ci
,
egien mo˙ze dochodzi´c nawet do ponad 50 m, otw´or wiertniczy 70 . . . 150 mm (czasem wiercenie pod
osÃlon
,
a rur). Potrzebne s
,
a silne wiertnice o sile ponad 4 kNm. Wskazany jest min. 10
◦
spadek (aby zaczyn
cementowy (W/C ≈ 0, 5) si
,
e nie wylewaÃl) lub uszczelnienie odcinka buÃlawy w trakcie iniekcji ci´snieniowej (5-10
atm). Wskazana jest iniekcja wt´orna (do 40 atm) w celu zwi
,
ekszenia no´sno´sci buÃlawy.
Przeciwwskazania: grunty z zawarto´sciami organicznymi, agresywna woda gruntowa (wtedy dopuszczalne s
,
a tylko
kotwy tymczasowe do 2 lat).
Spr
,
e˙zenie jest skuteczne jedynie je´sli zagwarantuje si
,
e, ˙ze istnieje odcinek wolny (niezainiektowany) mi
,
edzy buÃlaw
,
a
a gÃlowic
,
a kotwy. W przeciwnym wypadku dochodzi do niebezpiecznego zwarcia: siÃla spr
,
e˙zenia wraca do gÃlowicy
kotwy jako ´sciskanie buÃlawy.
τ
τ
Rysunek 10: RozkÃlad tarcia wzdÃlu˙z buÃlawy iniekcyjnej
SiÃly tarcia wzdÃlu˙z buÃlawy zakotwienia mo˙zna okre´sla´c, rys 10, wg uproszczonych rozkÃlad´ow:
• tr´ojk
,
atny gdy ci
,
egno jest poÃl
,
aczone z buÃlaw
,
a
• staÃly rozklad τ na dÃlugo´sci buÃlawy gdy ci
,
egno jest przepuszczone przez ´srodek buÃlawy i poÃl
,
aczone z jej ko´
ncem
specjaln
,
a tarcz
,
a
RozkÃl
,
ad tarcia wzdÃlu˙z buÃlawy jest istotny przy sprawdzaniu stateczno´sci globalnej metod
,
a r´ownowagi granicznej.
Warto´s´c siÃly kotwi
,
acej nie powinna przekroczy´c 500 kN/mb ´scianki.
DÃlugo´s´c iniekcyjnej bryÃly kotwi
,
acej okre´sla´c wg diagramu Ostermayer’a (GBT-2 s. 303). Dla ekonomicznej dÃlugo´sci
buÃlawy ok 7 m orientacyjnie jednostkowe napr
,
e˙zenie ´scinaj
,
ace τ
M
od tarcia wynosz
,
a
grunt
po iniekcji wt´ornej
bez iniekcji wt´ornej
iÃl zwarty
0,4 MPa
0,3 MPa
p´oÃlzwarty
0,3 MPa
0,2 MPa
twardoplastyczny
0,2 MPa
0,1 MPa
W kolejnej tabeli podane s
,
a orientacyjne caÃlkowite ud´zwigi kotew [kN] przy ´srednicy buÃlawy ok 0,1 . . . 0,15 m dla
gr. niespoistych (tak˙ze dla dÃlugo´sci 7 m)
10
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
grunt
b.zag
,
eszczone
zag
,
eszczone
´srednio zag
,
eszczone
˙zwir pisaszczysty
1800
1300
900
piasek z domieszk
,
a ˙zwiru U ≈ 8 . . . 10
1100
900
600
piasek lu´zny U ≈ 3, 5 . . . 4, 5
lu´zny 250
piasek drobny i ´sredni U ≈ 1, 6 . . . 3, 1
800
500
Konstrukcje gÃlowicy pas z 2 ceownik´ow (gdy pojedynczy pr
,
et to φ 18-36 mm czasem grupy pr
,
et´ow φ = 12 . . . 16
mm (np Gewistahl) + ´sruba napinaj
,
aca w przypadku liny z plecionki kliny Leonard’a. Plecionki (liny) maj
,
a
wytrzymaÃlo´sci ponad 150 kN/cm
2
(!) No´sno´s´c pojedynczej kotwy nawet do siÃly u˙zytkowej 4500 kN (w skale,
reklam´owka f-my Stump).
6.2
Jak zmienia si
,
e siÃla w ´
sci
,
agu w trakcie pogÃl
,
ebiania wykopu
ZaÃl´o˙zmy ˙ze ´sci
,
ag zostaÃl zaÃlo˙zony w pocz
,
atkowej fazie wykopu np. -3 m, spr
,
e˙zony a nast
,
epnie wykop zostaÃl
pogÃl
,
ebiony do -6 m. Sci
,
ag zwykle spr
,
e˙za si
,
e od razu prawie do peÃlnej warto´sci docelowej tj. w naszym przypadku
do warto´sci reakcji obliczonej w fazie -6 m. W pierszej chwili po spr
,
e˙zeniu (wykop jeszcze na -3m) po stronie
wy˙zszego naziomu wzbudza si
,
e podwy˙zszone parcie a nawet odp´or po´sredni. Nast
,
epnie, w trakcie odkopywania do
-6m nast
,
epuje poziome przemieszczenie ´sciany co poci
,
aga za sob
,
a trzy efekty:
• parcie spada (mo˙zliwe ˙ze a˙z do warto´sci czynnej E
a
)
• ro´snie siÃla w kotwie (bo ci
,
egno wydÃlu˙za si
,
e )
• ro´snie odp´or gruntu poni˙zej -6m
Suma tych zmian odpowiada odporowi odkopanego gruntu mi
,
edzy -3m a -6m natomiast jaka zmiana przypadnie
na kotw
,
e, jaka na grunt po stronie czynnej a jaka po stronie biernej zale˙zy od stosunku sztywno´sci tych trzech
element´ow, i to przy grubym uproszczeniu, ˙ze przemieszczenie poziome jest na wysoko´sci ´sciany jest staÃle. Sytuacja
przypomina znany problem okre´slenia siÃl w ´srubach spr
,
e˙zonych Ãl
,
acz
,
acych pasy dwu I-profili.
Do´swiadczenie pokazuje, ˙ze siÃla w ci
,
egnach kotew ro´snie praktycznie o ok. 20% wskutek pogÃl
,
ebiania wykopu a
zatem wykonuje si
,
e wst
,
epne napr
,
e˙zenie kotew na 80% siÃly docelowej.
Je´sli konieczne jest regulowanie siÃl w ´sci
,
agach np.
w trakcie wykonywania wykopu w ´sciankach wielkrotnie
kotwionych nale˙zy z g´ory przewidzie´c podkÃladki aby nie rozci
,
aga´c przekroju osÃlabionego wcze´sniejszym zakli-
nowaniem (robi
,
a si
,
e karby).
6.3
Bezpiecze´
nstwo
Wymagana (sprawdzana w pr´obnym obci
,
a˙zeniu) no´sno´s´c zakotwienia wynosi 150% warto´sci obliczeniowej. ZakÃlada
si
,
e ˙ze jedna kotwa wypada a jej siÃl
,
e przejmuj
,
aa s
,
asiednie kotwy.
Zabezpieczenie antykorozyjne kotew:
Kotwy tymczasowe (T=temporary): musz
,
a by´c otulone min 2cm cementu - st
,
ad plastykowe ksztaÃltki dystansowe.
Na odcinku wolnym nale˙zy da´c osÃlon
,
e z tworzywa sztucznego. Jedynie gdy pr
,
ety maj
,
a ´srednic
,
e φ > 16mm to
osÃlona antykorozyjna jest niepotrzebna.
Kotwy staÃle (P=permanent): je´sli bez ´sciskanej rury to cementowa buÃlawa niewystarczaj
,
aca (bo rozrywana i
powstaj
,
a rysy) Daj
,
ac plastyk ortzymamy po´slizg na plastyku zatem osÃlony plastykowe u˙zebrowane. Uwaga na
pr
,
ady bÃl
,
adz
,
ace Z˙zeraj
,
ace beton siarczki praktycznie wykluczaj
,
a stosowanie zakotwie´
n staÃlych
4
.
Uwaga na ZWG i ew. napi
,
ete wody, p´o´zniejsze drgania w gruncie → kontraktacja → spadek no´sno´sci. Obserwowa´c
osiadania budynk´ow.
Og´olne zasady projektowania zakotwienia:
1. wolny odcinek min 5m
2. buÃlawa caÃla w spoistym lub caÃla w niespoistam gruncie
3. buÃlawa nie pÃlyciej ni˙z 4m ppt.
4. kotwy dÃlu˙zsze ni˙z 15 m musz
,
a by´c w odst
,
epie > 1,5 m
5. kotwy z jednego rz
,
edu trzeba rozrzuci´c w pionie aby warunek 1,5 m mi
,
edzy buÃlawami byÃl speÃlniony.
6. odlegÃlo´s´c mi
,
edzy buÃlaw
,
a a istniej
,
ac
,
a konstrukcj
,
a min. 3m
7. w pobli˙zu budynk´ow unika´c du˙zych pojedynczych siÃl- raczej kilka maÃlych kotew.
4
Np. w Szwajcarii dopuszczone s
,
a do stosowania kotwy z ci
,
egnami z wÃl´
okna szklanego (gwinty s
,
a wytÃlaczane na gor
,
aco, nie
wyrzynane).
11
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
8. margines bezpiecze´
nstwa powinien pokry´c ewentualno´s´c silnego peÃlzania lub zniszczennia pojedynczej kotwy
– niedopu´sci´c do efektu domina.
9. w wypukÃlych naro˙znikach kotwy nie mog
,
a by´c wykonane w klinie aktywnym prostopadÃlej ´sciany
7
Stateczno´
s´
c og´
olna = dobranie dÃlugo´
sci ci
,
egien zakotwienienia
PÃlyty kotwi
,
ace najbezpieczniej jest umieszcza´c poza zboczem naturalnym wyprowadzonym z punktu Z zr´ownania
si
,
e parcia i odporu. Przy sprawdzeniu stateczno´sci caÃlkowitej ´scianki i zakotwienia stosowana jest metoda Kranza
i metoda kinematyczna analizy granicznej
Metoda Kranza
mo˙ze by´c stosowana (EAU E 10) do jednokrotnie zakotwionych ´scian je´sli zakotwienie nie jest
wst
,
epnie spr
,
e˙zone. Metoda ta jest szeroko stosowana mimo ˙ze od ponad 20 lat znany jest jej zasadniczy mankament
(Goldscheider 1985). W metodzie Kranza izolujemy bryÃl
,
e gruntu robi
,
ac fikcyjny przekr´oj pionowy za (!) ´sciank
,
a
szczeln
,
a. Sprawdzamy r´ownowag
,
e siÃl dziaÃlaj
,
acych na klin odÃlamu zakÃladaj
,
ac, ˙ze parcie czynne E
a
dziaÃla od ´scianki
na klin (czyli utrzymuj
,
aco) a siÃla A
dopuszczalne
kotwi
,
aca dziaÃla wywracaj
,
aco (?!). Warunek stateczno´sci wg Kranza
brzmi
A
dopuszczalne
/A
jako reakcja
≥ 1, 5
(30)
Por´ownujemy zatem siÃl
,
e A
dopuszczalne
w kotwie okre´slon
,
a na podstawie r´ownowagi granicznej
5
(konstruuj
,
ac
E
Q
Q
E
A
A
P
P
a
E
a
1
E
1
G
G
dopu.
dopu.
C
C
Rysunek 11: Metoda Kranza. Klin odÃlamu wychodzi z punktu zr´ownania si
,
e parcia z odporem.
wielobok siÃl) z siÃl
,
a A
jako reakcja
wynikaj
,
ac
,
a z oblicze´
n reakcji metod
,
a Bluma przypadaj
,
acej na kotwy od obci
,
a˙zenia
sciany wypadkow
,
a parcia i odporu.
SiÃla A
dopuszczalne
jest przez Kranza bÃl
,
ednie traktowana jako ”dopuszczalna”. W rzeczywisto´sci kotw
,
e mo˙zna
napr
,
e˙zy´c na siÃl
,
e znacznie wi
,
eksz
,
a od A
dopuszczalne
bez zagro˙zenia stateczno´sci. SiÃla A
dopuszczalne
nie ma wpÃlywu
na globaln
,
a stateczno´s´c uskoku naziomu gdy˙z jest to siÃla wewn
,
etrzna, nie przecinaj
,
aca ˙zadnej linii po´slizgu. W
realnie obserwowanych mechanizmach zniszczenia bryÃla odÃlamu i ´scianka wykonuj
,
a ten sam ruch a linia po´slizgu
przechodzi pod podstaw
,
a ´scianki i poza zakotwieniami. Przyj
,
ecie linii po´slizgu za(!) ´sciank
,
a jest nieuzasadnione.
Tym niemniej por´ownanie siÃl A
dopuszczalne
i A
jako reakcja
metod
,
a Kranza daje pewne oszacowanie stateczno´sci ze
wzgl
,
edu na przyj
,
ecie reakcji od ´scianki w wartosci jedynie czynnego parcia E
a
.
Badaj
,
ac stateczno´s´c metod
,
a r´
ownowagi granicznej
dla kinematycznie mo˙zliwych mechanizm´ow zniszczenia przy
po´slizgu poza obrysem zakotwie´
n siÃly w kotwach s
,
a siÃlami wewn
,
etrznymi i jako takie nale˙zy je pomin
,
a´c. Wyj
,
atek
stanowi
,
a potencjalne mechnizmy zniszczenia towarzysz
,
ace zerwaniu ci
,
egna kotwy, jak przedstawiono na rys. 12 po
prawej.
W gruntach uwarstwionych przyjmujemy u´srednione parametry wg rys. 13
¯
γ =
P γ
i
F
i
P F
i
¯
c =
P c
i
L
i
P L
i
tan ¯
φ =
P N
i
tan φ
i
P N
i
(31)
8
Wyb´
or brus´
ow kleszczy i ´
srub
Do wyboru mamy liczne profile stalowe walcowane (np. spawane typu GS - Polska, Larssen lub Hoesch - Niemcy,
Arbed - Luksemburg . . . ). Napr
,
e˙zenia w stali od zginania
σ =
M
max
W
< σ
dop
(32)
5
R´
ownowaga graniczna oznacza tutaj, ˙ze wypadkowa Q jest nachylona pod maksymalnym mo˙zliwym k
,
atem φ do normalnej linii
po´slizgu i ˙ze zmobilizowana jest peÃlna sp´
ojno´s´
c C = c · l (por. rys. 12).
12
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
E
Q
Q
E
P
P
p
E > E
p
p potrz.
1
E
1
G
G
Q
Q
E
A
A
P
P
p
G
G
E > E
p
p potrz.
C
C
C
C
Rysunek 12: Metoda kinematycznego mechanizmu zniszczenia (analizy granicznej). Po lewej: linie ´sci
,
ecia przebie-
gaj
,
a poza elementem kotwi
,
acym. Po prawej: mechanizm z zerwaniem ci
,
egna kotwi
,
acego. W obu przypadkach klin
odÃlamu przechodzi przez ostrze ´scianki.
1
2
3
L
L
L
F
F
F
1
F
F
2
2
F
F
3
3
3
F
F
F
F
2
3
3
F
F
η
N
N
N
1
2
3
H
Rysunek 13: U´srednianie parametr´ow do stateczno´sci og´olnej
por´ownujemy z wytrzymaÃlo´sci
,
a stali. Je´sli na profilach spoczywa ci
,
e˙zka nadbudowa nale˙zy do powy˙zszych napr
,
e˙ze´
n
doda´c napr
,
e˙zenie od sciskania siÃl
,
a pionow
,
a Wska´zniki wytrzymaÃlo´sci W podawane s
,
a w tabelach na 1 mb ´scianki.
W profilach niemieckich stosuje si
,
e stal St Sp 37 (grunty lekkie do 0,5m gliny zwartej, jednokrotnie wykorzystane)
lub St Sp 45 (wielokrotne wykorzystywanie w gruntach lekkich lub ´sredniozag
,
eszczonych jednokrotne w glinach
zwartych, ˙zwirach, Ãlupkach i piaskowcach). Dla kombinacji podstawowej, ’monta˙zowej’ i wyj
,
atkowej (wg DIN 1054
Lastfall 1, 3, 3) napr
,
e˙zenia dopuszczalne podane s
,
a w tabeli 2 Dobrze jest sprawdzi´c czy wystarczaj
,
ace jest tarcie
do przeniesienia siÃly tn
,
acej w zamku Ãl
,
acz
,
acym brusy wg teorii
6
belki zginanej i ´scinanej
τ =
T S
Jb
(33)
Je´sli nie to nale˙zy (1) zredukowa´c wsp´oÃlczynnik wytrzymaÃlo´sci W (2) cz
,
e´scio spawa´c styki brus´ow albo (3) wykona´c
odpowiednio st
,
e˙zaj
,
ac
,
a konstrukcj
,
e gÃlowicy.
Pwierzchniowe ubytki korozyjne w warunkach nabrze˙za morskiego mog
,
a dochodzic (Spundwand-Handbuch s. 16
rys. 2.8) po jednej stronie grodzicy do 0,2 mm/rok czyli grubo´s´c g wacowanego profilu mo˙ze spada´c a˙z o ∆g = 0, 4
6
Np. Jastrz
,
ebski,Mutermilch,OrÃlowski: WytrzymaÃlo´s´
c materiaÃl´
ow, rozdz. 9.3. Skr´
ot wyprowadzenia: belka o osi oboj
,
etnej na x
1
i wysoko´sci h wzdÃlu˙z x
2
. Szeroko´s´
c wynosi b(x
2
). Element b dx
1
dx
2
belki jest w r´
ownowadze, tj. σ
11
,1
+ σ
12
,2
= 0, ale σ
11
=
M x
2
J
zatem τ
,2
= σ
12
,2
= −
M
0
x
2
J
= −
T x
2
J
. Dla konkretnej wysoko´sci x
2
= 0 niech b = b
0
i τ = τ
0
. Na zewn
,
etrznej kraw
,
edzi (np.
x
2
= h/2) ze wzgl
,
edu na σ
12
= σ
21
musi zachodzi´
c τ = 0 czyli τ
0
= −
T
J
1
b
0
Z
0
h/2
b x
2
dx
2
=
T S
Jb
0
stal
LF1
LF2
LF3
St3S
205
18G2
295
St Sp 37
160
184
208
St Sp 45
180
207
234
St Sp S
240
276
312
Tabela 2: WytrzymaÃlo´sci σ
dop
[MPa] stali polskich i niemieckich zalecane przy sprawdzaniu wytrzymaÃlo´sci brus´ow.
SPIS TRE´
SCI
13
Projektowanie ´
scianki szczelnej, Andrzej Niemunis, Katedra Geotechniki, Polit.Gda´
nska
mm/rok! Spadek wska´znika wytrzymaÃlo´sci z W
0
do W mo˙zna w przybli˙zeniu przyj
,
a´c proporcjonalny do spadku
grubo´sci profilu tj.
W
W
0
=
g
0
− t∆g
g
0
,
(34)
gdzie t jest czasem eksploatacji konstrukcji (w latach).
Uwaga: nie nale˙zy przewymiarowa´c grodzic, aby nie uczyni´c np. ci
,
egna ´sci
,
agu najsÃlabszym ogniwem konstrukcji.
MogÃloby to spowodowa´c niesygnalizowane zniszczenie, kt´ore jest (wg Eurocode 7 p. 8.4 (4)) zabronione (analog-
icznie jak zbyt du˙zy stopie´
n zbrojenia w ˙zelbecie).
Je´sli nie wykonujemy belki ˙zelbetowej do rozprowadzenia siÃl ze ´scianki na kotwy, w´owczas nale˙zy wykona´c kleszcze
z ceownik´ow. Ceowniki umieszczamy poziomo, ´srodnikami do siebie i pozostawiaj
,
ac mi
,
edzy ´srodnikami odst
,
ep na
przeprowadzenia ´srub i zakotwie´
n. Je´sli jest to mo˙zliwe wykonujemy kleszcze od strony gruntu Ãl
,
acz
,
ac je ´srubami
z co drugim brusem. SiÃla rozci
,
agaj
,
aca na jedn
,
a ´srube wylicz si
,
e jako 2Al
1
gdzie l
1
jest szeroko´sci
,
a brusa (mi
,
edzy
osiami zamk´ow). Zalecane s
,
a ´sruby klasy 4.8 (R
m
= 420, R
e
= 340) MPa i 5.6 (R
m
= 500, R
e
= 300) MPa
7
.
Npr
,
e˙zenie dopuszczalne na rozrywanie wynosi
σ
dop
= min
½0, 65R
m
0, 85R
e
(35)
a pole przekroju liczy´c wg wewn
,
etrznej ´srednicy gwintu.
Wymiarowanie kleszczy na zginanie: siÃla w ´sci
,
agu A liczona jest na 1 mb ´scianki i traktowana jako obci
,
a˙zenie
ci
,
agÃle dziaÃlaj
,
ace na kleszcze (par
,
e ceownik´ow) jak na belke wieloprz
,
esÃlow
,
a (o niesko´
nczonoej liczbie prz
,
eseÃl). Je´sli
rozstaw mi
,
edzy ´sci
,
agami oznaczymy przez l (powinna to by´c oczywi´scie wielokrotno´s´c szeroko´sci l
1
brusa liczona
miedzy osiami zamk´ow) to max. moment zginaj
,
acy okre´sli´c mo˙zna wg
M
max
= A · (2l)
2
/10
(36)
poniewa˙z liczymy si
,
e z mo˙zliwo´sci
,
a zerwania jednej kotwy. Przewa˙znie stosujemy ceowniki ze stali St3S o σ
dop
= 205
[MPa].
Spis tre´
sci
1
Zakres projektu
1
1.1
Wsp´oÃlczynniki materiaÃlowe i wsp´oÃlczyniki obci
,
a˙zenia = 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2
Uwzgl
,
ednienie ogranicze´
n przemieszczeniowych
2
3
Kr´
otkoterminowa i dÃlugoterminowa wytrzymaÃlo´
s´
c grunt´
ow spoistych
3
3.1
Parcie i odp´or do no´sno´sci dÃlugoterminowej wg φ
0
i c
0
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3.2
Parcie i odp´or do no´sno´sci kr´otkoterminowej wg φ
u
= 0 i c
u
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4
Przyj
,
ecie parcia od wody
5
4.1
Woda w no´sno´sci dÃlugoterminowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
4.2
Woda w no´sno´sci kr´otkoterminowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
4.3
Woda w rysie skurczowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5
Obliczenia statyczne ´
sciany
6
5.1
´
Sciana wspornikowa (bez zakotwienia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5.2
´
Sciana jednokrotnie zakotwiona wolnopodparta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
5.3
´
Sciana jednokrotnie zakotwiona utwierdzona
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
6
Sprawdzenie zakotwienia
9
6.1
Zakotwienia iniekcyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
6.2
Jak zmienia si
,
e siÃla w ´sci
,
agu w trakcie pogÃl
,
ebiania wykopu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.3
Bezpiecze´
nstwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7
Stateczno´
s´
c og´
olna = dobranie dÃlugo´
sci ci
,
egien zakotwienienia
11
8
Wyb´
or brus´
ow kleszczy i ´
srub
11
7
WytrzymaÃlo´sci wg Z2-2 normy stalowej PN-90/B-03200