1

NORMY:

• PN-86/B-02480

Grunty budowlane. Określenia

symbole, podział i opis gruntów.

•

PN-88/B-04481

Grunty budowlane. Badania

próbek gruntów.

•

PN-81/B-03020

Posadowienie bezpośrednie

budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.
•

PN-83/B-03010

Ściany oporowe. Obliczenia

statyczne i projektowanie.
•

PN-83/B-02482

Nośność pali i fundamentów

palowych.

LITERATURA:

Z. WIŁUN. ZARYS GEOTECHNIKI. Warszawa WKŁ.

w-1

2

GEOTECHNIKA

• Nauka o pracy i badaniach ośrodka

gruntowego dla celów projektowania
i wykonawstwa budowli ziemnych i
podziemnych, fundamentów
budynków i nawierzchni drogowych
[Z.Wiłun – 1976]

3

W skład geotechniki

wchodzą

• Gruntoznawstwo inżynieryjne
• Mechanika gruntów i

fundamentowanie

• oraz pośrednio: geologia, chemia

fizyczna, mechanika budowli, teoria
sprężystości i plastyczności, reologia
i inne

4

GRUNTOZNAWSTWO

• Zajmuje się badaniem fizycznych i

mechanicznych właściwości gruntów
w zależności od ich składu
mineralnego, gazowego, chemizmu
wód porowych, własności fizyko-
chemicznych, magnetycznych oraz
rodzaju struktury i tekstury,
wynikających z genezy oraz
przemian posedymentacyjnych.

5

Mechanika gruntów

• Zajmuje się badaniem zmian stanu

naprężeń i odkształceń podłoża
gruntowego pod wpływem
działających obciążeń (budynki,
obiekty inżynierskie, budowle ziemne
i podziemne itp.)

6

INŻYNIER

• zajmujący się projektowaniem lub wykonaniem

na budowie jakiegokolwiek obiektu

budownictwa przemysłowego, komunalnego,

komunikacyjnego, wodnego lub innego ma do

czynienia z

g r u n t a m i

, czy to w postaci

podłoża dla posadowienia budowli, czy

tworzywa, z którego wykonana ma być

budowla, albo też środowiska, w którym będą

wykonywane roboty.

• Znajomość gruntoznawstwa i mechaniki

gruntów

jest niezbędna do rozwiązywania

wszystkich problemów związanych z gruntami

w fazie projektowania i w czasie budowy.

7

GRUNT BUDOWLANY

•Część skorupy ziemskiej

mogąca współdziałać z
obiektem budowlanym,
stanowiąca jego element lub
służąca jaka tworzywo do
wykonywania z niego budowli
ziemnych ( PN-86/B-02480)

8

GENEZA (pochodzenie)

GRUNTÓW

• Obecna budowa skorupy ziemskiej

(litosfery) jest wynikiem wielu procesów

geologicznych.

• Procesy na powierzchni kuli ziemskiej –

utwory osadowe

– piaskowce, wapienie,

dolomity, margle, zlepieńce, gipsy,

węgiel kamienny, sól kamienna oraz

grunty.

• Grunty powstały na skutek wietrzenia i

erozji skał.

9

BUDOWA GRUNTÓW

• Podstawową cechą gruntów jest

rozdrobnienie

(dyspersja) masy

mineralnej.

• Grunt jest:

1.

Porowaty,

2.

Ośrodkiem trójskładnikowym,

3.

Ośrodkiem o słabych lub
nieistniejących wewnętrznych więziach
cząstek.

10

SKŁADNIKI GRUNTU

• Szkielet mineralny – faza stała,
• Woda w porach gruntowych – faza

ciekła,

• Gazy w porach i wodzie – faza gazowa.

powietrze

woda

cząstki mineralne

11

SZKIELET GRUNTOWY

• okruchy skalne o zróżnicowanym składzie

mineralnym, kształtach i wymiarach,

• ziarna d ≥ 0,05 mm
• cząstki d < 0,05 mm

• cząstki

d < 0,002 mm – minerały iłowe:

kaolinitowe

– nasiąkliwość wodą ok. 90%,

montmorylonitowe

– nw = 300÷700%,

illitowe

– nasiąkliwość pośrednia

12

WODA W GRUNCIE

1. Wchodząca w skład minerałów –

krystaliczna i chemicznie związana.

2. Związana z powierzchnią cząstek

mineralnych – higroskopowa, błonkowa.

3. Kapilarna

– zawieszona, stykowa,

kapilarność czynna i bierna

h

kb

> h

kc

4. Grawitacyjna

– swobodna, naporowa,

w spoczynku, w ruchu

w-1

13

FAZA GAZOWA

• Głównie powietrze i para wodna.
• Grunt powietrzno suchy – pory

gruntowe wypełnione tylko gazami.

• Gdy pory gruntowe wypełnione są

gazami i wodą to model mechaniczny
ośrodka gruntowego jest bardzo
skomplikowany.

w-2

14

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

• UZIARNIENIE

(skład granulometryczny)

• frakcje:
 Kamienista (f

k

)d > 40 mm

 Żwirowa (f

ż

)

40 ≥

d > 2 mm

 Piaskowa (f

p

) 2 ≥

d > 0,05 mm

 Pyłowa ( f



)

0,05 ≥ d > 0,002 mm

 Iłowa (f

i

) d ≤ 0,002 mm

15

UZIARNIENIE GRUNTU

• Analiza sitowa

–

żwiry i piaski d > 0,07 (0,06)

mm

• Analiza areometryczna

– grunty spoiste, także

piasek pylasty d < 0,05 mm

• Wykres uziarnienia:

1.

Procentowa zawartość poszczególnych frakcji

2.

Wskaźnik uziarnienia (A. Hazen) u = d

60

/ d

10

u ≤ 5 grunt równoziarnisty (np. piaski, lessy)
5 < u ≤ 15 grunt różnoziarnisty (np. gliny

holoceńskie)
u > 15 bardzo różnoziarnisty ( np. pospółki, gliny

zwałowe)

16

PODSTAWOWE CECHY

FIZYCZNE

1. WIGOTNOŚĆ

w = m

w

/ m

s

x 100 [%]

2. GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA

ς = m

/ V

[g / cm

3

]

ciężar objętościowy γ = ς ∙ g g ≈ 9,81 m/s

2

[kN/m

3

]

3. GĘSTOŚĆ WŁAŚCIWA

ς

s

= m

s

/ V

s

[g / cm

3

]

ciężar właściwy γ

s

= ς

s

∙ g

17

INNE CECHY FIZYCZNE

• Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

ς

d

= m

s

/ V

ς

d

= 100∙ς : (100+w)

• Porowatość

n = V

p

/ V

n = (ς

s

- ς

d

) : ς

s

• Wskaźnik porowatości

e =

V

p

/ V

s

e = n : (1 – n)

• Stopień zagęszczenia

I

D

= (e

max

-e)

: (e

max

-e

min

)

18

STANY ZAGĘSZCZENIA

luźny (ln)

I

D

≤

0,33
średnio zagęszczony 0,33 < I

D

≤

0,67
zagęszczony 0,67 < I

D

≤

0,80
bardzo zagęszczony I

D

>

0,80

19

STANY ZAWILGOCENIA

• WILGOTNOŚĆ CAŁKOWITA

(pory gruntu całkowicie wypełnione wodą)

w

r

= e∙ς

w

: ς

s

lub

w

r

= e∙γ

w

: γ

s

• Stopień wilgotności S

r

= w : w

r

0 ≤ S

r

≤ 0,4 stan suchy lub mało

wilgotny
0,4 < S

r

≤ 0,8 stan wilgotny

0,8 < S

r

≤ 1,0 stan mokry

20

WPŁYW WODY

na ciężar

objętościowy

• Przy całkowitym nasyceniu porów

γ

sr =

γ

d

+ n∙ γ

w

• Z uwzględnieniem

wyporu

wody

γ’ = γ

sr

– γ

w

lub

γ’ = (1-n)∙(γ

s

– γ

w

)

W praktyce

dla gruntów spoistych, które

mają pory całkowicie wypełnione wodą

γ’ = γ

sr

– 9,81 [kN/m

3

]

21

Konsystencje i stany gruntów

spoistych

• Konsystencje

:

zwarta
plastyczna
płynna

• Granice konsystencji

(wg Atterberga):

płynności ( w

L

)

plastyczności ( w

p

)

skurczalności ( w

s

)

22

STANY

GRUNTÓW SPOISTYCH

• Stopień plastyczności

I

L

= (w-w

p

) : ( w

L

-w

p

)

• Stan zwarty (zw) I

L

< 0 w ≤ w

s

• Półzwarty (pzw)

I

L

≤ 0 w

s

< w ≤ w

p

• Twardoplastyczny (tpl) 0 < I

L

≤ 0,25

• Plastyczny (pl)

0,25 < I

L

≤ 0,50

• Miękkoplastyczny (mpl) 0,50 < I

L

≤ 1,0

• Płynny I

L

> 1,0

23

WSKAŹNIK

PLASTYCZNOŚCI

I

p

= w

L

- w

p

• grunty niespoiste

I

p

≤ 1%

• mało spoiste

1< I

p

≤ 10%

• średnio spoiste 10 < I

p

≤ 20%

• zwięzło spoiste 20 < I

p

≤ 30%

• bardzo spoiste I

p

> 30%

24

ZAGĘSZCZALNOŚĆ GRUNTÓW

• Zdolność do uzyskiwania

maksymalnych gęstości
objętościowych szkieletu gruntowego
(ς

d

) w zależności od sposobu użytej

energii zagęszczenia (E

z

), rodzaju

gruntu i jego wilgotności.

• Wilgotność optymalna ( w

opt

)

przy

której ubijany grunt uzyskuje
największe zagęszczenie

(ς

ds

)

lub (γ

ds

)

w-2

25

WSKAŹNIK ZAGĘSZCZENIA

I

s

= ς

d

:ς

ds

lub

I

s

= γ

d

:γ

ds

ς

d

– gęstość objętościowa szkieletu gruntu

wbudowanego

w nasypie

ς

ds

–

maksymalna gęstość objętościowa

szkieletu gruntu po jego zagęszczeniu przy
wilgotności optymalnej

• Minimalna wartość

I

s

≥ 0,95

w-3

26

KLASYFIKACJA GRUNTÓW

1. Grunty rodzime:

a)

skaliste

: twarde (ST)

R

c

>5 MN/m

2

miękkie (SM)

R

c

≤5 MN/m

2

b)

nieskaliste mineralne

:

Kamieniste

(

d

50

>40 mm

)

KW, KWg, KR, KRg, KO

Gruboziarniste

(

d

50

≤40 mm oraz d

90

>2mm

)

Ż, Żg (f

k

+f

ż

> 50%)

Po, Pog

(50% ≥ f

k

+f

ż

> 10%)

27

Grunty drobnoziarniste

(d

90

≤2mm)

• niespoiste

(I

p

≤1%):

P

r

(d

50

> 0,5 mm)

P

s

(0,5mm ≥ d

50

> 0,25 mm)

P

d

(d

50

≤ 0,25 mm)

P







(d

50

≤ 0,25 mm oraz f



10÷30%)

28

Grunty spoiste:

• mało spoiste:

P

g



p





(1%<I

p

≤10%)

• średnio spoiste:

G

p

G

G





(10%<I

p

≤20%)

• zwięzło spoiste:

G

pz

G

z

G

z



(20%<I

p

≤30%)

• bardzo spoiste:

I

p

I I



(I

p

>30%)

29

Grunty organiczne

(I

om

>2%)

• próchniczne:

H(G), H(P

d

)

(2% < I

om

≤

5%)

• namuły:

Nmg, Nmp

(5% < I

om

≤

30%)

• gytie:

G

y

(>5% CaCO

3

)

i

(5% < I

om

≤

30%)

• torfy:

T

(I

om

> 30%)

• węgle brunatne

WB

i kamienne

WK

30

Grunty nasypowe

• Nasyp budowlany nB – jego rodzaj i

stan odpowiadają wymaganiom
budowli ziemnych lub podłoża pod
budowlę

• Nasyp nie budowlany

(niekontrolowany) nN – grunt
antropogeniczny powstaly w wyniku
działalności człowieka np. w
wysypiskach, zwałowiskach itp.

31

RUCH WODY W GRUNCIE

• woda

w gruncie (w ruchu lub spoczynku)

wywiera znaczny wpływ na jego własności

fizyczne i mechaniczne. Oddziaływuje

również mechanicznie na szkielet gruntowy.

• Ciśnienie wody

w porach gruntu:

1. Hydrostatyczne

(u=γ

w

∙h) jednakowe we

wszystkich kierunkach ( wg prawa Pascala)-

nie powoduje zmian porowatości gruntu

(nie przemieszcza ziaren i cząstek

szkieletu) –

ciśnienie obojętne.

2. Ciśnienie efektywne

(czynne) wywołuje

zmiany porowatości gruntu

32

Wypór wody w gruncie

• Na szkielet gruntowy poniżej

zwg

działa

ciśnienie hydrostatyczne wypierające ziarna i
cząstki gruntu z godnie z prawem
Archimedesa. W obliczeniach uwzględniamy
wypór wody:
γ’ = γ

sr

– γ

w

lub

γ’ = (1-n)∙(γ

s

– γ

w

)

• Jeżeli dno wykopu w gruncie spoistym znajduje

się poniżej

zwg,

to należy sprawdzić czy siły

wyporu spowodują

podnoszenie

nieprzepuszczalnej warstwy gruntu (rys.1 i 2).

33

Wodoprzepuszczalność

(filtracja)

• Jest to zdolność gruntu do przepuszczania

wody siecią kanalików, utworzonych z
jego porów.

• Filtracja

to ruch wody gruntowej spowodo-

wany różnicą naporów (poziomów) wody.

• Spadek hydrauliczny i = Δh : l

gdzie: Δh = h

1

– h

2

-

różnica naporów (poziomów)

l

– droga przepływu

34

Prawo Darcy’ego

• Prawo filtracji laminarnej (Darcy 1856r.)

q = k ∙ i ∙A

q – przepływ filtracyjny [m

3

/s]

k – stała Darcy’ego tzw. współczynnik

filtracji

i – spadek (gradient) hydrauliczny

A – powierzchnia przekroju [m

2

]

• Ilość wody (Q) przepływającej w czasie

(t) przez wycinek gruntu o powierzchni

(A) do wykopu:
Q = k ∙ i ∙ A ∙ t

35

Współczynnik filtracji (k)

• Stała k

jest wielkością charakterystyczną

dla danego ośrodka gruntowego, zależy

od porowatości gruntu, jego uziarnienia i

temperatury przepływającej wody.

• Współczynnik filtracji

można wyznaczyć:

- na podstawie uziarnienia i porowatości,

- badaniami laboratoryjnymi,

- badaniami polowymi (najlepiej).

36

Wzory empiryczne (k)

• wzór Hazena: k

10

= c ∙ (d

10

)

2

[cm/s]

dla piasków: U≤5 d

10

=0,1÷3,0 mm

współczynnik doświadczalny: c=1,39 dla U=1;

c=0.925 dla U=2÷4; c=0,463 dla U≈5

• wzór amerykański wg USBSC:

k = 0,0036 ∙ (d

20

)

2,3

[m/s]

37

Ciśnienie filtracyjne

(spływowe)

• Siły filtracyjne zgodne z kierunkiem filtracji

odniesione do jednostki objętości gruntu

p

s

=

P

s

:V

p

s

= γ

w

∙ i

• Ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem

ciśnienia spływowego:

γ” = γ’ + p

s

γ’ - ciężar obj. gruntu pod wodą
znak „+” dla przepływu wody w dół
znak „-” dla przepływu wody do góry

• krytyczne

ciśnienie spływowe → p

s

=γ’ → γ”=0

w-3

38

Zjawiska szczególne

• Kurzawka

– upłynnienie gruntu – piaski

drobne i pylaste w stanie luźnym

(i

kr

≈1,0).

• Wyparcie gruntu

– przemieszczenie

gruntu poziome, pionowe lub ukośne w

pewnym obszarze.

• Sufozja

– przepływająca woda przenosi

cząstki gruntu poza pewien obszar.
Woda posiada prędkość krytyczną
(wg Sichardta V

kr

=√ k : 15 )

w-4

39

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

• Cechy, które określają pod

względem ilościowym i jakościowym
zachowanie ośrodka gruntowego w
procesie obciążenia i odciążenia

• Podstawowe właściwości

mechaniczne:

1. Odkształcalność → ściśliwość
2. Wytrzymałość na ścinanie

40

ŚCIŚLIWOŚĆ GRUNTÓW

• Jest to zdolność gruntu do zmniejszenia

objętości pod wpływem obciążenia.

• Ściśliwość

gruntów suchych

związana

jest głównie z zagęszczeniem gruntu

czyli

zmniejszeniem jego porowatości

.

• Ściśliwość

gruntów nawodnionych

związana jest z

konsolidacją gruntu.

• Grunty spoiste znacznie wolniej

osiadają niż grunty niespoiste.

41

BADANIE ŚCIŚLIWOŚCI

GRUNTU

• Badania laboratoryjne –

edometr

,

aparat trójosiowego ściskania.

• Badania polowe (w terenie) –

próbne

obciążenia

, presjometr.

• Wielokrotnie obciążany i odciążany

grunt coraz bardziej nabiera cech
ciała sprężystego.

42

EDOMETR

• Próbka gruntu znajduje się w sztywnym

pierścieniu (h=20 mm, d=65 mm).

• Obciążenie osiowe (Q) zwiększane bądź

zmniejszane jest skokowo (12,5; 25; 50;

100; 200; 400; 800 kPa).

• Zmiana wysokości próbki mierzona jest

czujnikiem zegarowym (po 1,2,5,10,15,i

30 min oraz po 1,2,4,19,i 24 godz.).

• Wykreśla się

krzywe ściśliwości i krzywe

konsolidacji gruntu.

43

MODUŁ ŚCIŚLIWOŚCI

• Edometryczny moduł ściśliwości:

M

i

= (Δσ

i

∙h

i

) : Δ h

i

gdzie:

Δσ

i

–

przyrost naprężenia

Δ h

i

– osiadanie próbki

h

i

– wysokość próbki przed zmianą

obciążenia

• Moduł ściśliwości pierwotnej i wtórnej

» M

o

≤ M

44

MODUŁ ODKSZTAŁCENIA

• Przy możliwej bocznej rozszerzalności:

E

0

= δ ∙ M

0

» E

0

< M

o

δ=0,57÷0,90

• Naprężenia poziome w próbce gruntu

w edometrze:
σ

x

= σ

y

= K

0

∙ σ

z

Gdzie: K

0

= μ : (1-μ) – współczynnik rozporu

bocznego dla μ=0,20÷0,40 → K

0

=0,25÷0,67

w-4

45

GRUNTY MAKROPOROWATE

• Lessy

– wykazują po nawodnieniu

dodatkowe osiadanie spowodowane

załamaniem struktury.

• Wskaźnik osiadania zapadowego:

»

i

mp

= (h’ – h”) : h

o

h’ – wysokość próbki nienaruszonej,
h” - wysokość próbki po nasyceniu wodą,
h

o

- wysokość próbki przy naprężeniu

pierwotnym

i

mp

≤ 0,02 – grunty o strukturze trwałej

(niezapadowe)

w-5

46

WYTRZYMAŁOŚĆ GRUNTU

• Zniszczenie próby gruntu następuje po

przekroczeniu

granicznego oporu ścinania

• Opór tarcia między cząstkami i ziarnami

oraz opór spójności (kohezja) wskutek sił

przyciągania cząstek szkieletu.

• Hipoteza Coulomba

(1773) – naprężenie

styczne w stanie równowagi granicznej

równe jest granicznemu oporowi ścinania,

wprost proporcjonalnemu do naprężenia

normalnego do płaszczyzny ścięcia.

47

Według Coulomba

• Grunt niespoisty

τ

f

= σ

n

∙tg

Φ

• Grunt spoisty

τ

f

= σ

n

∙tg

Φ

+

c

• Grunt idealnie plastyczny τ

f

= c

gdzie:

Φ

– kąt tarcia wewnętrznego

tg

Φ

– współczynnik tarcia wewnętrznego

c

-

spójność (kohezja)

σ

n

–

naprężenie

normalne ( ┴ )

• Rysunek → proste graniczne Coulomba

48

Terzaghi - Hvorslev (1937)

• Wytrzymałość gruntu spoistego na ścinanie

składa się z oporu właściwego tarcia

wewnętrznego i z oporu spójności właściwej

(kohezji):

τ

f

=

σ’∙

tg

Φ’

+

c’

gdzie:

Φ’

– właściwy kąt tarcia wewnętrznego

c’

-

opór

spójności właściwej

σ’

- efektywne naprężenie normalne

σ’=σ

n

-u

gdzie u → ciśnienie wody

w porach gruntu (obojętne)

49

Wyznaczanie Φ, c

• Badania laboratoryjne:
1. Aparat bezpośredniego ścinania

(AB).

2. Aparat trójosiowego ściskania (AT).
3. Aparaty uniwersalne i

wielkowymiarowe.

50

Uwagi dla celów

praktycznych

• Grunty spoiste obciążane

powoli

wykazują większy opór przy ścinaniu

(wzrost naprężeń efektywnych w

szkielecie gruntowym → wzrost Φ;c).

• Grunty spoiste obciążane

szybko

bez

możliwości konsolidacji wykazują

mniejszy opór przy ścinaniu (naprężenia

efektywne rosną wolniej od naprężeń

całkowitych)

• Doraźny i trwały opór ścinania → rysunek

51

Naprężenia w ośrodku

gruntowym

• Półprzestrzeń gruntowa

- ograniczona

jest od góry płaszczyzną poziomą
(powierzchnia terenu) i rozciąga się
nieskończenie głęboko i szeroko.

• Zasada superpozycji

- naprężenie od

kilku sił Q w dowolnym punkcie M
wyznacza się jako sumę naprężeń
powstałych od działania każdej z sił
osobno.

52

Obciążenie siłą skupioną

• Rozwiązanie

BOUSSINESQA

- siła

pionowa przyłożona do płaszczyzny
granicznej.

• Rozwiązanie

CERRUTIEGO

- dla

zewnętrznej siły poziomej.

• Rozwiązanie

MINDLINA

- dla siły

pionowej lub poziomej przyłożonej
wewnątrz półprzestrzeni.

53

Rozwiązanie BOUSSINESQA

• Naprężenie w gruncie na głębokości

(z) od pionowej siły skupionej (Q) w
układzie współrzędnych walcowych:

» σ

z

= (Q ∙ c

z

) : z

2

gdzie: C

z

- współczynnik z nomogramu

(rysunek - „cebula naprężeń”)

» Dla obciążenia ciągłego:

σ

z

= (Q : z

2

) ∙ ∑ c

zi

54

Rozkład naprężeń

pionowych

55

Wyznaczanie naprężeń

• Metoda punktów narożnych

(Steinbrenner

1936)

σ

zn

= q ∙ η

n

(η

n

=0,25 dla z:B=0)

gdzie: q - obciążenie równomiernie rozłożone

η

n

- współczynnik z nomogramu

(L:B, z:B)

•

Metoda punktów środkowych

(Newmark,

Polszin)

σ

z

= q ∙ η

o

(η

o

=1,0 dla z:B=0)

56

Współczynnik zanikania

naprężeń

w-5

57

Naprężenia pierwotne

(bytowe - Kisiel 1982)

• W obliczeniach należy uwzględniać

obciążenie własnym

ciężarem gruntu

• naprężenia pionowe:

» σ

уz

= ∑ у

i

∙ h

i

• naprężenia poziome:

» σ

уx

= σ

уy

= K

o

∙

σ

уz

gdzie: K

o

- współczynnik rozporu bocznego

w-6

58

Rozkład naprężeń pod

budowlą

• Naprężenie całkowite w gruncie jest

sumą naprężenia pierwotnego i
naprężenia od obciążenia
zewnętrznego

σ

zt

= σ

zу

+ σ

zq

• Naprężenie wtórne →

σ

zs

• Naprężenie dodatkowe → σ

zq

59

Stany podłoża pod

fundamentem

60

Strefa aktywna podłoża

w-6

61

Naprężenia pod sztywnym

fundamentem kołowym

w-7

62

Zależność osiadań od

obciążenia

63

Fazy odkształceń podłoża pod fundamentem

64

Projektowanie wg PN-81/B-

03020

• Dopuszczalne obciążenie gruntu

w poziomie

posadowienia nie powinno przekraczać granicy
proporcjonalności q

prop.

q

dop

≤ q

prop

= q

gr

: n → n = 2÷3

• Średnie osiadanie

fundamentów budowli

[s

śr

] ≤ [s

śr

]

dop

→ s

śr

=∑s

i

∙F

i

: ∑F

i

s

i

- osiadanie poszczególnych fundamentów

F

i

- pola podstaw tych fundamentów

• Różnica osiadań fundamentów

[Δs:l] ≤ [Δs:l]

dop

65

Dopuszczalne wartości

odkształceń

wg PN-81/B-03020

66

Osiadanie fundamentu

67

Strefy uplastycznienia

gruntu

68

Stan graniczny wg

Terzaghiego

69

Obciążenie graniczne

Terzaghi - Schultze (1967)

70

Obszar stanu granicznego

w-7

71

I stan graniczny (nośności)

Q

r

≤ m ∙ Q

f

Q

r

- obciążenie obliczeniowe

m

- współczynnik korekcyjny

Q

f

- obliczeniowy opór graniczny podłoża

• W prostych przypadkach

- obciążenie osiowe,

podłoże jednorodne do głębokości 2B

72

Obciążenie mimośrodowe

73

Opór graniczny podłoża

gruntowego

74

Rozkład naprężeń w poziomie

posadowienia

75

Rozkład obciążeń w podstawie

fundamentu

• według PN-81/B-03020

76

I stan graniczny (nośności) - gdy e

B

≤ 0,035

B

77

Współczynniki nośności

78

Podłoże warstwowane

w-8

79

II stan graniczny - osiadania

• Osiadanie

- pionowe

przemieszczenie fundamentu w
skutek odkształceń obciążonego
podłoża gruntowego

• Dwie metody obliczeń:

1.

Metoda odkształceń jednoosiowych (M

o

i

M).

2.

Metoda odkształceń trójosiowych podłoża
gruntowego (E

o

i E).

80

Bryła ściśliwego podłoża pod

fundamentem

81

Warstwa obliczeniowa

82

Obliczanie osiadań

• Metoda odkształceń jednoosiowych

(naprężeń)

83

Osiadania całkowite i

eksploatacyjne

• Do chwili zakończenia wznoszenia budowli

zachodzi:

• 100%

s

c

- grunty niespoiste oraz spoiste w

stanie półzwartym (I

L

≤0),

• 50%

s

c

- grunty spoiste (I

L

>0),

• 25%

s

c

- grunty organiczne

gdzie:

s

c

= s

b

+ s

ek

S

c

- osiadania całkowite

S

b

- osiadania zakończone z końcem budowy

S

ek

- osiadania eksploatacyjne (obciążenie użytkowe)

w-8

84

Metoda odkształceń

trójosiowych

• Osiadanie budowli o dużej sztywności

na ciągłym fundamencie, np. kominy,
silosy (dla λ = 0)

w-9

85

Parcie i odpór gruntu

• Parcie geostatyczne

(spoczynkowe)

- grunt

wywiera na nieruchomą, będącą w
równowadze ścianę konstrukcji

• Parcie geodynamiczne

1. Czynne (aktywne)

-

grunt wywiera na

ścianę poddającą się jego naciskowi i
odsuwającą się w stronę przeciwną od
gruntu.

2. Bierne (odpór)

- reakcja gruntu na nacisk

ściany przesuwającej się ku gruntowi

86

Parcie i odpór gruntu

87

PN-83/B-03010

Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i

projektowanie

88

Ściana pionowa, naziom poziomy,

obciążony równomiernie

89

Parcie gruntu niespoistego

90

Ściana i naziom nachylone

91

Współczynnik parcia

92

Ściana pionowa, naziom poziomy,

obciążony równomiernie

93

Parcie gruntu spoistego

94

Wypadkowa parcia

95

Położenie wypadkowej

parcia

96

Wypadkowa parcia

97

Ściana ze wspornikiem lub

płytą odciążającą

w-9

98

Stany graniczne nośności

1. Sprawdzenie

nośności podłoża pod

fundamentem

ściany →

Q

r

≤ m ∙ Q

f

2. Sprawdzenie

stateczności na obrót

→

M

or

≤ m

o

∙ M

ur

m

o

= 0,8 - obciążenie naziomu q ≥ 10kPa

m

o

= 0,9 - w pozostałych przypadkach

3. Sprawdzenie

stateczności na przesunięcie

→

Q

tr

≤ m

t

∙ Q

tf

m

t

= 0,9 -

obciążenie naziomu q ≥ 10kPa

m

t

= 0,95 - w pozostałych przypadkach

4. Sprawdzenie stateczności zbocza łącznie ze

ścianą oporową

w-10

99

Stateczność zboczy

• Osuwisko skarpy

-

obsunięcie gruntu wzdłuż

krzywoliniowej powierzchni poślizgu

100

Zsuw zbocza

• Zsuw

- obsunięcie górnej warstwy gruntu równolegle

do powierzchni terenu. Powierzchnia poślizgu zbliżona
kształtem do płaszczyzny

101

Spływ zbocza

• Spływ

- stopniowe spełzanie nawodnionej masy

gruntowej bez wyraźnej powierzchni poślizgu, np. spływ
skarpy wiosną

102

Sprawdzenie stateczności

• Obliczenie minimalnego

współczynnika pewności i
porównanie z wartością dopuszczalną
dla danej metody.

F

min

≥ F

dop

103

Stateczność zbocza gruntu

niespoistego

104

Stateczność skarp w gruntach

spoistych

• Powierzchnie poślizgu: krzywoliniowe w

gruntach jednorodnych, płaszczyzny łamane

w gruntach niejednorodnych.

• Dla założonej powierzchni poślizgu określa

się współczynnik pewności F jako stosunek

sił utrzymujących do zsuwających.

• Poszukuje się powierzchni poślizgu o

najmniej-szym współczynniku pewności

(F

min

≥ F

dop

).

• Skarpa jest w stanie równowagi granicznej

gdy F

min

=1,0

105

Metody sprawdzania

stateczności skarp

• Na podstawie stanu granicznego

ośrodka gruntowego.

• Na podstawie analizy warunków

równowagi bryły osuwającej się
wzdłuż powierzchni poślizgu t.z.w.
metody „blokowe”

106

Metoda Felleniusa

107

Obliczenia współczynnika

pewności

108

F

min

- sposób Trzaghiego

109

Wpływ mrozu na grunty

• Wysadzinowość

- zjawisko

objętościowej deformacji gruntu
narażonego na działanie mrozu

1. Grunt wysadzinowy
2. Ujemne temperatury utrzymują się

dość długo

3. Ośrodek gruntowy bardzo wilgotny,

ZWG dość płytko

W-10

110

Tworzenie się wysadzin

w-11

111

FUNDAMENTOWANIE

• Fundament - najniższa część konstrukcji

przenosząca bezpiecznie obciążenia z
budowli na podłoże gruntowe.

• Podstawowym kryterium podziału

fundamentów jest głębokość
posadowienia i sposób przenoszenia
obciążeń na podłoże.

1. Fundamenty płytkie - bezpośrednie
2. Fundamenty głębokie - pośrednie

112

FUNDAMENTY BEZPOŚREDNIE

• Przenoszą obciążenia z budowli na podłoże

bezpośrednio przez podstawę fundamentu.

• Nie uwzględnia się współpracy podłoża

gruntowego obok fundamentów (parcie
czynne, odpór bierny, opór gruntu wzdłuż
ścian bocznych fundamentu).

• Należą do nich: ławy, stopy, ruszty, płyty,

skrzynie fundamentowe.

113

Fundamenty głębokie -

pośrednie

• Obciążenie z budowli przenosi się na

podłoże za pośrednictwem dodatkowych
elementów konstrukcyjnych.

• Przy wymiarowaniu uwzględnia się opór

gruntu pod podstawą i wzdłuż pobocznicy
fundamentu.

• Należą do nich: fundamenty na palach, na

studniach opuszczanych, na kesonach, na
ścianach szczelinowych lub w ściankach
szczelnych.

114

Wybór sposobu

posadowienia

• Sposób posadowienia zależy od:
1. Warunków wodno-gruntowych.
2. Warunków techniczno-

ekonomicznych.

3. Rodzaju budowli.

115

Rodzaje posadowień

116

Posadowienie bezpośrednie i pośrednie

117

Płyta i skrzynia żelbetowa

w-12

118

Różne podłoża

w-13

119

Nośność pala

120

Wpływ średnicy na „q” i „h

c

”

121

Zależność „t” od głębokości

122

„q” i „t” w szczególnych

warunkach

123

Tarcie negatywne

124

Strefy naprężeń

w gruncie jednorodnym

125

Strefy naprężeń

w gruntach uwarstwionych

w-13

126

Wartości kąta 

ĆW.LABORAT.

127

Schemat edometru

128

Nóż dwudzielny

129

Wykres ściśliwości

130

Krzywe konsolidacji

131

Aparat AB - „skrzynkowy”

132

Spójność i kąt tarcia

wewnętrznego

133

Średnie odchylenia

134

Aparat AT - ”trójosiówka”

135

AT- opracowanie wyników

136

Zamiana układu

współrzędnych

137

Zamiana układu

współrzędnych