ADAM

ROK AKADEMICKI 2013/2014

STUDIA ZAOCZNE

PROJEKT NUMER 2

Budownictwo i konstrukcje inżynierskie

Temat: Sprawdzić nośność sztywnego kanału o przekroju kołowym, ułożonego w wykopie o pionowych ścianach, powyżej zwierciadła wód gruntowych dla następujących danych:

1. Rodzaj rury: WIPRO

2. Średnica wewnętrzna: 500mm

3. Klasa bezpieczeństwa: B

4. Rodzaj gruntu: G1

5. Wysokość nadsypki: 2,5m

6. Sposób wbudowania: A4

7. Sposób posadowienia kanału na dnie wykopu: c

8. Kąt posadowienia: 120°

9. Sposób użytkowania terenu nad wykopem: TERENY ZIELONE

Zakres projektu:

1. Opis merytoryczny technologii

2. Dane wejściowe ze szczegółowym opisem

3. Schematy obliczeniowe

4. Obliczenia zadanych wielkości

5. Wnioski Końcowe

6. Przekrój pionowy przez wykop w skali 1:20 lub 1:25

DANE DOTYCZĄCE KONSTRUKCJI:

- rodzaj rury (żelbeton, WIPRO)

- średnica wewnętrzna d_i = 500 mm = 0,500m

- średnica zewnętrzna d_a = 0,640 m

- grubość ścianki rury s = 70 mm

- wartość siły niszczącej F_N = 50 [kN/m] dla II klasy wytrzymałości

- ciężar objętościowy konstrukcji γ_R = 25 [kN/m³]

- współczynnik sprężystości konstrukcji E_RI = 36 [Gpa] = 36000 [N/mm²]

- klasa bezpieczeństwa B

DANE DOTYCZĄCE GRUNTU I WARUNKÓW BUDOWY:

- rodzaj gruntu G1

- wskaźnik zagęszczenia D_pr = 97%

- kąt tarcia wewnętrznego gruntu φ ’=35^o

- wysokość nadsypki h = 2,5 m

- szerokość wykopu b = 1,34 m

- sposób wbudowania A4

- sposób posadowienia kanału na dnie wykopu c

- kąt posadowienia β=120 ^o

- moduł odkształcenia gruntu E₂₀ = E₁ = E₃ = 23 N/mm ; E₄ = 10 ∙ E₁ = 230 N/mm

- ciężar objętościowy gruntu γ_B = 20 [kN/m³]

- średnica pośrednia d_m = 570 mm

OBLICZENIA:

d_a = d_i+2s [mm]

d_a- średnica zewnętrzna [mm], s- grubość ścianki [mm],

d_a < 0,4m => b = d_a +0.4m,

0.4 < d_a < 0,8m => b = d_a +0.7m,

0.8 < d_a <1.4 m => b = d_a +0.85m,

d_a > 1,4m => b = d_a +1.0m,

d_a = 500 + 2*70= 640 [mm]= 0.640 [m]

b = 0.64+ 0.70 = 1.34 [m]

1. MODUŁ ODKSZTAŁCENIA GRUNTU:

E₂= f₁*f₂*α_B*E₂₀ [kN/m²]

gdzie:

E₁=E₂₀ - moduł odkształcenia gruntu w strefie nadsypkowej,

E₂ - moduł odkształcenia gruntu w strefie ułożenia kanału,

E₃ - moduł odkształcenia w strefie obsypkowej w gruncie rodzimym,

E₄ - moduł odkształcenia w strefie pod rurociągiem w gruncie rodzimym,

f₁- współczynnik zmniejszający uwzględniający pełzanie gruntu:

f₁=1.0 dla gruntów z grupy G1 i G2,

f₁=0.8 dla gruntów z grupy G3,

f₁=0.5 dla gruntów z grupy G4,

f₂- współczynnik zmniejszający osiadanie gruntu od wody gruntowej,

f₂ = 1,0

α_B- współczynnik zmniejszający uwzględniający trudności w zagęszczeniu gruntu w wąskich wykopach zależy od sposobu posadowienia B,

E₂= 1,0 * 1,0 * 1,0 * 23 = 23 [kN/m²]

2. PARCIE OD GRUNTU NASYPOWEGO:

gdzie:

p_e- średnie naprężenie pionowe [kN/m²], k- współczynnik obciążający uwzględniający tarcie gruntu zasypowego o ściany wykopu, h- wysokość nadsypki (wysokość naziomu, czyli warstwy gruntu mierzona od wierzchołka kanału, aż do poziomu terenu) [m], b- szerokość wykopu zależna od średnicy rury [m], k₁- współczynnik parcia bocznego [-], k₁= 0.5, γ_B- ciężar objętościowy gruntu [kN/m²], σ- kąt tarcia między gruntem a konstrukcją.

3. OBCIĄŻENIA UŻYTKOWE (ZMIENNE, DYNAMICZNE):

gdzie:

p_pu - obciążenia użytkowe od samochodu,

φ - współczynnik dynamiczny:

• chodnik i tereny zielone: 1,5

• ulica osiedlowa: 1,4

• ulica miejska: 1,2

4. MOMENT BEZWŁADNOŚCI ŚCIANKI W KIERUNKU PODŁÓŻNYM:

gdzie:

I – moment bezwładności ścianki w kierunku podłóżnym [mm⁴/mm]

d – grubość ścianki [mm]

5. OBWODOWA SZTYWNOŚĆ KONSTRUKCJI:

gdzie:

E_RI – moduł sprężystości materiału rury,

dla rur VIPRO – 36 000 N/mm²

d_m – średnica pośrednia [mm]

6. SZTYWNOŚĆ GRUNTU W STREFIE UŁOŻENIA W KIERUNKU POZIOMYM:

gdzie:

E₂ - moduł odkształcenia gruntu w strefie ułożenia kanału [N/mm²],

d_a – średnica zewnętrzna rury [mm],

b – szerokość wykopu [mm]

Δf – współczynnik uwzględniający różnicę wartości modułu odkształcenia gruntu w strefie

obsypkowej w gruncie zasypowym i w tej samej strefie w gruncie rodzimym,

S_Bh – sztywność gruntu w strefie ułożenia w kierunku poziomym [N/mm²],

ξ – współczynnik korekcyjny.

7. SZTYWNOŚĆ UKŁADU KONSTRUKCJI:

gdzie:

S_Bh – sztywność gruntu w strefie ułożenia w kierunku poziomym,

S_o – obwodowa sztywność konstrukcji.

8. WSPÓŁCZYNNIK KONCENTRACJI NAPRĘŻEŃ W GRUNCIE:

8.1. MAX WSPÓŁCZYNNIK KONCENTRACJI:

gdzie:

h- wysokość nadsypki [m],

d_a – średnica zewnętrzna rury [m],

E₁=E₂₀ - moduł odkształcenia gruntu w strefie nadsypkowej [N/m²],

E₄ - moduł odkształcenia w strefie pod rurociągiem w gruncie rodzimym [N/m²],

a' – rzeczywiste względne wyniesienie wierzchołka kanału [m],

a – względne wyniesienie wierzchołka kanału w stosunku do poziomu jego

posadowienia [m]

α – kat posadowienia.

8.2. WSPÓŁCZYNNIK KONCENTRACJI UWZGLĘDNIAJĄCY SZEROKOŚĆ WYKOPU:

gdzie:

λ_R – rzeczywisty współczynnik koncentracji naprężeń,

d_a – średnica zewnętrzna rury [m],

b – szerokość wykopu [m]

8.3. GRANICZNE WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA KONCENTRACJI:

Sprawdzenie:

gdzie:

λ_RG – współczynnik koncentracji uwzględniający szerokość wykopu,

d_a – średnica zewnętrzna rury [m],

h- wysokość nadsypki [m],

k₁- współczynnik parcia bocznego [-], k₁= 0.5,

φ ’ - kąt tarcia wewnętrznego gruntu.

9. SUMARYCZNE OBCIĄŻENIE PIONOWE (qv):

gdzie:

λ_RG – współczynnik koncentracji uwzględniający szerokość wykopu,

P_E – parcie od gruntu nasypowego [kN/m²]

Pνu – obciążenie użytkowe [kN/m²].

10. PARCIE POZIOME (g_h):

gdzie:

P_E – parcie od gruntu nasypowego [kN/m²],

d_a – średnica zewnętrzna rury [m],

γ_B- ciężar objętościowy gruntu [kN/m²], k₂- współczynnik parcia poziomego; k₂= 0.5, λ_B- współczynnik koncentracji dla obszaru z boku konstrukcji kanałowej.

11. ANALIZA NOŚNOŚCI:

k = 0,8

gdzie:

d_a – średnica zewnętrzna rury [m],

d_m – średnica pośrednia [mm],

G - ciężar konstrukcji kanałowej [kN/m],

S - ciężar ścieków wypełniających kanał [kN/m],

k - współczynnik korekcyjny odczytywany z tabeli,

F_h – siła od parcia poziomego [kN/m],

F_C – całkowita siła pionowa [kN/m],

γ_s - ciężar objętościowy ścieków [kN/m],

q_v – obciążenie pionowe kanału [kN/m²],

q_h – obciążenie pionowe działające na kanał [kN/m²]

12. WARUNEK, KTÓRY MUSI SPELNIAĆ RUROCIĄG:

EZ = 2,18

γ = 1,4

gdzie:

F_N – siła niszcząca [kN/m²],

EZ- współczynnik podłoża

Υ- współczynnik bezpieczeństwa – B => 1.4

13. WNIOSKI KOŃCOWE:

Dla rury żelbetowej WIPRO warunek bezpieczeństwa nośności został spełniony, gdyż wszystkie parametry jakie dobraliśmy są odpowiednie. Oznacza to, że dany kanał spełnia warunki bezpieczeństwa konstrukcji. A więc konstrukcja ta przenosi zadane obciążenia.

Gdy cała konstrukcja nie przenosiłaby zadawanych obciążeń, w celu poprawienia warunków bezpieczeństwa należałoby wykonać takie czynności jak:

- Poprawić nośność kanału poprzez zmianę klasy bezpieczeństwa z klasy B na klasę A, w związku z czym zwiększymy wytrzymałość na obciążenia statyczne i dynamiczne.

- Zwiększenia kąta posadowienia z 120^o na 180^o, zwiększy współczynnik korekcyjny k, który wpływa na wielkość całkowitej siły pionowej.

W strefie ułożenia kanału znajduje się grunt G1,czyli grunty niespoiste, takie jak piasek, żwir czy pospółka. Ta kategoria gruntu jest najkorzystniejszym rodzajem w porównaniu z innymi, ponieważ przewód zgodnie z wytycznymi powinien być ułożony najlepiej na podłożu z gruntu niespoistego (sypkiego).

Sposób wbudowania A4 jest odpowiedni, ponieważ stosowane jest w nim stopniowe wyciąganie obudowy wykopu i warstwowe zagęszczanie gruntu oraz mamy kontrolę wskaźnika zagęszczenia. Tak więc jest najlepszym i korzystnym rodzajem obudowy wykopu.