FUNDAMENTOWANIE

FD_SS

– w 1

FUNDAMENTOWANIE

studia stacjonarne

•

Wykłady

: 20

dr hab. inż. Włodzimierz Idczak

•

Ćwiczenia

: 26

– dr hab. inż. Włodzimierz Idczak

– mgr inż. Adam Trześkowski

FD_SS

– 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 obliczeń

OW PW,

Warszawa 2005



Z. Wiłun: Zarys geotechniki, WKŁ, Warszawa 2007



Polskie normy budowlane, Eurokody

FD_SS

– w 1

Rygory zaliczeniowe



Egzamin pisemny



Warunek dopuszczający do egzaminu:



zaliczenie ćwiczeń rachunkowych –

na ocenę



obrona

ocen z ćwiczeń rachunkowych uzyskaniem

pozytywnej oceny ze sprawdzianu „wyjściowego”

–

na ocenę

FD_SS

– w 1

Tematyka wykładów

w 1 – Ogólne wiadomości o fundamentach; Klasyfikacja fundamentów; Warunki geologiczne

a warunki fundamentowania.

Klasyfikacja gruntów budowlanych.

w 2 – Fundamenty bezpośrednie: klasyfikacja, wybór głębokości posadowienia fundamentu,

roboty fundamentowe; Zabezpieczanie głębokich wykopów.

Cechy fizyczne i

mechaniczne gruntów.

w 3 –

Propagacja naprężeń w gruncie.

Projektowania posadowień fundamentów

bezpośrednich; Metody ustalania parametrów geotechnicznych podłoża gruntowego.

w 4

–

Obliczenia fundamentów wg I i II stanu granicznego.

w 5 –

Woda w gruncie.

Odwadnianie wykopów fundamentowych; Ochrona fundamentów

przed wilgocią, wodą gruntową i agresywnością podłoża gruntowego.

w 6 – Fundamenty na palach: definicje, klasyfikacje pali, rozmieszczenie pali pod

fundamentem dla obciążeń osiowych i mimośrodowych, obliczanie nośności pali;

w 7

–

Technologie palowania.

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

ścianach szczelinowych.

w 9 – Wzmacnianie i uszczelnianie podłoża gruntowego; Wzmacnianie fundamentów;

Fundamentowanie na grodzach;

w 10 – Ściany oporowe; Podsumowanie treści wykładów; Przygotowanie do egzaminu.

FD_SS

– w 1

WSTĘP

• Fundamentowanie – nauka zajmująca się:

• projektowaniem fundamentów,

• wykonawstwem fundamentów,

• wykonawstwem robót fundamentowych.

• Fundament

Najniższa część budowli, bezpośrednio

stykająca się z podłożem i przenosząca nań w

sposób

bezpieczny

ciężar własny budowli i wszelkie

jej obciążenia.

• Zasięg oddziaływania fundamentu:

W praktyce inżynierskiej przyjmuje się do głębokości

gdzie:

≤ 0,3 ·

FD_SS

– w 1

Cechy szczególne fundamentowania

• w obszarze fundamentowania spotykają się materiały

znacznie odbiegające od siebie pod względem

wytrzymałościowym



wytrzymałość na ściskanie i ścinanie

materiału podłoża gruntowego << materiału fundamentu



współczynnik sprężystości

materiału podłoża gruntowego << materiału fundamentu

(nie wytrzymuje rozciągania)



rodzaju podłoża gruntowego na ogół nie można wybierać

FD_SS

– w 1



fundamentowanie nie jest szablonowe i wymaga

odpowiedniego wybrania fundamentu pod względem:



technicznym i



ekonomicznym.



przed rozpoczęciem fundamentowania należy w

odpowiednim zakresie rozpoznać podłoże gruntowe pod

względem jego właściwości fizycznych i mechanicznych.

FUNDAMENTOWANIE

obejmuje

projektowanie i wykonawstwo

fundamentów i robót fundamentowych

w różnych warunkach gruntowo-wodnych

FD_SS

– w 1

KLASYFIKACJA FUNDAMENTÓW

Podział ze względu na głębokość posadowienia:

• płytkie,

• głębokie

Przykład

posadowienia

fundamentu

FD_SS

– w 1

FUNDAMENTY PŁYTKIE

Stosuje się wtedy, gdy:

• podłoże wytrzymałe naturalne

występuje płytko, tuż pod powierzchnią terenu, w

warstwach o dużej miąższości, lub

• podłoże występujące płytko jest sztucznie wzmocnione lub

wymienione

Klasyfikacja

• stopy,

• ławy,

• ruszty,

• płyty,

• skrzynie,

• bloki fundamentowe

oparte

bezpośrednio

na gruncie

Są to tzw.

FUNDAMENTY BEZPOŚREDNIE

FD_SS

– w 1

• fundament uważa się za płytki, gdy:

•

osiągnięcie wymaganej głębokości posadowienia

nie wymaga:



specjalnych zabiegów zabezpieczających ściany wykopu

przed osunięciem,



specjalnych metod wykonania,



uciążliwej walki z wodą

Umownie, dla fundamentów płytkich:

= 4 m

FD_SS

– w 1

FUNDAMENTY GŁĘBOKIE

Klasyfikacja

Bezpośrednie

• stopy, ławy, ruszty,

• płyty, skrzynie,

• bloki fundamentowe;

Pośrednie

• na palach,

• na studniach,

• na kesonie,

• na ścianach szczelinowych,

• na słupach

Stosuje się wtedy, gdy wytrzymałe podłoże naturalne

występuje głęboko.

D > 4 m

Osiągnięcie wymaganej głębokości

posadowienia wymaga

•

specjalnych zabiegów zabezpieczających

ściany wykopu przed osunięciem

•

specjalnych metod wykonania,

• uciążliwej walki z wodą.

przeniesienie nacisku fundamentu

na głębsze, wytrzymałe warstwy

podłoża

FD_SS

– w 1

FUNDAMENTY GŁĘBOKIE - POŚREDNIE

a) na palach,

b) na studniach,

c) na kesonie,

d) na ścianach

szczelinowych,

e) na słupach.

FD_SS

– w 1

WARUNKI

jakie powinien spełniać

FUNDAMENT

Bezpiecznie zaprojektowany fundament powinien spełniać

warunki:

•

wymaganej nośności

•

dopuszczalnych odkształceń

– osiadania,

•

właściwej stateczności

•

wytrzymałości

Nośność fundamentu zależy od:

• warunków wodno-gruntowych,

• wymiarów fundamentu.

Naprężenie

w podłożu

fundamentu

Nośność

podłoża

FD_SS

– w 1

BADANIA GRUNTÓW

Cele wykonywania badań geologicznych i geotechnicznych gruntów

• wybranie najbardziej dogodnego terenu do wykonania

projektowanej budowli,

• ustalenie w jaki sposób będą na siebie oddziaływały:



podłoże gruntowe i



budowla

w czasie jej wykonania i w czasie eksploatacji.

Badania geologiczne i geotechniczne wykonuje się w 2 etapach

• wstępnym – do założeń techniczno-ekonomicznych,

• ostatecznym – do projektu techniczno-roboczego.

W złożonych warunkach wodno-gruntowych przeprowadzane są również:

• badania kontrolne w trakcie realizacji budowy

FD_SS

– w 1

Rozpoznanie terenu na etapie wstępnym

• studia materiałów i publikacji geologicznych danego terenu,

• oględziny terenu,

• niekiedy wykonuje się

wiercenia

(głębokie wykopy, teren

osuwiskowy, itp.)

• fotointerpretacja zdjęć lotniczych

(dla większych obszarów),

Dla inwestycji o większym znaczeniu

(zapory, mosty, zakłady

przemysłowe, osiedla, itp.)

• szersze badania terenowe

(wiercenia, badania geofizyczne, itp.)

• badania laboratoryjne

(określanie cech fizycznych i mechanicznych

gruntu)

FD_SS

– w 1

Rozpoznanie terenu do projektu techniczno-roboczego

• wykorzystuje się badania szczegółowe z etapu wstępnego,

• ostateczne wyniki prac terenowych i laboratoryjnych do

projektów technicznych opracowuje się w formie

dokumentacji geologiczno-inżynierskiej

lub

orzeczenia geotechnicznego

FD_SS

– w 1

Otwory badawcze

doły próbne otwory wiertnicze

• dają obraz:



uwarstwienia gruntu,



warunków wodnych,

• umożliwiają pobranie próbek

NNS

• umożliwiają pobranie próbek gruntu:



z większych głębokości,



poniżej zwierciadła wody gruntowej.

FD_SS

– w 1

Przyrządy wiertnicze

a) szlamówka – do wiercenia w gruntach nawodnionych,

b) świder spiralny – do gruntów suchych i zbitych,

c) łyżka rurowa (szypa) – do iłów, glin i gruntów mieszanych,

d) świder łyżka – do twardych iłów i margli,

e) dłuto – do przewiercania skał i rozbijania głazów,

f) Grajcar – do wyciągania mniejszych kamieni.

FD_SS

– w 1

Zasady ustalania głębokości wierceń

• wiercenia powinny obejmować strefę oddziaływania

fundamentu

0,3·

Ponadto:

1. gdy roboty budowlane będą wykonywane poniżej

spodziewanego poziomu występujących głębiej wód

naporowych

wiercenia należy wykonać do warstwy

zawierającej wody naporowe.

Wiercenia można zakończyć na płytszym poziomie, na którym ciężar
wyżej leżących warstw gruntu będzie równoważyć napór wody.

FD_SS

– 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,

głębokość wierceń powinna być większa o 5,0 m

od poziomu posadowienia podstawy pali, studni

lub kesonu.

głębokość wiercenia nie powinna być mniejsza

od sumy głębokości posadowienia budynku

i jego szerokości w rzucie poziomym.

FD_SS

– 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 głębokości

większej o 30% w stosunku do wierceń pozostałych.

FD_SS

– w 1

Rozmieszczenie otworów badawczych

• rozmieszczenie otworów badawczych powinno umożliwiać

wykreślenie charakterystycznych przekrojów geologicznych

pod całą budowlą.

• na etapie szczegółowym i w

złożonych warunkach gruntowych,

maksymalny odstęp pomiędzy

otworami

30 m

FD_SS

– w 1

• dla zapór ziemnych i obwałowań o wysokości < 6 m, otwory

sytuuje się wzdłuż osi zapory.

rozstaw wierceń przyjmuje się w granicach

(50 ÷ 300)m

• przy wysokościach zapór lub obwałowań > 6 m, stosuje się

otwory wg tabeli:

FD_SS

– w 1

Opis gruntów podczas wykonywania otworów

badawczych

W czasie wykonywania wierceń lub dołów próbnych, grunty

opisuje się makroskopowo, zapisując:

• głębokość pobrania próbek,
• opór gruntu przy wierceniu,
• nacisk na rury osłonowe,
• obserwacje poziomu wody.

Dane te wpisuje się do metryki otworów.

FD_SS

– w 1

Próbki gruntu

• próbki

pobiera się do skrzynek – z każdej warstwy, ale nie

rzadziej niż co 1 m,

• próbki

pobiera się do słoików – co zmianę warstwy – tylko

dla gruntów spoistych,

• próbki

NNS

pobiera się do cylindrów:



z warstw istotnych dla pracy fundamentu

(do głębokości

równej

1,5 B

)



z warstw głębszych, jeżeli mają niewielką nośność

• próbki wody gruntowej w celu określenia składu chemicznego

FD_SS

– w 1

Sondowanie

• stan

gruntów niespoistych

–

stopień zagęszczenia – określa
się stosując sondy:



stożkowe,



krzyżakowe,



cylindryczne.

• stan

gruntów spoistych

określa

się sondą cylindryczną.

a) sonda wbijana – ITB-ZW,

b) sonda cylindryczna – SPT,

c) wykres sondowania sondą krzyżakową – ITB-ZW

FD_SS

– w 1

Sonda krzyżakowa – badanie gruntów słabych

Schemat ścinania gruntu sondą ITB-ZW

Dla słabych gruntów

= 0,

zatem

(opór ścinania = spójności)

(mad, mułów i torfów)

FD_SS

– w 1

Badania presjometryczne

Zasada badań presjometrem

mierzymy deformacje ścianki

otworu wiertniczego w

wyniku przyłożenia do niej

określonego obciążenia

poziomego, kołowo-

symetrycznego

Mierzymy wielkość ciśnienia płynu

oraz wzrost objętości komory, czyli

deformację objętościową otworu.

wyniki:

•

moduł odkształcenia,

• naprężenie graniczne,

• naprężenie dopuszczalne.

FD_SS

– w 1

Wyniki badań

presjometrem

1. Presjometryczny moduł

odkształcenia

(

)

–

współczynnik odkształcenia sondy

zależny od średniej objętości płynu

doprowadzonego do komory pomiarowej

2. Edometryczny moduł

ściśliwości

p ,

– wyznaczamy z rysunku

FD_SS

– w 1

3. Naprężenie dopuszczalne

dop

(

–

) / 3 +

–

naprężenie graniczne określone z wykresu,

– naprężenie pierwotne – poziome i pionowe na głębokości

wykonywania pomiarów,

–

współczynnik nośności, zależny

od rodzaju i głębokości

posadowienia, rozmiaru i kształtu fundamentu oraz

rodzaju gruntu (

0,8÷3,0)

FD_SS

– w 1

FUNDAMENTOWANIE

w różnych warunkach geologicznych

• grunty skaliste:

• twarde

–

> 5 MPa,

moduł ściśliwości

2·10

÷10

MPa,

• miękkie

–

≤ 5 Mpa,

moduł ściśliwości -

÷4·10

MPa,

• zwietrzałe, spękane, wygładzone, 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, głazy, czasami gliny,

• eolityczne: piaski wydmowe i lessy.

• grunty organiczne rodzime:

• próchnicze: piaski i pyły próchnicze,

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

• węgle brunatne i kamienne (grunty organiczne skaliste)

FD_SS

– w 1

• Skały dzięki swym właściwościom mechanicznym są najczęściej

dobrym podłożem fundamentowym,

• należy jednak zwrócić uwagę na możliwość występowania:

zwietrzenia skał

spękania

wygładzenia

uskoków

• Ogólne wytyczne fundamentowania na skałach litych:

Fundamentowanie na skałach

Posadowienie budynku

na nierównomiernie

zwietrzałej skale

Fundamentowanie na

palach w przypadku

nierównomiernie

zwietrzałej skały

Skała lita

płycej niż 1 m

pod

fundamentem

Skała lita głębiej

niż 4 m pod

fundamentem

FD_SS

– w 1

Fundamentowanie na gruntach akumulacji lodowcowej

Piaski skonsolidowane przez lodowce –

= 0,7÷1,0,

Piaski nie skonsolidowane –

= 0,5÷0,7

Duży wpływ na nośność podłoża ma wartość ciśnienia

spływowego wody przy przepływie z dołu do góry.

Kurzawka może powstać również wtedy gdy w dnie wykopu zamiast pyłu zalegają piaski

drobne i pylaste, zawierające cząstki koloidalne – iłowe.

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

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

kurzawką właściwą

–

obniżamy poziom zwierciadła wody za pomocą studni depresyjnych (rys. b).

Przy wykopach poniżej poziomu zwierciadła wody

gruntowej, gdy w dnie wykopu mamy grunt mało

przepuszczalny, a pod nim bardziej przepuszczalna

warstwa wodonośna (rys. a) – może nastąpić

rozluźnienie pyłu i powstanie tzw.

kurzawki pozornej

Pompowanie wody

bezpośrednio z dna wykopu

FD_SS

– 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

• Reguła

grunty organiczne

z wyjątkiem piasków próchniczych

i torfów interglacjalnych są bardzo

słabe i

nie nadają się

posadowienia na nich budowli

Dylatacja

w przypadku

wystąpienia

soczewki torfu

FD_SS

– w 1

GRUNTY BUDOWLANE

tworzywo zewnętrznych warstw skorupy ziemskiej:

- znajdujące się w zasięgu wpływu obciążeń od

obiektów budowlanych lub

- używane jako materiał do budowli ziemnych:

- nasypów

- wykopów

warunek:

Wznoszone obiekty budowlane powinny przekazywać

obciążenia na podłoże gruntowe

w sposób bezpieczny

- przemieszczenia elementów obiektu

dopuszczalnych

- odkształcenia elementów obiektu

dopuszczalnych

- zachowana stateczność podłoża gruntowego