Mechanika gruntów i fundamentowanie
ÅšCIANKI SZCZELNE
Ćwiczenie projektowe nr 4.
Projektowanie ścianki szczelnej.
(wykop umocniony metalową ścianka szczelną; rozkład parcia i odporu od gruntu, obliczenie ścianki metodą analityczno  graficzną BLUMA,
wymiarowanie ścianki dla różnych schematów statycznych)
1. Åšcianki szczelne
- lekkie konstrukcje oporowe złożone z podłużnych elementów (drewnianych, żelbetowych,
stalowych lub PCV) zagłębianych w grunt ściśle jeden obok drugiego. Całość stanowi
szczelną płytę obciążoną siłami poziomymi, a niekiedy również pionowymi.
Zastosowanie:
" jako podtrzymywanie ścian wykopów lub uskoków terenu
" budowle oporowe w budownictwie hydrotechnicznym (wzmacnianie nabrzeży
portowych, umocnienia brzegowe, przyczółki mostowe, ściany oporowe)
" jako zabezpieczenie od przenikania wody z górnego poziomu do dolnego przez
podłoże, zabezpieczenie przed zjawiskami sufozji, kurzawki  rozmycia dna
wykopu
(zastosowanie ścianki szczelnej powoduje przecięcie drogi filtracji lub jej wydłużenie i
zmniejszenie średniej wartości spadku hydraulicznego, a tym samym prędkości filtracji i
ciśnienia spływowego)
" w posadowieniach bezpośrednich budowli na gruntach nawodnionych, jako
wygrodzenie podłoża fundamentów budowli i ochrona przed wypłukiwaniem
najdrobniejszych czÄ…stek gruntu
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 2
Głębokość wbicia:
Zależy od:
" głębokości wykopu lub uskoku terenu
" rodzaju podłoża poniżej dna wykopu
(w gruntach kamienistych lub zawierających duże kamienie lub inne przeszkody stosuje się
mniejsze głębokości wbicia)
" warunków gruntowo  wodnych
(głębokość wbicia może wynikać z konieczności zagłębienia ścianki w gruntach
nieprzepuszczalnych, aby uniemożliwić przepływ wody gruntowej pod ścianką)
" wielkości obciążeń przekazywanych na ściankę szczelną
(parcie gruntu i wody, obciążenie naziomu, obciążenie podłoża w sąsiedztwie ścianki
fundamentami istniejÄ…cych budowli)
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 3
Rodzaje ścianek szczelnych ze względu na elementy z których są
wykonane (brusy, grodzie):
" drewniane
" stalowe
" żelbetowe
" z tworzyw sztucznych
Wykonywanie ścianek
szczelnych:
- wprowadzenie grodzi w grunt
- zakładanie bloku kotwiącego
- kotwienie
- niwelowanie terenu za ściana oraz
wybieranie gruntu przed ścianą
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 4
Stalowe elementy ścianek szczelnych:
Rys. Profile brusów stalowych.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 5
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 6
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 7
Brus Klöckner.
zamek
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 8
Schematy pracy ścianek szczelnych:
Ścianki szczelne niepodparte, utwierdzone w gruncie, ich stateczność zapewnia
odpowiednio duża głębokość wbicia poniżej dna wykopu.
Rys: A) wspornikowy
Åšcianki szczelne podparte, jedno  lub wielokrotnie. Podparcie realizuje siÄ™ poprzez:
rozpory (możliwe w wykopach wąskich), kotwy gruntowe, ściągi (cięgna) przenoszące
obciążenia ze ścianki na elementy kotwiące (płyty, bloki kotwiące, ścianki kotwiące,
palowe układy kozłowe). Głębokość wbicia ścianek podpartych może być zróżnicowana:
- przegubowe podparcie w gruncie, minimalna głębokość wbicia wynikająca z warunku stateczności
- utwierdzenie w gruncie.
Rys: B) ścianka zakotwiona
Rys: C) z zastosowaniem rozpór
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 9
Parcie i odpór w gruncie:
" Stan spoczynkowy, nie ma
przemieszczenia poziomego ściany
"x = 0;ÃÅ‚z = Å‚ Å" z;ÃÅ‚x = ÃÅ‚y = Å‚ Å" z Å" Ko
Ko  współczynnik rozporu bocznego;
" Odsuwanie ściany od gruntu
"x = -xa;Ãa = Å‚ Å" z Å" Ka - 2c Ka
" Dociskanie ściany do gruntu
"x = +xp;Ãp = Å‚ Å" z Å" Kp + 2c Kp
Rys. Zależność parcia gruntu od przemieszczeń ściany, zapuszczonej pionowo poniżej naziomu gruntu.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 10
Stany graniczne Rankine a
Stany graniczne naprężeń, odnoszące się do parć gruntu na idealnie gładką pionową ścianę
przy nieobciążonym naziomie poziomym.
Rozkład parcia i odporu granicznego wg Rankine a:
Podłoże jednorodne:
ea (z) = Å‚ Å" z Å" Ka
ep(z) = Å‚ Å" z Å" Kp
ea (z) = Å‚ Å" z Å" Ka - 2Å"c Å" Ka
ep(z) = Å‚ Å" z Å" Kp + 2Å"c Å" Kp
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 11
Podłoże
uwarstwione:
ea1 = Å‚1 Å" z1 Å" Ka1 - 2 Å"c1 Å" Ka1 ep1'= 2Å"c1 Å" Kp1
ea2'= Å‚1 Å" z1 Å" Ka2 - 2 Å"c2 Å" Ka2 ep1''= Å‚1 Å" z1 Å" Kp1 + 2Å" c1 Å" Kp1
ea2''= (Å‚1 Å" z1 + Å‚2 Å" z2)Å" Ka2 - 2 Å"c2 Å" Ka2 ep2'= Å‚1 Å" z1 Å" Kp2 + 2Å"c2 Å" Kp2
ep2''= (Å‚1 Å" z1 + Å‚2 Å" z2)Å" Kp2 + 2Å" c2 Å" Kp2
Obciążenie naziomen q:
+ q Å" Kai + q Å" Kpi w każdej warstwie
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 12
Parcie i odpór w gruncie:
Przykład:
" ścianka szczelna pionowa
" poziomy naziom
" obciążenie na naziomie
q Å" Ka > 2Å"cÅ" Ka
działające pionowo
" gładka powierzchnia
kontaktu ścianki z gruntem,
kÄ…t tarcia ´ = 0
´
´
´
q Å" Ka < 2Å"cÅ" Ka
Rys. Schematy obliczeniowe:
a), b) dla parć czynnych
c) dla parć biernych
d) oznaczenia i znakowanie kątów
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 13
Projektowanie ścianek szczelnych:
" metody analityczne (najczęściej stosowana metoda Bluma i
Jenne)
" metody analityczno  wykreślne (metoda Bluma)
Parcie i odpór gruntu w tych metodach przyjmuje się wg klasycznej
metody Coulomba, pomija się na korzyść bezpieczeństwa, tarcie gruntu
o ściankę szczelną.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 14
Tok postępowania podczas projektowania ścianki szczelnej:
1. Zestawienie parametrów geotechnicznych.
(charakterystyczne obciążenia i charakterystyczne wartości parametrów
geotechnicznych gruntu)
2. Obliczenie czynnego oraz biernego parcia gruntu na ściankę oraz parcia
wody.
JEDNOSTKOWE PARCIE CZYNNE:
ea (z) = q Å"Ka + Å‚ Å"z Å"Ka - 2Å"cÅ" Ka
JEDNOSTKOWE PARCIE BIERNE:
ep(z) = q Å"Kp + Å‚ Å"z Å"Kp + 2Å"cÅ" Kp
gdzie:
z  głębokość poniżej naziomu [m],
ł  ciężar objętościowy gruntu [kN/m3], dla gruntu poniżej zwg - ł ,
c  spójność gruntu,
Ka, Kp  współczynnik parcia,
Ć - kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego gruntu [º].
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 15
Tok postępowania podczas projektowania ścianki szczelnej cd.:
WSPÓA
CZYNNIK PARCIA Ka:
Ć
Ka = tg2(45o - )
2
WSPÓA
CZYNNIK PARCIA Kp:
Ć
Kp = tg2(45o + )
2
gdzie:
Ć - kÄ…t tarcia wewnÄ™trznego gruntu [º].
3. Sporządzenie wykresów parcia czynnego, biernego oraz wypadkowego.
" Wyznaczenie z wykresu parć wypadkowych położenia punktu gdzie
wypadkowe parcie równe jest zero  u.
" Zastąpienie pola powierzchni wykresów parcia wypadkowego siłami
skupionymi w środku obliczeniowym paska.
4. Wykreślenie wieloboku sił.
5. SporzÄ…dzenie wieloboku sznurowego.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 16
Tok postępowania podczas projektowania ścianki szczelnej cd.:
6. Wyznaczenie momentów zginających i sił w elementach podpierających
(rozporach, kotwach, ściągach).
" Wykreślenie zamykającej w zależności od sposobu podparcia ścianki szczelnej w
gruncie:
ÅšCIANKA JEDNOKROTNIE KOTWIONA WOLNO PODPARTA W GRUNCIE
(Rys. 4a.):
Maksymalny moment zginajÄ…cy:
Mmax = mmax Å"Ho
mmax , H  odczytane z rysunku,
RA  odczytane z wieloboku sił.
Głębokość wbicia ścianki szczelnej:
t = u +1,2Å" x
x  odległość od punktu  zerowych parć wypadkowych do spodu paska, w obrębie
którego jest punkt styczności zamykającej z wielobokiem sznurowym.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 17
Tok postępowania podczas projektowania ścianki szczelnej cd.:
ÅšCIANKA JEDNOKROTNIE KOTWIONA UTWIERDZONA W GRUNCIE
(Rys. 4b.):
Maksymalny moment zginajÄ…cy:
Mmax = mmax Å"Ho
mmax , H  odczytane z rysunku,
RA  odczytane z wieloboku sił.
Głębokość wbicia ścianki szczelnej:
t = u +1,2Å" x
x  odległość od punktu  zerowych parć wypadkowych do poziomu spodu paska, w
obrębie którego poprawiona zamykająca przecina wielobok sznurowy.
7. Wymiarowanie elementów ścianki szczelnej i kotew na podstawie RA, Mmax, t.
8. Obliczenia zakotwienia.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 18
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 19
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 20
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 21
Literatura:
1. Zarys geotechniki  Zenon Wiłun, Wydawnictwa Komunikacji i A
ączności, Warszawa 1987
2. Fundamentowanie  Zbigniew Grabowski, Stanisław Pisarczyk, Marek Obrycki, Oficyna
wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999
3. Wybrane zagadnienia z fundamentowania  Przykłady obliczeń - Marek Obrycki, Stanisław
Pisarczyk, Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000
4. Fundamentowanie  Projektowanie posadowień  pod redakcją Czesława Rybaka, Olgierd
Puła, Czesław Rybak, Włodzimierz Sarniak, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2009
5. Zbiór zadań z mechaniki gruntów - Marek Obrycki, Stanisław Pisarczyk, Oficyna wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1995.
6. PN  81/B  03020 - Posadowienie bezpośrednie budowli, Obliczenia statyczne i projektowanie.
7. PN  83/B  03010  Åšciany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
8. PN  68/B  03010  Åšciany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie p.4.2.4.
PROJEKT 4 / Åšcianki szczelne
PP/2010 Barbara Filipowicz 22