WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

AKADEMII TECHNICZNO - ROLNICZEJ

W BYDGOSZCZY

MECHANIKA GRUNTÓW

ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z POSADOWIENIA BEZPOŚREDNIEGO NR 1B

SPIS TREŚCI

1. Komentarz wyników otrzymanych w programie STOPA 3-6

1. Projektowanie z uwzględnieniem warunków posadowienia na gruncie niespoistym dla warstwy pierwszej 3

1.2 Projektowanie fundamentu na styku warstw 1 i 2. 3

1.3 Wyniki projektowania z programu STOPA 4-8

1.4 Porównanie i wnioski. 9-10

2. Analiza funkcji wybranej zmiennej 11-13

2.1 Określenie wyboru zmiennych 11

2.2 Zestawienie tablic wartości otrzymanych w programie STOPA 12

2.3 Porównania i wnioski 13

1. Komentarz wyników otrzymanych w programie STOPA.

1. Projektowanie z uwzględnieniem warunków posadowienia na gruncie niespoistym dla warstwy pierwszej.

Poddając analizie komputerowej przykład z pierwszej części projektowania posadowienia bezpośredniego dla zadanej ławy fundamentowej posadowionej na gruncie niespoistym dokonuję dwóch rodzajów obliczeń:

Pierwszy przypadek mający na celu porównanie wartości otrzymanych dla pierwszej warstwy, którą w niniejszym przykładzie stanowią trzy połączone warstwy PdH, Gp i Pd, na którym ustalono rzeczywisty poziom posadowienia.

Aby móc przyjąć dla połączonych warstw 1,2 i 3 gęstość objętościową jak dla piasku drobnego, dla którego podany był stopień zagęszczenia, należało zwiększyć miąższość warstwy zastępczej w celu rekompensaty wynikającej z przyjęcia innej, (w tym przypadku mniejszej na odcinku 0.7m dla Gp i większej na odcinku 0.3m dla PdH) gęstości oraz przyjąć odpowiedni poziom posadowienia. Głębokość posadowienia wyznaczono z następującej zależności:

0,7*2,20+0,3*1,55=2,005;

miąższość Gp * gęstość obj. Gp + miąższość PdH * gęstość obj. PdH = 2,005

2,005=1,65*D;

2,005= gęstość obj. Pd * miąższość zastępcza połączonych warstw PdH i Gp (głębokość posadowienia)

D=D_min=1,22m

głębokość posadowienia

Uwzględniono wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych. Wynika to z potrzeby uwzględnienia współczynnika korekcyjnego 0,75*0,81=0,61 dla analizowanej ławy fundamentowej posadowionej na gruncie niespoistym.

1.2 Projektowanie fundamentu na styku warstw 1 i 2.

Drugi przypadek mający na celu porównanie wartości otrzymanych dla drugiej i trzeciej warstwy. Wynika to z potrzeby uwzględnienia współczynnika korekcyjnego 0,81 dla warstw gruntów zalegających poniżej warstwy gruntu niespoistego, na której dokonano posadowienia.

Dla tak przyjętych wartości okazało się, że przyjęte wymiary fundamentu B=1,20m i h=0,4m są przyjęte poprawnie, jest spełniony warunek nośności.

Nazwa przykladu : lawa charakterystyczne

Ilosc warstw K 3

Rodzaj fundamentu Rf : 2

1 - stopa

2 - lawa

3 - kolowy

Glebokosc posadowienia D [ m ] 1.22

Glebokosc poziomu wody Dw [ m ] 20.00

Wsp. korekcyjny wg normy (p. 3.3.4) m [ ] 0.61

Warstwa nr 1 Warstwa nr 2 Warstwa nr 3

───────────────────────────────────────────────────

Gestosc gruntu obl. G [ kN/m3 ] 16.50 21.00 20.00

Kat tarcia obl. Fi [ Deg ] 30.50 18.00 10.50

Spojnosc gruntu obl. C [ kPa ] 0.00 30.00 50.00

Grubosc warstwy Zg [ m ] 2.70 1.00

Modul scis.pierwot. Mo [ MPa ] 60.00 35.00 25.00

Modul scis. wtornej M [ MPa ] 75.00 46.67 31.25

Wsp. wg normy (p. 3.4.6) Rs [ ] 1.00 0.50 0.50

Obliczeniowa sila pionowa Nr [ kN ] 348.00

Obliczen. moment zgin. w kier.L Mrl [ kNm ] 0.00

Obliczen. sila pozioma w kier.L Trl [ kN ] 0.00

Odleglosc sily pion.od osi fund. fm [ m ] 0.00

Min. glebokosc posad. fundamentu Dm [ m ] 1.22

Obc. dlugotrwale/Obc. calkowite Pd [ ] 1.00

Szerokosc fundamentu B [ m ]

Dlugosc fund.(dla lawy szer.B) L [ m ] 1.20

Wysokosc fundamentu h [ m ] 0.40

Srednica fundamentu kolowego Df [ m ]

Czas trwania bud.(od wykon. wykopu) Il [Lata] 2.00

Ilosc sasiednich obc. powierzchn. kq : 0

Ilosc sasiednich sil skupionych kp : 0

WYNIKI OGOLNE FUNDAMENTU , DLA WYMIAROW PONIZEJ RZYJETO POPRAWNIE

Dlugosc fundamentu L= 1.20 [m]

Wysokosc fundamentu h= 0.40 [m]

OPORY PODLOZA I NAPREZENIA

Naprezenie srednie Gko= 0.316 [MPa]

Naprez.pod naroznikiem fund.-max. G11= 0.316 [MPa]

Naprez.pod naroznikiem fund.-min. G22= 0.316 [MPa]

Obliczeniowy opor graniczny podloza grunt. w poziomie posad. fund. mq*Q= 0.40 [MN]

Obliczeniowy opor graniczny podloza grunt.w poz. styku warstwy 1i2 mq*Qz= 0,90 [MN]

OSIADANIE

Calkowite osiadanie fundamentu S= 1.12[cm]

Osiadanie fund. jakie nastapi do czasu zakonczenia budowy Sr= 0.77[cm]

Nazwa przykladu : lawa obliczeniowe

Ilosc warstw K 3

Rodzaj fundamentu Rf : 2

1 - stopa

2 - lawa

3 - kolowy

Glebokosc posadowienia D [ m ] 1.22

Glebokosc poziomu wody Dw [ m ] 20.00

Wsp. korekcyjny wg normy (p. 3.3.4) m [ ] 0.81

Warstwa nr 1 Warstwa nr 2 Warstwa nr 3

───────────────────────────────────────────────────

Gestosc gruntu obl. G [ kN/m3 ] 14.85 18.90 18.00

Kat tarcia obl. Fi [ Deg ] 30.50 16.20 9.45

Spojnosc gruntu obl. C [ kPa ] 0.00 27.00 45.00

Grubosc warstwy Zg [ m ] 2.70 1.00

Modul scis.pierwot. Mo [ MPa ] 60.00 35.00 25.00

Modul scis. wtornej M [ MPa ] 75.00 46.67 31.25

Wsp. wg normy (p. 3.4.6) Rs [ ] 1.00 0.50 0.50

Obliczeniowa sila pionowa Nr [ kN ] 348.00

Obliczen. moment zgin. w kier.L Mrl [ kNm ] 0.00

Obliczen. sila pozioma w kier.L Trl [ kN ] 0.00

Odleglosc sily pion.od osi fund. fm [ m ] 0.00

Min. glebokosc posad. fundamentu Dm [ m ] 1.22

Obc. dlugotrwale/Obc. calkowite Pd [ ] 1.00

Szerokosc fundamentu B [ m ]

Dlugosc fund.(dla lawy szer.B) L [ m ] 1.20

Wysokosc fundamentu h [ m ] 0.40

Srednica fundamentu kolowego Df [ m ]

Czas trwania bud.(od wykon. wykopu) Il [Lata] 2.00

Ilosc sasiednich obc. powierzchn. kq : 0

Ilosc sasiednich sil skupionych kp : 0

WYNIKI OGOLNE FUNDAMENTU , DLA WYMIAROW PONIZEJ RZYJETO POPRAWNIE

Dlugosc fundamentu L= 1.20 [m]

Wysokosc fundamentu h= 0.40 [m]

OPORY PODLOZA I NAPREZENIA

Naprezenie srednie Gko= 0.316 [MPa]

Naprez.pod naroznikiem fund.-max. G11= 0.316 [MPa]

Naprez.pod naroznikiem fund.-min. G22= 0.316 [MPa]

Obliczeniowy opor graniczny podloza grunt. w poziomie posad. fund. mq*Q= 0.48 [MN]

Obliczeniowy opor graniczny podloza grunt.w poz. styku warstwy 1i2 mq*Qz= 0,94[MN]

OSIADANIE

Calkowite osiadanie fundamentu S= 1.14[cm]

Osiadanie fund. jakie nastapi do czasu zakonczenia budowy Sr= 0.78 [cm]

Optymalizacja

WYNIKI OGOLNE FUNDAMENTU, DLA WYMIARÓW PONIZEJ PRZYJĘTO POPRAWNIE

Dlugość fundamentu L= 1,15 [m]

Wysokosść fundamentu h= 0.40 [m]

OPORY PODLOZA I NAPREZENIA

Naprezenie srednie Gko= 0.328 [MPa]

Naprez.pod naroznikiem fund.-max. G11= 0.328 [MPa]

Naprez.pod naroznikiem fund.-min. G22= 0.328 [MPa]

Obliczeniowy opor graniczny podloza grunt. w poziomie posad. fund. mq*Q=0.38[MN]

Obliczeniowy opor graniczny podloza grunt.w poz. styku warstwy 1i2 mq*Qz= 0,88[MN]

OSIADANIE

Calkowite osiadanie fundamentu S= 1.17 [cm]

Osiadanie fund. jakie nastapi do czasu zakonczenia budowy Sr= 0.82 [cm]

Celem projektu jest obliczenie wymiarów ławy fundamentowej, naprężeń krawędziowych, obliczeniowego oporu podłoża w poziomie posadowienia i na styku pierwszej i drugiej warstwy oraz osiadań całkowitych ławy fundamentowej za pomocą programu komputerowego STOPA

Porównanie wielkości otrzymanych na podstawie pierwszej części projektu z otrzymanymi na podstawie obliczeń komputerowych.

Posadowienie bezpośrednie
		część 1A			część 1B
opory graniczne dla zaprojektowanego wymiaru ławy fundamentowej
opór graniczny w poziomie posadowienia
337kPa*1,2m*1,0m=		0,404 MN			0,40 MN
opór graniczny na styku 1 i 2 warstwy
427,1kPa*2,2m*1,0m=		0,9396 MN			0,94MN
naprężenia całkowite w poziomie posadowienia (od obciążenia obliczeniowego)
264kPa*1,2=		316,8kPa			316kPa
osiadanie fundamentu
do czasu zakończenia budowy
		0,84cm			0,78cm
całkowite
		1,14 cm			1,2 cm
przyjęta szerokość ławy fundamentowej
					z optymalizacji
		1,2m			1,15m

Wartości oporu granicznego w poziomie posadowienia, na styku 1 i 2 warstwy i całkowitych naprężeń w poziomie posadowienia uzyskane na podstawie obliczeń ręcznych i komputerowych są porównywalne, a niewielkie różnice wynikać mogą z przyjętej dokładności obliczeń lub ograniczeń programowych. Program nie traktuje ciężaru ławy i gruntu na niej zalegającego jako wartości obliczeniowej.

Wartości osiadań uzyskane obiema metodami różnią się nieznacznie. Można przyjąć, że różnica w osiadaniach całkowitych jak również różnica w osiadaniach zachodzących do czasu zakończenia budowy wynika z ograniczeń programowych. Mianowicie jako trzecia, ostatnia została wprowadzona do obliczeń warstwa iłu o niskim module ściśliwości w stosunku do warstwy zalegającej poniżej. Wyznaczona w części obliczeniowej głębokość z_max obejmowała również warstwę Ps zalegającą pomiędzy warstwami iłu. Wyznaczając przemieszczenia s przyjęto, że do chwili zakończenia procesu wznoszenia budowli zachodzi:

-dla warstw gruntów niespoistych oraz spoistych w stanie półzwartym (I_L<0,00)-100%,

- dla warstw gruntów spoistych w stanie gorszym niż półzwartym (I_L>0,00)-50%, stąd też wynikają różnice.

Warstwą decydującą o nośności okazała się warstwa Pd o I_D=0,47, określona jako warstwa 1 w obliczeniach komputerowych. Dla tej warstwy program sprawdził warunek I-go SG i ukazał w wynikach optymalizacji, że warstwa ta umożliwia poprawne dobranie minimalnego wymiaru fundamentu B= 1,15m. Wartość ta różni się nieznacznie od wymiaru przyjętego w obliczeniach ręcznych B=1,20m. Różnica ta wynika z celowego przyjęcia zaokrąglenia dziesiętnego wymiaru elementu konstrukcji zastosowanego w pierwszej części projektu w celu ułatwienia prac wykonawczych.

Kształt fundamentu, niezmienność charakteru i wielkości obciążenia oraz warunków gruntowych w rozpatrywanym czasie tłumaczy stałą wartość naprężeń pod narożnikami fundamentu.

2. Analiza funkcji wybranej zmiennej.

2.1 Określenie wyboru zmiennych.

Parametry geotechniczne ustalono metodą B na podstawie rodzaju lub kategorii gruntu oraz stopnia zagęszczenia I_D lub stopnia plastyczności I_L.

W zależności od I_D zmieniają się wartości _u⁽ⁿ⁾, M_o⁽ⁿ⁾ i E_o⁽ⁿ⁾ dla gruntów niespoistych oraz w zależności od I_L zmieniają się wartości _u⁽ⁿ⁾, M_o⁽ⁿ⁾, E_o⁽ⁿ⁾ czy c_u⁽ⁿ⁾ dla gruntów spoistych.

Na podstawie wykresu zależności _u⁽ⁿ⁾=f(I_D) zamieszczonego w normie, zauważyć można, że dla Pd o I_D z przedziału 0,2-1,0 kąt tarcia wewnętrznego zmienia się w granicach od 29⁰ do 33⁰. Należy pamiętać, że wraz ze zmianą I_D zmieniają się równocześnie inne parametry geotechniczne.

Na przykład moduł ściśliwości pierwotnej M_o⁽ⁿ⁾ dla I_D z przedziału 0,2-1,0 zmienia się w granicach od 36MPa do 140MPa. Zmienne te są zależne.

Poddaję analizie zmienne: kąt tarcia wewnętrznego i moduł ściśliwości pierwotnej warstwy pierwszej -piasku drobnego.

Celem analizy jest pokazanie jaki wpływ na nośność fundamentu mają zmiany modułu ściśliwości pierwotnej i kąta tarcia wewnętrznego.

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

                                                                                

2.3 Porównania i wnioski

Kąt tarcia wewnętrznego.

Przy stałej wartości siły pionowej działającej na fundament Nr=348kN, stałych wielkościach wysokości h=0,4m i długości ławy fundamentowej B=1m, zmienia się kąt tarcia wewnętrznego.

Zmienna ma decydujący wpływ na nośność fundamentu. Zwiększenie kąta tarcia o 4,05^o powoduje zmniejszenie wymiaru fundamentu o 0,46m . Zwiększenie kąta tarcia powoduje zwiększenie nośności fundamentu. Wartość obliczeniowego oporu granicznego podłoża gruntowego w poziomie posadowienia fundamentu i w poziomie styku warstwy 1 i 2 maleje wraz ze wzrostem kąta tarcia. Prawidłowe określenie tej zmiennej ma podstawowe znaczenie.

Analiza naprężeń średnich i osiadania w zależności od zmiany kąta tarcia wewnętrznego staję się niemożliwa, ze względu na to, że ze zmiana kąta tarcia oznacza zmianę I_D. Ze zmianą stanu gruntu wiąże się zmiana gęstości gruntu. W danym przykładzie gęstość rozpatrywanej warstwy ma stałą wartość. Na osiadanie ma z kolei wpływ wartość modułu ściśliwości zmieniająca się wraz ze zmianą I_D. W danej analizie przyjęto stałą jego wartość.

Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej.

Przy stałej wartości siły pionowej działającej na fundament Nr=348kN, stałych wielkościach wysokości h=0,4m i długości ławy fundamentowej B=1m, zmienia się moduł ściśliwości pierwotnej.

Zmienna ta ma wpływ odwrotnie proporcjonalny na wielkość osiadania. Z przedstawionej analizy wynika, że zmiana wartości M_o⁽ⁿ⁾ o 104,04 MPa wpływa zasadniczo na osiadanie fundamentu, które ze wzrostem wartości czynnika o przedstawioną wartość maleje o 0,51cm. Zmiana modułu ściśliwości pierwotnej wpływa na wymiary fundamentu, opór i naprężenia poprzez to, że ze zmianą M_o⁽ⁿ⁾ zmienia się I_D. Zmiana I_D prowadzi do zmiany gęstości gruntu i kąta tarcia wewnętrznego, na podstawie których wyznaczane są opisywane wielkości. W danej analizie I_D, gęstość warstwy i kąt tarcia mają stałą wartość, co tłumaczy stałą wartość szerokości ławy fundamentowej, oporu granicznego gruntu i naprężeń średnich.

1

---