WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
im. Jarosława Dąbrowskiego
Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji
FUNDAMENTOWANIE
SEMESTR IV
ĆWICZENIE nr3 Fundament na palach
Studenci:
Osoba sprawdzająca: mgr inż. Adam Trześniowski
Dane:
Typ pali: pale stalowe z profili wbijane
Średnica pali d =55cm
Długość pala l = 14 m
Głębokość posadowienia D = 2,80 m
Wymiary fundamentu L = 9,80 m
B = 4,00 m
h = 2,10 m
Obciążenia: P = 6000 kN
ry = 0,70 m
My = 3800kNm
Warstwa | Nazwa gruntu oraz pochodzenie lub wilgotność | Miąższość warstwy | Stopień zagęszczenia IL lub stopień plastyczności ID |
---|---|---|---|
1 | Gp | C | 1,9 |
2 | NN | W | 2,4 |
3 | Ip | D | 3,2 |
4 | Gp | B | 3,0 |
5 | Ps | MW | 1,9 |
6 | Pd | W | >2,2 |
Obliczenia ciężaru fundamentu:
γzelb = 25kN/m3
G = B × L × h × γzelb = 4, 0 × 9, 8 × 2, 1 × 25 = 2058 kN
Obliczenie ciężaru gruntu nad fundamentem:
γg = 22kN/m3 (glina piaszczysta, średniospoista, twardoplastyczna, wg PN-B-02001)
Gg = B × L × (D−h) × γg = 4, 0 × 9, 8 × (2,8−2,1) × 22 = 604 kN
Mimośród:
$$e_{x} = \frac{M_{y} + P \times r_{x}}{P + G + G_{g}} = \frac{3800 + 6000 \times 0}{6000 + 2058 + 604} = 0,439\ m$$
$$e_{y} = \frac{M_{x} - P \times r_{y}}{P + G + G_{g}} = \frac{0 - 6000 \times 0,7}{6000 + 2058 + 604} = - 0,485\ m$$
Wyznaczam q:
$$q = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 \mp \frac{6e_{y}}{L} \mp \frac{6e_{x}}{B} \right)$$
$$q_{1} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 + \frac{6e_{y}}{L} + \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 + \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} + \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 301\ kPa$$
$$q_{2} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 + \frac{6e_{y}}{L} - \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 + \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} - \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 10\ kPa$$
$$q_{3} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 - \frac{6e_{y}}{L} - \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 - \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} - \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 141\ kPa$$
$$q_{4} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 - \frac{6e_{y}}{L} + \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 - \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} + \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 432\ kPa$$
Wyznaczam nośność pojedynczego pala:
Pole podstawy:
$$A_{p} = \pi \times ({\frac{d}{2})}^{2} = 3,14 \times \left( \frac{0,55}{2} \right)^{2} = 0,238\ m^{2}$$
Obliczeniowa nośność pala wciskanego:
$$N_{T} = N_{P} + N_{s} = S_{p} \times q^{(r)} \times A_{p} + \sum_{}^{}{S_{\text{si}} \times t_{i}^{(r)} \times A_{\text{si}}}$$
Np − opor podstawy pala, kN
Ns − opor pobocznicy pala wciskanego, kN
Wyznaczam hz:
$$h_{z} = 0,65 \times \frac{20 \times 1,9 + 18 \times 2,4}{19,5} = 2,71m$$
Wyznaczam hci:
$$h_{\text{ci}} = h_{c} \times \sqrt{\frac{D_{i}}{D_{o}}} = 10 \times \sqrt{\frac{0,55}{0,4}} = 11,7\ m$$
hc − gebokosc krytyczna, przyjeta na poziomie 10m
Nośność ostrza Np:
Np = Sp × q(r) × Ap
q(r) = γm × q10(r)
γm = 0, 9
q10(n) wyznaczam przez interpolacje dla warstwy nr 6 o ID = 0, 50
ID |
0,33 | 0,67 | 0,50 |
---|---|---|---|
q10(r) |
1650 | 2700 | 2159,559 |
Dla ID = 0, 51 q10(r) = 2205, 882
q11, 7(n) = q10(n) = q(n) = 2159, 559
$$q_{i} = q^{n} \times \sqrt{\frac{D_{o}}{D_{i}}} = 2159,559 \times \sqrt{\frac{0,4}{0,55}} = 1841,68\ kPa$$
q(r) = γm × q(n) = 0, 9 × 1841, 68 = 1657, 51 kPa
Dla ID = 0, 50 oraz pali stalowych z profili wbijanych Sp = 1, 0
Np = Sp × q(r) × Ap = 1, 0 × 1657, 51 × 0, 238 = 394, 49 kN
Nośność pobocznicy:
$$N_{S} = \sum_{}^{}{S_{\text{si}} \times t_{i}^{(r)} \times A_{\text{si}}}$$
Warstwa 2:
Grunt: NN, o ID = 0, 18
ti(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam t2 dla ID = 0, 18
ID |
0,18 | 0,20 | 0,33 |
---|---|---|---|
t (dla głębokości 5m) | 32 | 34 | 47 |
Stąd dla środka ciężkości drugiej warstwy (zredukowanej o miąższości hz/2 = 1,39 m )
$$t = \frac{1,39}{5} \times 32 = 8,896\ kPa$$
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i
h = h1 + h2 − D = 1, 9 + 2, 4 − 2, 8 = 1, 5 m
$$A_{\text{si}} = 2 \times \pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 1,5 = 2,59\ m^{2}$$
t2(r) = γm × t = 0, 9 * 8, 896 = 8, 006 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 3:
Grunt: Ip, D o IL = 0, 42
Przez interpolację wyznaczam t3 dla IL = 0, 42
IL |
0,0 | 0,42 | 0,50 |
---|---|---|---|
t |
50 | 29 | 25 |
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i h = 3, 2 m
$$A_{\text{si}} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 3,2 = 5,53\ m^{2}$$
$$t = \frac{(h_{z} + \frac{3,2}{2})}{5} \times 29 = \frac{(2,78 + \frac{3,2}{2})}{5} \times 29 = 25,404\ kPa$$
t3(r) = γm × t = 0, 9 × 25, 404 = 22, 864 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 4:
Grunt: Gp, B o IL = 0, 53
t(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam ts dla IL = 0, 53
IL |
0,50 | 0,53 | 0,75 |
---|---|---|---|
t |
25 | 23,32 | 11 |
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i h = 3m
$$A_{\text{si}} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 3 = 5,18\ m^{2}$$
Jako ze głębokość przekracza 5 m
t4(r) = γm × t = 0, 9 * 23, 32 = 20, 988 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 5:
Grunt: Ps, MW o ID = 0, 36
t(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam ts dla ID = 0, 36
ID |
0,33 | 0,36 | 0,67 |
---|---|---|---|
t |
47 | 49,38 | 74 |
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i h = 1, 9 m
$$A_{s} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 1,9 = 3,28\ m^{2}$$
Jako ze głębokość przekracza 5 m
t5(r) = γm × t = 0, 9 * 49, 38 = 44, 442 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 6:
Grunt: Pd, W ID o = 0,50
t(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam ts dla ID = 0, 50
ID |
0,33 | 0,50 | 0,67 |
---|---|---|---|
t |
31 | 46,5 | 62 |
Asi − pole pobocznicy pala zaglebionego w gruncie w obrebie warstwy i h = 2, 2
$$A_{s} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 2,2 = 3,799\ m^{2}$$
Jako ze głębokość przekracza 5 m
t6(r) = γm × ts = 0, 9 * 46, 5 = 41, 85 kPa
Ss = 0, 9
Nośność pobocznicy:
$$N_{S} = \sum_{}^{}{S_{\text{si}} \times t_{i}^{(r)} \times A_{\text{si}}}$$
|
|
|
|
|
6 | |
---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
0,9 | 0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Nośność pojedynczego pala:
NT = Np + Ns = 394, 49 + 504, 57 = 899, 06 kN
Obliczam liczbę pali:
$$n \geq \frac{G + G_{g} + P}{m \times N_{T}} = \frac{604 + 2058 + 6000}{0,91 \times 899,06} = 10,59$$
Przyjmuję 12 pali.
n1 = 2 pale o współczynniku m11 = 1, 0
n2 = 10 pali o współczynniku m12 = 0, 9
Wyznaczanie stref naprężeń w gruncie wokół pala
Warstwa 2 | NN | Stan gruntu |
---|---|---|
h2 | 2,4 | Bardzo Luźny |
ID |
0,18 | tanα = 0, 087 |
Warstwa 3 | Ip |
Stan gruntu |
h3 | 3,2 | Plastyczny |
IL |
0,42 | tanα = 0, 07 |
Warstwa 4 | Gp |
Stan gruntu |
h4 | 3 | Miękkoplastyczny |
IL |
0,53 | tanα = 0, 017 |
Warstwa 5 | Ps |
Stan gruntu |
h5 | 1,9 | Średnio zagęszczony |
ID |
0,36 | tanα = 0, 105 |
Warstwa 6 | Pd |
Stan gruntu |
h6 | 2,2 | Średnio zagęszczony |
ID |
0,50 | tanα = 0, 105 |
Promień stref naprężeń:
$$R = \frac{D}{2} + \sum_{}^{}{(h \times tg\alpha)}$$
$$R = \frac{0,55}{2} + \left( 2,4 \times 0,087 + 3,2 \times 0,07 + 3 \times 0,017 + 1,9 \times 0,105 + 2,2 \times 0,105 \right) = 0,91\ m$$
Sprawdzenie warunku nośności:
QT ≤ m × N
QT ≤ m × (n×Np+n×m×Ns)
QT = G + Gg + P = 2058 + 604 + 6000 = 8662 kN
m × (n×Np+n1×m11×Ns+n2×m12×Ns) = 0, 91 × (12×394,49+2×1,0×0,91×504,57+10×0,9×0,91×504,57) = 8904 kN
8662 kN ≤ 8904 kN
Warunek nośności spełniony. Fundament palowy przeniesie zadane obciążenie.
Pale Franki
Dane:
Typ pali: pale stalowe z profili wbijane
Średnica pali d =55cm
Długość pala l = 14 m
Głębokość posadowienia D = 2,80 m
Wymiary fundamentu L = 9,80 m
B = 4,00 m
h = 2,10 m
Obciążenia: P = 6000 kN
ry = 0,70 m
My = 3800kNm
Warstwa | Nazwa gruntu oraz pochodzenie lub wilgotność | Miąższość warstwy | Stopień zagęszczenia IL lub stopień plastyczności ID |
---|---|---|---|
1 | Gp | C | 1,9 |
2 | NN | W | 2,4 |
3 | Ip | D | 3,2 |
4 | Gp | B | 3,0 |
5 | Ps | MW | 1,9 |
6 | Pd | W | >2,2 |
Obliczenia ciężaru fundamentu:
γzelb = 25kN/m3
G = B × L × h × γzelb = 4, 0 × 9, 8 × 2, 1 × 25 = 2058 kN
Obliczenie ciężaru gruntu nad fundamentem:
γg = 22kN/m3 (glina piaszczysta, średniospoista, twardoplastyczna, wg PN-B-02001)
Gg = B × L × (D−h) × γg = 4, 0 × 9, 8 × (2,8−2,1) × 22 = 604 kN
Mimośród:
$$e_{x} = \frac{M_{y} + P \times r_{x}}{P + G + G_{g}} = \frac{3800 + 6000 \times 0}{6000 + 2058 + 604} = 0,439\ m$$
$$e_{y} = \frac{M_{x} - P \times r_{y}}{P + G + G_{g}} = \frac{0 - 6000 \times 0,7}{6000 + 2058 + 604} = - 0,485\ m$$
Wyznaczam q:
$$q = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 \mp \frac{6e_{y}}{L} \mp \frac{6e_{x}}{B} \right)$$
$$q_{1} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 + \frac{6e_{y}}{L} + \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 + \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} + \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 301\ kPa$$
$$q_{2} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 + \frac{6e_{y}}{L} - \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 + \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} - \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 10\ kPa$$
$$q_{3} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 - \frac{6e_{y}}{L} - \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 - \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} - \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 141\ kPa$$
$$q_{4} = \left( \frac{P + G + G_{g}}{B \times L} \right) \times \left( 1 - \frac{6e_{y}}{L} + \frac{6e_{x}}{B} \right) = \left( \frac{6000 + 2058 + 604}{4,0 \times 9,8} \right) \times \left( 1 - \frac{6 \times ( - 0,485)}{9,8} + \frac{6 \times 0,439}{4,0} \right) = 432\ kPa$$
Wyznaczam nośność pojedynczego pala:
Pole podstawy:
$$A_{p} = 1,75 \times \ \pi \times ({\frac{d}{2})}^{2} = 1,75 \times 3,14 \times \left( \frac{0,55}{2} \right)^{2} = 0,417\ m^{2}$$
Obliczeniowa nośność pala wciskanego:
$$N_{T} = N_{P} + N_{s} = S_{p} \times q^{(r)} \times A_{p} + \sum_{}^{}{S_{\text{si}} \times t_{i}^{(r)} \times A_{\text{si}}}$$
Np − opor podstawy pala, kN
Ns − opor pobocznicy pala wciskanego, kN
Wyznaczam hz:
$$h_{z} = 0,65 \times \frac{20 \times 1,9 + 18 \times 2,4}{19,5} = 2,71m$$
Wyznaczam hci:
$$h_{\text{ci}} = h_{c} \times \sqrt{\frac{D_{i}}{D_{o}}} = 10 \times \sqrt{\frac{0,55}{0,4}} = 11,7\ m$$
hc − gebokosc krytyczna, przyjeta na poziomie 10m
Nośność ostrza Np:
Np = Sp × q(r) × Ap
q(r) = γm × q10(r)
γm = 0, 9
q10(n) wyznaczam przez interpolacje dla warstwy nr 6 o ID = 0, 50
ID |
0,33 | 0,67 | 0,50 |
---|---|---|---|
q10(r) |
1650 | 2700 | 2159,559 |
Dla ID = 0, 51 q10(r) = 2205, 882
q11, 7(n) = q10(n) = q(n) = 2159, 559
$$q_{i} = q^{n} \times \sqrt{\frac{D_{o}}{D_{i}}} = 2159,559 \times \sqrt{\frac{0,4}{0,55}} = 1841,68\ kPa$$
q(r) = γm × q(n) = 0, 9 × 1841, 68 = 1657, 51 kPa
Dla ID = 0, 50 oraz pali stalowych z profili wbijanych Sp = 1, 0
Np = Sp × q(r) × Ap = 1, 0 × 1657, 51 × 0, 417 = 691, 18 kN
Nośność pobocznicy:
$$N_{S} = \sum_{}^{}{S_{\text{si}} \times t_{i}^{(r)} \times A_{\text{si}}}$$
Warstwa 2:
Grunt: NN, o ID = 0, 18
ti(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam t2 dla ID = 0, 18
ID |
0,18 | 0,20 | 0,33 |
---|---|---|---|
t (dla głębokości 5m) | 32 | 34 | 47 |
Stąd dla środka ciężkości drugiej warstwy (zredukowanej o miąższości hz/2 = 1,39 m )
$$t = \frac{1,39}{5} \times 32 = 8,896\ kPa$$
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i
h = h1 + h2 − D = 1, 9 + 2, 4 − 2, 8 = 1, 5 m
$$A_{\text{si}} = 2 \times \pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 1,5 = 2,59\ m^{2}$$
t2(r) = γm × t = 0, 9 * 8, 896 = 8, 006 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 3:
Grunt: Ip, D o IL = 0, 42
Przez interpolację wyznaczam t3 dla IL = 0, 42
IL |
0,0 | 0,42 | 0,50 |
---|---|---|---|
t |
50 | 29 | 25 |
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i h = 3, 2 m
$$A_{\text{si}} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 3,2 = 5,53\ m^{2}$$
$$t = \frac{(h_{z} + \frac{3,2}{2})}{5} \times 29 = \frac{(2,78 + \frac{3,2}{2})}{5} \times 29 = 25,404\ kPa$$
t3(r) = γm × t = 0, 9 × 25, 404 = 22, 864 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 4:
Grunt: Gp, B o IL = 0, 53
t(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam ts dla IL = 0, 53
IL |
0,50 | 0,53 | 0,75 |
---|---|---|---|
t |
25 | 23,32 | 11 |
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i h = 3m
$$A_{\text{si}} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 3 = 5,18\ m^{2}$$
Jako ze głębokość przekracza 5 m
t4(r) = γm × t = 0, 9 * 23, 32 = 20, 988 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 5:
Grunt: Ps, MW o ID = 0, 36
t(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam ts dla ID = 0, 36
ID |
0,33 | 0,36 | 0,67 |
---|---|---|---|
t |
47 | 49,38 | 74 |
Asi - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i h = 1, 9 m
$$A_{s} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 1,9 = 3,28\ m^{2}$$
Jako ze głębokość przekracza 5 m
t5(r) = γm × t = 0, 9 * 49, 38 = 44, 442 kPa
Ss = 0, 9
Warstwa 6:
Grunt: Pd, W ID o = 0,50
t(r) = γm × t
Przez interpolację wyznaczam ts dla ID = 0, 50
ID |
0,33 | 0,50 | 0,67 |
---|---|---|---|
t |
31 | 46,5 | 62 |
Asi − pole pobocznicy pala zaglebionego w gruncie w obrebie warstwy i h = 2, 2
$$A_{s} = 2\pi \times r \times h = 2 \times 3,14 \times \frac{0,55}{2} \times 2,2 = 3,799\ m^{2}$$
Jako ze głębokość przekracza 5 m
t6(r) = γm × ts = 0, 9 * 46, 5 = 41, 85 kPa
Ss = 0, 9
Nośność pobocznicy:
$$N_{S} = \sum_{}^{}{S_{\text{si}} \times t_{i}^{(r)} \times A_{\text{si}}}$$
|
|
|
|
|
6 | |
---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
0,9 | 0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Nośność pojedynczego pala:
NT = Np + Ns = 691, 18 + 504, 57 = 1195, 75 kN
Obliczam liczbę pali:
$$n \geq \frac{G + G_{g} + P}{m \times N_{T}} = \frac{604 + 2058 + 6000}{0,91 \times 1195,75} = 7,96$$
Przyjmuję 9 pali.
n1 = 9 pali o współczynniku m11 = 1, 0
Wyznaczanie stref naprężeń w gruncie wokół pala
Warstwa 2 | NN | Stan gruntu |
---|---|---|
h2 | 2,4 | Bardzo Luźny |
ID |
0,18 | tanα = 0, 087 |
Warstwa 3 | Ip |
Stan gruntu |
h3 | 3,2 | Plastyczny |
IL |
0,42 | tanα = 0, 07 |
Warstwa 4 | Gp |
Stan gruntu |
h4 | 3 | Miękkoplastyczny |
IL |
0,53 | tanα = 0, 017 |
Warstwa 5 | Ps |
Stan gruntu |
h5 | 1,9 | Średnio zagęszczony |
ID |
0,36 | tanα = 0, 105 |
Warstwa 6 | Pd |
Stan gruntu |
h6 | 2,2 | Średnio zagęszczony |
ID |
0,50 | tanα = 0, 105 |
Promień stref naprężeń:
$$R = \frac{D}{2} + \sum_{}^{}{(h \times tg\alpha)}$$
$$R = \frac{0,55}{2} + \left( 2,4 \times 0,087 + 3,2 \times 0,07 + 3 \times 0,017 + 1,9 \times 0,105 + 2,2 \times 0,105 \right) = 0,91\ m$$
Sprawdzenie warunku nośności:
QT ≤ m × N
QT ≤ m × (n×Np+n×m×Ns)
QT = G + Gg + P = 2058 + 604 + 6000 = 8662 kN
m × (n×Np+n1×m11×Ns) = 0, 91 × (9×691,18+9×1,0×0,91×504,57) = 9421 kN
8662 kN ≤ 9421 kN
Warunek nośności spełniony. Fundament palowy przeniesie zadane obciążenie.