POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA
KATEDRA GEOTECHNIKI
OBLICZENIA STATYCZNE
PROJEKT ŚCIANKI SZCZELNEJ
ŚCIANKA JEDNOKROTNIE ZAKOTWIONA
Zawartość:
obliczeń 17 stron
załączników 5 stron
Razem 22 strony
Funkcja | Tytuł zawodowy | Imię i nazwisko | Podpis |
---|---|---|---|
Projektant | student | Tomasz Turek | |
Weryfikator | dr inż. | Rafał Ossowski |
Uwagi:
Gdańsk, 15.06.2011 r.
Projekt został wykonany w ramach przedmiotu Fundamentowanie na zlecenie Katedry Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej. Jego podstawą był temat nr 31.
Celem projektu jest zaprojektowanie ścianki szczelnej jednokrotnie zakotwionej w dwóch schematach statycznych – dołem wolnopodparta oraz dołem utwierdzona przy podanych warunkach gruntowych.
obliczenie sił parcia i odporu działających w gruncie
wyznaczenie głębokości ścianki szczelnej
obliczenie maksymalnego momentu zginającego występującego w ściance szczelnej
brusów
kleszczy
ściągów
śrub
Projekt ma powstać w województwie pomorskim, w miejscowości Wejherowo, gm. Wejherowo, przy ulicy Przyjaźni 2.
Przebieg przekroju geologicznego:
Piasek drobny: ID=0,38, zalegający do głębokości 3,1 m p. p. t.
Piasek średni: ID=0,58, zalegający do głębokości 5,0 m p. p. t.
Glina pylasta: IL=0,12, zalegający do głębokości 7,6 m p. p. t.
Pospółka : ID=0,67, zalegający poniżej 7,6 m p. p. t.
Teren nieuzbrojony, płaski, inne obiekty nie występują.
Zwierciadło wody gruntowej znajduje się na głębokości:
po stronie parcia gruntu – 2,7 m p. p. t.
po stronie odporu gruntu – 8,4 m p. p. t.
Środowisko wód podziemnych jest nieagresywne. Nie występuje przepływ wody pod ścianką.
Ścianka została zaprojektowana jako konstrukcja pracująca pod obciążeniami pochodzącymi od sił parcia i odporu gruntu, parcia wody oraz obciążenia naziomu.
Obliczenia wykonano dla dwóch wariantów podparcia, stąd różne głębokości wbicia ścianek. Ścianka dołem wolnopodparta – 1,785 m wbicia (łączna wysokość ścianki: 7,585 m). Ścianka dołem utwierdzona – 3,270 m wbicia(łączna wysokość ścianki: 9,070 m).
Ścianka wolnopodparta:
Brusy – profil Larssen 600 o rozstawie 600 mm i wysokości 150 mm, stal S240,
Kleszcze – dwa ceowniki C280, stal S240,
Ściąg – średnica 36 mm,
Śruba – M20 klasa 4.8,
Przy obliczeniach statycznych ścianki szczelnej posłużono się metodą analityczną uproszczoną – wyznaczenie głębokości wbicia ścianek i momentów maksymalnych występujących w ściankach. Elementy konstrukcyjne i zakotwienie zwymiarowano w oparciu o obliczenia wytrzymałościowe. Stateczność ogólną zaś sprawdzono przy użyciu metody Kranza.
Teren przeznaczony pod wykonanie ścianki jest niezabudowany i nieuzbrojony. Najbliższa zabudowa znajduje się w odległości 300m.
PN-90/B-03000 – Projekty budowlane. Obliczenia statyczne.
PN-81/B-02000 – Obciążenia budowli. Zasady ustalania wartości.
PN-81/B-03020 – Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.
Cz. Rybak; Fundamentowanie. Projektowanie posadowień; Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2001, ISBN-83-7125-080-0
A. Krasiński; Wykłady z fundamentowania dla studiów inżynierskich
Autodesk – AutoCAD 2010
WolframAlpha – internetowy kalkulator
SPECBUD – Belka
Grunt | ID | IL | ρ | ρs | γ(n) | γs(n) | γ'(n) | n | wn | φ(n) | c0(n) | M0 | E0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- | - | g/cm3 | g/cm3 | kN/m3 | kN/m3 | kN/m3 | - | % | ° | kPa | kPa | kPa | |
Pd | 0,38 | 0,00 | 1,75 | 2,65 | 17,17 | 26,00 | 10,69 | 0,34 | 16,00 | 30,00 | 0,00 | 52000,00 | 40000,00 |
Pd | 0,38 | 0,00 | 1,90 | 2,65 | 18,64 | 26,00 | 11,61 | 0,28 | 24,00 | 30,00 | 0,00 | 52000,00 | 40000,00 |
Ps | 0,58 | 0,00 | 2,00 | 2,65 | 19,62 | 26,00 | 12,22 | 0,25 | 22,00 | 34,00 | 0,00 | 115000,00 | 95000,00 |
Gpyl | 0,00 | 0,12 | 1,90 | 2,68 | 18,64 | 26,29 | 11,68 | 0,29 | 32,00 | 20,00 | 33,50 | 48000,00 | 35000,00 |
Po | 0,67 | 0,00 | 2,05 | 2,65 | 20,11 | 26,00 | 12,52 | 0,23 | 18,00 | 40,00 | 0,00 | 195000,00 | 178000,00 |
grunt | γmin(r) | γmax(r) | γ'min (r) | γ'max(r) | Φmin(r) | Φmax(r) | c0min(n) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
kN/m3 | kN/m3 | kN/m3 | kN/m3 | ° | ° | kPa | |
Pd | 15,45 | 18,88 | 9,62 | 11,76 | 27,00 | 33,00 | 0,00 |
Pd | 16,78 | 20,50 | 10,44 | 12,77 | 27,00 | 33,00 | 0,00 |
Ps | 17,66 | 21,58 | 10,99 | 13,44 | 30,60 | 37,40 | 0,00 |
Gpyl | 16,78 | 20,50 | 10,52 | 12,85 | 18,00 | 22,00 | 30,15 |
Po | 18,10 | 22,12 | 11,27 | 13,77 | 36,00 | 44,00 | 0,00 |
ηp = 0, 70 – dla gruntu spoistego
ηp = 0, 85 – dla gruntu niespoistego
$$K_{a} = \operatorname{}\left( 45 - \frac{\phi}{2} \right)$$
$$K_{p} = \operatorname{}\left( 45 + \frac{\phi}{2} \right)$$
Warstwa I wilgotna
$$K_{a} = \operatorname{}{\left( 45 - \frac{30}{2} \right) = 0,33}$$
Warstwa I mokra
$$K_{a} = \operatorname{}{\left( 45 - \frac{30}{2} \right) = 0,33}$$
$$K_{p} = \operatorname{}{\left( 45 + \frac{30}{2} \right) =}3,00$$
Kp′ = 0, 70 • 3, 00 = 2,10
Warstwa II
$$K_{a} = \operatorname{}{\left( 45 - \frac{34}{2} \right) = 0,28}$$
$$K_{p} = \operatorname{}{\left( 45 + \frac{34}{2} \right) =}3,54$$
Kp′ = 0, 70 • 3, 54 = 2, 48
Warstwa III
$$K_{a} = \operatorname{}{\left( 45 - \frac{20}{2} \right) = 0,49}$$
$$K_{p} = \operatorname{}{\left( 45 + \frac{20}{2} \right) =}2,04$$
Kp′ = 0, 85 • 2, 04 = 1, 73
Warstwa IV
$$K_{a} = \operatorname{}{\left( 45 - \frac{40}{2} \right) = 0,22}$$
$$K_{p} = \operatorname{}{\left( 45 + \frac{40}{2} \right) =}4,60$$
Kp′ = 0, 85 • 4, 60 = 3, 22
parcie gruntu
eg1 = 15, 0 • 0, 33 = 5, 00 kPa
eg2 = (15,0+17,17•2,70) • 0, 33 = 20, 45 kPa
eg3 = (15,0+17,17•2,70+11,61•1,0) • 0, 33 = 24, 32 kPa
$$e_{g4} = 12,22\ \bullet \frac{(15 + 17,17 \bullet 2,7 + 11,61 \bullet 1,0)}{19,62} \bullet 0,28 = 12,16\ kPa$$
eg5 = 12, 84 + 12, 22 • 0, 28 • 1, 90 = 19, 40 kPa
$e_{g6} = 11,68 \bullet (\frac{15 + 17,17 \bullet 2,70 + 11,61 \bullet 1,0 + 12,22 \bullet 1,90}{11,68} - \frac{2 \bullet 33,50}{11,68 \bullet \sqrt{0,49}}) \bullet 0,49 = 0,24\ kPa$
eg8 = 0, 24 + 11, 68 • 2, 60 • 0, 49 = 15, 13 kPa
$e_{g7} = \frac{15,13 - 0,24}{2,60} \bullet 0,80 + 0,24 = 4,82\ kPa$
$e_{g9} = 12,52 \bullet \frac{15 + 17,17 \bullet 2,70 + 11,61 \bullet 1,0 + 12,22 \bullet 1,90 + 11,68 \bullet 2,60}{12,52} = 27,52\ kPa$
eg11 = 27, 52 + 12, 52 • 0, 22 • 2, 0 = 32, 96 kPa
$e_{g10} = \frac{32,96 - 27,52}{2,0} \bullet 0,81 + 27,52 = 29,69\ \text{kPa}$
parcie wody
ew1=0,00 kPa
ew2=0,00 kPa
ew3= ew4=4,18 kPa
ew5=ew6= 22,73 kPa
ew7=30,54 kPa
ew8=ew9=48,11 kPa
ew10 = 9, 81 • 5, 70 = 55, 92 kPa
suma parcia
eai=egi+ewi
ea1= 5,00 kPa
ea2= 20,45 kP
ea3= 28,50 kPa
ea4= 17,02 kPa
ea5= 42,13 kPa
ea6= 22,97 kPa
ea7= 35,36 kPa
ea8= 63,24 kPa
ea9= 75,63 kPa
ea10= 85,62 kPa
ea11= 88,88 kPa
$$e_{p7} = 33,50\ \bullet \sqrt{1,73} = 44,11\ kPa$$
ep8 = 18, 64 • 1, 8 • 1, 73 + 44, 11 = 102, 27 kPa
ep9 = 18, 64 • 1, 8 • 3, 22 = 108, 01 kPa
ep10 = 18, 64 • 1, 8 • 3, 22 = 159, 80 kPa
ep10 = 208, 17 kPa
Suma parcia i odporu:
ea1′ = ea1 = 5 kPa
ea2′ = ea2 = 20, 45 kPa
ea3′ = ea3 = 28, 50 kPa
ea4′ = ea4 = 17, 02 kPa
ea5′ = ea5 = 42, 13 kPa
ea6′ = ea6 = 22, 97 kPa
ea7′ = ea7 − ep7 = 35, 36 − 44, 11 = −8, 75 kPa
ea8′ = ea8 − ep8 = 63, 24 − 102, 27 = − 39, 03 kPa
ea9′ = ea9 − ep9 = 75, 63 − 108, 01 = − 32, 38 kPa
ea10′ = ea10 − ep10 = 85, 62 − 159, 80 = −74, 18 kPa
Wypadkowe parcia i odporu:
Ea1 − 2 = 34, 36 kN/m
Ea2 − 3 = 9, 79 kN/m
Ea4 − 5 = 56, 19 kN/m
Ea6− = 6, 65 kN/m
Ep − 7 = 0, 97 kN/m
Ep7 − 8 = 43, 00 kN/m
Ep9 − 10 = 42, 62 kN/m
$$r_{1 - 2} = \frac{2 \bullet 5 + 20,45}{5 + 20,45} \bullet \frac{2,70}{3} = 1,08\ m$$
$$r_{2 - 3} = \frac{2 \bullet 20,45 + 28,50}{20,45 + 28,50} \bullet \frac{0,40}{3} = 0,19\ m$$
$$r_{4 - 5} = \frac{2 \bullet 17,02 + 42,13}{17,02 + 42,13} \bullet \frac{1,90}{3} = 0,829\ m$$
$$r_{6 -} = \frac{0,58 \bullet 2}{3} = 0,39\ m$$
$$r_{- 7} = \frac{0,21}{3} = 0,07\ m$$
$$r_{7 - 8} = \frac{2 \bullet 8,75 + 39,03}{8,75 + 39,03} \bullet \frac{1,80}{3} = 0,71\ m$$
$$r_{9 - 10} = \frac{2 \bullet 32,38 + 74,18}{32,38 + 74,18} \bullet \frac{1,20}{3} = 0,35\ m$$
Położenie ściągu: $\frac{H}{4} = \frac{5,80}{4} = 1,45\ m$
Ramiona momentów względem punktu A:
a1 − 2 = 0, 17 m
a2 − 3 = 1, 46 m
a4 − 5 = 2, 73 m
a6− = 3, 74 m
a−7 = 4, 28 m
a7 − 8 = 5, 44 m
a9 − 10 = 6, 60 m
Funkcje odporu zależne od zagłębienia t*:
$e_{p2}\left( t^{*} \right) = \frac{39,03 - 8,75}{1,80} \bullet t^{*} = 16,82 \bullet t^{*}$
Ep1(t*) = 8, 75 • t*
$$E_{p2}\left( t^{*} \right) = \frac{e_{p}\left( t^{*} \right) \bullet t^{*}}{2} = \frac{16,82 \bullet t^{*} \bullet t^{*}}{2} = 8,41 \bullet {t^{*}}^{2}$$
Równanie momentów względem punktu A:
ΣMP = 0, 17 • 34, 36 + 1, 46 • 9, 79 + 2, 73 • 56, 19 + 6, 65 • 3, 74 = 198, 404 kNm
0, 97 • 4, 28 = 4, 15
198, 404 − 4, 15 = 194, 254
$$194,254 = 8,75\left( \frac{1}{2}t^{*} + 4,350 \right) + 8,41{t^{*}}^{2}(\frac{2}{3}t^{*} + 4,350)$$
Równanie zostało rozwiązane przy pomocy kalkulatora internetowego wolframAlpha.com:
t* = 1, 785 m
Obliczenie długości ścianki:
l = 4, 350 + 1, 45 + t = 4, 350 + 1, 45 + 2, 142 = 7, 942 m
(Obliczeń dokonano przy pomocy programu SPECBUD Belka)
Schemat statyczny:
Momenty zginające [kNm]:
Moment maksymalny: Mmax = 76, 46 kNm/m
Siła w ściągu: RA = 69, 38 kN/m
Położenie ściągu: $\frac{H}{4} = \frac{5,80}{4} = 1,45\ m$
Obliczenie reakcji w punkcie B:
$\sum_{}^{}M_{A} = 34,36 \bullet 0,17 + 9,79 \bullet 1,46 + 56,19 \bullet 2,73 + 6,65 \bullet 3,74 - R_{B} \bullet 4,35 = 0$
198, 404 = RB • 4, 35
RB = 45, 61 kN/m
Ramiona momentów względem punktu C:
cB = 0, 21 + 1, 80 + tC = 2, 81 + tC
c0 − 7 = 1, 66 + tC
c7 − 8 = 1, 5 + tC
c9 − 10 = 0, 34 + tC
c10 − 11 = tC
Funkcje odporu zależne od zagłębienia tC:
ep1(tC) = 32, 38 kPa
$$e_{p2}\left( t_{C} \right) = \frac{45,11}{1,20} \bullet t_{C} = 37,59 \bullet t_{C}$$
Ep1(tC) = 32, 38 • tC
$E_{p2}\left( t_{C} \right) = \frac{37,59 \bullet t_{C} \bullet t_{C}}{2} = 18,796 \bullet {t_{C}}^{2}$
Równanie momentów względem punktu C:
$\sum_{}^{}M_{C} = \left( - 45,61 \right) \bullet \left( 2,81 + t_{C} \right) + 0,97 \bullet \left( 2,66 + t_{C} \right) + 43 \bullet \left( 1,5 + t_{C} \right) + 42,62 \bullet \left( 0,34 + t_{C} \right) + 74,18 \bullet 0,5 \bullet {t_{C}}^{2} + 18,796 \bullet 2/3 \bullet {t_{C}}^{3} = 0$
Równanie zostało rozwiązane przy pomocy kalkulatora internetowego wolframalpha.com:
tC = 0, 67m
Zagłębienia ścianki:
t = 3, 27 • 1, 2 = 3, 924 m
(Obliczeń dokonano przy pomocy programu SPECBUD Belka)
Schemat statyczny:
Momenty zginające [kNm]:
Moment maksymalny: Mmax = −60, 94 kNm/m
Siła w ściągu: RA = 58, 33 kN/m
Mmax = 76, 46 kNm/m
Mmax(r) = 1, 2 • 76, 46 = 91, 752 kNm/m
Stal S240: fd = 24 kN/cm2
$$w_{x} = \frac{M_{\max}^{\left( r \right)}}{f_{d}} = \frac{9175,2}{24} = 382,30\ \text{cm}^{3}/m$$
Wybrano profil Larssen 600 o w = 510 cm3/m > wpotrz = 382, 30 cm3/m
s = 69, 38 kN/m
l = 2, 40 m
Mmax = 0, 1 • 69, 38 • (2•2,40)2 = 159, 852 kNm
Mkmax(r) = 1, 2 • 159, 852 = 191, 822 kNm
Stal S240: fd = 24 kN/cm2
$$w_{x} = \frac{M_{\max}^{\left( r \right)}}{2f_{d}} = \frac{19182,2}{2 \bullet 24} = 399,629\ \text{cm}^{3}/m$$
Wybrano 2 ceowniki C280 o w = 448 cm3/m > wx = 399, 629 cm3/m
s1(r) = 1, 2 • s • l = 1, 2 • 69, 38 • 2, 40 = 199, 814 kN
Stal S240: fd = 24 kN/cm2
$$A_{} = \frac{s_{1}^{\left( r \right)}}{f_{d}} = \frac{199,814}{24} = 8,326\ \text{cm}^{2}$$
Wybrano ściąg Ø36 o Ant = 10, 18 cm2 > A = 8, 326 cm2
sw(r) = 1, 2 • s • l1 = 1, 2 • 69, 38 • 0, 6 = 49, 954 kN
Wybrano śrubę M20 o klasie 4,8:
sw(r) < sRt = min(0,65•Rm•As; 0,85•Re•As) = min(0,65•420•0,1•2,45; 0,85•340•0,1•2,45) = min(66,885;70,805) = 66, 885 kN
L = 0, 2 m; h = 2, 20 m b = 1, 50 m; h1 = 0, 35 m; s(r) = 199, 814 kN; a = 2, 4 m;
$$K_{a} = 0,33;\ \ K_{\text{ph}} = 2,46;\ \ \gamma = 17,17\frac{\text{kN}}{m^{3}};\ \ \Phi = 30$$
Parcie gruntu
ea1 = (15+0,35•17,17) • 0, 33 = 6, 93 kPa
ea2 = (15+2,55•17,17) • 0, 33 = 19, 40 kPa
$$E_{a} = \frac{e_{a1} + e_{a2}}{2} \bullet h \bullet b = 43,44\text{\ kN}$$
Odpór gruntu
β = 2, 145
⇒bz = β • b = 1, 5 • 2, 145 = 3, 22 m > a = 2, 4 m
ep1 = (0,35•17,17) • 2, 46 = 14, 78 kPa
ep2 = (2,55•17,17) • 2, 46 = 107, 69 kPa
$$E_{p} = \frac{e_{p1} + e_{p2}}{2} \bullet h \bullet a = 323,33\text{\ kN}$$
Nośność płyty kotwiącej
smax = 0, 8 • Ep − 1, 2 • Ea
smax = 0, 8 • 323, 33 − 1, 2 • 43, 44 = 206, 53 kN
smax = 206, 53 kN > s1(r) = 199, 81 kN
Warunek nośności został spełniony.
Działające obciążenia:
Ea + Ew = 211, 466 kN/m
$$E_{\text{ap}} = \frac{E_{a}}{h} = \frac{43,44}{2,20} = 19,745\ kN/m\ \ $$
Ciężary gruntów:
G1 = 2, 93 • 17, 17 + 1, 09 • 15 + 0, 16 • 11, 61 = 68, 52 kN/m
G2 = 3, 77 • 15 + 10, 19 • 17, 17 + 1, 509 • 11, 61 + 3, 585 • 12, 22 = 292, 91 kN/m
G3 = 5, 13 • 15 + 13, 862 • 17, 17 + 2, 053 • 11, 61 + 9, 755 • 12, 22 + 6, 636 • 11, 68 = 535, 55 kN/m
α = 90 − ν − Φ
α1 = 90 − 63 − 20 = 7 ⇒ G1 • tanα1 = 8, 413 kN/m
α3 = 90 − 63 − 34 = −7 ⇒ G2 • tanα2 = −35, 96 kN/m
α3 = 90 − 63 − 30 = −3 ⇒ G3 • tanα3 = −28, 07 kN/m
Wpływ spójności:
$$C_{3} = \frac{l}{\sin\nu} \bullet c_{3} = \frac{5,13}{\sin{63}} \bullet 33,50 = 192,877\ kN/m$$
Warunek stateczności:
s < 0, 8 • smax
s = 69, 38 kN/m – siła działająca w ściągu
smax = Ea + Ew − Eap − G1 • tanα1 − G2 • tanα2 − G3 • tanα3 + C3 = 211, 466 − 19, 745 − 8, 413 + 35, 96 + 28, 07 + 192, 877 = =440, 215 kN/m
s = 69, 38 kN/m < 0, 8 • smax = 0, 8 • 440, 215 = 352, 172 kN/m
Warunek spełniony.
Oświadczenie projektanta
Temat nr 35 Projektu z Fundamentowania
Rys. 1 – Przekrój pionowy (ogólny) przez konstrukcję z warunkami geotechnicznymi (skala 1:100)
Rys. 2 – Przekrój poziomu oraz przekroje szczegółów konstrukcji z pokazaniem charakterystycznych elementów i połączeń (skala 1:20)
Rys. 3 – Ściąg wraz z zakotwieniem (skala 1:20)
Oświadczenie projektanta
Oświadczam, że Projekt ścianki szczelnej jednokrotnie zakotwionej zlecony przez Katedrę Geotechniki Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej w ramach przedmiotu Fundamentowanie został wykonany samodzielnie przeze mnie i jestem jego jedynym autorem.
podpis projektanta