Uniwersytet Zielonogórski

Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

Kierunek Budownictwo

ĆWICZENIE PROJEKTOWE
FUNDAMENTOWANIE

Posadowienie pośrednie obiektu budowlanego

Opracowała: Agata Bobowska
Rok akademicki: 2015/2016

1. Charakterystyka projektowanego obiektu

Projektowany obiekt to fundament pod konstrukcję słupa stalowego z monitoringiem
i nadajnikiem radiowym, zlokalizowanego na środku placu manewrowego utwardzonego kostką brukową betonową.

Ze względu na geometrię projektowanego obiektu, można pominąć wpływ momentu zginającego, działającego w poziomie projektowanego fundamentu.

2. Opis warunków gruntowo-wodnych. Ustalenie kategorii geotechnicznej obiektu

W miejscu projektowanego słupa został wykonany jeden odwiert kontrolny i stwierdzono występowanie trzech warstw geotechnicznych. Odwiert dokonano w osi słupa.

W związku z powyższym, jak również stwierdzeniem, że środkowa warstwa geotechniczna jest warstwą nienośną, mamy złożone warunki gruntowo-wodne, a zatem przyjęto II kategorię geotechniczną obiektu.

3. Model geotechniczny podłoża

Warstwa	I	II	III
Głębokość p.p.t. [m]	3,5	5,4	-
Rodzaj gruntu	Pg (Piaski gliniaste)	Nm (Namuły)	Ż (Żwiry)
Stan gruntu	0,19	-	0,55

4. Zestawienie parametrów geotechnicznych podłoża

Tabela wartości charakterystycznych

Nr warstwy	Gęstość właściwa	Gęstość objętościowa	Wilgotność naturalna	Kąt tarcia wew.	IL / ID	Spójność
-	t/m^3	t/m^3	%	…°	-	kPa
Warstwa I	2,65	2,15	13,0	21,7	0,19	39,78
Warstwa II	-	-	-	-	-	-
Warstwa III	2,65	1,75	4,0	3880	0,55	-

5. Wybór technologii robót

Przyjęta technologia:

Prefabrykowane pale żelbetowe – KPB Kutno Sp. z o.o.

Przeznaczenie i zakres zastosowań wyrobu:

Prefabrykowane pale fundamentowe stanowią formę żelbetowych pali osadzanych w gruncie przez udarowe wbijanie. Aplikacja niniejszych elementów fundamentowych dotyczy wszystkich gruntów rodzimych i nasypowych, dla których można zastosować ogólnie pojęte pale żelbetowe wbijane. Stosuje się je przede wszystkim w celu przeniesienia znacznych obciążeń przez głębiej zalegające, wytrzymalsze warstwy oraz przeciwdziałania nadmiernym lub nierównomiernym osiadaniom budowli.

Warunki techniczne zastosowania wyrobu:

Pale żelbetowe stosowane są jako elementy podpór zapewniających stateczność wznoszonych budowli. Warstwy nośne podłoża występują na dużej głębokości i wykonanie do nich otwartego wykopu jest nieopłacalne.

Szczegółowe warunki techniczne stosowania pali żelbetowych określane są według katalogu KPB Kutno oraz specyfikacji zawartej poniżej.

Odmiany asortymentowe

Pale żelbetowe produkowane są w długościach od 6,0m do 16m w jednej części, po zastosowaniu złączki istnieje możliwość połączenia pali i uzyskanie dowolnej długości pala (określonej w projekcie), moduł długości wynosi 1m, przekrój poprzeczny produkowanych pali wynosi: 250x250mm, 300x300mm, 400x400mm

Opis techniczny wyrobu

Pale żelbetowe zostały zaprojektowane zgodnie z wymaganiami aktualnie obowiązujących norm technicznych. Każdy pal posiada trzy części; głowicę, trzon oraz stopę. Część głowicowa i stopa mają identyczną konstrukcję, różnią się one względem trzonu zbrojeniem oraz skokiem rozstawu strzemion.

Zbrojenie podłużne stanowią pręty umieszczone w narożach konstrukcji prefabrykatu o średnicy od 12 do 28mm. Istnieje możliwość zastosowania większych średnic prętów głównych zbrojenia, na podstawie dostarczonej dokumentacji technicznej. Do zbrojenia głównego, używana jest stal zbrojeniowa: klasy A-IIIN.

Beton do wykonania prefabrykatów posiada następujące właściwości: klasa min. C40/50 (B50), mrozoodporność min. F-150, wodoszczelność min. W-8, współczynnik w/c <0,4.
Do wytwarzania mieszanki betonowej najczęściej używa się cementu portlandzkiego CEM I 52,5 R.

TYPOWY UKŁAD ZBROJENIA DLA PALI 250x250, 300x300, 400x400mm

6. Zwymiarowanie fundamentu palowego wg stanu granicznego nośności

L = 6,50 m (głębokość osadzenia pali w gruncie mierzony od powierzchni terenu)

D = 0,40 m (wymiar pala)

S_p = 1,1 (współczynnik technologiczny wg [1] tablica 4 punkt 4a, dla warstwy bezpośrednio pod podstawą pala)

N_r =1459,00 kN (obciążenie obliczeniowe siłą osiową)

M_r = 0,00 kNm (obciążenie obliczeniowe momentem)

g = 9,81 m/s² (przyspieszenie ziemskie)

Zestawienie obciążeń dla projektowanego układu:

• Obciążenie ciężarem własnym płyty betonowej

G_1n = 2, 0 • 2, 0 • 0, 7 • 24, 0 = 67, 2 kN

G_1r = 67, 2 • 1, 1 = 73, 9 kN

• Obciążenie obliczeniowe przenoszone przez pale

Q_r = N_r + G_1r = 1459 + 73, 9 = 1532, 9 kN

Pole podstawy pala:

A_p = D² = (0,4)² = 0, 16 m²

Obwód pola podstawy pala:

O = 4 • 0, 4 = 1, 6 m

Wysokość zastępcza h_z:

$$h_{z} = \frac{0,65}{\gamma'} \bullet \left( \sum_{i = 1}^{k}{{\gamma^{'}}_{i} \bullet h_{i}} \right) = \frac{0,65}{26,5 - 10,0} \bullet \left( 3,5 \bullet 17,2 + 0,0 \bullet 0,0 \right) = 2,37\ m$$

Opór podstawy pala:

Po  →  I_D = 0, 67  →  q⁽ⁿ⁾ = 5100 kPa

Po  →  I_D = 0, 33  →  q⁽ⁿ⁾ = 3000 kPa

dla I_D = 0,43

0,34 – 2100
0,10 – x
__________
x = 618

I_D  →  q⁽ⁿ⁾ = 3618 kPa

q^(r) = 0, 9 • q⁽ⁿ⁾ = 0, 9 • 3618 = 3256, 2 kPa

N_p = S_p • A_p • q^(r) = 1, 1 • 0, 16 • 3256, 2 = 573, 1 kN

Opór pobocznicy pala:

W przypadku przewarstwienia ośrodka gruntowego w którym jest zagłębiony pal, warstwą lub warstwami gruntu o miąższości większej niż 0,5 m dla których t = 0, przy obliczaniu nośności pala znak sumy we wzorze na nośność obejmuje wartości iloczynów t_i^(r) A_si odpowiadające jedynie warstwom leżącym pod najniższą warstwą gruntów nienośnych.

Po  →  I_D = 0, 33  →  t₃⁽ⁿ⁾ = 74 kPa

Po  →  I_D = 0, 67  →  t₃⁽ⁿ⁾ = 110 kPa

0,34 – 36
0,10 – x
_________
x = 10,6

t₃⁽ⁿ⁾ = 74 + 10, 6 = 84, 6 kPa  →  t₃^(r) = 0, 9 • 84, 6 = 76, 1 kPa

$$N_{S} = \sum_{}^{}{S_{\text{Si}} \bullet A_{\text{Si}} \bullet t_{i}^{(r)}}$$

N_S = 1, 1 • (4•0,4•0,65) • 76, 1 = 87, 06 kN

Określenie strefy aktywnej pala:

R – zasięg strefy naprężeń

α₃ = 6  → tgα₃ = 0, 105  

h₃ = 1, 1

$$R = \frac{D}{2} + H \bullet tg\alpha = \frac{0,4}{2} + 1,1 \bullet 0,105 = 0,32\ m$$

Rozmieszczenie pali:

r ≥ 2 • R = 2 • 0, 32 = 0, 64 m

r_min = 4 • D = 4 • 0, 4 = 1, 6 m  → konieczne zwiekszenie rozstawu miedzy palami

r_max = 8 • D = 8 • 0, 4 = 3, 2 m

Przyjęto r = 1,6 m

Korekta obciążenia :

• Obciążenie ciężarem własnym płyty betonowej

G_1n = 2, 6 • 2, 6 • 0, 7 • 24, 0 = 113, 6 kN

G_1r = 113, 6 • 1, 1 = 125, 0 kN

• Obciążenie obliczeniowe przenoszone przez pale

Q_r = N_r + G_1r = 1262 + 125, 0 = 1387, 0 kN

Sprawdzenie nośności układu pali dla n = 4:

Wyznaczenie wartości współczynnika redukcyjnego m₁

$$\frac{r}{R} = \frac{1,6}{0,32} = 5,0\ \rightarrow \ m_{1} = 1,00$$

N_t = N_p + m₁ • N_s = 762, 0 + 1, 0 • 107, 2 = 869, 2 kN

Q_r ≤ m • n • N_t

1387, 0 ≤ 0, 9 • 4 • 869, 2

1387, 0 ≤ 3129, 1  → warunek I stanu granicznego zostal spelniony (wykorzystanie 44%)

Schemat strefy naprężeń wokół pali: