Fundamenty na palach- fundamenty pośrednie, przekazujące obciążenia z budowli na głębsze warstwy podłoża, składają się z :

1)zespołu oddzielnych pali

2)oczepu(nadbudowy), łączy u góry zespół pali

Stosuje się w warunkach gdy:

- w podłożu występują grunty słabonośne(miękkoplastyczne, płynne)

- w podłożu występuje wysoki poziom wody gruntowej

- zachodzi potrzeba zabezpieczenia budowli oraz skarpy lub zbocza pod osuwiskiem

- miejsce na fundamenty jest ograniczone

- występują duże obciążenia (filary mostowe)

- zachodzi konieczność wzmocnienia istniejących fundamentów bezpośrednich

- realizuje się obiekty budownictwa hydrotechnicznego(np. przy posadowieniu przyczółków jazów)

Klasyfikacja pali:

Pal-podłużny element wykonany z różnych materiałów(drewna, stali...) o stosunku wymiaru bocznego(średnicy, boku) do długości rzędu 1:20 – 1:50

1. ze względu na długość:

-krótkie do 6m

- średnie miedzy 6m a 25m

- długie powyżej 25m

b) ze względu na średnicę:

- mało średnicowe, D mniejsze bądź równe 15 cm

- normalno średnicowe, D większe od 15cm i mniejsze bądź równe od 60cm

- wielko średnicowe, D większe od 60cm

c) ze względu na rodzaj materiału

- drewniane, stalowe, betonowe, żelbetowe, kombinowane

d) ze względu na sposób wykonania

- formowanie w gruncie(betonowe, żelbetowe, kombinowane, Franki, Simpex, Vibro,)

- pale gotowe(prefabrykat) drewniane d, stalowe s, żelbetowe prefabrykowane żp

• wkręcane s, żp

• wciskane d,s,żp

• wpłukiwane d,s,żp

• wwybrowiwane d,s,żp

• wbijane d,s,żp

e) ze względu na sposób pracy w gruncie

- podparte (słupowe stojące) o nośności zależnej od oporu pod stopą, oparte ostrzami w gruntach nośnych zalegających poniżej gruntów nienośnych

- normalne(pośrednie, zagłębione) o nośności zależnej od oporu tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy i pod ostrzem pala, zagłębione w warstwie nośnej zalegającej poniżej przypowierzchniowej warstwy gruntów słabych

- wiszące o nośności zależnej od oporu tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy, gruntach o niewielkich różnicach wytrzymałościowych

f) ze względu na kierunek umieszczenia w podłożu

- pionowe, ukośne

g) ze względu na efekt działania obciążenia (kierunek obciążenia) pala:

- wciskane

- wyciągane

h) ze względu na rodzaje obciążenia pala:

- siłą pionową

- siłą poziomą np. pale ukośne

Rodzaje oczepów (nadbudów) (WYKŁAD 2)

Oczep(nadbudowa)-element fundamentu palowego, łączący układ pali i przekazujący na nie obciążenie z budowli,

• Klasyfikacja nadbudów ze względu na rodzaj:

Oczep(nadbudowa) w formie: stopy, ławy, płyty, rusztu, skrzyni, fundamentu masywnego np. filar mostowy

• Klasyfikacja ze względu na jego sztywność:

Oczep(nadbudowa):

sztywny-stosunek szerokości B do średniej wysokości ho B/ho<4 oraz siły przypadające na pale wyznacza się zgodnie z zasadami statyki uwzględniając ich rozmieszczenie w stosunku do środka ciężkośći podstawy i ich sztywności,

niesztywny(pośredni)-stosunek B/ho>4, pomija się jego sztywność w obliczeniach, siły przypadające na pale wyznacza się jak dla oczepów sztywnych

Sprężysty- stosunek B/ho>7, układ oczep pal traktuje się jako ustrój ramowy który pod wpływem obciążeń zewnętrznych ulega odkształceniom, układ rozwiązuje się zmodyfikowaną metodą przemieszczeń wykorzystując uproszczenie co do pracy ustroju

Projekt pala-A)Sprawdzenie nośności pojedynczego pala i grupy pali (sprawdzenie stanu granicznego nośności):ustalenie długości pali, wartości obliczeniowe obciążeń. B)sprawdzenie stanu granicznego użytkowania (osiadania):wartości charakterystyczne obciążeń

Projekt oczepu (nadbudowy)-A)Sprawdzenie warunków wytrzymałościowych: konstrukcja żelbetowa, sposób zbrojenia (schemat, ustalenie ilości prętów). B) sprawdzenie stanu granicznego użytkowania (osiadania): wartości charakterystyczne obciążeń, odpowiednie przypadki.

Wyznaczanie sił w palach

Wyróżnia się następujące metody wyznaczania sił w palach: uproszczone-zakładające całkowicie sztywny oczep i przegubowe zamocowanie pali w konstrukcji i podłożu( jako prętów przenoszących tylko siły normalne) są to: a) metoda trapezu naprężeń b)metoda Culmanna c) metoda równowagi momentów, sztywnego oczepu-przy obciążeniu mimośrodowym sztywnego oczepu o jednej (dwóch) osiach symetrii ( np. w postaci stopy fundamentowej), analityczne (tradycyjne)-metody Nokkentveda, Smordyńskiego, Antonowa-Mejersona, Schiela, zmiennej sztywności podpór palowych, uogólniona, numeryczna-metoda elementów skończonych

Wyznaczanie sił w palach metodą sztywnego oczepu

-ograniczenie układu pali z jedną osią symetrii obciążonych pionowo i mimośrodowo

-prostopadłościenny oczep (stopa) obciążony jest w punkcie podstawy stopy (pokrywającymi się środkiem ciężkości układu n pali o jednakowych polach przekroju) siłą pionową V i momentem M (rozłożonym na momenty zginające My i Mx)

-siłę w palu Ni określa zależność

$$N_{i} = \frac{V}{n} \mp \left( \frac{\mathbf{M}_{\mathbf{y}}\mathbf{X}_{\mathbf{i}}}{\sum_{}^{}\mathbf{x}_{\mathbf{i}}^{\mathbf{2}}} \right)\mathbf{\ }$$

n-liczba pali, Xi-odległość środka przekroju pala od osi y, Yi-odległość środka przekroju pala od soi x

Sprawdzanie nośności pali

1.Sprawdzanie stanu granicznego nośności: -ograniczenie do pali obciążonych siłami pionowymi,

-wartość obliczeniowa obciążenia Qr działającego wzdłuż osi pala z grupy pali musi spełniać nierówność Qr≤mN, gdzie, m- współczynnik korekcyjny,N- obliczeniowa nośność pala,

-obliczeniową nośność pojedynczego pala N określa wzór dla:

a) pala wciskanego Nt=Np+Ns=Sp*q^(r)*Ap+∑Ssi*ti^(r)*Asi

b)pala wyciąganego N^(w) = ∑Si^(w) *ti^(r)*Asi

gdzie, Np,Ns- opór podstawy i pobocznicy pala wciskanego, Sp,Ssi,Si^(w)-współczynniki technologiczne, q^(r) -jednostkowa obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala, T^(r)-jednostkowa obliczeniowa wytrzymałość gruntu wzdłuż pobocznicy pala w obrębie warstwy i, Ap-pole przekroju podstawy pala (uzależnione od typu pala), Asi-pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie warstwy i.

-obliczeniową nośność grupy pali określa zależność dla:

a) pali wciskanych- Nt=m₂(Sp*a₁*q^(r)*Ap+m₁∑a₂*Ssi*Ti^(r)*Asi)

b)pali wyciąganych N^(w)=m₁∑a₂*Si^(w)*ti^(r)*Asi

gdzie, a₁,a₂-współczynniki redukcyjne dla pali rurowych otwartych ( w pozostałych przypadkach a₁=a₂=1,0), m₁-wpółczynnik redukcyjny (zależny od stopnia nakładania się stref naprężenia wokół pala w grupie), m²-wpółczynnik korekcyjny nośności pala pracującego w grupie pali wciskanych w piaski luźne,

-w przypadkach występowania tarcia negatywnego obliczeniowa nośność osiowa pala wciskanego ( z grupy pali) musi spełniać nierówność: Qr≤mN_t - m_nT_n, gdzie, m_n-wpółczynnik korekcyjny tarcia negatywnego dla pracującego w grupie pali, T_n-obliczeniowe obciążenie pojedynczego pala negatywnym tarciem gruntu, Tn=∑S_si*t_ni^(r)*A_si, gdzie, t_ni^(r) -obliczeniowa wartość tarcia negatywnego

Obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala

-jednostkowa obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala ustala się ze wzoru q^(r)=γ_m*q , gdzie , γ_m-wpołczynnik materiałowy≤9, q-wytrzymałość gruntu pod podstawą pala (zależna od rodzaju gruntu i stanu gruntu zdefiniowana dla średnicy podstawy pala Do=0,4m i gł. Krytycznej hc≥10m), o rozkładzie zgodnym ze schematami z normy.

1.3.2.2 OBLICZENIE WYTRZYMAŁOŚCI GRUNTU POD PODSTAWĄ PALA (WYKŁAD 3)

Jednostkową obliczeniową wytrzymałość gruntu pod podstawą pala ustala się ze wzoru:

q(r)=gm * q

gm - WSP. Materiałowy ≤ 0,9

q – wytrzymałość gruntu pod podstawa pala (zależna od rodzaju i stanu gruntu, zdefiniowana dla średnicy podstawy pala Dₒ=0,4m i głębokości krytycznej hₒ≥10m) o rozkładzie zgodnym z poniższymi schematami

o w przypadku głębokości h<hc wytrzymałość q wyznacza się z interpolacji liniowej (przyjmując wartość 0m na pierwotnym poziomie terenu)

o w gruntach niespoistych średnio zagęszczonych i zagęszczonych przy średnicy podstawy Di>Do=0,4m głębokość krytyczną hci i wytrzymałość gruntu pod podstawa pala qi określa para zależności:

hci=hc * qi=q *

o w tym przypadku - dla głębokości h zawartej w przedziale hc<h<hci wytrzymałość q interpoluje się liniowo

o dla pali Franki lub Vibro – średnica Di jest równa średnicy trzonu pal

o dla pali wierconych – głębokość krytyczną zwiększa się o 0,3 hci (tzn. hci*=1,3hci), a wytrzymałość q interpoluje się zgodnie ze schematem

1.3.2.3 OBLICZENIOWA WYTRZYMAŁOŚĆ GRUNTU NA POBOCZNICY PALA

o jednostkową obliczeniową wytrzymałość gruntu wzdłuż po bocznicy pala w obrębie warstwy i ustala się ze wzoru:

t(r)=gm * t

gm –wsp. materiałowy ≤ 0,9

t – jednostkowy opór graniczny wzdłuż pobocznicy pala (zależny od stanu i rodzaju gruntu, zdefiniowany dla głębokości h≥5m, mierzonej od poziomu terenu) o rozkładzie zgodnym z poniższym schematem:

o w przypadku głębokości <5m, opór graniczny t interpoluje się liniowo (przyjmując wartość 0m na pierwotnym poziomie terenu)

1.3.2.4 SZCZEGÓLNE WARUNKI GRUNTOWE

o w gruntach spoistych w stanie płynnym oraz w torfach i namułach – wartości q i t (przy tarciu pozytywnym) są równe zero

o wybrane przypadki sposobu interpretacji takiej sytuacji (oraz schematów ustalania wartości q i t) przedstawia poniższy rysunek

1. podłoże uwarstwione o miąższości gruntu słabego hz≤0,5m

2. podłoże uwarstwione o miąższości gruntu słabego hz>0,5m

3. grunt nienośny zalegający od powierzchni terenu

4. pale wykonywane z wykopu

5. pale wykonywane przez świeży nasyp

6. pale wykonywane przez nasyp budowlany

7. pale wyciągane w gruncie uwarstwionym

8. pale wyciągane w gruncie uwarstwionym, gdy grunt nienośny zalega od powierzchni terenu

9. tarcie negatywne występuje od poziomu obciążenia naziomu

1.3.2.5. TARCIE NEGATYWNE (UJEMNE) GRUNTU

o Tarcie negatywne wyznacza się ze wzoru (1.8.) traktując je jako dodatkowe obciążenie zmniejszające całkowitą nośność pali

o tarcie negatywne – spowodowane jest oddziaływaniem gruntu przemieszczającego się względem trzonu pala (w kierunku jego osiadania)

o występuje ono w przypadku, gdy:

1.Pal jest wprowadzany w warstwy nośne przez warstwy gruntów nieskonsolidowanych lub luźno usypanych (torfy, namuły, grunty o stopniu plastyczności Il≥0,75, grunty niespoiste o stopniu zagęszczenia Id≤0,2 i świeże nasypy), osiadających pod własnym ciężarem

2. przewidywane jest dodatkowe obciążenie naziomu lub odwodnienie gruntu zalegającego wokół pala

o w takim przypadku ustala się obliczeniową wysokość zastępczą (grubość warstwy zastępczej) leżącej powyżej warstwy nośnej) hz z zależności

hz=

- ciężar objętościowy gruntu nośnego z uwzględnieniem wyporu wody

i- ciężar objętościowy gruntu w warstwie i grubości hi ( z uwzględnieniem wyporu wody),zalegającej powyżej stropu gruntu nośnego

1.3.2.6. UWZGLĘDNIANIE PRACY PALI W GRUPIE

o granicę strefy naprężeń powstających wokół wciskanego pala w gruntach jednorodnych wyznacza powierzchnia kołowego stożka ściętego (którego podstawa leży w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez dolny koniec pala, a tworząca jest nachylona pod kątem alfa zależnym od rodzaju i stanu gruntu)

WYKŁAD 4

podłoże jednorodne podłoże uwarstwione

- promień podstawy naprężeń R w gruntach jednorodnych wyznacza się ze wzoru:

R = + h tgα (1.13)

- granicę strefy naprężeń powstających wokół wciskanego pala w gruntach uwarstwionych wyznacza powierzchnia kołowego stożka ściętego, którego tworząca jest linią łamaną, natomiast promień podstawy strefy naprężeń R określa zależność

R = + Σ h1 tgα 1 (1.14)

- w przypadku pali wyciąganych – granice strefy naprężeń przyjmuje się zgodnie z poniższym rysunkiem, ustalając promień podstawy strefy naprężeń R z relacji

R = 0,1 h + (1.15)

- jeżeli strefy naprężeń poszczególnych pali wciskanych zachodzą na siebie to zmniejsza się nośność pala z takiej grupy za pomocą współczynnika m1 (zależnego od stosunku rozstawu pali r do promienia R), wykorzystując wzór (1.5),

1.3.3. WYZNACZANIE OSIADANIA PALI I FUNDAMENTÓW PALOWYCH

- wyróżnia się następujące

Metody wyznaczania osiadania pali pojedynczych:

1. Bazujące na wynikach pomiarów terenowych pali:

- metody Mayerhofa, Fachta, Vesica, wytyczne IBDiM

2. Oparte na rozwiązaniach z teorii sprężystości:

- bazujące na rozwiązaniu Mindlina

- metody Nishidy, Polosa i Davisa, Batterfielda i Banerjee, Randolfa

3. Wykorzystujące funkcje transformacyjne:

- określone analitycznie, w badaniach modelowych lub w skali naturalnej

4. Wykorzystujące wyniki badań in situ:

- tj. próbnych sondowań, testów presjometrycznych lub dylatometrem

5. Analizujące teoretycznie i numerycznie współdziałanie układu pal-podłoże:

- wykorzystujące metodę elementów skończonych lub brzegowych

- wyróżnia się następujące

Metody obliczania osiadania fundamentów palowych (osiadania pala w grupie pali):

a) Metody współczynnika osiadania:

- metody uwzględniające osiadanie pojedynczego pala i ustalające osiadanie grupy pali jako iloczynu jego osiadania i współczynnika ( ustalonego na podstawie badań modelowych lub terenowych),

b) Metody fundamentu zastępczego:

- zastępujące grupę pali głębokim fundamentem zastępczym lub kolumną zastępczą

c) metody analityczne:

- wykorzystujące podejścia numeryczne ( MES, MEB lub MRS) do analizy układu

pali i gruntu

- w PN-83/B-02482 osiadania pojedynczych pali ustala się metodą (2), natomiast fundamentu palowego (grupy pali)- metodami (A) i (B)

1.3.3.1. SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO OSIADANIA (UŻYTKOWANIA)

- osiadania fundamentów na palach sprawdza się, gdy:

1) pale pogrążone są na całej długości w gruntach ściśliwych (np. gruntach spoistych o konsystencji plastycznej lub w gruntach niespoistych luźnych),

2) poniżej podstaw pali zalegają warstwy gruntów o wytrzymałości mniejszej od wytrzymałości warstw otaczających pal,

3) fundament posadowiony jest w innych od podanych wyżej warunkach gruntowych, lecz wymiary poziome oczepu przekraczają długość nośną pali, a podstawy pali nie opierają się o skały, grunty kamieniste, lub zagęszczone żwiry i pospółki,

4) występują różne obciążenia na poszczególnych sekcjach fundamentów,

5) istnieją specjalne wymagania ograniczające przemieszczenia fundamentów

- wyróżnia się następujące

Przypadki stanu granicznego użytkowania fundamentów palowych:

1. Osiadanie pala pojedynczego

2. Osiadanie średnie fundamentu palowego ( fundamentów budowli)

3. Przechylenie budowli ( wydzielonej części budowli)

4. Odkształcenie konstrukcji:

1. wygięcie (ugięcie) fundamentu lub budowli (całości lub między dylatacjami)

2. różnica osiadań fundamentu (fundamentów) budowli

- zgodnie z PN-83/B-02482 umowna wartość przemieszczenia [s] musi spełniać warunek

[s] ≤ [s]d (1.16)

w którym: [s]d - dopuszczalna wartość umownego przemieszczenia (przypadku stanu granicznego użytkowania),

- dopuszczalne wartości umownego przemieszczenia przyjmuje się zgodnie z PN-82/B-03020, wykonując obliczenia dla kombinacji obciążeń charakterystycznych,

1.3.3.2. OSIADANIE POJEYDNCZEGO PALA

- wyróżnia się 2 przypadki osiadania pojedynczego pala s

a) w gruncie jednorodnym,

b) z warstwą nieodkształcaną w poziomie podstawy pala,

- osiadanie pojedynczego pala s w gruncie jednorodnym oblicza się ze wzoru

(1.17)

w którym: - wartość normowa obciążenia pala,

h – zagłębienie pala w gruncie,

- moduł odkształcenia gruntu,

Iw – współczynnik wpływu osiadania,

- osiadanie pojedynczego pala s z warstwą nieodkształconą w podstawie pala ustala się z zależności

(1.18)

gdzie: - wartość normowa obciążenia pala,

h – zagłębienie pala w gruncie,

- moduł ściśliwości trzonu pala,

A_t- powierzchnia przekroju poprzecznego pala,

M_R- współczynnik osiadania dla pala (słupowego),

1.3.3.3 OSIADANIE PALA Z GRUPY (WYKŁAD 5)

• Osiadanie dowolnego pala i w grupie składającej się z k pali wyznacza się ze wzoru

$s_{i} = \sum_{j = 1}^{k}{\left( S_{1,j}*Q_{\text{nj}}*\alpha_{\text{ij}}^{0} \right) + s_{1i}Q_{\text{nj}}}$ (dla j≠i) 1.19

W którym:

s_1j, s_1i - osiadanie pala pojedynczego (j lub i) określone ze wzoru (1.17) dla jednostkowego obciążenia (Q_n=1,0),

Q_nj, Q_ni – obciążenie pala j oraz i,

α_ij⁰ - współczynnik oddziaływania pomiędzy palami j oraz i,

1.3.3.4 OSIADANIE GRUPY PALI

• Osiadania grupy pali s_G ustala się z zależności

s_G = s_iQ_nsR_s = sR_s 1.20

w której:

Q_ns – średnie obciążenie pala w grupie równe Q_nG/n₀,

n₀ – liczba pali w fundamencie palowym,

R_s – współczynnik osiadania pali ze sztywnym oczepem,

s_i – osiadanie pojedynczego pala (i) określone ze wzoru (1.17) dla jednostkowego obciążenia (Q_n=1,0).

1.3.3.4. ŚREDNIE OSIADANIE FUNDAMENTU PALOWEGO I BUDOWLI

• Wyróżnia się 3 przypadki osiadania fundamentu palowego s_śr^F (uwzględniające jego wartość zgodnie z poniższą tabelką)

Lp.	Przypadek	Wzór (postępowanie)
a)	Osiadanie dowolnego pala i w grupie składającej się z k pali	$s_{sr}^{F} = \frac{\sum_{i = 1}^{n_{s}}s_{i}}{n_{0}}$ (1.21) Gdzie: n0 – liczba pali w grupie, si – osiadanie pala i zgodnie z zależnością (1.19)
b)	Osiadanie grupy pali sG	ssr^F = sG (1.22) Dla osiadania grupy pali sG zdefiniowanego wzorem (1.20)
c)	Poniżej podstaw pali zalegają warstwy gruntów o wytrzymałości mniejszej od wytrzymałości warstw otaczających	Osiadanie fundamentu ustala się zgodnie z PN-81/B-03020 dla zastępczego fundamentu głębokiego z poziomem posadowienia w poziomie podstaw i z uwzględnieniem jego powiększenia o strefy naprężeń wokół pali,

• Średnie osiadanie budowli s_śr określa się z zależności

$s_{\text{sr}} = \frac{\sum_{j = 1}^{n}{{s_{\text{srj}}}^{F}F_{j}}}{\sum_{j = 1}^{n}F_{j}}$ (1.23)

W której: s_srj^F – średnie osiadanie fundamentu palowego j,

F_j – pole powierzchni fundamentu palowego j, przyjmowane po zewnętrznym obrysie pali w poziomie oczepu

1.3.3.6. OSIADANIE PALI OBCIĄŻONYCH NEGATYWNYM TARCIEM GRUNTU

• Osiadanie pali obciążonych tarciem negatywnym ustala się zgodnie z poniższym schematem zastępczym

• Pal zagłębiony jest w podłożu na odcinku długości h_T (gdzie tarcie negatywne T_n) i na odcinku h_N (w strefie gruntu nośnego),

• Jego całkowite osiadanie s^T ustala się z zależności

s^T=s+Δs (1.24)

w którym s- osiadanie pala w gruncie nośnym, obliczone wzorami normowymi przy zastępczym obciążeniu charakterystycznym

Q_n^T=Q_n­+T_n⁽ⁿ⁾ (1.25)

Δs – przybliżone osiadanie pala obciążonego tarciem negatywnym gruntu, wyznaczone zgodnie ze wzorem (1.17) ( dla wartości współczynnika M_t=1,0 i obciążenia Q_n^T przyłożonego do głowicy pala),

T_n⁽ⁿ⁾ – przybliżona wartość charakterystyczna obciążenia pala tarciem negatywnym osiadającego gruntu,

1.3.4. WYMIAROWANIE OCZEPU

• Oczepy wykonuje się zwykle w formie wybranego fundamentu bezpośredniego w konstrukcji żelbetowej lub betonowej ( stosownie do zasad projektowania określonego ich rodzaju),

• Osadzenia głowic pali w oczepach są dozbrajane układem prętów podłużnych (ewentualnie krzyżujących lub rozmieszczonych ortogonalnie), wyznaczanych ze względu na wielkość sił rozciągających panujących na poziomie osadzenia pali,

• Zwykle pod obciążeniem skupionym, przekazywanym przez słupy na górną podstawę pala, projektuje się dodatkowe zbrojenie ze względu na docisk (w postaci ortogonalnej siatki), umieszczone pod podstawą i przecinające zbrojenie słupa osadzone w oczepie,

1.3.4.1. WYMIAROWANIE OCZEPU W FORMIE STOPY

• Zbrojenie oczepu w postaci stopy stanowi układ prętów podłużnych umieszczonych w dolnej części nadbudowy, ułożonych w formie krzyżujących się wiązek lub w postaci ortogonalnej siatki,

• Zbrojenie takiego oczepu (stopy) ustala się w zależności od schematu pracy stopy,

• Wyróżnia się dwa

SCHEMAT PRACY OCZEPU

W POSTACI STOPY

1.3.4.1.1. WYMIAROWANIE OCZEPU (STOPY) JAKO PŁASKIEGO UKŁADU BELEK

- w metodzie: wyznacza się maksymalny moment M w belkach, obciążonych obliczeniową wartością siły działającej na oczep Q_r=N_r, wymiarując zbrojenie (pręty podłużne) jak dla przekroju zginanego pojedynczo zbrojonego,

wartości momentów ustala się w zależności od wariantu oczepu tj. od liczby pali pod stopą, traktując

a) STOPĘ NA 2 PALACH

- jako jednoprzęsłową belkę o rozpiętości równej osiowemu rozstawowi pali r, w której zbrojenie ustala się na moment maksymalny

M = Nrr4 (1.26)

gdzie: N_r – siła działająca na oczep

b) stopa na 3 palach

Ze słupem w środku jako układ 3 ukrytych belek umieszczonych wzdłuż trójkątnych podstaw oraz 3 ukrytych belek łączących pale na obwodzie, gdzie zbrojenie projektuje się odpowiednio na momenty

c) stopa na 3 palach

ze słupem w środku jako układ 2 jednakowych krzyżujących się ukrytych belek, umieszczonych po przekątnej w rzucie poziomym podstawy, w którym zbrojenie dka każdej z nich projektuje się na moment zginający przyjmując na obwodzie zbrojenie konstrukcyjne

1.3.4.1.2. WYMIARY OCZEPU (STOPY) Z UWZGLĘDNIENIEM PODSTAWOWEGO ROZKŁADU SIŁ WEWNĘTRZNYCH

Zakłada się zbrojenie (ułożone nad zabetonowanymi palami) w ortogonalnych pasmach (traktowanych jak ukryte belki obciążone w środku rozpiętości siłami skupionymi równymi średniej wartości sił w palach) przenosi działające w nich siły rozciągające zgodnie z poniższym schematem

(a) schemat do ustalenia siły rozciągającej zbrojenie (b) pasma obliczeniowe

• Siły rozciągające fundament w dwóch prostopadłych kierunkach wyznacza się ze wzorów

(1.29)
gdzie :

R_ri - obliczeniowa siła działająca w palu i określona zależnością (1.1) (R_ri = N_i),

h_ox, h_oy – odległość osi zbrojenia od górnej powierzchni stopy,

I_xi, I_yi – odległość środka i-tego pala od środka ciężkości słupa,

• niezbędną ilość zbrojenia można określić z zależności

(1.30)
gdzie

R_s – granica plastyczności stali zbrojeniowej

Obliczone zbrojenie rozmieszcza się w pasmach o szerokości równej podwojonej średnicy pali (zgodnie z powyższym schematem ) dobierając konstrukcyjnie pozostałe powierzchnie.

2. FUNDAMENTY NA STUDNIACH (wykład 7)

- fundamenty na studniach – fundamenty pośrednie przekazujące obciążenie z budowli za pośrednictwem studni na głębsze warstwy podłoża,

- studnia- cylindryczna lub prostopadłościenna skrzynia ( otwarta od dołu i góry) stopniowo wykonywana ( w miarę zagłębienia) i zagłębienia w wykopie (podłożu), pod własnym ciężarem, w wyniku wybierania gruntu z jej wnętrza.

FUNDAMENT NA STUDNIACH składa się z:

1. ZESPOŁU ODDZIELNYCH 2) NADBUDOWY

STUDNI (POJEDYŃCZEJ STUDNI) wieńczącej grupę studni

(pojedynczą studnię)

RODZAJE STUDNI:

-klasyfikacja ze względu na rodzaj materiału:

STUDNIE

1. MUROWANE 2) BETONOWE 3) ŻELBETOWE

(z cegły) a)monolityczne a) monolityczne

murowane odcinkami wykonywane odcinkami wykonywane odcinkami

(od góry) w trakcie (od góry) w trakcie (od góry) w trakcie

Pogrążania pogrążania pogrążania

b) Z ELEMENTÓW b) Z ELEMENTÓW

PREFABRYKOWANYCH PREFABRYKOWANYCH

montowanych etapami montowanych etapami

(od góry) w trakcie (od góry) w trakcie

pogrążania pogrążania

-klasyfikacja ze względu na przekrój poziomy: STUDNIE O PRZEKROJU

1) KOŁOWYM 2) KWADRATOWYM 3)PROSTOKATNYM

DWUKOMOROWYM

4) PROSTOKĄTNYM 5) KOMBINOWANYM

WIELOKOMOROWYM

- klasyfikacja ze wzg. na przekrój pionowy: STUDNIE

1)O ŚCIANACH 2)O ŚCIANACH 3)POSZERZONE

PIONOWYCH BEZ PIONOWYCH

POGRUBIEŃ POSZERZONYCH

I POGRUBIONYCH

4) Z ODSADZKĄ 5) POSZERZONE W SPOSÓB

KOMBINOWANY

- klasyfikacja ze względu na sposób pogrążenia (zagłębienia, wykonania)

STUDNIE ZAPUSZCZANE

1) NA SUCHO 2) NA MOKRO

-grunt wydobywa się ręcznie -grunt wydobywa się poprzez

(łopatami) przy ewentualnym bagrowanie (pogłębienie koparkami)

pompowym odwodnieniu z nieodwodnionego środka studni

2.2. RODZAJE NADBUDÓW

- klasyfikacja ze względu na rodzaj:

NADBUDOWA W FORMIE

1) STOPY 2) ŁAWY 3) PŁYTY

4)RUSZTU 5) SKRZYNI 6) FUNDAMENTU

MASYWNEGO np. filar

mostowy

2.3. TECHNIKA WYKONANIA

- obejmuje ( przy realizacji monolitycznego wariantu betonowego lub żelbetowego)

1) dokładne wyrównywanie dna wykopu, ułożenie podkładek, montaż noża i szalowania,

2) ustawienie zbrojenia dla pierwszej sekcji i zabetonowanie odcinka ( o wysokości do 4m), pozostawionego na okres 4 tygodni,

3) usunięcie podkładek i opuszczenie płaszcza studni na grunt,

4) zagłębienie fragmentu studni poprzez wybranie gruntu spod noża „na sucho” lub „na mokro”,

5) cykliczną realizacje czynności opisanych w punktach (2) i (4), aż do osiągnięcia projektowanej głębokości,

6) zamknięcie dna studni (poprzez zabetonowanie korka), wypompowanie wody (po jego stwardnieniu), uszczelnienie korka i wykonanie na nim żelbetowej płyty (opartej o skos noża),

7) wypełnienie wnętrza studni materiałem zasypowym lub jej zabetonowanie, albo pozostawienie pustej całkowicie (lub częściowo),

8) postawienie na niej nadbudowy i/lub projektowanej budowli,

- w przypadku pochylenia się studni prostuje się ją poprzez: usuniecie przeszkody, podebranie gruntu spod noża od strony zablokowanej, odciążenie naziomu (odsłonięcie płaszcza od strony zablokowanej i dociążenie naziomu po stronie przeciwnej), zastosowanie płuczki tiksotropowej od strony zahamowanej.

2.4. ZAKRES OBLICZEŃ

OBLICZANIE FUNDAMEBTU NA STUDNIACH

- obejmuje:

1) PROJEKT WSTĘPNY FUNDAMENTU

-wybór rodzaju studni, rozmiarów, oraz liczby i ich rozstawienia (układu),

- wstępny projekt nadbudowy,

2) PROJEKT STUDNI

A) OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE

- ustalenie parcia na ścianę studni (na wysokości i na obwodzie),

- określenie tarcia na pobocznicy studni,

- wyznaczenie oporu pod nożem studni,

- sprawdzenie szczegółowych przypadków obciążenia studni (zawieszenia studni, wychylenia studni, przeszkody pod nożem, zginania ściany w przekroju podłużnym, skręcania ściany, przebicia warstwy gruntu przez wodę),

-projekt ostrza,

- projekt „korka” zamykającego dno studni (wypełnionej wodą) i ewentualnie jej wypełnienia

B) SPRAWDZENIE WARUNKÓW PROJEKTOWYCH

- sprawdzenie warunków by ciężar studni był większy od tarcia na jej pobocznicy,

- obliczenie nośności studni,

3) PROJEKT NADBUDOWY

-stosowanie do zasad projektowania właściwego jej typu,

- konstrukcja żelbetowa,

- sposób zbrojenia (schemat, ustalenie ilości prętów),

4) SPRAWDZENIE STANÓW GRANICZNYCH FUNDAMENTU

A) SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO NOŚNOŚCI

- sprawdzenie warunku uwzględniającego nośność studni (grupy studni),

B) SPRAWDZENIE STANU GRANICZNEGO UŻYTKOWANIA (OSIADANIA)

- wartości charakterystyczne obciążeń,

- odpowiednie przypadki,

2.4.1. PROJEKT STUDNI

-płaszcz studni projektuje się albo jako konstrukcję betonową (zbrojoną konstrukcyjnie prętami pionowymi spiętymi ściągami) albo jako konstrukcję żelbetową ( przekrój pojedynczo lub podwójnie zbrojony)

-ciężar studni G_s musi przekraczać siłę tarcia wzdłuż pobocznicy studni T zgodnie z nierównością:

G_s ≥ T (2.1)

- wartość obliczeniowa obciążenia Q działającego na studnię musi spełniać nierówność:

Q ≤ m N_s (2.2)

w której:

N_s - obliczeniowa nośność studni,

m – współczynnik korekcyjny ( zgodnie PN-81/B-03020, uzależniony od metody oznaczenia parametrów geotechnicznych i rodzaju stanu granicznego),

-nośnośc studni N_s ustala się z zależności :

N_s= R_p + R_s (2.3)

W której: R_p – opór gruntu pod podstawą (korkiem) studni,

R_s – opór tarcia wzdłuż pobocznicy studni określony relacją

R_s = U(h-2,5) t_sr (2.4)

U- obwód studni,

t_sr- średnia wartość tarcia wzdłuż płaszcza studni (wg schematu)

t_sr= ∑_i t_ih_i / ∑ h_i (2.5)

t_i- tarcie płaszcza o grunt i,

h_i- grubość warstwy i gruntu,

R_p- opór gruntu pod podstawą (korkiem) studni

WYKŁAD 8 (15.05.2011r.)

3. FUNDAMENTY NA KESONACH

• Fundamenty na kesonach – fundamenty pośrednie przekazujące obciążenie z budowli za pośrednictwem kesonu na głębsze warstwy podłoża,

• Keson – otwarta od dołu skrzynia o szczelnych ścianach i stropie, do której wnętrza (stanowiącego komorę roboczą) doprowadza się sprężone powietrze.

Fundament na kesonie składa się z:

1. kesonu,

2. budowli (nadbudowy),

3. wyposażenia roboczego, obejmującego:

   1. szyby rurowe (do transportu pracowników, urobku i materiałów budowlanych),

   2. śluzy powietrzne (robocze i sanitarne),

   3. sprzęt do wydobywania urobku,

   4. stacja sprężarek (dostarczające sprężone powietrze do komory roboczej).

• fundamenty na kesonach stosuje się przy posadawianiu ciężkich i zwartych w planie konstrukcji inżynierskich (mosty, porty) oraz przy budowie podziemnych obiektów (zbiorniki, osadniki), gdy:

1. warstwa gruntu nośnego znajduje się na głębokości ≤ 35 m od poziomu zwierciadła wody gruntowej lub powierzchniowej,

2. fundamentowanie na studniach nie jest możliwe ze względu na przeszkody w gruncie,

3. dopływ wody jest tak duży, że nie można jej odpompować z dołu fundamentu,

4. sąsiadujące obiekty uniemożliwiają naruszenie zwartości gruntów pod ich fundamentami.

   • prace wewnątrz komory roboczej wykonuje się na sucho, wypierając wodę z kesonu poprzez podniesienie ciśnienia panującego na zewnątrz.

3.1. Rodzaje kesonów

• klasyfikacja ze względu na rodzaj materiału

1. stalowe – składają się z układu poprzecznych wiązarów (przenoszących obciążenia) i podłużnych dźwigarów (tężników zabezpieczających przed skręceniami i ugięciami przy zapuszczaniu kesonu), uszczelnionych blachą stalową,

2. żelbetowe wykonywane jako:

   1. ciężkie – złożone z masywnego stropu i masywnych wsporników ściennych o przekroju trapezowym,

   2. lekkie – żebrowane ( z cienkimi płytami rozpiętymi pomiędzy żebrami).

      • klasyfikacja ze względu na przekrój poziomy i pionowy – jest podobna jak w przypadku studni.

3.2. Technika wykonania

• proces opuszczania kesonu wykonywany jest etapami

Etap I – na lądzie (wyspie, rusztowaniu) buduje się skrzynię (keson) na podkładkach,

Etap II – usuwa się podkłady i wybiera grunt spod skrzyni i noża, wykonując nadbudowę kesonu i zagłębiając keson (z jednoczesnym podnoszeniem ciśnienia powietrza w komorze roboczej),

Etap III – kontynuuje się pogłębianie i nadbudowywanie kesonu,

Etap IV – po osiągnięciu warstwy nośnej i poziomu osadzenia wnętrze komory roboczej wypełnia się betonem (układanym warstwami)

3.3. Zakres obliczeń

Obliczanie fundamentu na kesonie obejmuje:

1. projekt wstępny kesonu:

   • wybór: rodzaju kesonu i jego rozmiarów,

   • wstępny projekt nadbudowy (budowli),

2. projekt kesonu:

• obliczenia statyczno – wytrzymałościowe o zakresie zbliżonym do zakresu obliczeń studni fundamentowej,

• uwzględnia się 2 etapy pracy kesonu:

  1. wykonawczy – obliczenie (sprawdzenie wytrzymałości) skrzyni kesonu obciążonej murem, parciem gruntu i wody na jej ściany (w czasie zapuszczania),

  2. końcowy – obliczenie fundamentu jako całości (sprawdzenie stateczności) po wypełnieniu betonem komory roboczej

1. projekt nadbudowy (budowli)

   • stosownie do zasad projektowania właściwego jej typu i konstrukcji

2. sprawdzenie stanu granicznego użytkowania (osiadania) fundamentu na kesonie

• wartości charakterystyczne obciążeń,

• odpowiednie przypadki.

3.3.1. Projekt kesonu – etap wykonawczy (wykład 9)

• W obliczeniach skrzynię kesonu traktuje się jako konstrukcję tymczasową (pracującą w trakcie opuszczania kesonu) pomijając jej przestrzenność i wydzielając z niej płaski element ramowy (o szerokości 1 m)

• Wydzielony element ramowy traktuje się jako konstrukcję płaską dzieląc ją na elementy składowe (strop, ściany boczne traktowane jako wsporniki utwierdzone w stropie) i obliczając oddzielnie (poprzez sprawdzenie z góry przyjętych przekrojów)

• W przyjętych przekrojach uwzględnia się następujące obciążenia

1. ciężar skrzyni kesonu (ostrza G₃, naroża G₂, stropu G₁

2. ciężar nadbudowy P (łącznie z ciężarem gruntu wody i odsadzek)

3. siłę tarcia gruntu o powierzchnię kesonu i jego nadbudowy z zależności

T=fEa (3.1.)

Ea – parcie gruntu na boczną powierzchnię fundamentu o wysokości H₀

F – współczynnik tarcia gruntu o keson i jego nadbudowę

1. pionowy nacisk sprężonego powietrza na strop skrzyni wewnątrz komory roboczej S₁ na ściany boczne S₂ (równy ciśnieniu sprężonego powietrza w komorze przemnożonemu przez powierzchnię odpowiedniego elementu

2. poziomy nacisk sprężonego powietrza U na ściany boczne skrzyni określony wzorem

U=H h_k

H – ciśnienie hydrostatyczne

h_k – wysokość komory roboczej

1. składową pionową R reakcji gruntu pod nożem kesonu

R= G₁+G₂+G₃-S₂-T

1. wypadkowe parcie gruntu E_ok i wody na boczną ścianę kesonu W_k o wysokości h_k

$E_{\text{ok}} = \frac{e_{a1} + e_{a2}}{2}$ $W_{k} = \frac{w_{1} + w_{2}}{2}$

e_a1, e_a2 – parcie jednostkowe gruntu na poziomie noża i górnej krawędzi wspornika

w₁, w₂ – parcie jednostkowe wody na poziomie noża i górne krawędzi wspornika

• ustala się najniekorzystniejsze schematy pracy przekrojów kesonu (z uwzględnieniem podanych obciążeń) wyznacza się maksymalne wartości sił wewnętrznych (moment zginający, siły poprzeczne i podłużne) i sprawdza założone przekroje, wyznaczając poprawki (lub projektując odpowiednie zbrojenie przekrojów żelbetowych)

4. Ściany oporowe

• ściana oporowa – budowla przeznaczona do podtrzymywania znajdującego się za nią gruntu lub innego materiału (sypkiego lub cieczy) i zapewniająca jego równowagę

• ścianę oporową obciążają 2 podstawowe oddziaływania gruntu – parcie i odpór gruntu

4.1. Rodzaje ścian oporowych

• klasyfikacja ze względu na sposób współdziałania z podłożem (schemat pracy)

• klasyfikacja ze względu na rodzaj materiału

• klasyfikacja ze względu na rodzaj konstrukcji

4.2 Stany oddziaływania gruntów (parcie odpór) wykład 10

• W zależności od przemieszczenia konstrukcji (oporowej) względem ośrodka gruntowego wyróżnia się:

1)	parcie graniczne gruntu Ee	wypadkowa siła działająca od strony ośrodka gruntowego, spowodowana przemieszczeniem konstrukcji lub jej elementu w kierunku od gruntu o wartość dostatecznej do uzyskania najmniejszej wartości parcia gruntu
2)	parcie pośrednie gruntu EI	Wypadkowa siła działająca od strony ośrodka gruntowego, gdy nie istnieje możliwość przesunięcia konstrukcji lub jej elementu
3)	parcie spoczynkowe gruntu E0	Wypadkowa siła działająca od strony ośrodka gruntowego, spowodowana przemieszczeniem konstrukcji mniejszym od przemieszczenia powodującego wstępnie parcie gruntu
4)	odpór pośredni gruntu EII	Reakcja podłoża gruntowego w przypadku, gdy konstrukcja lub jej element ulegnie przemieszczeniu w kierunku ośrodka gruntowego nie przekraczająca przemieszczenia powodującego wystąpienie odporu granicznego (największego)
5)	Odpór graniczny gruntu Ep	Reakcja podłoża gruntowego spowodowana spowodowana przemieszczeniem konstrukcji lub jej elementu w kierunku gruntu, o wartości wystarczającej do osiągnięcia przez odpór wartości największej, siła działająca od strony gruntu na ścianę oporową w przypadku, gdy strefa klinu odłamu jest ograniczona przez blisko zalegającą przeszkodę (obciążenie grodzy, szybów, bunkrów)

• parcie pośrednie, parcie spoczynkowe i parcie w stanie sprężystym, działające na konstrukcję oporową, wyznacza się wtedy, gdy użytkowanie konstrukcji, względy techniczne i technologiczne narzucają ograniczenie przemieszczenia ρ_I (0≤ρ₁≤ ρ_a)

• w pozostałych przypadkach – wyznacza się parcie graniczne gruntu ( określając wstępnie przemieszczenie konstrukcji z uwzględnieniem parcia granicznego gruntu lub spoczynkowego gruntu

• w przypadku odporu – przeprowadza się analizę przemieszczeń konstrukcji i przyjmuje się wartości odporu pośredniego gruntu, w zależności od założonego przemieszczenia ρ_II (0≤ρ_II≤ ρ_a)

4.2.1 KĄT TARCIA NA POWIERZCHNI STYKOWEJ POMIĘDZY GRUNTEM A ŚCIANĄ OPOROWĄ

• wartości kąta tarcia δ gruntu ( przyjmowane pod warunkiem prawidłowego odwodnienia gruntu znajdującego się za ścianą oporową) dla parcia i odporu określa się następujące zasady

1)	Największe wartości kąta tarcia δ gruntu nie przekraczają kąta tarcia wewnętrznego grunt znajdującego się za ścianą oporową (δ≤ɸΦ) i nie większe od 35­­­­^0 (δ≤35^0)
2)	Zalecane wartości granicznego kąta parcia i odporu (zależnie od kąta tarcia wewnętrznego Φ) precyzuje poniższa tabela

Rodzaj gruntu	graniczne parcie gruntu	graniczny odpór
	rodzaj ściany	rodzaj ściany
	idealnie gładka	betonowa gładka
niespoisty	0	1/2+ Φ
spoisty	0	1/2+ Φ