UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY W BYDGOSZCZY

Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

Katedra Mechaniki Gruntów i Fundamentowania

ĆWICZENIE PROJEKTOWE

Temat: Posadowienie bezpośrednie.

Autor:

Marek Błoński

Grupa 6

Budownictwo, Sem. IV

2012/2013

1. Opis obiektu budowlanego.

   • Rodzaj konstrukcji

Obiekt jest halą przemysłową ( magazynem zamkniętym), uniwersalnym, zmechanizowanym, wyposażonym w suwnice, o zabudowie wolnostojącej, dwukondygnacyjnym, niepodpiwniczonym.

• Dane o obiekcie

Powierzchnia całkowita parteru 202 m²

Powierzchnia użytkowa parteru 191 m²

• Lokalizacja obiektu

Budynek projektowany jest w Bydgoszczy w terenie przemysłowym, podmiejskim, częściowo uzbrojonym, w pobliży nie występują inne budynki, ani projektowane. Założono, że obiekt jest usytuowany na terenie płaskim, posiada przyłącze do sieci energetycznej

• Podstawowe założenia projektowe

• Na fundament nie działają siły poziome

• Na fundamencie nie występuje mimośród

• Nie przewiduje się obciążeń wyjątkowych

• Woda gruntowa nie zmienia znaczącą swojego stanu w czasie

• Obiekt nie jest projektowany w pobliżu fundamentów sąsiednich budowli

• Fundament nie jest posadowiony bezpośrednio na gruntach pęczniejących, wysadzinowych i zapadowych

• 2 kategoria geotechniczna

• Ustalenie parametrów geotechnicznych metodą B

• Siła pionowa działająca na fundament N= 700$\lbrack\frac{\text{kN}}{\text{mb}}\rbrack$

  • Profil geologiczno – inżynierski

- zamieszczony został w karcie projektowej

1. Zestawienie cech fizycznych i mechanicznych gruntów w tabeli.

Patrz  załącznik 1.

1. Wybór i uzasadnienie głębokości posadowienia.

Na wybór głębokości posadowienia miały wpływ następujące czynniki:

1. głębokość minimalna ze względu na:

- głębokość konieczną – 0,5m

- głębokość przemarzania gruntu – 1,0m (dla regionu bydgoskiego)

- charakter budynku (budynek niepodpiwniczony)

1. układ warstw gruntowych:

- 0,0 – 0,5m – humus (nasyp niebudowlany)

- 0,3 – 2,0m – piasek gliniasty, kat. C, stan plastyczny (I_L = 0,42)

- 2,0 – 4,8m – piasek średni, średnio zagęszczony (I_D = 0,38)

- 4,8 – 6,0m – żwir, średnio zagęszczony (I_D = 0,50)

- 6,0 – 9,0m – ił pylasty, kat. D, stan twardoplastyczny (I_L = 0,01)

1. inne:

- głębokość występowania wód gruntowych – 5,9m

1. Ustalenie wymiarów fundamentu i obliczenie obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże.

4.1. Ustalenie wymiarów fundamentu.

L = 2,5m
B = 4,0m
N = 700kN
M = 190kNm

L ≤ 5B

L = 2,5m < 5B = 20,0m

Warunek spełniony.

A = 10m^2
Wy = 6,67m^3

σ_N = N/A = 70kN/m²

σ_M = M/W_y = 28,5kN/m²

σ_max = σ_N + σ_M = 98,5kN/m²

σ_min = σ_N - σ_M = 41,5kN/m²

σ_max/σ_min = 2,37≤ 3,0

Warunek spełniony.

e_L = M/N = 190kNm/700kN

eL = 0,27m
eB = 0

e_L < L/6

e_L = 0,27 < L/6 = 4/6 = 0,667

Warunek spełniony.

4.2. Obliczenie obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże

N_c = N_k + N_g+f

N_g+f = B · L · D · ρ_g+f · g

dla D=1m

Nk = 700kN
L = 4m
B = 2,5m
D = 1m
ρg+f = 2,2t/m^3
g = 10m/s^2

N_c = 700kN + 220kN = 920kN

N_r = N_c · γ_f = 920kN · 1,2 = 1104kN

dla D=2m

Nk = 700kN
L = 4m
B = 2,5m
D = 2m
ρg+f = 2,2t/m^3
g = 10m/s^2

N_c = 700kN + 440kN = 1140kN

N_r = N_c · γ_f = 1140kN · 1,2 = 1368kN

1. Ustalenie jednostkowego odporu obliczeniowego podłoża z uwzględnieniem nośności poszczególnych warstw wg warunków normowych (głębokość 2B).

5.1. I stan graniczny

Q_R ≤ m · Q_f

m = 0,9 · 0,9 = 0,81 (współczynnik „m” dla met. B powiększony o 0,9)

Q_R = N_r

Q_f = Q_fNB

B = B – 2e_B = 1,0m

L = L – 2e_L = 4m – 0,27m = 3,73m

dla D=1m

Dmin = 1m
NC = 8,34
NB = 0,24
ND = 2,50
cu^(r) = 9
g = 10m/s^2

T_rB = tg∆_B/N_r = 0 i_C = 1; i_D = 1; i_B = 1

$$\rho_{D}^{(n)} = 1,85\frac{t}{m^{3}}$$

$$\rho_{D}^{(r)} = \rho_{D}^{(n)} \bullet \gamma_{t} = 1,85 \bullet 0,9 = 1,67\frac{t}{m^{3}}$$

$$\rho_{B}^{(n)} = \frac{2,1 \bullet 1 + 1,85 \bullet 2,5}{3,5} = 1,92\frac{t}{m^{3}}$$

$$\rho_{B}^{(r)} = \rho_{B}^{(n)} \bullet \gamma_{t} = 1,92 \bullet 0,9 = 1,73\frac{t}{m^{3}}$$

$$Q_{\text{fNB}} = 2,5 \bullet 3,73\left\lbrack \left( 1 + 0,3\frac{2,5}{3,73} \right) \bullet 8,34 \bullet 9 \bullet 1 + \left( 1 + 1,5 \bullet \frac{2,5}{3,73} \right) \bullet 2,5 \bullet 1,67 \bullet 10 \bullet 1 \bullet 1 + \left( 1 - 0,25\frac{2,5}{3,73} \right) \bullet 0,24 \bullet 1,73 \bullet 10 \bullet 2,5 \bullet 1 \right\rbrack = 9,32 \bullet \left( 90,16 + 83,74 + 8,64 \right) = 1701,52\text{kN}$$

N_r ≤ m · Q_fNB

1104kN < 0,81 · 1701, 52kN = 1378,23kN

1104kN/1378,23kN = 0,80

Warunek I stanu granicznego został spełniony. Nośność stopy fundamentowej wykorzystana jest w 80 %.

dla D=2m

Dmin = 2m
NC = 25,8
NB = 5,47
ND = 14,72
cu^(r) = 0
g = 10m/s^2

T_rB = tg∆_B/N_r = 0 i_C = 1; i_D = 1; i_B = 1

$$\rho_{D}^{(n)} = 1,85\frac{t}{m^{3}}$$

$$\rho_{D}^{(r)} = \rho_{D}^{(n)} \bullet \gamma_{t} = 1,85 \bullet 0,9 = 1,67\frac{t}{m^{3}}$$

$$\rho_{B}^{(n)} = 1,85\frac{t}{m^{3}}$$

$$\rho_{B}^{(r)} = \rho_{B}^{(n)} \bullet \gamma_{t} = 1,85 \bullet 0,9 = 1,67\frac{t}{m^{3}}$$

$$Q_{\text{fNB}} = 2,5 \bullet 3,73\left\lbrack \left( 1 + 0,3\frac{2,5}{3,73} \right) \bullet 25,8 \bullet 0 \bullet 1 + \left( 1 + 1,5 \bullet \frac{2,5}{3,73} \right) \bullet 14,72 \bullet 1,67 \bullet 10 \bullet 2 \bullet 1 + \left( 1 - 0,25\frac{2,5}{3,73} \right) \bullet 5,47 \bullet 1,67 \bullet 10 \bullet 2,5 \bullet 1 \right\rbrack = 9,32 \bullet \left( 0 + 986,12 + 190,09 \right) = 10963,99kN$$

N_r ≤ m · Q_fNB

1368kN < 0,81 · 10963, 99kN = 8880,83kN

1368kN/8880,83kN = 0,15

Warunek I stanu granicznego został spełniony. Nośność stopy fundamentowej wykorzystana jest w 15 %.

Na głębokości 2B = 2,0m nie występuje warstwa słabonośna. Nie trzeba sprawdzać warunku I stanu granicznego dla podłoża warstwowanego.

Wybór wariantu posadowienie:

Dokonano wyboru posadowienia fundamentu na głębokości D=1m

1. Obliczenie naprężeń pierwotnych, wtórnych, dodatkowych, całkowitych (wykresy i zestawienie tabelaryczne).

6.1. Naprężenia pierwotne.

σ_zρ = 𝞢(ρ·g·h_i) = 𝞢(γ · h_i)

σ_-1ρ = 0,00

σ_-0,5ρ = 0,5m · 1,5 · 10 = 7,5 kPa

σ_0,0ρ = 7,5 kPa + 0,5m · 2,1 · 10 = 18 kPa

σ_1,0ρ = 18 kPa + 1,0m · 2,1 · 10 = 39 kPa

σ_3,8ρ = 39 kPa + 2,8m · 1,85 · 10 = 90,8 kPa

σ_4,9ρ = 90,8 kPa + 1,1m · 1,90 · 10 = 111,7 kPa

σ_5,0ρ = 111,8 kPa + 0,1m · 2,05 · 10 = 113,75 kPa

σ_8,0ρ = 113,75 kPa + 3,0m · 1,90 · 10 = 170,75 kPa

6.2. Naprężenia wtórne.

σ_zs = η_s · σ_zρ = η_s · σ_0,0ρ

η_s – współczynnik zanikania naprężeń (wg. rys. Z2-12 normy)

• L/B = 1,6

z [m]	z/B	ηs
0,0	0,00	1,00
1,0	0,40	0,63
3,8	1,52	0,20
4,9	1,96	0,14
5,0	2,00	0,13
8,0	3,2	0,06

σ_0,0s = 18kPa · 1,00 = 18kPa

σ_1,0s = 18kPa · 0,63 = 11,34kPa

σ_3,8s = 18kPa · 0,20 = 3,60kPa

σ_4,9s = 18kPa · 0,14 = 2,52kPa

σ_5,0s = 18kPa · 0,13 = 2,34kPa

σ_8,0s = 18kPa · 0,06 = 1,08kPa

6.3. Naprężenia dodatkowe.

σ_zd = η_s · q

q_n = N/B·L = 700/10 = 70

σ_0,0d = 70kPa · 1,00 = 70kPa

σ_1,0d = 70kPa · 0,63 = 44,1kPa

σ_3,8d = 70kPa · 0,20 = 14kPa

σ_4,9d = 70kPa · 0,14 = 9,8kPa

σ_5,0d = 70kPa · 0,13 = 9,1kPa

σ_8,0d = 70kPa · 0,06 = 4,2kPa

6.4. Naprężenia całkowite

σ_zt = σ_zρ + σ_zd

σ_0,0t = 70kPa+18kPa=88 kPa

σ_1,0t = 44,14kPa+39kPa=85,14 kPa

σ_3,8t = 14kPa+90,8kPa=104,8 kPa

σ_4,9t = 9,8kPa+111,7kPa=121,5 kPa

σ_5,0t = 9,1kPa+113,75kPa=122,85 kPa

σ_8,0t = 4,2kPa+170,75kPa=174,95 kPa

6.5. Głębokość aktywna – z_max

σ_zmax,d ≤ 0,3 · σ_zmax,ρ

σ_3,0ρ = 39 kPa + 2m · 1,85 · 10 = 76 kPa 87,40 · 0,3 = 22,80kPa

σ_3,0d = 22,6kPa

z_max = 3m

1. Obliczenie osiadania fundamentu.

7.1. Osiadania pierwotne

s_i’ = σ_zdi · h_i / M_oi

s1'	=	70	kPa	∙	0,80	∙	0,5m	=	1,56	mm
		18000
s2'	=	70	kPa	∙	0,63	∙	0,5m	=	1,23	mm
		18000
s3'	=	70	kPa	∙	0,52	∙	0,5m	=	0,23	mm
		80000
s4'	=	70	kPa	∙	0,41	∙	0,5m	=	0,18	mm
		80000
s5'	=	70	kPa	∙	0,33	∙	0,5m	=	0,14	mm
		80000
s6'	=	70	kPa	∙	0,26	∙	0,5m	=	0,11	mm
		80000

h_i – miąższość warstwy, h_i = 0,5m

M_oi – moduł ściśliwości pierwotnej

dla piasku średniego: M_oi = 80 MPa

dla piasku gliniasty: M_oi = 18 MPa

𝞢s_i’ = 1,56 + 1,23 + 0,23 + 0,18 + 0,14 + 0,11 = 3,45mm

S_eksp. = S – [S₁ + S₂ · 500% + ( S₃ + S₄ + S₅ + S₆) · 100% ] = 1,40mm

7.2. Osiadania wtórne:

s_i’’ = λ · σ_zsi · h_i / M_i

s1'	=	18	kPa	∙	0,80	∙	0,5m ∙ 1	=	0,67	mm
		10800
s2'	=	18	kPa	∙	0,63	∙	0,5m ∙ 1	=	0,53	mm
		10800
s3'	=	18	kPa	∙	0,52	∙	0,5m ∙ 1	=	0,06	mm
		79200
s4'	=	18	kPa	∙	0,41	∙	0,5m ∙ 1	=	0,05	mm
		79200
s5'	=	18	kPa	∙	0,33	∙	0,5m ∙ 1	=	0,04	mm
		79200
s6'	=	18	kPa	∙	0,26	∙	0,5m ∙ 1	=	0,03	mm
		79200

λ – współczynnik uwzględniający stopień odprężenia podłoża po wykonaniu wykopu

λ = 1,0 – czas wznoszenia budowli jest dłuższy niż 1 rok

M_i = M_oi / β

M_i – moduł ściśliwości wtórnej

β – współczynnik skonsolidowania gruntu

dla piasku średniego: β = 0,90; M_i = 79,2 MPa

dla piasku gliniasty: β = 0,60; M_i = 10,80MPa

𝞢s_i’’ = 0,67 + 0,53 + 0,06 + 0,05 + 0,04 + 0,03 = 1,36mm

𝞢s = 𝞢s_i’ + 𝞢s_i’’ = 3,45 mm + 1,36mm = 4,81mm

1. Wnioski końcowe.

Zaprojektowana stopa fundamentowa o szerokości B=2,5m spełnia warunki I i II stanu granicznego. Zaprojektowano wykorzystanie nośności na 8%. Odkształcenie gruntu [S] do chwili zakończenia procesu budowli wyniosło 4,81 mm. Ze względu iż obliczono tylko jeden fundament, odkształcenie średnie przyjęto jako [S] i porównano je z osiadaniem dopuszczalnym dla hal przemysłowych. Warstwą decydującą o nośności fundamentu jest warstwa piasku gliniastego. Fundament jest posadowiony na głębokości D= 1m, ze względu na zmniejszenie wymiarów fundamentu, co skutkuje zmniejszeniem się kosztów budowy posadowienia. Warstwę nasypu niekontrolowanego ściągnięto i zastąpiono go po wykonaniu fundamentu piaskiem średnim. Ustalenie parametrów geotechnicznych ustalono metodą B, ponieważ: występuje korelacje między parametrem, nie występują siły poziome, budowla nie jest usytuowana na zboczu lub w jego pobliżu, obok budowli nie projektuje się wykopów, nie występują dodatkowe obciążenia.

Fundament jest posadowiony powyżej zwierciadła wody gruntowej, więc nie jest konieczne zastosowanie drenażu.